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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln des Verschleißzustandes von Komponenten eines Schienenfahrzeugs.
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Um Ausfälle während des laufenden Betriebs zu verhindern, werden regelmäßig vorbeugende Wartungen von Schienenfahrzeugen durchgeführt. Da diese Wartungen aufwendig und mit Stillstands- und Ausfallzeiten des Schienenfahrzeugs verbunden sind, ist es wünschenswert, eine Wartung nicht in festen Zeitintervallen vorzunehmen, sondern angepasst an den tatsächlichen Verschleißzustand des Fahrzeugs.
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Der tatsächliche Verschleißzustand des Fahrzeugs hängt insbesondere vom tatsächlichen Nutzungsprofil des Fahrzeugs ab. Unter Nutzungsprofil des Fahrzeugs wird nachfolgend die Art und Weise, wie das Fahrzeug betrieben wird, beispielsweise Nutzungsdauer, Geschwindigkeiten, Lasten, Fahrstil in Form von Bremsungen und Beschleunigungen, auf das Schienenfahrzeug wirkende Kräfte, Momente und Beschleunigungen sowie die Umweltbedingungen, unter denen das Schienenfahrzeug betrieben wird, wie beispielsweise Temperaturen, Drücke, Feuchtigkeiten, aber auch weitere Einflüsse, wie beispielsweise Sandungen, Eingreifen des Gleitschutzes oder des Schleuderschutzes etc., verstanden. Unter Nutzungsprofil werden somit nachfolgend sämtliche Bedingungen, Einflüsse und Betriebsarten verstanden, unter denen das Schienenfahrzeug betrieben wird. Unter Schienenfahrzeug kann nachfolgend auch ein aus mehreren Schienenfahrzeugen gebildeter Zug verstanden werden.
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Aus der
GB 2378248 A ist eine Vorrichtung zum Erkennen und Vorhersagen von Systemfehlern bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden einzelne Komponenten mit Sensoren überwacht. Die ermittelten Daten werden gesammelt und durch eine Auswertungseinrichtung analysiert. Durch Modellvergleiche werden die ermittelten Daten mit Daten verglichen, die einen fehlerfreien Systemzustand repräsentieren. Liegen die Daten außerhalb des fehlerfreien Bereichs, wird erkannt, dass ein Fehler vorliegt. Das System umfasst des Weiteren ein Fehlervorhersagemodell.
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Die Vorrichtung der
GB 2378248 erfordert jedoch die Überwachung der einzelnen Komponenten mit entsprechenden Sensoren. Das Nutzungsprofil des Fahrzeugs wird bei der Ermittlung des Verschleißzustandes, und insbesondere bei der Vorhersage des Verschleißes nicht bzw. nur indirekt durch die komponentenbezogenen Messungen berücksichtigt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels denen der Verschleißzustand von Komponenten eines Schienenfahrzeugs aus dem Nutzungsprofils des Schienenfahrzeugs ermittelt und vorhergesagt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln des Verschleißzustandes von Komponenten eines Schienenfahrzeugs wird zunächst das Nutzungsprofil des Schienenfahrzeugs aufgezeichnet. Wie vorstehend ausgeführt, werden unter Nutzungsprofil des Schienenfahrzeugs sämtliche Randbedingungen verstanden, unter denen das Fahrzeug benutzt wird. Dies umfasst neben dem eigentlichen Betrieb des Fahrzeugs, wie Nutzungsdauer, Belastungen etc., auch die Umweltbedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird. Das Nutzungsprofil kann anhand der im Fahrzeug verfügbaren Mess- und Stellgrößen, wie beispielsweise Geschwindigkeitsvorgaben, Bremseingriffe, Anhängelasten, Temperaturen, Messdaten vorhandener Beschleunigungssensoren etc. bestimmt werden. Das Nutzungsprofil kann aus diesen Größen beispielsweise mittels eines Fahrerassistenzsystems ermittelt werden. Das Nutzungsprofil kann beispielsweise in einem Belastungsregister im Fahrzeug abgelegt werden.
