DE10145433C2

DE10145433C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerüberwachung von Komponenten von Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE10145433C2
Application number: DE10145433A
Authority: DE
Inventors: Young Guo; Mario Saeglitz
Original assignee: DB Reise and Touristik AG
Current assignee: DB Fernverkehr AG
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2021-09-15
Also published as: EP1317369A1; EP1317369B1; DE10145433A1; WO2002022424A1; DE50105853D1; ES2236329T3; AU2002213913A1; ATE292570T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Fahrverhaltens eines Schienenfahrzeug-Fahrwerkes.

Es ist bekannt, dass beim bestimmungsgemäßen Einsatz von Schienen fahrzeugen das Fahrwerk der Schienenfahrzeuge einen so genannten Sinus-Lauf erfährt. Hierbei wird das Fahrwerk abhängig von der Fahrge schwindigkeit aufgrund einwirkender äußerer Einflüsse und selbsttätiger Rückstellkraft seitlich zur Fahrtrichtung ausgelenkt. Um eine Stabilisierung des Fahrwerks zu erreichen, ist bekannt, dass - insbesondere bei Hoch geschwindigkeitszügen - die Wagenkästen über so genannte Schlinger dämpfer mit dem Drehgestellrahmen verbunden sind. Diese Schlinger dämpfer dienen der Fahrstabilisierung, insbesondere der Unterdrückung des so genannten Sinus-Laufes.

Zur Erhöhung des Fahrkomforts beziehungsweise zur Gewährleistung ei ner notwendigen Fahrsicherheit sind den Wagenkästen in Fahrtrichtung links und rechts angeordnete Schlingerdämpfer zugeordnet, die eine im Wesentlichen gleiche Schlingerdämpferkraft aufbringen müssen. Abwei chungen der Schlingerdämpferkräfte der links beziehungsweise rechts angeordneten Schlingerdämpfer führen zu einer verminderten Kompensa tion des Sinus-Laufes und somit zu einer Verringerung der Fahrstabilität des Schienenfahrzeuges.

Die Schlingerdämpfer stützen sich einerseits an am Wagenkasten befes tigten Schlingerdämpferkonsolen und andererseits an einem Drehgestell rahmen ab. Ferner ist bekannt, zwischen den Drehgestellen und den Wagenkasten ein Feder-/Dämpfersystem (sekundäres Feder- /Dämpfersystem) anzuordnen. Dieses wird bei Hochgeschwindigkeitszü gen üblicherweise von einem Luftbalg gebildet, über den der Wagenkas ten auf den Drehgestellen aufliegt.

Aus der allgemeinen Messtechnik ist das Verfahren der Korrelationsanaly se von Signalen bekannt. Beispielsweise findet ein solches Verfahren Er wähnung in DE 198 27 271 A1. Dieses Dokument offenbart eine sensorge stützte online-Erfassung von rad- und gleisbezogenen Daten, die während der Zugfahrt mit Hilfe einer zeitlichen/geometrischen Korrelationsanalyse auf einem "Drehgestellrechner" interpretiert werden. Die hierfür als Ein gangswert erforderlichen Messwerte sollen durch Abstandsmessung zwi schen Drehgestell und Schienen-Lauffläche, Drehzahlmessung der Ach sen, Messung der Federeintauchtiefe und Körperschallsensoren generiert werden. Dieses System ist jedoch zur Erkennung fataler Ereignisse (z. B. Entgleisung, Radbruch etc.) ausgelegt. Es ist jedoch nicht möglich, die Funktionsfähigkeit einzelner wichtiger Komponenten - wie z. B. der Schlin gerdämpfer - im Sinne einer präventiven Diagnostik komponentenspezi fisch mit hoher Diagnosequalität zu erfassen und kritische Komponenten zustände vor Eintreten des vollständigen Versagens anzuzeigen. Eine Übertragung dieses offenbarten Sensorsystems auf eine Diagnosevor richtung ist nicht sinnvoll, da die Anordnung der messwerterfassenden Sensorik im Bereich des Drehgestells oder der Radsatzlagerung die er fassten Messwerte verfälscht. Durch die überlagerte Rotationsbewegung des Drehgestells um den Drehzapfen leidet die Zuverlässigkeit und Taug lichkeit eines solchen Diagnosesystems.

Es ist ferner in der Messtechnik allgemein bekannt, während des Einsat zes von Schienenfahrzeugen auf einzelne Komponenten des Schienenfahrzeuges einwirkende Schwingungen oder dergleichen mittels Be schleunigungsaufnehmern zu erfassen. Beispielsweise seien hier die DE 195 02 670 C2 und WO 99/54704 A1 genannt.

