WO2020161038A1 - Device and method for operating a rail vehicle - Google Patents

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WO2020161038A1
WO2020161038A1 PCT/EP2020/052537 EP2020052537W WO2020161038A1 WO 2020161038 A1 WO2020161038 A1 WO 2020161038A1 EP 2020052537 W EP2020052537 W EP 2020052537W WO 2020161038 A1 WO2020161038 A1 WO 2020161038A1
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WO
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control device
value
rail vehicle
transmission
rotational
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Application number
PCT/EP2020/052537
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German (de)
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Inventor
Johannes Sorg
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/12—Measuring or surveying wheel-rims
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance

Definitions

  • the present invention relates to a device for operating a rail vehicle according to claim 1 and a method for the same purpose according to claim 10.
  • a transmission in the drive train of a rail vehicle comprising a speed sensor with which speed signals of a gear of the transmission can be detected.
  • the speed signals are used to detect what is known as wheel rattle and, if necessary, to take suitable measures to turn off the wheel rattle.
  • the cause of the wheel rattling are undesirable or impermissible rotational vibrations in the drive train, which are caused, for example, by wear of the Radrei and its consequences, in particular out-of-roundness and different diameters of the wheel tires on an axle. Wear on the drive wheels or their wheel tires can lead to a polygonal outer circumference of the wheel tires.
  • the object of the present invention is to specify a device and a method for operating a rail vehicle which enable a long-term reliable and safe operation of a rail vehicle with the least possible effort.
  • a device for operating a rail vehicle with at least one drive train comprising a transmission.
  • the device for its part comprises the said transmission, a speed sensor for detecting speed signals of a rotating gear element of the transmission and a control device connected to the speed sensor.
  • the control device is set up on the basis of several successively from the rotational speed sensor detected rotational speed signals to determine a rotational irregularity value.
  • the rotational non-uniformity value is therefore based on several rotational speed signals that were recorded one after the other and thus over a certain period of time.
  • the rotational irregularity value can be specified, for example, in the form of an Winkelbe acceleration in the unit rad / sec 2 .
  • the number of rotational speed signals detected to determine a rotational irregularity value and the time period provided for this can be specified in advance. In order to determine the appropriate number of speed signals and the appropriate period of time for the respective purpose, test measurements or simulations can be carried out.
  • the rotational irregularity value can be determined on the basis of the detected rotational speed signals and allows conclusions to be drawn about torsional or torsional vibrations that occur in the drive train of the rail vehicle during operation.
  • a rotational irregularity is often the cause of torsional vibrations in the drive train.
  • Torsional vibrations in the drive train are undesirable because they can lead to increased wear and, in the worst case, to the destruction of the components in the drive train.
  • the drive train forms a multi-mass oscillator in which the torque-transmitting components, in particular shafts, clutches and gears of the transmission, form torsion springs and moments of inertia.
  • Torsional vibrations can be introduced from the output side of the drive train through excitations when the wheels roll on the rail. These vibrational excitations are particularly strong when at least one wheel of the wheel set is worn unevenly. That is, if there are large deviations in the diameter and / or the roundness of the wheel. Such deviations are caused by normal wear and tear on the wheels and cannot be prevented during operation.
  • the torsional vibrations and rotational irregularities considered are externally excited or forced vibrations.
  • the aforementioned rotational irregularities can also include torsional vibrations in the form of what is known as rolling on the wheelset of the rail vehicle. Rolling denotes torsional vibrations of the two wheels of a wheelset against each other, which results in torsional vibration in the wheelset shaft.
  • the control device is set up to compare the determined rotational non-uniformity value with a reference value in order to determine a difference value.
  • a difference value contains the information how much the current rotational uniformity value deviates from the reference value.
  • the difference value can be output directly to the train driver or a central point of the operator of the rail vehicle in order to use the difference value to assess the condition of the wheels, for example, and to take further measures if necessary.
  • the difference value can preferably be used to compare it with a first difference limit value and to output a message if the difference value is greater than or equal to the first difference limit value.
  • Such a difference limit value can be stored in a memory of the control device.
  • Such a message can, for example, be a message that contains information on an upcoming maintenance, for example a recommended maintenance date.
  • One aim of the present invention is to identify problems with the components of a drive train in a rail vehicle at an early stage in order to be able to take appropriate remedial measures in good time.
  • the wheels of the rail vehicle should be monitored for their roundness and diameter because they are subject to constant wear. In this way, needs-based maintenance intervals can be determined according to the wear and tear of the wheels. Out-of-roundness and diameter deviations on one or more wheels can cause high torsional vibrations and impermissibly high loads in the entire drive train. These can be avoided with the help of the invention, so that components of the drive train are spared and their service life is extended.
  • a clutch arranged between a drive motor and a transmission input shaft which enables offset compensation in several planes, has proven to be a sensitive component with regard to high torsional vibrations or torsional vibrations.
  • Curved tooth couplings are often used for this purpose, the coupling teeth of which wear heavily due to the torsional vibrations. This can lead to the destruction of such a coupling.
  • Couplings with elastic coupling disks or plates have also been developed for use in the drive train of rail vehicles. been disgusted. In such couplings, the elastic coupling disks or tabs wear out much faster when high torsional vibrations occur.
  • the said message can also be an instruction to the train driver to change the operating mode or individual operating parameters.
  • it can be an instruction according to which the drive power on the drive train concerned must be changed in order to cause a detuning of the vibration system so that the amplitude of the torsional vibration is lower.
  • the message can be recorded as an entry in a train control computer and / or in a remote control center as an entry in an error log.
  • Maintenance errors, insufficient bike service or impermissible operating conditions for the drive system can also be identified and documented later on the basis of such entries. Such documentation can help clarify any liability issues or the justification of claims for damages.
  • a speed sensor can be used which is already present in the aforementioned transmission and is already used for other purposes.
  • the invention enables the additional use of the speed sensor and its speed signals for other purposes, in particular for predictive maintenance of elements of the drive train of a rail vehicle.
  • predictive maintenance is often used for predictive maintenance.
  • the control device can be set up to output a control signal for controlling a drive component of the rail vehicle, in particular a drive motor, if the difference value is greater than or equal to a predeterminable second difference limit value.
  • the determined difference value can be compared with the second difference limit value in the control device.
  • the second difference limit value corresponds to a higher difference between the determined rotational non-uniformity value and the reference value than the first difference limit value.
  • the second differential limit value can be used to initiate short-term remedial measures if there is a high acute risk of failure of a component of the drive train.
  • the invention also increases the safety when operating the rail vehicle, because with the aid of the invention it is also possible to detect defective components that are about to fail completely. This applies in particular to defective wheels on the rail vehicle, the failure of which can have fatal consequences.
  • the reference value preferably corresponds to a rotational irregularity when the wheels of the drive train assigned to the said transmission are new.
  • the new condition can also correspond to the condition after wheel maintenance, for example after turning off wheels that are worn on one side.
  • the reference value corresponds to a rotational irregularity of a further drive train of the same rail vehicle.
  • Rail vehicles are often operated with several drive units or drive trains.
  • the individual drive units can be monitored independently of one another using the device and method described.
  • Such a comparison of the values between the individual drive units can further increase the informative value of the results obtained. Since the wear on the wheels of different axles and drive units of a rail vehicle is not the same, heavily worn or worn wheels can be detected and localized, for example. Depending on this, necessary and suitable maintenance measures can be planned and carried out.
  • the respective reference value can be stored in a memory of the control device.
  • the first and optionally the second differential limit value can also be stored in a memory of the control device.
  • the control device is preferably part of a transmission control device assigned to the transmission, which can also control other functions and elements of the transmission. This means that the transmission control unit and its components such as processors, main memory or data memory can be used multiple times.
  • the transmission control unit can transmit data on the state of the drive train and / or the operating conditions to a train control computer via an interface provided for this purpose.
  • control device can also be part of a train control computer, in whose memories the stated values can be stored.
  • the control device can be connected directly or via a further control device to at least one further speed sensor of a further transmission in a further drive train of the rail vehicle.
  • at least one of the control devices is set up to compare the rotational non-uniformity values of the two speed sensors or the difference values of the two control units determined therefrom.
