AT526691B1

AT526691B1 - Method and system for determining a disturbance torque acting on a wheelset axle of a rail vehicle and rail vehicle

Info

Publication number: AT526691B1
Application number: ATA51012/2022A
Authority: AT
Original assignee: Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2024-06-15
Also published as: WO2024141550A1; AT526691A4; EP4643109A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle (2) eines Schienenfahrzeugs (27) wirkenden Stördrehmoments (MStör_a, MStör_b), insbesondere eines Torsionsmoments (MTors_a, MTors_b) einer Rollierschwingung (13), mit den folgenden Schritten: Erfassen einer Drehbewegung (6a, 6b) der Radsatzwelle (1) durch zumindest einen Sensor (5a, 5b), vorzugsweise an der Radsatzwelle (2); und Bestimmen des Stördrehmoments (MStör_a, MStör_b), vorzugsweise einer Amplitude (A_a, A_b) des Stördrehmoments (MStör_a, MStör_b), aus der Drehbewegung (6a, 6b) mithilfe eines Umrechnungsfaktors (U). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System (51) zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle (2) eines Radsatzes (1) wirkenden Stördrehmoments (MStör_a, MStör_b) sowie ein Schienenfahrzeug (27) mit einem solchen System (51).The invention relates to a method for determining a disturbance torque (MStör_a, MStör_b) acting on a wheelset shaft (2) of a rail vehicle (27), in particular a torsional moment (MTors_a, MTors_b) of a rolling vibration (13), with the following steps: detecting a rotational movement (6a, 6b) of the wheelset shaft (1) by at least one sensor (5a, 5b), preferably on the wheelset shaft (2); and determining the disturbance torque (MStör_a, MStör_b), preferably an amplitude (A_a, A_b) of the disturbance torque (MStör_a, MStör_b), from the rotational movement (6a, 6b) using a conversion factor (U). Furthermore, the invention relates to a system (51) for determining a disturbance torque (MStör_a, MStör_b) acting on a wheelset shaft (2) of a wheelset (1) and to a rail vehicle (27) with such a system (51).

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR BESTIMMUNG EINES AUF EINE RADSATZWELLE EINES SCHIENENFAHRZEUGS WIRKENDEN STORDREHMOMENTS SOWIE SCHIENENFAHRZEUG METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING A TORQUE ACTING ON A WHEELSET SHAFT OF A RAIL VEHICLE AND RAIL VEHICLE

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments, insbesondere eines Torsionsmoments einer Rollierschwingung, sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines SchienenfahrZeugs. [0001] The invention relates to a method for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle, in particular a torsional moment of a rolling vibration, and to a method for controlling and/or regulating a rail vehicle.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments, insbesondere eines Torsionsmoments einer Rollierschwingung, sowie ein Schienenfahrzeug mit einem solchen System. [0002] Furthermore, the invention relates to a system for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle, in particular a torsional moment of a rolling vibration, and to a rail vehicle with such a system.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

[0003] Im Betrieb von Schienenfahrzeugen können an den Radsätzen Kräfte und Drehmomente auftreten, die unerwünschte Bewegungen verursachen und den Betrieb des Schienenfahrzeugs einschränken oder gar zu Beschädigungen bzw. Verschleiß führen können. Ein Beispiel für derartige unerwünschte Bewegungen sind Rollierschwingungen, die direkt an den Radsätzen auftreten und zu Torsionen der betreffenden Radsatzwellen führen. Die dabei auftretenden Torsionsmomente können sehr hoch sein und, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden, oberhalb von 100 kNm liegen, was zu starken Belastung des betreffenden Radsatzes und zu erhöhtem Verschleiß führen kann. Die Frequenz von Rollierschwingungen ist insbesondere von der Geometrie und Massenverteilung des betreffenden Radsatzes unter Berücksichtigung der Räder, Zahnräder und Bremsscheiben etc. abhängig und liegt meist im Bereich zwischen 60 Hz und 150 Hz. Da die Aufschwingzeiten von Rollierschwingungen in der Regel sehr kurz sind und oftmals unter 500 ms liegen, ist es schwierig, diese Art von Bewegung des Radsatzes frühzeitig zu erkennen, was jedoch wesentlich ist, um rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten und erhöhten Verschleiß und Beschädigungen am Radsatz zu vermeiden. [0003] During operation of rail vehicles, forces and torques can occur on the wheel sets that cause undesirable movements and limit the operation of the rail vehicle or even lead to damage or wear. An example of such undesirable movements are rolling vibrations that occur directly on the wheel sets and lead to torsions of the relevant wheel set shafts. The torsional moments that occur can be very high and, if no countermeasures are taken, can be above 100 kNm, which can lead to heavy loads on the relevant wheel set and increased wear. The frequency of rolling vibrations depends in particular on the geometry and mass distribution of the wheelset in question, taking into account the wheels, gears and brake discs, etc., and is usually in the range between 60 Hz and 150 Hz. Since the build-up times of rolling vibrations are usually very short and often less than 500 ms, it is difficult to detect this type of movement of the wheelset at an early stage, which is, however, essential in order to initiate appropriate countermeasures in good time and to avoid increased wear and damage to the wheelset.

[0004] Rollierschwingungen können unter anderem beim Anfahren oder Bremsen eines Schienenfahrzeugs auftreten. Eine Gegenmaßnahme, um die unerwünschten Bewegungen zu verhindern, ist daher zum Beispiel das Reduzieren der Beschleunigung des Schienenfahrzeugs beim Anfahren, was jedoch den Betrieb des Schienenfahrzeugs einschränkt. [0004] Rolling vibrations can occur, among other things, when a rail vehicle starts or brakes. One countermeasure to prevent the undesirable movements is therefore, for example, to reduce the acceleration of the rail vehicle when starting, which, however, restricts the operation of the rail vehicle.

