Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ¹ eine Vorrichtung zur Diagnose und Zustandsmonitoring eines Verschleiß- und Funktionszustandes einer Weiche und/oder einer Kreuzung und/oder einer Kreuzungsweiche und/oder von Schienenstößen und/oder Gleisinhomogenitäten eines Schienenverkehrsweges, der aus mehreren Fahrschienen besteht.

Weichen, Kreuzungen und Kreuzungsweichen führen mehrere Gleise des Schienenverkehrs zu einem Gleis zusammen und verbinden diese miteinander oder führen bei einer Kreuzung ein Gleis durch ein anderes Gleis hindurch. Einen ungehinderten und nahezu spurstabilen Lauf eines Rades eines Schienenfahrzeuges, das über eine Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche hinwegrollt, gewährleistet ein sog. Herzstück, das sich an einer Durchschneidungsstelle der sich kreuzenden Gleise befindet. Hierbei werden starre und bewegliche Herzstücke unterschieden. Bei einem starren Herzstück ist eine planmäßige Unterbrechung einer Fahrkante an der Durch¬ schneidungsstelle vorhanden, die sog. Herzstücklücke. Diese Herzstücklücke führt dazu, dass das Rad während des Hinwegrollens über die Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche über eine Rille fährt, wodurch stoßartige Erschütterungen und Belastungen sowohl am Rad als auch am starren Herzstück auftreten. Dies führt längerfristig zu einer Abnutzung und einem erhöhten Verschleiß des starren Herzstückes sowie der gesamten Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche. Zur Lösung dieses Problems wird bei Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen, die durch Züge mit höheren Geschwindigkeiten befahren werden, ein bewegliches Herzstück verwendet, das für das jeweilige Gleis eine durchgehende Fahrkante herstellt. Die überwiegende Anzahl von Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen weist jedoch aus Gründen verminderter Herstellungs- und Unterhaltungskosten sowie eingeschränkten Einbauraumes ein starres Herzstück auf.

Die Messungen zur Ermittlung des Verschleiß- und Funktionszustandes von Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen sind personalintensiv und wer¬ den oftmals aus werkstofftechnischer Sicht zu selten und/oder zu spät durchge-

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führt, so dass insbesondere ein Vermessen von Herzstücken nach Regelinspek¬ tionen erst dann erfolgt, wenn diese bereits visuell auffällig sind. Visuelle Ein¬ schätzungen bei Regelinspektionen können den tatsächlichen Verschleiß von Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen nur unzureichend beschreiben. Als Stand der Technik ist bekannt, dass eine Diagnose von Weichen, Herzstücken und Kreuzungen durch eine visuelle Begutachtung und Beurteilung nach Methoden der bahninternen Vorschrift DS 820.06 05 B5 und Norm BN 821.2005 durchgeführt wird. Dies sind händische Messmethoden mit Linealen, Messlehren, Messschnüren, Messkeilen, Spiegel und Fühllehren. Insbesondere werden Rampenverläufe am Herzstück ermittelt, eine Ebenheit und Richtung der Schienen geprüft sowie eine Höhenlage des Herzstückes und der Flügelschienen ermittelt. Hierfür ist ein Personenaufwand von 3 Personen, ein Zeitaufwand von bis zu etwa einer halben Stunde sowie ein teilweise sehr platzzehrendes 8-teiliges Messmittelset erforderlich. Desweiteren stehen hierdurch lediglich geometrische Daten über den Ver¬ schleißzustand an Herzstück und Flügelschiene zum Zeitpunkt der Vermessung zur Verfügung ohne weitere Aussagen über den zugehörigen Ober- und Unter¬ bau. Ebenso werden Schwellenhohllagen nicht erkannt und bis dato mit keinem System erfasst. Nachteil dieser Lösung ist somit insbesondere ein großer personeller und zeitli¬ cher Messaufwand, d.h. seltene und nur unzureichende Beschreibung des tat¬ sächlichen Verschleiß- und Funktionszustandes. Das Voraussagen und Veran¬ lassen rechtzeitiger Instandhaltungstermine sind daher schwer möglich. Ein¬ griffsschwellwerte insbesondere für den Überlaufbereich fehlen bisher. Aus DE 10 2004 014 282 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose und Zustandsmonitoring im Überlaufbereich einer Weiche, einer Kreuzung oder einer Kreuzungsweiche eines Schienenverkehrsweges bekannt. Hierbei werden am starren Herzstück oder dem Kreuzungspunkt Schwingungsbeschleunigun¬ gen des Herzstückes oder des Kreuzungspunktes an mindestens einem Ort des Herzstückes oder Kreuzungspunktes in mindestens einer Raumrichtung gemes¬ sen, die durch die Überfahrt eines Fahrzeuges über das Herzstück/den Kreu¬ zungspunkt erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird somit der Verschleiß von Bauteilen direkt an den entsprechenden Bauteilen der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche ermittelt. Sollen nacheinander mehrere verschiedene Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen untersucht werden, so muss die entsprechende Messvorrichtung durch Messpersonal bei der einen Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche demontiert, zur nächsten Weiche, Kreuzung

