Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Überwachen einer Schienenweiche mit einem Weichenantrieb, wobei der Weichenantrieb ein Gehäuse , einen im Gehäuse angeordneten Weichenstellmotor und eine aus dem Gehäuse herausgeführte Stellstange zum Ankoppeln an eine Schienenweiche umfasst .

Weiters betri f ft die Erfindung einen Weichenantrieb zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Weichendiagnosesysteme ermöglichen es den Betreibern von Schienennetzen, sich anbahnende Schäden verschiedenster Komponenten einer Weiche , insbesondere des Weichenantriebs , frühzeitig zu erkennen und dadurch Weichenaus fälle zu vermeiden und Wartungsprozesse zu optimieren . Weichenaus fälle können aus mechanischen, umweltbedingten, hydraulischen oder elektrischen Problemen resultieren und führen oft zu langzeitigen Aus fällen des betrof fenen Gleisabschnitts .

Zur Fernüberwachung von Weichenantrieben sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, welche darauf abzielen, eine Umstellung der Weiche zu überwachen und aus dem zeitlichen Verlauf der erfassten Messgröße während des Stellbetriebs und ggf . aus einem Vergleich des Verlaufs mit Sollwerten, einen Verschleiß zustand zu erkennen .

Andere bekannte Verfahren nutzen hierzu Sensoren im Stellwerk, welche den Stromfluss zu den Weichenstellmotoren des Weichenantriebs überwachen . Für j eden Umstellvorgang werden die Stromverlaufskurven gemessen und an eine Auswerteeinheit gesendet , wo die Daten anhand von individuell j e Weiche eingestellten Parametern und Anwenderregeln analysiert werden . Die Messung des Stromflusses hat den Vorteil , dass die Überwachung vom Stellwerk aus erfolgen kann, sodass ein Eingri f f in den Weichenantrieb nicht erforderlich ist . Nachteilig ist j edoch, dass Stromverlaufskurven lediglich allgemeine Aussagen über den Zustand der Weiche einschließlich des Weichenantriebs erlauben ohne eine Ferndiagnose hinsichtlich der Fehlerursache tref fen zu können .

Eine genauere Lokalisierung von Verschleißerscheinungen oder Fehl zuständen wird durch die Anordnung von Sensoren an verschiedenen Komponenten des Weichenantriebs selbst ermöglicht , wie z . B . Dehnungsmesssensoren an Stellstangen oder Kraftmessbol zen als Verbindungselement zwischen einer Stellstange und der Antriebsstange der Weiche , mit denen eine Messung der Stellkraft ermöglicht wird . Derartige Sensoren erfordern eine Verkabelung an beweglichen außenliegenden Teilen des Weichenantriebs und sind daher fehleranfällig und aufwendig in der Installation .

Zur Überwindung dieser Nachteile sind bereits Überwachungssysteme vorgeschlagen worden, bei denen die Sensorik am stationären Gehäuse des Weichenantriebs statt auf beweglichen Teilen angeordnet werden kann . Beispielsweise of fenbart die WO 2019/ 063263 Al ein Verfahren zum Analysieren des Weichenantriebs einer Schienenweiche mit einem Sensor zur Messung von Schallwellen während eines Stellbetriebs des Weichenantriebs , wobei eine Stellkraft einer Stellkraf tkupplung des Weichenantriebs auf Grund der erfassten Schallwellen ermittelt wird . Der Sensor kann hierbei als piezoelektrischer Sensor oder als akustischer Oberf lächenwellen-Sensor ausgebildet sein . Nachteilig bei der Erfassung von Schallwellen ist die Schwierigkeit , Auf fälligkeiten im Schallsignal mit einer bestimmten Fehlerquelle in Verbindung zu bringen . Meist sind Störf requenzen hierfür verantwortlich, die nicht ohne weiteres herausgefiltert werden können . Ein Problem stellt auch das Auftreten unvorhergesehener Störf requenzen dar, die zufällig in einem mit einer bestimmten Fehlerquelle oder Stellkraft assoziierten Signalbereich liegen, bzw . diesen Signalbereich verzerren können . Die Ermittlung der Stellkraft über Schallwellen erfordert außerdem eine regelmäßige Kalibrierung, da die Messwerte andernfalls nicht langzeitstabil und damit nicht zuverlässig sind .