[0005] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Auftreten von Rollierschwingungen mit Hilfe von Sensoren zu detektieren. In EP 3 064 793 A1 ist ein Bewegungssensorsystem für Schienenfahrzeuge offenbart, das mehrere Drehbewegungssensoren aufweist und eine Detektion von Rollierschwingungen ermöglicht. Ein Inkrementalgeber kann zur Ausgabe eines Rolliersignals eingerichtet sein. Mit dem Sensorsystem der EP 3 064 793 A1 ist es allerdings nicht möglich, die Torsionsmomente der detektierten Rollierschwingung zu bestimmen. Somit kann zwar eine Rollierschwingung als solches erkannt und eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden - die getroffene Gegenmaßnahme kann jedoch nicht an die Höhe der auftretenden Torsionsmomente angepasst werden. Wenn die auftretenden Torsionsmomente an einem Radsatz sehr groß sind, kann es nämlich notwendig sein, umgehend weitere Gegenmaßnahmen zu treffen, um Beschädigungen am Schienenfahrzeug zu vermeiden. Wenn die Torsionsmomente hingegen sehr klein sind, können auch gar keine oder nur gelinde, den Betrieb des Schienenfahrzeugs kaum einschränkende Gegenmaßnahmen, wie eine nur geringfügige Reduktion der Beschleunigung, erforderlich sein. Mit dem Bewegungssensorsystem der EP 3 064 793 A1 kann aufgrund fehlender Kenntnis über die Höhe der Torsionsmomente nachteiligerweise keine Entscheidung getroffen werden, welche Gegenmaßnahmen zur Unterdrückung von Rollierschwingungen vorgenommen werden müssen, ohne den Betrieb des Schienenfahrzeugs mehr als erforderlich einzuschränken. Im Lichte dieser Ausführungen wäre es daher wünschenswert, die Höhe der Torsionsmomente [0005] It is known from the prior art to detect the occurrence of rolling vibrations with the aid of sensors. EP 3 064 793 A1 discloses a motion sensor system for rail vehicles which has several rotary motion sensors and enables rolling vibrations to be detected. An incremental encoder can be set up to output a rolling signal. However, the sensor system of EP 3 064 793 A1 does not make it possible to determine the torsional moments of the detected rolling vibration. This means that a rolling vibration can be recognized as such and countermeasures can be initiated - however, the countermeasures taken cannot be adapted to the level of the torsional moments occurring. If the torsional moments occurring on a wheel set are very large, it may be necessary to take further countermeasures immediately to avoid damage to the rail vehicle. If, however, the torsional moments are very small, no countermeasures or only mild countermeasures that barely restrict the operation of the rail vehicle, such as only a slight reduction in acceleration, may be necessary. Due to a lack of knowledge about the level of the torsional moments, the motion sensor system of EP 3 064 793 A1 is disadvantageous in not being able to make a decision as to which countermeasures need to be taken to suppress rolling vibrations without restricting the operation of the rail vehicle more than necessary. In light of these statements, it would therefore be desirable to determine the level of the torsional moments

von Rollierschwingungen bestimmen zu können, um im Falle von Rollierschwingungen entsprechend angepasste Gegenmaßnahmen treffen zu können. of rolling vibrations in order to be able to take appropriate countermeasures in the event of rolling vibrations.

[0006] Aus dem Stand der Technik ist weiters bekannt, allgemein zur Messung von Drehmomenten Dehnmessstreifen (DMS) einzusetzen. Das Applizieren von DMS an Radsätzen von Schienenfahrzeugen ist jedoch aufwendig und die Messergebnisse sind nach längeren Betriebszeiten fehleranfällig. Darüber hinaus können sich die DMS im Laufe des Betriebs ablösen. Die DMS müssten daher regelmäßig kontrolliert werden, was einen zusätzlichen Aufwand darstellt. Nachteilig ist auch, dass die DMS an der sich drehenden Radsatzwelle mit Energie versorgt und die gemessenen Daten von den DMS an eine Verarbeitungseinheit übertragen werden müssen, was mit einem hohen konstruktiven bzw. technischen Aufwand verbunden ist. [0006] It is also known from the prior art to generally use strain gauges to measure torques. However, applying strain gauges to wheel sets of rail vehicles is complex and the measurement results are prone to errors after longer periods of operation. In addition, the strain gauges can become detached during operation. The strain gauges would therefore have to be checked regularly, which represents an additional expense. Another disadvantage is that the strain gauges on the rotating wheel set shaft must be supplied with energy and the measured data must be transmitted from the strain gauges to a processing unit, which involves a high level of design and technical effort.

Aus DE 26 39 737 A1 ist eine Schleuderschutzvorrichtung für Schienenfahrzeuge bekannt, wobei Torsionsschwingungen eines Radsatzes durch Messung der Deformation zwischen Radsatzlager und Laufwerkrahmen erfasst werden. From DE 26 39 737 A1, an anti-skid device for rail vehicles is known, in which torsional vibrations of a wheelset are detected by measuring the deformation between the wheelset bearing and the running gear frame.

EP 3 001 200 A1 offenbart Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion von Rollierschwingungen einer Radachse eines Schienenfahrzeugs anhand direkter Messung der Drehzahl der Achse bzw. deren periodischer Schwankung. EP 3 001 200 A1 discloses devices and methods for detecting rolling vibrations of a wheel axle of a rail vehicle by directly measuring the rotational speed of the axle or its periodic fluctuation.