Die DE 195 02 670 C2 offenbart eine Vorrichtung zur aktiven Fahrwerks dämpfung, bei der ein parallel zur Laufradachse gemessenes Beschleuni gungssignal zur Generierung eines Stellhubes vertikal zur Laufradachse herangezogen wird. Die Messwerterfassung erfolgt durch Beschleuni gungssensoren am Drehgestell. Damit soll die Aufgabe gelöst werden, parallel zur Laufradachse auftretende Querschwingungen zu dämpfen. Eine umfassende Diagnose des Fahrverhaltens des Laufwerkes und/o der des Zustandes der Schlingerdämpfer ist damit jedoch nicht möglich. Aus der WO 99/54704 A1 ist hingegen ein System zur Überwachung von Schlingerdämpfern bekannt, bei dem den Schlingerdämpfern jeweils Kraftsensoren zugeordnet sind, deren Signale ausgewertet werden. Fer ner wird vorgeschlagen, Beschleunigungssensoren am Drehgestellrahmen oder am Dämpfer selbst anzuordnen.

Beiden Lösungsansätzen (DE 195 02 670 C2 und WO 99/54704 A1) ist gemein sam, dass die gewählte Messwerterfassung die ungünstigen und verfäl schenden Einflüsse des um den Drehzapfen radial beweglichen Drehge stells auf die Messwerte nicht kompensieren kann. Zusätzlich sind die am Drehgestell installierte Sensorik und Verkabelung extrem hohen dynami schen Belastungen ausgesetzt, was sich nachteilig auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Systemkomponenten auswirkt.

So sind beispielsweise die ICE-Züge der Deutschen Bahn AG mit einem Drehgestelldiagnosesystem ausgerüstet, das analog zur Lehre der DE 195 02 670 C2 die Querbeschleunigung am Fahrwerk verarbeitet. Die bishe rige Betriebserfahrung hat jedoch gezeigt, dass hiermit aufgrund eines erheblichen Einflusses des Oberbau-Zustandes auf das Messsignal eine spezifische Schlingerdämpfer-Diagnose mit der geforderten Diagnosequa lität nicht realisiert werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Fahrverhaltens von Schienenfahrzeug- Fahrwerken zu schaffen, mittels der insbesondere Ereignisse eventueller Funktionsbeschränkungen bis hin zu einem eventuellen vollständigen Funktionsverlust an den zum Zwecke der Sekundärdämpfung zwischen Drehgestell und Fahrzeugrahmen angebrachten Schlingerdämpfern diag nostiziert werden. Im Vordergrund steht hierbei die Fehlerfrüherkennung. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im An spruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass das Beschleuni gungsverhalten von wenigstens zwei, einem Wagenkasten des Schie nenfahrzeuges zugeordneten Schlingerdämpferkonsolen überwacht wird, indem die Beschleunigungswerte von vorzugsweise in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges links und rechts des Wagenkastens angeordneten Schlingerdämpferkonsolen einerseits korreliert werden, und ein Korrelati onskoeffizient mit wenigstens einem Schwellwert verglichen wird und bei Überschreiten des wenigstens einen Schwellwertes eine Alarmmeldung ausgelöst wird, und andererseits die Beschleunigungswerte einzeln einer Signalanalyse, bevorzugt einem Vergleich mit wenigstens einem Refe renzmuster, unterzogen werden, ist es vorteilhaft möglich, gezielt mehrere Komponenten des Schienenfahrzeuges zu überwachen.

So können zum einen durch die Korrelationsanalyse frühzeitig eventuelle Alterungserscheinungen und/oder Fehler an den Schlingerdämpfern er kannt werden. Zum anderen lassen sich durch das individuelle Überwa chen des Beschleunigungsverhaltens der Schlingerdämpferkonsolen die Befestigungen und der Zustand der Schlingerdämpferkonsolen am Wa genkasten überprüfen. Die Schlingerdämpferkonsolen sind mit dem Wa genkasten kraftschlüssig verbunden, so dass diese keinerlei Relativbewe gungen zueinander erfahren. Bei alterungsbedingter und/oder aufgrund äußerer mechanischer Einflüsse bedingter Beeinträchtigung der kraft schlüssigen Verbindung zwischen Schlingerdämpferkonsole und Wagenkasten kann es zu Relativbewegungen der Schlingerdämpferkonsole und Wagenkasten zueinander kommen. Diese gegebenenfalls auch geringfü gigen Relativbewegungen von Schlingerdämpferkonsole und Wagenkas ten zueinander führen zu einer Veränderung des Beschleunigungsverhal tens der die defekte Befestigung aufweisenden Schlingerdämpferkonsole. Durch Vergleich des Beschleunigungsverhaltens der Schlingerdämpfer konsole mit einem Referenzmuster oder dem Beschleunigungsverhalten der wenigstens einen weiteren Schlingerdämpferkonsole wird die Verän derung des Beschleunigungsverhaltens detektiert, so dass auf einen Fehler der Befestigung erkannt werden kann.

