Verfahren zum Überwachen der äquivalenten Konizität eines Schienenfahr zeug -Schiene -Systems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, bei dem eine Lauf Stabilität des Schienenfahrzeugs mit Messungen erfasst wird.

Beim Fahren von Schienenfahrzeugen auf Schienen wird die Lauf Stabilität im wesentlichen durch die die äquivalente Konizität des Rad-Schiene-Kontaktes bestimmt. Diese ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen einerseits dem Profil der Räder des Schienenfahrzeugs, also den konisch profilierten Laufflächen der Räder, und andererseits streckenseitigen Faktoren. Bei diesen streckenseitigen Faktoren handelt es sich insbesondere um das Profil der Schiene, also die Form und den Zustand der Oberfläche des Schienenkopfes, und den Abstand zwischen den Schienen, insbesondere das Vorhandensein von Spurverengungen.

Eine Erhöhung der äquivalenten Konizität wirkt sich negativ auf die Lauf eigenschaf t des Schienenfahrzeugs aus. Es kommt vermehrt zum Schlingern, was im Extremfall eine Verschiebung des Gleisrostes zur Folge haben kann. Daher ist es wünschenswert, eine erhöhte äquivalente Konizität, welche sowohl fahr- zeug- als auch streckenseitig verursacht sein kann, zu entdecken und zu beheben.

Schienenfahrzeuge sind häufig mit Reibungsbremssystemen ausgerüstet, bei denen durch das Gegeneinanderdrücken von Reibelementen eine Bremswirkung auf das Fahrzeug ausgelöst wird, d.h. kinetische oder potentielle Energie des Fahrzeugs wird in thermische Energie umgewandelt. Ein Beispiel für ein solches Reibungsbremssystem sind Klotzbremsen . Diese wirken direkt auf die Räder des Fahrzeugs , welche daher insbesondere bei hohen Bremsausgangsgeschwindigkeiten und großen Brems kräften thermomechanisch stark belastet und beansprucht werden . Insbesondere , aber nicht ausschließlich für klotz - gebremste Fahrzeuge ist ein Einsatz des erf indungsgemäßen Verfahrens nützlich .

Der Erf indung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs auf zuzeigen, welches dabei helfen soll , die äquivalente Konizität eines Schienenfahrzeug- Schiene- Systems zu überwachen .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Ferner sind Gegenstand der Erf indung eine entsprechende Vorrichtung oder ein System zur Datenverarbei tung , ein entsprechendes Computerprogramm, ein entsprechender computerlesbarer Datenträger , und ein entsprechendes Datenträgersignal . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen .

Bei dem erf indungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs wird eine Lauf Stabilität des Schienenfahrzeugs mit Messungen erfasst . Außerdem wird eine Konizitätsvorhersage betref fend eine Änderung von Radprof ilen des Schienenfahrzeugs rechnerisch unter Berücksichtigung einer gefahrenen Streckenlänge bestimmt . Dann erfolgt unter Verwendung der Lauf Stabilität und der Konizitätsvorhersage eine Unterscheidung zwischen streckenseitiger und fahrzeugseitiger Verursachung einer Änderung der äquivalenten Konizität .

Da die äquivalente Konizität sowohl durch Eigenschaften der Strecke , also den Schienen, als auch durch den Zustand der Räder des Schienenfahrzeugs beeinf lusst wird, ist eine Unterscheidung zwischen diesen beiden möglichen Ursachen für eine unerwünschte Erhöhung der äquivalenten Konizität hilfreich . Denn nach erfolgter Unterscheidung können dann geeignete Maßnahmen getrof fen werden, um den Mangel zu beheben, wodurch die äquivalente Konizität wieder reduziert werden kann . Geeignete Maßnahmen können insbesondere ein Überholen der Strecke sein, und/oder eine Erneuerung des Radprof ils .

Um zu entscheiden, worin die Ursache für eine Erhöhung der äquivalenten Konizität wahrscheinlich zu suchen ist , werden zwei Größen betrachtet :

Zum einen wird die Stabilität der Fahrt des Schienenfahrzeugs bestimmt . Die Fahrstabilität ergibt sich aus einem Zusammenwirken von fahrzeug- und streckenseitigen Faktoren .

Zum zweiten wird die Konizitätsänderung alleine aus dem Fährbetrieb , also das natürliche oder kontinuierliche Wachstum betrachtet , welche mit der Kilometerlauf leistung zunimmt . Hierbei handelt es sich um eine Vorhersage , denn es wird außer der Fahrstrecke keine Messung durchgeführt , sondern ein bekannter Zusammenhang zwischen gefahrener Streckenlänge und Konizitätsänderung ausgenutzt .

Die Unterscheidung zwischen streckenseitiger und fahrzeugsei tiger Verursachung muss nicht derart getrof fen werden, dass die Ursache der Konizitätserhöhung eindeutig festgestellt wird . Vielmehr reicht es aus , wenn als Ergebnis eine der bei den Ursachen als die wahrscheinlichere ausgegeben wird .

Vorzugsweise f inden alle Schritte des erf indungsgemäßen Verfahrens im Schienenfahrzeug statt . Hierzu verfügt das Schienenfahrzeug über geeignete Messvorrichtungen, insbesondere zur Lauf Stabilitätsüberwachung und zur Streckenlängenmessung , sowie über eine Datenverarbeitungsanlage zur Auswertung der Messungen und zum Durchführen der Unterscheidung . Ferner kann die Datenverarbeitungsanlage vorzugsweise abhängig von der getrof fenen Unterscheidung eine geeignete Maßnahme durchführen oder veranlassen .