Eine andere Möglichkeit ist in der EP 3269615 Al of fenbart , bei der ein faseroptischer Sensor am Gehäuse des Weichenantriebs angebracht ist , um einen Parameter, wie z . B . eine Dehnung, zu erfassen, der den Zustand des Weichenantriebs anzeigt . Faseroptische Sensoren sind j edoch für den Einsatz unter den rauen Bedingungen im Bereich eines Weichenantriebs nur bedingt geeignet . Faseroptische Sensoren erfordern einen sogenannten Interrogator, der teuer ist und aufgrund seiner Größe nicht in einen Weichenantrieb integrierbar ist . In der Praxis wird ein Interrogator daher für mehrere Messstellen an einer zentralen Stelle außerhalb des Weichenantriebgehäuses gesondert eingehaust und über Lichtwellenleiter mit den einzelnen faseroptischen Sensoren verbunden . Die empfindlichen Lichtwellenleiter müssen dann über weitere Strecken vor mechanischen Einflüssen geschützt verlegt werden, was ebenfalls einen beträchtlichen Aufwand darstellt . Speziell bei der notwendigen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen in diesem Anwendungs f eld müssen Lichtwellenleiter mit deren Ankopplungen unter Werkstattbedingungen in den erforderlichen Längen vorkonfektioniert werden . Besonders eine nachträgliche Nachrüstung an bereits verbauten Weichenantrieben ist damit schwierig und teuer .

Ein weiterer Nachteil faseroptischer Sensoren liegt in der geringeren Empfindlichkeit in der Erfassung von Verformungsamplituden . Beim Versagen oder Abreißen von Bauteilen entstehen sogenannte „Bursts" , die von einem faseroptischen Sensor nicht ausreichend aufgelöst werden können . Ebenso gibt es Anteile von Lagergeräuschen ( z . B . „Fitting" ) und Reibgeräusche ( z . B . bei Entfettung) , die von faseroptischen Sensoren nicht abgedeckt werden . Ein weiterer Nachteil von faseroptischen Sensoren liegt in deren Beeinträchtigung durch die Veränderung der Dehnung mit der Änderung der Temperatur . Abseits einer bestimmten kalibrierten Temperatur muss ein Of fset ständig kompensiert werden . Die Kompensation wird durch die Tatsache erschwert , dass der Einfluss der Temperatur ohne weiteres in der Größenordnung der Messwerte oder auch darüber liegen kann .

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, eine verbesserte Überwachung von Weichen zu ermöglichen, mit welcher die oben genannten Nachteile überwunden werden können . Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine Überwachung der Weiche ohne gesondert einzuhausende externe Bauteile zu ermöglichen, wobei das Ausmaß des konstruktiven Eingri f fs in bestehende Komponenten einer Weiche minimiert und auch eine einfache Nachrüstung bestehender Weichen gewährleistet werden soll . Weiters soll die Überwachung in der Lage sein, Fehlerursachen zu identi fi zieren und gezielte Instandhaltungsmaßnahmen zu empfehlen . Zur Lösung dieser Aufgaben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Schienenweiche mit einem Weichenantrieb bereitgestellt , umfassend das Vorsehen eines am Gehäuse angeordneten piezoelektrischen Sensors , das Erfassen von Messsignalen des piezoelektrischen Sensors vorzugsweise während eines Stellbetriebs des Weichenantriebs , wobei periodische Anteile des Messsignals zumindest teilweise herausgefiltert werden, um für eine nicht-periodische Veränderung der Dehnung des Gehäuses repräsentative Signalanteile zu erhalten, und das Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der Messsignale , um Abweichungen von einem Soll zustand zu identi fi zieren .

Die Erfindung beruht somit auf der Idee einen piezoelektrischen Sensor zu verwenden und geeignete Messwerte zu erfassen, die für die Weichendiagnose herangezogen werden können, wobei sich herausgestellt hat , dass die Anordnung eines solchen Sensors am Gehäuse des Weichenantriebs ausreichend ist , um relevante Ergebnisse zur erhalten . Insbesondere wurde gefunden, dass ein piezoelektrischer Sensor für die Erfassung von nicht-periodischen Änderungen der Dehnung des Gehäuses genutzt werden kann, wobei die Dehnung als Maß für die mechanische Belastung des Gehäuses herangezogen werden kann und von dieser auf den Zustand der Weiche geschlossen werden kann .