Schließlich sind aus DE 10 2012 202 606 B3 Prüfvorrichtungen und - verfahren zur Untersuchung von Torsionsschwingungen an Radsätzen bekannt. Finally, test devices and methods for investigating torsional vibrations on wheel sets are known from DE 10 2012 202 606 B3.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0007] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu lindern oder gar gänzlich zu beseitigen. Vorzugsweise ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Verfügung zu stellen, mit denen ein auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkendes Stördrehmoment, insbesondere ein Torsionsmoment einer Rollierschwingung, bestimmt werden kann. [0007] It is therefore the object of the present invention to alleviate the disadvantages of the prior art or even to eliminate them completely. Preferably, the object of the present invention is to provide a method and a system with which a disturbance torque acting on a wheel set shaft of a rail vehicle, in particular a torsional moment of a rolling vibration, can be determined.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein System nach Anspruch 11. Das Verfahren nach Anspruch 1 kann bei einem Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 10 eingesetzt werden. Das System nach Anspruch 11 kann bei einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 12 eingesetzt werden. [0008] This object is achieved by a method according to claim 1 and by a system according to claim 11. The method according to claim 1 can be used in a method for controlling and/or regulating a rail vehicle according to claim 10. The system according to claim 11 can be used in a rail vehicle according to claim 12.

[0009] Das Verfahren nach Anspruch 1 weist die folgenden Schritte auf: [0009] The method according to claim 1 comprises the following steps:

Erfassen einer Drehbewegung der Radsatzwelle durch zumindest einen Sensor, vorzugsweise an der Radsatzwelle; und Detecting a rotational movement of the wheelset shaft by at least one sensor, preferably on the wheelset shaft; and

Bestimmen des Stördrehmoments, vorzugsweise einer Amplitude des Stördrehmoments, aus der Drehbewegung mithilfe eines Umrechnungsfaktors. Determining the disturbance torque, preferably an amplitude of the disturbance torque, from the rotational movement using a conversion factor.

[0010] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen der Drehbewegung der Radsatzwelle und dem auftretenden Stördrehmoment ein Zusammenhang besteht, der mithilfe eines Umrechnungsfaktors ausgedrückt werden kann. Auf Basis der Kenntnis der Drehbewegung der Radsatzwelle kann somit das Stördrehmoment, insbesondere eine Höhe des Stördrehmoments, an der Radsatzwelle bestimmt werden, ohne eine direkte und vergleichsweise aufwendige Drehmomentmessung vornehmen zu müssen. Vorteil der Erfindung ist daher, dass das Stördrehmoment über die technisch einfacher zu erfassende Drehbewegung der Radsatzwelle, beispielsweise über die Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit der Radsatzwelle, bestimmt werden kann. Die Drehbewegung der Radsatzwelle kann mithilfe des zumindest einen Sensors, der vorzugsweise an der Radsatzwelle angeordnet ist, erfasst werden. [0010] The invention is based on the knowledge that there is a relationship between the rotary motion of the wheelset shaft and the disturbance torque that occurs, which can be expressed using a conversion factor. Based on the knowledge of the rotary motion of the wheelset shaft, the disturbance torque, in particular the magnitude of the disturbance torque, on the wheelset shaft can be determined without having to carry out a direct and comparatively complex torque measurement. The advantage of the invention is therefore that the disturbance torque can be determined via the rotary motion of the wheelset shaft, which is technically easier to detect, for example via the angular position or angular velocity of the wheelset shaft. The rotary motion of the wheelset shaft can be detected using at least one sensor, which is preferably arranged on the wheelset shaft.

[0011] Der Sensor kann beispielsweise die Position, insbesondere die Winkelposition, und/oder die Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, und/oder die Beschleunigung, insbesondere die Winkelbeschleunigung, der Radsatzwelle direkt oder indirekt als Drehbewegung erfassen. Die Drehbewegung kann durch einen zeitlichen Verlauf der (Winkel-)Position, der (Winkel-)Geschwindigkeit und/oder der (Winkel-)Beschleunigung gebildet sein. Da die (Winkel-) Position, (Winkel-)Geschwindigkeit und (Winkel-)Beschleunigung über die zeitliche Ableitung miteinander verknüpft sind, kann auch eine Umrechnung zwischen den Größen mittels zeitlicher Ableitung oder zeitlicher Integration erfolgen. Die Drehbewegung kann als kontinuierlicher oder [0011] The sensor can, for example, detect the position, in particular the angular position, and/or the speed, in particular the angular speed, and/or the acceleration, in particular the angular acceleration, of the wheel set shaft directly or indirectly as a rotary movement. The rotary movement can be formed by a temporal progression of the (angular) position, the (angular) speed and/or the (angular) acceleration. Since the (angular) position, (angular) speed and (angular) acceleration are linked to one another via the temporal derivative, a conversion between the variables can also be carried out by means of temporal derivative or temporal integration. The rotary movement can be a continuous or

diskreter zeitlicher Verlauf erfasst und dargestellt werden. Der zeitliche Verlauf beinhaltet eine direkte oder indirekte Anderung der Position, insbesondere der Winkelposition, der Radsatzwelle. discrete temporal progression can be recorded and displayed. The temporal progression includes a direct or indirect change in the position, in particular the angular position, of the wheelset shaft.

