Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahr zeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Aus der DE 39 29 497 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur selbstadaptie renden Regelung der Radsatzdrehzahl elektrischer Triebfahrzeuge im Kraftschluß maximum des Rad-Schiene-Kontaktes bekannt. Dabei wird unter anderem eine Auswertung eines Drehmomentsollwertes für eine Anpassung der Radsatzbeschleu nigung bzw. -Verzögerung vorgenommen. Um die Drehzahl der Radsätze sicherer und genauer für maximale Zugkraftübertragung zu regeln, wird dort vorgeschlagen, eine hochdynamische Drehzahlregelung zu verwenden, mit der über den ausgege benen Drehstromsollwert eines Drehzahlreglers das auf die Schiene übertragbare Drehmoment bei jeder aktuellen Differenzgeschwindigkeit zwischen einem Rad und einer Schiene ermittelt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren zum Be treiben eines Schienenfahrzeugs und eine verbesserte Antriebsanordnung für ein Schienenfahrzeug zu schaffen. Dabei soll das Verfahren und die Antriebsanordnung insbesondere Nachteile vermeiden, die durch Schlupf zwischen den Triebrädern und der Schiene entstehen und einen hohen Gesamtnutzen für den Betreiber des Schie nenfahrzeugs bieten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine An triebsanordnung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfin dung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die mehrfache Nutzung von Daten über den Drehmomentverlauf, der anhand von am Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs erfassten Signalen ermittelt wird. Die erfassten Daten oder der daraus ermittelte Drehmomentverlauf können zur Schlupferkennung und für eine Lastkollektiverfas sung verwendet werden. Letztere kann insbesondere für eine Verschleißermittlung und für eine Lebensdauerermittlung für zumindest eine Komponente des Antriebs strangs genutzt werden. Bei einer entsprechend hohen Signalauflösung, das heißt die Signale werden mit einer hohen Frequenz erfasst und ausgewertet, kann eine dynamische Lastüberwachung realisiert werden, was im Folgenden noch näher er läutert wird. Die dynamische Lastüberwachung ist auch unter dem Begriff„Dynamik Load Monitoring“ oder abgekürzt unter DLM bekannt. Eine hohe Frequenz und somit eine hohe Anzahl erfasster und an die Steuereinrichtung übertragener Signale er möglicht dabei eine hochdynamische Regelung zur Schlupfvermeidung und eine dy namische Lastüberwachung. Moderne elektronische Komponenten sind in der Lage eine extrem hohe Signalanzahl und Datenmenge zu erfassen, zu übertragen, zu speichern und auszuwerten. Dadurch können mithilfe des vorgeschlagenen Verfah rens eine deutlich verbesserte dynamische Lastüberwachung und eine belastungs abhängige und genaue Lebensdauerabschätzung realisiert werden. So kann bei spielsweise eine Restlebensdauer von Lagern in Abhängigkeit von Drehmomenten ermittelt werden, die über einen längeren Zeitraum erfasst, gespeichert und ausge werteten werden.

Mithilfe der dynamischen Lastüberwachung und der Schlupferkennung kann eine verbesserte Traktionsverteilung über mehrere Achsen des Schienenfahrzeugs er reicht werden. Mit anderen Worten kann über die Schlupferkennung und daraus ab geleiteten Maßnahmen Schlupf vermieden oder zumindest reduziert werden. Dies ist insbesondere im Anfahrmodus und in Steigungsbereichen vorteilhaft, und wenn in einem Antriebsstrang unterschiedliche Radreifendurchmesser vorliegen, die im übli chen Fährbetrieb durch unterschiedlichen Verschleiß verursacht werden.

Die dynamische Lastüberwachung kann ferner dazu beitragen Überlastzustände in dem Antriebsstrang zu reduzieren oder ganz zu vermeiden, wodurch wiederum Re paratur- und Wartungskosten verringert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine umfassende Analyse des typi schen dynamischen Antriebsverhaltens im Bahnbetrieb durchgeführt werden, indem der Drehmomentverlauf im Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs erfasst, darge stellt und ausgewertet wird. Dabei können Überlasten, Drehzahlspitzen, Beschleuni- gungen erkannt und bei der Planung des künftigen Fährbetriebs und der Wartung berücksichtig werden.

Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs umfasst folgende Schritte. Zunächst wird zumindest ein Signal an einer Komponente eines Antriebsstrangs des Schienenfahrzeugs erfasst, wobei aus dem Signal ein in dem Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs anliegendes Drehmoment ermittelbar ist. Ge genüber einem beispielsweise von einer Motorsteuerung eines elektrischen An triebsmotors übernommenen Drehmomentwert hat das unmittelbar an einer Kompo nente des Antriebsstrangs erfasste und gemessene Signal und das daraus ermittelte Drehmoment den Vorteil, dass das aktuell und tatsächlich im Antriebsstrang vorlie gende Drehmoment gemessen wird. Dagegen kann ein beispielsweise auf der Grundlage der Stromaufnahme eines Antriebsmotors ermitteltes Drehmoment von dem im Antriebsstrang aktuell vorliegenden Drehmoment abweichen.

