EP4448367A1 - Gleis-system mit spindelbaugruppe mit integriertem sensor - Google Patents

Gleis-system mit spindelbaugruppe mit integriertem sensor

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Publication number
EP4448367A1
EP4448367A1 EP22865882.9A EP22865882A EP4448367A1 EP 4448367 A1 EP4448367 A1 EP 4448367A1 EP 22865882 A EP22865882 A EP 22865882A EP 4448367 A1 EP4448367 A1 EP 4448367A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
track
spindle assembly
assembly
sensor
Prior art date
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Granted
Application number
EP22865882.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4448367B1 (de
Inventor
Hans Gereke-Bornemann
Jörg Frenzel
Moritz von Soden
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyperion Verwaltung GmbH
Original Assignee
Bornemann Gewindetechnik & Co Kg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202022002087.2U external-priority patent/DE202022002087U1/de
Application filed by Bornemann Gewindetechnik & Co Kg GmbH filed Critical Bornemann Gewindetechnik & Co Kg GmbH
Publication of EP4448367A1 publication Critical patent/EP4448367A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4448367B1 publication Critical patent/EP4448367B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/10—Locking mechanisms for points; Means for indicating the setting of points

Definitions

  • the present invention is located in the general area of integrated sensors in mechanical assemblies.
  • B. DE 10 2005 025 748 B4 describes an electric linear drive with a limit switch, in which the position switch and driver interact to provide control signals.
  • EP 2 256 032 B1 provides a sensor unit for a spindle drive, which detects a relative movement; analogously, EP 1 832 851 A2 proposes a position transmitter which makes it possible to determine a position using magnets and magnetic sensors.
  • general assemblies and measures for the area of torques and control and regulation circuits can also be found in DE 20 2006 005 695 U1 or EP 0 784 174 A2.
  • the present invention relates to a track system with a spindle assembly in the railway sector with an integrated sensor according to the preamble of the independent claims.
  • Generic spindles include an integral, endocorporeal sensor unit, as the applicant z. B. In DE 20 2020 103 194 Ul proposes. The disclosure of this document is fully claimed for the present invention. Due to the endocorporeal arrangement, sensor assemblies are protected from direct weathering and direct access/direct impact and can provide more reliable and long-term measured values for control and regulation systems. Surprisingly, there are no products in the market for spindle drives in the area of track-guided systems/railway systems that propose or explain sensor technology as described above as an innovative and useful assembly group - especially for track-guided traffic/track systems.
  • a track system comprises a spindle assembly with at least one integrated sensor, the at least one sensor being integrated into the spindle assembly via an integral and endocorporeal sensor assembly in the closed interior of the spindle designed for loads in the ton range.
  • 'endoskeleton' refers to the arrangement of the sensor assembly inside a body and 'integral' refers to the effective connection to the body itself: the sensor assembly is inserted into the body in such a way that the volume conditions and Volume properties of the body such as elastic deformation, volume conductivity, temperature, temperature gradient, etc. become detectable.
  • the body is a spindle; Conductivities, acting forces and temperature can, for example, be detected in their amounts and gradients by the sensor assembly inserted in this way.
  • the sensor assembly is thus specifically integrated into the spindle assembly.
  • the sensor assembly is integrated in accordance with the teaching of this document in the operationally closed internal volume of a mechanical component of a spindle assembly; the outside tightly enclosing component excludes direct weathering and is designed in the alloy for continuous, long-lasting function, preferably for a function of 25 to 50 years, and thus offers a sensor assembly arranged on the inside the necessary, high-quality protection directly and without further housing or additional measures .
  • the at least one sensor is integrated into the spindle assembly via an integral and endocorporeal sensor assembly in the closed interior of the spindle, which is designed for loads in the ton range.
  • measurement data such as B.
  • Conductivities, stresses, forces, torques or data groups such as frequency-dependent conductivity, frequency-dependent ultrasonic resonance, frequency-dependent permeability or resonance for radio waves or group conductivity of entire mechanical assemblies such as e.g. B. a track switch to derive statements about different states of an outdoor track system with surprising accuracy.
  • data can be generated, collected, evaluated and used for control and/or regulation, preferably for open track systems on the open route, in tunnels, in train stations and also in underground route sections, reliably and permanently.
  • supplementary data such as humidity, temperature or temperature gradients
  • operating states can be quantitatively evaluated with improved quality and durability and used for control and regulation tasks, and operational safety and stability can be increased.
  • Superordinate measuring and control systems of the track system more effective and precise as a result, and the operation of the track system becomes more efficient overall.
  • the spindle assembly is preferably arranged in the branch area in a track-guided system. Junction areas where a vehicle is to change lanes on the lanes specified by the tracks are regularly trouble spots: the lane change places more stress on transition areas and, in the event of a fault, leads to a stoppage of all crossing lanes. By improving the control of such an area with long-lasting and effectively protected sensors, such incidents can be detected before they start and avoided by taking appropriate measures.
  • the spindle assembly is particularly preferably arranged in the area of the track bed; the track bed area is exposed to direct weathering as a free, widely accessible area and is therefore particularly susceptible to faults in rapidly changing weather conditions; Recording the necessary and exercisable operating forces and accompanying, acoustic characteristics in operation allow here the same direction an improved analysis of the actual state; In this way, lane-change areas can be kept in operation more effectively through preventive measures.
  • a spindle assembly is particularly preferably arranged in at least one encapsulated servomotor of a track switch.
  • the motor which is already encapsulated, is double-shielded from the outside and offers a particularly robust, time-saving and safe option (because it is outside the route) of integrating measurement and control technology into an existing system as a maintenance and replacement element, without having to the system itself has to be changed or supplemented, only the analog spindle is exchanged for the smart spindle.
  • the latter is particularly advantageous when combined with wireless communication via the sensor assembly directly via existing or parallel or additional radio networks, the WLAN radio network of passing trains prefers to synchronize data and keep it up to date.
  • the spindle assembly is preferably designed to record states of a railway system and transmit them digitally and/or analogously to measurement and control systems.
  • resistant (e.g. to oil) cable sheaths these are adequately protected against liquids that are prevalent in railway operations.
  • the spindle assembly is preferably integrated into existing and parallel systems via digital and/or analog communication.
  • the spindle assembly can preferably be connected to other spindle assemblies of the same type via digital communication to form a peer-to-peer network for emergencies.
  • the spindle assembly preferably includes a tool-free quick-release device with anti-theft device, a power supply and a transmitter and takes into account an application with limited, given space conditions.
  • An electric spindle drive is preferably designed in the spindle assembly to simulate movement and force profiles of pneumatically controlled thrust mechanisms.
  • the sensor preferably includes an assembly for synchronization with a time signal.
  • the sensor preferably includes a multiplex assembly, via which data packets can be exchanged in a synchronized manner with other spindle assemblies of the same type.
  • a multiplex assembly via which data packets can be exchanged in a synchronized manner with other spindle assemblies of the same type.
  • several spindle assemblies can be operated synchronously at different force application points.
  • the smooth, uniform shifting but also the efficient adjustment before the first use of long track segments, such as those required for high-speed switches, can be carried out more efficiently and with less wear and can be checked regularly.
  • the sensor packages enable data to be recorded at each point of application of the accompanying friction and deformation forces and can detect wear, dirt and also accumulated dirt in the switch system earlier and more efficiently. Necessity and type of maintenance of the track system in this section, especially in the area of high-speed switches, is better recognized and the operational safety and reliability is increased.
  • the spindle assembly is preferably arranged in the track bed area/superstructure area.
  • the track bed area is regularly exposed to high loads, which include both direct weathering and vibrations and released operating resources and trickle losses from trains and freight cars.
  • high loads include both direct weathering and vibrations and released operating resources and trickle losses from trains and freight cars.
  • Equal and force-absorbing connection of sleepers, tracks and track bed must be checked. Stresses in the tracks, atypical vibrations during use and traffic, and also elastic deformations and the associated changes in the sound characteristics and conductivity indicate impermissible deviations from a target state.
  • the measurement data accessible with the presently claimed subject matter are preferably transferred to a system for condition monitoring; correlated to a condition monitoring system Measured values during and outside the times of use and can correlate initial deviations of the ACTUAL values from TARGET values with possible causes of error and advantageously correlate/check and/or confirm or refute these via further measured value acquisitions; an operating condition monitoring is accessible, which advantageously include the railway superstructure as a whole and advantageously improve maintenance, repairs and operational safety.
  • the spindle assembly is preferably part of a switch mechanism.
  • a switch mechanism in addition to the general loads in the track bed, there are still possible blockages, deformations or corrosion of the movable, articulated components necessary for the function; Furthermore, the moving components can be blocked or their function completely impaired by foreign bodies, icing, deformation or corrosion. Unsteady changes in force or torque, noise during operation, unsteady changes in sliding friction and/or static friction, unsteadily increasing displacement forces, strong changes in group conductivities and atypical operating noises indicate operating states which, with preventive intervention on site, can advantageously result in system failure and downtimes and the associated associated costs.
  • the spindle preferably comprises at least one wire that is at least partially inserted into the thread and can be used as an antenna, preferably as a data antenna and/or charging antenna; wireless charging and/or communication enables time-saving evaluation and charging via established short-range transmitters and receivers without the need for expansion or connection to an evaluation unit.
  • At least one capacitor with a high Capacitance also known as ultracap, as energy storage; Compared to established batteries, capacitors offer many more charging and discharging cycles and better current carrying capacity with fast charging in a short time.
  • Traversing forces and traversing distances are particularly preferably recorded and used for the digital control of the traversing speed and/or the traversing force; Stop and end points during the movement of mechanical components from one position to the other can be regulated iteratively or also according to a digitally stored control character chain determined by calculation, Fourier transformation or approximation; Advantageously, soft and gentle starting, travel and braking speeds and/or forces can be regulated and/or controlled digitally in this way.
  • the digital simulation of established hydraulic or pneumatic components such as e .g . B. Brake, buffer or escapement cylinders are now accessible for the first time.
  • the spindle assembly is preferably arranged in electrically measurable contact with at least part of the track bed.
  • a current signal can be fed into the ground in a targeted manner via all mechanically coupled components; Analysis of the residual signal flowing out over the ground, comparison with stored data sets and correlation with known changes for ground moisture, air humidity and temperature preferably allows the checking of an entire assembly at once.
  • An analysis of measured values particularly preferably enables a deviation to be assigned; By correlating values during operation and outside of operation, it is advantageously possible to draw a conclusion as to whether the reason for the deviation can be attributed to the mechanics of the assembly or the structure and condition of the surrounding track bed and railway superstructure or both; the necessary maintenance or repair can be advantageous directly z.
  • B. be aligned individually or in combination with the track bed, track body, drive or spindle assembly. The maintenance and repair of the entire railway superstructure can be regulated more efficiently, faster and cheaper, interruptions are reduced, improper use and insufficient maintenance/subsidence are detected.