Nicht periodische Änderungen der Dehnung des Gehäuses umfassen hierbei insbesondere langsame bzw . quasistatische Dehnungsänderungen, die durch Kräfte verursacht werden, die beim Umstellvorgang der Weiche auf das Gehäuse des Weichenantriebs einwirken . Da das Gehäuse als Widerlager für die bei einem Umstellvorgang belasteten Teile der Weiche einschließlich des Weichenantriebs fungiert , führt eine Belastung zu einer entsprechenden Spannung und folglich zu einer Verformung bzw . Dehnung bestimmter Bereiche des Gehäuses . Die Verformung des Gehäuses tritt hierbei besonders in Gehäusebereichen auf , die im Kraftübertragungspfad liegen . Bei Kenntnis des oberflächlichen Dehnungsverhaltens des Gehäuses an einer gewissen Stelle in Abhängigkeit einer Belastung kann über die Messung der Dehnung an der gewissen Stelle auf den Schwergang der Weiche zurückgeschlossen werden .

Der piezoelektrische Sensor wird daher an einer Stelle am Gehäuse angeordnet , die im Kraftübertragungspfad einer üblicherweise auf das Gehäuse veränderlich wirkenden

Kraf tkomponente liegt . Insbesondere kann der piezoelektrische Sensor an einer Stelle angeordnet werden, an der die auf Grund der einwirkenden Kraft auftretende Dehnung des Gehäuses mindestens 0 , 1 peps (pm/m) beträgt .

Beispielsweise kann der piezoelektrische Sensor möglichst nahe an einem axial festen Spindellager eines elektromotorisch angetriebenen Spindelantriebs zur Verstellung einer Stellstange und ggf . möglichst nahe der Verschraubung des Weichenantriebsgehäuses mit der Weiche angeordnet werden . Bei hydraulisch angetriebenen Weichen kann der piezoelektrische Sensor möglichst nahe des elektrohydraulischen Befestigungspunkts des Antriebsmoduls angeordnet werden .

Das Gehäuse des Weichenantriebs kann aus mehreren Gehäuseteilen bestehen . Bevorzugt umfasst das Gehäuse ein den Weichenstellmotor zumindest teilweise umgebendes erstes Gehäuseteil und ein mit diesem starr verbundenes , zweites plattenartiges Gehäuseteil , mit welchem der Weichenantrieb an der Schienenweiche , wie z . B . an einer Schwelle , befestigt ist . Das zweite Gehäuseteil kann als Befestigungsplatte , wie z . B . als Montageplatte oder als Adapterplatte , ausgebildet sein, die geeignete Durchgangslöcher für Befestigungsschrauben aufweist , mit denen der Weichenantrieb an der Weiche wie z . B . an einer Schwelle , festgeschraubt wird .

Der piezoelektrische Sensor kann hierbei am ersten Gehäuseteil oder am zweiten Gehäuseteil angeordnet sein . Im Falle der Anordnung am zweiten Gehäuseteil kann der Sensor bevorzugt möglichst nahe der Verschraubung des Weichenantriebsgehäuses mit der Weiche oder z . B . auf Höhe der Einführung der Stellstange angeordnet sein .

Bevorzugt ist der piezoelektrische Sensor hierbei entlang der Hauptdehnungsrichtung an der Stelle des Gehäuses orientiert .

Bevorzugt wird das piezoelektrische Sensorelement bzw . der piezoelektrische Sensor kraft- und/oder stof f schlüssig mit der Gehäuseoberfläche gekoppelt , sodass die Dehnung des Gehäuses bzw . der Gehäuseoberfläche anteilig auf den piezoelektrischen Sensor übertragen wird . Im Falle einer stof f schlüssigen Verbindung ist insbesondere eine Klebeverbindung von Vorteil .

Der Vorteil der Verwendung eines piezoelektrischen Sensors liegt unter anderem in der überaus hohen Messempfindlichkeit . Die Messergebnisse eines piezoelektrischen Sensors sind zwar temperaturabhängig, dies j edoch nur in geringem Maße . Die Temperaturempfindlichkeit verursacht im Gegensatz zu einem faseroptischen Sensor keinen Of fset-Dri ft bei der Messung einer Dehnung, sondern beispielsweise eine Verstärkung oder Abschwächung einer gemessenen Amplitude einer Schwingung . Bei in der Praxis stark schwankenden Temperaturen ist ein piezoelektrischer Sensor folglich einfacher aus zuwerten und zuverlässiger, was die Genauigkeit betri f ft . Die Temperaturkompensation der Messwerte erfolgt softwarebasiert auf Basis der Temperaturkennlinie des Sensors .