Grundsätzlich sind verschiedene Arten des genannten Signals, der Signalerfassung und der Drehmomentmessung möglich. Es sind beispielsweise Drehmomentsenso ren möglich, die mit Dehnungsmessstreifen arbeiten. Daneben können auch Dreh momentaufnehmer verwendet werden, die nach dem piezoelektrischen, dem magne toelastischen oder dem optischen Prinzip funktionieren, sowie Drehmomentaufneh mer, die mit dem SAW-Verfahren arbeiten. Letztere Drehmomentaufnehmer nutzen akustischen Oberflächenwellen bzw. Körperschallwellen für ihre Funktion. Eine wei tere, bevorzugte Möglichkeit das Drehmoment zu ermitteln wird im Folgenden noch näher erläutert.

Auf der Grundlage mehrerer nacheinander erfasster Signale wird ein Drehmoment verlauf ermittelt, um auf dessen Grundlage einen Schlupf an zumindest einem Trieb rad des Schienenfahrzeugs zu ermitteln. Mehrere über einen gewissen Zeitraum er fasste bzw. ermittelte Drehmomente bilden den Drehmomentverlauf.

Der Vorgang des Ermittelns kann einzelne Schritte des Erfassens, Vergleichens mit abgespeicherten Werten und/oder Berechnens umfassen. Unter Schlupf wird eine Traktionsunterbrechung zwischen einem Triebrad und der Schiene verstanden. Der Schlupf wird bei Schienenfahrzeugen auch Schleudern ge nannt. Er ist in der Regel unerwünscht, weil er den Vortrieb des Schienenfahrzeugs begrenzt bzw. behindert. Angestrebt wird in der Regel ein Fährbetrieb nahe an einem Kraftschlußmaximum des Rad-Schiene-Kontaktes. Der Schlupf ist abhängig von der Oberflächengüte und gegebenenfalls von einer Oberflächenverschmutzung an dem Triebrad und an der Schiene bzw. den Gleisen. In der Praxis kommt es am häufigs ten durch Wasser, Eis, Fette oder Öle zu solchen Verschmutzungen. Mithilfe einer Schlupferkennung kann unzulässiges Schlupfverhalten und eine asymmetrische Traktionsverteilung im Anfahrmodus erkannt und dem entgegengewirkt werden. Zur Schlupferkennung können Unterbrechungen des Leistungsflusses beim Rad- Schiene-Kontakt zumindest annähernd in Echtzeit erkannt werden, sodass in vorteil hafter Weise eine schnelle Reaktion möglich ist, um andauernden Schlupf zu ver meiden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Daten, die den Drehmomentverlauf repräsentieren zusätzlich zu ihrer Nutzung bei der Schlupferkennung in einem Da tenspeicher einer Steuereinrichtung abgespeichert und zum Zweck einer Ver schleißermittlung und/oder einer Wartungsplanung für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs ausgewertet. Dadurch entsteht der erwähnte Mehrfachnutzen des ermittelten Drehmoments bzw. der entsprechenden Daten. Bei der genannten Komponente des Antriebsstrangs kann es sich um jedes Bauteil oder jede Baugrup pe handeln, die zumindest zeitweise ein Drehmoment oder eine Kraft aufnimmt, bei spielsweise ein Getriebe, eine Welle, ein Lager oder eine Kombination mehrerer sol cher Bauteile. So kann mithilfe der Erfindung beispielsweise eine Lageralterung oder ein Verzahnungsverschleiss eines verzahnten Bauteils eines Getriebes in Abhängig keit der Belastung ermittelt werden .

Im Rahmen der Erfindung können mithilfe des ermittelten Drehmoments auch kleins te Störungen oder Lastspitzen, die nur in kurzen Lastzeiten auftreten, erkannt und aufgezeichnet werden. Dabei handelt es sich um sogenannte Klein-Lastmomente oder Momentenimpulse. Diese können im Rahmen der Erfindung gezählt und aus gewertet werden. Für sich alleine genommen sind sie im Sinn einer Lebensdauerver- kürzung kaum schädlich. Treten diese Momentenimpulse aber häufiger auf, so erhal ten sie einen zerstörenden Charakter, der bewertet werden kann. Dies kann dadurch geschehen, dass die Momentenimpulse gezählt und beispielsweise mithilfe eines Wasserfalldiagramms bewertet werden.

Ein schwankender Drehmomentverlauf und kurzzeitige Lastspitzen in Form von Mo- mentenimpulsen sind im regulären Fährbetrieb eines Schienenfahrzeugs nicht zu vermeiden. Trotzdem wirken sich Drehmomentschwankungen und Momentenimpulse auf die Lebensdauer der Komponenten des Antriebsstrangs aus. Daher hängen die Lebensdauer und geeignete Wartungsintervalle von der Anzahl, Dauer und Stärke der ermittelten Drehmomentschwankungen ab.

Es kann vorgesehen sein, dass die erfassten Drehmomentschwankungen und Mo mentenimpulse lediglich in geeigneter Weise protokolliert, d.h. abgespeichert wer den, um zu einem späteren Zeitpunkt entsprechende Maßnahmen auszulösen, bei spielsweise eine Wartung oder Reparatur. Die zwischengespeicherten Daten zu dem ermittelten Drehmoment, insbesondere zum Drehmomentverlauf und zu den genann ten dynamischen Lastspitzen, können von einer Sensorsteuereinheit an eine Lastkol lektiverfassung und an eine Lebensdauerberechnung zur Verfügung gestellt werden.