Schließlich ist zum Weiteren gleichzeitig die Überwachung des sekundä ren Feder-/Dämpfersystems zwischen Wagenkasten und Drehgestellen möglich. Dieses sekundäre Feder-/Dämpfersystem zwischen Wagenkas ten und Drehgestellen führt zu einem gewollten gedämpften Schwin gungsverhalten des Wagenkastens und beeinflusst auch das Beschleuni gungsverhalten der Schlingerdämpferkonsolen, die am Wagenkasten be festigt sind. Ein Fehler im sekundären Feder-/Dämpfersystem zwischen Wagenkasten und Drehgestellen führt zu einem veränderten Schwin gungsverhalten des Wagenkastens, das somit zu einem veränderten Schwingungsverhalten der Schlingerdämpferkonsolen führt. Somit kann über ein verändertes Beschleunigungsverhalten der Schlingerdämpfer konsolen sehr vorteilhaft gleichzeitig das sekundäre Feder- /Dämpfersystem zwischen Wagenkasten und Drehgestellen überwacht werden.

Nach allem wird deutlich, dass durch einfache Überwachung des Be schleunigungsverhaltens der Schlingerdämpferkonsolen gleichzeitig eine Vielzahl von Komponenten des Schienenfahrzeuges, insbesondere der Schlingerdämpfer, der Schlingerdämpferkonsolen und des sekundären Feder-/Dämpfersystems zwischen Wagenkasten und Drehgestellen, ü berwacht werden.

Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Überwachung wird ausgenutzt, dass zur Dämpfung des Sinus-Laufes des Fahrwerks die links und rechts angeordneten Schlingerdämpfer entgegengesetzte Dämpferkräfte erzeu gen, die die entsprechende Auslenkung der beiden Schlingerdämpferkon solen hervorrufen. Kommt es zu einer Änderung des Betrages und der Richtung der Auslenkung einer Schlingerdämpferkonsole, relativ zu der Auslenkung der anderen Schlingerdämpferkonsole, oder zu Referenz mustern kann auf einen Fehler mindestens eines Schlingerdämpfers, der Schlingerdämpferkonsole selber oder des sekundären Feder- /Dämpfersystems zwischen Wagenkasten und Drehgestellen geschlossen werden. Mittels der Schwingungsanalyse, insbesondere der Korrelations analyse, lassen sich die von den jeweils zugeordneten linken und rechten Schlingerdämpferkonsolen gelieferten Beschleunigungssignale in einfa cher und sicherer Weise auswerten. Durch Festlegung des wenigstens einen Schwellwertes und/oder des wenigstens einen Referenzmusters kann ein Fehler frühzeitig erkannt werden, so dass rechtzeitig Maßnah men, beispielsweise Austausch oder Reparatur des betroffenen Schlin gerdämpfers und/oder der betroffenen Schlingerdämpferkonsole und/oder des betroffenen sekundären Feder-/Dämpfersystems, eingeleitet werden können.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kor relationsanalyse der von den beiden - linken und rechten - Schlinger dämpferkonsolen gelieferten Beschleunigungswerte in aufeinander fol genden Zeitfenstern überwacht wird. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die Korrelationsanalyse mit Beginn jedes Zeitfensters neu starten. Ferner ist bevorzugt, wenn die Breite des Zeitfensters geschwindigkeitsabhängig variiert wird. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Korrelationsanalyse bei niedrigen Geschwindigkeiten erhöhen. Bei höheren Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge wird die Breite der Zeitfenster bevorzugt verrin gert, um eine schnelle Auswertung und damit kurze Reaktionszeiten zu gewährleisten.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Korrelationsanalyse der wenigstens zwei Signale mit überlappenden Zeitfenstern durchgeführt wird. Hierdurch wird erreicht, dass eine fortlau fende Überwachung sichergestellt ist, so dass auch plötzlich auftretende Beschädigungen unmittelbar erkannt werden können. Die Überlappung der Zeitfenster sichert, dass bei gleich langem Reaktionszeitintervall mehr Messdaten ausgewertet werden können.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die innerhalb eines Zeitfensters gelieferten Signale mit einer Abtastfre quenz abgetastet werden, die vorzugsweise variabel einstellbar ist. Hier durch wird möglich, die Abtastrate dem Frequenzbereich des Schwin gungsverhaltens der Schlingerdämpferkonsolen, gegebenenfalls ge schwindigkeitsabhängig, anzupassen. Die Genauigkeit der Überwachung wird somit erhöht.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei Bedarf einzelne Messwerte innerhalb eines Zeitfensters down- gesampelt werden und dieser down-gesampelte Wert der Korrelations analyse zugeführt wird. Hierdurch lässt sich der Aufwand der Korrelati onsanalyse unter Beibehaltung der Genauigkeit reduzieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 12 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass Mittel zum Erfassen des Beschleunigungsverhaltens von wenigstens zwei, einem Wagenkasten des Schienenfahrzeuges zugeordneten Schlingerdämpferkonsolen vorgesehen sind, die mit Mitteln zusammenarbeiten, mittels de nen die Beschleunigungswerte von in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeu ges links und rechts des Wagenkastens angeordneten Schlingerdämpfer konsolen einerseits korreliert werden, und ein Korrelationskoeffizient mit wenigstens einem Schwellwert vergleichbar ist und bei Überschreiten des wenigstens einen Schwellwertes eine Alarmmeldung auslösbar ist, und andererseits individuell einer Signalanalyse unterzogen werden, lässt sich in einfacher Weise eine Vorrichtung bereitstellen, mittels der eine effi ziente Überwachung des Fahrverhaltens von Schienenfahrzeugen möglich ist. Insbesondere kann in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass eine Auswerteeinrichtung in jedem Schienenfahrzeug oder vorzugs weise bei einem Zugverband aus mehreren Schienenfahrzeugen einem der Schienenfahrzeuge des Zugverbandes zugeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Überwachung für mehrere Schienenfahrzeuge in einfacher Weise gleichzeitig durchführen.

Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine zustandsbezogene Instand haltung der Schlingerdämpfer, der Schlingerdämpferkonsolen und des sekundären Feder-/Dämpfersystems zwischen Wagenkasten und Drehge stellen. Das Überwachungsverfahren kann insbesondere kontinuierlich während des Einsatzes der Schienenfahrzeuge durchgeführt werden. Das Verfahren lässt sich in einfacher Weise in eine Onboard-Diagnose der Schienenfahrzeuge integrieren.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die genannte Überwachung der Schlingerdämpferkonsolen, der Schlin gerdämpfer und/oder der sekundären Feder-/Dämpfersysteme ist bei spielhaft. So können in einfacher Weise ohne grundsätzliche Änderung das Verfahren und/oder die Vorrichtung zur Überwachung weiterer Komponenten des Schienenfahrzeuges auf zu Sinus-Lauf führenden Fahr werksschäden, beispielsweise auf veränderte Radkonizität, eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schienenfahrzeuges;

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Laufdrehgestel les eines Schienenfahrzeuges;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Schienenfahrzeug;

Fig. 3a einen Sinus-Lauf eines Drehgestells;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen des Fahrverhaltens des Schienenfahrzeuges und

Fig. 5 und 6 Kennlinien zum Vergleich von intakten Schlingerdämpfern und ausgefallenen Schlingerdämpfern.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 10. Bei dem hier darge stellten Schienenfahrzeug 10 handelt es sich um einen Mittelwagen eines Hochgeschwindigkeitszuges. Die Erfindung wird lediglich beispielhaft an hand dieses Mittelwagens erläutert. Selbstverständlich lässt sich die Erfin dung ohne weiteres auf andere Schienenfahrzeuge, beispielsweise Triebfahrzeuge, Steuerwagen, Güterwagen oder dergleichen, übertragen.

Das Schienenfahrzeug 10 umfasst einen Wagenkasten 12, der auf zwei Laufdrehgestellen 14, 16 gelagert ist. Die Laufdrehgestelle 14 und 16 umfassen jeweils Radsätze 18, 20, 22 und 24. Der allgemeine Aufbau derartiger Schienenfahrzeuge 10, insbesondere die Ankopplung des Wa genkastens 12 an die Laufdrehgestelle 14 und 16, beziehungsweise die Lagerung der Radsätze 18, 20, 22 und 24 an den Laufdrehgestellen 14 und 16 über primäre beziehungsweise sekundäre Feder- /Dämpfersysteme, sind allgemein bekannt, so dass hierauf im Einzelnen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher eingegangen wer den soll.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Perspektivansicht eines Laufdrehgestelles 14. Das Laufdrehgestell 14 umfasst einen Drehgestellrahmen 26, der über in Fig. 1 nicht dargestellte sekundäre Feder-/Dämpfersysteme (Luftbäl ge) 25 (Fig. 3) mit dem Wagenkasten (Fig. 1) verbunden ist. An dem Drehgestellrahmen 26 sind über ebenfalls nicht dargestellte primäre Fe der-/Dämpfersysteme die Radsätze 18 und 20 angeordnet. Die Radsätze 18 und 20 besitzen Räder 28, die über Radlager 30 gelagert sind. Ferner sind Schlingerdämpferkonsolen 32 erkennbar, die am Wagenkasten 12 (Fig. 1) beispielsweise kraftschlüssig befestigt sind. Die Schlingerdämp ferkonsolen 32 sind über Schlingerdämpfer 34 mit dem Drehgestellrahmen 26 verbunden.

