EP1183174A1 - Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines fahrzeugs und/oder zum überwachen eines fahrwegs während des betriebsmässigen fahrens des fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines fahrzeugs und/oder zum überwachen eines fahrwegs während des betriebsmässigen fahrens des fahrzeugs

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Publication number
EP1183174A1
EP1183174A1 EP00947788A EP00947788A EP1183174A1 EP 1183174 A1 EP1183174 A1 EP 1183174A1 EP 00947788 A EP00947788 A EP 00947788A EP 00947788 A EP00947788 A EP 00947788A EP 1183174 A1 EP1183174 A1 EP 1183174A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
measurement signal
vibration sensor
vibration
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00947788A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Baumann
Gabriel Daalmans
Klaus Einzmann
Bernd Granz
Alexander Von Jena
Gerd Maussner
Rainer Meier
Ernst Gogl
Detlef Gerhard
Detlef Rieger
Manfred MÜLLENBRUCK
Franz Murawa
Jürgen Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1183174A1 publication Critical patent/EP1183174A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/044—Broken rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a vehicle, in particular a railroad train, and / or a route, in particular a railroad track, the vibration behavior of vehicle components being recorded at several measuring points on the vehicle during the operational driving of the vehicle.
  • the invention further relates to a device for monitoring a vehicle during its operational driving, in particular for monitoring a railroad train, and / or for monitoring a route, in particular a railroad track with a plurality of vibration sensors arranged locally over the vehicle.
  • the surface quality may deteriorate, leading to breakouts, cracks or even breakthroughs.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device with which a vehicle can be monitored more reliably and in a more targeted manner during operational driving and / or the associated travel path than was previously possible with the known methods mentioned.
  • this object is achieved according to the invention in that a) at a first measuring point, the vibration behavior of a first vehicle component is detected in a first measurement signal in the frequency range below 500 Hz by means of a first vibration sensor, the first vibration sensor being used for Detection in the frequency range below 500 Hz is prepared, b) at a second measuring point by means of a second vibration sensor, structure-borne noise is generated in a second measuring signal. is grasped, the second vibration sensor being designed to detect structure-borne noise, and c) the first measurement signal and the second measurement signal are fed to an evaluation unit.
  • the advantage of the method according to the invention is that the vibration behavior of the vehicle is determined in two different frequency ranges, namely in the frequency range of slow vibrations below 500 Hz on the one hand and in the typical frequency range of the higher frequency structure-borne noise on the other hand. These different measurement results can then be combined with one another in the evaluation unit, so that it can be concluded with a particularly high level of significance and reliability that a defect condition is occurring on the vehicle and / or on the route.
  • a particular defect on a railroad track in one of the frequency ranges mentioned would lead to a similar measurement signal as could result when the railroad train ran over a switch.
  • the events mentioned lead, for example, to different measuring signals.
  • By comparing and / or linking the first measurement signal with the second measurement signal in the evaluation unit it is then possible to distinguish actual errors affecting safety from only simulated defects.
  • By measuring in two different frequency ranges redundant information is also obtained in part, and additional information is also obtained in comparison to a measurement in only one frequency range.
  • the second measurement signal is preferably acquired simultaneously with the first measurement signal.
  • the second measuring point is in particular spaced apart from the first measuring point.
  • the structure-borne noise is preferably recorded in the frequency range above 200 Hz, in particular above 500 Hz.
  • the vibration behavior detected in the first measurement signal is measured in particular in a frequency range below 200 Hz.
  • the first vibration sensor and the second vibration sensor are preferably of different types.
  • Types are e.g. Displacement sensors, speed sensors and acceleration sensors. By choosing different types, an optimal sensor can be provided for the respective frequency range, which ensures a good resolution and a good signal-to-noise ratio in the frequency range.
  • the first vehicle component is one of the vehicle components of the vehicle which are most heavily loaded by bending, torsion, tensile, compressive and / or shear forces.
  • the first vehicle component is a bearing, an axle, a lever, a shock absorber or a drive component of the vehicle.
  • the second measuring point is preferably at a - e.g. arranged from the first - second vehicle component, which is a support frame of a chassis of the vehicle.
  • the second vehicle component is a support frame of a bogie of a railroad train.
  • the measurement signal detected at the first measuring point on the first vehicle component provides e.g. essentially information about a local, spatially limited static or dynamic loading of the first vehicle component (structural dynamics).
  • the first vehicle component carries out a natural vibration.
  • the second measurement signal that detects the structure-borne noise provides more integral information about a larger area of the vehicle, for example about an entire railway bogie. Therefore come it does not depend so much on a special location when choosing the second measuring point. Rather, the second measuring point can be arranged, for example, on an easily accessible vehicle component, such as the support frame mentioned.
  • the first and the second measuring point can in particular be essentially identical.
  • An improved separation of the first measurement signal from the second measurement signal can e.g. can be achieved by high and / or low pass filters.