  • the rotating gear element whose speed and rotational irregularity is determined in each case, can for example be a gear input shaft, a gear output shaft or a signal generator that is stuck on one of the named shafts.
  • a gear wheel of the aforementioned transmission is particularly suitable as the signal transmitter element.
  • the toothing of the gear wheel can act as a signal transmitter for the speed sensor.
  • Induction sensors or Hall sensors for example, can be used to acquire the speed signals.
  • the respective speed can be calculated and the rotational non-uniformity determined by means of the control device.
  • the speed sensor is part of a sensor unit which can also detect linear accelerations.
  • a sensor unit should be used that can detect both rotational irregularities and accelerations in the x, y and / or z directions. With the detection of linear accelerations while a rail vehicle is traveling, for example, a track status detection can be realized. With this solution, it is possible to monitor the condition of the rails and the condition of the driven wheels with only one sensor unit on a transmission of a drive train. This advantageously minimizes the cabling effort and optimizes a cost-benefit ratio.
  • a method for operating a rail vehicle comprises the following steps, a) Acquisition of several speed signals at different times on a rotating transmission element of a transmission in a drive train of the rail vehicle,
  • d) determining a difference value by comparing the rotational irregularity value with a reference value which is stored in a memory of the control device.
  • the frequency and number of the detected speed signals depends on the method with which the speed of the rotating transmission element is determined.
  • speed measurement also in transmissions, several methods are known and used in practice.
  • the angle through which the rotating gear element rotates can be measured at fixed time intervals.
  • pulses can be detected without contact by a speed sensor on a gearwheel of the transmission, for example by means of an inductive sensor.
  • the determination of the rotational irregularity value and the difference value can be done repeatedly by the control device before geous at regular time intervals. In this way, the condition of the monitored components can be continuously monitored over a longer period of time, for example over several weeks, months or years. Trends can be recognized which provide information at an early stage in order to plan and determine suitable maintenance intervals and maintenance measures.
  • the control device can output a corresponding message if the difference value is greater than or equal to a predetermined first difference limit value. Such a message can be output on a display device in the rail vehicle itself or at a central point of the operator or service provider of the rail vehicle.
  • a second differential limit value can be specified in order to detect an immediately preceding or already present failure of components and to prevent them by taking appropriate measures or to minimize their consequential damage.
  • the control device outputs a control signal to control a drive component of the rail vehicle when the determined difference value is greater than or equal to the predetermined second difference limit value.
  • the control device can, for example, output a control signal for controlling the drive motor of the drive train concerned.
  • the drive motor of a drive train or all drive trains can be switched off, when an extremely high rotational irregularity is detected in a drive train.
  • the reference value mentioned in method step d) can correspond either to a rotational non-uniformity when the wheels of the assigned drive train are new or to a rotational non-uniformity in a further drive train of the same rail vehicle.
  • a comparison of the currently determined rotational non-uniformity with a rotational non-uniformity determined at an earlier point in time when the wheels are new allows conclusions to be drawn about the degree of wear and the urgency of possible remedial measures.
  • By comparing the rotational irregularities between several drive trains of a rail vehicle irregularities and deviations can be detected and conclusions can be drawn about the condition of the components of the drive train.
  • FIG. 1 shows a drive train of a rail vehicle with a device according to the invention for operating the rail vehicle in a schematic representation
  • Fig. 2 is a schematic representation of a method according to the invention for
  • the drive train 1 of a rail vehicle shown in FIG. 1 comprises an electric drive motor 2 which, via a transmission 3, drives a wheelset shaft 15 with the wheels 16 and 17 fastened on the wheelset shaft 15.
  • a drive axle of a rail vehicle is driven with such a drive train 1.
  • the associated rail vehicle can have several such drive trains and drive axles, which enables multi-traction operation.
  • the drive motor 2 is attached to a running gear frame 27.
  • the chassis 27 can be, for example, the frame of a bogie of a rail vehicle.
  • the transmission 3 is carried out as a final drive.
  • the output shaft of the transmission 3 is the wheelset shaft 15.
  • the transmission 3 has a housing 1 1 in which the essential elements of the transmission 3 are arranged.
  • the housing 11 is supported on the chassis frame 27 via a torque arm 14.
  • the drive power of the drive motor 2 in the form of torque and Drehbewe supply is transmitted from the motor shaft 6 via a gimbal coupling 7 to a transmission input shaft 8.
  • the gimbal-acting coupling 7 arranged between the drive motor 2 and the transmission 3 is in the present case designed as a curved tooth coupling.
  • other non-switchable clutches can also be used at this point, which can compensate for axial, radial and angular misalignments.
  • the transmission input shaft 8 is mounted in the housing 11 by means of two input shaft bearings 12, 13.
  • a first gear 9 is rotatably arranged ver, which is permanently engaged with a second gear 10. Because of the diameter of the two gears, the first gear 9 can also be called a pinion and the second gear 10 can also be called a large gear.
  • the second toothed wheel 10 is arranged in a rotationally fixed manner on the output shaft of the transmission 3, the output shaft being the wheelset shaft 15 at the same time.
  • the transmission 3 is accordingly a single-stage, non-shiftable transmission.
  • the wheelset shaft 15 is mounted in the driving gear frame 27 in the area of its shaft ends by means of a wheelset shaft bearing 18 and 19.
  • the transmission 3 has a speed sensor 5 for detecting speed signals of a rotating gearbox tes 4 and a control device 20 connected to the speed sensor 5.
  • the signal-transmitting connection 22 between the speed sensor 5 and the control device 20 can be implemented either as a cable connection or wirelessly.
  • the control device 20 is set up to determine a rotational non-uniformity value on the basis of a plurality of rotational speed signals detected one after the other by the rotational speed sensor 5. This determined rotational irregularity value is compared in the control device 20 with a reference value. In this way a difference value is determined.
  • the reference value is stored in a memory 21 of the control device 20.
  • the control device 20 is also connected to the drive motor 2 via a further connection 23.
  • control signals can be sent via this connec tion 23 from the control device 20 to the electric drive motor 23, for example to control a drive power of the drive motor 23 depending on the determined difference value.
  • connection 24 is provided in order to forward 20 messages from the control device which are output as a function of the determined difference value.
  • the control device 20 can be connected to a display device in the driver's cab of the rail vehicle, to a further control device, to a central control device of the rail vehicle or to an external control unit outside the rail vehicle.
  • the other connections 23 and 24 can also be implemented as cable lines or wirelessly.
  • Fig. 2 shows schematically a method for operating a rail vehicle with the following steps:

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Abstract

The invention relates to a device for operating a rail vehicle comprising at least one drive train (1) having a transmission (3). The device comprises the transmission (3), a rotational speed sensor (5) for detecting rotational speed signals of a rotating transmission element (4) of the transmission (3), and a control device (20) connected to the rotational speed sensor (5). The control device (20) is designed such that, on the basis of multiple rotational speed signals detected successively by the rotational speed sensor (5), it determines a rotational non-uniformity value and compares the determined rotational non-uniformity value with a reference value, in order to thereby determine a differential value. The invention also relates to a corresponding method for operating a rail vehicle.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeuqs Device and method for operating a rail vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betreiben eines Schienen fahrzeugs gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu demselben Zweck gemäß An spruch 10. The present invention relates to a device for operating a rail vehicle according to claim 1 and a method for the same purpose according to claim 10.
