Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln des Zustande von Schienenwegen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Zustands von Schienenwegen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ermitteln des Zustands von

Schienenwegen.

Es ist bekannt, Schienenwege mittels Spezialfahrzeugen zu vermessen und zu überprüfen. Dies erfolgt in regelmäßigen Abständen und erfordert Fahrzeuge, die mit spezieller Sensorik ausgestattet sind, sowie gesonderte Fahrten mit diesen Fahrzeugen über die Schienenwege. Daher gestalten sich diese Messfahrten aufgrund der erforderlichen Spezialfahrzeuge, des erforderlichen Personals und der dabei erforderlichen Streckenbelegung als aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Erfassen von Verschleißzuständen von Schienenwegen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln des Zustands von

Schienenwegen mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 sowie durch eine

Vorrichtung zum Ermitteln des Zustands von Schienenwegen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den

Unteransprüchen.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln des Zustands von

Schienenwegen werden Messdaten eingelesen, die mittels vorhandener Sensorik wenigstens eines Schienenfahrzeugs zu verschiedenen Zeiten und unter

unterschiedlichen Umweltbedingungen beim Fahren des wenigstens einen

Schienenfahrzeugs auf einem Schienenweg erfasst werden können. Aus den

Messdaten werden Verschleißzustände des Schienenwegs ermittelt. Die Messdaten, aus denen die Verschleißzustände ermittelt werden, sind Messdaten, die mittels der üblicherweise in einem normalen Schienenfahrzeug vorhandenen Sensorik erfasst werden können. Dies sind die Sensoren, die im Fahrzeug für einen normalen Fahrbetrieb erforderlich sind. Es werden daher keine zusätzlichen Sensoren benötigt, wie sie beispielsweise in Spezialfahrzeugen für Streckeninspektion benötigt werden.

Die Messungen werden vorzugsweise bei den üblichen Fahrten von

Schienenfahrzeugen über den Schienenweg durchgeführt und die Daten im

Schienenfahrzeug aufgezeichnet. Dabei kann es sich um die Daten von einem einzelnen Schienenfahrzeug, vorzugsweise jedoch um die Daten, die von mehreren Schienenfahrzeugen erfasst wurden, handeln. Die Aufzeichnung der Messdaten, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingelesen werden, kann zu verschiedenen Zeiten und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen erfolgen. Unter den Umweltbedingungen können beispielsweise Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Luftdrücke, aber auch

Konfigurationen des Zuges wie Anhängelasten, Achszahl des messenden

Schienenfahrzeugs etc. verstanden werden.

Die Messungen, deren Messdaten dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde gelegt werden, werden beim Fahren des oder der Schienenfahrzeuge auf einem Schienenweg erfasst. Dabei handelt es sich vorzugsweise um übliche Betriebseinsätze und

überwiegend nicht um Sonderfahrten mit den Schienenfahrzeugen, wie sie bei der Bestimmung des Zustands von Schienenwegen mittels Spezialfahrzeugen erforderlich wären. Die Messdaten können zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen sein, das heißt entweder im Abstand von wenigen Stunden, Tagen, aber auch Wochen, Monaten oder Jahren. Dadurch können auch historische Daten bei der Ermittlung des Verschleißzustands des Schienenwegs berücksichtigt werden.

Die mit den Schienenfahrzeugen aufgenommenen Daten werden im

erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch eine Offline-Verarbeitungseinheit, d.h. nicht in einem Schienenfahrzeug selbst, sondern vorzugsweise in einer stationären Einrichtung, eingelesen. Dies bedeutet, dass die Daten zunächst von den

Schienenfahrzeugen an die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Einheit übermittelt werden. Dies kann auf verschiedenen Wegen, beispielsweise durch ein drahtloses Netzwerk erfolgen.

Aus den Messdaten werden dann die Verschleißzustände des Schienenwegs ermittelt. Dadurch kann der Verschleiß an jeder einzelnen Position des Schienenwegs, und damit über den Verlauf des Schienenwegs, ermittelt und ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Verläufe von Messdaten beim Überfahren bekannter Verschleißzustände analysiert und den dabei ermittelten Mustern der

Messdaten konkrete Verschleißzustände zugeordnet werden. Die Zuordnung der Verschleißzustände anhand von Mustern kann dabei somit aufgrund von Versuchen erfolgen, in denen konkrete Verschleißzustände einer Strecke ermittelt bzw. vermessen werden, und diesen bekannten Verschleißzuständen ein mit der vorhandenen Sensorik eines Schienenfahrzeugs gemessener Verlauf der Messgrößen gegenübergestellt wird, der charakteristisch für das Überfahren eines Streckenabschnitts mit dem bekannten Verschleißzustand ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die eingelesenen Messdaten Messdaten von Beschleunigungssensoren. Dabei werden somit überwiegend oder ausschließlich die Messungen von in einem Fahrzeug vorhandenen

Beschleunigungssensoren herangezogen, um Verschleißzustände des Schienenwegs zu ermitteln. Bei den Beschleunigungssensoren werden insbesondere die

Beschleunigungssensoren, die Beschleunigungen in vertikaler Richtung, d.h. senkrecht zum Schienenweg erfassen, herangezogen. Auch die Beschleunigungssensoren, die Beschleunigungen in Querrichtung messen, können verwendet werden. Da

Beschleunigungen meist bereits in alle Richtungen gemessen werden, indem SD- Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, können auch Beschleunigungen in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung herangezogen werden.