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oder Kreuzungsweiche transportiert und dort montiert werden. Eine Diagnose mehrerer verschiedener Weichen, Kreuzungen oder Kreuzungsweichen nach¬ einander ist somit mit einem größeren zeitlichen und personellen Aufwand ver¬ bunden. Aus DE 195 80 680 T2 ist eine mobile Nachführungseinheit zum Detektieren von Defektzuständen in Schienenfahrzeugen und Gleiswegen bekannt. Die mo¬ bile Nachführungseinheit umfasst eine Rotationsmesseinheit zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit eines Radsatzes, einen Bewegungssensor insbesondere in Form eines Beschleunigungsaufnehmers, einen Datenprozessor, einen Navi- gationssatz sowie einen Sender zum Übermitteln ermittelter Daten an eine Auswertezentrale. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass zum Detektieren von De¬ fektzuständen eine spezielle mobile Nachführungseinheit erforderlich ist, d.h. ein spezielles Fahrzeug, das einem Schienenfahrzeug nachgeführt werden muss. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit¬ zustellen, mit dem mit geringem Aufwand eine Bewertung des Gesamtsystems Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie Schienenstößen und Gleisin¬ homogenitäten noch vor einer visueller Auffälligkeit durchgeführt werden kann ohne die Nachteile des Standes der Technik aufzuweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale sowie für die Vorrichtung durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Anspruch 1 gibt ein Verfahren an zur Diagnose und Zustandsmonitoring einer Weiche und/oder einer Kreuzung und/oder einer Kreuzungsweiche sowie von Schienenstößen und Gleisinhomogenitäten eines Schienenverkehrsweges. Hierbei werden bei Überfahrt eines Schienenfahrzeuges über die Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie Schienenstößen oder Gleis¬ inhomogenitäten an mindestens einem Bauteil des Schienenfahrzeuges Schwingungsbeschleunigungen in mindestens einer Raumrichtung gemessen und abgespeichert, die an dem Bauteil des Schienenfahrzeuges durch die Überfahrt des Schienenfahrzeuges über die Weiche, Kreuzung oder Kreuzungs¬ weiche sowie Schienenstöße und Gleisinhomogenitäten erzeugt werden.