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Im nächsten Schritt erfolgt das Ermitteln der Auswirkung des aufgezeichneten Nutzungsprofils auf den Verschleiß wenigstens einer Komponenten des Schienenfahrzeugs. Dies kann anhand vorhandener bzw. zu ermittelnder Daten geschehen. Die Zusammenhänge von Größen des aufgezeichneten Nutzungsprofils auf den Verschleiß einzelner Komponenten können beispielsweise in Untersuchungen, in denen untersucht wird, wie sich die einzelnen Größen des aufgezeichneten Nutzungsprofils einzeln oder in Verbindung miteinander auf den Verschleiß der einzelnen Komponenten auswirken, bestimmt werden, oder aus Erfahrungswerten entnommen werden. Beispielsweise kann für Bremsscheiben ermittelt werden, wie sich die Anzahl der Bremsungen, die Bremskräfte und die Dauer des Bremsvorgangs, und gegebenenfalls weitere Umgebungsbedingungen, wie Luftfeuchtigkeit etc., auf den Verschleiß von Bremsklötzen und Bremsscheiben auswirken.
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Das Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß von Komponenten des Schienenfahrzeugs kann beispielsweise durch ein Condition-based Maintenance-(CBM-)System erfolgen. Aus den spezifischen Belastungen wird dort die individuelle Auswirkung auf den Verschleiß einzelner Komponenten ermittelt.
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Durch dieses Verfahren ist es möglich, Rückschlüsse auf den Verschleiß von Komponenten auf der Grundlage eines Nutzungsprofils eines Fahrzeugs zu ziehen, ohne die Komponenten individuell mittels spezieller Sensorik zu überwachen. Dies umfasst auch Rückschlüsse auf den Verschleiß von Komponenten, die aus dem Verhalten des Schienenfahrzeugs, beispielsweise seines Beschleunigungs- oder Verzögerungsverhaltens, oder des Verhaltens einzelner Komponenten des Schienenfahrzeugs, gezogen werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden anhand der ermittelten Auswirkungen des aufgezeichneten Nutzungsprofils auf den Verschleiß einer Komponente Wartungsempfehlungen für die Komponente ausgegeben. Dabei kann beispielsweise empfohlen werden, wann eine Wartung durchgeführt werden soll und in welchem Umfang eine Wartung durchzuführen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels des aufgezeichneten Nutzungsprofils der aktuelle Verschleißzustand der Komponente ermittelt und ausgegeben. Damit wird erkennbar, wie der aktuelle Zustand einer Komponente ist. Dies ist insbesondere für Komponenten sinnvoll, die nicht direkt zugänglich und beobachtbar sind, und bei denen auf eine Sensorik, mittels derer der aktuelle Zustand erfasst werden könnte, verzichtet werden soll, oder eine derartige Sensorik nicht oder nur mit Aufwand einsetzbar ist. Damit ist es möglich, sich einen Überblick über den aktuellen Verschleißzustand des Fahrzeugs zu verschaffen. Soweit kein System vorgesehen ist, mittels dessen Wartungsempfehlungen ausgegeben werden, können Nutzer des Schienenfahrzeugs anhand des ausgegebenen aktuellen Verschleißzustands des Fahrzeugs anhand ihres Erfahrungswissens eigenständig entscheiden, ob eine Wartung durchgeführt werden soll, und zu welchem Zeitpunkt und in welchem Umfang.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand des erfassten Nutzungsprofils die Verschleißentwicklung der Komponente prognostiziert. Dadurch ist es möglich, anhand des aktuellen Nutzungsprofils Vorhersagen zu treffen, wie sich der Verschleiß der Komponente entwickeln wird. Das Verfahren kann dabei auch so gestaltet werden, dass die Auswirkungen von zukünftigen Änderungen des Nutzungsprofils gegenüber dem bisherigen Nutzungsprofil auf die Entwicklung des Verschleißes der Komponente prognostiziert werden. Beispielsweise kann vorhergesagt werden, wie sich der Verschleiß der Komponente entwickelt, wenn die Nutzungsdauer, d. h. die Einsatzdauer des Schienenfahrzeugs gegenüber der bisherigen Einsatzdauer erhöht wird, oder wie sich Geschwindigkeitserhöhungen auf die Entwicklung des Verschleißes einzelner Komponenten auswirken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand der prognostizierten Verschleißentwicklung einer Komponente ermittelt, zu welchem zukünftigen Zeitpunkt die Komponenten voraussichtlich eine vorgegebene Verschleißgrenze erreichen. Es kann des Weiteren ein Zeitpunkt für die Wartung der Komponenten empfohlen werden. Damit kann vorhergesagt werden, wann unter Zugrundelegung des bisherigen Nutzungsprofils, und gegebenenfalls auch unter Zugrundelegung eines