  • a current characteristic value is formed in the evaluation unit from the first measurement signal and the second measurement signal.
  • This current characteristic value contains, for example, the different information described for both measurement signals.
  • the current characteristic value is preferably compared with a reference characteristic value that was determined with a functionally reliable vehicle and / or on an intact route, and a message is output when the current characteristic value deviates from the reference characteristic value by more than a predeterminable difference value.
  • a frequency spectrum is formed in the evaluation unit from the two measurement signals, which each represent a time-resolved oscillation behavior, by Fourier transformation. This spectrum can then be compared with a reference spectrum which reflects a “good condition”.
  • the first measurement signal and the second measurement signal are recorded synchronized with the rotational movement of a wheel of the vehicle.
  • the measurement signals determined during the operational driving of the rail vehicle are namely e.g. Noises caused by the safety of the vehicle and / or the rail, which do not impair safety, or by stochastic influences in the sensors used. This statistical noise is suppressed by averaging, whereas periodically repeating signals are advantageously emphasized. This advantageously improves the signal-to-noise ratio.
  • ultrasound is coupled into a wheel of the vehicle while the vehicle is being driven, while a portion of the ultrasound which is decoupled from the wheel is detected during the driving operation and the ultrasound signal generated in the process is fed to the evaluation unit.
  • Such an additional online ultrasound monitoring system also monitors the “inner” condition of the wheel, in particular the railroad wheel, ie the condition inside it, since defects that form with the ultrasound can also be detected far below the surface. Such defects could be found Display circumstances in neither the first measurement signal nor in the second measurement signal
  • the device-related object is achieved in relation to a device of the type mentioned at the outset according to the invention by a device having a) a first vibration signal which generates a first measurement signal and can be attached to a first vehicle component and is designed to detect its vibration behavior in the frequency range below 500 Hz , b) a second vibration sensor generating a second measurement signal, which can be attached to the first vehicle component or a second vehicle component and is designed to detect structure-borne noise propagating therein, and c) an evaluation unit which is equipped with the first vibration sensor and with the second vibration sensor is connected and to which the first measurement signal and the second measurement signal can be supplied.
  • the device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the advantages mentioned in this regard apply analogously to the device.
  • the second vibration sensor is preferably designed to detect structure-borne noise in the frequency range above 200 Hz, in particular above 500 Hz.
  • the first vibration sensor can be controlled, for example, below 200 Hz.
  • the first vehicle component is, in particular, one of the vehicle components of the vehicle which is most heavily loaded by bending, torsion, tensile, compressive and / or shear forces.
  • the first vehicle component is a bearing, an axle, a lever, a shock absorber or a drive component of the vehicle.
  • the second vehicle component is in particular a support frame of a chassis of the vehicle.
  • the two vibration sensors are in particular of different types.
  • the first vibration sensor is a displacement, speed or acceleration sensor.
  • the second vibration sensor is preferably an acceleration sensor, since the path or speed amplitudes occurring in the frequency range of the second vibration sensor are very small and therefore preferably accelerations can be measured precisely.
  • FIG. 1 shows a vehicle with a device according to the invention in an overall view
  • FIG. 2 shows an axle with two wheels of the vehicle of FIG. 1 in a detailed view
  • FIG 3 shows an evaluation unit of the device according to the invention in a detailed view.
  • FIG. 1 shows a vehicle 1, for example a wagon of a railroad train, which runs in the direction of travel 2 on a route 5, for example, a railroad track.
  • Four wheels 3, ie two axles, of the vehicle 1 are each suspended from a chassis 7, for example a railroad bogie.
  • a car body 11 of the vehicle 1 rests on the two undercarriages 7 via two bearings 9.
  • Two wheels 3 of the vehicle 1 are connected to one another via an axle 13 (see FIG. 2).
  • a first vibration sensor 15 which is e.g. is designed as a strain gauge or eddy current transducer.
  • the axle 13 forms a first vehicle component 16, the vibration behavior of which is detected by the first vibration sensor 15 in the frequency range below 500 Hz in a first measurement signal.
  • the other axles of vehicle 1 or other vehicle components loaded with the first vehicle component in a comparable manner can be assigned further first vibration sensors, with which their respective vibration behavior is measured in the frequency range below 500 Hz, preferably below 200 Hz.
  • a second measuring point 17 is located at an easily accessible location on the chassis 7, which forms a second vehicle component 18.
  • the second measuring point 17 is assigned a second vibration sensor 19 which is designed as a piezoelectric or capacitive acceleration sensor and with which structure-borne noise ("running noise") propagating in the chassis 7 is detected.
  • the structure-borne noise can not only be found in the chassis 7, but also in the wheels 3, in the car body 11 or in other vehicle components of the vehicle 1, or also originate there.
  • a second vibration sensor 19 is then transmitted to the chassis 7 and to the acoustically coupled second vibration sensor attached there Structure-borne noise measured.