[0012] Der Sensor kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Inkrementalgeber ausgebildet sein. Der Inkrementalgeber kann die Winkelposition und/oder deren Anderung der Radsatzwelle erfassen und daraus die Winkelgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch die Winkelbeschleunigung ableiten. Im Allgemeinen kann der Sensor ein stationäres Sensorteil und ein gegenüber dem stationären Sensorteil bewegliches Sensorteil, das an der Radsatzwelle oder an einem damit drehfest verbundenen Element montiert ist, aufweisen. Das bewegliche Sensorteil, das auch als Rotor des Sensors bezeichnet werden kann, kann die Drehbewegung der Radsatzwelle mitmachen. Die Bewegung des Rotors kann vom stationären Sensorteil, das auch als Sensorkopf bezeichnet werden kann, erfasst werden. Der Sensorkopf kann an einem Rahmen oder Fahrgestell des Schienenfahrzeugs befestigt sein. Bei dem Rotor des Sensors kann es sich beispielsweise um einen Ring handeln, der entlang seines Umfangs mit voneinander beabstandeten Codierungen versehen ist. Die Codierungen können zum Beispiel magnetische oder optische Markierungen sein. Die Codierungen des Rings können vom Sensorkopf erfasst werden, beispielsweise im Falle von magnetischen Markierungen durch eine magnetische Erfassungseinheit, vorzugsweise einer Spule, oder im Falle von optischen Markierungen durch eine optische Erfassungseinheit, vorzugsweise ein optisches Sensorelement. [0012] In one embodiment of the invention, the sensor can be designed as an incremental encoder. The incremental encoder can detect the angular position and/or its change of the wheel set shaft and derive the angular velocity and possibly also the angular acceleration from this. In general, the sensor can have a stationary sensor part and a sensor part that is movable relative to the stationary sensor part and is mounted on the wheel set shaft or on an element connected to it in a rotationally fixed manner. The movable sensor part, which can also be referred to as the rotor of the sensor, can follow the rotational movement of the wheel set shaft. The movement of the rotor can be detected by the stationary sensor part, which can also be referred to as the sensor head. The sensor head can be attached to a frame or chassis of the rail vehicle. The rotor of the sensor can be, for example, a ring that is provided with codes spaced apart from one another along its circumference. The codes can be, for example, magnetic or optical markings. The codings of the ring can be detected by the sensor head, for example in the case of magnetic markings by a magnetic detection unit, preferably a coil, or in the case of optical markings by an optical detection unit, preferably an optical sensor element.

[0013] Der Sensor ist in Längsrichtung der Radsatzwelle gesehen bevorzugt von der Mitte der Radsatzwelle beabstandet, weil dort typischerweise ein Knotenpunkt der Rollierschwingung liegt und daher in der Mitte der Radsatzwelle Rollierschwingungen nicht erfasst werden könnten. Vorteilhaft ist daher, wenn der Sensor in einem Endbereich der Radsatzwelle, insbesondere an einem Ende der Radsatzwelle angeordnet ist, weil dort die Verwindung der Radsatzwelle am größten ist. Mithilfe des Umrechnungsfaktors und der erfassten Drehbewegung kann das Stördrehmoment bestimmt werden. Der Umrechnungsfaktor verknüpft die Drehbewegung, insbesondere eine Winkelgeschwindigkeit oder eine damit in Verbindung stehende Größe, wie etwa eine Winkelposition oder Winkelbeschleunigung, mit dem Stördrehmoment. [0013] The sensor is preferably spaced apart from the center of the wheelset shaft in the longitudinal direction of the wheelset shaft because this is typically where a nodal point for the rolling vibrations is located and therefore rolling vibrations cannot be detected in the center of the wheelset shaft. It is therefore advantageous if the sensor is arranged in an end region of the wheelset shaft, in particular at one end of the wheelset shaft, because this is where the twisting of the wheelset shaft is greatest. The disturbance torque can be determined using the conversion factor and the detected rotational movement. The conversion factor links the rotational movement, in particular an angular velocity or a quantity associated with it, such as an angular position or angular acceleration, with the disturbance torque.

[0014] Bevorzugt ist dabei, wenn zur Bestimmung des Stördrehmoments nur ein beschränktes Frequenzintervall der Drehbewegung, in dem Rollierschwingungen typischerweise hauptsächlich auftreten, herangezogen wird. Ein solches Frequenzintervall kann beispielsweise zwischen 60 Hz und 150 Hz oder zwischen 80 Hz und 140 Hz liegen. Auf diese Weise können Bewegungsanteile, die nicht mit der Rollierschwingung in Zusammenhang stehen, von der erfassten Drehbewegung herausgefiltert werden. Die erste Eigenform der Torsion aufgrund einer Rollierschwingung weist bei gattungstypischen Radsätzen eine (Eigen-)Frequenz in den angegebenen Frequenzintervallen auf. Bevorzugt wird als Stördrehmoment zumindest das Torsionsmoment der ersten Eigenform der Torsion der Radsatzwelle oder des Radsatzes erfasst. Rollierschwingungen können darüber hinaus bei Verwendung nur eines einzelnen Sensors dadurch erkannt werden, dass eine Drehbewegung in diesem Frequenzbereich vorliegt. [0014] It is preferred if only a limited frequency interval of the rotary motion, in which rolling vibrations typically mainly occur, is used to determine the disturbance torque. Such a frequency interval can be, for example, between 60 Hz and 150 Hz or between 80 Hz and 140 Hz. In this way, movement components that are not related to the rolling vibration can be filtered out of the detected rotary motion. The first eigenform of the torsion due to a rolling vibration has a (natural) frequency in the specified frequency intervals for typical wheel sets. Preferably, at least the torsional moment of the first eigenform of the torsion of the wheel set shaft or the wheel set is detected as the disturbance torque. Rolling vibrations can also be detected when using only a single sensor by the fact that a rotary motion is present in this frequency range.

[0015] Durch Verwendung von zwei Sensoren, insbesondere an gegenüberliegenden Endbereichen der Radsatzwelle, können Rollierschwingungen eindeutig erkannt werden und Fehlbestimmungen vermieden werden, weil die Endbereiche der Radsatzwelle durch die Torsionsbewegung in unterschiedliche Richtungen verwunden werden. Das Verfahren funktioniert jedoch auch bei Verwendung eines einzigen Sensors. Durch Verwendung von zwei Sensoren können somit Fehlerkennungen von Rollierschwingungen vermieden werden. Der Umrechnungsfaktor kann eine reelle Zahl sein und gibt eine Relation zwischen der Drehbewegung der Radsatzwelle und dem Stördrehmoment an. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt der Umrechnungsfaktor eine Relation zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Radsatzwelle und dem Stördrehmoment, insbesondere dem Torsionsmoment einer Rollierschwingung, an. Der Umrechnungsfaktor besitzt in diesem Fall die Einheit Nm/(rad/s). Da, wie oben erläutert, ein mathematischer Zusammenhang zwischen der (Winkel-) Position, der (Winkel-)Geschwindigkeit und der (Winkel-)Beschleunigung besteht, kann der Umrechnungsfaktor auch eine Relation zwischen einer der genannten anderen Größen (oder einer noch höheren zeitlichen Ableitung) und dem Stördrehmoment bilden. [0015] By using two sensors, in particular at opposite end areas of the wheelset shaft, rolling vibrations can be clearly detected and incorrect determinations avoided because the end areas of the wheelset shaft are twisted in different directions by the torsional movement. However, the method also works when using a single sensor. By using two sensors, incorrect detections of rolling vibrations can thus be avoided. The conversion factor can be a real number and indicates a relationship between the rotational movement of the wheelset shaft and the disturbance torque. In a preferred embodiment, the conversion factor indicates a relationship between the angular velocity of the wheelset shaft and the disturbance torque, in particular the torsional moment of a rolling vibration. In this case, the conversion factor has the unit Nm/(rad/s). Since, as explained above, there is a mathematical relationship between the (angular) position, the (angular) velocity and the (angular) acceleration, the conversion factor can also form a relationship between one of the other quantities mentioned (or an even higher time derivative) and the disturbance torque.