Während des Einsatzes des Schienenfahrzeuges 10 rollen die Radsätze 18, 20 über einen Fahrweg. Je nach Fahrgeschwindigkeit und Zustand des Fahrweges erfährt das Schienenfahrzeug 10 eine Schwingungsanre gung. Diese Schwingungsanregung führt zu einem Schwingungsverhalten einzelner Komponenten des Schienenfahrzeuges 10. Entsprechend der Schwingungsanregung, die insbesondere abhängig von einer Geschwin digkeit des Schienenfahrzeuges 10 und/oder einem Zustand des Fahrwe ges ist, erfahren die Komponenten des Schienenfahrzeuges 10 eine Beschleunigung in den drei Raumrichtungen, also in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung. Hierdurch kommt es unter anderem zu einem so ge nannten Sinus-Lauf des Fahrwerks in Fahrtrichtung, also gemäß dem Bei spiel in x-Richtung. Dieser Sinus-Lauf wird durch die Schlingerdämpfer 34, die einerseits am Wagenkasten 12 und andererseits am Drehgestellrah men 26 befestigt sind, gedämpft. Hierbei ist in Fahrtrichtung (x-Richtung) ein links angeordneter Schlingerdämpfer 34 und ein rechts angeordneter Schlingerdämpfer 34' dargestellt.

Gegenstand der Erfindung ist das Erfassen und Auswerten von auf die Schlingerdämpferkonsole 32 und 32', vorzugsweise in Fahrtrichtung (x- Richtung), einwirkende Beschleunigungen.

Hierzu sind den Schlingerdämpferkonsolen 32 jeweils schematisch ange deutete Schwingungsaufnehmer 36 zugeordnet. Die Schwingungsauf nehmer 36 sind beispielsweise von Beschleunigungssensoren gebildet, die beispielsweise eine in x-Richtung - und entgegengesetzt - wirkende Beschleunigungen auf die Schlingerdämpferkonsole 32 detektieren.

Die von den Beschleunigungssensoren 36, 36' gelieferten Signale 38 wer den einer in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellten Auswerteschal tung 40, die fahrzeuggebunden und/oder zuggebunden angeordnet sein kann, zugeführt. Anhand der von den Beschleunigungssensoren 36 ge lieferten Signale 38 wird ein Beschleunigungsverhalten der Schlinger dämpferkonsolen 32 beziehungsweise 32' detektiert, um - wie nachfolgend noch erläutert wird - die Schädigung beziehungsweise den Ausfall eines der Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34', die Schädigung der Befes tigung der Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' am Wagenkasten und/oder des sekundären Feder-/Dämpfersystems 25 zu erkennen.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht die Ankopplung des Wa genkastens 12 über die Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34' und die sekundären Feder-/Dämpfersysteme 25 an den Drehgestellrahmen 26. Anhand von Fig. 3a soll verdeutlicht werden, dass das Fahrwerk bei Be wegung des Schienenfahrzeuges 10 in Fahrtrichtung (x-Richtung) einen hier angedeuteten Sinus-Lauf 42 erfährt. Um die Amplitude des Sinus- Laufes 42 möglichst gering zu halten, sind die Schlingerdämpfer 34 bezie hungsweise 34' vorgesehen. Dies dient einer Fahrstabilisierung des Schienenfahrzeuges 10. Anhand des Sinus-Laufes 42 wird deutlich, je nachdem, ob das Fahrwerk in Fahrtrichtung (x-Richtung) nach rechts be ziehungsweise nach links von einer hier angedeuteten Fahrzeuglängsach se 44 auslenkt, dass der Schlingerdämpfer 34 gestaucht und der Schlin gerdämpfer 34' gestreckt beziehungsweise der Schlingerdämpfer 34 ge streckt und der Schlingerdämpfer 34' gestaucht wird. Entsprechend dieser Stauch- beziehungsweise Streckbewegung der Schlingerdämpfer 34, 34' wird auf die Schlingerdämpferkonsolen 32 beziehungsweise 32' und somit auf die auf diesen angeordneten Beschleunigungsaufnehmern 36 bezie hungsweise 36' eine positive beziehungsweise negative Beschleunigung ausgeübt. Diese positive beziehungsweise negative Beschleunigung auf grund des Sinus-Laufes 42 wird während des bestimmungsgemäßen Ein satzes der Schienenfahrzeuge 10 von der Gesamtbeschleunigung bezie hungsweise Gesamtverzögerung des Schienenfahrzeuges 10 und dem Dämpfungsverhalten der sekundären Feder-/Dämpfersysteme 25 überla gert. Für die nachfolgende Erläuterung der Erfindung wird davon ausge gangen, dass die von den Beschleunigungsaufnehmern 36 beziehungs weise 36' gelieferten Signale 38 sich auf den Sinus-Lauf 42 und somit auf die Stauch- beziehungsweise Streckbewegung der Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34' beziehen.