  • the first measurement signal of the first vibration sensor 15 and the second measurement signal of the second vibration sensor 19 are Via a signal feed or signal line 20 or a further signal feed or signal line 21 to an evaluation unit 23, which is arranged in the vehicle 1. If necessary, the measurement signals of the further first vibration sensors are also fed to the evaluation unit 23 (multi-channel evaluation unit).
  • the signal feeds can also be implemented by a radio link.
  • FIG. 3 shows the structure of the evaluation unit 23 in detail.
  • the signal feeds or signal lines 20, 21 first open into a first filter f1 for the first measurement signal or a second filter f2 for the second measurement signal.
  • the first filter fl is a low-pass filter with a cut-off frequency of 500 Hz
  • the second filter f2 is a high-pass filter with a cut-off frequency of 500 Hz.
  • the respective output of the filter fl, f2 is connected to a computing unit 25 of the evaluation unit 23.
  • the filtered first measurement signal is linked to the filtered second measurement signal and a current characteristic value is formed, which is compared with a reference characteristic value stored in a memory unit 27. For example, a Fourier transformation takes place in the computing unit 25. If the current characteristic value deviates from the reference characteristic value by more than a predeterminable difference value, a message is output in a display unit 29.
  • the display unit 29 can be arranged both in the vehicle 1 and in a more distant stationary control station and can be connected to the evaluation unit 23 by radio or the like.
  • a wheel position sensor 31 is arranged on the axis 13, which, for example, optically scans a periodically reflecting marking on the axis 13 and generates a wheel position signal therefrom, which is also fed to the computing unit 25 via a line 33 ( Figure 3).
  • the The measuring signal and / or the second measuring signal are synchronized with the wheel rotation, so that components of the first measurement signal and / or the second measurement signal recorded in time during the wheel rotation can be assigned to specific positions on the wheel circumference.
  • the first measuring signal and / or the second measuring signal is averaged over several wheel revolutions in the computing unit 25 until the signal-to-noise ratio has exceeded a predetermined threshold value.
  • FIG. 2 schematically shows an ultrasonic sensor 35 which is assigned to a wheel 3 of the vehicle and with which ultrasound can be coupled into the wheel.
  • the ultrasonic sensor 35 is operated, for example, in reflection (pulse-echo mode), and the ultrasonic signal generated by it is fed to the evaluation unit 23 via a line 37 (FIG. 3).
  • the ultrasound signal is linked to the first measurement signal and / or the second measurement signal and a particularly reliable information value about the wheel condition is obtained.
  • the filters fl, f2 and / or the other components of the evaluation unit 23 can be implemented both as analog electronic circuits and as digital components.
  • the method and / or the device according to the invention can also be used to monitor a truck, in particular a dangerous goods transporter.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Eisenbahnzugs, und/oder eines Fahrwegs (5), insbesondere einer Eisenbahnschiene, wird während des betriebsmässigen Fahrens an mehreren Messstellen (14, 17) am Fahrzeug (1), dessen Schwingungsverhalten erfasst. Es wird an einer ersten Messstelle (14) das Schwingungsverhalten im Frequenzbereich unter 500 Hz in einem ersten Messsignal und - vorzugsweise simultan - an einer zweiten Messstelle (17) Körperschall in einem zweiten Messsignal erfasst. Die beiden Messsignale werden einer Auswerteeinheit (23) zugeführt. Vorzugsweise wird in der Auswerteeinheit (23) aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal ein aktueller Kennwert gebildet, der beispielsweise mit einem Referenzkennwert verglichen wird, der einen "Gutzustand" repräsentiert. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen ersten Schwingungssensor (15) und einen zweiten Schwingungssensor (19) auf, die mit einer Auswerteeinheit (23) in Verbindung stehen, der die Messsignale der Schwingungssensoren (15, 19) zuführbar sind.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Fahrzeugs und/oder zum Überwachen eines Fahrwegs während des betriebs- mäßigen Fahrens des Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Fahrzeugs, insbesondere eines Eisenbahnzugs, und/oder eines Fahrwegs, insbesondere einer Eisenbahnschiene, wobei während des betriebsmäßigen Fahrens des Fahrzeugs an mehreren Meßstellen am Fahrzeug das Schwingungsverhalten von Fahrzeugkomponenten erfaßt wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Überwachen eines Fahrzeugs während dessen betriebsmäßigen Fahrens, insbesondere zum Überwachen eines Eisenbahnzugs, und/oder zum Überwachen eines Fahrwegs, insbesondere einer Eisenbahnschiene mit mehreren örtlich über das Fahrzeug verteilt angeordneten Schwingungssensoren.
Beim Betrieb eines Schienenfahrzeugs können aufgrund der Wechselwirkung zwischen Rädern, Schiene und Bremssystem an den Rädern oder Radsätzen Veränderungen oder Zustände eintreten, die den sicheren Betrieb des Schienenfahrzeugs beeinträchtigen können. Beispielsweise kann es durch Abrieb zu Veränderungen der Abmessungen, zu einer Veränderung des Werk- stoffzustands und/oder zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität kommen, insbesondere auf der Lauffläche oder am Spurkranz der Räder. Im ungünstigsten Fall können sichtbare oder verdeckte Risse entstehen, die die Betriebssicherheit der Räder oder Radsätze erheblich reduzieren.