[0016] Wenn zwei Sensoren an der Radsatzwelle verwendet werden, kann das Stördrehmoment auch auf Basis einer Differenz der durch die Sensoren erfassten Drehbewegungen bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Differenz zwischen den von den Sensoren erfassten Winkelpositionen bestimmt und auf deren Basis das Stördrehmoment bestimmt werden. In diesem Fall kann der Umrechnungsfaktor auf Basis der Torsionsfedersteifigkeit ermittelt werden oder durch diese gebildet sein. Mithilfe des Umrechnungsfaktors kann aus einem zeitlichen Verlauf der Drehbewegung ein zeitlicher Verlauf des Stördrehmoments ermittelt werden. Die Höhe des Umrechnungsfaktors hängt unter anderem von der Geometrie des Radsatzes, dem Material des Radsatzes und der Massenverteilung des Radsatzes ab. Ein Radsatz eines Schienenfahrzeugs kann eine Radsatzwelle, zumindest zwei Räder und gegebenenfalls zumindest ein Zahnrad aufweisen. [0016] If two sensors are used on the wheelset shaft, the disturbance torque can also be determined on the basis of a difference in the rotational movements detected by the sensors. For example, a difference between the angular positions detected by the sensors can be determined and the disturbance torque can be determined on the basis of this. In this case, the conversion factor can be determined on the basis of the torsional spring stiffness or can be formed by it. Using the conversion factor, a temporal progression of the disturbance torque can be determined from a temporal progression of the rotational movement. The level of the conversion factor depends, among other things, on the geometry of the wheelset, the material of the wheelset and the mass distribution of the wheelset. A wheelset of a rail vehicle can have a wheelset shaft, at least two wheels and, if necessary, at least one gear.

[0017] Bei dem Umrechnungsfaktor kann es sich um eine unveränderliche oder eine zeitlich veränderliche Größe handeln. Wenn der Umrechnungsfaktor eine veränderliche Größe ist, kann dieser an eine veränderte Massenverteilung und Geometrie des Radsatzes angepasst werden, um einen allfälligen Verschleiß des Radsatzes zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann das Stördrehmoment über die Lebensdauer des Radsatzes mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der Umrechnungsfaktor kann mit der Drehbewegung verknüpft, insbesondere multipliziert, werden, um das Stördrehmoment zu erhalten. [0017] The conversion factor can be a fixed or a variable that changes over time. If the conversion factor is a variable, it can be adapted to a changed mass distribution and geometry of the wheelset in order to take into account any wear of the wheelset. In this way, the disturbance torque can be determined with high accuracy over the service life of the wheelset. The conversion factor can be linked to the rotational movement, in particular multiplied, in order to obtain the disturbance torque.

[0018] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehbewegung durch eine Winkelposition, eine Winkelgeschwindigkeit, eine Winkelbeschleunigung der Radsatzwelle oder eine damit in Beziehung stehende, vorzugsweise proportionale, Größe repräsentiert wird. Der Umrechnungsfaktor besitzt beispielsweise im Falle der Erfassung der Drehbewegung als Winkelgeschwindigkeit die Einheit Nm/(rad/s). Der Umrechnungsfaktor kann bei einem beispielhaften Radsatz zwischen 25 000 Nm/(rad/s) und 30 000 Nm/(rad/s) liegen, wenn die Drehbewegung als Winkelgeschwindigkeit erfasst wird. Die Winkelgeschwindigkeit bzw. die anderen Größen können direkt oder indirekt durch den Sensor gemessen werden. Beispielsweise kann die Winkelposition der Radsatzwelle gemessen werden und durch zeitliche Ableitung die Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung bestimmt werden. [0018] In a preferred embodiment of the invention, the rotary motion is represented by an angular position, an angular velocity, an angular acceleration of the wheelset shaft or a related, preferably proportional, quantity. For example, if the rotary motion is recorded as an angular velocity, the conversion factor has the unit Nm/(rad/s). For an exemplary wheelset, the conversion factor can be between 25,000 Nm/(rad/s) and 30,000 Nm/(rad/s) if the rotary motion is recorded as an angular velocity. The angular velocity or the other quantities can be measured directly or indirectly by the sensor. For example, the angular position of the wheelset shaft can be measured and the angular velocity or angular acceleration can be determined by time derivation.