Anhand der Erläuterungen wird deutlich, dass bei fehlerfreien Schlinger dämpfern 34 beziehungsweise 34' und fehlerfreier Befestigung der Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' am Wagenkasten 12 und fehlerfreien sekun dären Feder-/Dämpfersystemen 25 die von den Beschleunigungsaufneh mern 36 beziehungsweise 36' gelieferten Signale 38 beziehungsweise 38' teilweise mit entgegengesetzten Vorzeichen aufgrund des Sinus-Laufes und teilweise mit gleichen Vorzeichen aufgrund der Gesamtbeschleuni gung beziehungsweise Gesamtverzögerung des Wagenkastens überla gert sind. Der Wert der Beschleunigungssignale 38 und 38', beispielswei se eine Spannungshöhe, hängt von der momentanen Amplitude des Si nus-Laufes 42 ab. Somit ist jedem Zeitpunkt t_n des Sinus-Laufes 42 genau ein Signal 38 des Schlingerdämpfers 34 und ein Signal 38' des Schlinger dämpfers 34' zuordbar. Über eine Zeitspanne, nachfolgend auch Zeit fenster genannt, t₁-t₂ liegen somit eine entsprechende Anzahl von Wer ten des Beschleunigungssensors 36 und des Beschleunigungssensors 36' vor. Entsprechend einer festlegbaren Abtastfrequenz f_A kann die Anzahl der Werte pro Zeitspanne t₁ bis t₂ variiert werden.

Fig. 4 verdeutlicht in einem Blockschaltbild den Aufbau der Auswerte schaltung 40. Es wird deutlich, dass die Signale 38 und 38' zunächst ei nem Zeitfensterglied 46 zugeführt werden. Mittels des Zeitfenstergliedes 46 kann die Zeitspanne t₁-t₂ vorgegeben werden, die das Zeitfenster de finiert, innerhalb dem die Auswertung der Signale 38 und 38' erfolgt. Durch einen im Einzelnen nicht dargestellten Trigger kann das Zeitfenster über lappend, vorzugsweise mit einer Überlappung von 50%, erneut gestartet werden. Das bedeutet, wenn die Zeitspanne t₁-t₂ zur Hälfte abgelaufen ist, wird erneut ein Auswertealgorithmus gestartet.

Die Signale 38 und 38' werden nachfolgend einem Abtastglied 48 zuge führt, bei dem die Signale mit einer Abtastfrequenz f_A, die beispielsweise zwischen 10 und 50 Hz liegt, abgetastet werden. Da die Frequenz f des Sinus-Laufes 42 relativ niedrig ist, wird die Abtastfrequenz f_A ebenfalls re lativ niedrig gewählt. Durch die Abtastung stehen pro Zeitspanne t₁-t₂ eine entsprechende Anzahl von Einzelwerten der Signale 38 beziehungs weise 38' zur Verfügung.