Auch am Fahrweg, beispielsweise an einer Eisenbahnschiene, kann es zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität bis hin zu Ausbrüchen, Rissen oder gar Durchbrüchen kommen.
Zur Kontrolle des Zustands der Räder und Radsätze erfolgen in regelmäßigen Abständen Inspektionen oder Überprüfungen in stationären Instandsetzungswerken. In der Praxis hat sich gezeigt, daß trotz der genannten regelmäßigen Inspektionen Radbrüche, Radscheibenbrüche oder Ausbrüche am Rad auftreten können, die zu großen Sach- und Personenschäden führen.
Zur Erkennung sich anbahnender oder plötzlich auftretender Schäden an Schienen und/oder Gleisen, soweit diese Schäden Auswirkungen haben auf die Fahrqualität der Fahrzeuge, ist es deshalb bekannt, örtlich auf den Fahrzeugen verteilt angeord- nete Sensoren zum Erfassen des Schwingungsverhaltens vorgegebener Fahrzeugkomponenten oder Komponentenanordnungen zu verwenden.
Derartige Verfahren sind aus der DE 195 80 680 Tl und DE 195 80 682 Tl bekannt. Die dort auf den Schienenfahrzeugen verwendeten Sensoren reagieren auf Beschleunigungen, Schwingungen und mechanische Stöße. Die Sensormeldungen werden als elektrische Signale über Leitungsverbindungen an fahrzeugsei- tige Bewertungseinrichtungen übermittelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein Fahrzeug während des betriebsmäßigen Fahrens und/oder der zugehörige Fahrweg sicherer und zielgerichteter überwachbar ist als dies mit den genannten bekannten Verfahren bislang möglich war.
Bezogen auf ein Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß a) an einer ersten Meßstelle das Schwingungsverhalten einer ersten Fahrzeugkomponente mittels eines ersten Schwingungssensors im Frequenzbereich unter 500 Hz in einem ersten Meßsignal erfaßt wird, wobei der erste Schwingungssensor zur Erfassung im Frequenzbereich unter 500 Hz hergerichtet ist, b) an einer zweiten Meßstelle mittels eines zweiten Schwingungssensors Körperschall in einem zweiten Meßsignal er- faßt wird, wobei der zweite Schwingungssensor zur Erfassung von Körperschall hergerichtet ist, und c) das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal einer Auswerteeinheit zugeführt werden.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß das Schwingungsverhalten des Fahrzeugs in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen, nämlich im Frequenzbereich langsamer Schwingungen unter 500 Hz einerseits und im typi- sehen Frequenzbereich des höher frequenten Körperschalls andererseits, ermittelt wird. In der Auswerteeinheit sind diese unterschiedlichen Meßergebnisse dann miteinander kombinierbar, so daß mit besonders hoher Aussagekraft und Zuverlässigkeit auf einen auftretenden Defektzustand am Fahrzeug und/oder am Fahrweg geschlossen werden kann.
Beispielsweise würde nämlich ein bestimmter Defekt an einer Eisenbahnschiene in einem der genannten Frequenzbereiche zu einem ähnlichen Meßsignal führen, wie es sich beim Fahren des Eisenbahnzugs über eine Weiche ergeben könnte. Im oben genannten anderen Frequenzbereich führen die genannten Ereignisse dann aber beispielsweise zu unterschiedlichen Meßsignalen. Durch Vergleich und/oder Verknüpfung des ersten Meßsignals mit dem zweiten Meßsignal in der Auswerteeinheit können dann tatsächliche, die Sicherheit beeinträchtigende Fehler von nur vorgetäuschten Defekten unterschieden werden. Durch die Messung in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen werden zum Teil auch redundante Informationen, zum Teil auch zusätzliche Informationen im Vergleich zu einer Messung in nur einem Frequenzbereich erhalten.
Das zweite Meßsignal wird bevorzugt simultan zum ersten Meßsignal erfaßt. Die zweite Meßstelle ist insbesondere bezüglich der ersten Meßstelle beabstandet.
Vorzugsweise wird der Körperschall im Frequenzbereich oberhalb von 200 Hz, insbesondere oberhalb von 500 Hz, erfaßt. Das im ersten Meßsignal erfaßte Schwingungsverhalten wird insbesondere in einem Frequenzbereich unter 200 Hz gemessen.