In Weiterbildung der Erf indung werden zur Erfassung der Lauf stabilität Daten einer Messvorrichtung ausgewertet , welche Beschleunigungsmessungen am Fahrwerkrahmen des Schienenfahrzeugs vornimmt . Diese Beschleunigungsdaten zeigen die Stärke des Schlingerns des Schienenfahrzeugs während der Fahrt an . Je größer die äquivalente Konizität ist , desto höhere Beschleunigungswerte werden im Mittel am Fahrwerkrahmen gemes sen .

Besonders vorteilhaft ist es , wenn für die Konizitätsvorhersage die gefahrene Streckenlänge seit einer Radprof ilierung gemessen und mittels einer Rechenvorschrift hieraus eine erwartete Änderung von Radprof ilen des Schienenfahrzeugs bestimmt wird . Bei der Radprof ilierung werden die Räder so bearbeitet , dass sie wieder ein Prof il aufweisen, welches güns tig für die äquivalente Konizität ist . Mit zunehmender Fahrstrecke verschlechtert sich dann das Prof il . Hierbei kann der Zusammenhang zwischen gefahrener Strecke und Konizitätsänderung linear oder auch komplizierter sein .

In Weiterbildung der Erf indung erfolgt die Unterscheidung , indem die Lauf Stabilität und die Konizitätsvorhersage mitei nander verglichen werden . Dieser Vergleich kann derart erfol gen, dass eine aus der Lauf Stabilität und/oder der Konizi - tätsvorhersage abgeleitete Größen miteinander verglichen werden . Beide Größen dienen der Anzeige einer Änderung der äqui valenten Konizität . Bei der Unterscheidung kann dann für eine streckenseitige Verursachung entschieden werden, wenn die Lauf Stabilität oder die hieraus abgeleitete Größe eine stär- kere Änderung der äquivalenten Konizität anzeigt als die Ko- nizitätsvorhersage oder die hieraus abgeleitete Größe , und für eine fahrzeugseitige Verursachung kann entschieden werden, wenn die Lauf Stabilität oder die hieraus abgeleitete Größe eine ähnliche Änderung der äquivalenten Konizität anzeigt wie die Konizitätsvorhersage oder die hieraus abgelei tete Größe . Die Entscheidung kann hierbei unter Verwendung geeigneter Grenz - oder Schwellenwerte erfolgen .

In Ausgestaltung der Erf indung werden im Fall einer Entschei dung für eine streckenseitige Verursachung zusätzlich ortsbezogene Informationen einbezogen, um eine Lokalisierung von Streckenschäden zu ermöglichen . Wenn also die äquivalente Konizität aufgrund von streckenseitigen Ursachen an einem bestimmten Streckenabschnitt erhöht ist , kann gezielt dort eine Reparatur der Schienen veranlasst werden .

In Weiterbildung der Erf indung verfügt das Schienenfahrzeug über Klotzbremsen . Es werden dann aus erfassten Daten betref fend erfolgte Klotzbrems -Bremsvorgänge thermische Energieinhalte der Räder bestimmt , wobei die Daten Bremsdrücke oder Bremskräfte oder Bremsmomente umfassen, sowie kinematische Größen wie Raddrehzahlen oder die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs . Hieraus erfolgt rechnerisch eine zweite Konizitätsvorhersage betref fend eine Änderung von Radprof ilen des Schienenfahrzeugs . Außer der ersten Konizitätsvorhersage , welche sich aus der Fahrstrecke ergibt , liegt somit eine zweite Konizitätsvorhersage vor , welche durch das Bremsverhalten beeinf lusst wird . Denn durch den Wärmeeintrag in die Räder f indet eine Verformung und hierdurch eine die äquivalente Konizität verschlechternde Änderung des Radprof ils statt . Wenn die zweite Konizitätsvorhersage vorliegt , kann die Unterscheidung zwischen streckenseitiger und fahrzeugsei - tiger Verursachung zusätzlich unter Verwendung der zweiten Konizitätsvorhersage erfolgen .

Vorzugsweise werden nach der Unterscheidung eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen durchgeführt :

Ausgeben einer Nachricht betref fend Mängel an der Schiene , Ausgeben einer Nachricht betref fend Mängel an den Rädern des Schienenfahrzeugs , Ausgeben einer Nachricht an den Fahrer betref fend den Radzustand oder ein zukünftiges Bremsverhalten .

Die ersten beiden Nachrichten werden vorzugsweise an eine sich außerhalb des Schienenfahrzeugs bef indliche Einrichtung gesendet .

Die Ergebnisse des erf indungsgemäßen Verfahrens können mit Vorteil von einer Vorrichtung oder einem System zur Datenverarbeitung benutzt werden, welches Mittel aufweist zum Empfangen, Auswerten und Speichern von Informationen von mehreren Schienenfahrzeugen hinsichtlich einer nach dem beschriebenen Verfahren erfolgten Unterscheidung zwischen streckenseitiger und fahrzeugseitiger Verursachung einer Änderung der äquivalenten Konizität . Dadurch, dass Informationen von mehreren Schienenfahrzeugen verwendet werden, können diese plausibili - siert werden . Wenn z . B . mehrere Schienenfahrzeuge an einem bestimmten Streckenabschnitt eine streckenseitige Ursache ei ner Erhöhung der äquivalenten Konizität ausgeben, besteht Handlungsbedarf , diesen Streckenabschnitt näher zu untersuchen bzw . zu reparieren .