Anhand der gemessenen Beschleunigungen können beispielsweise Schienenbrüche, Gleislagefehler oder Aufrauhungen von Schienen erfasst werden. Insbesondere anhand der gemessenen Querbeschleunigungen können beispielsweise gelöste

Schienenklammern bzw. Verschraubungen oder Verschiebungen des Schienenwegs erkannt werden. Die Beschleunigungssensoren können beispielsweise an den Drehgestellen angeordnet sein. Das Ermitteln von Verschleißzuständen kann beispielsweise durch einen Vergleich von gemessenen Beschleunigungen bei Fahrten auf neuen oder sich im Normalzustand befindlichen Schienenwegen mit gemessenen Beschleunigungen bei Fahrten auf dem zu vermessenden Streckenabschnitt

durchgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die eingelesenen Messdaten Daten wenigstens eines Wiegeventils einer Bremsanlage. Ein Wiegeventil misst die Belastung des Radsatzes oder des Drehgestells. Durch die Daten des wenigstens eines Wiegeventils kann die vertikale Belastung des Schienenwegs ermittelt werden. Sind sämtliche Drehgestelle mit Wiegeventilen versehen, dann kann die Belastung auch drehgestellweise ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die eingelesenen Messdaten Daten einer Klimaanlage. Die momentane Klimatisierungsleistung einer Klimaanlage ist bei vorgegebenen Umweltbedingungen von der Zahl der Personen im zu klimatisierenden Raum, und damit von der Zahl der Fahrgäste im zu klimatisierenden Schienenfahrzeug abhängig. Anhand der Klimatisierungsleistung können damit die Fahrgastzahlen ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Damit kann einerseits die vertikale Belastung des Schienenwegs ermittelt werden, andererseits aber auch die Auswirkung der Beladung des Schienenfahrzeugs auf den Fahrzeugschwerpunkt, und damit auch die Auswirkungen auf Belastungen bei Kurvenfahrten und Beschleunigungsvorgängen, d.h. in überwiegend horizontaler Richtung. Die Daten können auch durch weitere Sensoren der Klimaanlage, beispielsweise einen CO2-Sensor, bereitgestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die eingelesenen Messdaten Daten wenigstens eines Geschwindigkeitssensors. Damit kann einerseits die Fahrzeugverzögerung bzw. auch die Fahrzeugbeschleunigung, und damit die Belastung des Schienenwegs in seiner Längsrichtung ermittelt werden. Des Weiteren kann unter Verwendung der Daten des wenigstens einen Geschwindigkeitssensors der Schlupf ermittelt werden, und damit die Belastung des Schienenwegs im Rad-Schiene- Kontakt, d.h. der punktuelle Verschleiß. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die eingelesenen Messdaten Daten der Sensorik wenigstens eines Drehgestells. Dabei kann es sich beispielsweise um Daten eines oder mehrerer am Drehgestell angeordneter

Beschleunigungssensoren handeln. Damit können Schäden des Schienenwegs, beispielsweise ein Schienenbruch erkannt werden. Bei einem Schienenbruch erkennt der Beschleunigungssensor eine einmalige Beschleunigung. Diese wandert, wenn mehrere Drehgestelle mit Sensorik versehen sind, durch den Zug. Im Unterschied dazu würde ein Radschaden wiederkehrende Beschleunigungen ergeben, deren

Wiederholfrequenz von der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs abhängig ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Ereignisse erfasst, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben, und die

Verschleißzustände des Schienenwegs werden unter Berücksichtigung der Ereignisse, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben, ermittelt.