Ähnlich robust verhält sich ein piezoelektrischer Sensor bei einer Änderung der Ankoppelungseigenschaften an den Untergrund, was für zuverlässige Messungen der Sensorik mit möglichst wenigen Interventionen über viele Jahre eine Rolle spielt . Eine sich aus der Ankopplung ergebende , sich verändernde Vorspannung ( z . B . chemisch-mechanische Veränderung einer Verklebung) wirkt sich ähnlich wie die thermische Dehnung nicht als Of fset-Dri ft aus .

Der piezoelektrische Sensor kann an der Außenseite oder an der Innenseite des Gehäuses angeordnet werden . Vorteilhaft ist die Anordnung an der Innenseite des Gehäuses , da hierdurch eine vor äußeren Umwelteinflüssen oder mechanischer Kraft- bzw . Gewalteinwirkung geschützte Anordnung gewährleistet ist . Auf Grund der kleinbauenden Ausbildung von piezoelektrischen Sensoren kann ein derartiger Sensor ohne Beeinträchtigung anderer Komponenten innenseitig platziert werden . All fällige elektromagnetische Störungen aus dem Eisenbahnbetrieb lassen sich kostengünstig mit geringem Materialaufwand durch Abschirmungen fernhalten . Damit wird auch eine Vorverarbeitung bzw . komplette Auswertung der Messsignale im Inneren eines Weichenantriebs ermöglicht .

Sowohl bei einer Anordnung an der Außenseite als auch an der

Innenseite des Gehäuses ist eine einfache Nachrüstbarkeit gegeben, da keine Ankoppelung an bewegte Bauteile und ein geringer Verkabelungsaufwand gegeben sind . Ebenso ist eine einfache Austauschbarkeit im Falle einer Beschädigung des Sensors gewährleistet .

Im Vergleich zu faseroptischen Sensoren erfordert ein piezoelektrischer Sensor keine Verkabelung mit einem externen Auswertemodul . Vielmehr kann die Auswertung der Messsignale mit einer kleinbauenden elektronischen Schaltung vorgenommen werden, welche in unmittelbarer Nähe des Sensors am oder im Gehäuse des Weichenantriebs angeordnet werden kann oder welche mit dem piezoelektrischen Sensor zu einer integrierten Einheit vereinigt werden kann .

Piezoelektrische Sensoren sind in der Lage , kleinste Verformungen oder Dehnungsänderungen in elektrische Signale umzuwandeln, sodass z . B . auch durch Körperschall induzierte Dehnungsänderungen erfasst werden . Das vom Sensor ausgegebene Signal kann daher grundsätzlich hochfrequente Anteile und niederfrequente Anteile aufweisen . Allerdings sind piezoelektrische Sensoren für den Einsatz bei rein statischen Messungen schlechter geeignet . Eine statische Kraft führt zu einer definierten Ladungsmenge an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials . Wird diese Ladung beispielsweise mit einem handelsüblichen Spannungsgerät gemessen, gehen aufgrund der nicht unendlich hohen Eingangsimpedanz kontinuierlich Ladungen verloren, was zu einem kontinuierlichen Signalabfall führt . Sehr langsam ablaufende Dehnungsänderungen führen daher nicht zu einer Kumulierung der Ladungsmengen, sodass kein die Gesamtänderung repräsentierendes Signal erhalten wird . Bei der Messung von periodischen, insbesondere hochfrequenten Dehnungsänderungen ist dieser Ef fekt weniger ausgeprägt bzw . nachrangig . Um nun im Rahmen der Erfindung die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierende Signalanteile zu erhalten, wird so vorgegangen, dass periodische Anteile des Messsignals zumindest teilweise herausgefiltert werden . Eine bevorzuge Ausbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile durch eine Tiefpass filterung erhalten werden, wobei die Tiefpass filterung mit einer Grenz frequenz erfolgt , bei welcher einem Körperschall entsprechende periodische , vorzugsweise eine Frequenz von > 100 Hz aufweisende , Signalanteile des piezoelektrischen Sensors zumindest teilweise entfernt oder gedämpft werden . Die Tiefpass filterung kann durch herkömmliche analoge und/oder digitale Signalverarbeitungsverfahren realisiert werden .