Bevorzugt sind der erste Schwingungssensor und der zweite Schwingungssensor von unterschiedlichem Typ. Typen sind z.B. Wegsensoren, Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungssensoren. Durch Wahl unterschiedlicher Typen kann für den jeweiligen Frequenzbereich ein optimaler Sensor vorgesehen werden, der im Frequenzbereich eine gute Auflosung und einen guten Signal-Rausch-Abstand gewahrleistet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die erste Fahrzeugkomponente eine der am stärksten durch Biege-, Torsions-, Zug-, Druck- und/oder Scherkräfte belasteten Fahr- zeugkomponenten des Fahrzeugs.
Insbesondere ist die erste Fahrzeugkomponente ein Lager, eine Achse, ein Hebel, ein Stoßdampfer oder eine Antriebskomponente des Fahrzeugs.
Bevorzugt ist die zweite Meßstelle an einer - z.B. von der ersten verschiedenen - zweiten Fahrzeugkomponente angeordnet, die ein Tragrahmen eines Fahrwerks des Fahrzeugs ist. Beispielsweise ist die zweite Fahrzeugkomponente ein Tragrahmen eines Drehgestells eines Eisenbahnzugs.
Das an der ersten Meßstelle an der ersten Fahrzeugkomponente erfaßte Meßsignal liefert z.B. im wesentlichen eine Information über eine ortliche, raumlich begrenzte statische oder dynamische Belastung der ersten Fahrzeugkomponente (Strukturdynamik) . Beispielsweise fuhrt die erste Fahrzeugkomponente eine Eigenschwingung aus.
Das den Korperschall erfassende zweite Meßsignal liefert im Vergleich zum ersten Meßsignal eine eher integrale Information über einen größeren Bereich des Fahrzeugs, beispielsweise über ein gesamtes Eisenbahndrehgestell. Deshalb kommt es bei der Wahl der zweiten Meßstelle nicht so sehr auf einen speziellen Ort an. Vielmehr kann die zweite Meßstelle beispielsweise an einer einfach zugänglichen Fahrzeugkomponente, wie beispielsweise dem genannten Tragrahmen, angeordnet wer- den .
Insbesondere durch den unterschiedlichen Informationsgehalt der beiden Meßsignale sind diese in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.
Die erste und die zweite Meßstelle können insbesondere im wesentlichen identisch sein. Eine verbesserte Trennung des ersten Meßsignals vom zweiten Meßsignal kann z.B. durch Hoch- und/oder Tiefpaßfilter erreicht werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird in der Auswerteeinheit aus dem ersten Meßsignal und dem zweiten Meßsignal ein aktueller Kennwert gebildet. Dieser aktuelle Kennwert beinhaltet beispielsweise die beschriebenen unter- schiedlichen Informationen beider Meßsignale.
Vorzugsweise wird der aktuelle Kennwert mit einem Referenzkennwert verglichen, der mit einem funktionssicheren Fahrzeug und/oder auf einem intakten Fahrweg ermittelt worden ist, und es wird eine Meldung ausgegeben, wenn der aktuelle Kennwert um mehr als einen vorgebbaren Differenzwert vom Referenzkennwert abweicht.
Beispielsweise wird in der Auswerteeinheit aus den beiden Meßsignalen, die jeweils ein zeitaufgelöstes Schwingungsverhalten abbilden, durch Fouriertransformation ein Frequenzspektrum gebildet. Dieses Spektrum kann dann mit einem Referenzspektrum verglichen werden, welches einen „Gutzustand" widerspiegelt . Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal synchronisiert mit der Drehbewegung eines Rads des Fahrzeugs erfaßt.
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, einzelne Meßpunkte in den ( zeitaufgelosten) Meßsignalen unterschiedlichen Radstellungen bzw. unterschiedlichen Positionen am Radumfang zuzuordnen. Beispielsweise werden dann zwei Satze von Meßpunkten, die zum ersten Meßsignal bzw. zum zweiten Meßsignal gehören und die bei unterschiedlichen Radstellungen erhalten wurden, gebildet, und die Satze werden über mehrere Umdrehungen des Rads gemittelt. Die wahrend des betriebsmäßigen Fahrens des Schienenfahrzeugs ermittelten Meßsignale sind nämlich z.B. durch die Sicherheit nicht beeinträchtigende Unre- gelmaßigkeiten des Fahrzeugs und/oder der Schiene oder durch stochastische Einflüsse in den verwendeten Sensoren verrauscht. Dieses statistische Rauschen wird durch die Mittelwertbildung unterdruckt, wogegen sich periodisch wiederholende Signale vorteilig hervorgehoben werden. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhaltnis in vorteilhafterweise verbessert .