Damit können Ereignisse erfasst werden, die im normalen Betrieb eines

Schienenfahrzeugs nicht regelmäßig bzw. mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftreten und insbesondere über das normale Rollen eines Rades über eine Schiene

hinausgehen. Damit handelt es sich um seltener eintretende und/oder

außergewöhnliche Ereignisse. Diese Ereignisse können jedoch besondere

Auswirkungen auf den Verschleiß haben, insbesondere zu hohem Verschleiß

gegenüber einem Normalbetrieb führen, so dass diese Ereignisse beim Ermitteln des Verschleißes besonders berücksichtigt werden sollten. Zwar können Verschleißerscheinungen, die durch diese singulären Ereignisse verursacht sind, grundsätzlich auch beispielsweise aus Messdaten ermittelt werden, die von Beschleunigungssensoren aufgenommen werden. Jedoch kann die Genauigkeit der Ermittlung von Verschleißzuständen erhöht werden, wenn derartige Ereignisse bei der Verschleißermittlung direkt berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann dadurch ein Abgleich zwischen den Messungen, beispielsweise von Beschleunigungssensoren, und den für diese Positionen bekannten singulären Ereignisse erfolgen, so dass Muster ermittelt werden können, die zeigen, wie eine Messung eines Beschleunigungssensors für eine Position eines Schienenwegs, an dem ein derartiges singuläres Ereignis stattgefunden hat, aussieht. Dadurch kann das Verfahren zum Ermitteln von Verschleißzuständen aus den Messdaten und die Zuordnung von Verschleißzuständen zu beobachteten Verläufen der Messgrößen verbessert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden als Ereignisse, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben, eines oder mehrere der Ereignisse Anfahrschlupf bzw. Schleudern von Antriebsrädern,

Sandungsvorgang, Gleitschutzauslösung oder Einsatz von Schienenbremsen, beispielsweise einer Magnetschienenbremse, erfasst.

Bei diesen Ereignissen handelt es sich um singuläre Ereignisse, die gegenüber dem normalen Rollvorgang eines Rades auf der Schiene einen besonders hohen Verschleiß des Schienenwegs, und insbesondere der Schienenoberfläche hervorrufen. Indem diese Ereignisse erfasst werden, kann die Datenbasis für die Ermittlung des

Verschleißzustandes verbessert werden. Insbesondere können, wie vorstehend ausgeführt, diese Informationen über die besonderen Ereignisse mit den weiteren Messdaten, insbesondere Daten von Beschleunigungssensoren abgeglichen werden, um die Genauigkeit der Ermittlung von Verschleißzuständen zu erhöhen und

insbesondere, um die weiteren Messdaten mit diesen Verschleißereignissen zu korrelieren und aus diesen Messdaten Muster erkennen zu können, die für die genannten singulären Ereignisse kennzeichnend sind, so dass auch ohne Kenntnis der Verschleißereignisse aus den Daten beispielsweise von Beschleunigungssensoren darauf geschlossen werden kann, ob an einer Position ein Gleiten, ein Schleudern von Antriebsrädern oder ein anderes Ereignis stattgefunden hat.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden nach dem Einlesen der Daten den Messdaten Positionsdaten zugeordnet. Die Zuordnung von Positionsdaten kann jedoch auch bereits im messenden Fahrzeug geschehen, indem ein Messdatenschrieb mit beispielsweise aus einem GPS-System erhaltenen Positionsdaten, d.h. mit einem Ortsstempel versehen wird. Unabhängig davon, ob das Zuordnen von Positionsdaten bereits während der Messung im Fahrzeug geschieht oder erst im erfindungsgemäßen Verfahren während der Auswertung, ist jedem Messwert damit eine Position, d.h. eine Position auf der Strecke, an der die Messung aufgenommen wird, zuordenbar. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden beim Ermitteln der Verschleißzustände Daten der Umwelt des Schienenwegs berücksichtigt. Dabei können beispielsweise Temperaturen, Drücke oder Luftfeuchtigkeit oder auch der konkrete Ort, beispielsweise die Lage in einem Tunnel oder in einer Steigung berücksichtigt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der aktuelle Verschleißzustand des Schienenwegs ermittelt. Dadurch kann beurteilt werden, welcher Verschleiß an welcher Position des Schienenwegs vorliegt. Dadurch können Wartungsempfehlungen, Geschwindigkeitsempfehlungen etc. abgeleitet werden. Dies ermöglicht eine

Bestandsaufnahme des aktuellen Zustands des Schienenwegs.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird aus den Messdaten die Entwicklung des Verschleißzustands der Strecke prognostiziert. Damit ist eine Vorhersage möglich, wie sich der Verschleißzustand der Strecke unter bestimmten Belastungen, entweder unter Fortführung der aktuellen Belastungen, d.h.

beispielsweise der bisherigen Anzahl von Zugfahrten oder der Zuglasten, oder unter einer geänderten Beanspruchung, beispielsweise einer Erhöhung der Zugdichte, entwickeln wird. Dafür können neben den aktuellen Messdaten auch Messdaten aus der Vergangenheit herangezogen werden, so dass durch Vergleich aktueller und früherer Messdaten eine Entwicklung des Verschleißes der Strecke ermittelt werden kann und daraus eine Vorhersage zur zukünftigen Verschleißentwicklung

vorgenommen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der den Positionsdaten zugeordneten Verschleißzustände des Schienenwegs mittels Big- Data-Verfahren, beispielsweise künstlicher neuronaler Netze. Big-Data-Verfahren, im Deutschen auch als Massendatenverfahren bezeichnet, beschreiben dabei Verfahren, welche zur Auswertung großer und/oder komplexer und/oder schwach strukturierter und/oder sich schnell ändernder Datenmengen verwendet werden können.