Ein bevorzugtes Verfahren, um das Drehmoment zu ermitteln sieht vor, dass Signal ein Drehwinkelsignal ist und umfasst folgende Teilschritte. Es wird zumindest ein ers tes Drehwinkelsignal an einer ersten Stelle in dem Antriebsstrang erfasst, und es wird zumindest ein zweites Drehwinkelsignal an einer zweiten Stelle erfasst, die in Kraftflussrichtung mit einem Abstand zu der ersten Stelle in dem Antriebsstrang an geordnet ist. Die erfassten Drehwinkelsignale werden an eine Steuereinrichtung übertragen, in der eine Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Stelle und der zwei ten Stelle aufgrund des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals ermittelt wird. Schließlich wird ein in dem Antriebsstrang anliegendes Drehmoment in Abhängigkeit der ermittelten Drehwinkeldifferenz ermittelt.

Zum Erfassen des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals eignen sich wiederum eine Reihe von Sensortypen bzw. physikalischen Messprinzipien. Vorzugsweise können dazu Sensoren verwendet werden, die eine magnetisches Feld bzw. eine magnetische Flussdichte erfassen, sogenannte Hall-Sensoren. Insbesondere können Hall-Sensoren mit integrierter Signalverarbeitung verwendet werden, bei denen eine Signalverstärkung, Analog-Digital-Wandlung, Signalverarbeitung und/oder Tempera turkompensation intern erfolgt, sodass der Sensor einen direkt weiterverarbeitbaren Messwert liefert. Als Signalgeber eignet sich abhängig vom dem jeweils verwendeten Sensortyp beispielsweise eine Verzahnung eines Zahnrades, eine verzahnte Signal geberscheibe oder ein Signalband mit Markierungen, das an einem rotierenden Komponente des Antriebsstrangs befestigt ist.

Mit dem ersten und dem zweiten Drehwinkelsignal kann das Drehmoment bestimmt werden, indem die Torsion bzw. die Drehwinkeldifferenz entlang der Kraftflussrich tung in dem Antriebsstrang ermittelt wird. Hierbei ist gegebenenfalls eine Überset zung eines zwischen der ersten und der zweiten Stelle angeordneten Getriebes bei der Drehzahl bzw. der Drehbewegung zu berücksichtigen. Dazu kann die jeweils vor liegende Übersetzung in Korrekturtabellen in einem Datenspeicher der Steuereinrich tung abrufbar gespeichert sein.

Die Drehwinkeldifferenz entspricht einem Verdrehwinkel und damit einer Torsion zwi schen der ersten und der zweiten Stelle im Antriebsstrang. Mittels der Drehwinkeldif ferenz und eines bekannten oder bestimmbaren Torsionsmoduls kann somit auf ein Drehmoment geschlossen werden. Dieser Ausführung des Verfahrens liegt das Prin zip zugrunde, kontinuierlich oder zeitdiskret den Verdrehwinkel zwischen zwei Stellen in einem Antriebsstrang zu messen und daraus über ein entsprechendes Rechen model das Torsionsmoment zu ermitteln, das in dem Antriebsstrang vorliegt. Bei spielsweise wird dabei aus einer Steifigkeitskennlinie oder aus einer bekannten Stei figkeit c des Systems in einem Berechnungsschritt über die Gleichung„MT = C X

Drehwinkeldifferenz“ das Torsionsmoment MT berechnet werden. Alternativ dazu kann das anliegende Drehmoment auch ausgehend von der ermittelten Drehwinkel differenz mithilfe von Vergleichstabellen ermittelt werden. Solche Vergleichstabellen können durch Berechnung oder Versuche erstellt und ebenfalls in einem Datenspei cher der Steuereinrichtung abrufbar gespeichert werden. Vorzugsweise kann die erste Stelle eine antriebsseitig angeordnete Eingangswelle eines Getriebes und die zweite Stelle eine abtriebsseitig angeordnete Abtriebswelle des Getriebes sein. Somit kann also über die Torsion der getriebeinternen Baugrup pen anhand der Drehwinkeldifferenz gemessen werden, woraus wiederum das in diesem Moment vorliegende Drehmoment ermittelt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Vermeidung möglicher Messfehler, die durch eine tangentiale oder radiale Verlagerung der Eingangswelle oder der Ab triebswelle des Getriebes verursacht werden könnten. Um die Drehwinkeldifferenz trotz solcher Verlagerungen zuverlässig und korrekt erfassen zu können, sind an der jeweiligen Stelle vorzugsweise jeweils zwei Sensoren zum Erfassen je eines Dreh winkelsignals in umfänglicher Richtung der Eingangswelle und/oder der Abtriebswelle versetzt zueinander angeordnet. Aus den Drehwinkelsignalen der zwei Sensoren wird jeweils die Drehwinkelstellung der Eingangswelle bzw. der Abtriebswelle be stimmt. Bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung der Eingangswelle bzw. der Ab triebswelle wird dann jeweils der Abstand der wenigstens zwei Sensoren in umfängli cher Richtung berücksichtigt, so dass eine tangentiale und/oder radiale Verlagerung der Eingangswelle bzw. der Abtriebswelle im Antriebsstrang kompensiert wird.