Erfindungsgemäß werden somit insbesondere Schwingungsbeschleunigungen bei Überfahrten eines Schienenfahrzeuges gemessen und ortsgenau beurteilt. Diese stehen in einem direkten Zusammenhang mit dem Verschleiß und

Funktionszustand der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche,

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Schienenstoßes und Gleisinhomogenitäten, da ansteigende Schwingungs¬ beschleunigungen insbesondere durch anwachsende Abweichungen deren Geometrie von ihrer Sollform und deren Lage von ihrer Solllage hervorgerufen werden. Insbesondere ein Überrollen eines Eisenbahnrades über die Herzstücklücke bei starren Herzstücken geschieht demzufolge mit zunehmendem Verschleiß immer „unsanfter". Gleichzeitig bedeuten hohe Schwingungsbeschleunigungen hohe Energieeinträge in einzelne Bauteile der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie des Schienenstoßes und Gleisinhomogenitäten die ein Voranschreiten des Verschleißes noch zusätzlich fördern und beschleunigen.

Das Überrollen von konstruktionsbedingten Unstetigkeiten der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche, des Schienenstoßes und Gleisinhomo¬ genitäten erzeugt mit deren zunehmendem Verschleiß bzw. schlechter Einstellung, sich charakteristisch verändernde Werte einer Schwingungs- beschleunigung an einem Rad oder Radsatz des überrollenden Fahrzeuges. Diese Schwingungsbeschleunigungen breiten sich entsprechend konstruktions¬ bedingter Dämpfungen der Konstruktion des Fahrzeuges auf das gesamte Fahrzeug aus. So erzeugen anwachsende Abweichungen der Geometrie, von Einstellungen und Befestigungen von Bauteilen der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie des Schienenstoßes und Gleisinhomogenitäten ansteigende Schwingungsbeschleunigungen im Fahrzeug und umgekehrt.

Erfindungsgemäß wird zusätzlich die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges gemessen und abgespeichert sowie die Befahrrichtung und der Ort der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie des Schienenstoßes und Gleisinhomo- genitäten ermittelt und abgespeichert.

Eine signaltechnische Vorverarbeitung der Messsignale an Bord des Fahrzeuges wird vorteilhaft nachfolgend durchgeführt, so dass nur extrahierte Daten wie Befahrrichtung, Radsatzbeschleunigungen, Fahrgeschwindigkeit, Ortsposition des Zuges über Schnittstellen des Fahrzeuges übertragen werden müssen.

Daraufhin wird eine Kontrolle durchgeführt, ob charakteristische, vorgegebene Grenzwerte der gemessenen Schwingungsbeschleunigungen überschritten werden. Für den Fall, dass vorgegebene Grenzwerte der Schwingungsbe¬ schleunigung überschritten werden, wird eine nachfolgende weitergehende Vermessung eines Zustandes von Bauteilen der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche insbesondere gemäß den Vorschriften DS 820 06 05 B5 bzw. BN 824.9005 veranlasst.

Besonders vorteilhaft wird eine Messung der Schwingungsbeschleunigung mit Hilfe von Beschleunigungssensoren durchgeführt, die nach Anspruch 2 in der Nähe des Kontaktpunktes von Rad und Schienen, insbesondere nach Anspruch 3 an einem Radsatzlagerdeckel, bzw. nach Anspruch 4 soweit wie möglich am Rad-Schiene-Kontaktpunkt, insbesondere eines besonders dafür ausgewählten Messradsatzes, angebracht sind.

Gemäß Anspruch 5 wird zur Bestimmung der Ortsposition des Zuges vorteilhaft eine satellitengestützte Positionsangabevorrichtung, insbesondere GPS, DGPS oder Gallileo verwendet. Hiermit ist vorteilhaft auch eine Positionsangabe auf Strecken möglich, die nicht über Zugleitsysteme verfügen, die dem Schienenfahrzeug seine Position auf der Strecke mitteilen.

Anspruch 6 gibt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus Anspruch 1 an.