Werden als eine Ausgestaltung von Big-Data-Verfahren beispielsweise künstliche neuronale Netze verwendet, sind die künstlichen neuronalen Netze zunächst anhand von Daten zu trainieren, in denen Messdaten, die beim Überfahren eines Streckenabschnitts mit einem bekannten Verschleißzustand gemessen werden, dem bekannten Verschleißzustand bzw. diesen Zustand charakterisierende Größen

(beispielsweise Rauigkeit) zugeordnet werden. Dafür sind Messungen durchzuführen, beispielsweise mittels Versuchsfahrzeugen, in denen der Verschleiß der Schiene direkt gemessen wird, beispielsweise durch Messung der Rauhtiefe der Schiene,

beispielsweise durch optische oder Ultraschall-Messverfahren. Diese Trainingsdaten ordnen damit einen gemessenen Verschleiß den Messdaten zu, die die im Fahrzeug vorhandene Sensorik beim Überfahren eines Streckenabschnitts mit einem derartigen Verschleißzustand ausgibt. Dadurch können die künstlichen neuronalen Netze trainiert werden.

Beim Ermitteln der den Positionsdaten zugeordneten Verschleißzustände des

Schienenwegs mittels künstlicher neuronaler Netze wird dann von einem trainierten neuronalen Netz ausgegangen. Das trainierte künstliche neuronalen Netz erhält dann bei der Ermittlung des Verschleißzustands aus den Messwerten bei der Anwendung des Verfahrens die Messdaten aus der Sensorik des Fahrzeugs als Eingangsdaten und gibt dann dazu den Verschleißzustand zu einer jeweiligen Position des Schienenwegs aus. Durch die künstlichen neuronalen Netze ist es möglich, die gemessenen Daten mit verhältnismäßig geringer Rechenleistung auszuwerten und mit einer verhältnismäßig geringen Rechenleistung aus den Messdaten den Verschleißzustand des

Schienenwegs zu bestimmen.

Alternativ zu künstlichen neuronalen Netzen können für die Auswertung jedoch, wie vorstehend beschrieben, auch andere Big-Data-Verfahren verwendet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Ermitteln der den Positionsdaten zugeordneten Verschleißzustände des Schienenwegs aus den Messdaten eine Vorverarbeitung der Daten separat für die jeweiligen

Schienenfahrzeuge vorgenommen. Diese Vorverarbeitung kann online im Fahrzeug erfolgen, sie kann jedoch insbesondere auch offline in einer stationären Auswerteeinheit erfolgen. Dadurch können bestimmte Verarbeitungsschritte bereits vor dem eigentlichen Ermitteln des Verschleißzustandes aus den Messdaten vorgezogen werden.

Beispielsweise können bei der Vorverarbeitung die Ereignisse, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben, beispielsweise der Einsatz von

Schienenbremsen oder Sandungen, mit den Messdaten aus der Sensorik des

Fahrzeugs, beispielsweise von Beschleunigungssensoren, korreliert werden. Auch kann hier den Messdaten die jeweilige Position zugeordnet werden, soweit dies nicht bereits im Fahrzeug erfolgt ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustands von Schienenwegen umfasst Mittel zum Einlesen und Speichern von mittels vorhandener Sensorik wenigstens eines Schienenfahrzeugs zu verschiedenen Zeiten und unter

unterschiedlichen Umweltbedingungen beim Fahren des wenigstens einen

Schienenfahrzeugs auf einem Schienenweg erfasster Messdaten sowie Mittel zum Ermitteln von Verschleißzuständen des Schienenwegs aus den Messdaten.

Die Messdaten werden damit wie bei der Beschreibung des Verfahrens ausgeführt durch Sensoren erfasst, die auf einem Schienenfahrzeug serienmäßig vorhanden sind und für den normalen Fahrbetrieb benötigt werden. Das Fahrzeug ist damit nicht, wie beispielsweise Spezialfahrzeuge, mit speziellen Sensoren ausgerüstet, die speziell für die Überwachung und die Erfassung des Zustandes von Schienenwegen benötigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Mittel auf, mit denen diese Messdaten eingelesen werden können. Die Messdaten können dabei von einem und insbesondere von mehreren Schienenfahrzeugen stammen. Die Messdaten werden vorzugsweise in einer stationären Einrichtung offline eingelesen und verarbeitet. Handelt es sich insbesondere um Daten eines einzelnen Fahrzeuges, können das Einlesen und das Verarbeiten auch an Bord des Fahrzeugs, beispielsweise in Echtzeit erfolgen. Die Messdaten werden in der Vorrichtung eingelesen und gespeichert. Bei den Messdaten handelt es sich um Daten, die von einem oder von mehreren Fahrzeugen, insbesondere zu verschiedenen Zeiten und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen erfasst werden können. Damit können auch historische Daten, das heißt Daten aus in verschiedenen Zeitabständen zurückliegenden Messungen berücksichtigt werden. Die Vornchtung weist des Weiteren Mittel auf, mit denen aus den Messdaten Verschleißzustände des Schienenwegs ermittelt werden können. Unter Verschleiß wird beispielsweise die Rauigkeit oder Welligkeit der Schienenoberfläche, beispielsweise bei Riffelbildung, oder lokale Schädigungen wie Schienenbruch verstanden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, den Zustand von

