Überwachung von Koppelelementen eines Fahrzeugs Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Koppelelementen eines Fahrzeugs. Stand der Technik

Koppelelemente eines Fahrzeugs, beispielsweise Federelemente oder Verbindungselemente, unterliegen einer Abnutzung beziehungsweise einer Alterung. Weder die Abnutzung noch die Alte- rung der Koppelelemente sind beim Betrieb des Fahrzeugs mit dem heutigen Stand der Technik vermeidbar. Daher müssen diese Koppelelemente in regelmäßigen Zeitabständen oder nach einer bestimmen Kilometerleistung des Fahrzeugs im Rahmen einer Revision ausgetauscht werden. Die Abnutzung beziehungsweise Al- terung solcher Koppelelemente hat Einfluss auf deren Materialeigenschaften. Drei Hauptursachen für die Änderung dieser Materialeigenschaften sind die fortschreitende Zeit, die einwirkenden Umwelteinflüsse und die mechanische Belastung. Diese drei Hauptursachen führen zu einer Gesamtschädigung der Koppelelemente, welche für jedes Koppelelement unterschiedlich ist.

Koppelelemente eines Fahrzeuges unterliegen einem großen Spektrum an mechanischen Belastungen. Diese mechanischen Be- lastungen sind von der jeweiligen Betriebsart sowie vom Zustand der mit dem Fahrzeug befahrenen Strecken abhängig. Zusätzlich weisen die drei Hauptursachen für die Änderung der Materialeigenschaften ein nichtlineares Schädigungsverhalten auf, so dass eine Prognose der zu erwartenden Gesamtschädi- gung nicht möglich ist.

Nach dem Stand der Technik wird daher der Zeitpunkt der Revision nicht auf Grund der tatsächlichen Gesamtschädigung der Koppelelemente festgelegt, sondern auf Grund einer bestimmten Kilometerleistung des Fahrzeugs, nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne seit einer vorangegangenen Revision, oder einer Kombination daraus .

Demzufolge besteht die Möglichkeit, dass im Rahmen einer Revision Koppelelemente des Fahrzeugs getauscht werden, welche noch im Fahrzeug einsetzbar wären. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich Koppelelemente eines Fahrzeugs im Einsatz befinden, welche auf Grund ihrer Gesamtschädigung nicht mehr den Erfordernissen genügen.

Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Koppelelementen eines Fahrzeugs zur Feststellung deren Einsatzeignung bereitzustellen .

Technische Lösung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, bei dem für ein zu überwachendes Koppelelement zumindest eine maßgebliche Relativbewegungsrichtung bestimmt wird, Relativbewegungen entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung des zu überwachenden Koppelelements gemessen und ge- speichert werden, und eine Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen erfolgt.

Koppelelemente können in den verschiedensten Bauformen ausgeführt sein. Die maßgeblichen Relativbewegungsrichtungen wer- den in Abhängigkeit der Bauform der Koppelelemente und der betriebsmäßig auf das Koppelelement einwirkenden Kräfte bestimmt. Für das zu überwachende Koppelelement kann nur eine Relativbewegungsrichtung als maßgeblich bestimmt werden, es können aber auch mehrere maßgebliche Relativbewegungsrichtun- gen pro Koppelement bestimmt werden.

Die Relativbewegungen entlang der zumindest einen maßgebli- chen Relativbewegungsrichtung des zu überwachenden Koppelelements werden gemessen und gespeichert. Die gespeicherten Relativbewegungen werden anschließend ausgewertet.

Die Koppelelemente führen durch mechanische Belastung Rela- tivbewegungen aus, welche zu einer Schädigung der Koppelelemente führen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, dass durch Messung und Auswertung dieser Relativbewe- gungen festgestellt werden kann, ob die Koppelelemente noch den Erfordernissen genügen, beziehungsweise wie weit die Schädigung der Koppelelemente fortgeschritten ist. Damit kann auch abseits einer Revision jederzeit die Einsatzeignung der Koppelelemente im Fahrzeug bestimmt werden und gegebenenfalls rasch ein Austausch von geschädigten Koppelelementen im Rahmen einer Revision veranlasst werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass im Rahmen einer Revision nur jene Koppelelemente des Fahrzeugs getauscht werden, an welchen auch tatsächlich eine Schädigung durch das erfindungsgemäße Verfahren festgestellt wurde .