[0019] In einem anderen Beispiel kann der Sensor die Änderung der Winkelposition der Radsatzwelle messen und die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung ausgeben. Alternativ kann der Sensor auch die Winkelbeschleunigung messen und die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelposition durch zeitliche Integration der Winkelbeschleunigung ermittelt werden. Die Winkelposition, Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung können als zeitlicher Verlauf bestimmt und dargestellt werden. Aufgrund mathematischer Zusammenhänge ist es für die Erfindung letztlich nicht ausschlaggebend, welche der Größen Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung gemessen wird. Beispielsweise stehen Winkelposition und Winkelbeschleunigung mit der Winkelgeschwindigkeit über die zeitliche Integration bzw. Ableitung in Beziehung. Anstelle der Winkelgeschwindigkeit kann die Drehbewegung daher auch durch die Winkelposition oder Winkelbeschleunigung, insbesondere deren zeitliche Verläufe, repräsentiert werden. [0019] In another example, the sensor can measure the change in the angular position of the wheel set shaft and output the angular velocity or the angular acceleration. Alternatively, the sensor can also measure the angular acceleration and the angular velocity or the angular position can be determined by integrating the angular acceleration over time. The angular position, angular velocity or angular acceleration can be determined and displayed as a time profile. Due to mathematical relationships, it is ultimately not crucial for the invention which of the variables position, speed and acceleration is measured. For example, angular position and angular acceleration are related to the angular velocity via the time integration or derivation. Instead of the angular velocity, the rotational movement can therefore also be represented by the angular position or angular acceleration, in particular their time profiles.

[0020] Bevorzugt ist, wenn ein Sensorsignal des Sensors insbesondere vor Bestimmung des Stördrehmoments einer Signalverarbeitung zugeführt wird, um einen vom Stördrehmoment verursachten Anteil der Drehbewegung zu extrahieren, vorzugsweise wobei die Signalverarbeitung aufweist: [0020] It is preferred if a sensor signal of the sensor is fed to a signal processing unit, in particular before determining the disturbance torque, in order to extract a portion of the rotational movement caused by the disturbance torque, preferably wherein the signal processing unit comprises:

eine Bandpassfilterung, um Frequenzen oberhalb und unterhalb eines Bereichs von zu erwartenden Frequenzen des Stördrehmoments zu unterdrücken, und/oder a bandpass filter to suppress frequencies above and below a range of expected frequencies of the disturbance torque, and/or

eine Gleichrichtung und/oder a rectification and/or

eine Tiefpassfilterung. a low-pass filter.

[0021] Durch die Signalverarbeitung können Signalanteile, die nicht der Drehbewegung zufolge des Stördrehmoments zuzuordnen sind, unterdrückt werden. „Extrahieren“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Signalanteile von der Signalverarbeitung nicht unterdrückt, sondern für die Weiterverarbeitung verwendet werden. Da zu bestimmende Stördrehmomente, insbesondere Torsionsmomente von Rollierschwingungen, meist in bestimmten Frequenzbereichen auftreten, ist es vorteilhaft, Signalanteile anderer Frequenzen außerhalb dieses Frequenzbereichs heraus-[0021] Signal processing can suppress signal components that cannot be attributed to the rotational movement due to the disturbance torque. In this context, "extraction" means that signal components are not suppressed by the signal processing, but are used for further processing. Since disturbance torques to be determined, in particular torsional moments of rolling vibrations, usually occur in certain frequency ranges, it is advantageous to extract signal components of other frequencies outside this frequency range.

zufiltern bzw. zu unterdrücken. Rollierschwingungen, insbesondere Torsionsmomente der ersten Eigenform einer Torsion der Radsatzwelle, treten typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen 60 und 150 Hz auf, insbesondere zwischen 80 Hz und 140 Hz. Aus diesem Grund kann eine insbesondere digitale Bandpassfilterung vorgesehen sein, die Frequenzen oberhalb und unterhalb dieses Frequenzbereichs im Wesentlichen unterdrückt. Der Bereich der zu erwartenden Frequenzen des Torsionsmoments von Rollierschwingungen liegt vorzugsweise daher zwischen 60 Hz und 150 Hz, insbesondere zwischen 80 Hz und 140 Hz. Durch die Wahl eines Frequenzbereiches können auch dann noch Stördrehmomente bestimmt werden, wenn sich die (Eigen-) Frequenzen der Rollierschwingungen aufgrund der Abnutzung des Radsatzes an den Rädern ändern. Die erste und wichtigste Eigenform der Torsion aufgrund einer Rollierschwingung weist bei gattungstypischen Radsätzen (Eigen-) Frequenzen zwischen 60 Hz und 150 Hz, insbesondere zwischen 80 Hz und 140 Hz, auf. to filter or suppress. Rolling vibrations, in particular torsional moments of the first eigenform of a torsion of the wheelset shaft, typically occur in a frequency range between 60 and 150 Hz, in particular between 80 Hz and 140 Hz. For this reason, a bandpass filter, in particular digital, can be provided, which essentially suppresses frequencies above and below this frequency range. The range of the expected frequencies of the torsional moment of rolling vibrations is therefore preferably between 60 Hz and 150 Hz, in particular between 80 Hz and 140 Hz. By selecting a frequency range, disturbance torques can still be determined even if the (natural) frequencies of the rolling vibrations change due to wear of the wheelset on the wheels. The first and most important eigenform of torsion due to rolling vibration has (natural) frequencies between 60 Hz and 150 Hz, in particular between 80 Hz and 140 Hz, for typical wheel sets.