In einem Korrelationsglied 54 erfolgt anschließend eine Korrelationsanaly se der Einzelwerte der Signale 38 beziehungsweise 38' innerhalb einer Zeitspanne t₁-t₂. Die Korrelationsanalyse wirft einen Korrelationskoeffi zienten K aus, der einem Vergleicher 56 zugeführt wird. Der Korrelations koeffizient K wird bei intakten Schlingerdämpfern 34 und 34' bei intakter Befestigung der Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' am Wagenkasten 12 und bei intakten sekundären Feder-/Dämpfersystemen 25 um den Wert o schwanken, da - wie bereits erläutert - aufgrund des Sinus-Laufes 42 die Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34' mit entgegengesetzten Vorzei chen und die Gesamtbeschleunigung beziehungsweise Gesamtverzöge rung des Wagenkastens mit gleichen Vorzeichen gestaucht beziehungs weise gestreckt werden. Ist einer der Schlingerdämpfer 34, 34' defekt, hat dies Einfluss auf den Sinus-Lauf 42. Das heißt, der Sinus-Lauf 42 wird in seiner Amplitude - gemäß der Darstellung in Fig. 3a - nach rechts bezie hungsweise nach links verstärkt und ist damit dominierend. Dies führt zu in jeweils einander entgegengesetzter Richtung verstärkter Stauchung beziehungsweise Streckung der Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34'. Der Korrelationskoeffizient K nimmt daher in diesem Fall Werte in Richtung -1 an. Überschreitet der Korrelationskoeffizient K eine vorgebba re Schwelle, beispielsweise von -0,4, wird über den Vergleicher 56 eine Alarmmeldung 58 ausgelöst. Diese Alarmmeldung 58 kann beispielsweise darin bestehen, dass bei einer nächsten Wartung die Schlingerdämpfer 34 beziehungsweise 34', die Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' und die se kundären Feder-/Dämpfersysteme 25 überprüft und gegebenenfalls repa riert oder ausgetauscht werden. Je nach Höhe des Korrelationskoeffi zienten K beziehungsweise je nach Häufigkeit der Überschreitung des Schwellwertes kann eine unterschiedliche Alarmmeldung 58 ausgeworfen werden. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass eine maximale Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges 10 nicht mehr überschritten werden darf, da eine Fahrstabilität ab einer bestimmten Geschwindigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Da der Sinus-Lauf 42 bei geringen Fahrge schwindigkeiten nicht beziehungsweise nur wenig ausgeprägt auftritt, kann durch Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit bei Fehlermeldung eine gefahrlose Fortsetzung einer Fahrt des Schienenfahrzeuges 10 erfol gen.

Wie Fig. 4 weiter verdeutlicht, werden die Signale 38 und 38' jeweils indi viduell einer Signalanalyse 50 beziehungsweise 50' unterzogen. Diese Signalanalyse 50 beziehungsweise 50' kann insbesondere in dem Ver gleich mit wenigstens einem abgelegten Referenzmuster bestehen. Diese Referenzmuster können beispielsweise aus normalen Betriebszuständen des Schienenfahrzeuges gelernt werden. Ergibt der individuelle Vergleich eine signifikante Abweichung des Signales 38 oder des Signales 38' von dem wenigstens einen Referenzmuster, kann ebenfalls die Alarmmeldung 58 generiert werden. Durch diese zusätzliche individuelle Auswertung der Signale 38 und 38', das heißt zusätzlich zur Korrelationsanalyse, wird die Diagnosetiefe erhöht. Durch die individuelle zusätzliche Auswertung der Signale 38 und 38' kann insbesondere auf nicht den Sinus-Lauf des Schienenfahrzeuges beeinflussende Störungen, beispielsweise am se kundären Feder-/Dämpfersystem 25, geschlossen werden.

In den Fig. 5 und 6 sind zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene Kennlinien aufgetragen. Hierbei ist einerseits jeweils die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges 10 über der Zeit und der ermittelte Korrelationskoeffizient K über der Zeit aufgetragen. Fig. 5 verdeutlicht hierbei eine Messfahrt ohne Fehler beziehungsweise Defekte. Es wird deutlich, dass die Korrelationskoeffizienten K jeweils über dem festgelegten Schwellwert von -0,4 liegen.

Zum Vergleich ist eine Messfahrt mit einem defekten Schlingerdämpfer 34 in Fig. 6 dargestellt. Hierbei ist ebenfalls wieder die Geschwindigkeit v über der Zeit t aufgetragen, wobei zur sicheren Verifizierung mehrmalige, zum Teil abrupte Geschwindigkeitsänderungen des Schienenfahrzeuges 10 erfolgten. Es wird deutlich, dass die Mehrzahl der Korrelationskoeffi zienten K unterhalb des Schwellwertes -0,4 liegen. Die Hauptzahl der Korrelationskoeffizienten K geht in Nähe des Wertes -1. Dies verdeutlicht, dass die vorgesehene Korrelationsanalyse geeignet ist, defekte Schlin gerdämpfer 34 beziehungsweise 34' sicher zu erkennen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können beispielsweise folgende Parameter gewählt werden. Die Zeitspanne t₁-t₂ (Zeitfenster) kann bei spielsweise zwischen 3 und 20 Sekunden betragen. Der Überdeckungs grad der aufeinander folgenden Zeitfenster kann beispielsweise zwischen 0 und 50% betragen. Die Abtastfrequenz f_A kann beispielsweise zwischen 10 und 50 Hz betragen, während der Schwellwert des Korrelationskoeffi zienten K beispielsweise zwischen -0,4 und -0,6 liegen kann.