zukünftig veränderten Nutzungsprofils eine Komponente einen Zustand erreicht, in dem die Verschleißgrenzen erreicht werden, so dass ein Austausch einer Komponente erforderlich wird, oder bis zum Austausch einer Komponente eines Fahrzeugs ein Betrieb unter veränderten Betriebsbedingungen erforderlich wird. Anhand des prognostizierten Zeitpunkts, zu dem eine Verschleißgrenze voraussichtlich erreicht wird, und anhand des bisherigen Nutzungsprofils kann ein Zeitpunkt empfohlen werden, an dem eine Wartung der Komponente oder ein Austausch der Komponente erforderlich wird, um einen sicheren Weiterbetrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden bei der Empfehlung für den Zeitpunkt für die Wartung der Komponente wahlweise eine geforderte Verschleißreserve für die Komponente und/oder ein Umlaufplan des Schienenfahrzeugs und/oder festgelegte Wartungsintervalle des Schienenfahrzeugs berücksichtigt. Durch eine geforderte Verschleißreserve kann vorgegeben werden, wie weit sich der tatsächliche Verschleiß einem Grenzwert nähern darf, beispielsweise um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten oder Ausfallreserven der Komponente zu gewährleisten, beispielsweise um Fertigungstoleranzen der Komponente zu berücksichtigen. Des Weiteren kann auch ein Umlaufplan des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden, so dass beispielsweise Wartungen nicht während eines Umlaufes, sondern vor und nach dem Umlauf bzw. zu geeigneten Zeitpunkten während des Umlaufs, beispielsweise während längerer Stillstandszeiten, durchgeführt werden. Des Weiteren können auch festgelegte Wartungsintervalle des Schienenfahrzeugs oder die Auslastung einer Betriebswerkstätte berücksichtigt werden, so dass eine Wartung so rechtzeitig angesetzt wird, dass die Komponente nicht zwischen zwei Wartungsintervallen ihre Verschleißgrenze erreicht, sondern rechtzeitig gewartet oder ausgetauscht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden als Nutzungsprofil eine oder mehrere Größen aus der Nutzungsdauer, der Höhe von Verzögerungen und/oder Beschleunigungen, der Anzahl von Bremsungen und Beschleunigungsvorgängen, der Höhe von Geschwindigkeiten, von Kräften, Momenten und im Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen sowie der Umweltbedingen, wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit, aufgezeichnet. Dabei können einzelne, mehrere oder alle der genannten Größen als Nutzungsprofil aufgezeichnet werden und zum Ermitteln des Verschleißes von Komponenten des Schienenfahrzeugs herangezogen werden. Unter Nutzungsprofil werden damit nicht nur Größen verstanden, die durch den Betrieb des Fahrzeugs oder durch den Fahrstil des Triebfahrzeugführers dem Fahrzeug aufgeprägt werden, sondern auch Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturen, Drücke und Luftfeuchtigkeiten, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, oder auch spezielle Einsatzbedingungen, wie Betrieb, Aufsteigungs- und Gefällestrecken oder in Tunneln. Auch der Zustand des Gleiskörpers, soweit er im Fahrzeug erfasst wird, beispielsweise durch Beschleunigungssensoren, kann berücksichtigt werden. Beschleunigungen können dabei sowohl in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs berücksichtigt werden, als auch die Daten weiterer Beschleunigungssensoren, die beispielsweise an Drehgestellen angeordnet sein können, und z. B. Komponentenbeschleunigungen messen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß der wenigstens einen Komponente des Schienenfahrzeugs und/oder die Ausgabe von Wartungsempfehlungen anhand des ermittelten Verschleißes der Komponente mittels Kennfeldern. Beispielsweise kann anhand von in Versuchen oder aus im realen Betrieb aufgenommenen Felddaten in Kennfeldern abgelegt werden, wie sich einzelne Größen des Nutzungsprofils, beispielsweise die Zahl der Bremsungen, auf den Verschleiß einer Komponente, beispielsweise einer Bremsscheibe, auswirkt. Mittels Kennfeldern können auch Wartungsempfehlungen abhängig vom ermittelten Verschleiß einer Komponente ausgegeben werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß einer Komponente anhand Big-Data-Verfahren, beispielsweise mittels künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Big-Data-Verfahren, im Deutschen auch als Massendatenverfahren bezeichnet, beschreiben dabei Verfahren, welche zur Auswertung großer und/oder komplexer und/oder schwach strukturierter und/oder sich schnell ändernder Datenmengen verwendet werden können.