  • the senor includes an AC signal emitter assembly.
  • An AC signal with a preset frequency will not see capacitances, which hardly charge at that frequency. Consequently, an alternating current signal of constant frequency allows a selective check of characteristic alternating current resistances of assembly parts at determined, specified frequencies.
  • the sensor preferably comprises an AC signal detector assembly, particularly preferably an impedance analysis assembly.
  • Frequency-resolved analysis of an AC conductivity often results in separable components for volume conductivity, grain boundary conductivity and surface conductivity as well as capacitive and inductive components or components; Consequently, a complete, conductively connected subassembly can advantageously be tested for uniformity and constancy of the grain boundaries, volumes and surfaces with a varied frequency and subsequent analysis of the impedance. corrosion, microcracks, cracks, External contributions from ice, rust or jammed foreign bodies can advantageously be better recognized, assigned to more specific sections and taken into account in control and regulation circuits.
  • the sensor preferably includes an assembly for wireless data communication;
  • a radio connection particularly preferably a radio connection via the respective WLAN networks of passing trains, allows measurement data to be exchanged directly. Queries and Loop Commands .
  • the sensor preferably includes a multiplex module, via which data packets can be output in a modulating manner superimposed on a supply stream of other modules, preferably bidirectionally.
  • a power supply line can advantageously be used in parallel as a data connection by modulation and parasitic signal superimposition of the current available therein; this advantageously enables data to be exchanged without additional physical data lines.
  • the exchange of data is preferably encrypted; this advantageously makes access or reading by unauthorized third parties more difficult.
  • a spindle assembly has at least one integrated sensor in the railway sector.
  • the at least one sensor is integrated into the spindle of a spindle assembly as an integral and endocorporeal sensor assembly.
  • the spindle assembly is arranged in the track bed area and is part of a switch mechanism.
  • the spindle assembly is mounted in electrically measurable contact with at least a portion of the roadbed.
  • the sensor includes an AC signal emitter assembly with AC signal detector assembly and impedance analysis assembly.
  • the sensor includes an assembly for wireless data communication via a micromemory controller, preferably an FRAM microcontroller with a non-volatile memory with improved reliability.
  • the senor comprises a multiplex module, via which data packets can be output in a modulating manner superimposed on a supply stream of other modules, preferably bidirectionally.
  • the established long-life spindle of at least one spindle drive of a track switch becomes a data acquisition unit capable of communication for the first time, which can record and evaluate measured values and evaluate and communicate operating states.
  • sensor data are used to check the condition of assemblies in the railway sector.
  • the sensor data preferably includes at least one data packet from a group of data packets, preferably consisting of the group of data packets off , ultrasonic echo, ultrasonic echo with varied frequency, alternating current resistance, alternating current resistance with varied frequency, frequency and intensity of a resonant oscillation, electrical resistance, electrical resistance of a track section, electrical resistance of a track bed section, electrical resistance of at least one sleeper, electrical Track surface resistance, electrical volume resistance of track switch components, electrical grain boundary resistance of track switch components, track temperature, track bed temperature, temperature of at least one component of a switch, torsional stress, resonance frequency, resonance frequencies, pressure, force, torque, sliding friction , static friction, conductivity, moisture, air humidity, soil moisture, local temperature, voltage, current, vibration behavior, operational acoustics.
  • Measured and control values preferably allow conclusions to be drawn about the state of assemblies also, preferably exclusively, in the idle state; this takes into account the problem that established control circuits often only record measured values during operation and then only enable error detection shortly before the decisive function/application. Defects can be better identified and remedied outside of operation by detecting measured values in the idle state and/or in a test mode with a small travel distance, which advantageously increases the reliability of the overall system. In this case, measurements are also possible and advantageously provided in the idle state of the spindle drive, that is to say after a switching operation of a switch.
  • the spindle itself can also be used as a data source via its conductivity and the mechanical, often conductive, connection to the track system.
  • a spindle equipped according to the invention is therefore preferably permanent—during operation/shifting of a Points and also afterwards / when trains pass over them as a measuring point.
  • a communication as well as metrological, additional recording of and with the passing trains and digitally communicative road users offers a network of data networks, which particularly preferably through parallel, redundant transmission of important status data can increase operational safety and improve the avoidance of failures and accidents; It is particularly advantageous to use mobile devices to generate information about the position of other road users such as motor vehicles or pedestrians relative to the track system when measuring points are arranged in a surrounding area, and the risk of a track being blocked by people or motor vehicles can be better assessed and blockages recognized earlier.
  • the testable condition preferably includes at least one property from a group of properties, the group of properties comprising, preferably consisting of, no cracks in track sections, strength of track sections, fastening of track sections, no cracks in sleeper bodies, uniformity of the track bed, deformation due to the tensile load of a passing vehicle / Train moving over the section, Train part, Locomotive, Wagon, Work unit, Vibration from a passing train / Train going over the section, Train part, Locomotive, Wagon, Work unit Train, Temperature in and out of service, Torsion in the track body, Thermal stress in the track body, Position of a track switch, mechanical coupling within the track switch mechanism, play in the track switch mechanism, corrosion of the track switch, changed surface structure of an assembly or component, occurrence of a stick-slip effect in the assembly, material deformation, e.g.
  • all sensor assemblies and wireless interfaces for communication and/or energy supply are arranged inside a spindle assembly;
  • a spindle assembly enables a switch system to be retrofitted with the functions provided internally when the existing spindle drive is replaced.
  • an auxiliary control and safety technology e.g. B. can also be shown in construction stages or for temporary infrastructures.
  • Modules with electronics with low energy requirements can be particularly preferably equipped with energy stores of high performance and fall below 10% of the original stored amount of energy (or maximum storage levels due to loss of battery capacity) can be replaced as a whole by a complete assembly equipped with a new energy storage device; this preferably tool-free exchange enables the shortest possible maintenance times on the track, careful analysis of the components used during charging and performance-related billing of the component use; The latter increases the profitability of products that are as long-lasting and durable as possible and makes an effective contribution to the development of durable assemblies.
  • the claimed system makes it possible for the first time to overcome this disadvantage. Due to the mechanical separation, it even allows parallel and test operation, which can preferably serve as part of a structured analysis method for section analysis and data acquisition; particularly preferably, the spindle assembly with the integrated sensors can be mounted using fastening means with a consistently identical size, which reduces the number of tools required and to be carried along and makes replacing/retrofitting, even temporarily, easier/simplified and advantageously combined with an anti-theft device which when the mechanical connection is released, which preferably also includes a digital connection or a measurement-electrical connection, a tracker and/or a lock is activated.
  • the spindle assembly preferably via a locking mechanism, particularly preferably coupled to a safety lock with digital and/or mechanical lock, can be inserted and suspended via a single release and removal movement.
  • a locking mechanism particularly preferably coupled to a safety lock with digital and/or mechanical lock
  • a first spindle drive the non-positive integration of the module in the track system, while a second spindle drive, if necessary.
  • a first spindle drive the non-positive integration of the module in the track system
  • a second spindle drive if necessary.
  • 2FA wireless two-factor authentication
  • the present document also proposes a self-sufficient sensor assembly as part of a track system, in which a spindle drive according to the invention can advantageously provide the necessary stability of the mechanical connection to the track system and thus provide the track system with a sufficiently stable and special easy to assemble measurement point for multiple data .
  • the spindle assembly is advantageously designed as a spindle drive for a switch, comprising an energy supply and a transmitter.
  • the transmitter includes again a plug-and-play capable interface ; Consequently, the assembly can be installed and automatically integrated into the data network provided for this purpose, preferably a wireless data network analogous to established IoT cloud applications, through the first operation.
  • the spindle assembly advantageously designed as a spindle drive for a switch, includes additional assemblies which take into account possible additional requirements and loads in the track bed.
  • additional assemblies which take into account possible additional requirements and loads in the track bed.
  • improper operation or insufficient construction can lead to unusual impact, impact or shearing loads or to external influences including theft.
  • Stress can be counteracted via reinforced composite segments and/or vibration dampeners between frictionally connected segments;
  • direct weathering/environmental influences on the one hand and wear and tear due to vibration on the other hand are avoided and a significantly increased life expectancy is made possible, even in adverse environments.
  • the spindle assembly in the version for points is designed for uniform fastening means, preferably comprising a tool-free quick-clamping device with anti-theft device.
  • a tool-free quick-clamping device enables manual insertion and release of the assembly; the anti-theft device is mechanical and/or electronic in nature and only releases a lock after inserting a suitably coded key in a lock and/or detecting the code, which blocks the quick-release mechanism until then.
  • the lock preferably includes a signal assembly for sending an alarm in the event of an unauthorized access attempt, particularly preferably combined with a GPS tracker.
  • Rapid, unproblematic installation with an integrated anti-theft device particularly advantageously allows entire network sections to be analyzed during operation, particularly preferably with sensor assemblies which are designed to transmit and receive measurement signals alternately over longer track sections; against this background, this description also reveals a possible new use of the assembly proposed here in a QM system.
  • the spindle assembly includes devices for analyzing acquired data; Typical, relevant information such as the type of train, number of axles, axle loads, speeds, additional or different operating noises, danger or failure indicators can be determined, compiled and made available by comparison with stored data.
  • Typical, relevant information such as the type of train, number of axles, axle loads, speeds, additional or different operating noises, danger or failure indicators can be determined, compiled and made available by comparison with stored data.
  • the problem with the established systems is that safety-relevant deviations in the passing trains are recorded late or not at all; this problem contributes to the one proposed here Spindle assembly first invoice .
  • parameters such as rail quality, rail condition, operating noise, sleeper condition, vibrations, movements in the track bed, small iron condition can be individually, preferably correlated, recorded via the spindle assembly and used for analysis during operation in order to carry out maintenance and repairs both in terms of scope and extent as well as in terms of To help identify and eliminate sources of damage and to regulate them more efficiently.
  • the spindle assembly includes devices that can directly or indirectly detect and quantify wear; this can be combined particularly advantageously with a connection to an analysis module that is integrated or accessible via a data stream.
  • the work or performance of the spindle assembly can be recorded quantitatively for the first time, preferably used as the basis of a loan purchase system: with quantifiable wear, such an assembly can be made available for a previously defined and payable amount of performance/work performance for the first time .
  • this enables optimal operation, in which the ecologically and economically necessary is reduced to a minimum, the service life is increased to a maximum and the Operational disruption is minimized.
  • a spindle assembly can be connected to a database comprising analysis data from a virtual operating model; such data is also referred to as 'Building Information Modeling' and often abbreviated to 'BIM'.
  • 'BIM' 'Building Information Modeling'
  • the recorded and transmitted values can advantageously be connected to software for controlling and optimizing technical-commercial business processes.