In dem Fall, dass in der Schlupferkennung ein vorliegender Schlupf erkannt wird, kann die genannte Steuereinrichtung zum Beenden des Schlupfs ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes an einen Antriebsmotors des An triebsstrangs senden oder die Steuereinrichtung steuert einen Gangwechsel in einem Getriebe des Antriebsstrangs an. Alternativ dazu kann die Steuereinrichtung auch ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes und einen Gangwechsel in einem Getriebe veranlassen.

Bei einer bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine belastungsabhängige Lebensdauer zumindest einer Komponente des An triebsstrangs mithilfe einer Belastungsmatrix ermittelt wird, in der einzelne Drehmo mentbelastungen klassifiziert erfasst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die Restlebensdauer von Lagern und anderen verschleißbehafteten Komponenten des Antriebsstrangs in Abhängigkeit der ermittelten Drehmomente ermittelt werden. Vorzugsweise können dabei die Drehmomentbelastungen nach der jeweiligen Höhe des ermittelten Drehmoments und dessen Verweildauer klassifiziert werden.

Zusätzlich zu den Daten über den Drehmomentverlauf können im Rahmen des vor geschlagenen Verfahrens auch Drehzahl in dem Antriebsstrang erfasst und ausge wertet bzw. verwendet werden. Erfasste oder berechnete Drehzahldaten, die den Drehzahlverlauf repräsentieren, können dazu in einem Datenspeicher der Steuerein richtung gespeichert werden. Die Drehzahldaten können insbesondere bei der Aus wertung zum Zweck der Verschleißermittlung und/oder einer Wartungsplanung be rücksichtigt werden. Beispielsweise können Drehungleichförmigkeiten im Antriebs strang während des Segelbetriebs Hinweise auf mögliche zu erwartende Schäden geben.

Schließlich können in dem Verfahren auch weitere Einflüsse auf die Lebensdauer der betrachteten Komponenten des Antriebsstrangs berücksichtigt werden. Dazu können in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung Kompensationsfaktoren zur Kompen sation der weiteren Einflüsse auf die Lebensdauer von zumindest einer Komponente des Antriebsstrangs gespeichert werden, welche bei der Auswertung zum Zweck der Lebensdauerermittlung, der Verschleißermittlung und/oder der Wartungsplanung be rücksichtigt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kompensationsfaktoren jeweils um einen Faktor, also einen Multiplikationswert im Bereich von 0,9 bis 1 ,1. Mit einem solchen Wert kann der Zahlenwert der Lebensdauer jeweils verringert oder verlängert werden. Die Kompensationsfaktoren können verschiedenste Einflüsse be treffen, insbesondere

• Eine vorgegebene Einsatzdauer

• Tatsächlich angefallene Betriebsstunden

• Einsatztemperaturen

• Jahreszeitliche Schwankungen der Umgebungstemperatur wie extreme Hitze oder Kälte

• Eine Anzahl von Kaltstarts und/oder Warmlaufphasen

• Mechanische Belastungen wie Zugüberlängen, Anzahl der Grenzzuladungen im Güter-, Schüttgutverkehr • Medienbeanspruchung wie ein Betrieb an einer Küste, Salzwasserbeeinflus sung, Verschleiß durch Mikrostaub beispielsweise in Wüstengebieten

• Standzeiten unter Einfluss von Mikrovibrationen beispielsweise bei längerem „Parken“ in der Nähe von stark frequentierten Durchgangswegen und

• Eine Strahlungsbeanspruchung.

Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Antriebsanordnung für den Antriebs strang eines Schienenfahrzeugs, mit der auch das vorgeschlagene Verfahren durch führbar ist. Die Antriebsanordnung umfasst zumindest ein Getriebe mit einer an triebsseitig angeordneten Eingangswelle und mit zumindest einer abtriebsseitig an geordneten Abtriebswelle. An der Eingangswelle und an der Abtriebswelle ist jeweils mindestens ein Sensor zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Dreh zahl angeordnet. Die genannten Sensoren sind mit einer Steuereinrichtung zur Steu erung der Komponenten des Antriebsstrangs signalübertragend verbunden. Die ge nannte Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet mithilfe der erfassten Signale einen Drehmomentverlauf in dem Antriebsstrang zu ermitteln. Die Steuereinrichtung um fasst ferner eine Schlupferkennung, die auf der Grundlage des ermittelten Drehmo mentverlaufs einen Schlupf an zumindest einem Triebrad des Schienenfahrzeugs erkennt.