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Mittels beispielsweise künstlicher neuronaler Netze können dabei Aussagen getroffen werden, wie sich verschiedene Größen des Nutzungsprofils auf den Verschleiß einer Komponente auswirken. Das künstliche neuronale Netz kann beispielsweise mit Daten trainiert werden, die aus Versuchen oder dem realen Betrieb entstammen und die den Einfluss verschiedener Größen des Nutzungsprofils auf den Verschleiß oder die Verschleißentwicklung einer Komponente wiedergeben. Auch die Ausgabe von Wartungsempfehlungen, beispielsweise von Wartungsumfängen, Wartungsintervallen oder Wartungszeitpunkten, kann anhand des ermittelten Verschleißes der Komponente durch künstliche neuronale Netze erfolgen.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird als Nutzungsprofil das Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverhalten des Schienenfahrzeugs aufgezeichnet wird und der Verschleißzustand von Komponenten der Antriebsvorrichtungen und/oder der Bremsvorrichtungen wird durch Vergleich zwischen dem aufgezeichneten Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverhalten und einem durch ein theoretisches Modell des Schienenfahrzeugs vorhergesagten Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverhalten ermittelt. Dies kann allgemein auf einen Vergleich zwischen dem tatsächlichen Verhalten einer beliebigen Komponente und dem durch ein theoretisches Modell ermittelten ”Sollverhalten” übertragen werden.
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Ein Modell des Schienenfahrzeugs bzw. ein Zugmodell wird dabei herangezogen, um in einer gegebenen Situation, z. B. Beschleunigen, Rollen oder Verzögern/Abbremsen, das in dieser Situation erwartete Verhalten, beispielsweise die erwartete Beschleunigung oder die erwartete Verzögerung, zu ermitteln. Das Modell kann insbesondere als ein theoretisches Modell ausgebildet sein. Das Modell kann beispielsweise durch Parameteradaption an das reale Zugverhalten, und hier insbesondere an das reale Zugverhalten im verschleißfreien bzw. fehlerfreien Zustand, angepasst werden. Durch Vergleich zwischen dem erwarteten bzw. ”Sollverhalten” in der gegebenen Situation, und dem im Nutzungsprofil aufgezeichneten tatsächlichen Verhalten können Rückschlüsse auf den Verschleißzustand bzw. auf Defekte oder Fehler von Komponenten, beispielsweise von Komponenten der Antriebs- und/oder der Bremsvorrichtungen gezogen werden. Weicht beispielsweise das aufgezeichnete tatsächliche Beschleunigungsverhalten von dem mittels des Modells vorhergesagten ”Sollverhalten” ab, so ist auf einen Defekt von Antriebskomponenten zu schließen. Bei einem vom Sollverhalten abweichenden tatsächlichen Rollverhalten kann ein Lager verschleiß vorliegen, oder Bremsen sind nicht gelöst. Bei einem vom Sollverhalten abweichenden tatsächlichen Bremsverhalten ist auf einen Defekt oder einen Verschleiß von Bremskomponenten zu schließen.