  • the spindle assembly is designed for data integration into existing and parallel systems. Integration includes data that occurs directly in the point machine as opposed to indirect data from the established systems, such as e.g. B. On/off currents inside switch boxes or third sensed Train data, which only allow indirect conclusions for the switch operation.
  • a self-sufficient installation advantageously enables third parties to gain additional insights.
  • Third parties are manufacturers, providers or operators, financers of track technology or research institutes parallel to the infrastructure operator itself.
  • manufacturers can quickly and easily test a new approach to sales in the form of guaranteed useful lives under the given conditions and price them in a comprehensible manner.
  • Significant factors such as B. Axle loads, freight services, clock frequencies, speeds, train types, transitions from one track to another or Journeys over points as well as temperatures, weather conditions, use of point heating, maintenance cycles and the condition of the superstructure and/or points can be correlated for the first time during operation with minimal or no downtime.
  • a diverter system with the claimed spindle assembly includes an analysis assembly which detects and stores the optimal operating mode of the spindle for different working conditions and then specifies it, as a result of which the spindle can be operated with minimal energy consumption.
  • the threaded spindle claimed here is equipped with an endocorporeal sensor cartridge, which enables measured value acquisition and communication in real time in the sense of direct availability and/or evaluation of the data.
  • Condition-based maintenance and monitoring based on delta measurements, trigger detection, identification of damage frequencies and acceleration sensors are becoming more efficient and cost-effective compared to established standard maintenance depending on the workload.
  • supplementary vibration monitoring when crossing points allows conclusions to be drawn about the states of wheel bearings, wheel disks and roller bearings of the passing vehicles.
  • this can be communicated directly to the respective vehicle via wireless communication interfaces or handed over as a data packet while driving past, thus enabling the fleet owner/owner to provide a check/maintenance if necessary at the earliest possible time, but also the infrastructure provider if necessary. to intervene
  • the spindle assembly includes passive and/or active protection against vandalism and sabotage.
  • Passive protection against vandalism includes housings and covers that protect sensitive assemblies from unauthorized access Protecting access
  • active protection against vandalism includes sensors and alarm systems that detect manipulation, prioritize evaluation and display and transmit an alarm signal.
  • the active elements are advantageously also integrated into the assembly in the sensor area and can thus provide increased protection of the system and the network without additional installation or housing costs.
  • integration into a spindle enables retrofitting without a change to established drives being necessary; It is also not necessary to create space in/on the drive. In the same way, no safety-relevant changes are necessary, because the spindle is only adapted in the mechanically non-relevant inner area.
  • the proposed spindle assembly offers the advantageous option of an additional, redundant control circuit in the sense of a fail-safe protection through a double system.
  • This is preferably done in combination with a redundant, additional software system with a wireless connection, as a result of which the digital component is also constructed effectively and redundantly as a parallel system and can effectively contribute to superior reliability.
  • the spindle assembly includes a communication assembly, which builds a decentralized peer-to-peer network with adjoining communication assemblies of other spindle assemblies and provides a parallel emergency communication network for operating data.
  • spindle assemblies according to the invention come in synchronized control in a track system in the range of High-speed turnouts used.
  • at least 3 force application points of a point setting system and/or heat extraction are combined in their data and operated in a coupled manner for synchronized setting of the points and switching of de-icing measures.
  • Particularly preferred are up to 300 meters, preferably 150 to 200 m, long switch segments over eight according to the invention equipped and integrated motors used to set a switch tongue, with three drives equipped according to the invention are still assigned to a frog;
  • precisely controlled and set switches can be traveled over in the branching branch at up to 600 km/h, preferably 200 to 550 km/h, particularly preferably around 250 km/h.
  • the track system is advantageously able to use temperature, humidity, conductivity of the track segments to each other and also traversing resistances and force curves to check the necessary ice-freeness of the points more precisely during operation and advantageously by briefly switching on heating or hot water Ensure spray devices.
  • a plurality of the spindle assemblies according to the invention are used over a wide area in a track system in various functional areas, including track switch drives, force application points and also measuring points. Wireless monitoring, regulation and control of the area of a track bed that is enclosed in this way becomes possible while generating a meaningful data record.
  • an existing track system can be retrofitted and replaced in a very short time without additional hardware then be operated more effi ciently, more effectively and more economically.
  • the present document also discloses a retrofit kit with which track bed areas can be equipped and upgraded. Existing systems can be upgraded quickly and cheaply, even temporarily in the context of interim construction work and systems that are no longer up-to-date can be put back into operation with the simplest of measures.
  • Track systems with sensor assemblies in the railroad sector usually provide complex housing, expensive communication lines and clumsy form factors in order to generate data, especially data in the track bed area. Form factors and costs are due to the quality standards and application scenarios required here.
  • the task is to propose a design that makes data more efficient and more economical to access.
  • the solution is achieved with a spindle assembly in the railway sector, which has an integral and endocorporeal sensor assembly as at least one sensor, which is integrated into the spindle assembly.
  • a suitably durable housing is provided at low cost.
  • Wireless communication communication via the power connection and also the generation of measured values via the mechanical components that interact with one another, preferably components of a track switch, can be used to record a number of properties via measured data and determine states and be notified.

Landscapes

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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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Abstract

Gleis-Systeme mit Sensorbaugruppen im Eisenbahnbereich sehen üblicher Weise aufwändige Gehäuse, kostspielige Kommunikationsleitungen und klobige Formfaktoren vor, um Daten, besonders Daten im Gleisbettbereich, zu generieren. Formfaktoren und Kosten sind den hier notwendigen Qualitätsstandards und Anwendungs-Szenarien geschuldet. Aufgabe ist, eine Bauweise vorzuschlagen, welche Daten effizienter und wirtschaftlicher zugänglich macht. Die Lösung erfolgt mit einer Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich, welche als mindestens einen Sensor eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe aufweist, welche in die Spindelbaugruppe integriert ist. Durch Anordnung der Sensorbaugruppe im geschlossenen Innenvolumen eines Abschnitts einer üblicher Weise durchgehend ausgebildeten Komponente eines Spindeltriebs wird kostengünstig ein passend langlebiges Gehäuse bereitgestellt. Durch drahtlose Kommunikation, Kommunikation über die Stromverbindung und auch Messwert-Erzeugung über die miteinander wechselwirkenden mechanischen Komponenten, bevorzugt Komponenten einer Gleisweiche, können mehrere Eigenschaften über Messdaten erfasst und Zustände ermittelt und mitgeteilt werden. Das Nachrüsten von Gleisbettbereichen, insbesondere Gleisweichen, mit ergänzenden Steuer- und Regel-Kreisen, um Zustände wie z. B. Betriebsbereitschaft, Funktionstüchtigkeit, Vereisung oder Korrosion quantitativ zu bewerten und mitzuteilen, wird so erstmals mit einem wirtschaftlich erheblich niedrigeren Kostenfaktor zugänglich.

Description

Gleis-System mit Spindelbaugruppe mit integriertem Sensor
WISSENSCHAFTLICHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen Bereich der integrierten Sensorik in mechanischen Baugruppen angesiedelt . So offenbart z . B . die DE 10 2005 025 748 B4 einen Elektrolinearantrieb mit Endabschaltung, bei dem Positionsschalter sowie Mitnehmer wechselwirkend Steuersignale bereitstellen . In ähnlicher Weise sieht die EP 2 256 032 Bl eine Sensoreinheit für einen Spindeltrieb vor, welche eine Relativbewegung erfasst ; analog schlägt die EP 1 832 851 A2 einen Positionsgeber vor, welcher über Magnete und Magnetsensoren eine Position bestimmbar macht . Allgemeine Baugruppen und Maßnahmen für den Bereich der Drehmomente und Steuer- sowie Regel-Kreise können schließlich noch der DE 20 2006 005 695 Ul oder der EP 0 784 174 A2 entnommen werden . Den vorbeschriebenen, allgemeinen Lehren ist gemein, dass diese keine konkreten Aspekte berücksichtigen, wie sie bei Transport-orientierten Gleis-Systemen für öffentlichen PersonennahvVerkehr oder auch Waren-Transport über Gleise wie z . B . im Eisenbahnbereich, im spurgeführten Verkehr, bei spurgeführten Systemen, - hier insbesondere die Spur und/oder Fahrwege und Gleisabschnitte zwischen zwei Punkten betreffend - sowie allgemein im Gleisbett und an einer Gleis-Weiche und bei Einrichtungen zum Verlassen des einen Fahrwegs in Richtung eines anderen bei spurgeführten Systemen zu berücksichtigen wären .
ALLGEMEINER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleis-System mit Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mit integriertem Sensor gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche .
Bestätigungskopie Spindeltriebe sind hier zum Beispiel als Teil von Gleisrichtmaschinen bekannt, wie z . B . die EP 0 784 174 A2 veranschaulicht .
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Gattungsgemäße Spindeln umfassen eine integrale , endocorporale Sensoreinheit, wie sie die Anmelderin z . B . In der DE 20 2020 103 194 Ul vorschlägt . Die Offenbarung dieses Dokuments wird für die vorliegende Erfindung vollumfänglich in Anspruch genommen . Durch die endocorporale Anordnung sind Sensor- Baugruppen vor direkter Bewitterung und direktem Zugriff/ direkter Einwirkung geschützt und können zuverlässiger und langfristiger Messwerte für Steuer- sowie Regel-Systeme bereitstellen . Überraschender Weise finden sich im Markt der Spindeltriebe im Bereich spurgeführter Systeme/ Eisenbahnbereich keine Produkte, welche Sensorik wie vorbeschrieben als innovative und nützliche Baugruppe - insbesondere für spurgeführte Verkehre/ Gleis-Systeme - vorschlagen oder erläutern . Die Erfinder gehen davon aus , dass die erheblich höheren Anforderungen im ÖPNV- und Transport- Bereich der Schiene bezüglich Qualität und Lebenserwartung dies begründen : Legierungen, welche in Kraft-belasteter Mechanik eine Lebenserwartung von 25 bis 50 Jahre aufweisen und Steuer- sowie Regel-Baugruppen, welche gleichsinnig ausgebildet im Freien ähnliche Leistungsmerkmale bieten, sind hier nicht als Kombination etabliert . Gerade Steuer- und Regel-Baugruppen für digitale Prozessführung werden hier abweichend in etablierter Weise in eigenen Gehäusen angeordnet und Steuer- und Regel-Kreise werden dadurch komplex und kostspielig . Der Anmelderin sind Legierungen und Mechanik passender Qualität geläufig, aber das Anordnen von Steuer- und Regel-Baugruppen in solchen mechanischen Komponenten ist im Eisenbahnbereich bis j etzt nicht erkennbar Gegenstand von Diskussionen gewesen . Vor diesem Hintergrund ist die vorliegende Innovation in der Grundidee auf diesen Bereich allgemein ausgerichtet .