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird wahrend des betriebsmäßigen Fahrens des Fahrzeugs in ein Rad des Fahrzeugs Ultraschall eingekoppelt, wahrend des betriebsmäßigen Fahrens ein aus dem Rad ausgekoppelter Anteil des Ultraschalls detektiert und das dabei erzeugte Ultraschall-Signal der Auswerteeinheit zugeführt. Mit einer derartigen zusatzlichen online-Ultraschalluberwachung wird auch der „innere" Zustand des Rads, insbesondere des Eisenbahnrads, d.h. der Zustand in seinem Inneren, überwacht, da mit dem Ultraschall auch weit unterhalb der Oberflache sich bildende Defekte detektierbar sind. Solche Defekte konnten sich unter Umstanden weder im ersten Meßsignal noch im zweiten Meßsignal abbilden. In Verbindung mit der Überwachung des
Schwingungsverhaltens in den genannten unterschiedlichen Frequenzbereichen, die zu einem Meßergebnis führt, das primär von den Oberflächeneigenschaften einer Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Eisenbahnrads, beeinflußt ist, wird somit eine besonders umfassende und aussagekräftige Information erhalten.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bezogen auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung mit a) einem ein erstes Meßsignal erzeugenden ersten Schwingungs- sensor, der an einer ersten Fahrzeugkomponente anbringbar und zur Erfassung deren Schwingungsverhaltens im Frequenzbereich unter 500 Hz hergerichtet ist, b) einem ein zweites Meßsignal erzeugenden zweiten Schwingungssensor, der an der ersten Fahrzeugkomponente oder ei- ner zweiten Fahrzeugkomponente anbringbar und zur Erfassung von sich darin ausbreitendem Körperschall hergerichtet ist, und c) einer Auswerteeinheit, die mit dem ersten Schwingungssensor und mit dem zweiten Schwingungssensor in Verbindung steht und der das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal zuführbar sind.
Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet. Die diesbezüglich genannten Vorteile gelten für die Vorrichtung analog.
Vorzugsweise ist der zweite Schwingungssensor zur Erfassung von Körperschall im Frequenzbereich oberhalb von 200 Hz, insbesondere oberhalb von 500 Hz, hergerichtet. Der erste Schwingungssensor ist beispielsweise unterhalb von 200 Hz ansteuerbar .
Die erste Fahrzeugkomponente ist insbesondere eine der am stärksten durch Biege-, Torsions-, Zug-, Druck- und/oder Scherkräfte belasteten Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs. Beispielsweise ist die erste Fahrzeugkomponente ein Lager, eine Achse, ein Hebel, ein Stoßdämpfer oder eine Antriebskomponente des Fahrzeugs .
Die zweite Fahrzeugkomponente ist insbesondere ein Tragrahmen eines Fahrwerks des Fahrzeugs.
Wie beim Verfahren nach der Erfindung sind die beiden Schwingungssensoren insbesondere unterschiedlichen Typs.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist der erste Schwingungssensor ein Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer .
Der zweite Schwingungssensor ist bevorzugt ein Beschleunigungsaufnehmer, da im Frequenzbereich des zweiten Schwingungssensors die auftretenden Weg- oder Geschwindigkeitsamplituden sehr klein und deshalb bevorzugt Beschleunigungen genau meßbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 in stark schematisierter Form näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 dienen auch der Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung. Es zeigen:
FIG 1 ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Gesamtansicht,
FIG 2 eine Achse mit zwei Rädern des Fahrzeugs der Figur 1 in einer Detailansicht und
FIG 3 eine Auswerteeinheit der Vorrichtung nach der Erfindung in einer Detailansicht.
Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 1, beispielsweise einen Wagen eines Eisenbahnzugs, das in Fahrrichtung 2 auf einem Fahrweg 5, beispielsweise einer Eisenbahnschiene, fahrt. Jeweils vier Rader 3, d.h. jeweils zwei Achsen, des Fahrzeugs 1 sind an je einem Fahrwerk 7, z.B. einem Eisenbahndrehgestell, aufgehängt. Auf den beiden Fahrwerken 7 liegt über zwei Lager 9 ein Wagenkasten 11 des Fahrzeugs 1 auf. Jeweils zwei Rader 3 des Fahrzeugs 1 sind über eine Achse 13 (siehe Figur 2) miteinander verbunden.
Einer an der Achse 13 gelegenen ersten Meßstelle 14 ist ein erster Schwingungssensor 15 zugeordnet, der z.B. als Dehnungsmeßstreifen oder Wirbelstromwegaufnehmer ausgebildet ist. Die Achse 13 bildet eine erste Fahrzeugkomponente 16, deren Schwingungsverhalten vom ersten Schwingungssensor 15 im Frequenzbereich unter 500 Hz in einem ersten Meßsignal erfaßt wird. Den weiteren Achsen des Fahrzeugs 1 oder anderen, mit der ersten Fahrzeugkomponente m vergleichbarer Weise belasteten weiteren Fahrzeugkomponenten können weitere erste Schwingungssensoren zugeordnet sein, mit denen deren jeweiliges Schwingungsverhalten im Frequenzbereich unter 500 Hz, vorzugsweise unter 200 Hz, gemessen wird.