Nach der Filterung hochfrequenter Singalanteile verbleibt ein Signalanteil , der eine quasistatische Verschiebung des hochfrequenten Signalanteils darstellt und für eine Verformung des Gehäuses auf Grund der während des Umstellvorganges der Weiche auf das Gehäuse wirkenden mechanischen, nicht-schwingenden Belastung repräsentativ ist . Um dem Ef fekt entgegenzuwirken, dass langsam ablaufende Dehnungsänderungen von einem piezoelektrischen Sensor auf Grund des schnellen Ladungsverlusts nicht als kumulatives Signal ausgegeben werden, sieht eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung vor, dass die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile mittels eines Ladungsverstärkers verstärkt werden .

Gemäß einer besonders bevorzugten Aus führungs form der

Erfindung wird nicht nur der nicht-periodische quasistatische

Signalanteil für die Überwachung der Weiche eingesetzt , sondern auch die einem Körperschall entsprechenden, periodischen Signalanteile . Diesbezüglich ist bevorzugt vorgesehen, dass zusätzlich Signalanteile des piezoelektrischen Sensors erfasst und ausgewertet werden, welche Körperschallwellen repräsentieren . Unter Körperschallwellen werden im Rahmen der Erfindung mechanische Schwingungen ( z . B . > 100Hz ) verstanden, die sich von einer Schallquelle ausgehend über längere Strecken durch mechanisch miteinander gekoppelte Bauteile ausbreiten können und über die Oberfläche des Gehäuses abgrei fbar sind . Die Schallquelle kann hierbei im Gehäuse selbst liegen oder von einer außerhalb des Gehäuses liegenden Komponente der Weiche , wie z . B . einer Stellstange , einer Zungenschiene , einem gelockerten Befestigungselement , einer Rollenvorrichtung, einem Weichenverschluss , einer Zungenvorrichtungen oder dgl . , insbesondere von einer mit dem Gehäuse des Weichenantriebes akustisch gekoppelten Komponente , gebildet sein . Der Körperschall kann durch Vibrationen einer Komponente der Weiche verursacht sein und die Vibrationen können wiederum von einem Reibkontakt zwischen Komponenten herrühren .

Alternativ können Vibrationen als auch Verformungen von einem über die Weiche fahrenden Zug verursacht sein und ebenso ausgewertet werden . Da dabei andere Anregungen auf die Komponenten der Weiche bzw . des Weichenantriebs einwirken, können auch Fehlerquellen angeregt werden, die bei einem alleinigen Umstellbetrieb der Weiche nicht ausreichend festgestellt würden .

Körperschallwellen mit einer Bandbreite von f ( z . B . 20 kHz ) sind nur mit einer Abtastrate von mindestens 2 f (bezogen auf das Beispiel also mindestens 40 kHz ) erfassbar . Eine geeignete Analyse oder Auswertung der den Körperschall repräsentierenden Signalanteile , insbesondere in Kombination mit dem nicht-periodischen quasistatischen Signalanteil , erlaubt die Identi fi zierung charakteristischer Merkmale der Schwingung bzw . des korrespondierenden Körperschalls , was wiederum einen Rückschluss auf eine mögliche Quelle der Schwingungen erlaubt . Dadurch lassen sich Fehlerquellen besser verorten und es können Fehlerursachen besser voneinander unterschieden werden . In einer bevorzugten Aus führung ermöglicht eine kombinierte Auswertung der den Körperschall repräsentierenden Signalanteile und der den nicht-periodischen quasistatischen Signalanteile , insbesondere der j eweiligen während des Umstellbetriebs und während einer Zugüberfahrt erfassten Signale , das Erkennen einer Fehlerquelle , die weder im Umstellbetrieb alleine , noch bei der Überfahrt alleine eindeutig erkannt hätte werden können .

In Bezug auf die Erfassung von Körperschall repräsentierenden Signalanteilen ist als Vorteil von piezoelektrischen Sensoren hervorzuheben, dass derartige Sensoren eine Messempfindlichkeit aufweisen, die ein bis zwei Größenordnungen höher ist als bei faseroptischen Sensoren . Das bedeutet , dass ein piezoelektrischer Sensor eine Schwingung mit einer 10- bis 100- fach kleinerer Amplitude erfassen kann als ein faseroptischer Sensor . Ein piezoelektrischer Sensor ist folglich besonders für das Messen von Körperschallwellen geeignet . Außerdem verfügt ein piezoelektrischer Sensor über eine höhere Bandbreite von bis zu mehreren MHz . Insgesamt wird mit einem piezoelektrischen Sensor daher ein Signal mit deutlich höherem Informationsgehalt erzielt . Eine hohe Messempfindlichkeit ist für eine aussagekräftige Analyse der Weiche bzw . von deren vom Weichenantriebsgehäuse abzutastenden Komponenten während einer Zugüberfahrt wichtig, besonders wenn die akustische Kopplung zwischen Weiche und Weichenantriebsgehäuse in der Endlage des Weichenantriebs nur schwach ausgebildet wird .