Das erf indungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erf indungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können computergestützt ablaufen . Hierzu kommt eines oder mehrere miteinander zusammenwirkende Computerprogramme zum Einsatz . Werden mehrere Programme verwendet , so können diese gemeinsam auf einem Computer gespeichert und von diesem ausgeführt werden, oder auch auf verschiedenen Computern an verschiedenen Orten . Da dies funktional gleichbedeutend ist , wird vorliegend im Singular „ das Computergrogramm" und „ der Computer" formuliert .

Im Folgenden wird die Erf indung anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert . Dabei zeigen :

Figur 1 : ein Schienenfahrzeug ,

Figur 2 : einen Verfahrensablauf .

Fig . 1 zeigt ein als Schienenfahrzeug 1 ausgeführtes spurgeführtes Fahrzeug . Dieses Schienenfahrzeug 1 umfasst einen ersten Wagen 37 , einen zweiten Wagen 38 , einen dritten Wagen 39 , sowie gegebenenfalls weitere , in der Figur nicht dargestellte Wagen . Der erste Wagen 37 stellt das Triebfahrzeug des Schienenfahrzeugs 1 dar und verfügt hierzu über einen Führerraum 15 für den Triebfahrzeugführer .

Zur Erläuterung von Details wird nun der zweite Wagen 38 betrachtet . Dieser weist ein erstes Fahrwerk 2 und ein zweites Fahrwerk 3 auf . Der erste Wagen 37 , der dritte Wagen 39 und die weiteren Wagen verfügen über weitere , in der Figur nicht dargestellte Fahrwerke . Das erste Fahrwerk 2 umfasst ein ers tes Rad 40 und ein zweites Rad 41 , wobei die beiden Räder 40 und 41 untereinander über eine Radsatzwelle starr verbunden sind . Mit dem ersten Rad 40 kann ein erster Bremsklotz 42 ei ner ersten Klotzbremseinheit 44 in Kontakt gebracht werden, mit dem zweiten Rad 41 ein zweiter Bremsklotz 43 einer zwei ten Klotzbremseinheit 45 . Die erste Klotzbremseinheit 44 umfasst neben dem ersten Bremsklotz 42 einen pneumatischen ers- ten Bremszylinder 46 , die zweite Klotzbremseinheit 45 neben dem zweiten Bremsklotz 43 einen pneumatischen zweiten Brems zylinder 47 . Mittels des ersten Bremszylinders 46 wird der erste Bremsklotz 42 betätigt , mittels des zweiten Bremszylinders 47 der zweite Bremsklotz 43 .

Der erste Bremszylinder 46 und der zweite Bremszylinder 47 werden von einem Bremssteuergerät 17 angesteuert . Elektrische Steuersignale aus dem ersten Bremssteuergerät 17 werden in einer Elektropneumatikeinrichtung 48 mit Analogwandlern, Ventilen, Druckluftbehältern usw . in Druckluf tsignale gewandelt , welche in den ersten Bremszylinder 46 und den zweiten Brems zylinder 47 übertragen werden .

Jedes Rad 40 , 41 fungiert als erstes Reibelement eines Rei bungsbremssystems des Schienenfahrzeugs 1 , ebenso wirkt der j eweils zugehörige Bremsklotz 42 , 43 als zweites Reibelement des Reibungsbremssystems . Während Bremsungen des Schienenfahrzeugs 1 werden die zweiten Reibelemente gegen die ersten Reibelemente gedrückt . Die Bremsklötze 42 , 43 wirken hierbei direkt auf die Lauf f läche der Räder 40 , 41 , nicht auf eine am Rad oder der Welle befestigte Scheibe .

Das zweite Fahrwerk 3 ist konstruktiv sowie funktionell gleich ausgeführt wie das erste Fahrwerk und umfasst ebenfalls Klotzbremseinheiten mit Bremsklötzen, welche mit Rädern in Kontakt gebracht werden können . Entsprechendes kann für die Fahrwerke der anderen Wägen gelten .

Der Einsatz von Klotzbremsen ist vorteilhaft , da diese weni ger Gewicht aufweisen als andere Bremsentypen, und ferner auch wenig Platz benötigen . Ihr Einsatz ist insbesondere dann angezeigt , wenn bei einem elektrischen Bremsvorgang keine Energie in das Netz zurück gespeist werden kann . Klotzbremsen können auch in Kombination mit elektrischen Bremsen eingesetzt werden, z . B . wenn eine plötzliche Schnell - oder Sicher- heitsbremsung nötig ist, d.h. die maximale Bremskraft auf gewendet werden soll.

Bei einem Rad-Schiene-System laufen Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise Voll-, U- und Straßenbahnen mit ihren Rädern auf Gleisen. Hierzu weisen sowohl die Räder als auch die Schienenköpfe geeignete Profile auf . Die Wechselwirkung von Schienen- und Radprofil ist entscheidend für den komfortablen und sicheren Lauf eines Schienenfahrzeugs. Üblicherweise werden hierfür konisch profilierte, also sich nach außen hin verjüngende, Räder verwendet. Zweck dieser Konizität des Radprofils ist die Selbstzentrierung des Radsatzes im geraden Gleis ohne Benutzung der Spurkränze.