[0022] Die Signalverarbeitung kann auch eine Gleichrichtung der erfassten Drehbewegung sowie eine anschließende Tiefpassfilterung zur Filterung unerwünschter Frequenzen umfassen. Auf diese Weise kann aus dem zeitlichen Verlauf der Drehbewegung ein positiver Wert, insbesondere eine Amplitude, erhalten werden, der die Drehbewegung repräsentiert. Wenn die Drehbewegung beispielsweise durch eine Winkelgeschwindigkeit repräsentiert wird, wird durch die Signalverarbeitung eine Winkelgeschwindigkeitsamplitude der unerwünschten Bewegung, insbesondere einer Rollierschwingung, bestimmt. Die Amplitude kann in Form einer Einhüllenden der Drehbewegung vorliegen. Die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung kann zwischen 8 Hz und 20 Hz, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 15 Hz, beispielsweise bei 12 Hz, liegen. Der nach der Signalverarbeitung erhaltene Wert kann mit dem Umrechnungsfaktor verknüpft, insbesondere multipliziert, werden, um das Stördrehmoment zu erhalten. Es ist möglich, den Umrechnungsfaktor zuerst mit dem Signal zu verknüpfen und anschließend das Signal der Signalverarbeitung zuzuführen. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Signalverarbeitung vor der Verknüpfung mit dem Umrechnungsfaktor durchgeführt wird. Die Signalverarbeitung kann, aber muss nicht in der angegebenen Reihenfolge -zuerst die Bandpassfilterung, anschließend die Gleichrichtung und schließlich die Tiefpassfilterung - erfolgen. [0022] The signal processing can also include a rectification of the detected rotary movement and a subsequent low-pass filtering to filter out unwanted frequencies. In this way, a positive value, in particular an amplitude, which represents the rotary movement can be obtained from the temporal course of the rotary movement. If the rotary movement is represented by an angular velocity, for example, the signal processing determines an angular velocity amplitude of the unwanted movement, in particular a rolling oscillation. The amplitude can be in the form of an envelope of the rotary movement. The cutoff frequency of the low-pass filtering can be between 8 Hz and 20 Hz, preferably between 10 Hz and 15 Hz, for example 12 Hz. The value obtained after the signal processing can be linked to the conversion factor, in particular multiplied, in order to obtain the disturbance torque. It is possible to first link the conversion factor to the signal and then feed the signal to the signal processing. However, it is preferred if the signal processing is carried out before the linking to the conversion factor. The signal processing can, but does not have to, be carried out in the order given - first the bandpass filtering, then the rectification and finally the lowpass filtering.

[0023] Da die Filter der Signalverarbeitung eine unerwünschte Signaldämpfung einführen können, kann es günstig sein, wenn das Sensorsignal insbesondere nach der Signalverarbeitung mit einem Skalierungsfaktor verknüpft wird, um eine Dämpfung der Signalverarbeitung im Wesentlichen zu kompensieren. Dadurch werden Fehler bei der Bestimmung des Stördrehmoments vermieden. Die Höhe des Skalierungsfaktors hängt von der Dämpfung durch die einzelnen Filter ab, d.h. aus dem Verhältnis des Betrags des Signals am Eingang und am Ausgang eines Filters. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Filter oder Elemente der Signalverarbeitung (Bandpassfilterung, Tiefpassfilterung und/oder Gleichrichtung) so zu skalieren, dass keine Dämpfung eingeführt wird und daher kein separater Skalierungsfaktor erforderlich ist. In diesem Fall wird die Einhüllende der Winkelgeschwindigkeitsamplitude durch Skalierung der Filter oder Elemente der Signalverarbeitung im Durchlassbereich der Filter bereits ausreichend genau ermittelt. Die Verknüpfung des Skalierungsfaktors mit dem Sensorsignal kann insbesondere durch Multiplikation erfolgen. Wenn die Filter der Signalverarbeitung normiert sind und keine Dämpfung einführen, kann auf den Skalierungsfaktor verzichtet werden bzw. kann der Skalierungsfaktor 1 sein. Es ist auch möglich, dass der Skalierungsfaktor in dem Umrechnungsfaktor enthalten ist. In einem Beispiel kann der Wert des Skalierungsfaktors zwischen 1 und 2 liegen. [0023] Since the signal processing filters can introduce undesirable signal attenuation, it can be advantageous if the sensor signal is linked to a scaling factor, particularly after signal processing, in order to essentially compensate for any attenuation of the signal processing. This avoids errors in determining the disturbance torque. The level of the scaling factor depends on the attenuation by the individual filters, i.e. on the ratio of the magnitude of the signal at the input and the output of a filter. However, it is also possible to scale the individual filters or elements of the signal processing (bandpass filtering, lowpass filtering and/or rectification) in such a way that no attenuation is introduced and therefore no separate scaling factor is required. In this case, the envelope of the angular velocity amplitude is already determined sufficiently accurately by scaling the filters or elements of the signal processing in the passband of the filters. The scaling factor can be linked to the sensor signal in particular by multiplication. If the signal processing filters are normalized and do not introduce attenuation, the scaling factor can be omitted or the scaling factor can be 1. It is also possible that the scaling factor is included in the conversion factor. In one example, the value of the scaling factor can be between 1 and 2.

[0024] Das Sensorsignal kann insbesondere nach der Signalverarbeitung mit dem Umrechnungsfaktor verknüpft, insbesondere multipliziert, werden, um das Stördrehmoment, vorzugsweise eine Amplitude des Stördrehmoments, insbesondere eine Amplitude einer Einhüllenden des Stördrehmoments, zu erhalten. Wenn sich eine Amplitude des auf die Radsatzwelle wirkenden Stördrehmoments ändert, ändert sich auch die Drehbewegung, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, und damit das Sensorsignal und auch das mittels des Verfahrens bestimmte Stördrehmoment. Dadurch kann stets das aktuelle Stördrehmoment bestimmt werden. Der Umrechnungsfaktor kann zeitlich konstant oder veränderlich sein. Wenn eine Bandpassfilterung mit einer oberen und unteren Grenzfrequenz, eine Gleichrichtung und eine anschließende Tiefpassfilte-[0024] The sensor signal can be linked, in particular multiplied, with the conversion factor, in particular after signal processing, in order to obtain the disturbance torque, preferably an amplitude of the disturbance torque, in particular an amplitude of an envelope of the disturbance torque. If an amplitude of the disturbance torque acting on the wheel set shaft changes, the rotational movement, in particular the angular velocity, and thus the sensor signal and also the disturbance torque determined by means of the method also change. This means that the current disturbance torque can always be determined. The conversion factor can be constant or variable over time. If a bandpass filter with an upper and lower limit frequency, a rectification and a subsequent lowpass filter