Eine zweite Meßstelle 17 befindet sich an leicht zuganglicher Stelle am Fahrwerk 7, das eine zweite Fahrzeugkomponente 18 bildet. Der zweiten Meßstelle 17 ist ein zweiter Schwingungs- sensor 19 zugeordnet, der als piezoelektrisch oder kapazitiv arbeitender Beschleunigungssensor ausgebildet ist, und mit dem sich im Fahrwerk 7 ausbreitender Korperschall („Laufge- rausche" ) erfaßt wird. Der Korperschall kann sich nicht nur im Fahrwerk 7, sondern auch in den Radern 3, im Wagenkas- ten 11 oder in anderen Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs 1 ausbreiten oder auch dort entstanden sein. In jedem Fall wird dann ein auf das Fahrwerk 7 und auf den dort angebrachten und akustisch angekoppelten zweiten Schwingungssensor 19 übertragener Korperschall gemessen.
Das erste Meßsignal des ersten Schwingungssensors 15 und das zweite Meßsignal des zweiten Schwingungssensors 19 werden über eine Signalzuführung oder Signalleitung 20 bzw. eine weitere Signalzuführung oder Signalleitung 21 einer Auswerteeinheit 23 zugeführt, die im Fahrzeug 1 angeordnet ist. Der Auswerteeinheit 23 sind gegebenenfalls auch die Meßsignale der weiteren ersten Schwingungssensoren zugeführt (mehrkana- lige Auswerteeinheit) . Die Signalzuführungen können auch durch eine Funkverbindung realisiert sein.
Figur 3 zeigt den Aufbau der Auswerteeinheit 23 im Detail. Die Signalzuführungen bzw. Signalleitungen 20, 21 münden zunächst in einem ersten Filter fl für das erste Meßsignal bzw. einem zweiten Filter f2 für das zweite Meßsignal. Der erste Filter fl ist ein Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 500 Hz, der zweite Filter f2 ein Hochpaß mit einer Grenzfrequenz von 500 Hz.
Der jeweilige Ausgang des Filters fl, f2 ist mit einer Recheneinheit 25 der Auswerteeinheit 23 verbunden. In der Recheneinheit 25 wird das gefilterte erste Meßsignal mit dem gefilterten zweiten Meßsignal verknüpft und es wird ein aktueller Kennwert gebildet, der mit einem in einer Speichereinheit 27 abgespeicherten Referenzkennwert verglichen wird. Beispielsweise findet in der Recheneinheit 25 eine Fourier- transformation statt. Bei Abweichen des aktuellen Kennwerts vom Referenzkennwert um mehr als einen vorgebbaren Differenzwert wird in einer Anzeigeeinheit 29 eine Meldung ausgegeben. Die Anzeigeeinheit 29 kann sowohl im Fahrzeug 1 als auch in einem weiter entfernten stationären Leitstand angeordnet sein und mit der Auswerteeinheit 23 über Funk oder dergleichen in Verbindung stehen.
Wie in Figur 2 ferner dargestellt ist, ist an der Achse 13 ein Radstellungssensor 31 angeordnet, der beispielsweise auf optischem Wege eine periodisch reflektierende Markierung an der Achse 13 abtastet und daraus ein Radstellungssignal erzeugt, welches über eine Leitung 33 ebenfalls der Recheneinheit 25 zugeführt ist (Figur 3) . Auf diese Weise wird das er- ste Meßsignal und/oder das zweite Meßsignal mit der Raddrehbewegung synchronisiert, so daß zeitlich nacheinander während der Raddrehbewegung aufgenommene Bestandteile des ersten Meßsignals und/oder des zweiten Meßsignals konkreten Positionen am Radumfang zugeordnet werden können. Mit Hilfe dieser Zuordnung findet in der Recheneinheit 25 eine Mittelung des ersten Meßsignals und/oder des zweiten Meßsignals über mehrere Radumdrehungen statt, bis das Signal-Rausch-Verhältnis einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat.
Weiterhin ist in Figur 2 in schematischer Weise ein Ultraschallsensor 35 dargestellt, der einem Rad 3 des Fahrzeugs zugeordnet ist und mit dem Ultraschall in das Rad eingekoppelt werden kann. Der Ultraschallsensor 35 wird beispielsweise in Reflexion betrieben (Impuls-Echo-Modus) , und das von ihm erzeugte Ultraschall-Signal ist über eine Leitung 37 der Auswerteeinheit 23 zugeführt (Figur 3) . In der Auswerteeinheit 23 wird das Ultraschall-Signal mit dem ersten Meßsignal und/oder dem zweiten Meßsignal verknüpft und eine besonders zuverlässige Aussagekraft über den Radzustand erhalten.
Die Filter fl, f2 und/oder die übrigen Bestandteile der Auswerteeinheit 23 können sowohl als analoge elektronische Schaltungen als auch als digitale Komponenten realisiert sein.
Anstelle eines Eisenbahnzugs kann mit dem Verfahren und/oder der Vorrichtung nach der Erfindung auch ein Lastkraftwagen, insbesondere ein Gefahrguttransporter, überwacht werden.