Im Allgemeinen bestimmt die so genannte äquivalente Konizität des Rad-Schiene-Kontaktes die Lauf eigenschaf ten des Schienenfahrzeugs. Die äquivalente Konizität ergibt sich insbesondere aus der Geometrie der Lauffläche der Räder, also aus dem Radprofil, und der Oberfläche des Schienenkopfes, also dem Schienenprofil. Sie ist definiert als die Neigung eines auf scharfen Kanten abrollenden kegeligen Radprofils, welche die gleiche Wellenlänge des Sinuslaufes des Fahrwerks ergäbe.

Ferner wird die äquivalente Konizität auch beeinflusst von der Spurweite, wobei bereits geringe Spurverengungen sich aufgrund der progressiven Gestaltung des Radprofils erhöhend auf die äquivalente Konizität auswirken.

Die Konizität führt dazu, dass das Drehgestell oder Fahrwerk des Schienenfahrzeugs einen Wellenlauf ausführt, d.h. sinusförmig wechselweise leicht nach rechts und links fährt. Dies entspricht einer Instabilität, was einerseits den Fahrkomfort mindert und andererseits auch die Fahrsicherheit beeinträchtigt. Der reduzierte Fahrkomfort macht sich für die Passagiere durch üblicherweise als unangenehm empfundene Schwingungen während der Fahrt bemerkbar. Hinsichtlich der Fahrsicherheit können Verschiebungen des Gleisrostes auftreten, welche durch große äquivalente Konizitäten hervorgerufen oder verstärkt werden können .

Grundsätzlich gilt , dass sich mit zunehmender äquivalenter Konizität das Laufverhalten des Schienenfahrzeugs verschlechtert . Diese Größe wird durch Verschleiß beeinf lusst und ist daher ein zentraler Aspekt bei der Instandhaltung von Fahrzeug und Infrastruktur :

• Aufgrund von Radverschleiß wächst die Konizität im Fährbetrieb durch Veränderung des Radprof ils an . Daraus fol gen ein reduzierter Fahrkomfort und eine reduzierte Lauf Stabilität . Dem kann durch Instandhaltungsmaßnahmen wie Nachprof ilierung der Räder entgegengewirkt werden, was j edoch negative Auswirkungen auf die Standzeit der Räder des Schienenfahrzeugs hat .

• Verstärkt wird der Ef fekt des Radverschleißes durch den Einsatz von Klotzbremsen . Insbesondere deren hochenergetischer Einsatz kann sich negativ auf die Konizitätsent wicklung der Fahrzeugräder auswirken . Daraus folgt , dass der Fahrer einen starken Einf luss auf die Entwicklung des Radprof ils hat : eine vorausschauende und schonende Fahrweise unter Vermeidung von starken Abbremsvorgängen mit der Klotzbremse führt zu einem langsameren Anstieg der Konizität der Räder mit der Zeit . Problematisch ist allerdings , dass der Fahrzeugführer üblicherweise keine Kenntnis vom aktuellen Zustand des Radprof ils hat , und demnach sein Fahrverhalten nicht danach ausrichten kann, die zuvor genannten ungünstigen Auswirkungen zu reduzieren .

• Wie erläutert , ergibt sich die äquivalente Konizität aus der Wechselwirkung von Rad- und Schienenprof il . Die Ursache eines reduzierten Fahrkomforts oder einer reduzierten Lauf Stabilität kann also außer der beschriebenen Änderung der Konizität des Radprof ils auch der Strecke zugeschrieben werden . Insbesondere können Prof ilveränderungen des Schienenkopfes oder Spurverengungen ursächlich für eine Erhöhung der äquivalenten Konizität sein . Dem kann entgegengewirkt werden durch geeignete Wartungsmaßnahmen wie prof ilierendes Schleifen der Schienen oder die Anpassung der Schienenbefestigung , wobei beide Maßnahmen aufwendig sind und hohe Kosten verursachen .

Aus diesen Punkten folgt , dass der Zustand der Fahrzeugräder und der Strecke umfangreich beobachtet und gegebenenfalls instandgehalten werden sollte . Dies ist j edoch aktuell nicht vollständig der Fall : eine kontinuierliche Ermittlung des aktuellen Zustands von Schienen- und Radprof il erfolgt nicht , so dass weder eine Instandhaltung von Rad und/oder Schiene zum geeigneten Zeitpunkt veranlasst , noch der Fahrer zur prof ilschonenden Fahrweise auf gerufen werden kann .

Um dies zu verbessern, verfügt das Schienenfahrzeug 1 über ein Konizitätsüberwachungsgerät 16 . Ein schematischer Ablauf des von dem Konizitätsüberwachungsgerät 16 durchgeführten Verfahrens ist in Figur 2 gezeigt .