Aus der DE 10 2013 224 654 A1 ist ein Getriebe im Antriebsstrang eines Schienen fahrzeugs bekannt, wobei das Getriebe einen Drehzahlsensor umfasst, mit dem Drehzahlsignale eines Zahnrades des Getriebes erfasst werden können. Die Dreh zahlsignale werden dazu verwendet, um ein sogenanntes Radrattern zu erkennen und gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zum Abstellen des Radratterns zu ergrei fen. Ursache für das Radrattern sind unerwünschte bzw. unzulässige Drehschwin gungen im Antriebsstrang, welche beispielsweise durch einen Verschleiß der Radrei fen und dessen Folgen, insbesondere Unrundheit und verschiedene Durchmesser der Radreifen auf einer Achse verursacht werden. Verschleiß an den T riebrädern bzw. deren Radreifen kann zu einem polygonförmigen Außenumfang der Radreifen führen. From DE 10 2013 224 654 A1 a transmission in the drive train of a rail vehicle is known, the transmission comprising a speed sensor with which speed signals of a gear of the transmission can be detected. The speed signals are used to detect what is known as wheel rattle and, if necessary, to take suitable measures to turn off the wheel rattle. The cause of the wheel rattling are undesirable or impermissible rotational vibrations in the drive train, which are caused, for example, by wear of the Radrei and its consequences, in particular out-of-roundness and different diameters of the wheel tires on an axle. Wear on the drive wheels or their wheel tires can lead to a polygonal outer circumference of the wheel tires.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Einrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs anzugeben, die einen langfristig zuverlässi gen und sicheren Betrieb eines Schienenfahrzeugs mit möglichst geringem Aufwand ermöglichen. The object of the present invention is to specify a device and a method for operating a rail vehicle which enable a long-term reliable and safe operation of a rail vehicle with the least possible effort.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Ver fahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a device according to claim 1 and by a method according to claim 10. Advantageous embodiments of the invention are given in the respective dependent claims.
Es wird eine Einrichtung zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit zumindest ei nem Antriebsstrang beansprucht, wobei der Antriebsstrang ein Getriebe umfasst. Die Einrichtung umfasst ihrerseits das genannte Getriebe, einen Drehzahlsensor zum Erfassen von Drehzahlsignalen eines rotierenden Getriebeelementes des Getriebes und eine mit dem Drehzahlsensor verbundene Steuerungseinrichtung. Die Steue rungseinrichtung ist dazu eingerichtet, auf der Grundlage mehrerer nacheinander von dem Drehzahlsensor erfasster Drehzahlsignale einen Drehungleichförmigkeitswert zu ermitteln. Der Drehungleichförmigkeitswert basiert demnach auf mehreren Drehzahl signalen, die nacheinander, und damit über einen bestimmten Zeitraum, erfasst wur den. Der Drehungleichförmigkeitswert kann beispielsweise in Form einer Winkelbe schleunigung in der Einheit rad/sec2 angegeben werden. Die Anzahl der zur Ermitt lung eines Drehungleichförmigkeitswerts erfassten Drehzahlsignale und der dazu vorgesehene Zeitraum können vorab festgelegt werden. Um die für den jeweiligen Zweck geeignete Anzahl von Drehzahlsignalen und den geeigneten Zeitraum zu be stimmen, können Versuchsmessungen oder Simulationen durchgeführt werden. A device for operating a rail vehicle with at least one drive train is claimed, the drive train comprising a transmission. The device for its part comprises the said transmission, a speed sensor for detecting speed signals of a rotating gear element of the transmission and a control device connected to the speed sensor. The control device is set up on the basis of several successively from the rotational speed sensor detected rotational speed signals to determine a rotational irregularity value. The rotational non-uniformity value is therefore based on several rotational speed signals that were recorded one after the other and thus over a certain period of time. The rotational irregularity value can be specified, for example, in the form of an Winkelbe acceleration in the unit rad / sec 2 . The number of rotational speed signals detected to determine a rotational irregularity value and the time period provided for this can be specified in advance. In order to determine the appropriate number of speed signals and the appropriate period of time for the respective purpose, test measurements or simulations can be carried out.
Der Dreh ungleichförmigkeitswert kann auf der Grundlage der erfassten Drehzahlsig nale ermittelt werden und erlaubt Rückschlüsse auf Torsions- oder Drehschwingun gen, die im Betrieb in dem Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs auftreten. Eine Drehungleichförmigkeit ist häufig die Ursache für Torsionsschwingungen im An triebsstrang. Torsionsschwingungen im Antriebsstrang sind unerwünscht, weil sie zu erhöhtem Verschleiß und im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Bauteile im An triebsstrang führen können. Der Antriebsstrang bildet dabei einen Mehrmassen- Schwinger bei dem die drehmomentübertragende Bauteile, insbesondere Wellen, Kupplungen und Zahnräder des Getriebes Drehfedern und Trägheitsmomente bilden. The rotational irregularity value can be determined on the basis of the detected rotational speed signals and allows conclusions to be drawn about torsional or torsional vibrations that occur in the drive train of the rail vehicle during operation. A rotational irregularity is often the cause of torsional vibrations in the drive train. Torsional vibrations in the drive train are undesirable because they can lead to increased wear and, in the worst case, to the destruction of the components in the drive train. The drive train forms a multi-mass oscillator in which the torque-transmitting components, in particular shafts, clutches and gears of the transmission, form torsion springs and moments of inertia.
Von der Abtriebsseite des Antriebsstrangs her können Torsionsschwingungen durch Anregungen beim Abrollen der Räder auf der Schiene eingebracht werden. Diese Schwingungsanregungen sind besonders dann stark, wenn zumindest ein Rad des Radsatzes ungleichmäßig abgenutzt ist. Das heißt, wenn es große Abweichungen beim Durchmesser und/oder der Rundheit des Rades gibt. Solche Abweichungen entstehen durch den üblichen Verschleiß der Räder und können im Betrieb nicht ver hindert werden. Im Wesentlichen handelt es sich bei den betrachteten Torsions schwingungen und Drehungleichförmigkeiten also um fremderregte bzw. erzwungene Schwingungen. Die genannten Drehungleichförmigkeiten können unter anderem auch Drehschwingungen in Form des so genannten Rollierens am Radsatz des Schienenfahrzeugs umfassen. Rollieren bezeichnet Drehschwingungen der beiden Räder eines Radsatzes gegeneinander, was eine Torsionsschwingung in der Rad satzwelle zur Folge hat. Die Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, den ermittelten Drehungleichförmig keitswert zu vergleichen mit einem Referenzwert, um so einen Differenzwert zu er mitteln. Ein solcher Differenzwert enthält die Information, wie stark der aktuelle Dre hungleichförmigkeitswert von dem Referenzwert abweicht. Der Differenzwert kann direkt an den Zugführer oder eine zentrale Stelle des Betreibers des Schienenfahr zeugs ausgeben werden, um anhand des Differenzwerts den Zustand beispielsweise der Räder zu beurteilen und erforderlichenfalls weitere Maßnahmen zu ergreifen. Vorzugsweise kann der Differenzwert dazu genutzt werden, ihn mit einem ersten Dif ferenzgrenzwert zu vergleichen und eine Meldung auszugeben, wenn der Differenz wert größer oder gleich dem ersten Differenzgrenzwert ist. Ein solcher Differenz grenzwert kann in einem Speicher der Steuerungseinrichtung abgespeichert sein. Torsional vibrations can be introduced from the output side of the drive train through excitations when the wheels roll on the rail. These vibrational excitations are particularly strong when at least one wheel of the wheel set is worn unevenly. That is, if there are large deviations in the diameter and / or the roundness of the wheel. Such deviations are caused by normal wear and tear on the wheels and cannot be prevented during operation. Essentially, the torsional vibrations and rotational irregularities considered are externally excited or forced vibrations. The aforementioned rotational irregularities can also include torsional vibrations in the form of what is known as rolling on the wheelset of the rail vehicle. Rolling denotes torsional vibrations of the two wheels of a wheelset against each other, which results in torsional vibration in the wheelset shaft. The control device is set up to compare the determined rotational non-uniformity value with a reference value in order to determine a difference value. Such a difference value contains the information how much the current rotational uniformity value deviates from the reference value. The difference value can be output directly to the train driver or a central point of the operator of the rail vehicle in order to use the difference value to assess the condition of the wheels, for example, and to take further measures if necessary. The difference value can preferably be used to compare it with a first difference limit value and to output a message if the difference value is greater than or equal to the first difference limit value. Such a difference limit value can be stored in a memory of the control device.