Die Lösung der Aufgabe , ein Gleis-System mit Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mit neuen, langlebigen Sensoren für Steuer- und Regel-Kreise auszurüsten, welche einem zunehmenden Bedarf an digitaler Prozessführung Rechnung tragen, erfolgt gemäß der Merkmale der unabhängigen Ansprüche . Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung .
Die Erfinder erklären sich den langj ährig ungedeckten Bedarf nach digitaler Mess- und Regel-Technik im Gleisbereich wie folgt : Grundsätzlich ist der Bereich des Schienenverkehrs neben der direkten Bewitterung starken und belastenden Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt aber auch Manipulationsversuchen Dritter (Eingriffe ) . Bekannte Mess- und Regel-Technik versagte daher häufig oder war zu teuer, um breit Anwendung zu finden . Fortschritte im industriellen Qualitätsmanagement haben dann allmählich zu deutlich gleichmäßigeren und einheitlichen Qualitäten von Legierungsbestandteilen geführt . Weiterhin hat die Weiterentwicklung der Steuer- und Regel-Baugruppen für Stellantriebe zu gleichmäßigeren und besser kontrollierten Antriebskräften geführt . Das Zusammenspiel dieser beiden Faktoren kann erklären, warum eine üblicher Weise als Vollkörper gefertigte industrielle Spindel für das Ausbringen von Zug- oder Druck-Kräften im Kilo- bis Tonnen-Bereich überraschend mit einem innenliegenden Hohlraum versehen und über diesen mit zusätzlicher Mess- und Regel-Technik, umfassend Kraftsensoren für Druck- sowie Scher-Kräfte , ausgerüstet werden kann, ohne dass Lebenserwartung oder Performance beeinträchtigt werden . Fachleuten im hier relevanten Bereich ist zudem nicht bewusst , dass die Spindeltriebe für Gleisweichen in ihren Sicherheits-Margen für den Tonnenbereich ausgelegt sind; die üblichen, zum Teil auch händisch betätigbaren Weichensysteme benötigen für normalen ( Regel- ) Betrieb deutlich geringere Kräfte . Mithin ist den Konstrukteuren in diesem Bereich nicht bewusst, dass die hier in Gehäusen verbauten Spindelbaugruppen mit Spindelbaugruppen für Lasten im Tonnenbereich identisch sind . Zudem entspricht eine Änderung der Mechanik nicht den etablierten Herangehensweisen in diesem Bereich . Vielmehr wird ein Gleis- System wie z . B . die Bahninfrastruktur von ihren Betreibern als komplexes System angesehen, bestehend aus Unter- und Oberbau, Gleisen, Oberleitung sowie dem Signal- , Zugleitbeziehungsweise Zugsicherungssystem. Erst das fein abgestimmte Zusammenspiel langlebiger und robusten Komponenten inklusive dem rollenden Material erlaubt den reibungslosen und vor allem sicheren Schienenschnellverkehr . Dieser Sicherheit werden auf etablierte Weise die Design- und Handlungs-Strategien untergeordnet und regelmäßig wird solide Langlebigkeit einer möglichen Verbesserung vorgezogen, um Ausfallzeiten und Ausfallkosten minimal zu halten .
Weiterhin haben sich drahtlose Maßnahmen wie Datenkommunikation, Nahfeld-Aufladung, Energy Harvesting oder auch LAN-Fähigkeit von Baugruppen in technisch parallelen Bereichen entwickelt : Was in trockenen Räumen, Gebäuden und mit Mobiltelefonen funktioniert , versagt regelmäßig bei direkter Bewitterung im Freien . Entsprechend sehen Datenerfassungs-Geräte im Bereich der Eisenbahn-Technik stets Datenleitungen, gekapselte Gehäuse und schwere, dauerhafte Montage-Mechaniken vor . Somit ist einem Fachmann im hier relevanten Bereich keine Maßnahme als ausreichend sicher und langlebig vertraut, welche auf drahtlose, stationäre Teil- Netzwerke oder komplex integrierte, unabhängige und vor Ort montierbare Baugruppen setzen würde . Mithin wird vorliegend erstmals eine überraschend einfache und vorteilhafte Lösung vorgeschlagen, mit der diesem langj ährigen Bedarf in diesem speziellen Bereich entgegen den etablierten Vorurteilen, dass solche Bauteile nicht dauerhaft funktionieren werden, begegnet werden kann .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß umfasst ein Gleis-System eine Spindelbaugruppe mit mindestens einem integriertem Sensor, wobei der mindestens eine Sensor über eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe im verschlossenen Inneren der für Lasten im Tonnenbereich ausgelegten Spindel in die Spindelbaugruppe integriert ist . ' endocorporal ' bezeichnet hierbei in Analogie zum Begriff ' Endoskelett ' die Anordnung der Sensorbaugruppe im Inneren eines Körpers und ' integral ' weist auf die wirksame Anbindung an den Körper selbst hin : Die Sensorbaugruppe ist in den Körper so eingefügt , dass die Volumen-Zustände und Volumen-Eigenschaften des Körpers wie zum Beispiel elastische Deformation, Volumenleitfähigkeit , Temperatur, Temperaturgradient etc . erfassbar werden . Mithin bezeichnet ' integral ' eine stoffliche und datentechnisch nutzbare Verbindung zwischen der endocorporalen Komponente und dem Körper selbst . Vorliegend handelt es sich bei dem Körper um eine Spindel ; Leitfähigkeiten, einwirkende Kräfte und Temperatur sind in ihren Beträgen und Gradienten durch die so eingefügte Sensorbaugruppe zum Beispiel erfassbar . Die Sensorbaugruppe ist somit in die Spindelbaugruppe spezifisch integriert . Bezüglich möglicher, zusätzlicher Merkmale , Funktionen und Maßnahmen für eine solche Spindelbaugruppe wird auf die Lehre der DE 20 2020 103 194 Ul und der darin zitierten Dokumente verwiesen; die Sensorbaugruppe ist übereinstimmend mit der Lehre dieses Dokuments in dem im Betrieb geschlossenen Innenvolumen einer mechanischen Komponente einer Spindelbaugruppe integriert ; die nach außen dicht umschließende Komponente schließt direkte Bewitterung aus und ist in der Legierung auf durchgehende , langlebige Funktion, bevorzugt auf eine Funktion von 25 bis 50 Jahren, ausgelegt und bietet dadurch einer innenseitig angeordneten Sensorbaugruppe direkt und ohne weitere Gehäuse oder zusätzlich Maßnahmen den notwendigen, qualitativ hochwertigen Schutz .
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER MERKMALE
Im erfindungsgemäßen Gleis-System, umfassend eine Spindelbaugruppe mit mindestens einem integriertem Sensor, ist der mindestens eine Sensor über eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe im verschlossenen Inneren der für Lasten im Tonnenbereich ausgelegten Spindel in die Spindelbaugruppe integriert . Dadurch wird es erstmals möglich, über Messdaten wie z . B . Leitfähigkeiten, Spannungen, Kräfte, Drehmomente oder auch Datengruppen wie frequenzabhängige Leitfähigkeit, frequenzabhängige Ultraschall-Resonanz , frequenzabhängige Durchlässigkeit oder Resonanz für Radiowellen oder Gruppenleitfähigkeit ganzer, mechanischer Baugruppen wie z . B . einer Gleisweiche , Aussagen zu verschiedenen Zuständen eines im Freienn befindlichen Gleis- Systems mit überraschender Genauigkeit abzuleiten . So können bevorzugt für offene Gleis-Systeme auf offener Strecke, in Tunneln, in Bahnhöfen und auch in unterirdischen Streckenabschnitten sicher und dauerhaft Daten generiert , gesammelt, ausgewertet und zur Steuerung und/oder Regelung herangezogen werden . Bevorzugt gekoppelt mit ergänzenden Daten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur oder auch Temperaturgradienten können Betriebszustände in verbesserter Qualität und Dauerhaftigkeit quantitativ bewertet und zu Steuer- sowie Regel-Aufgaben herangezogen werden und die Betriebs-Sicherheit und -Beständigkeit kann erhöht werden . Übergeordnete Mess- und Regel-Systeme des Gleis-Systems werden dadurch effektiver und präziser und der Betrieb des Gleis- Systems wird insgesamt effizienter .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Abzweigbereich in einem Spur-geführten System angeordnet . Abzweigbereiche bei denen ein Spurwechsel eines Fahrzeugs auf durch Gleise vorgegebene Spur-Wege vorgesehen ist , sind regelmäßig neuralgische Punkte : Durch den Spurwechsel werden Übergangsbereiche vermehrt belastet und führen im Störungsfall zu einem Betriebsstopp für sämtliche sich dort kreuzenden Spuren . Durch die verbesserte Kontrolle eines solchen Bereichs mit langlebigen und wirksam geschützten Sensoren können solche Störungsfälle schon im/ vor Beginn detektiert und über geeignete Maßnahmen vermieden werden .
Besonders bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Gleisbettbereich angeordnet ; der Gleisbettbereich ist als freier, flächig zugänglicher Bereich direkter Bewitterung ausgesetzt und dadurch besonders störanfällig bei rasch wechselnden Witterungsbedingungen; Erfassung der notwendigen und ausübbaren Betriebskräfte und begleitender, akustischer Kennzeichen im Betrieb erlauben hier gleichsinnig eine verbesserte Analyse des IST-Zustands ; so können Spur-Wechsel- Bereiche wirksamer durch vorbeugende Maßnahmen im Betrieb gehalten werden . Besonders bevorzugt ist eine Spindelbaugruppe in mindestens einem gekapselten Stellmotor einer Gleisweiche angeordnet . Der bereits gekapselte Motor ist doppelt nach Außen hin abgeschirmt und bietet eine besonders robuste , Zeit einsparende und sichere Möglichkeit (da außerhalb des Fahrwegs ) , Mess- und Regel-Technik in ein bestehendes System als Wartungs- sowie Austausch-Element zu integrieren, ohne dass das System an sich geändert oder ergänzt werden muss , lediglich wird die analoge Spindel gegen die smarte Spindel ausgetauscht . Besonders vorteilhaft ist Letzteres mit einer Drahtlos-Kommunikation über die Sensorbaugruppe kombiniert , um direkt über vorhandene oder parallele oder zusätzliche Funknetze, bevorzugt das WLAN-Funknetz vorbeifahrender Züge , Daten abzugleichen und aktuell zu halten .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe Zustände eines Bahntechnischen Systems erfassend und digital und/oder analog an Mess- und Regel-Systeme weiterleitend ausgebildet , durch Verwenden beständiger ( z . B . gegen Öle ) Kabelmantel sind diese ausreichend gegen im Bahnbetrieb vorherrschende Flüssigsstof f e geschützt .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe über eine digitale und/oder analoge Kommunikation in bestehende und parallele Systeme integriert .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art über eine digitale Kommunikation zu einem peer-to-peer Netzwerk für Notfälle verbindbar .