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements mittels jeweils eines entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung angeordneten Gebers und eines Nehmers gemessen und gespeichert. Der Abstand des Gebers und des Nehmers entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung ist variierbar. Damit können sämtliche Relativbewegungen in der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung gemessen und gespeichert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anzahl jener Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements gespeichert, die über einen vorher festgelegten Schwellenwert liegen.

Es wird dabei jede Relativbewegung des Koppelelements, welche über dem Schwellenwert liegt, gleichwertig als normierte Einheit gezählt. Relativbewegungen des Koppelelements, welche unter dem Schwellenwert liegen, werden nicht gezählt. Diese Art der Zählung gibt Auskunft über die Anzahl der Relativbewegungen, welche größer als der Schwellenwert sind.

Damit kann die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt werden, und Relativbewegungen des Koppelele- ments, welche nicht maßgeblich zu einer Schädigung des Koppelelements beitragen, können herausgefiltert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der ge- speicherten Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements durch Vergleichen der Anzahl mit zumindest einem vorher festgelegten Grenzwert erfolgt.

Übersteigt die Anzahl der gespeicherten Relativbewegungen zu- mindest einen der vorher festgelegten Grenzwerte, so deutet dies darauf hin, dass das Koppelelement auf Grund seiner Schädigung nicht mehr den Erfordernissen entspricht.

Die gespeicherten Relativbewegungen werden berührungslos zu einer Empfangseinheit übertragen.

Damit können die gespeicherten Relativbewegungen auch während des Betriebs des Fahrzeugs beziehungsweise während der Fahrt zur Empfangseinheit übertragen werden.

Die Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements erfolgt vorzugsweise nach jeweils im Wesentlichen gleichlangen Zeitintervallen oder nach jeweils im Wesentlichen gleicher Kilometerleistung des Fahrzeugs .

Es gilt die Annahme, dass innerhalb dieser gleichlangen Zeit- Intervalle beziehungsweise nach jeweils gleichen Kilometerleistungen des Fahrzeugs die auf das Koppelelement einwirkenden Kräfte im Mittel gleich groß sind.

Durch Vergleich der zu den jeweiligen Zeitpunkten beziehungs- weise der nach der jeweiligen Kilometerleistung gespeicherten Relativbewegungen mit vor diesen jeweiligen Zeitpunkten beziehungsweise vor dieser jeweiligen Kilometerleistung gespeicherten Relativbewegungen kann die Schädigung des Koppelelement bestimmt werden.

Vorzugsweise wird der Schwellenwert und/oder der Grenzwert auf Basis von Messfahrtdaten, oder aufgrund von Simulationen des Fahrzeuges festgelegt. Der Schwellenwert und/oder der Grenzwert, beziehungsweise die Grenzwerte, welche unterschiedlichen Schädigungsstufen des zu untersuchenden Koppelelements entsprechen, können auf Basis der Analyse von Messfahrtdaten in Kombination von Schädigungsmodellen erstellt werden.

Es ist auch möglich, Messfahrten des Fahrzeugs virtuell nach zu simulieren, um so die Grenzwerte rein virtuell zu generieren . Bei der Messfahrt des Fahrzeugs werden die Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements ausgewertet und der Schwellenwert wird derart festgelegt, dass nur diejenigen Relativbewegungen des Koppelelements gespeichert werden, die maßgeblich zu einer Schädigung desselben beitragen. Die Grenzwerte, welche den unterschiedlichen Schädigungsstufen entsprechen, werden derart festgelegt, dass, wenn die Anzahl der Relativbewegungen des Koppelelements diese Grenzwerte übersteigt, der Status des Bauteiles bezüglich dessen Einsatzeignung herabgestuft wird. So besitzt jedes Koppelement einen Lebensdauer- beziehungsweise Einsatzeignungsstatus, wodurch eine genaue Planung der Revisionsintervalle und somit eine optimale Bauteilausnützung erfolgen kann.

Ein letzter Grenzwert wird derart festgelegt, dass, wenn die Anzahl der Relativbewegungen des Koppelelements diesen Grenz wert übersteigt, das Koppelelement auf Grund einer Schädigun nicht mehr den Erfordernissen beim Einsatz in Fahrzeugen genügt .