Eine solche Meldung kann beispielsweise eine Meldung sein, die Informationen zu einer bevorstehenden Wartung, beispielsweise einen empfohlenen Wartungstermin, enthält. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Probleme mit den Komponenten eines Antriebsstrangs in einem Schienenfahrzeug frühzeitig zu erkennen, um ent sprechende Abhilfemaßnahmen rechtzeitig ergreifen zu können. Insbesondere sollen dabei die Räder des Schienenfahrzeugs auf deren Rundheit und Durchmesser über wacht werden, weil diese einem beständigen Verschleiß unterliegen. Somit können bedarfsgerechte Wartungsintervalle entsprechend dem Verschleiß der Räder be stimmt werden. Unrundheiten und Durchmesserabweichungen an einem oder mehre ren Rädern können hohe Torsionsschwingungen und unzulässig hohe Belastungen im gesamten Antriebsstrang verursachen. Diese können mithilfe der Erfindung ver mieden werden, sodass Komponenten des Antriebsstrangs geschont und deren Le bensdauer verlängert wird. Beispielsweise hat sich eine zwischen einem Antriebsmo tor und einer Getriebeeingangswelle angeordnete Kupplung, welche einen Versatz ausgleich in mehreren Ebenen ermöglicht, als empfindliche Komponente in Bezug auf hohe Drehschwingungen bzw. Torsionsschwingungen erwiesen. Häufig werden dazu Bogenzahnkupplungen eingesetzt, deren Kupplungsverzahnungen durch die Torsionsschwingungen stark verschleißen. Dies kann bis zu einer Zerstörung einer solchen Kupplung führen. Auch Kupplungen mit elastischen Kupplungsscheiben oder Laschen sind für die Anwendung im Antriebsstrang von Schienenfahrzeugen entwi- ekelt worden. Bei solchen Kupplungen verschleißen die elastischen Kupplungsschei ben bzw. Laschen deutlich schneller, wenn hohe Torsionsschwingungen auftreten. Mithilfe kontinuierlicher Messung der Drehungleichförmigkeit gemäß der vorliegen den Erfindung und entsprechender davon abgeleiteter Abhilfemaßnahmen kann die Lebenszeit bei beiden vorgenannten Kupplungsarten erhöht werden. Ferner kann ein bevorstehender Ausfall einer solchen Kupplung oder anderer Komponenten des An triebsstrangs frühzeitig erkannt werden. Such a message can, for example, be a message that contains information on an upcoming maintenance, for example a recommended maintenance date. One aim of the present invention is to identify problems with the components of a drive train in a rail vehicle at an early stage in order to be able to take appropriate remedial measures in good time. In particular, the wheels of the rail vehicle should be monitored for their roundness and diameter because they are subject to constant wear. In this way, needs-based maintenance intervals can be determined according to the wear and tear of the wheels. Out-of-roundness and diameter deviations on one or more wheels can cause high torsional vibrations and impermissibly high loads in the entire drive train. These can be avoided with the help of the invention, so that components of the drive train are spared and their service life is extended. For example, a clutch arranged between a drive motor and a transmission input shaft, which enables offset compensation in several planes, has proven to be a sensitive component with regard to high torsional vibrations or torsional vibrations. Curved tooth couplings are often used for this purpose, the coupling teeth of which wear heavily due to the torsional vibrations. This can lead to the destruction of such a coupling. Couplings with elastic coupling disks or plates have also been developed for use in the drive train of rail vehicles. been disgusted. In such couplings, the elastic coupling disks or tabs wear out much faster when high torsional vibrations occur. With the aid of continuous measurement of the rotational irregularity in accordance with the present invention and corresponding remedial measures derived therefrom, the service life of both of the aforementioned types of coupling can be increased. Furthermore, an impending failure of such a clutch or other components of the drive train can be detected early.
Die genannte Meldung kann auch eine Anweisung an den Zugführer zum Ändern des Betriebsmodus oder einzelner Betriebsparameter sein. Insbesondere kann es eine Anweisung sein, wonach die Antriebsleistung an dem betroffenen Antriebs strang verändert werden muss, um damit eine Verstimmung des Schwingungssys tems zu bewirken, sodass die Amplitude der Torsionsschwingung geringer wird. The said message can also be an instruction to the train driver to change the operating mode or individual operating parameters. In particular, it can be an instruction according to which the drive power on the drive train concerned must be changed in order to cause a detuning of the vibration system so that the amplitude of the torsional vibration is lower.
Des Weiteren kann die Meldung einen Eintrag in einem Zugleitrechner und/oder in einer Fernsteuerzentrale als Eintrag in ein Fehlerprotokoll festgehalten werden. An hand derartiger Einträge können auch später noch Wartungsfehler, mangelnder Radservice oder unzulässige Betriebsbedingungen für das Antriebssystem erkannt und dokumentiert werden. Eine solche Dokumentation kann dabei helfen eventuelle Haftungsfragen oder die Berechtigung von Schadensersatzansprüchen zu klären. Furthermore, the message can be recorded as an entry in a train control computer and / or in a remote control center as an entry in an error log. Maintenance errors, insufficient bike service or impermissible operating conditions for the drive system can also be identified and documented later on the basis of such entries. Such documentation can help clarify any liability issues or the justification of claims for damages.
Für die Realisierung der Erfindung kann ein Drehzahlsensor verwendet werden, der ohnehin in dem genannten Getriebe vorhanden ist und bereits für andere Zwecke genutzt wird. Die Erfindung ermöglicht die zusätzliche Nutzung des Drehzahlsensors und dessen Drehzahlsignale für weitere Zwecke, insbesondere für eine voraus schauende Wartung von Elementen des Antriebsstrangs eines Schienenfahrzeugs. Die vorausschauende Wartung wird häufig auch der englische Begriff„Predictive Maintenance“ verwendet. Durch die mehrfache Nutzung des Drehzahlsensors und dessen Drehzahlsignale kann also mit sehr geringem Aufwand ein erheblicher Mehr wert erzielt werden, indem die Lebensdauer der Komponenten des Antriebsstrangs erweitert wird und verschlissene oder defekte Komponenten zum optimalen Zeitpunkt wieder instand gesetzt oder ausgetauscht werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann die Steuerungseinrichtung dazu einge richtet sein ein Steuersignal zum Ansteuern einer Antriebskomponente des Schie nenfahrzeugs, insbesondere eines Antriebsmotors auszugeben, wenn der Differenz wert größer oder gleich einem vorgebbaren zweiten Differenzgrenzwert ist. Dazu kann der ermittelte Differenzwert in der Steuerungseinrichtung mit dem zweiten Diffe renzgrenzwert verglichen werden. Der zweite Differenzgrenzwert entspricht dabei einer höheren Differenz zwischen dem ermittelten Drehungleichförmigkeitswert und dem Referenzwert als der erste Differenzgrenzwert. Der zweite Differenzgrenzwert kann genutzt werden, um kurzfristige Abhilfemaßnahmen zu veranlassen, wenn ein hohes akutes Ausfallrisiko einer Komponente des Antriebsstrangs vorherrscht. To implement the invention, a speed sensor can be used which is already present in the aforementioned transmission and is already used for other purposes. The invention enables the additional use of the speed sensor and its speed signals for other purposes, in particular for predictive maintenance of elements of the drive train of a rail vehicle. The term “predictive maintenance” is often used for predictive maintenance. Through the multiple use of the speed sensor and its speed signals, considerable added value can be achieved with very little effort by extending the service life of the components of the drive train and worn or defective components can be repaired or replaced at the optimal point in time. According to a preferred embodiment, the control device can be set up to output a control signal for controlling a drive component of the rail vehicle, in particular a drive motor, if the difference value is greater than or equal to a predeterminable second difference limit value. For this purpose, the determined difference value can be compared with the second difference limit value in the control device. The second difference limit value corresponds to a higher difference between the determined rotational non-uniformity value and the reference value than the first difference limit value. The second differential limit value can be used to initiate short-term remedial measures if there is a high acute risk of failure of a component of the drive train.
Die Erfindung erhöht auch die Sicherheit beim Betreiben des Schienenfahrzeugs, weil mithilfe der Erfindung auch defekte Komponenten erkannt werden können, die kurz vor einem Totalausfall stehen. Dies gilt insbesondere für defekte Räder des Schienenfahrzeugs, deren Ausfall fatale Folgen haben kann. The invention also increases the safety when operating the rail vehicle, because with the aid of the invention it is also possible to detect defective components that are about to fail completely. This applies in particular to defective wheels on the rail vehicle, the failure of which can have fatal consequences.