Im Schritt STAB wird - entsprechend einem ersten Kriterium zur Schätzung der Konizitätsentwicklung - die Lauf Stabilität des Fahrzeugs durch Messung ermittelt . Für diese Messung der Fahrzeugreaktion weist gemäß Figur 1 das Fahrzeug eine Mess vorrichtung 18 zur Lauf Stabilitätsüberwachung auf . Die Überwachung der Lauf Stabilität erfolgt mittels Beschleunigungs messungen am Fahrwerkrahmen . Hierbei wird das Laufverhalten des Drehgestells über die Querbeschleunigung des Drehgestell - rahmens über dem Radsatz erfasst . Die Messwerte der Messvorrichtung 18 zur Lauf Stabilitätsüberwachung werden an das Konizitätsüberwachungsgerät 16 übermittelt , welches anhand der gemessenen Fahrzeugreaktionen das Ausmaß der Instabilität des Fahrzeugs 1 bestimmen kann . Somit kann aus dem Lauf erhal en auf die äquivalente Konizi tät geschlossen werden . Das Konizitätsüberwachungsgerät 16 kann hierzu die Messwerte der Messvorrichtung 18 zur Lauf stabilitätsüberwachung entweder in kontinuierliche Zahlenwerte umwandeln, welche für die Konizitätsveränderung oder den aktuellen Zustand der Radprof ils hinsichtlich der Konizität stehen, oder auch in diskrete Angaben wie „wenig Erhöhung" oder „guter Prof ilzustand" , „mittlere Erhöhung" oder „ ausrei chender Prof ilzustand" , „ starke Erhöhung" oder „ schlechter Prof ilzustand" , „kritische Erhöhung" oder „ sehr schlechter Prof ilzustand" .

Wie bereits erläutert , resultiert die äquivalente Konizität aus dem Wechselspiel zwischen Fahrzeug und Schiene . Dies bedeutet , dass die Ursache der festgestellten Instabilität bei alleiniger Betrachtung der Ergebnisse der Messvorrichtung 18 zur Lauf Stabilitätsüberwachung nicht feststellbar ist .

Betref fend die Ursache der Instabilität im Fahrzeug wird vorliegend davon ausgegangen, dass diese ausschließlich in einer Degradation oder einem Verschleiß des Rades , und daraus fol gend in einer Verschlechterung der Radkonizität zu suchen ist . Eine weitere mögliche Ursache wäre ein Defekt am Schlingerdämpfer ; dies ist j edoch selten und es wird davon ausgegangen, dass dessen Degradation oder Versagen durch regelmäßige Wartung ausgeschlossen werden kann .

Daher wird als zweiter Schritt FS - entsprechend einem zwei ten Kriterium zur Schätzung der Konizitätsentwicklung - von dem Konizitätsüberwachungsgerät 16 die Fahrstrecke seit der letzten Reprof ilierung der Räder erfasst . Hierbei wird die bekannte Gesetzmäßigkeit ausgenutzt , dass die Konizität der Räder mit zunehmender Fahrstrecke zunimmt . Aus zuvor durchgeführten Abzeichnungskampagnen, wobei bei einer Abzeichnung die Konizität eines Rades genau bestimmt werden kann, ist be- kannt , wie sich die Radkonizität anhängig von der Lauf leis - tung entwickelt . Diese Kenntnis wird von dem Konizitätsüber- wachungsgerät 16 benutzt .

Im einfachsten Fall liegt ein linearer Zusammenhang zwischen Zuwachs an Strecke und Zuwachs an Radkonizität vor . In diesem Fall kann ein Faktor verwendet werden, mit welchem die Lauf leistung nach der letzten Reprof ilierung multipliziert wird . Dieser Faktor kann spezif isch für ein Schienennetz sein, z . B . für das deutsche Schienennetz , oder auch für einen gegebenen Betrieb mit bestimmten Bogenhäuf igkeiten . In Deutschland existieren recht heterogene Strecken, so dass ein repräsentativer Wert , z . B . ein Mittelwert über viele Strecken, verwendet werden kann, welcher wiedergibt , wie sich die Konizität eines Rades üblicherweise entwickelt . Wenn ein Schienenfahrzeug nur eine bestimmte Strecke fährt , kann ein für diese Strecke spezif ischer Wert ermittelt und zur Berechnung herangezogen werden .

Jedoch sind auch komplexere Zusammenhänge zwischen Zuwachs an Strecke und Zuwachs an Radkonizität möglich . In j edem Fall verfügt das Konizitätsüberwachungsgerät 16 über eine Rechenvorschrift , um aus der gemessenen Fahrtstrecke einen Wert für den Zuwachs an Radkonizität zu bestimmen . Das Konizitätsüberwachungsgerät 16 kann somit aus der Erfassung der Fahrstrecke seit der letzten Reprof ilierung eine Ermittlung des Konizi - tätszuwachses durch Radverschleiß vornehmen .

Liegen beide Kriterien vor , also das erste Kriterium zur Schätzung der Konizitätsentwicklung des Schrittes STAB , und das zweite Kriterium zur Schätzung der Konizitätsentwicklung des Schrittes FS , können diese im Schritt COMP miteinander verglichen werden . Hierbei wird also die gemessene Fahrzeugreaktion mit der vorhergesagten fahrzeugseitigen Konizität in Relation gesetzt , es erfolgt somit ein Abgleich des ermittel - ten Beschleunigungsniveaus mit der vorhergesagten fahrzeugseitigen Konizität .