Eine hohe Messempfindlichkeit ist auch für die Erfassung von beim Versagen oder Abreißen von Bauteilen entstehenden sogenannte „Bursts" , eine hochfrequente Form von Körperschall im MHz-Bereich, nützlich, die von einem faseroptischen Sensor nicht ausreichend aufgelöst werden kann . Dasselbe gilt für Frequenzanteile von Lagergeräuschen ( z . B . „Fitting" ) und Reibgeräusche ( z . B . bei Entfettung) , die vom Frequenzband eines piezoelektrischen Sensors gut abgedeckt werden .

Die Erfassung und/oder Auf zeichnung der die nichtperiodischen Veränderungen der Dehnung des Gehäuses repräsentierenden Signalanteile und der die Körperschall repräsentierenden Signalanteile kann hintereinander, einzeln, oder gleichzeitig erfolgen .

Die Erfassung und/oder Auf zeichnung der die nichtperiodischen Veränderungen der Dehnung des Gehäuses repräsentierenden Signalanteile und/oder der die Körperschall repräsentierenden Signalanteile erfolgt bevorzugt während des Stellbetriebs , d . h . während der Umstellung der Weiche . Alternativ lassen sich außerhalb des Stellvorgangs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Auswirkungen vorbei fahrender Züge detektieren . Beispielsweise können neben dem Verlauf einer mechanischen Belastung mit ein und demselben piezoelektrischen Sensor auch Durchfahrten von Zügen erfasst und anhand der Schwingungssignale und/oder Weichenstellung klassi fi ziert werden .

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zum bisher erwähnten piezoelektrischen Sensor wenigsten ein weiterer piezoelektrischer Sensor am Gehäuse angeordnet ist , dessen Messignale auf dieselbe Art und Weise erfasst und ausgewertet werden können, wie dies oben in Bezug auf den einen piezoelektrischen Sensor beschrieben wurde . Die Anordnung von zwei oder mehr piezoelektrischen Sensoren erlaubt einerseits für den Fall eines Sensoraus falls eine redundante Ausbildung und kann andererseits dem Umstand Rechnung tragen, dass Dehnungen in unterschiedlichen Bereichen des Gehäuses unterschiedlich stark ausgeprägt sind . Mit mehreren Sensoren gelingt somit eine vollständigere Erfassung des relativen ( d . h . nicht absoluten) Belastungs- bzw . Verformungs zustandes des Gehäuses und damit der Weiche .

Wie bereits erwähnt umfasst die Zustandsdiagnose der Weiche eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs der für die nichtperiodische Veränderung der Dehnung repräsentativen Signalanteile , um Abweichungen von einem Soll zustand zu identi fi zieren . Dies beruht auf der Erkenntnis , dass der Verlauf des Verformungssignals an einer festen Position des Gehäuses während eines sich wiederholenden Stellvorgangs für einen Stellprozess charakteristisch ist wie ein Fingerabdruck . Entsprechend resultieren Veränderungen des Stellprozesses in einer Veränderung in Amplitude und Verlauf des Verformungssignals . Solche Veränderungen des Stellprozesses können unter anderem bedingt sein durch Ermüdung, Abnutzung, Lockerung, Entfettung, Defekte ( z . B . in der Steuerelektronik) , Stromschwankungen, und/oder durch äußere Einflüsse . Hierbei genügt es die relative Veränderung des Verformungssignals bzgl . eines Referenzsignalverlaufs zu überwachen . Ein solches Referenzsignal kann beispielsweise im Anfangs- oder Neuzustand des Weichenantriebs auf gezeichnet und abgespeichert werden . Gleichermaßen kann die Auf zeichnung eines Referenzsignals nach einer Erstinbetriebnahme , nach einer Inspektion oder nach einer Wartung erfolgen . Eine Kalibrierung ist nicht notwendig, da es nur auf Änderungen oder qualitative Signaturen in Bezug auf den Referenz zustand bzw . die Referenzsignatur ankommt .

In den erfindungsgemäß gewonnenen Verformungssignalen zusammen mit der Referenzmessung sind damit sämtliche Informationen zur Beurteilung des Stellverhaltens und des Zustands von Weichenstellantrieben und Weichenkomponenten enthalten .