Der Referenzwert entspricht vorzugsweise einer Drehungleichförmigkeit bei einem Neuzustand der Räder des dem genannten Getriebe zugeordneten Antriebsstrangs. Dabei kann der Neuzustand auch dem Zustand nach einer Radpflege, beispielsweise nach Abdrehen von einseitig abgenutzten Rädern entsprechen. Durch wiederholtes Vergleichen der im Betrieb ermittelten Drehungleichförmigkeit mit einem solchen Re ferenzwert kann demnach der Verschleiß der Komponenten, insbesondere der Rä der, kontinuierlich überwacht werden. Dazu werden die Drehzahlsignale über einen langen Zeitraum regelmäßig erfasst und entsprechend der Erfindung ausgewertet. The reference value preferably corresponds to a rotational irregularity when the wheels of the drive train assigned to the said transmission are new. The new condition can also correspond to the condition after wheel maintenance, for example after turning off wheels that are worn on one side. By repeatedly comparing the rotational irregularity determined during operation with such a reference value, the wear of the components, in particular the wheels, can accordingly be monitored continuously. For this purpose, the speed signals are recorded regularly over a long period of time and evaluated according to the invention.
Gemäß einer anderen Ausführungsform entspricht der Referenzwert einer Drehun gleichförmigkeit eines weiteren Antriebsstrangs desselben Schienenfahrzeugs. According to another embodiment, the reference value corresponds to a rotational irregularity of a further drive train of the same rail vehicle.
Schienenfahrzeuge werden häufig mit mehreren Antriebseinheiten bzw. Antriebs strängen betrieben. Grundsätzlich können die einzelnen Antriebseinheiten mit der beschriebenen Einrichtung und dem Verfahren unabhängig voneinander überwacht werden. Es ist jedoch gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung auch möglich, über einen Vergleich der Drehungleichförmigkeiten zwischen separat voneinander betriebenen Antriebssträngen Unregelmäßigkeiten und Abweichungen zu erkennen, die weitere Maßnahmen erforderlich machen. Ein solcher Vergleich der Werte zwischen den einzelnen Antriebseinheiten kann die Aussagekraft der ermittel ten Ergebnisse weiter erhöhen. Da der Verschleiß an den Rädern verschiedener Achsen und Antriebseinheiten eines Schienenfahrzeugs nicht gleich groß ist, können so beispielsweise stark verschlissene bzw. abgenutzte Räder erkannt und lokalisiert werden. Davon abhängig können erforderliche und geeignete Wartungsmaßnahmen geplant und durchgeführt werden. Rail vehicles are often operated with several drive units or drive trains. In principle, the individual drive units can be monitored independently of one another using the device and method described. However, according to the embodiment of the invention described here, it is also possible, by comparing the rotational irregularities between drive trains operated separately from one another, to identify irregularities and deviations to recognize which require further action. Such a comparison of the values between the individual drive units can further increase the informative value of the results obtained. Since the wear on the wheels of different axles and drive units of a rail vehicle is not the same, heavily worn or worn wheels can be detected and localized, for example. Depending on this, necessary and suitable maintenance measures can be planned and carried out.
Der jeweilige Referenzwert kann in einem Speicher der Steuerungseinrichtung ge speichert sein. Auch der erste und gegebenenfalls der zweite Differenzgrenzwert können in einem Speicher der Steuerungseinrichtung gespeichert sein. Die Steue rungseinrichtung ist vorzugsweise Teil eines dem Getriebe zugeordneten Getriebe steuergerätes, welches zusätzlich andere Funktionen und Elemente des Getriebes steuern kann. Damit können das Getriebesteuergerät und dessen Komponenten wie Prozessoren, Arbeitsspeicher oder Datenspeicher mehrfach genutzt werden. Das Getriebesteuergerät kann über dazu vorgesehene Schnittstelle Daten zum Zustand des Antriebsstrangs und/oder der Betriebsbedingungen an einen Zugleitrechner übertragen. The respective reference value can be stored in a memory of the control device. The first and optionally the second differential limit value can also be stored in a memory of the control device. The control device is preferably part of a transmission control device assigned to the transmission, which can also control other functions and elements of the transmission. This means that the transmission control unit and its components such as processors, main memory or data memory can be used multiple times. The transmission control unit can transmit data on the state of the drive train and / or the operating conditions to a train control computer via an interface provided for this purpose.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Steuerungseinrichtung auch Teil eines Zugleitrechners sein, in deren Speichern die genannten Werte gespeichert sein können. According to an alternative embodiment, the control device can also be part of a train control computer, in whose memories the stated values can be stored.
Insbesondere bei der Ausführungsform, bei der der Referenzwert einer Drehun gleichförmigkeit eines weiteren Antriebsstrangs desselben Schienenfahrzeugs ent spricht, kann die Steuerungseinrichtung direkt oder über eine weitere Steuerungsein richtung mit zumindest einem weiteren Drehzahlsensor eines weiteren Getriebes in einem weiteren Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs verbunden sein. Dabei ist zumindest eine der Steuerungseinrichtungen dazu eingerichtet, die Drehungleich förmigkeitswerte der beiden Drehzahlsensoren oder die daraus ermittelten Diffe renzwerte der beiden Steuerungseinheiten miteinander zu vergleichen. Das rotierende Getriebeelement, dessen Drehzahl und Drehungleichförmigkeit je weils ermittelt wird, kann beispielsweise eine Getriebeeingangswelle, eine Getriebe ausgangswelle oder ein auf einer der genannten Wellen festsitzendes Signalge berelement sein. Als Signalgeberelement eignet sich insbesondere ein Zahnrad des genannten Getriebes. Dabei kann die Verzahnung des Zahnrades als Signalgeber des Drehzahlsensors fungieren. Zum Erfassen der Drehzahlsignale können bei spielsweise Induktionsgeber oder Hallgeber verwendet werden . Mittels der Steue rungseinrichtung kann die jeweilige Drehzahl berechnet und die Drehungleichförmig keit ermittelt werden. In particular in the embodiment in which the reference value corresponds to a rotational unevenness of a further drive train of the same rail vehicle, the control device can be connected directly or via a further control device to at least one further speed sensor of a further transmission in a further drive train of the rail vehicle. In this case, at least one of the control devices is set up to compare the rotational non-uniformity values of the two speed sensors or the difference values of the two control units determined therefrom. The rotating gear element, whose speed and rotational irregularity is determined in each case, can for example be a gear input shaft, a gear output shaft or a signal generator that is stuck on one of the named shafts. A gear wheel of the aforementioned transmission is particularly suitable as the signal transmitter element. The toothing of the gear wheel can act as a signal transmitter for the speed sensor. Induction sensors or Hall sensors, for example, can be used to acquire the speed signals. The respective speed can be calculated and the rotational non-uniformity determined by means of the control device.
Schließlich kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Drehzahlsensor Teil einer Sensoreinheit ist, die auch lineare Be schleunigungen erfassen kann. Dabei soll also eine Sensoreinheit verwendet wer den, die sowohl Drehungleichförmigkeiten, als auch Beschleunigungen in x-, y- und/oder z-Richtung erfassen kann. Mit der Erfassung von linearen Beschleunigun gen während der Fahrt eines Schienenfahrzeugs kann beispielsweise eine Schie nenzustandserkennung realisiert werden. Mit dieser Lösung ist es möglich mit nur einer Sensoreinheit an einem Getriebe eines Antriebsstrangs den Schienenzustand und den Zustand der angetriebenen Räder zu überwachen. Dadurch kann vorteilhaft der Verkabelungsaufwand minimiert und ein Kosten-Nutzen-Verhältnis optimiert wer den. Finally, according to a further preferred embodiment, it can be provided that the speed sensor is part of a sensor unit which can also detect linear accelerations. In this case, a sensor unit should be used that can detect both rotational irregularities and accelerations in the x, y and / or z directions. With the detection of linear accelerations while a rail vehicle is traveling, for example, a track status detection can be realized. With this solution, it is possible to monitor the condition of the rails and the condition of the driven wheels with only one sensor unit on a transmission of a drive train. This advantageously minimizes the cabling effort and optimizes a cost-benefit ratio.