Bevorzugt umfasst die Spindelbaugruppe eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung mit Diebstahlsicherung, eine Energieversorgung und einen Sender und trägt einer Anwendung mit eingeschränkten, gegebenen Platzverhältnissen Rechnung .
Bevorzugt ist in der Spindelbaugruppe ein elektrischer Spindeltrieb Bewegungs- und Kraft-Profile pneumatisch geregelter Schubmechaniken nachbildend ausgebildet .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Baugruppe zur Synchronisation mit einem Zeitsignal .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe, über welche Datenpakete synchronisierend mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art austauschbar sind . In besonders bevorzugter Kombination mit einer Baugruppe zur Synchronisation mit einem Zeitsignal können mehrere Spindelbaugruppen an verschiedenen Kraftangriffspunkten im Synchronlauf betrieben werden . Das gleichmäßige , gleichförmige Verlagern aber auch das effiziente Einstellen vor erstmaliger Nutzung langer Gleis-Segmente wie sie zum Beispiel bei Hochgeschwindigkeits-Weichen benötigt werden, kann so effizienter und mit weniger Verschleiß erfolgen und regelmäßig überprüft werden . Weiterhin ermöglichen die Sensorpakete bei j edem Kraftangriffspunkt eine Datenerfassung der begleitenden Reib- und Deformations-Kräfte und können Verschleiß , Verschmutzung und auch sich anstauende Verunreinigungen im Weichen-System früher und effizienter detektieren . Notwendigkeit und Art einer Wartung des Gleis-Systems in diesem Abschnitt, insbesondere im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Weichen, wird dadurch besser erkannt und die Betriebssicherheit und Ausfallsicherheit erhöht .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Gleisbettbereich/ Oberbaubereich angeordnet . Der Gleisbettbereich ist regelmäßig hohen Belastungen ausgesetzt , welche sowohl direkte Bewitterung als auch Vibrationen und freigesetzte Betriebsmittel und Rieselverlusten durch Züge und Güterwagen umfasst . Hinzu kommen natürliche Belastungen durch Pflanzenbewuchs , Nagetierpopulationen sowie Setzbewegungen im Untergrund/ Unterbau und Oberbau . Gleichmäßige und Kraft aufnehmende Verbindung von Schwellen, Gleisen und Gleisbett sind zu kontrollieren . Spannungen in den Gleisen, atypische Vibrationen in der Nutzung und durch Befahrung und auch elastische Deformationen und damit einhergehende Änderungen der Klangcharakterisitk und Leitfähigkeit indizieren hier unzulässige Abweichungen von einem Soll-Zustand . Bevorzugt werden die mit dem vorliegend beanspruchten Gegenstand zugänglichen Messdaten an ein System zur Zustandsüberwachung übergeben; ein System zur Zustandsüberwachung korreliert Messwerte während und außerhalb der Nutzungszeiten und kann erste Abweichungen der IST-Werte von SOLL-Werten mit möglichen Fehlerursachen korrelieren und diese vorteilhaft über weitere Messwerterfassungen korrelieren/ kontrollieren und/oder bestätigen oder widerlegen; eine Betriebszustands-Überwachung wird so zugänglich, welche vorteilhaft den Eisenbahnoberbau als Ganzes umfassen und Wartungen, Reparaturen und Betriebssicherheit vorteilhaft verbessern kann .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe Teil einer Weichen- Mechanik . In einer Weichen-Mechanik kommen zu den allgemeinen Belastungen im Gleisbett noch mögliche Blockaden, Deformationen oder Korrosion der für die Funktion notwendig beweglichen, aneinander angelenkten Komponenten hinzu; weiterhin können die bewegten Komponenten durch Fremdkörper, Vereisung, Deformation oder Korrosion gehemmt oder in ihrer Funktion komplett beeinträchtigt sein . Unstete Kraft- oder Drehmoment-Änderung, Geräusche im Betrieb, unstete Änderungen in Gleitreibung und/oder Haftreibung, unstet ansteigende Verfahrkräfte, starke Änderungen von Gruppenleitfähigkeiten sowie atypische Betriebsgeräusche indi zieren Betriebszustände , welche vorteilhaft mit vorbeugendem Eingriff vor Ort einen Systemausfall und Standzeiten sowie die damit verbundenen Kosten verhindern können .
Bevorzugt umfasst die Spindel mindestens einen zumindest anteilig in das Gewinde eingelegten Draht , welcher als Antenne , bevorzugt als Daten-Antenne und/oder Lade-Antenne, verwendbar ist; das drahtlose Laden und/oder Kommunizieren ermöglicht zeitsparend das Auswerten sowie Aufladen über etablierte Nahbereichs-Sender und Empfänger, ohne dass ein Ausbau oder der Anschluss an eine Auswerteinheit notwendig wird .
Besonders bevorzugt dient mindestens ein Kondensator mit hoher Kapazität , auch als Ultracap bezeichnet , als Energiespeicher ; Kondensatoren bieten im Vergleich zu etablierten Batterien sehr viel mehr Lade- und Entlade-Zyklen und eine bessere Stromfestigkeit bei schnellem Auf laden in kurzer Zeit .
Besonders bevorzugt werden Verfahrkräfte sowie Verfahrwege erfasst und zur digitalen Regelung der Verfahrgeschwindigkeit und/oder der Verfahrkraft herangezogen; Anschlags- sowie End- Punkte während des Verfahrens von mechanischen Komponenten von einer Stellung in die andere können iterativ oder auch entsprechend einer digital hinterlegten, durch Berechnung, Fourier-Transformation oder Approximation ermittelten Steuerzeichenkette geregelt werden; vorteilhaft können so digital weiche und schonende Start- , Verfahr- und Brems- Geschwindigkeiten und/oder -Kräfte geregelt und/oder gesteuert werden . Das digitale Nachbilden von etablierten, hydraulischen oder pneumatischen Komponenten wie z . B . Brems- , Puffer- oder Hemm-Zylindern wird so erstmals zugänglich .
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit elektrisch messbarem Kontakt zu mindestens einem Teil des Gleisbetts angeordnet . Durch Verwendung elektrisch zumindest ableitend eingestellter Werkstoffe und Schmiermittel kann ein Stromsignal gezielt über sämtliche, mechanisch miteinander gekoppelte Komponenten in die Erde eingespeist werden; bevorzugt erlaubt Analyse des über die Erde abfließenden Restsignals , Abgleich mit hinterlegten Datensätzen und Korrelation mit bekannten Änderungen für Erdfeuchte, Luftfeuchtigkeit und Temperatur die Überprüfung einer gesamten Baugruppe auf ein Mal . Vorteilhaft kann durch sukzessives Vorspannen des Spindeltriebs in Einoder Ausfahr-Stellung mit eingestelltem Drehmoment abwechselnd die für Einfuhr sowie Ausfuhr notwendige Gleitfläche separat geprüft und eine exaktere Prüfung der Spindeltrieb-Komponenten durchgeführt werden . Besonders bevorzugt ermöglicht eine Analyse von Messwerten eine Zuordnung einer Abweichung; durch Korrelation von Werten während des Betriebs und außerhalb des Betriebs wird vorteilhaft eine Schlussfolgerung möglich, ob der Grund für die Abweichung der Mechanik der Baugruppe oder dem Aufbau und Zustand des umgebenden Gleisbetts und Bahnoberbaus oder beidem zuzuordnen ist ; die notwendige Wartung oder Reparatur kann so vorteilhaft direkt z . B . auf Gleisbett, Gleiskörper, Antrieb oder Spindelbaugruppe einzeln oder in Kombination ausgerichtet werden . Das Warten und Instandhalten des gesamten Bahnoberbaus kann dadurch effizienter, schneller und günstiger geregelt werden, Unterbrechungen werden reduziert , missbräuchliche Nutzung und unzureichende Instandhaltung/ -Setzung detektiert .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Wechselstromsignal- Emitterbaugruppe . Ein Wechselstromsignal mit voreingestellter Frequenz wird kapazitive Widerstände, welche sich bei der Frequenz kaum auf laden, nicht wahrnehmen . Mithin erlaubt ein Wechselstromsignal konstanter Frequenz eine selektive Überprüfung charakteristischer Wechselstromwiderstände von Baugruppenteilen bei ermittelten, vorgegebenen Frequenzen .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Wechselstromsignal- Detektorbaugruppe , besonders bevorzugt eine Impedanz-Analyse- Baugruppe . Frequenz-aufgelöste Analyse einer Wechselstromleitfähigkeit ergibt für Volumenleitfähigkeiten, Korngrenzleitfähigkeiten und Oberflächenleitfähigkeiten sowie kapazitive und induktive Baugruppen oder Anteile häufig separierbare Anteile ; mithin kann vorteilhaft mit variierter Frequenz und nachfolgender Analyse der Impedanz eine komplette, leitfähig miteinander verbundene Baugruppe auf Gleichmäßigkeit und Konstanz der Korngrenzen, Volumina und Oberflächen geprüft werden . Korrosion, Mikrorisse, Risse, Fremdbeiträge durch Eis , Rost oder eingeklemmte Fremdkörper können vorteilhaft verbessert erkannt, konkreteren Abschnitten zugeordnet und in Steuer- sowie Regel-Kreisen berücksichtigt werden .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Baugruppe zur drahtlosen Datenkommunikation; eine Funkverbindung, besonders bevorzugt eine Funkverbindung über die j eweiligen WLAN-Netze vorbeifahrender Züge, erlaubt das direkte Austauschen von Messdaten . Abfragen und Regelkreisbefehlen .
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe, über welche Datenpakete einem Versorgungsstrom weiterer Baugruppen modulierend überlagert ausgebbar, bevorzugt bidirektional erzeugbar, sind . Vorteilhaft kann eine Stromversorgungsleitung durch Modulation und parasitäre Signal-Überlagerung des darin verfügbaren Stroms parallel als Daten-Anbindung genutzt werden; vorteilhaft ermöglicht dies einen Datenaustausch ohne zusätzliche, physische Datenleitungen .
Bevorzugt erfolgt der Datenaustausch verschlüsselt ; vorteilhaft erschwert dies den Eingriff oder das Mitlesen durch unbefugte Dritte .
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen . Die vorbeschriebenen Merkmale und Vorteile und nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind - sofern nicht explizit als solche beschrieben - nicht als abschließende Merkmalskombinationen aufzufassen . Zusätzliche , vorteilhafte Merkmale und zusätzliche Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung erläutert und gemäß den hier zitierten Dokumenten und ihrem
Stand der Technik verfügbar sind, können im Rahmen der unabhängigen Ansprüche im beanspruchten Gegenstand sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde .
DETAILLIERTE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGBEISPIELEN
In vorteilhafter Ausführungsform weist eine erfindungsgemäße Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mindestens einen integrierten Sensor auf . Der mindestens eine Sensor ist als integrale und endocorporale Sensorbaugruppe in die Spindel einer Spindelbaugruppe integriert . Die Spindelbaugruppe ist im Gleisbettbereich angeordnet und Teil einer Weichen-Mechanik . Die Spindelbaugruppe ist mit elektrisch messbarem Kontakt zu mindestens einem Teil des Gleisbetts montiert . Der Sensor umfasst eine Wechselstromsignal-Emitterbaugruppe mit Wechselstromsignal-Detektorbaugruppe und Impedanz-Analyse- Baugruppe . Über einen Mikrospeichercontroller, bevorzugt einen FRAM-Mikrocontroller mit nichtf lüchtigem Speicher mit verbesserter Ausfallsicherheit, umfasst der Sensor eine Baugruppe zur drahtlosen Datenkommunikation . Weiterhin umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe , über welche Datenpakete einem Versorgungsstrom weiterer Baugruppen modulierend überlagert ausgebbar, bevorzugt bidirektional erzeugbar, sind . Durch im Inneren einer Spindel angeordnete Sensor-Baugruppen wird so die etabliert langlebige Spindel mindestens eines Spindeltriebs einer Gleisweiche erstmals zu einer kommunikationsfähigen Daten-Erf assungs-Einheit , welche Messwerte erfassen und auswerten und Betriebszustände bewerten und mitteilen kann .
In vorteilhafter Aus führungs form werden Sensordaten zur Prüfung des Zustandes von Baugruppen im Eisenbahnbereich herangezogen . Die Sensordaten umfassen dabei bevorzugt mindestens ein Datenpaket aus einer Gruppe von Datenpaketen, die Gruppe von Datenpaketen umfassend, bevorzugt bestehend aus , Ultraschall-Echo, Ultraschall-Echo mit variierter Frequenz, Wechselstromwiderstand, Wechselstromwiderstand mit variierter Frequenz , Frequenz und Intensität einer Resonanz- Schwingung, elektrischer Widerstand, elektrischer Widerstand eines Gleisabschnitts , elektrischer Widerstand eines Gleisbett-Abschnitts , elektrischer Widerstand mindestens einer Bahnschwelle, elektrischer Widerstand der Gleis-Oberfläche , elektrischer Volumen-Widerstand von Komponenten der Gleisweiche, Elektrischer Korngrenz-Widerstand von Komponenten der Gleisweiche, Gleistemperatur, Gleisbett-Temperatur, Temperatur mindestens einer Komponente einer Weiche, Torsionsspannung, Resonanzfrequenz , Resonanzfrequenzen, Druck, Kraft , Drehmoment , Gleitreibung, Haftreibung, Leitfähigkeit , Feuchtigkeit , Luftfeuchtigkeit , Erdfeuchtigkeit , Lokaltemperatur, Spannung, Strom, Schwingungsverhalten, Betriebsakustik .
Bevorzugt ermöglichen Mess- sowie Regel-Werte einen Rückschluss auf den Zustand von Baugruppen auch, bevorzugt ausschließlich, im Ruhezustand; dies trägt dem Problem Rechnung, dass etablierte Regelkreise häufig nur Messwerte im Betrieb erfassen und dann erst kurz vor der entscheidenden Funktion/Anwendung eine Fehler-Erkennung ermöglichen . Durch Messwert-Erfassung im Ruhezustand und/oder in einem Testbetrieb mit geringem Verfahrweg können Mängel besser außerhalb des Betriebs erkannt und behoben werden, wodurch die Ausfallsicherheit des Gesamtsystems vorteilhaft erhöht wird . Hierbei sind auch im Ruhezustand des Spindeltriebs , also nach einem Stellvorgang einer Weiche , Messungen möglich und vorteilhaft vorgesehen . Hierbei kann auch die Spindel selbst über ihre Leitfähigkeit und die mechanische, oft leitfähige , Anbindung an das Gleis-System als Datenquelle Verwendung finden . Eine erfindungsgemäß ausgerüstete Spindel kommt somit bevorzugt dauerhaft - während des Betriebs / Umlegens einer Weiche und auch danach / bei Überfahrt von Zügen als Messpunkt zum Tragen . Eine Kommunikation sowie messtechnische , zusätzliche Erfassung von und mit den passierenden Zügen und digital kommunikationsfähigen Verkehrsteilnehmern bietet dabei einen Verbund von Daten-Netzen, welcher besonders bevorzugt durch parallele , redundante Übertragung wichtiger Zustandsdaten die Betriebssicherheit erhöhen und Ausfälle sowie Unfälle verbessert vermeiden kann; besonders vorteilhaft können so bei flächig umschließend angeordneten Messpunkten Aussagen zur Position weiterer Verkehrsteilnehmer wie Kraftwagen oder Fußgänger mit mobilen Endgeräten relativ zum Gleis-System erzeugt und das Risiko einer Blockade eines Gleises durch Personen oder Kraftwagen besser bewertet und Blockaden frühzeitiger erkannt werden .
Der prüfbare Zustand umfasst dabei bevorzugt mindestens eine Eigenschaft aus einer Gruppe von Eigenschaften, die Gruppe von Eigenschaften umfassend, bevorzugt bestehend aus , Rissfreiheit von Gleisabschnitten, Festigkeit von Gleisabschnitten, Befestigung von Gleisabschnitten, Rissfreiheit von Schwellenkörpern, Gleichmäßigkeit des Gleisbettes , Deformation durch Zuglast eines vorbeifahrenden/ über den Abschnitt fahrenden Zugs , Zugteils , Lokomotive , Waggon, Arbeitseinheit , Vibration durch einen vorbeifahrenden/ über den Abschnitt fahrenden Zugs , Zugteils , Lokomotive , Waggon, Arbeitseinheit Zug, Temperatur im und außerhalb Betrieb, Torsion im Gleiskörper, thermische Spannung im Gleiskörper, Position einer Gleisweiche, mechanische Koppelung innerhalb der Gleisweichen-Mechanik, Spiel der Gleisweichen-Mechanik, Korrosion der Gleisweiche, veränderter Oberflächenstruktur einer Baugruppe oder Komponente , Auftreten eines Stick-Slip Effekts in der Baugruppe , Materialverformungen, z . B . aufgrund von Temperaturschwankungen, Materialverformungen aufgrund von freigesetzten Spannungen im Material , Steigungsfehler in der Spindel , Steigungsfehler in der Mutter, Fließfähigkeit der Schmiermittel , Rissfreiheit einer Spindel , Rissfreiheit eines Spindelgehäuses , zulässige Vorspannung einer Kugelrollspindel , zulässige Spannung innerhalb eines Spindeltriebs , zulässige Korngrenzleitfähigkeit einer Baugruppe , Mikroriss-Freiheit , zulässige Relationen der Betriebskräfte, SOLL-Wert eines Frequenzmusters im Betrieb, SOLL-Wert eines Frequenzmusters bei vorbeifahrendem Zug, SOLL-Wert eines akustischen Frequenzmusters , Zustand von Radreifen, Zustand von Weichen- Komponenten einer Gleisweiche , Keimfreiheit von Schmierstoffen, Überlast durch fehlerhafte Schmierstoffe , Riss Bruch oder thermische Deformation in/an einem Spindeltrieb, Verunreinigung an/in Gleitf lächen, Schmierstoffmangel , Korrosion, zulässiger Drehzahl- und/oder Vorschub-Bereich, zulässiger Drehmomentbereich, Beweglichkeit einer Gleisweiche , Temperatur einer Gleisweiche, Torsion in einer Gleisweiche, Vereisungsgrad einer Gleisweiche , Abweichungen der aktuellen IST-Werte von SOLL-Betriebsparametern, Unstetigkeiten bei sich ändernden Betriebsparametern, Grenzwertüberschreitung bei Betriebsparametern, Funktionsausfall , Mangelwarnung, notwendige Wartung, notwendige Sperrung .
In vorteilhafter Ausführungsform sind sämtliche Sensor- Baugruppen und drahtlose Schnittstellen für Kommunikation und/oder Energieversorgung im Inneren einer Spindelbaugruppe angeordnet ; eine solche Spindelbaugruppe ermöglicht bereits im Austausch des vorhandenen Spindeltriebs das Nachrüsten eines Weichensystems mit den im Inneren bereitgestellten Funktionen . Auch kann mittels Sensor-Baugruppen eine hilfsweise Leit- und Sicherungstechnik, z . B . auch in Bauzuständen oder für temporäre Infrastrukturen dargestellt werden . Besonders bevorzugt können Baugruppen mit Elektronik mit geringem Energiebedarf mit Energiespeichern hoher Leistungsfähigkeit ausgestattet und bei Unterschreiten von 10% der ursprünglich gespeicherten Energiemenge ( oder maximaler Speicherstände durch Verlust von Akkukapazitäten) als Ganzes durch eine komplette , mit neuem Energiespeicher ausgerüstete Baugruppe ausgetauscht werden; dieser bevorzugt werkzeuglose Austausch ermöglicht kürzeste Wartungszeiten im Gleis , sorgfältige Analyse der genutzten Baugruppen während des Aufladens und leistungsbezogene Abrechnung der Bauteil-Verwendung; Letzteres erhöht die Wirtschaftlichkeit möglichst langlebiger und dauerhafter Produkte und trägt wirksam zur Entwicklung dauerhafter Baugruppen bei .
Problematisch bei den etablierten Systemen ist, dass diese für zusätzliche oder auch neue Sensoren und Sensorbaugruppen eine komplexe , mechanische und zeitraubende , digitale Integration in die bestehende Analyselandschaft und Infrastruktur erfordern . Erstmals ermöglicht es das beanspruchte System in vorteilhafter Ausführungsform, diesen Nachteil zu überwinden . Es erlaubt durch die mechanische Trennung sogar einen Parallel- sowie Test-Betrieb, welcher bevorzugt als Teil eines strukturierten Analyseverfahrens zur Abschnitts-Analyse und Datenerfassung dienen kann; besonders bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit den integrierten Sensoren über Befestigungs-Mittel mit durchgehend identischem Maß montierbar, was die Menge an benötigtem und mitzuführendem Werkzeug reduziert und das Austauschen/Nachrüsten, auch temporär, vereinf acht/erleichtert , und vorteilhaft mit einer Diebstahlsicherung kombiniert , welche bei Lösen der mechanischen Verbindung, welche bevorzugt eine digitale oder Mess-Strom-technische Verbindung mit umfasst , einen Tracker und/oder eine Sperre aktiviert .
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe, bevorzugt über eine Rastmechanik, besonders bevorzugt gekoppelt mit einem Sicherungsverschluss mit digitalem und/oder mechanischem Schloss , über eine einzige Ausklink- sowie Entnahme-Bewegung ein- sowie aussetzbar ausgebildet . Das erlaubt vorteilhaft das direkte , schnelle Austauschen gegen eine funktionstüchtige Baugruppe . Wartung / Reparatur etc . kann so bei einer defekten Spindelbaugruppe außerhalb des Gleises stattfinden . Eingriffszeiten minimieren sich, die Gefahren aus dem Eisenbahnbetrieb für Arbeitnehmende sinken ( anders als bei etablierten oder im Gleis verbauten Detektoren, die durch Personal auf der Schwelle oder am Schienensteg mit unvermeidbaren Aufenthaltszeiten im Gleis installiert werden müssen) . Wartung wird somit sicherer, schneller und effizienter .