Die Steuereinrichtung kann mehrere einzeln angeordnete Steuereinheiten oder Steuergeräte umfassen, die miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise eine separat angeordnete Sensorsteuereinheit vorgesehen sein, in der die von den Sensoren erfassten Signale bearbeitet werden. Eine solche Sensorsteuereinheit kann auch Sensor Control Unit oder kurz SCU genannt werden. Die Schlupferken nung kann als integrierter Teil der Steuereinrichtung ausgeführt sein oder in einer eigens zu diesem Zweck eingerichteten Steuereinheit bzw. in einem separaten Steu ergerät ausgeführt sein. Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit elektronischen Hardware-Bauteilen wie Prozessoren, Datenspeichern, Arbeits- und/oder Zwischen speicher, Schnittstellen und Verbindungen ausgestattet, sowie mit geeigneten Soft wareprogrammen, mit deren Hilfe beispielsweise das oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass an einer weiteren Abtriebswelle des Getriebes zu mindest ein weiterer Sensor zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn das Getriebe mehrere Abtriebswellen aufweist. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Radsatzgetriebe mit einer ersten Abtriebswelle, die als Radsatzwelle ausgebildet ist und dem direkten Antrieb an einer ersten Achse des Schienenfahrzeugs dient, und mit einer weiteren Abtriebswelle, die dem Antrieb einer weiteren Radsatzwelle an einer zweiten Achse des Schienenfahrzeugs dient. Die weitere Abtriebswelle des Radsatzgetriebes kann dazu über eine Gelenkwelle und ein weiteres Radsatzgetrie be mit der weiteren Radsatzwelle verbunden sein. Eine solche Anordnung wird auch Master-Slave-Anordnung genannt und dient in der Regel dem Antrieb zweier Rad satzwellen, die in einem Drehgestell angeordnet sind.

Vorzugsweise sind jeweils zwei Sensoren zum Erfassen je eines Drehwinkelsignals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander an der der jeweils zugeordneten Welle, also an der Eingangswelle, der Abtriebswelle oder der weiteren Abtriebswelle ange ordnet. Die jeweils zwei Sensoren an jeder Stelle zur Erfassung der Drehwinkelsigna le sind erforderlich, um das oben beschriebene Verfahren zur Vermeidung möglicher Messfehler, die durch eine tangentiale oder radiale Verlagerung der jeweiligen Welle verursacht werden, anzuwenden. Damit kann eine sehr genaue und korrekte Ermitt lung des anliegenden Drehmoments erreicht werden. Vorzugsweise sind dazu die zwei Sensoren in umfänglicher Richtung um 150° bis 210° versetzt und in axialer Richtung auf etwa gleicher Höhe angeordnet. Die Richtungsangabe axial bezieht sich dabei auf die Rotationsachse der jeweils zugeordneten Welle, also der Ein gangswelle oder einer der beiden Abtriebswellen.

Durch die Schlupferkennung mithilfe der Drehmomenterfassung wird ein Drehmo menteinbruch, der durch einen auftretenden Schlupf verursacht wird, schnell erkannt. In der Folge können Maßnahmen zur Reduzierung des Schlupfs sehr zeitnah durch geführt werden. Die Steuereinrichtung ist zu diesem Zweck dazu eingerichtet, in Ab hängigkeit des erkannten Schlupfs Maßnahmen zum Beenden des Schlupfs zu steu ern. Vorzugsweise geschieht dies, indem die Steuereinrichtung ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes an einen Antriebsmotor des Antriebs- Strangs sendet und/oder indem die Steuereinrichtung einen Gangwechsel in dem Getriebe ansteuert. Dadurch kann ein am Treibrad vorliegendes Drehmoment abge regelt, d.h. reduziert werden. In Folge kann eine höhere Beschleunigung des Schie nenfahrzeugs erreicht werden und der Abrieb an den Radreifen des Triebrades ver ringert sich signifikant. Eine weitere Maßnahme kann die Aktivierung einer Besan dung durch die Steuereinrichtung sein. Vorrichtungen zur Besandung für Schienen fahrzeuge sind dem Fachmann bekannt. Dabei wird im Bedarfsfall Sand zwischen die Triebräder und die Schienen gebracht, wodurch die Reibung im Rad-Schiene- Kontakt erhöht und der Schlupf schnell abgebaut wird. Um unnötigen Verschleiß zu vermeiden soll eine Besandung jedoch nur im Notfall erfolgen, beispielsweise zum Notbremsen.

Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Steuereinrichtung vorzugsweise einen Datenspeicher zum Speichern der von den Sensoren erfassten Signale oder des ermittelten Drehmomentverlaufs. Die Steuereinrichtung ist dabei so eingerichtet, dass eine Lebensdauer, ein Verschleiß und/oder ein geeigneter War tungstermin für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs in Abhängigkeit des Drehmomentverlaufs ermittelt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen die

Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemä ßen Antriebsanordnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zu einem erfin

dungsgemäßen Verfahren;