Schienenwegen zu ermitteln, ohne dass Spezialfahrzeuge, die mit spezieller Sensorik ausgerüstet sind und spezielle Messfahrten erfordern, erforderlich werden. In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung Mittel zum Zuordnen von Positionsdaten zu den Messdaten auf. Die Positionsdaten können beispielsweise im Fahrzeug durch GPS erfasst werden und bereits im Fahrzeug den Messdaten zugeordnet werden. Die Messdaten werden dann bereits im Fahrzeug neben einem Zeitstempel auch mit einem Ortsstempel versehen. Die Zuordnung der Positionsdaten zu den Messdaten kann aber auch offline vorgenommen werden. Durch das Zuordnen der Positionsdaten ist es möglich, einer Messung eine bestimmte Position entlang des Schienenwegs

zuzuordnen, um den Ort des jeweiligen Verschleißes bestimmen zu können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung des weiteren Mittel zum Einlesen und Speichern von Ereignissen, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben, auf, sowie Mittel zum Ermitteln von

Verschleißzuständen des Schienenwegs, die den Positionsdaten zugeordnet sind, unter Berücksichtigung der Ereignisse, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß haben. Dadurch ist es möglich, besondere, im normalen Fahrbetrieb nur selten auftretende Ereignisse, die jedoch zu einem hohen Verschleiß des Schienenwegs führen, wie beispielsweise Sanden, Anfahrschlupf bzw. Schleudern von Antriebsrädern,

Gleitschutzauslösung oder den Einsatz von Schienenbremsen, zu berücksichtigen. Wie bereits beim Verfahren ausgeführt, ist es dadurch möglich, einerseits die Genauigkeit der Ermittlung der Verschleißzustände zu erhöhen, und andererseits die Messdaten, beispielsweise Messungen von Beschleunigungssensoren, mit den Ereignissen, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß haben, zu korrelieren, so dass Muster ermittelt werden können, die aus den Messungen mit der im Schienenfahrzeug vorhandenen Sensorik auf den Verschleiß durch die besonderen singulären Ereignisse schließen lassen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung so gestaltet, dass sie den Verschleiß des Schienenwegs ausschließlich oder überwiegend aus Daten ermitteln kann, die durch im Schienenfahrzeug vorhandene Beschleunigungssensoren bereitgestellt werden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um

Beschleunigungssensoren, die Vertikalbeschleunigungen, d.h. Beschleunigungen in Richtung des Schienenwegs erfassen. Diese Beschleunigungssensoren können vorzugsweise am Drehgestell angeordnet sein. Bei den Sensoren handelt es sich um die Sensorik, die im Fahrzeug serienmäßig vorhanden ist, um den Fahrbetrieb zu gewährleisten. Es wird somit keine Sensorik benötigt, die keinem weiteren Zweck als der Verschleißerkennung dient. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Vorrichtung so gestaltet, dass sie den Verschleiß des Schienenwegs unter Verwendung von Daten ermitteln kann, die durch wenigstens ein im Schienenfahrzeug vorhandenes Wiegeventil bereitgestellt werden, und/oder durch eine im Schienenfahrzeug vorhandene Klimaanlage und/oder einen im Schienenfahrzeug vorhandenen Geschwindigkeitssensor und/oder durch die Sensorik wenigstens eines im Schienenfahrzeug vorhandenen Drehgestells.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung Mittel auf, um die Entwicklung des Verschleißzustandes der Strecke zu prognostizieren. Dadurch ist es möglich, aus den Messdaten nicht nur den aktuellen Verschleißzustand zu erkennen, sondern auch Vorhersagen über die zukünftige Entwicklung zu treffen und basierend auf dem aktuellen und dem vorhergesagten Verschleißzustand Empfehlungen für Wartungen oder den Fahrbetrieb, beispielsweise in Form von