Bei Überfahrt eines Schienenfahrzeuges mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einer bestimmten Befahrrichtung über die Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche, den Schienenstoß oder die Gleisinhomogenität ermittelt mindestens ein Beschleunigungssensor an mindestens einem Bauteil des Schienenfahrzeuges eine Schwingungsbeschleunigung, die das Schienen¬ fahrzeug durch die Überfahrt über das Herzstück oder die Unstetigkeit erzeugt. Die Beschleunigungssensoren ermitteln die Schwingungsbeschleunigung entweder lediglich in einer Raumrichtung oder besonders vorteilhaft in mehreren, insbesondere allen drei zueinander senkrechten Raumrichtungen. Zusätzlich können auch spezielle Beschleunigungssensoren zur Ermittlung von Dreh- und/oder Nickbewegungen an mindestens einem Bauteil des Schienenfahrzeuges verwendet werden.

Als Beschleunigungssensor werden hierbei nach Anspruch 6 insbesondere piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer verwendet. Diese zeichnen sich durch ein geringes Gewicht, eine kompakte Bauform sowie ihre Robustheit und Langlebigkeit aus. Eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung ermittelt die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges. Hierbei wird insbesondere eine im Schienenfahrzeug vorhandene Geschwindigkeitsmessvorrichtung verwendet, die auch dem Fahrzeugführer die Geschwindigkeit anzeigt. Alternativ ist insbesondere ein Einsatz von Radar-, Ultraschall oder Lasermessgeräten möglich. Eine Ortungsvorrichtung ermittelt den Ort der vermessenen Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche sowie Schienenstöße und Gleisinhomogenitäten so dass

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eine örtliche Zuordnung der ermittelten Schwingungsbeschleunigungen zu der entsprechenden vermessenen Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche, Schienenstoßes und Gleisinhomogenität erfolgen kann. Vorteil ist hierbei, dass bei Auftreten von Unregelmäßigkeiten oder Überschreitung charakteristischer, vorgegebener Grenzwerte der Schwingungsbeschleunigung Wartungspersonal zielgenau zu der entsprechenden auffälligen Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche, Schienenstoßes und Gleisinhomogenität geführt wird. Als Ortungsvorrichtung wird vorteilhaft eine im Schienenfahrzeug vorhandene Positionsangabe des Schienenfahrzeuges verwendet in Verbindung mit der Position der Beschleunigungsaufnehmer innerhalb des Schienenfahrzeuges. Diese Positionsangabe des Schienenfahrzeuges erfolgt insbesondere über Zugleitsysteme der befahrenen Strecke, die dem Schienenfahrzeug seine Position auf der Strecke mitteilen, insbesondere eine Linienzugbeeinflussung (LZB) oder ein European Train Control System (ETCS), oder über eine satellitengestützte Positionsangabevorrichtung aus Anspruch 5.

Besonders vorteilhaft wird eine Ortungsvorrichtung verwendet, die zusätzlich zu einer Positionsangabe auch eine Angabe der Geschwindigkeit und der Befahrrichtung des Schienenfahrzeuges liefert, wie dies insbesondere bei einer satellitengestützte Positionsangabevorrichtung möglich ist. Hierdurch wird die Geschwindigkeitsmessvorrichtung und die Ortungsvorrichtung in einer einzigen Vorrichtung vereinigt, so dass sich eine separate Geschwindigkeitsmess¬ vorrichtung erübrigt.

Eine Datenerfassungsanlage bereitet die Messsignale der Beschleunigungs¬ sensoren, der Geschwindigkeitsmessvorrichtung sowie der Ortungsvorrichtung auf, speichert diese insbesondere elektronisch oder magnetisch ab und wertet sie entsprechend aus. Desweiteren kontrolliert die Datenerfassungsanlage, ob charakteristische, vorgegebene Grenzwerte überschritten werden. Werden vor¬ gegebene Grenzwerte überschritten, wird mit Hilfe der Datenerfassung eine nachfolgende, weitergehende Vermessung des Zustandes der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche insbesondere gemäß den Vorschriften DS 820 06 05 B5 bzw. BN 824.9005 veranlasst. Somit ist eine unterstützende Nutzung von herkömmlichen Messmitteln erst dann erforderlich, wenn die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung einen „Wartungsbedarf" detektiert bzw. das Regelwerk die¬ ses verlangt Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung liegen insbesondere bei der Diagnose und Zustandsmonitoring einer Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche, Schienenstoßes und Gleisinhomo-