Wenn das erste Kriterium des Schrittes STAB eine große Erhöhung der äquivalenten Konizität anzeigt , und das zweite Kri terium des Schrittes FS ebenfalls eine solche anzeigt , kann daraus geschlossen werden, dass die Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizität im Radprof il liegt .

Wenn das erste Kriterium des Schrittes STAB eine große Erhöhung der äquivalenten Konizität anzeigt , und das zweite Kri terium des Schrittes FS hingegen eine solche nicht anzeigt , oder zumindest eine deutlich geringere Erhöhung anzeigt , kann daraus geschlossen werden, dass die Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizität bei der Schiene zu suchen ist . In diesem Fall ist also aus Sicht des Schienenfahrzeugs eine Im- plausibilität vorhanden, nämlich ein erkanntes instabiles Verhalten des Fahrzeugs bei gleichzeitig moderatem Niveau der fahrzeugseitigen Konizitätszunahme durch Fahren einer nicht allzu großen Strecke seit der letzten Radprof ilierung . Daher kann ein Bezug zu einem Streckeneinf luss hergestellt werden . Wenn das erste Kriterium des Schrittes STAB keine deutliche Erhöhung der äquivalenten Konizität anzeigt , muss dies ebenfalls für das zweite Kriterium des Schrittes FS gelten . Denn eine Konzitätserhöhung durch Verschlechterung des Radprof ils muss sich zwangsläuf ig in beiden Kriterien niederschlagen .

Da über den Schritt FS das fahrzeugseitige Konizitätswachstum isoliert vorhersagt wird, während über den Schritt STAB ein Konizitätswachstum von Fahrzeug und/oder Schiene bestimmt wird, kann durch Kombination der beiden Ergebnisse gezielt die Ursache im Fahrzeug oder in der Strecke gesucht werden . Die beschriebene Kombination erlaubt somit eine Zuordnung der Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizität zu Fahrzeug oder Schiene . Abhängig vom Ergebnis des Vergleiches im Schritt COMP wird eine der folgenden Maßnahmen getrof fen :

Die Maßnahme OK bedeutet , dass im Moment nichts weiter zu tun ist . Dies ist dann der Fall , wenn das erste Kriterium des Schrittes STAB keine deutliche Erhöhung der äquivalenten Konizität anzeigt .

Die Maßnahme INFORM bedeutet , dass eine Instandsetzung der Schiene erwogen werden sollte . Dies ist dann der Fall , wenn der Vergleich im Schritt COMP ergeben hat , dass die Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizität bei der Schiene zu suchen ist . Hierfür bietet es sich an, dass die Auswertung der Messwerte der Messvorrichtung 18 zur Lauf Stabilitätsüberwachung von dem Konizitätsüberwachungsgerät 16 in Verbindung mit ortsbezogenen Informationen, insbesondere eines im Fahrzeug vorhandenen GPS Gerätes oder einer anderen satellitengestützten Ortungsmethode , erfolgt . Alternativ oder zusätzlich kann zur Lokalisierung von streckenseitigen Auf fälligkeiten eine bei den Gleisen vorhandene Punkt - oder Linienlokalisierung zum Einsatz kommen . Durch diese verschiedenen Verfahren können Abschnitte der Schienen identif iziert werden, welche mangelhaft sind . Dann kann gezielt an diesen Abschnitten geprüft werden, ob das Prof il der Schienen nachzubessern oder eine zu behebende Spurverengungen vorhanden ist . Zur Umset zung der Maßnahme INFORM gibt das Konizitätsüberwachungsgerät 16 eine entsprechende Meldung aus . Hierfür kann eine eigene Schnittstelle des Konizitätsüberwachungsgeräts 16 für eine Kommunikation betref fend die Instandhaltung von Gleis und Fahrzeug vorgesehen sein .

Die Maßnahme INSTRUCT 1 bedeutet , dass eine Instandsetzung der Radprof ile erwogen werden sollte . Dies ist dann der Fall , wenn die Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizität bei dem Radprof il zu suchen ist . Zur Umsetzung der Maßnahme INSTRUCT 1 gibt das Konizitätsüberwachungsgerät 16 eine ent sprechende Meldung aus . Hierfür kann die bereits erwähnte Schnittstelle für eine Kommunikation betref fend die Instandhaltung von Gleis und Fahrzeug verwendet werden .

Während die beschriebenen Maßnahmen OK, INFORM, INSTRUCT 1 für Schienenfahrzeuge mit beliebigen Bremsen verwendbar sind, ist die Maßnahme INSTRUCT 2 nur für Fahrzeuge mit Klotzbremse relevant . Diese Maßnahme INSTRUCT 2 sollte wie auch die Maßnahme INSTRUCT 1 durchgeführt werden, wenn zuvor festgestellt wurde , dass die Ursache der Erhöhung der äquivalenten Konizi tät bei dem Radprof il zu suchen ist . Sie kann, wenn das Fahrzeug mit Klotzbremsen ausgestattet ist , zusätzlich oder al ternativ zur Maßnahme INSTRUCT 1 vorgenommen werden . In diesem Fall kann der Triebfahrzeugführer , beispielsweise mittels einer in Figur 1 gezeigten Anzeige 14 in dem Führerraum 15 , instruiert werden, die Klotzbremsen nur schonend einzusetzen, um hierdurch die Radprof ile nicht weiter stark zu beeinträchtigen . Der Fahrer wird also mit einer Diagnosemeldung über den Zustand der Radprof ile informiert , z . B . in Form einer Radzustandsampel , und kann sein Bremsverhalten entsprechend darauf abstimmen, insbesondere durch eine verschleißarme Fahrweise . Eine Ampel kann dem Fahrer in diskreten Werten oder durch Farben anzeigen, wie es um den Zustand der Radprof ile bestellt ist . Vorzugsweise werden Grenzwerte hierfür so vorgegeben, dass eine Fahrweise , die sich ungünstig auf die Entwicklung des Radprof ils auswirkt und somit zu unkomfortablem oder gar sicherheitsgefährdendem Fahren führt , durch Anpassung der Fahr- bzw . Bremsweise verhindert werden kann . Zur Signalisierung an den Fahrer können die oben bereits beschriebenen diskreten Angaben wie „wenig Erhöhung" oder „guter Prof ilzustand" , „mittlere Erhöhung" oder „ ausreichender Prof ilzustand" , „ starke Erhöhung" oder „ schlechter Prof ilzu- stand", „kritische Erhöhung" oder „sehr schlechter Profilzustand" verwendet werden.