Fig. 3 ein Diagramm mit einem ermittelten Drehmomentverlauf und

Fig. 4 eine Belastungsmatrix mit daraus abgeleiteten Ergebnissen. Der in Fig. 1 dargestellte Antriebsstrang 1 weist einen Antriebsmotor 2 und ein daran anschließendes Getriebe 3 zum Schalten verschiedener Gänge, d.h. Übersetzungen auf. Die Ausgangswelle 4 des Getriebes 3 ist über eine Gelenkwelle 5 mit einer Ein gangswelle 6 eines ersten Radsatzgetriebes 7 verbunden. Das erste Radsatzgetrie be 7 weist eine Abtriebswelle 8 und eine weitere Abtriebswelle 9 auf. Die Ab triebswelle 8 bildet eine Radsatzwelle 8 einer ersten Antriebsachse. Die weitere Ab triebswelle 9 ist über eine weitere Gelenkwelle 10 mit einer Eingangswelle 1 1 eines zweiten Radsatzgetriebes 12 verbunden, welches eine weitere Radsatzwelle 13 an treibt. Die beiden Radsatzgetriebe 7 und 12 und die jeweils zugeordneten Radsatz wellen 8 und 13 sind in einem gemeinsamen, nicht dargestellten Drehgestell eines Schienenfahrzeugs in einer sogenannten Master-Slave-Anordnung angeordnet. Da bei dient das erste Radsatzgetriebe 7 als Master, welches über seine weitere Ab triebswelle 9 und das zweite Radsatzgetriebe 12 die weitere Radsatzwelle 13 an treibt.

An der Eingangswelle 1 1 , an der Abtriebswelle 8 und an der weiteren Abtriebswelle 9 sind jeweils zwei Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 zum Erfassen einer Drehwinkelstel lung angeordnet. Die Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 1 9 sind mit einer Sensorsteuer einheit 20 und weiter mit einer Steuereinrichtung 21 zur Steuerung der Komponenten des Antriebsstrangs 1 signalübertragend verbunden. In der Fig. 1 sind die signal übertragenden Verbindungen als Strichlinien dargestellt. Diese Verbindungen kön nen mittels Kabelverbindung oder kabellos ausgeführt sein. Vorzugsweise sind diese Verbindungen Teil eines Datenbussystems, beispielsweise eines CAN-Busses, zur Steuerung des Schienenfahrzeugs bzw. dessen Antriebsstrangs 1 .

Die Steuereinrichtung 21 ist dazu eingerichtet mithilfe der erfassten Signale der ge nannten Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 einen Drehmomentverlauf in dem Antriebs strang 1 zu ermitteln. Ferner umfasst die Steuereinrichtung eine Schlupferken nung 22, die auf der Grundlage des ermittelten Drehmomentverlaufs einen Schlupf an zumindest einem Triebrad 24, 25 des Schienenfahrzeugs ermittelt und erkennt.

Ein Schlupf tritt als Traktionsverlust zwischen zumindest einem der Triebräder 24, 25 und der Schiene 26 auf, auf der das jeweilige Triebrad 24, 25 aufliegt. Die Schlupfer kennung 22 ist vorliegend als ein Teil der Steuereinrichtung 21 ausgeführt. Die Schlupferkennung 22 umfasst Software-Programme, in denen geeignete Algorithmen zur Ermittlung eines Schlupfs abgebildet sind.

Die Steuereinrichtung 21 ist ferner dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erkannten Schlupfs Maßnahmen zum Beenden des Schlupfs zu steuern. So kann die Steuer einrichtung 21 ein Steuersignal zur Reduzierung des Antriebsdrehmomentes an den Antriebsmotor 2 des Antriebsstrangs 1 senden und einen Gangwechsel in dem Ge triebe 3 ansteuern. Dazu ist die Steuereinrichtung 21 mittel weiterer signalübertra gender Verbindungen auch mit dem Antriebmotor 2 und dem Getriebe 3 bzw. einem jeweiligen Steuergerät des Antriebsmotors 2 und des Getriebes 3 verbunden. Ferner kann die Steuereinrichtung 21 bei erkanntem Schlupf eine Besandung 27, 28 aktivie ren, wodurch die Reibung zwischen dem jeweiligen Triebrad 24, 25 und der Schiene 26 erhöht und der Schlupf schnell abgebaut wird. Um unnötigen Verschleiß zu ver meiden soll das Besanden jedoch nur im Notfall erfolgen, beispielsweise zum Not bremsen. Als Besandung 27, 28 ist in der Fig. 1 jeweils eine Vorrichtung zur Besan dung im Bereich der beiden dargestellten Triebräder 24, 25 lediglich schematisch dargestellt.

Mithilfe dieser Antriebsanordnung kann also ein erstes Drehwinkelsignal an einer ersten Stelle in dem Antriebsstrang 1 erfasst werden, nämlich an der antriebsseitig angeordneten Eingangswelle 6 des Getriebes 3 und ein zweites Drehwinkelsignal kann an einer zweiten Stelle, nämlich an der abtriebsseitig angeordnete Abtriebswel le 8 des Getriebes 3 erfasst werden. Die genannten Drehwinkelsignale werden an die Steuereinrichtung 21 übertragen, welche anhand des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals die Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Stelle und der zwei ten Stelle ermittelt. Das in dem Antriebsstrang 1 anliegende Drehmoment wird von der Steuereinrichtung 21 dann in Abhängigkeit der ermittelten Drehwinkeldifferenz ermittelt.

Jeweils zwei Sensoren 14, 15 bzw. 16, 17 sind zum Erfassen je eines Drehwinkel signals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander angeordnet an der Eingangs welle 6 und an der ersten Abtriebswelle 9. Aus den Drehwinkelsignalen zweier Sen soren 14, 15 bzw. 16, 17 wird jeweils die Drehwinkelstellung der zugeordneten Ein- gangswelle 6 bzw. Abtriebswelle 9 bestimmt. Es sind jeweils zwei Sensoren 14, 15 bzw. 16, 17 mit einem Abstand in umfänglicher Richtung an einer Welle angeordnet, um bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung eine tangentiale und/oder radiale Verlagerung der jeweiligen Welle 6 bzw. 9 kompensieren zu können.