Folgende Kombinationen von erstem Schwingungssensor und zweitem Schwingungssensor sind besonders bevorzugt:
erster Schwingungssensor zweiter Schwingungssensor
Wegsensor Geschwindigkeitssensor Wegsensor Beschleunigungssensor Geschwindigkeitssensor Beschleunigungssensor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Eisenbahnzugs, und/ oder eines Fahrwegs (5), insbeson- dere einer Eisenbahnschiene, wobei während des betriebsmäßigen Fahrens des Fahrzeugs (1) an mehreren Meßstellen am Fahrzeug (1) das Schwingungsverhalten von Fahrzeugkomponenten erfaßt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass an einer ersten Meßstelle (14) das Schwingungsverhalten einer ersten Fahrzeugkomponente (16) mittels eines ersten Schwingungssensors (15) im Frequenzbereich unter 500 Hz in einem ersten Meßsignal erfaßt wird, wobei der erste Schwingungssensor (15) zur Erfassung im Frequenzbe- reich unter 500 Hz hergerichtet ist, b) dass an einer zweiten Meßstelle (17) mittels eines zweiten Schwingungssensors (19) Körperschall in einem zweiten Meßsignal erfaßt wird, wobei der zweite Schwingungssensor (19) zur Erfassung von Körperschall hergerichtet ist, und c) dass das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal einer Auswerteeinheit (23) zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Körperschall im Frequenzbereich oberhalb von 200 Hz, insbesondere oberhalb von 500 Hz, erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Fahrzeugkomponente (16) eine der am stärksten durch Biege-, Torsions-, Zug-, Druck- und/ oder Scherkräfte belasteten Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs (1) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Fahrzeugkomponente (16) ein Lager, eine Achse (13) , ein He- bei, ein Stoßdampfer oder eine Antriebskomponente des Fahrzeugs (1) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Meßstelle (17) an einer zweiten Fahrzeugkomponente (18) angeordnet ist, die ein Tragrahmen eines Fahrwerks (7) des Fahrzeugs (1) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß m der Aus- werteemheit (23) aus dem ersten Meßsignal und dem zweiten Meßsignal ein aktueller Kennwert gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der aktuelle Kennwert mit einem Referenzkennwert verglichen wird, der mit einem funktionssicheren Fahrzeug und/oder auf einem intakten Fahrweg (5) ermittelt worden ist, und daß eine Meldung abgegeben wird, wenn der aktuelle Kennwert um mehr als einen vorgebbaren Differenzwert vom Referenzkennwert abweicht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal synchronisiert mit der
Drehbewegung eines Rads (3) des Fahrzeugs (1) erfaßt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wahrend des betriebsmäßigen Fahrens des Fahrzeugs (1) m em Rad (3) des Fahrzeugs (1) Ultraschall eingekoppelt wird, daß wahrend des betriebsmäßigen Fahrens ein aus dem Rad (3) ausgekoppelter Anteil des Ultraschalls detektiert wird, und daß das dabei erzeugte Ultraschall-Signal der Auswerteeinheit (23) zugeführt wird.
10. Vorrichtung zum Überwachen eines Fahrzeugs (1) während dessen betriebsmäßigen Fahrens, insbesondere zum Überwachen eines Eisenbahnzugs, und/ oder zum Überwachen eines Fahrwegs (5) , insbesondere einer Eisenbahnschiene, mit mehreren ört- lieh über das Fahrzeug (1) verteilt angeordneten Schwingungssensoren, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a) einen ein erstes Meßsignal erzeugenden ersten Schwingungs- sensor (15) , der an einer ersten Fahrzeugkomponente (16) anbringbar und zur Erfassung deren Schwingungsverhaltens im Frequenzbereich unter 500 Hz hergerichtet ist, b) einen ein zweites Meßsignal erzeugenden zweiten Schwingungssensor (19) , der an der ersten Fahrzeugkomponente (16) oder einer zweiten Fahrzeugkomponente (18) anbringbar und zur Erfassung von sich darin ausbreitendem Körperschall hergerichtet ist, und c) eine Auswerteeinheit (23) , die mit dem ersten Schwingungssensor (15) und mit dem zweiten Schwingungssensor (19) in Verbindung steht und der das erste Meßsignal und das zweite Meßsignal zuführbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Schwingungssensor (19) zur Erfassung von Körperschall im Frequenzbereich oberhalb von 200 Hz, insbesondere oberhalb von 500 Hz, hergerichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Fahrzeugkomponente (16) eine der am stärksten durch Biege-, Torsions-, Zug-, Druck- und/ oder Scherkräfte belasteten Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs (1) ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Fahrzeugkomponente (16) ein Lager, eine Achse (13) , ein He- bei, ein Stoßdämpfer oder eine Antriebskomponente des Fahrzeugs (1) ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Fahrzeugkomponente (18) ein Tragrahmen eines Fahrwerks (7) des Fahrzeugs (1) ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Schwingungssensor (15) ein Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Schwingungssensor (19) ein Beschleunigungsaufnehmer ist.
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