Die zu überwachenden Koppelelemente sind vorzugsweise als Federelemente, Verbindungselemente oder Kombinationen daraus ausgeführt. Beispielsweise sind unter dem Begriff Koppelelement Kombinationen aus zwei Federelementen, aus zwei Verbindungselementen, aus einem Federelement und einem Verbindungselement oder auch beliebige Kombinationen aus mehreren Federelementen, Verbindungselementen oder beiden zu verstehen.

Das Fahrzeug ist vorzugsweise als Schienenfahrzeug ausgeführt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können unnötige Revisionen der Schienenfahrzeuge verhindert werden. Insbesondere ist dies deshalb von Vorteil, weil Revisionen von Schienenfahrzeugen nur mit einem relativ hohen technischen Aufwand durchgeführt werden können. Außerdem ist das entsprechende Schienenfahrzeug während der Zeitdauer der Revision nicht für den normalen Betrieb verfügbar.

Der Revisionszeitpunkt wird vorzugsweise als Ergebnis der Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen der zu überwachenden Koppelelemente festgelegt.

Es kann daher zeitgenau ein Termin für eine Revision festgelegt werden.

Mittels der Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen der zu überwachenden Koppelelemente erfolgt eine Analyse der Betriebsart, insbesondere hinsichtlich betriebsorientierter Belastungen der Koppelemente.

Mittels Einbindung der Ergebnisse dieser Analyse bei der Festlegung des Grenzwertes oder des Schwellenwertes kann die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens laufend verbessert werden. Es kann damit ein lernender Prozess generiert werden. Zusätzlich können die Ergebnisse auch in Neuentwicklungen von Koppelelementen einfließen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Vorrichtungssystem zur Überwachung eines in einem Fahrzeug eingebauten Koppelelements umfassend

- ein zwischen Bauteilen des Fahrzeugs angeordnetes Kop- pelelement,

- einen Geber und einen Nehmer, deren Abstand entlang einer maßgeblichen Bewegungsrichtung des Koppelelements variierbar ist, wobei der Geber und/oder der Nehmer am Bauteil oder am Koppelelement fixiert ist,

- eine Sendeeinheit zum Senden von im Nehmer gespeicherten

Daten und

- eine außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Empfangseinheit zum Empfang der von der Sendeeinheit gesendeten Daten. Führt das Koppelelement Relativbewegungen in der zumindest einer maßgeblichen Relativbewegungsrichtung aus, so führen auch Geber und/oder Nehmer diese Relativbewegungen zueinander aus . Mittels des erfindungsgemäßen Vorrichtungssystems werden die Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements entlang der zumindest einen maßgeblichen Relativbewegungsrichtung gemessen, gespeichert und zur Empfangseinheit gesendet. Damit können sämtliche Relativbewegungen in der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung gemessen und gespeichert werden.

Folgende Anordnungen von Geber und Nehmer sind möglich: • Geber und Nehmer sind am Koppelelement fixiert

• Geber ist am Koppelelement fixiert und Nehmer ist am Bauteil fixiert

• Geber ist am Bauteil fixiert und Nehmer ist am Koppelelement fixiert

• Geber und Nehmer sind am Bauteil fixiert

Die im Nehmer gespeicherten Daten können damit berührungslos zur außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Empfangseinheit übertragen werden. Die Empfangseinheit ist derart ortsfest installiert, dass die gespeicherten Daten im Nehmer bei einem an der Empfangseinheit vorbeifahrenden Fahrzeug berührungslos zur Empfangseinheit übertragbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

FIG 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein als Schraubenfeder ausgeführtes Koppelelement 1.

FIG 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein als Konusfeder ausgeführtes Koppelelement 1.

FIG 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine berührungslose Übertragung von Daten zu einer Empfangseinheit 6 während der Fahrt eines Fahrzeugs 7.