Geschwindigkeitsbeschränkungen, auszugeben. Eine Prognose des

Verschleißzustandes kann in der Vorrichtung durch Mittel erfolgen, die sowohl aktuelle Messdaten als auch vergangene Messdaten, die über verschiedene Zeiträume in der Vergangenheit aufgenommen wurden, auswerten. Dadurch ist die Vorrichtung geeignet, Aussagen über eine zukünftige Veränderung des Verschleißes der Strecke zu treffen. Dadurch können anhand der vorhergesagten Verschleißentwicklung des Schienenwegs Empfehlungen für Wartungen und Reparaturen, beispielsweise für das Schleifen von Schienen, abgeleitet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den Verfahrensablauf zum Ermitteln von Verschleißzuständen eines

Schienenwegs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 den Verfahrensablauf zum Ermitteln von Verschleißzuständen von

Schienenwegen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In dem in Fig. 1 als allgemeinem Ablauf dargestellten Verfahren werden im Schritt S10 Messdaten, die von Fahrzeugsensoren stammen, eingelesen. Diese Daten stammen von Sensoren, die zur serienmäßigen Ausstattung des Fahrzeugs gehören und für den normalen Fahrzeugbetrieb bzw. die Diagnosen der Fahrzeugkomponenten benötigt werden. Es handelt sich damit nicht um Daten, die durch spezielle Sensoren erfasst werden, wie sie beispielsweise in Spezialfahrzeugen zur Vermessung von

Schienenwegen eingebaut sind. Die eingelesenen Messdaten können dabei beispielsweise Messdaten von Beschleunigungssensoren sein. Soweit im Fahrzeug beispielsweise 3D-Beschleunigungssensoren eingebaut sind, können von diesen Sensoren gemessene Daten verwendet werden. Aber auch die Daten von nur in einer Raumrichtung messenden Beschleunigungssensoren, insbesondere zur Messung der Vertikalbeschleunigung und/oder der Querbeschleunigung können verwendet werden.

Bei den Daten kann es sich auch um Daten von Wiegeventilen der Bremsanlage, Daten von Klimaanlagen, Daten von Geschwindigkeitssensoren oder Daten der

Drehgestellsensorik handeln.

Bei den Daten handelt es sich vorzugsweise um Daten von mehreren Fahrzeugen, die zu verschiedenen Zeitpunkten und unter verschiedenen Bedingungen aufgenommen wurden. Dadurch können auch Daten aus der Vergangenheit verwendet werden, wodurch der Verschleiß des Schienenwegs in der Vergangenheit bis zum heutigen Zeitpunkt analysiert und beobachtet werden kann sowie Prognosen getroffen werden können. Die Aufzeichnung der Messdaten kann zu verschiedenen Zeiten und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen erfolgen, beispielsweise bei verschiedenen Temperaturen, Luftfeuchtigkeiten, Luftdrücken, aber auch bei verschiedenen

Konfigurationen des Zuges, beispielsweise einer Variation von Anhängelasten, Achszahl des messenden Schienenfahrzeugs etc.

Die Daten der Fahrzeugsensoren werden vom Fahrzeug an die Einrichtung, die die Auswertung durchführt, übermittelt. Die Auswertungsschritte werden vorzugsweise durch eine Offline-Verarbeitungseinheit durchgeführt, d.h. eine nicht in einem

Schienenfahrzeug selbst, sondern vorzugsweise in einer stationären

Auswertungsvorrichtung, die sich ausserhalb des Schienenfahrzeugs befindet, durchgeführt. Bei der Einrichtung, die die Auswertung und die Ermittlung des

Verschleißzustandes aus den Daten durchführt, handelt es sich damit vorzugsweise um eine stationäre Offline-Einrichtung. Die Daten sind daher von den Fahrzeugen an die Einrichtung zu übermitteln. Dies kann durch drahtlose Kommunikation, aber auch auf anderen Übertragungswegen geschehen. Dafür werden die Daten beispielsweise im Fahrzeug oder in weiteren stationären Einrichtungen zwischengespeichert.

Für die Ermittlung des Verschleißzustands des Schienenwegs wird in dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren zusätzlich zu den Fahrzeugmessungen auch auf

Verschleißereignisinformationen zurückgegriffen. Die Daten hierfür werden

üblicherweise von den Fahrzeugen erfasst und zwischengespeichert und können auf verschiedenen Wegen der Datenübertragung, beispielsweise über Funk oder über Zwischenspeicherung in einem fahrzeuginternen oder in einem externen Speicher, an die Vorrichtung, die den Verschleißzustand ermittelt, übermittelt werden.