Zusätzlich zu der beschriebenen Einrichtung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs beansprucht. Das Verfahren umfasst folgende Schritte, a) Erfassen mehrerer Drehzahlsignale zu verschiedenen Zeitpunkten an einem rotie renden Getriebeelement eines Getriebes in einem Antriebsstrang des Schienenfahr zeugs, In addition to the device described, a method for operating a rail vehicle is claimed. The method comprises the following steps, a) Acquisition of several speed signals at different times on a rotating transmission element of a transmission in a drive train of the rail vehicle,
b) Übertragen der Drehzahlsignale an eine Steuerungseinrichtung, b) transmission of the speed signals to a control device,
c) Ermitteln eines Drehungleichförmigkeitswerts auf der Grundlage der Drehzahlsig nale durch die Steuerungseinrichtung, c) Determination of a rotational irregularity value on the basis of the speed signals by the control device,
d) Ermitteln eines Differenzwerts, indem der Drehungleichförmigkeitswert verglichen wird mit einem Referenzwert, der in einem Speicher der Steuerungseinrichtung ge speichert ist. Die Häufigkeit und Anzahl der erfassten Drehzahlsignale hängt von dem Verfahren ab, mit der die Drehzahl des rotierenden Getriebeelements ermittelt wird. Zur Dreh zahlmessung, auch in Getrieben, sind mehrere Verfahren bekannt und ausreichend in der Praxis eingesetzt. Beispielsweise kann in festen Zeitabständen der Winkel gemessen werden, um den sich das rotierende Getriebeelement dreht. Dazu können von einem Drehzahlsensor an einem Zahnrad des Getriebes Impulse berührungslos erfasst werden, beispielsweise mittels eines induktiven Sensors. d) determining a difference value by comparing the rotational irregularity value with a reference value which is stored in a memory of the control device. The frequency and number of the detected speed signals depends on the method with which the speed of the rotating transmission element is determined. For speed measurement, also in transmissions, several methods are known and used in practice. For example, the angle through which the rotating gear element rotates can be measured at fixed time intervals. For this purpose, pulses can be detected without contact by a speed sensor on a gearwheel of the transmission, for example by means of an inductive sensor.
Die Ermittlung des Drehungleichförmigkeitswerts und des Differenzwerts kann vor teilhaft in regelmäßigen Zeitabständen durch die Steuerungseinrichtung wiederholt erfolgen. So kann über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über mehrere Wo chen, Monate oder Jahre, der Zustand der überwachten Komponenten kontinuierlich überwacht werden. Es können Trends erkannt werden, welche frühzeitig Hinweise liefern, um geeignete Wartungsintervalle und Wartungsmaßnahmen zu planen und festzulegen. Um den Betreiber und oder Eigentümer des Schienenfahrzeugs auf er forderliche oder empfohlene Wartungsmaßnahmen aufmerksam zu machen, kann die Steuerungseinrichtung eine entsprechende Meldung ausgeben, wenn der Diffe renzwert größer oder gleich einem vorgegebenen ersten Differenzgrenzwert ist. Eine solche Meldung kann an einer Anzeigevorrichtung im Schienenfahrzeug selbst oder an einer zentralen Stelle des Betreibers oder Serviceproviders des Schienenfahr zeugs ausgegeben werden. The determination of the rotational irregularity value and the difference value can be done repeatedly by the control device before geous at regular time intervals. In this way, the condition of the monitored components can be continuously monitored over a longer period of time, for example over several weeks, months or years. Trends can be recognized which provide information at an early stage in order to plan and determine suitable maintenance intervals and maintenance measures. In order to make the operator and / or owner of the rail vehicle aware of necessary or recommended maintenance measures, the control device can output a corresponding message if the difference value is greater than or equal to a predetermined first difference limit value. Such a message can be output on a display device in the rail vehicle itself or at a central point of the operator or service provider of the rail vehicle.
Ein zweiter Differenzgrenzwert kann vorgegeben werden, um einen unmittelbar be vorstehenden oder bereits vorliegenden Ausfall von Komponenten zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen zu verhindern oder dessen Folgeschäden zu minimie ren. Dazu gibt die Steuerungseinrichtung ein Steuersignal zum Ansteuern einer An triebskomponente des Schienenfahrzeugs aus, wenn der ermittelte Differenzwert größer oder gleich dem vorgegebenen zweiten Differenzgrenzwert ist. Die Steue rungseinrichtung kann beispielsweise ein Steuersignal zum Ansteuern des An triebsmotors des betroffenen Antriebsstrangs ausgeben. Beispielsweise kann der Antriebsmotor eines Antriebsstrangs oder aller Antriebsstränge abgeschaltet werden, wenn eine extrem hohe Drehungleichförmigkeit in einem Antriebsstrang festgestellt wird. A second differential limit value can be specified in order to detect an immediately preceding or already present failure of components and to prevent them by taking appropriate measures or to minimize their consequential damage. For this purpose, the control device outputs a control signal to control a drive component of the rail vehicle when the determined difference value is greater than or equal to the predetermined second difference limit value. The control device can, for example, output a control signal for controlling the drive motor of the drive train concerned. For example, the drive motor of a drive train or all drive trains can be switched off, when an extremely high rotational irregularity is detected in a drive train.
Der im Verfahrensschritt d) genannte Referenzwert kann entweder einer Drehun- gleichförmigkeit bei einem Neuzustand der Räder des zugeordneten Antriebsstrangs oder einer Drehungleichförmigkeit eines weiteren Antriebsstrangs desselben Schie nenfahrzeugs entsprechen. Ein Vergleich der aktuell ermittelten Drehungleichförmig keit mit einer zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten Drehungleichförmigkeit bei ei nem Neuzustand der Räder erlaubt Rückschlüsse auf den Grad der Abnutzung und auf die Dringlichkeit möglicher Abhilfemaßnahmen. Auch durch den Vergleich der Drehungleichförmigkeiten zwischen mehreren Antriebssträngen eines Schienenfahr zeugs können Unregelmäßigkeiten und Abweichungen erkannt werden und darauf basieren Rückschlüsse auf den Zustand der Komponenten des Antriebsstrangs ge zogen werden. The reference value mentioned in method step d) can correspond either to a rotational non-uniformity when the wheels of the assigned drive train are new or to a rotational non-uniformity in a further drive train of the same rail vehicle. A comparison of the currently determined rotational non-uniformity with a rotational non-uniformity determined at an earlier point in time when the wheels are new allows conclusions to be drawn about the degree of wear and the urgency of possible remedial measures. By comparing the rotational irregularities between several drive trains of a rail vehicle, irregularities and deviations can be detected and conclusions can be drawn about the condition of the components of the drive train.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der anliegenden Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen die The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the attached figure. They show
Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemä ßen Einrichtung zum Betreiben des Schienenfahrzeugs in schematischer Darstellung und 1 shows a drive train of a rail vehicle with a device according to the invention for operating the rail vehicle in a schematic representation and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fig. 2 is a schematic representation of a method according to the invention for
Betreiben eines Schienenfahrzeugs. Operation of a rail vehicle.