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In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln des Verschleißzustandes von Komponenten eines Schienenfahrzeugs weist die Vorrichtung Mittel zum Erfassen von Messgrößen auf, die ein Nutzungsprofil des Schienenfahrzeugs repräsentieren, sowie Mittel zum Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß wenigstens einer Komponente des Schienenfahrzeugs.
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Durch die Mittel zum Erfassen von Messgrößen werden die im Fahrzeug vorhandenen Mess- und Stellgrößen, beispielsweise Fahrhebelstellung, Bremseingriffe, Verzögerungen und Beschleunigungen des Fahrzeugs, auf einzelne Bauteile des Fahrzeugs wirkende Beschleunigungen, Temperaturen etc. erfasst.
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Die Vorrichtung weist ferner Mittel auf, durch die die Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß einer Komponente bestimmt werden kann. Die Mittel zum Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß bestimmen dabei aus den Messgrößen, die das Nutzungsprofil repräsentieren, die Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß der Komponente, wobei das Nutzungsprofil aus den Messgrößen durch eine Auswahl oder Vorverarbeitung der Messgrößen ermittelt werden kann. Dies kann auf verschiedenen Wegen geschehen, beispielsweise anhand von Erfahrungsdaten oder Versuchsdaten, die den Einfluss verschiedener Größen aus dem Nutzungsprofil auf den Verschleiß einer Komponente wiedergeben. Dies kann beispielsweise anhand von Kennfeldern oder künstlichen neuralen Netzen, in denen die Daten abgelegt sind, erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung ein Fahrerassistenzsystem auf, das so gestaltet ist, dass es das Nutzungsprofil aus den Messgrößen ermitteln kann. Das Fahrerassistenzsystem kann dabei beispielsweise aus den im Fahrzeug vorhandenen Mess- und Stellgrößen diejenigen Größen auswählen, die für den Verschleiß einer bestimmten Komponente relevant sind. Dabei kann das Fahrerassistenzsystem die Daten filtern und reduzieren, beispielsweise dadurch, dass aus dem Datenstrom nur bestimmte Ereignisse herausgefilterte werden, die für den Verschleiß einer Komponente maßgebend sind. Das Fahrerassistenzsystem führt damit eine Verarbeitung der Messgrößen dergestalt durch, dass aus den Messgrößen ein für die Ermittlung bzw. Vorhersage des Verschleißes der Komponenten relevantes Nutzungsprofil ermittelt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung ein Belastungsregister auf, in dem das Nutzungsprofil speicherbar ist. Dieses Belastungsregister kann ein Speicherbereich im Fahrzeug, in einem Condition-based Maintenance-System oder in einem Fahrerassistenzsystem sein, in dem das Nutzungsprofil beispielsweise in einer strukturierten Form abgelehnt wird, so dass ein die Daten des Belastungsregisters weiterverarbeitendes System aus diesen Daten den Verschleiß oder die Verschleißentwicklung einer Komponente ermitteln kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung ein Condition-based Maintenance-System auf, das so gestaltet ist, dass es aus dem Nutzungsprofil die Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß einzelner Komponenten ermitteln kann und anhand des ermittelten Verschleißes Wartungsempfehlungen ausgegeben kann. Die Auswirkung der im Belastungsregister gespeicherten spezifischen Belastungen aus dem Nutzungsprofil auf den Verschleiß einzelner Komponenten kann durch das CBM-System beispielsweise anhand künstlicher neuronaler Netze ermittelt werden. Diese können auch aus dem ermittelten Verschleiß bzw. der Verschleißprognose der Komponenten Wartungsempfehlungen ableiten.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die einzige 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
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In der in 1 dargestellten Vorrichtung werden zunächst die zur Ermittlung des Nutzungsprofils 100 relevanten Mess- und Stellgrößen 103 eines Schienenfahrzeugs erfasst. Dabei können verschiedene Umweltbedingungen, wie Druck, Temperatur, und insbesondere ein Fahrzeugbetriebsprofil erfasst werden. Das Fahrzeugbetriebsprofil gibt wieder, wie das Fahrzeug während seines Einsatzes genutzt wird, d. h. es kennzeichnet die tatsächlichen Belastungen des Fahrzeugs aus seinem laufenden Betrieb. Dabei werden beispielsweise Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen, die Dauer und die Stärke von Bremsungen, Anhängelasten etc. erfasst. Des Weiteren wird der Fahrzeugeinsatz berücksichtigt, der beispielsweise Stand- und Betriebszeiten des Fahrzeugs berücksichtigt.