Dabei werden in der in Fig. 1 dargestellten Ausführung des Verfahrens Ereignisse erfasst, die besonderen Einfluss auf den Verschleiß des Schienenwegs haben. Bei diesen Ereignissen kann es sich beispielsweise um das Auftreten von Anfahrschlupf, Schleudern von Antriebsrädern, Sandungsvorgänge, Gleitschutzauslösung oder einen Einsatz von Schienenbremsen handeln. Bei diesen Ereignissen handelt es sich damit um Ereignisse, die einen besonders hohen Verschleiß des Schienenwegs, und insbesondere der Schienenoberfläche hervorrufen. Durch Erfassung dieser Ereignisse wird die Informationsbasis für die Ermittlung des Verschleißzustandes verbessert. Diese Informationen über die besonderen Ereignisse können mit den weiteren Messdaten, insbesondere den mittels Beschleunigungssensoren gemessenen Daten abgeglichen werden, um die Genauigkeit der Ermittlung von Verschleißzuständen zu erhöhen und um die weiteren Messdaten mit diesen Verschleißereignissen zu korrelieren. Aus diesen Messdaten können auch beispielsweise Muster erkannt werden, die für die genannten singulären Ereignisse kennzeichnend sind, so dass auch ohne Kenntnis der Verschleißereignisse aus den Daten beispielsweise von Beschleunigungssensoren darauf geschlossen werden kann, ob an einer Position ein Gleiten, ein Schleudern von Antriebsrädern oder ein anderes Ereignis stattgefunden hat.

Die Messdaten und die Verschleißereignisse werden in Schritt S12 eingelesen.

Den Messdaten und den Verschleißereignissen können im Schritt S14 optional

Positionsdaten zugeordnet werden. Soweit bereits im Fahrzeug den Messdaten sowie den Verschleißereignisinformationen Positionsdaten zugeordnet wurden, beispielsweise aus GPS-Systemen des Fahrzeugs, ist eine nachträgliche Zuordnung von

Positionsdaten nicht erforderlich.

Im Schritt S16 werden aus den Messdaten sowie den Verschleißereignissen

Verschleißzustände des Schienenwegs, die den jeweiligen Positionen entlang des Schienenwegs zugeordnet werden können, ermittelt. Dadurch kann der Verschleiß an jeder einzelnen Position des Schienenwegs, und damit über den Verlauf des

Schienenwegs, ermittelt und ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Verläufe von Messdaten beim Überfahren bekannter

Verschleißzustände analysiert und den dabei ermittelten Mustern der Messdaten konkrete Verschleißzustände zugeordnet werden. Die Zuordnung der

Verschleißzustände anhand von Mustern kann dabei somit aufgrund von Versuchen erfolgen, in denen konkrete Verschleißzustände einer Strecke ermittelt bzw. vermessen werden, und diesen bekannten Verschleißzuständen ein mit der vorhandenen Sensorik eines Schienenfahrzeugs gemessener Verlauf der Messgrößen gegenübergestellt wird, der charakteristisch für das Überfahren eines Streckenabschnitts mit dem bekannten Verschleißzustand ist.

Die Ermittlung kann beispielsweise anhand von künstlichen neuronalen Netzen erfolgen, die so trainiert sind, dass sie aus den Messdaten sowie den

Verschleißereignissen Schlüsse auf den Verschleißzustand des Schienenwegs schließen lassen, indem beispielsweise Informationen über Rauigkeiten der

Schienenoberfläche, Riffelbildung oder Schienenbrüche ausgegeben werden. Es können jedoch auch andere Big-Data-Verfahren verwendet werden, um den

Verschleißzustand des Schienenwegs aus den Messwerten zu bestimmen. Dabei können auch Daten der Umwelt des Schienenwegs berücksichtigt werden. Damit können beispielsweise Temperaturen, Drücke oder Luftfeuchtigkeit oder auch der konkrete Ort, beispielsweise die Lage in einem Tunnel oder in einer Steigung berücksichtigt werden.

Anhand beispielsweise der gemessenen Beschleunigungen können beispielsweise Schienenbrüche, Gleislagefehler oder Aufrauhungen von Schienen erfasst werden. Insbesondere anhand der gemessenen Querbeschleunigungen können beispielsweise gelöste Schienenklammern bzw. Verschraubungen oder Verschiebungen des

Schienenwegs erkannt werden. Werden für die Messungen Beschleunigungssensoren verwendet, so können diese beispielsweise an den Drehgestellen angeordnet sein. Das Ermitteln von Verschleißzuständen kann beispielsweise durch einen Vergleich von gemessenen Beschleunigungen bei Fahrten auf neuen oder sich im Normalzustand befindlichen Schienenwegen mit gemessenen Beschleunigungen bei Fahrten auf dem zu vermessenden Streckenabschnitt durchgeführt werden.