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genitäten zwischen Regelinspektionen oder Wartungsarbeiten. Hierbei wird ei¬ ne erste genauere Aussage über den Zustand der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche durch eine schnelle und einfache Prüfung getroffen. Es wird somit besonders frühzeitig ein Verschleiß festgestellt und aus dessen Daten ein notwendiger Instandhaltungstermin und Instandhaltungsaufwand prognostiziert, wodurch insbesondere bessere Mittelplanbarkeit und eine Optimierung der Le¬ benszykluskosten gewährleistet wird. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einer Vergleichbarkeit mit früheren Messwerten.

Besonders vorteilhaft - ist durch die Erfindung insbesondere bei einem vollautomatischen Mess- und Auswerteablauf kein Personal- und kein Zeitaufwand erforderlich, werden durch die Erfindung aktuelle automatische Trendanalyen ermöglicht, kann durch die Erfindung ein Inspektionsaufwand vor Ort angepasst, opti¬ miert und reduziert werden, - wird durch die Erfindung ein Fahrkomfort für Reisende erhöht, können Schallemissionen gesenkt werden.

Es ist vorgesehen, dass auch entsprechend ausgestattete Regelzüge mit handelsüblichen Radsätzen (bei entsprechender signaltechnischen Berück¬ sichtigung) diese Messaufgabe übernehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 schematisch ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, das eine Unstetigkeit einer Schiene überfährt.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel betrifft gemäß Fig. 1 ein Schienenfahrzeug 1 , das eine Unstetigkeit 3 einer Schiene 2 überfährt. Die Un¬ stetigkeit 3 der Schiene 2 stellt hierbei beispielhaft eine Herzstücklücke einer Weiche mit einem starren Herzstück dar.

Bei Überfahrt des Schienenfahrzeuges mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einer bestimmten Befahrrichtung über die Unstetigkeit 3 ermittelt ein Beschleunigungssensor 4, der an einem Radsatzlagerdeckel 5 angebracht ist (bzw. so nah wie möglich in Kontaktpunktnähe von Rad und Schienen), Schwingungsbeschleunigungen, die das Schienenfahrzeug durch die Überfahrt erfährt. Zusätzlich ermittelt eine Ortungsvorrichtung 7, insbesondere eine

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satellitengestützte Positionsangabevorrichtung die Position, die Geschwin¬ digkeit und die Befahrrichtung des Schienenfahrzeuges.

Eine Datenerfassungsanlage 6 führt eine Signalaufbereitung und Signalspei- cherung der Messsignale des Beschleunigungssensors 4 sowie der Ortungsvor- richtung 7 durch und wertet sie entsprechend aus. Desweiteren kontrolliert die Datenerfassungsanlage 6, ob charakteristische, vorgegebene Grenzwerte der Schwingungsbeschleunigung überschritten werden. Werden die vorgegebenen Grenzwerte überschritten, veranlasst die Datenerfassungsanlage 6 eine nach¬ folgende weitergehende Vermessung einer Lage und eines Zustandes von Bau- teilen der Weiche, insbesondere gemäß den Vorschriften DS 820 06 05 B5 bzw. BN 824.9005. Daraufhin werden ermittelte verschlissene Bauteile gewartet und eine erneute erfindungsgemäße Überprüfung durchgeführt, mit der eine Qualität einer Bauteilwartung überprüft und kontrolliert wird.

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Bezugszeichenliste

1 Schienenfahrzeug

2 Schiene

3 Unstetigkeit der Schiene 4 Beschleunigungssensor

5 Radsatzlagerdeckel

6 Datenerfassungsanlage

7 Ortungsvorrichtung