Beschreibung der Ausführungsformen

In FIG 1 ist beispielhaft und schematisch ein als Schraubenfeder ausgeführtes Koppelelement 1 dargestellt. Für das zu überwachendes Koppelelement 1 wird eine maßgebliche Relativ- bewegungsrichtung 2 bestimmt. Am Bauteil 9 sind ein Geber 3 und ein Nehmer 4 fixiert. Der Abstand zwischen Geber 3 und Nehmer 4 ist in der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2 variierbar. Beispielsweise wird dieser Abstand durch auf die Schraubenfeder in der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2 ausgeübte Zugkräfte vergrößert oder durch auf die Schraubenfeder in der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2 ausgeüb- te Druckkräfte verringert. Führt das Koppelelement 1 Relativbewegungen in Richtung der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2 aus, so führen auch der Geber 3 und/oder der Nehmer 4 diese Relativbewegungen aus. Zumindest ändert sich ihr Ab- stand entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2. Damit können Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements 1 entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung 2 gemessen und gespeichert werden. Es werden nur solche Relativbewegungen als Daten gespeichert, die über einen vorher festgelegten Schwellenwert liegen. Diese Daten werden jeweils gleichwertig als normierte Einheit im Nehmer 4 gespeichert. Im Speicher des Nehmers 4 ist letztendlich die Anzahl jener Relativbewegungen gespeichert, die über dem Schwellenwert liegen. Damit können beispielsweise geringste Relativbewegun- gen, die keinen oder fast keinen Beitrag zu einer Schädigung des Koppelelements 1 leisten, ausgenommen werden.

Die im Nehmer 4 gespeicherten Daten werden mittels einer Sendeeinheit 5 zu einer Empfangseinheit 6 gesendet. Anschließend werden die übertragenen Daten ausgewertet.

Die Auswertung der Daten erfolgt dadurch, dass ein Vergleich der Anzahl der über dem Schwellenwert liegenden Relativbewegungen mit zumindest einem vorher festgelegten Grenzwert er- folgt.

Diese Auswertung der Daten erfolgt nach jeweils im Wesentlichen gleichlangen Zeitintervallen oder nach jeweils im Wesentlichen gleicher Kilometerleistung des Koppelelements 1, beispielsweise in einem in FIG 3 dargestellten Fahrzeug 7. Es gilt die Annahme, dass innerhalb dieser gleichlangen Zeitintervalle beziehungsweise nach jeweils gleichen Kilometerleistungen des Fahrzeugs 7 die auf das Koppelelement 1 einwirkenden Kräfte im Mittel gleich groß sind. Ergibt der Vergleich, dass die Anzahl der über dem Schwellenwert liegenden Relativbewegungen des Koppelelements 1 den Grenzwert übersteigt, so wird ein Revisionszeitpunkt für das Fahrzeug 7 festgelegt. Mittels der Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen des zu überwachenden Koppelelements 1 erfolgt auch eine Analyse der Betriebsart des in FIG 3 dargestellten Fahrzeugs 7, insbesondere hinsichtlich betriebsorientierter Belastungen des Koppelements 1.

Mittels Einbindung der Ergebnisse dieser Analyse bei der Festlegung des Grenzwertes oder des Schwellenwertes kann die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens laufend verbes- sert werden. Es kann damit ein lernender Prozess generiert werden. Zusätzlich können die Ergebnisse auch in Neuentwicklungen von Koppelelementen 1 einfließen.

FIG 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein als Konusfeder ausgeführtes Koppelelement 1. Der Geber 3 ist am Koppelelement 1 angeordnet. Der Nehmer 4 mit der Sendeeinheit 5 ist am Bauteil 9 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Geber 3 und dem Nehmer 4 ist entlang der maßgeblichen Relativbewegungs- richtung 2 variierbar. Im Nehmer 4 werden, wie bereits anhand FIG 1 erläutert, die Relativbewegungen des Koppelelements 1 gespeichert, welche von der Sendeeinheit 5 an die Empfangseinheit 6 übertragen werden.

FIG 3 zeigt beispielhaft und schematisch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem als Schienenfahrzeug ausgeführten Fahrzeug 7 mit einer berührungslosen Übertragung der Daten mittels der Sendeeinheiten 5 zur Empfangseinheit 6 während der Fahrt des Schienenfahrzeugs in Fahrtrichtung 8. Dadurch können Koppelelemente 1 überwacht und ihre Einsatzeignung in einem Fahrzeug 7 bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, es sind auch andere Ausführungen denkbar . Liste der Bezugszeichen

1 Koppelelement

2 maßgebliche Relativbewegungsrichtung

3 Geber

4 Nehmer

5 Sendeeinheit

6 Empfangseinheit

7 Fahrzeug

8 Fahrtrichtung

9 Bauteil