Die Entscheidung, welche der oben genannten Maßnahmen OK, INFORM, INSTRUCT 1, INSTRUCT 2 durchgeführt werden sollen, kann das Konizitätsüberwachungsgerät 16 geeignete Regeln gespeichert haben. Beispielsweise können Grenzwerte, eventuell auch für die Differenz der beiden Kriterien, vorgesehen sein, deren Unter- oder Überscheiten zugunsten einer Maßnahme spricht. Auch für die Häufigkeit der Durchführung des Schritte COMP kann das Konizitätsüberwachungsgerät 16 Vorgaben gespeichert haben, wie z.B. einmal pro gefahrene Strecke einer bestimmten Länge.

Das Schienenfahrzeug speichert die gesammelten Daten des Kriteriums STAB und auch die Entscheidung über die Maßnahmen OK, INFORM, INSTRUCT 1, INSTRUCT 2, vorzugsweise in Kombination mit ortsbezogenen Informationen. Wenn es dieselbe Strecke mehrfach befährt, können zugseitig Daten über Streckenauffälligkeiten aggregiert werden.

Ferner ist es vorteilhaft, landseitig, also in einer Datenbank außerhalb des betrachteten Schienenfahrzeugs, eine Aggregierung von Daten aus mehreren Schienenfahrzeugen durchzuführen. Dies kann zur Plausibilisierung von Streckenauffälligkeiten durch mehrere Züge genutzt werden.

Ebenfalls kann aus einer solchen Aggregierung auf weitere, seltene fahrzeugseitige Einflüsse wie z.B. einen defekten Schlingerdämpfer geschlossen werden, wenn an einem definierten Ort im Netz nur ein Schienenfahrzeug von mehreren starkes Schlingern zeigt, welches nicht durch das Radprofil verursacht sein kann.

Das bisher erläuterte kann - mit Ausnahme der optionalen Maßnahme INSTRUCT 2 - auf ein Schienenfahrzeug mit oder ohne Klotzbremse angewandt werden. Im Folgenden wird ein zusätzli- ches Vorgehen beschrieben, welches spezif isch für Schienenfahrzeuge mit Klotzbremse ist :

Hierzu werden einerseits Bremsdrücke des Reibungsbremssystems des Schienenf hrzeugs und andererseits kinematische Größen des j eweiligen Fahrwerks kontinuierlich erfasst . Als Brems drücke werden Zylinderdrücke der Bremszylinder erfasst , wel che als Aktuatoren in Bezug auf die Klotzbremse fungieren .

Hierzu umfasst das Konizitätsüberwachungsgerät 16 einen Energiebeobachter zur Erfassung der durch die Klotzbremse dissi - pierten Bremsenergie . Dieser Energiebeobachter berechnet , wie im Folgenden näher beschrieben, die Reibleistung aus Brems druck und Drehzahl - oder Geschwindigkeitssignalen, und ermit telt daraus den Konizitätszuwachs .

Der Energiebeobachter des Konizitätsüberwachungsgeräts 16 ist hierzu mit einer in Figur 1 gezeigten ersten Erfassungseinrichtung 50 für Bremsdrücke des Reibungsbremssystems , welche als mit dem ersten Bremszylinder 46 gekoppeltes Druckmessgerät ausgeführt ist , sowie mit einer zweiten Erfassungseinrichtung 51 für kinematische Größen des ersten Fahrwerks 2 , welche als mit dem ersten Rad 40 gekoppelter erster Drehzahl messer ausgebildet ist , verbunden . Es ist auch möglich, dass nicht Bremsdrücke , sondern Bremskräfte oder Bremsmomente erfasst werden, so dass die erste Erfassungseinrichtung 50 als Kraftmessdose oder Drehmomentsensor ausgebildet sein kann . Die von der zweiten Erfassungseinrichtung 51 erfassten kinematischen Größen umfassen Drehzahlen der Räder sowie Zeiten ; es ist j edoch auch möglich, dass als kinematische Größe bei spielsweise die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 1 erfasst wird .