Bevorzugt erlaubt in vorteilhafter Baugruppe mit erfindungsgemäßem Spindeltrieb ein erster Spindeltrieb das kraftschlüssige Einbinden der Baugruppe in das Gleis-System, während ein zweiter Spindeltrieb die ggf . notwendige Stellfunktion bereitstellen kann, während weiterhin eine Stromversorgung und ein Rechner-implementiertes Programm, vorteilhaft abgesichert über eine drahtlose Zwei-Faktoren- Authentif izierung, auch als 2FA abgekürzt , das automatische Einsetzen/Entnehmen und Festschrauben/Freigeben durch den ersten Spindeltrieb steuert ; vor diesem Hintergrund schlägt das vorliegende Dokument auch eine autarke Sensorbaugruppe als Teil eines Gleis-Systems vor, bei welcher ein erfindungsgemäßer Spindeltrieb die notwendige Stabilität der mechanischen Anbindung an das Gleis-System vorteilhaft bereitstellen kann und dem Gleis-System so mit einem ausreichend stabilen und besonders einfach zu montierenden Messpunkt für multiple Daten bereitstellt .
In vorteilhafter Weise ist die Spindelbaugruppe als Spindeltrieb für eine Weiche ausgelegt , umfassend eine Energieversorgung sowie einen Sender . Der Sender umfasst wiederum eine Plug-and-Play-f ähige Schnittstelle ; mithin kann die Baugruppe montiert und durch den ersten Betrieb automatisch in das dafür vorgesehene Datennetz , bevorzugt ein Funkdatennetz analog zu etablierten IoT-Cloud-Anwendungen, eingebunden werden .
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe , vorteilhaft ausgebildet als Spindeltrieb für eine Weiche , ergänzende Baugruppen, welche möglichen, zusätzlichen Anforderungen und Belastungen im Gleisbett Rechnung tragen . Je nach Aufbau und Struktur des Gleisbetts kann es bei unsachgemäßem Betrieb oder unzureichendem Aufbau häufiger zu außergewöhnlichen Schlag-, Stoß oder Scher-Belastungen kommen oder zu Fremdeinwirkung umfassend Diebstahl kommen . Einer Belastung kann über verstärkte Komposit-Segmente und/oder Vibrations-Dämpfer zwischen kraftschlüssig verbundenen Segmenten begegnet werden; vorteilhaft werden so direkte Bewitterung/ Umwelteinflüsse einerseits und Verschleiß durch Vibration andererseits kombiniert vermieden und eine deutlich gesteigerte Lebenserwartung auch in widrigen Umgebungen ermöglicht .
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe in der Ausführung für Weichen auf einheitliche Befestigungsmittel ausgelegt, bevorzugt umfassend eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung mit Diebstahlsicherung . Eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung ermöglicht das händische Einsetzen sowie Ausklinken der Baugruppe; die Diebstahlsicherung ist mechanischer und/oder elektronischer Natur und gibt erst nach Einsetzen eines passend kodierten Schlüssels in ein Schloss und/oder Erfassung des Codes eine Sperre frei, welche den Schnellspann-Mechanismus bis dahin blockiert . Bevorzugt umfasst das Schloss eine Signal-Baugruppe zum Versenden eines Alarms bei unbefugtem Zugriffsversuch, besonders bevorzugt kombiniert mit einem GPS-Tracker . Problematisch ist bei den etablierten Systemen, dass bei Austausch sowie Reparatur ganze Gleise stillgelegt werden müssen, was Ausfallzeiten und wirtschaftliche Verluste zur Folge hat . Mit der vorliegend vorgeschlagenen, vorteilhaft ausgelegten Montierbarkeit wird erstmals diesem Problem Rechnung getragen . Besonders vorteilhaft erlaubt eine schnelle , unproblematische Montage mit integrierter Diebstahlsicherung das Analysieren ganzer Netzabschnitte im laufenden Betrieb, besonders bevorzugt mit Sensorbaugruppen, welche über längere Gleisabschnitte Mess-Signale wechselseitig sendend und empfangend ausgebildet sind; vor diesem Hintergrund offenbart diese Beschreibung auch eine mögliche , neue Verwendung der hier vorgeschlagenen Baugruppe in einem QM-System.
Auch kann durch Auslesen der Daten durch mit dem Beheben der Störung beauftragte Arbeitende schnell und effizient von Außen festgestellt werden, ob eine angezeigte Störung des Weichenabschnittes aus dem Weichenantrieb oder dem Oberbau bzw . dem Gleisabschnitt resultiert . Dieses macht den Begang von Gleisabschnitten effizienter, die Störungsbehebung wird optimiert .
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe Einrichtungen zur Analyse von erfassten Daten; typische, relevante Informationen wie Typ des Zugs , Anzahl der Achsen, Achslasten, Geschwindigkeiten, zusätzliche oder abweichende Betriebsgeräusche , Gefahren- oder Versagens-Indikatoren können durch Abgleich mit hinterlegten Daten ermittelt , zusammengestellt und bereitgestellt werden . Problematisch ist bei den etablierten Systemen, dass sicherheitsrelevante Abweichungen bei den vorbeifahrenden Zügen spät oder gar nicht erfasst werden; diesem Problem trägt die hier vorgeschlagene Spindelbaugruppe erstmals Rechnung . Ungleiche Belastungen durch falsch beladene Waggons , akute und/oder dauerhafte Deformation des Gleiskörpers , Kompaktheit und Homogenität des Schotters, Hohllagen an oder unter den Schwellen, asymmetrische Belastung der Schienen und einhergehender, hoher Verschleiß sind Beispiele für Kenngrößen und detektierbare Abweichungen, welche durch rechtzeitige Berichtigung von rapide einander verstärkenden Gefahrenquellen mit nachfolgender Beschädigung/Zerstörung von Material wirksam begegnen können .
In vorteilhafter Ausführungsform können über die Spindelbaugruppe Kenngrößen wie Schienengüte , Schienenzustand, Betriebsgeräusche , Schwellenzustand, Vibrationen, Bewegungen im Gleisbett , Kleineisenzustand einzeln, bevorzugt korreliert , erfasst und zur Analyse im Betrieb herangezogen werden, um Wartung und Reparatur sowohl in Umfang und Ausmaß als auch im Identifizieren und Ausmerzen von Schadens-Quellen zu unterstützen und effizienter zu regeln .
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe Einrichtungen, welche Verschleiß direkt oder indirekt erfassen und quantifizieren können; besonders vorteilhaft ist dies mit einer Anbindung an ein integriertes oder per Datenstrom zugängliches Analyse-Modul kombinierbar . In der besonders bevorzugten Kombination kann erstmals die Arbeit oder auch Leistung der Spindelbaugruppe quantitativ erfasst werden, bevorzugt als Grundlage eines Leihkauf-Systems herangezogen werden : Mit quantifizierbarem Verschleiß kann erstmals eine solche Baugruppe für ein zuvor definiertes und zu bezahlendes Ausmaß an Leistung / Arbeitsleistung bereitgestellt werden . Vorteilhaft ermöglicht dies einen Optimalbetrieb, bei dem das ökologisch und ökonomisch Notwendige auf ein Minimum reduziert , die Lebensdauer auf ein Maximum gesteigert und die Unterbrechung des Betriebs minimiert wird .
In vorteilhafter Ausführungsform ist eine Spindelbaugruppe mit einer Datenbank verbindbar, umfassend Analysedaten eines virtuellen Betriebsmodells ; solche Daten werden auch als ' Building Information Modelling ' bezeichnet und häufig mit ' BIM ' abgekürzt . Vorteilhaft kann passend zum Detaillierungsgrad eines BIM Modells eine Anbindung der auf gezeichneten und übermittelten Werte an eine Software zur Kontrolle und Optimierung technisch-gewerblicher Geschäftsprozesse erfolgen .
Vorteilhaft werden dabei relevante Daten, z . B . wie und wann etwas eingebaut wurde , wie viele Bewegungen eine Weiche schon erlebt hat , etc . pp, zu einer planmäßigen Instandhaltung herangezogen . Mithin wird hier auch die Verwendung eines Datenmodells als gemeinsame Daten- und Wissensplattform für alle Beteiligten offenbart , wobei das Datenmodell als Basis für die Entscheidungsfindung während der gesamten Lebensdauer einer Anlage (von der Entwurfs- und Bau- über die Nutzungsphase bis hin zum Rückbau) dient . Verschiedene Beteiligte können das BIM-System in den j eweiligen Lebenszyklusphasen der Anlage/ Weiche nutzen, um Informationen hinzuzufügen, abzurufen oder zu bearbeiten . Auf diese Weise unterstützen sie ihre eigene Arbeit ebenso wie die Arbeit anderer, da alle Beteiligten Zugang zu diesen Informationen haben .
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe auf datentechnische Integration in bestehende und parallele Systeme ausgelegt . Integration umfasst unmittelbar im Weichenantrieb anfallende Daten im Gegensatz zu indirekten Daten der etablierten Systeme , wie z . B . An/Aus-Ströme innerhalb der Schaltkästen oder an dritter Stelle erfasste Zugdaten, welche nur indirekte Rückschlüsse für den Weichenbetrieb zulassen .
Vorteilhaft ermöglicht eine autarke Installation Dritten zusätzliche Einblicke . Dritte sind dabei Hersteller, Anbieter oder Betreiber, Finanzierende von Gleistechnik oder auch Forschungsinstitute parallel zum Infrastrukturbetreiber selbst .
Vorteilhaft bekommen so Hersteller aber auch Behörden ( z . B . Finanz-EBA, welches die eingesetzten Mittel überwacht ) die Möglichkeit, eigenständig zusätzlich das Produkt im Betrieb zu überwachen und zu analysieren . Die dadurch geschaffene Transparenz ermöglicht zudem das direkte Einbinden von Forschung und Entwicklung im laufenden Betrieb .
Vorteilhaft können Hersteller so schnell und einfach eine neue Herangehensweise bei Vertrieb in Form garantierter Nutzungsdauern bei gegebenen Bedingungen testen und nachvollziehbar bepreisen . Wesentliche Faktoren wie z . B . Achslasten, Frachtleistungen, Taktfrequenzen, Geschwindigkeiten, Zugtypen, Übergänge von einem Gleis auf ein anderes bzw . Fahrten über Weichen sowie Temperaturen, Wetterbedingungen, Weichenheizungseinsätze, Instandhaltungszyklen und Zustand von Oberbau und/oder Weiche werden so erstmals im laufenden Betrieb bei minimalen bis gar keinen Ausfallzeiten korrelierbar .