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass eine Amplitude des zeitlichen Verlaufs der die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile ermittelt und mit einem Sollwert verglichen wird, wobei der zeitliche Verlauf in für den Vorgang der Weichenumstellung typische Teilbereiche gegliedert werden kann, um Fehlermodi besser zuordnen zu können .

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung wird aus den die nichtperiodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteilen ein Maß für den Schwergang der Weiche ermittelt . Der Schwergang kann hierbei als absolutes oder als relatives Maß angegeben werden und stellt den Widerstand dar, den die beweglichen Komponenten der Weiche beim Umstellvorgang dem Antrieb entgegensetzen . Der Schwergang korreliert somit mit der auf den Weichenantrieb während des Umstellvorgangs wirkenden Gegenkraft . Im Gegensatz zu einer nur mit kalibrierter Sensorik messbaren ( absoluten) Gegenkraft , die in Newton bemessen wird und auf Grundlage der vom piezoelektrischen Sensor erfassten Dehnung nur mit genanntem zusätzlichen Aufwand zu bezi f fern ist , kann der Schwergang als relatives Maß zum Beispiel mit einer Änderung des Umstellwiderstands in Bezug auf zumindest einen Ausgangswert bzw . eine Ausgangskurve korreliert werden .

Eine weitere bevorzuge Ausbildung sieht vor, dass der zeitliche Verlauf der die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile während einer Viel zahl von Stellbetrieben auf gezeichnet wird und aus einem Vergleich der auf gezeichneten Verläufe ein Wartungsbedarf der Weiche , wie z . B . des Weichenantriebs , ermittelt wird .

Wie bereits erwähnt , können Messwerte des piezoelektrischen Sensors temperaturabhängig schwanken . Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass Temperaturmesswerte eines Temperatursensors erfasst werden, welche für die Temperatur des Gehäuses im Bereich des piezoelektrischen Sensors repräsentativ sind, und dass die Temperaturmesswerte zur Kompensation von temperaturabhängigen Veränderungen der Messsignale des piezoelektrischen Sensors herangezogen werden .

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Weichenantrieb bereitgestellt , mit dem das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchgeführt werden kann, und welches ein Gehäuse , einen im Gehäuse angeordneten Weichenstellmotor, eine aus dem Gehäuse herausgeführte Stellstange zum Ankoppeln an eine Schienenweiche , einen am Gehäuse angeordneten piezoelektrischen Sensor und eine Auswerteeinheit umfasst , welcher die Messsignale des piezoelektrischen Sensors zugeführt sind, wobei die Auswerteeinheit zum Erfassen und Auf zeichnen von Messsignalen des piezoelektrischen Sensors vorzugsweise während eines Stellbetriebs des Weichenantriebs ausgebildet ist , wobei periodische Anteile des Messsignals zumindest teilweise herausgefiltert werden, um für eine nicht-periodische Veränderung der Dehnung des Gehäuses repräsentative Signalanteile zu erhalten, und die Auswerteeinheit zum Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der für die nichtperiodische Veränderung der Dehnung repräsentativen Signalanteile ausgebildet ist , um Abweichungen von einem Soll zustand zu identi fi zieren .

Wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt , kann der piezoelektrische Sensor an einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sein .

Bevorzugt ist ein Tiefpass filter mit einer Grenz frequenz vorgesehen, bei welcher einem Körperschall entsprechende periodische , vorzugsweise eine Frequenz von > 100 Hz aufweisende , Signalanteile des piezoelektrischen Sensors zumindest teilweise entfernt oder gedämpft werden, um die die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile zu erhalten .

Bevorzugt ist ein Ladungsverstärker vorgesehen, welcher die die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile verstärkt .

Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet , um die die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteile durch Ermittlung quasistatischer Anteile des Sensorabgri f fs zu erfassen . Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet , um eine Amplitude des zeitlichen Verlaufs der die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentativen Signalanteile zu ermitteln und mit einem Sollwert zu vergleichen, wobei der zeitliche Verlauf in für den Vorgang der Weichenumstellung typische Teilbereiche gegliedert werden kann, um Fehlermodi besser zuordnen zu können .

Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet , um aus den die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentierenden Signalanteilen ein Maß für den Schwergang der Weiche zu ermitteln .

Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet , um den zeitlichen Verlauf der für die nicht-periodische Veränderung der Dehnung repräsentativen Signalanteile während einer Viel zahl von Stellbetrieben auf zuzeichnen und aus einem Vergleich der auf gezeichneten Verläufe ein Wartungsbedarf der Weiche , wie z . B . des Weichenantriebs , zu ermitteln .