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Aus den Mess- und Stellgrößen 103 wird in der in 1 dargestellten Vorrichtung in einem Fahrerassistenzsystem 102 ein Nutzungsprofil 100 des Fahrzeugs ermittelt. Dieses Nutzungsprofil 100 enthält die für die Ermittlung des Verschleißes von Komponenten wesentlichen Daten und wird durch das Fahrerassistenzsystem 102 durch Selektion und Filterung der Mess- und Stellgrößen 103, wie beispielsweise Geschwindigkeitsvorgaben, Bremseingriffe, Anhängelasten, Temperaturen, Messdaten vorhandener Beschleunigungssensoren etc. ermittelt. Das Nutzungsprofil umfasst neben dem eigentlichen Betrieb des Fahrzeugs, wie Nutzungsdauer, Belastungen etc., auch die Umweltbedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird. Als Nutzungsprofil können somit insbesondere Nutzungsdauer, die Höhe von Verzögerungen und Beschleunigungen, die Anzahl von Bremsungen und Beschleunigungsvorgängen, der Höhe von Geschwindigkeiten, die Höhe von Kräften, Momenten und im Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen sowie Umweltbedingen, beispielsweise Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit, aufgezeichnet werden. Das Nutzungsprofil umfasst damit nicht nur Größen, die durch den Betrieb des Fahrzeugs oder durch den Fahrstil des Triebfahrzeugführers dem Fahrzeug aufgeprägt werden, sondern auch Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturen, Drücke und Luftfeuchtigkeiten, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, oder auch spezielle Einsatzbedingungen, wie Betrieb, Aufsteigungs- und Gefällestrecken oder in Tunneln. Auch der Zustand des Gleiskörpers, soweit er im Fahrzeug erfasst wird, beispielsweise durch Beschleunigungssensoren, kann berücksichtigt werden.
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Das vom Fahrerassistenzsystem 102 ermittelte Nutzungsprofil 100 wird in der in 1 dargestellten Ausführung der Vorrichtung zunächst in einem Belastungsregister 104 abgespeichert. Das Belastungsregister 104 stellt Daten für ein Condition-based Maintenance-System 106 bereit. Das Condition-based Maintenance-System 106 ermittelt aus den im Belastungsregister 104 über die Zeit abgespeicherten Daten, die den zeitlichen Verlauf des Nutzungsprofils 100 wiedergeben, die Auswirkungen der im Belastungsregister 104 abgelegten Belastungen aus dem Nutzungsprofil 100 auf den individuellen Verschleiß einzelner Komponenten.
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Das Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß der wenigstens einen Komponente des Schienenfahrzeugs und/oder die Ausgabe von Wartungsempfehlungen anhand des ermittelten Verschleißes der Komponente kann wie in 1 dargestellt mittels Kennfeldern erfolgen. Beispielsweise kann anhand von in Versuchen oder aus im realen Betrieb aufgenommenen Felddaten in Kennfeldern abgelegt werden, wie sich einzelne Größen des Nutzungsprofils, beispielsweise die Zahl der Bremsungen, auf den Verschleiß einer Komponente, beispielsweise einer Bremsscheibe, auswirkt. Mittels Kennfeldern können auch Wartungsempfehlungen abhängig vom ermittelten Verschleiß einer Komponente ausgegeben werden. Das Ermitteln der Auswirkung des Nutzungsprofils auf den Verschleiß einer Komponente kann jedoch auch mittels Big-Data-Verfahren, beispielsweise mittels künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Die Big-Data-Verfahren, die im Deutschen auch als Massendatenverfahren bezeichnet werden, sind Verfahren, welche zur Auswertung großer und/oder komplexer und/oder schwach strukturierter und/oder sich schnell ändernder Datenmengen verwendet werden können.