Vor dem Ermitteln S16 der Verschleißzustände des Schienenwegs aus den Messdaten kann eine Vorverarbeitung der Daten separat für die jeweiligen Schienenfahrzeuge vorgenommen werden. Diese Vorverarbeitung kann auch bereits durch eine im

Schienenfahrzeug angeordnete Auswertungseinheit vorgenommen werden. Dadurch können die vom Schienenfahrzeug zu an eine stationäre Auswertungseinheit zu übertragenden Datenumfänge reduziert werden. Der im Schritt S16 ermittelte Verschleißzustand kann aufbereitet und ausgegeben werden, beispielsweise in graphischer Darstellung. Es können Wartungsempfehlungen oder Empfehlungen für den Fahrbetrieb abgegeben werden. Des Weiteren kann, soweit Verschleißereignisse und Daten von Fahrzeugsensoren, die aus zurückliegenden Zeiträumen stammen, bei der Ermittlung der Verschleißzustände herangezogen werden, eine Darstellung der Entwicklung des Verschleißzustands für die

Vergangenheit vorgenommen werden, und es kann eine Prognose vorgenommen werden, wie sich der Verschleißzustand in der Zukunft entwickeln wird. In Fig. 2 ist ein Verfahrensablauf dargestellt, in dem zunächst die Vorverarbeitung der Fahrzeugdaten durchgeführt wird.

Zur Ermittlung des Verschleißzustandes 24 des Schienenwegs werden Daten 20 der Beschleunigungssensorik des Fahrzeugs herangezogen. Dabei handelt es sich insbesondere um Beschleunigungssensoren, die die Beschleunigung an einzelnen

Bauteilen, vorzugsweise in vertikaler Richtung zum Schienenweg, messen. Dabei kann es sich beispielsweise um Beschleunigungssensoren handeln, die an Drehgestellen des Schienenfahrzeugs angeordnet sind. Des Weiteren werden im Fahrzeug besondere Verschleißereignisse 21 , wie beispielsweise Einsatz der Schienenbremse, Sanden oder Anfahrschlupf erfasst. Diesen Daten 20, 21 werden beispielsweise im Fahrzeug aus einem GPS-System Positionsdaten zugeordnet, so dass die Messwerte und die

Verschleißereignisse Positionen auf dem Schienenweg eindeutig zugeordnet werden können. Die Daten 20, 21 werden von den Schienenfahrzeugen an die Vorrichtung, die aus den Daten den Verschleißzustand ermittelt, übermittelt. Dies kann, wie vorstehend bereits ausgeführt, durch drahtlose Kommunikation erfolgen, oder durch eine separate

Datenerfassungsvorrichtung, die die Daten zwischenspeichert, und aus der die Daten durch die Vorrichtung, die den Verschleißzustand ermittelt, bedarfsgerecht abgerufen werden können.

In dem in Fig. 2 dargestellten Verfahrensablauf wird eine Vorverarbeitung 22 der von den einzelnen Fahrzeugen stammenden Daten vorgenommen. Dabei können beispielsweise Besonderheiten der einzelnen Fahrzeuge berücksichtigt werden, beispielsweise Sensortypen oder Sensorpositionen. In der Vorverarbeitung können Daten gefiltert werden, die Datenmenge kann reduziert werden, und es können den Daten, soweit nicht bereits bei der Messung im Fahrzeug geschehen, Positionsdaten zugeordnet werden.

In der eigentlichen Auswertung 23 werden die Messdaten 20 der

Beschleunigungssensorik sowie die Verschleißereignisse 21 der verschiedenen

Fahrzeuge analysiert, um aus ihnen den Verschleißzustand 24 des Schienenwegs zu ermitteln. Des Weiteren kann eine graphische Darstellung des Verschleißzustandes 24 erfolgen. Der Verschleißzustand 24 kann bewertet werden. Aus der Bewertung können Empfehlungen für Wartungen und für den Fahrbetrieb auf dem Schienenweg abgeleitet werden, beispielsweise zur Einrichtung von Langsamfahrstellen oder zur Lastreduktion. Des Weiteren kann eine Prognose zum Verlauf der weiteren Entwicklung des

Verschleißes 24 erfolgen. Dafür können historische Daten 25, in denen Messungen, aber auch Verschleißzustände zu früheren Zeitpunkten abgelegt sind, herangezogen werden. Des Weiteren können für die Analyse, die Bewertung und die Prognose auch weitere Datenquellen 26 herangezogen werden, in denen beispielsweise Muster abgelegt sind, in denen konkrete Verschleißzustände mit den für diese

Verschleißzustände von der Beschleunigungssensorik 20 des Fahrzeugs gemessenen Verläufen der Messwerte korreliert sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

S10 Einlesen von Messdaten

S12 Einlesen von Verschleißereignissen S14 Zuordnen von Positionsdaten

S16 Ermitteln von Verschleißzuständen

20 Daten der Beschleunigungssensonk

21 Daten von Verschleißereignissen 22 Vorverarbeitung Fahrzeugdaten

23 Datenauswertung

24 Verschleißzustand

25 historische Daten

26 weitere Datenquellen