Der in Fig. 1 dargestellte Antriebsstrang 1 eines Schienenfahrzeugs umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 2, der über ein Getriebe 3 eine Radsatzwelle 15 mit den auf der Radsatzwelle 15 befestigten Rädern 16 und 17 antreibt. Mit einem derartigen Antriebsstrang 1 wird eine Triebachse eines Schienenfahrzeugs angetrieben. Das dazugehörige Schienenfahrzeug kann mehrere derartige Antriebsstränge und Trieb achsen aufweisen, wodurch ein Multitraktionsbetrieb möglich ist. Der Antriebsmotor 2 ist an einem Fahrwerksrahmen 27 befestigt. Bei dem Fahr werksrahmen 27 kann es sich beispielsweise um den Rahmen eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs handeln. Das Getriebe 3 ist als Radsatzgetriebe ausge führt. Die Abtriebswelle des Getriebes 3 ist die Radsatzwelle 15. Das Getriebe 3 weist ein Gehäuse 1 1 auf, in dem die wesentlichen Elemente des Getriebes 3 ange ordnet sind. Das Gehäuse 1 1 stützt sich über eine Drehmomentstütze 14 gegenüber dem Fahrwerksrahmen 27 ab. Die Abstützung über die Drehmomentstütze 14 lässt jedoch gewisse Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse 1 1 und dem Fahrwerks rahmen 27 zu. Ferner stützt sich das Gehäuse 1 1 über zwei Abtriebswellenlager 25, 26 auf der Radsatzwelle 15 ab. Mit anderen Worten ist das Getriebe 3 achsreitend auf der Radsatzwelle 15 gelagert. The drive train 1 of a rail vehicle shown in FIG. 1 comprises an electric drive motor 2 which, via a transmission 3, drives a wheelset shaft 15 with the wheels 16 and 17 fastened on the wheelset shaft 15. A drive axle of a rail vehicle is driven with such a drive train 1. The associated rail vehicle can have several such drive trains and drive axles, which enables multi-traction operation. The drive motor 2 is attached to a running gear frame 27. The chassis 27 can be, for example, the frame of a bogie of a rail vehicle. The transmission 3 is carried out as a final drive. The output shaft of the transmission 3 is the wheelset shaft 15. The transmission 3 has a housing 1 1 in which the essential elements of the transmission 3 are arranged. The housing 11 is supported on the chassis frame 27 via a torque arm 14. The support via the torque arm 14, however, allows certain relative movements between the housing 11 and the chassis frame 27. Furthermore, the housing 11 is supported on the wheelset shaft 15 via two output shaft bearings 25, 26. In other words, the transmission 3 is mounted on the wheelset shaft 15, riding axially.
Die Antriebsleistung des Antriebsmotors 2 in Form von Drehmoment und Drehbewe gung wird von der Motorwelle 6 über eine kardanisch wirkende Kupplung 7 auf eine Getriebeeingangswelle 8 übertragen. Die zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem Getriebe 3 angeordnete kardanisch wirkende Kupplung 7 ist vorliegend als Bogen zahnkupplung ausgeführt. Es können an dieser Stelle jedoch auch andere, nicht- schaltbare Kupplungen verwendet werden, welche einen axialen, radialen und winke ligen Versatz ausgleichen können. The drive power of the drive motor 2 in the form of torque and Drehbewe supply is transmitted from the motor shaft 6 via a gimbal coupling 7 to a transmission input shaft 8. The gimbal-acting coupling 7 arranged between the drive motor 2 and the transmission 3 is in the present case designed as a curved tooth coupling. However, other non-switchable clutches can also be used at this point, which can compensate for axial, radial and angular misalignments.
Die Getriebeeingangswelle 8 ist in dem Gehäuse 1 1 mittels zweier Eingangswellen lager 12, 13 gelagert. Auf der Getriebeeingangswelle 8 ist ein erstes Zahnrad 9 ver drehfest angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 10 permanent im Eingriff ist. Aufgrund der Durchmesser der beiden Zahnräder können das erste Zahnrad 9 auch Ritzel und das zweite Zahnrad 10 auch Großrad genannt werden. Das zweite Zahn rad 10 ist auf der Abtriebswelle des Getriebes 3 verdrehfest angeordnet, wobei die Abtriebswelle gleichzeitig die Radsatzwelle 15 ist. Das Getriebe 3 ist demnach ein einstufiges, nichtschaltbares Getriebe. Die Radsatzwelle 15 ist im Bereich ihrer bei der Wellenenden mittels jeweils eines Radsatzwellenlagers 18 und 19 in dem Fahr werksrahmen 27 gelagert. The transmission input shaft 8 is mounted in the housing 11 by means of two input shaft bearings 12, 13. On the transmission input shaft 8, a first gear 9 is rotatably arranged ver, which is permanently engaged with a second gear 10. Because of the diameter of the two gears, the first gear 9 can also be called a pinion and the second gear 10 can also be called a large gear. The second toothed wheel 10 is arranged in a rotationally fixed manner on the output shaft of the transmission 3, the output shaft being the wheelset shaft 15 at the same time. The transmission 3 is accordingly a single-stage, non-shiftable transmission. The wheelset shaft 15 is mounted in the driving gear frame 27 in the area of its shaft ends by means of a wheelset shaft bearing 18 and 19.
Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung weist das Getriebe 3 einen Dreh zahlsensor 5 zum Erfassen von Drehzahlsignalen eines rotierenden Getriebeeiemen- tes 4 und eine mit dem Drehzahlsensor 5 verbundene Steuerungseinrichtung 20 auf. Die signalübertragende Verbindung 22 zwischen dem Drehzahlsensor 5 und der Steuerungseinrichtung 20 kann sowohl als Kabelverbindung als auch kabellos aus geführt sein. Die Steuerungseinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, auf der Grundlage mehrerer nacheinander von dem Drehzahlsensor 5 erfasster Drehzahlsignale einen Drehungleichförmigkeitswert zu ermitteln. Dieser ermittelte Drehungleichförmigkeits wert wird in der Steuerungseinrichtung 20 mit einem Referenzwert verglichen. Auf diese Weise wird ein Differenzwert ermittelt. Der Referenzwert ist in einem Spei cher 21 der Steuerungseinrichtung 20 gespeichert. To implement the present invention, the transmission 3 has a speed sensor 5 for detecting speed signals of a rotating gearbox tes 4 and a control device 20 connected to the speed sensor 5. The signal-transmitting connection 22 between the speed sensor 5 and the control device 20 can be implemented either as a cable connection or wirelessly. The control device 20 is set up to determine a rotational non-uniformity value on the basis of a plurality of rotational speed signals detected one after the other by the rotational speed sensor 5. This determined rotational irregularity value is compared in the control device 20 with a reference value. In this way a difference value is determined. The reference value is stored in a memory 21 of the control device 20.
Die Steuerungseinrichtung 20 ist ferner mit dem Antriebsmotor 2 über eine weitere Verbindung 23 verbunden. Insbesondere Steuersignale können über diese Verbin dung 23 von der Steuerungseinrichtung 20 an den elektrischen Antriebsmotor 23 ge sendet werden, beispielsweise um eine Antriebsleistung des Antriebsmotors 23 in Abhängigkeit des ermittelten Differenzwertes zu steuern. The control device 20 is also connected to the drive motor 2 via a further connection 23. In particular, control signals can be sent via this connec tion 23 from the control device 20 to the electric drive motor 23, for example to control a drive power of the drive motor 23 depending on the determined difference value.
Noch eine weitere Verbindung 24 ist vorgesehen, um von der Steuerungseinrich tung 20 Meldungen weiterzuleiten, die in Abhängigkeit des ermittelten Differenzwer tes ausgegeben werden. Mittels der weiteren Verbindung 24 kann die Steuerungs einrichtung 20 mit einer Anzeigevorrichtung im Führerstand des Schienenfahrzeugs, mit einer weiteren Steuerungseinrichtung, mit einer zentralen Steuerungsvorrichtung des Schienenfahrzeugs oder mit einer externen Steuerungseinheit außerhalb des Schienenfahrzeugs verbunden sein. Auch die weiteren Verbindungen 23 und 24 können als Kabelleitung oder kabellos ausgeführt sein. Yet another connection 24 is provided in order to forward 20 messages from the control device which are output as a function of the determined difference value. By means of the further connection 24, the control device 20 can be connected to a display device in the driver's cab of the rail vehicle, to a further control device, to a central control device of the rail vehicle or to an external control unit outside the rail vehicle. The other connections 23 and 24 can also be implemented as cable lines or wirelessly.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit den folgenden Schritten: Fig. 2 shows schematically a method for operating a rail vehicle with the following steps:
a) Erfassen mehrerer Drehzahlsignale zu verschiedenen Zeitpunkten an einem rotie renden Getriebeelement eines Getriebes in einem Antriebsstrang des Schienenfahr zeugs, a) Acquisition of several speed signals at different times on a rotating gear element of a transmission in a drive train of the rail vehicle,
b) Übertragen der Drehzahlsignale an eine Steuerungseinrichtung, b) transmission of the speed signals to a control device,
c) Ermitteln eines Drehungleichförmigkeitswerts auf der Grundlage der Drehzahlsig nale durch die Steuerungseinrichtung, d) Ermitteln eines Differenzwerts, indem der Drehungleichförmigkeitswert verglichen wird mit einem Referenzwert, c) Determination of a rotational irregularity value on the basis of the speed signals by the control device, d) determining a difference value by comparing the rotational irregularity value with a reference value,
e) Vergleich des Differenzwerts mit einem ersten Differenzgrenzwert und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs die Ausgabe einer Meldung, e) Comparison of the difference value with a first difference limit value and, depending on the result of the comparison, the output of a message,
f) Vergleich des Differenzwerts mit einem ersten Differenzgrenzwert und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs die Ausgabe eines Steuersignals. f) comparison of the difference value with a first difference limit value and, depending on the result of the comparison, the output of a control signal.