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Bei der Ermittlung des Verschleißzustands können auch Rückschlüsse aus dem Beschleunigungs- oder Verzögerungsverhaltens auf den aktuellen Verschleißzustand gezogen werden.
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Das Condition-based Maintenance-System 106 ermittelt in der in 1 dargestellten Ausführung sowohl den aktuellen Verschleiß 108 von Komponenten, und es führt des Weiteren eine Verschleißprognose 108 durch. Die Verschleißprognose 108 trifft Aussagen darüber, zu welchem Zeitpunkt angesichts des bisherigen Nutzungsprofils 100 ein Verschleiß bzw. ein Ausfall einer Komponente zu erwarten ist. Dabei können auch zukünftig gegenüber dem bisherigen Nutzungsprofil 100 veränderte Fahrzeugeinsatzbedingungen oder Fahrzeugbetriebsprofile berücksichtigt werden, so dass auch Aussagen darüber getroffen werden können, wie sich ein veränderter Fahrzeugeinsatz auf den Verschleiß einer Komponente auswirkt. Beispielsweise kann vorhergesagt werden, wie sich der Verschleiß der Komponente entwickelt, wenn die Nutzungsdauer, d. h. die Einsatzdauer des Schienenfahrzeugs gegenüber der bisherigen Einsatzdauer erhöht wird, oder wie sich Geschwindigkeitserhöhungen auf die Entwicklung des Verschleißes einzelner Komponenten auswirken.
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Anhand der prognostizierten Verschleißentwicklung 108 einer Komponente wird ermittelt, zu welchem zukünftigen Zeitpunkt die Komponenten voraussichtlich eine vorgegebene Verschleißgrenze erreichen. Dadurch kann ein Zeitpunkt für die Wartung der Komponenten empfohlen werden. Damit kann vorhergesagt werden, wann unter Zugrundelegung des bisherigen Nutzungsprofils, und gegebenenfalls auch unter Zugrundelegung eines zukünftig veränderten Nutzungsprofils eine Komponente einen Zustand erreicht, in dem die Verschleißgrenzen erreicht werden, so dass ein Austausch einer Komponente erforderlich wird, oder bis zum Austausch einer Komponente eines Fahrzeugs ein Betrieb unter veränderten Betriebsbedingungen erforderlich wird. Anhand des prognostizierten Zeitpunkts, zu dem eine Verschleißgrenze voraussichtlich erreicht wird, und anhand des bisherigen Nutzungsprofils kann ein Zeitpunkt empfohlen werden, an dem eine Wartung der Komponente oder ein Austausch der Komponente erforderlich wird, um einen sicherere Weiterbetrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen. Bei der Empfehlung für den Zeitpunkt für die Wartung der Komponente können eine geforderte Verschleißreserve für die Komponente ein Umlaufplan des Schienenfahrzeugs oder auch festgelegte Wartungsintervalle des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden. Damit erhalten Betriebswerkstätten, Materialwirtschaft und Fahrzeugeinsatzplanung Informationen, wann eine Wartung durchgeführt werden sollte, um einen sicheren Fahrzeugbetrieb sicherzustellen. Diese Wartungsempfehlungen 110 können bei der Einsatzplanung des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Die Empfehlungen können des Weiteren bei der Auslastung von Werkstätten, der Terminierung von Wartungsarbeiten und der Erstellung notwendiger Ersatzteile berücksichtigt werden. Damit ist es möglich, anhand des Nutzungsprofils 100 des Fahrzeugs, ohne separate Sensorik zu erfordern, Aussagen über den Verschleiß und die Verschleißentwicklung von Komponenten zu treffen und damit eine gezielte Wartung des Fahrzeugs abhängig vom tatsächlichen Wartungsbedarf durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Nutzungsprofil
- 102
- Fahrerassistenzsystem
- 103
- Messdaten
- 104
- Belastungsregister
- 106
- Condition-based Maintenance-System
- 108
- Verschleißzustand/Verschleißprognose
- 110
- Wartungsempfehlung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2378248 A [0004]
- GB 2378248 [0005]