Vorteilhaft können sowohl die Hersteller als auch Dienstleister/ Anbieter so neue Produkte inklusive Finanzierung, Service und Instandhaltung auf Basis belastbarer Praxisdaten hoch transparent zusammenstellen, anbieten und bei Bedarf auch während der Nutzung flexibel an die tatsächliche Nutzung anpassen . In vorteilhafter Ausführungsform umfasst ein Weichensystem mit der beanspruchten Spindelbaugruppe eine Analyse-Baugruppe, welche für unterschiedliche Arbeitsbedingungen den j eweils optimalen Betriebsmodus der Spindel erfasst, speichert und nachfolgend vorgibt , wodurch die Spindel mit minimalstem Energiebedarf betreibar ist .
In vorteilhafter Ausführungsform ist die hier beanspruchte Gewindespindel mit einer endocorporalen Sensorpatrone ausgestattet , welche Messwert-Erfassung und -Kommunikation in Echtzeit im Sinne direkter Verfügbarkeit und/oder Auswertung der Daten, ermöglicht . Zustandsbasierte Wartung und Überwachung auf Basis von Deltamessungen, Trigger-Erkennungen, Identifikation von Schadensfrequenzen sowie Beschleunigungs- Sensoren werden im Vergleich zu etablierten Standard-Wartung in Abhängigkeit der Auslastung effizienter und kostengünstiger .
Besonders bevorzugt ermöglicht ergänzende Schwingungsüberwachung bei Weichenüberfahrten Rückschlüsse auf Zustände von Radlagern, Radscheiben und Wälzlagern der passierenden Fahrzeuge . Vorteilhaft kann dies über drahtlose Kommunikations-Schnittstellen direkt dem j eweiligen Fahrzeug mitgeteilt oder als Datenpaket während des Vorbeifahrens übergeben werden und ermöglicht somit dem Fuhrparkeigentümer/ -besitzer, bei Bedarf , zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Überprüfung/ Instandhaltung bereitzustellen, aber auch dem Infrastrukturbereitsteiler ggfs . einzugreifen
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe passiven und/oder aktiven Vandalismus- und Sabotageschutz . Passiver Vandalismus-Schutz umfasst Gehäuse und Abdeckungen, welche empfindliche oder sensible Baugruppen vor unbefugtem Zugang schützen, während aktiver Vandalismus-Schutz Sensoren und Alarmsysteme umfasst , welche Manipulationen detektieren, bevorzugt bewerten und per Alarmsignal anzeigen und übermitteln . Vorteilhaft sind die aktiven Elemente in die Baugruppe im Sensorenbereich mit integriert und können so ohne zusätzliche Montage- oder Gehäuse-Kosten einen erhöhten Schutz des Systems und des Netzes bereitstellen .
Vorteilhaft ermöglicht die Integration in eine Spindel ein Nachrüsten, ohne dass eine Änderung an etablierten Antrieben nötig wäre ; auch ein Platzschaffen im/am Antrieb ist nicht notwendig . Gleichsinnig sind auch keine sicherheitsrelevanten Änderungen notwendig, denn es erfolgt lediglich eine Anpassung der Spindel im mechanisch nicht relevanten Innenbereich .
Für Gleisnetze mit bereits bestehenden Kontroll- und Predictive Maintenance Mechanismen bietet die vorgeschlagene Spindel-Baugruppe die vorteilhafte Möglichkeit eines zusätzlichen, redundanten Regelkreises im Sinne einer fail- saf e-Absicherung durch Doppelsystem. Bevorzugt erfolgt dies in Kombination mit einem redundanten, zusätzlichen Software- System mit Drahtlos-Anbindung, wodurch auch die digitale Komponente wirksam und redundant als Parallelsystem aufgebaut wird und wirksam zu einer überlegenen Ausfallsicherheit beitragen kann . Besonders bevorzugt umfasst die Spindelbaugruppe eine Kommunikations-Baugruppe, welche mit angrenzenden Kommunikations-Baugruppen weiterer Spindelbaugruppen ein dezentrales peer-to-peer-Netzwerk aufbaut und ein paralleles Notfall-Kommunikations-Netzwerk für Betriebsdaten bereitstellt .
In weiterer, vorteilhafter Ausführungsform kommen mehrere, erfindungsgemäße Spindelbaugruppen in synchronisierter Regelung in einem Gleis-System im Bereich von Hochgeschwindigkeitsweichen zum Einsatz . Vorteilhaft werden dabei mindestens 3 Kraftangriffspunkte eines Weichen- Stellsystems und/oder eine Wärmeauskoppelung kombiniert in ihren Daten erfasst und zum synchronisierten Stellen der Weiche sowie Schalten von Enteisungsgmaßnahmen gekoppelt betrieben . Besonders bevorzugt werden bis zu 300 Meter, bevorzugt 150 bis 200m, lange Weichen-Segmente über acht erfindungsgemäß ausgerüstete und eingebundene Motoren genutzt , um eine Weichenzunge zu stellen, wobei weiterhin drei erfindungsgemäß ausgerüstete Antriebe einem Herzstück zugeordnet sind; vorteilhaft können so präzise gesteuerte und eingestellte Weichen im abzweigenden Ast mit bis zu 600 km/h, bevorzugt 200 bis 550 km/h, besonders bevorzugt um 250 km/h, befahren werden . Bei extremen Witterungsbedingungen wie z . B . im Winter ist das Gleis-System vorteilhaft in der Lage, über Temperatur, Luftfeuchtigkeit , Leitfähigkeit der Gleis-Segmente untereinander und auch Verfahr-Widerstände und Kraftkurven im Betrieb die notwendige Eisfreiheit der Weiche exakter zu prüfen und vorteilhaft über kurzes Zuschalten von Heizungen oder Warmwasser-Sprühvorrichtungen sicherzustellen .
In weiterer, vorteilhafter Ausführungsform ist in ein Gleis- System eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Spindelbaugruppen in verschiedenen Funktionsbereichen, umfassend Gleisweichen- Antriebe , Kraft-Angriffspunkte und auch Messpunkte, flächig eingesetzt . Eine drahtlose Überwachung, Regelung und Steuerung des flächig so umschlossenen Bereichs eines Gleisbetts wird dadurch unter Erzeugung eines aussagekräftigen Datensatzes möglich . Durch einfaches Austauschen etablierter Gleisweichen- An ( ? ) triebe mit baugleichen Baugruppen mit erfindungsgemäßer Spindel und Ergänzen mit Spindelbaugruppen mit Schnellspann- Vorrichtung und eigener Stromversorgung an weiteren, neuralgischen Punkten kann ein bestehendes Gleis-System ohne zusätzlich Hardware in kürzester Zeit nachgerüstet und von dann an effi zienter, effektiver und wirtschaftlicher betrieben werden . Vor diesem Hintergrund offenbart das vorliegende Dokument auch einen Nachrüst-Satz , mit welchem Gleisbett- Bereiche aus- und aufgerüstet werden können . Bestehende System sind so schnell und günstig aufwertbar, auch temporär im Rahmen von Bauzwischenständen und nicht mehr zeitgemäße Systeme können mit einfachsten Maßnahmen wieder in Betrieb genommen werden .
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gleis-Systeme mit Sensorbaugruppen im Eisenbahnbereich sehen üblicher Weise aufwändige Gehäuse , kostspielige Kommunikationsleitungen und klobige Formfaktoren vor, um Daten, besonders Daten im Gleisbettbereich, zu generieren . Formfaktoren und Kosten sind den hier notwendigen Qualitätsstandards und Anwendungs-Szenarien geschuldet .
Aufgabe ist, eine Bauweise vorzuschlagen, welche Daten effizienter und wirtschaftlicher zugänglich macht . Die Lösung erfolgt mit einer Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich, welche als mindestens einen Sensor eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe aufweist , welche in die Spindelbaugruppe integriert ist .
Durch Anordnung der Sensorbaugruppe im geschlossenen Innenvolumen eines Abschnitts einer üblicher Weise durchgehend ausgebildeten Komponente eines Spindeltriebs wird kostengünstig ein passend langlebiges Gehäuse bereitgestellt . Durch drahtlose Kommunikation, Kommunikation über die Stromverbindung und auch Messwert-Erzeugung über die miteinander wechselwirkenden mechanischen Komponenten, bevorzugt Komponenten einer Gleisweiche, können mehrere Eigenschaften über Messdaten erfasst und Zustände ermittelt und mitgeteilt werden .
Das Nachrüsten von Gleisbettbereichen, insbesondere Gleisweichen, mit ergänzenden Steuer- und Regel-Kreisen, um Zustände wie z . B . Betriebsbereitschaft, Funktionstüchtigkeit , Vereisung oder Korrosion quantitativ zu bewerten und mitzuteilen, wird so erstmals mit einem wirtschaftlich erheblich niedrigeren Kostenfaktor zugänglich .

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Gleis-System umfassend eine Spindelbaugruppe mit mindestens einem integriertem Sensor , dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Sensor über eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe im verschlossenen Inneren der für Lasten im Tonnenbereich ausgelegten Spindel in die Spindelbaugruppe integriert ist .
2 . Spindelbaugruppe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass die Spindelbaugruppe im Abzweigbereich in einem Spur-geführten System, bevorzugt im Gleisbettbereich, besonders bevorzugt in mindestens einem gekapselten Stellmotor einer Gleisweiche angeordnet ist .
3. Spindelbaugruppe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass die Spindelbaugruppe Zustände eines Bahn-technischen Systems erfassend und digital und/oder analog an Mess- und Regel-Systeme weiterleitend ausgebildet ist .
4 . Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Spindelbaugruppe über eine digitale und/oder analoge Kommunikation in bestehende und parallele Systeme integriert ist .
5. Spindelbaugruppe nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Spindelbaugruppe mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art über eine digitale Kommunikation zu einem peer-to-peer Netzwerk für Notfälle verbindbar ist .
6. Spindelbaugruppe nach einem der vorhegehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelbaugruppe eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung mit Diebstahlsicherung, eine Energieversorgung und einen Sender umfasst .
7 . Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass in der Spindelbaugruppe ein elektrischer Spindeltrieb Bewegungs- und Kraft-Profile pneumatisch geregelter Schubmechaniken nachbildend ausgebildet ist .
8 . Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Sensor eine Baugruppe zur Synchronisation mit einem Zeitsignal umfasst .
9. Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Sensor eine Multiplex- Baugruppe umfasst , über welche Datenpakete synchronisierend mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art austauschbar sind .
10 . Gleis-System nach allen vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine Mehrzahl der Spindelbaugruppen als Gleisweichen- Triebe, Kraft-Angriffspunkte und auch Messpunkte in ein Gleis-System flächig eingesetzt eine drahtlose Überwachung, Regelung und Steuerung eines flächig umschlossenen Bereichs eines Gleisbetts bereitstellen .
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