Bevorzugt ist die Auswerteeinheit ausgebildet , um zusätzlich Signalanteile des piezoelektrischen Sensors zu erfassen und aus zuwerten, welche Körperschallwellen repräsentieren .

Bevorzugt ist ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Gehäuses im Bereich des piezoelektrischen Sensors vorgesehen, dessen Temperaturmesswerte der Auswerteeinheit zur Kompensation von temperaturabhängigen Veränderungen der Messsignale des piezoelektrischen Sensors zugeführt sind . Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus führungsbeispielen näher erläutert . In dieser zeigen Fig . 1 die Ergebnisse von Dehnungsmessungen, Fig . 2 eine erste Aus führung eines Weichenantriebs mit einem piezoelektrischen Sensor und Fig . 3 eine zweite Ausbildung eines Weichenantriebs mit einem piezoelektrischen Sensor .

Fig . 1 zeigt mehrere Verläufe , welche mittels eines am Gehäuse eines Weichenantriebs während den Umstellvorgängen mit einem piezoelektrischen Sensor gemessenen Dehnungen entsprechen . Der dargestellte Verlauf wurde erhalten, indem hochfrequente Signalanteile des piezoelektrischen Sensors herausgefiltert wurden, sodass lediglich die nicht durch Körperschall induzierten quasistatischen Anteile verbleiben . Es sind j eweils Verläufe aus einer Viel zahl von Umstellvorgängen übereinander dargestellt .

Die links in Fig . 1 dargestellte Kurvenschar entspricht dem Umstellvorgang, bei dem die Zungenschiene in die eine Richtung verschoben wird, und die rechts in Fig . 1 dargestellte Kurvenschar entspricht dem Umstellvorgang, bei dem die Zungenschiene in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird . Durch einen optionalen Betragsbildungsschritt in der Auswerteeinheit sind die Sensorsignalausschläge zur besseren Vergleichbarkeit unabhängig von den Richtungen des Umstellvorganges positiv dargestellt . Es ist erkennbar, dass mit dem am Gehäuse des Weichenantriebs angeordneten piezoelektrischen Sensor der typische Belastungsverlauf erfasst werden kann, der bei fehlerfreier Weiche unter anderem durch eine Einschaltspitze , einen waagrechten Verlauf während der Umstellung der Weiche und einen steilen Abfall nach dem Verriegeln gekennzeichnet ist .

Fig . 2 zeigt eine Teilansicht eines Weichenantriebs 1 im Schnitt . Der Weichenantrieb 1 umfasst ein Gehäuse 2 , in dem ein Weichenstellmotor (nicht gezeigt ) angeordnet ist , der eine aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Stellstange 3 zum Ankoppeln an eine Schienenweiche in Richtung des Doppelpfeils 4 antreibt . Das Gehäuse 2 weist weiters eine Montageplatte 5 auf , mit welcher der Weichenantrieb 1 über eine Antriebslagerung auf eine Schwelle (nicht gezeigt ) geschraubt werden kann . An der Innenseite des Gehäuses 2 , nämlich an der Seitenwand 7 des Gehäuses 2 , ist ein piezoelektrischer Sensor 6 befestigt , um Veränderungen der Dehnung des Gehäuses 2 zu erfassen .

Fig . 3 zeigt eine Teilansicht eines Weichenantriebs 1 in einer Draufsicht . Der Weichenantrieb 1 umfasst ein Gehäuse 2 , in dem ein Weichenstellmotor (nicht gezeigt ) angeordnet ist , der eine aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Stellstange 3 zum Ankoppeln an eine Schienenweiche in Richtung des Doppelpfeils 4 antreibt . Das Gehäuse 2 weist weiters eine Montageplatte 5 auf , mit welcher der Weichenantrieb 1 mittels Befestigungsschrauben 13 auf einer rahmenartigen Antriebslagerung befestigt ist , welche die Rahmenteile 8 , 9 , 10 , 11 und 12 umfasst . Die Antriebslagerung wiederum ist mit Hil fe der Befestigungsschrauben 14 an den Schwellen 15 befestigt . Der piezoelektrische Sensor 6 ist bei dieser Aus führung an der Montageplatte 5 angebracht , und zwar der Befestigungsschraube 13 benachbart , um Veränderungen der Dehnung der Montageplatte 5 des Gehäuses 2 zu erfassen .