Nach weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch die Befestigung der Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' am Wagenkasten 12, der Zustand der Schlingerdämpferkonsolen 32, 32' selbst (Rissbildung) und die sekundären Feder-/Dämpfersysteme 25 überprüft werden.

Bezugszeichenliste

10

Schienenfahrzeuge

12

Wagenkasten

14

,

16

Laufdrehgestelle

18

,

20

,

22

,

24

Radsätze

25

sekundäre Feder-/Dämpfersystem

26

Drehgestellrahmen

28

Räder

30

Radlager

32

,

32

' Schlingerdämpferkonsole

34

,

34

' linker und rechter Schlingerdämpfer

36

,

36

' Beschleunigungssensoren

38

,

38

' Beschleunigungssignale

40

Auswerteschaltung

42

Sinus-Lauf

44

Fahrzeuglängsachse

46

Zeitfensterglied

48

Abtastglied

50

,

50

' Signalanalyse

54

Korrelationsglied

56

Vergleicher

58

Alarmmelder
t_n

Zeitpunkt
t₁

-t₂

Zeitspanne (Zeitfenster)
f_A

Abtastfrequenz
K Korrelationskoeffizient
v Geschwindigkeit

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Fahrverhaltens eines Schienfahr zeug-Fahrwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleuni gungsverhalten von wenigstens zwei, einem Wagenkasten (12) des Schienenfahrzeuges (10) zugeordneten Schlingerdämpferkonsolen (32, 32') überwacht wird, indem die in Fahrtrichtung und/oder Ge genfahrtrichtung erfassten Beschleunigungswerte der links und rechts des Wagenkastens (12) angeordneten Schlingerdämpfer konsolen (32, 32') einerseits korreliert werden, ein Korrelationskoef fizient (K) mit wenigstens einem Schwellwert verglichen wird und bei Überschreiten des wenigstens einen Schwellwertes eine A larmmeldung (58) ausgelöst wird, und andererseits die Beschleuni gungswerte einzeln einer Signalanalyse (50, 50') unterzogen wer den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsanalyse in aufeinander folgenden Zeitfenstern (t₁-t₂) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsanalyse in überlappenden Zeitfenstern (t₁-t₂) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überlappungsgrad zwischen 0 und 50% beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale (38, 38') innerhalb der Zeitfens ter (t_1-t₂) mit einer Abtastfrequenz (f_A) abgetastet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz (f_A) veränderbar ist.

7. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (t₁-t₂) zwischen 3 und 20 Sekunden beträgt.

8. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz (f_A) zwischen 10 und 50 Hz beträgt.

9. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wendigsten sein Schwellwert des Kor relationskoeffizienten (K) zwischen -0,4 und -0,6 liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanalyse (50, 50') einen Vergleich mit wenigstens einem Refe renzmuster umfasst.

11. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig Schlingerdämpfer (34, 34'), Schlingerdämpferkonsolen (32, 32') und sekundäre Feder- /Dämpfersysteme (25) überwacht werden.

12. Vorrichtung zur Überwachung des Fahrverhaltens eines Schien fahrzeug-Fahrwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zum Erfassen des Beschleunigungsverhaltens in Fahrtrichtung und /oder Gegenfahrtrichtung von wenigstens zwei, einem Wagenkas ten (12) des Schienenfahrzeuges (10) zugeordneten Schlinger dämpferkonsolen (32, 32') umfasst, und mit Mitteln zum Korrelieren der Beschleunigungswerte von in Fahrtrichtung links und rechts des Wagenkastens (12) angeordneten Schlingerdämpferkonsolen (32, 32') ausgestattet ist, wobei ein Korrelationskoeffizient (K) mit we nigstens einem Schwellwert vergleichbar ist und bei Überschreiten wenigstens eines Schwellwertes eine Alarmmeldung (58) auslösbar ist, sowie mit Mitteln zur individuellen Signalanalyse (50, 50') der Beschleunigungssignale (38, 38') ausgestattet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Schlingerdämpferkonsole (32, 32') ein Beschleunigungsauf nehmer angeordnet ist, dessen Signalausgänge mit einer Auswert schaltung verbunden sind.