Die entsprechenden Komponenten können alternativ oder zusätz lich auch am zweiten Rad 41 und der zugehörigen Klotzbremse vorgesehen sein . Aus den erfassten Größen, also den Bremsdrücken, Drehzahlen und Zeiten, sowie weiteren bekannten Größen, nämlich den Rei bungskoef f izienten, Proportionalitätsfaktoren, Radradien, werden vom Energiebeobachter laufend Reibleistungen und thermische Energien aufgrund von Reibung zwischen den ersten Rei belementen und den zweiten Reibelementen ermittelt . Alternativ ist es wie bereits ausgeführt möglich, dass die Reibleis tung nicht auf Grundlage von Bremsdrücken, sondern auf Basis von Bremskräften oder Bremsmomenten ermittelt wird .

Zunächst werden zur Reibleistungsermittlung aus den Bremsdrücken mit den Proportionalitätsfaktoren und den Reibungskoef f izienten, über bekannte Zusammenhänge zwischen Drücken und Kräften, sowie zwischen Normal - und Tangentialkräften, die Tangentialkräfte zwischen den ersten und den zweiten Reibelementen bestimmt . Die Proportionalitätsfaktoren umfassen Zylinder- und Gestängeübersetzungen, Wirkungsgrade etc . der Klotzbremseinheiten . Außerdem werden aus den Drehzahlen mit den Radradien, über bekannte kinematische Zusammenhänge zwi schen Drehzahlen bzw . Winkelgeschwindigkeiten und Umfangsgeschwindigkeiten, Radumfangsgeschwindigkeiten bestimmt . Aus Multiplikation der Tangentialkräfte mit den Umfangsgeschwindigkeiten werden Reibleistungswerte ermittelt . Mittels Multi plikation der Reibleistungen mit den Zeiten werden Energieeinträge in die ersten Reibelemente , also die Räder des Schienenfahrzeugs , ermittelt .

Der Energiebeobachter stellt dem Konizitätsüberwachungsgerät 16 also thermische Energieinhalte der Räder zur Verfügung . Dies beruht auf einer mittels der erläuterten Zusammenhänge durchgeführten Abschätzung der aufgrund erfolgter Bremsvorgänge in der Radscheibe gespeicherten thermischen Energie . Diese thermischen Energieinhalte werden im in Figur 2 gezeigten Schritt ENERGY über eine im Konizitätsüberwachungsgerät 16 gespeicherte Rechenvorschrift in eine Radkonizitätsände- rung umgewandelt . Der Hintergrund hierzu ist , dass der Wärmeeintrag in ein Rad zu Verformungen führt . Bei klotzgebremsten Rädern sind durch Versuchskampagnen mittlerweile die Konizi tätszuwächse abhängig von der Bremsenergie prognostizierbar , woraus eine derartige Rechenvorschrift erstellt werden kann . Da diese Bremsenergie wie beschrieben durch den Energiewächter erfasst wird, ist ein Umrechnen von Bremsenergie in Koni - zitätszuwachs mit den zuvor ermittelten Gesetzmäßigkeiten möglich .

Abhängig vom Wert dieser im Schritt ENERGY bestimmten Radkonizitätsänderung wird entweder die Maßnahme OK durchgeführt , d . h . es ist momentan nichts zu unternehmen, oder die oben bereits erläuterte Maßnahme INSTRUCT 2 . Vorzugsweise verwendet das Konizitätsüberwachungsgerät 16 einen Schwellenwert , um zu entscheiden, ab wann die Maßnahme INSTRUCT 2 vorzunehmen ist .

Bei einem Fahrzeug mit Klotzbremse können beide Vorgehenswei sen, d . h . einerseits über die Schritte STAB , FS , COMP , und andererseits über den Schritt ENERGY durchgeführt werden . Da beide Vorgehensweisen zu der Maßnahme INSTRUCT 2 führen können, ist es möglich, für die Veranlassung dieser Maßnahme INSTRUCT 2 eine gemeinsame Regel vorzusehen, z . B . einen kombinierten Schwellenwert für die beiden über COMP und ENERGY verlaufenden Äste .

Das erläuterte Verfahren basiert im Wesentlichen auf einer Schätzung der Radkonizitätsentwicklung in den Schritten FS und ENERGY ausgehend von bekannten Gesetzmäßigkeiten . Dies ermöglicht ein frühzeitiges Eingreifen, noch ehe es zu unkomfortablem Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs kommt . Da ein starker Anstieg der Konizität erkannt werden kann, ehe es zu komfortmindernden Fahrzeugreaktionen kommt , kann durch ein Gegensteuern über Instandhaltung oder angepassten Fährbetrieb eine sichere und komfortable Nutzung des Schienenfahrzeugs gewährleistet werden . Insbesondere wird außer einer Reprof i lierung der Räder auch eine Änderung des Fahrspiels durch den Triebfahrzeugführer realisierbar , was erhebliche Vorteile für die Standzeit der Räder mit sich bringt . Zur Durchführung des erläuterten Verfahrens verwendet das Ko- nizitätsüberwachungsgerät 16 ein Computerprogramm, welches die Berechnungen durchführt und Signale zur Durchführung der Maßnahmen INFORM, INSTRUCT 1 , INSTRUCT 2 ausgibt . Als Eingangsgrößen werden Daten von dem Energiebeobachter verwendet , sowie die Fahrstrecke seit der letzten Reprof ilierung der Räder und Daten der Messvorrichtung 18 zur Lauf Stabilitätsüberwachung .

Die Erf indung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben . Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modif ikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erf indung verlassen wird .