Ein Flussdiagramm zeigt in Fig. 2 die wesentlichen Elemente und den Ablauf des Verfahrens zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs. Mittels einer Sensorik 29, wel che beispielsweise die oben beschriebenen Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 umfasst, werden Signale erfasst. Die erfassten Signale werden in eine Sensorsteuereinheit 20 übertragen, in der, auf der Grundlage der erfassten Signale, ein in dem Antriebs strang 1 anliegendes Drehmoment ermittelt wird. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel handelt es sich bei den erfassten Signalen um Drehwinkelsignale. In der Sen sorsteuereinheit 20 wird mithilfe der Drehwinkelsignale eine Torsion über den be trachteten Teil des Antriebsstrangs 1 berechnet und daraus ein dementsprechendes Drehmoment ermittelt. Die Ermittlung des anliegenden Drehmoments kann bei spielsweise über den Abgleich mit abgespeicherten Kennlinien erfolgen.

Das in der Sensorsteuereinheit 20 ermittelte Drehmoment wird an eine elektronische Schlupferkennung 22 übertragen, wo mittels Algorithmen ermittelt wird, ob ein Schlupf vorhanden ist. Die Schlupferkennung 22 umfasst eine Auswerteelektronik mit Regelalgorithmus sowie eine Schnittstelle zur Ausgabe von Aktionen an den Zugleit rechner z.B. via CAN-Bus.

Wenn ein Schlupf vorhanden ist, werden von der übergeordneten Steuereinrich tung 21 geeignete Maßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung des vorhandenen Schlupfs eingeleitet. Solche Maßnahmen können umfassen, dass das Antriebsdreh moment an einem Antriebsmotor 2 des Antriebsstrangs 1 abgeregelt wird und/oder dass ein Gangwechsel in dem Getriebe 3 angesteuert wird.

In der elektronischen Schlupferkennung 22 wird auch ermittelt, ob ein Verschleiß vor liegt. Wenn ein Verschleiß vorliegt, so wird dieser in einer Wartungsplanung berück sichtigt. Je nach Höhe des Verschleißes wird beispielsweise ein nächster Wartungs termin früher oder später angesetzt. Ferner werden in der Sensorsteuereinheit 20 dynamische Lastspitzen, d.h. Spitzen momente über die Zeit aufgezeichnet. Darüber hinaus können in der Sensorsteuer einheit 20 auch Drehzahlkollektive ausgewertet werden.

Die Daten zu dem ermittelten Drehmoment, insbesondere die genannten dynami schen Lastspitzen, werden von der Sensorsteuereinheit 20 auch an eine Lastkollekti verfassung 30 und an eine Lebensdauerberechnung 31 übertragen. In der Lastkol lektiverfassung 30 werden insbesondere dynamische, das heißt kurzzeitig aufgetre tene, Lastspitzen erfasst und gezählt. Die Lastkollektiverfassung 30 kann daher auch als Belastungszähler verstanden werden. Im Rahmen einer vorausschauenden In standhaltung bzw. Wartung, engl auch„predictive maintenance“, läuft sozusagen der Belastungszähler mit und berücksichtigt durch die hohe Signalauflösung und Dyna mik auch kurzzeitig auftretende Lastspitzen. Im weiteren Verfahrensablauf werden diese Lastspitzen gezählt, klassiert und ausgewertet, um ein schädigungsrelevantes Belastungskollektiv zu erkennen und rechtzeitig geeignete Wartungsarbeiten planen und durchführen zu können.

So kann mithilfe einer dynamischen Lastüberwachung zusätzlich zur Schlupferken nung eine belastungsbasierte Verschleißdetektion der Radreifen bzw. der Triebräder jeder angetriebenen Achse eines Drehgestells oder eines Schienenfahrzeugs reali siert werden. Der Lebensdauerberechnung 31 können neben dem ermittelten Dreh moment und dem Drehmomentverlauf beispielsweise Größen wie die Drehzahl, Ein wirkdauer, Temperatur und Masse zu Grunde gelegt werden.

In Korrekturtabellen 32 sind die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Über setzungen, Kalibrierungstabellen bzw. Vergleichstabellen und Kompensationsfakto ren abgelegt. Mithilfe der Korrekturtabellen 32 kann auch ermittelt werden, ob eine vorbestimmte Belastungsgrenze erreicht ist. Ist eine solche Belastungsgrenze er reicht, so wird dies wiederum bei der Wartungsplanung berücksichtigt.

Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm 33 mit einem Drehmomentverlauf wie er mit dem be schriebenen Verfahren erfasst und ermittelt werden kann. In dem Diagramm 33 sind die ermittelten Drehmomente im Antriebsstrang über der Zeit t aufgetragen. Dabei zeigt die Volllinie 34 den Drehmomentverlauf anhand der reellen Messwerte. Die Strichlinie 35 zeigt einen geglätteten Drehmomentverlauf. Bei dem geglätteten Drehmomentverlauf wurde vorliegend die Methode des gleitenden Mittelwerts ange wendet, bei der höhere Frequenzanteile entfernt werden. Der Drehmomentverlauf anhand der reellen Messwerte zeigt deutlich höhere Lastspitzen in kurzen Zeiträu men als der geglättete Drehmomentverlauf. Dies kann sich beispielsweise auswirken, wenn die Komponenten des Antriebsstrangs in einem Schienenfahrzeug durch häu figes Anfahren bei maximaler Personenbeladung an einer Steigung für wenige Milli sekunden überbelastet werden. Im Mittelwert über den gesamten Betrieb wird das Getriebe dabei nur mit einer 80%-Belastung beaufschlagt. So kann im Schadensfall keine Aussage über die Ursache getroffen werden, selbst wenn eine Analyse der Belastungen auf der Basis von Mittelwerten, d.h. von geglätteten Werten vorgenom men wird.

Mithilfe der dynamischen Lastüberwachung können dagegen nicht nur gemittelte, d.h. geglättete Lasten entsprechend der Strichlinie 35 in dem Diagramm 33 des Ge triebes erfasst werden, sondern auch hochdynamische Änderungen der Drehmomen te. Deren Belastungsspitzen im Mikrosekundenbereich stellen sich wie Dirac-Impulse dar. Durch die hohe Signalauflösung und Dynamik, können Spitzenwerte und soge nannte Peaks entsprechend der Volllinie 36 in dem Diagramm 33 erfasst werden. Diese liegen oberhalb der spezifizierten Bauteilbestimmungen und sind für einen Einzelimpuls kaum schädigungsrelevant. Treten diese Überschreitung jedoch häufi ger auf, so kann mittels Matrixklassifizierung die Lebensdauer und somit die War tungsintervalle aktiv zu Gunsten der Getriebeverfügbarkeit reduziert werden.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann also beides berücksichtigt werden, näm lich eine anhand eines geglätteten Drehmomentverlaufs ermittelte Drehmomentbe lastung und nur kurzzeitig auftretende Lastspitzen. Dadurch sind deutlich präzisere Vorhersagen zur Lebensdauer der Komponenten des Antriebsstrangs möglich. Um dies zu erreichen, wird vorteilhaft eine Belastungsmatrix 36 verwendet die in Fig. 4 dargestellt ist und im Folgenden erläutert wird. Mithilfe der Belastungsmatrix 36 wird eine belastungsabhängige Lebensdauer zu mindest einer Komponente des Antriebsstrangs ermittelt, in der einzelne Drehmo mentbelastungen klassifiziert erfasst werden. Die Klassifizierung der Drehmomentbe lastungen wird anhand der jeweiligen Höhe des ermittelten Drehmoments und des sen Verweildauer vorgenommen. Die nicht schraffierten Felder in der Belastungs matrix 36 stellen dabei geringe Belastung dar, die einfach schraffierten Felder stellen mittlere Belastungen dar und die Felder mit einer karierten Schraffur stellen hohe Belastungen dar. Eine hohe Belastung kann dabei sowohl durch ein kurzzeitig hohes Drehmoment als auch durch ein längere Zeit anliegendes mittleres Drehmoment ver ursacht sein.

Als Ergebnisse 37 lassen sich aus der Belastungsmatrix 36 eine im Hinblick auf die Lebensdauer reduzierte Anzahl an Betriebsstunden, eine Anzahl an verfügbaren Be triebsstunden und einen dazwischenliegenden Grenzbereich ableiten. Diese Ergeb nisse können insbesondere bei der Wartungsplanung berücksichtigt und verwendet werden. Bei einer Darstellung der Ergebnisse gemäß der Fig. 4 entspricht die Höhe der Balken jeweils den zugeordneten Betriebsstunden. Besonders komfortabel ist eine solche Darstellung für den Betreiber oder Wartungsplaner in einem Wartungs programm darstellbar, indem die Balken für noch verfügbare und für reduzierte Be triebsstunden in unterschiedlichen Farben dargestellt werden.

Unter Berücksichtigung verschiedener Kompensationsfaktoren aus der oben genann ten Auflistung kann die Lebensdauer dann beispielsweise mithilfe der folgenden Formel berechnet werden: belastungsabhängige Lebensdauer aus der Belastungsmatrix (Betriebsstunden)

Lebensdauer = 100% x Erwartete Lebensdauer unter Idealbedingungen (Betriebsstunden) Bezuaszeichen Antriebsstrang

Antriebsmotor

Wechselgetriebe

Ausgangswelle

Gelenkwelle

Eingangswelle

erstes Radsatzgetriebe

Abtriebswelle, erste Radsatzwelle Abtriebswelle

weitere Gelenkwelle

Eingangswelle

zweites Radsatzgetriebe

zweite Radsatzwelle

Sensor

Sensor

Sensor

Sensor

Sensor

Sensorsteuereinheit

Steuereinrichtung

Schlupferkennung

Datenspeicher

Triebrad

Triebrad

Schiene

Besandung

Besandung

Sensorik

Lastkollektiverfassung

Lebensdauerberechnung

Korrekturtabellen Diagramm Volllinie

Strichlinie Belastungsmatrix Ergebnisse