Bezuqszeichen Antriebsstrang Related to the drive train
Antriebsmotor Drive motor
Getriebe transmission
Getriebeelement Gear element
Drehzahlsensor Speed sensor
Motorwelle Motor shaft
Kupplung coupling
Getriebeeingangswelle Transmission input shaft
erstes Zahnrad first gear
zweites Zahnrad second gear
Gehäuse casing
Eingangswellenlager Input shaft bearing
Eingangswellenlager Input shaft bearing
Drehmomentstütze Torque arm
Radsatzwelle Wheelset shaft
Rad wheel
Rad wheel
Radsatzwellenlager Axle shaft bearings
Radsatzwellenlager Axle shaft bearings
Steuerungseinrichtung Control device
Speicher Storage
Verbindung connection
Verbindung connection
Verbindung connection
Abtriebswellenlager Output shaft bearing
Abtriebswellenlager Output shaft bearing
Fahrwerksrahmen Undercarriage frame

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Einrichtung zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit zumindest einem An triebsstrang (1 ), der ein Getriebe (3) umfasst, 1 . Device for operating a rail vehicle with at least one drive train (1) comprising a transmission (3),
wobei die Einrichtung das Getriebe (3), einen Drehzahlsensor (5) zum Erfassen von Drehzahlsignalen eines rotierenden Getriebeelementes (4) des Getriebes (3) und eine mit dem Drehzahlsensor (5) verbundene Steuerungseinrichtung (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage mehrerer nacheinander von dem Drehzahlsensor (5) erfasster Drehzahlsignale einen Drehungleichförmigkeitswert zu ermitteln, und dass die Steue rungseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, den ermittelten Drehungleichförmigkeits wert zu vergleichen mit einem Referenzwert, um so einen Differenzwert zu ermitteln. wherein the device comprises the gear (3), a speed sensor (5) for detecting speed signals of a rotating gear element (4) of the gear (3) and a control device (20) connected to the speed sensor (5), characterized in that the control device (20) is set up to determine a rotational irregularity value on the basis of a plurality of rotational speed signals detected one after the other by the rotational speed sensor (5), and that the control device (20) is configured to compare the determined rotational irregularity value with a reference value in order to achieve a To determine the difference value.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsein richtung (20) dazu eingerichtet ist, eine Meldung auszugeben, wenn der Differenz wert größer oder gleich einem vorgebbaren ersten Differenzgrenzwert ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the control device (20) is set up to output a message when the difference value is greater than or equal to a predeterminable first difference limit value.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steue rungseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebsmotors (2) des Schienenfahrzeugs auszugeben, wenn der Differenzwert größer oder gleich einem vorgebbaren zweiten Differenzgrenzwert ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control device (20) is set up to output a control signal for controlling a drive motor (2) of the rail vehicle when the difference value is greater than or equal to a predeterminable second difference limit value.
4. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert einer Drehungleichförmigkeit bei einem Neuzustand der Rä der (16, 17) des zugeordneten Antriebsstrangs (1 ) entspricht. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference value corresponds to a rotational irregularity when the wheels (16, 17) of the associated drive train (1) are new.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert einer Drehungleichförmigkeit eines weiteren Antriebsstrangs desselben Schienenfahrzeugs entspricht. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reference value corresponds to a rotational irregularity of a further drive train of the same rail vehicle.
6. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert in einem Speicher (1 1 ) der Steuerungseinrichtung (20) ge speichert ist. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference value is stored in a memory (1 1) of the control device (20) GE.
7. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Getriebeelement (4) ein Zahnrad (10) des Getriebes ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating transmission element (4) is a gear (10) of the transmission.
8. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) Teil eines dem Getriebe (3) zugeordneten Ge triebesteuergerätes ist. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (20) is part of a transmission control device assigned to the transmission (3).
9. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (5) Teil einer Sensoreinheit ist, die auch lineare Beschleu nigungen erfassen kann. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the speed sensor (5) is part of a sensor unit which can also detect linear accelerations.
10. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, wobei das Verfahren folgen de Schritte umfasst, 10. A method for operating a rail vehicle, the method comprising the following steps,
a) Erfassen mehrerer Drehzahlsignale zu verschiedenen Zeitpunkten an einem rotie renden Getriebeelement (4) eines Getriebes (3) in einem Antriebsstrang des Schie nenfahrzeugs, a) Acquisition of several speed signals at different times on a rotating gear element (4) of a gear (3) in a drive train of the rail vehicle,
b) Übertragen der Drehzahlsignale an eine Steuerungseinrichtung (20), b) transferring the speed signals to a control device (20),
c) Ermitteln eines Drehungleichförmigkeitswerts auf der Grundlage der Drehzahlsig nale durch die Steuerungseinrichtung (20), c) determining a rotational irregularity value on the basis of the speed signals by the control device (20),
d) Ermitteln eines Differenzwerts, indem der Drehungleichförmigkeitswert verglichen wird mit zumindest einem Referenzwert, der in einem Speicher (21 ) der Steuerungs einrichtung (20) gespeichert ist. d) determining a difference value in that the rotational irregularity value is compared with at least one reference value which is stored in a memory (21) of the control device (20).
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinrichtung (20) eine Mel dung ausgibt, wenn der Differenzwert größer oder gleich einem vorgegebenen ersten Differenzgrenzwert ist. 1 1. The method according to claim 10, wherein the control device (20) outputs a message if the difference value is greater than or equal to a predetermined first difference limit value.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , wobei die Steuerungseinrichtung (20) ein Steuersignal zum Ansteuern eine Antriebsmotors (2) des Schienenfahrzeugs ausgibt, wenn der Differenzwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Differenz grenzwert ist. 12. The method of claim 10 or 1 1, wherein the control device (20) outputs a control signal for controlling a drive motor (2) of the rail vehicle when the difference value is greater than or equal to a predetermined second difference limit value.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Referenzwert einer Drehungleichförmigkeit bei einem Neuzustand der Räder (16, 17) des zugeordneten Antriebsstrangs (1 ) entspricht. 13. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the reference value corresponds to a rotational irregularity when the wheels (16, 17) of the associated drive train (1) are new.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Referenzwert einer Drehungleichförmigkeit eines weiteren Antriebsstrangs desselben Schienenfahr zeugs entspricht. 14. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the reference value corresponds to a rotational irregularity of a further drive train of the same rail vehicle.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013224654A1 (en) 2013-12-02 2015-06-03 Zf Friedrichshafen Ag Drive system for rail vehicles with elastic coupling
US20150193992A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 General Electric Company Wheel monitoring system and method
DE102014201729A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Siemens Aktiengesellschaft track vehicle
DE102018108992A1 (en) * 2017-04-17 2018-10-18 General Electric Company Vehicle monitoring system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4015701C2 (en) * 1989-05-26 2000-12-14 Volkswagen Ag Drive system for a vehicle
DE4447537B4 (en) * 1994-02-28 2006-04-20 Temic Automotive Electric Motors Gmbh Method and system for active vibration damping
DE102014203727A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Mtu Friedrichshafen Gmbh Method for operating a drive train for a motor vehicle, drive train and motor vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013224654A1 (en) 2013-12-02 2015-06-03 Zf Friedrichshafen Ag Drive system for rail vehicles with elastic coupling
US20150193992A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 General Electric Company Wheel monitoring system and method
DE102014201729A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Siemens Aktiengesellschaft track vehicle
DE102018108992A1 (en) * 2017-04-17 2018-10-18 General Electric Company Vehicle monitoring system

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