rung auf das Sensorsignal angewendet werden, wird eine Einhüllende der Drehbewegung, vorzugsweise eine Einhüllende der Winkelgeschwindigkeit oder einer anderen damit in Zusammenhang stehenden Größe, in Folgefolge der Rollierschwingung erfasst und verarbeitet. Dementsprechend wird in diesem Fall auch eine Einhüllende des Stördrehmoments erhalten. Wenn die Drehbewegung als Winkelgeschwindigkeit erfasst und verarbeitet wird, kann der Umrechnungsfaktor bei einem gattungstypischen Radsatz zwischen 25 000 Nm/(rad/s) und 30 000 Nm/(rad/s) liegen. Der Umrechnungsfaktor kann der Torsionsfedersteifigkeit der Radsatzwelle entsprechen oder daraus abgeleitet werden, wenn das Stördrehmoment, insbesondere ein Torsionsmoment, auf Basis einer Differenz der von zwei Sensoren an der Radsatzwelle erfassten Winkelpositionen bestimmt wird. If a conversion factor is applied to the sensor signal, an envelope of the rotational movement, preferably an envelope of the angular velocity or another related quantity, is recorded and processed as a result of the rolling vibration. Accordingly, in this case an envelope of the disturbance torque is also obtained. If the rotational movement is recorded and processed as an angular velocity, the conversion factor for a typical wheelset can be between 25 000 Nm/(rad/s) and 30 000 Nm/(rad/s). The conversion factor can correspond to the torsional spring stiffness of the wheelset shaft or be derived from it if the disturbance torque, in particular a torsional moment, is determined on the basis of a difference between the angular positions recorded by two sensors on the wheelset shaft.

[0025] Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Umrechnungsfaktor mithilfe eines mathematischen Modells der Radsatzwelle, vorzugsweise eines mathematischen Modells eines die Radsatzwelle umfassenden Radsatzes, bestimmt werden oder vor Durchführung des Verfahrens bestimmt worden sein. Der Umrechnungsfaktor kann mithilfe des Modells analytisch oder numerisch bestimmt werden. In dem mathematischen Modell können Anderungen der Radsatzgeometrie oder Massenverteilung, die insbesondere durch Verschleiß des Radsatzes entstehen können, berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck können Parameter und Größen in dem mathematischen Modell angepasst werden, die die geänderte Geometrie und Massenverteilung berücksichtigen. Die Anpassung der Parameter und Größen kann durch Schätzung auf Basis der gefahrenen Kilometer des Radsatzes oder nach Vermessung des Radsatzes erfolgen. Der Umrechnungsfaktor kann vor Anwendung des Verfahrens und/oder während des Verfahrens auf Basis des mathematischen Modells bestimmt werden. Der Umrechnungsfaktor kann bei einem Ausführungsbeispiel in zeitlichen Abständen auf Basis des mathematischen Modells bestimmt werden. [0025] In one embodiment of the invention, the conversion factor can be determined using a mathematical model of the wheelset shaft, preferably a mathematical model of a wheelset comprising the wheelset shaft, or can have been determined before carrying out the method. The conversion factor can be determined analytically or numerically using the model. Changes in the wheelset geometry or mass distribution, which can arise in particular due to wear of the wheelset, can be taken into account in the mathematical model. For this purpose, parameters and sizes can be adjusted in the mathematical model that take the changed geometry and mass distribution into account. The parameters and sizes can be adjusted by estimation based on the kilometers driven by the wheelset or after measuring the wheelset. The conversion factor can be determined before applying the method and/or during the method based on the mathematical model. In one embodiment, the conversion factor can be determined at intervals based on the mathematical model.

[0026] Im Folgenden wird ein Umrechnungsfaktor zwischen einem Torsionsmoment der Radsatzwelle und einer damit in Verbindung stehenden Winkelgeschwindigkeitsamplitude der Radsatzwelle bestimmt. Bei einem beispielhaften vereinfachten mathematischen Modell wird für den Radsatz ein mechanisches Ersatzsystem verwendet, bei dem im Zentrum der Radsatzwelle oder anstelle der Radsatzwelle eine Drehfeder mit einer Torsionsfedersteifigkeit kr angenommen wird (siehe auch die Figurenbeschreibung unten). Eine typische Torsionsfedersteifigkeit liegt bei 3,7*10’ Nm/rad. Die Massenträgheit des Radsatzes wird mit 9 bezeichnet und kann beispielsweise mit 105 kg m* angenommen werden. Aus der Torsionsfedersteifigkeit kr und der Massenträgheit 9 des Radsatzes lässt sich die erste Torsionseigenfrequenz [0026] In the following, a conversion factor is determined between a torsional moment of the wheelset shaft and an associated angular velocity amplitude of the wheelset shaft. In an exemplary simplified mathematical model, a mechanical replacement system is used for the wheelset, in which a torsion spring with a torsional spring stiffness kr is assumed in the center of the wheelset shaft or instead of the wheelset shaft (see also the figure description below). A typical torsional spring stiffness is 3.7*10’ Nm/rad. The mass inertia of the wheelset is designated 9 and can be assumed to be 105 kg m*, for example. The first torsional natural frequency can be determined from the torsional spring stiffness kr and the mass inertia 9 of the wheelset.

u = | (1) u = | (1)

bestimmen. Die Torsionseigenfrequenz w; ist im Wesentlichen konstant, sofern sich die Massenträgheit 9 des Radsatzes und die Torsionsfedersteifigkeit kt nicht ändern. Mit der folgenden Gleichung kann die Verwindung unter Torsion beschrieben werden: The torsional natural frequency w; is essentially constant, provided that the mass inertia 9 of the wheelset and the torsional spring stiffness kt do not change. The following equation can be used to describe the twisting under torsion:

[GH] = mr x) = 0. (2) [GH] = mr x) = 0. (2)

Hierbei bezeichnet G/-(x) die Torsionssteifigkeit und m-(x) das verteilte Torsionsmoment. Das verteilte Torsionsmoment wird vorgegeben und in Gleichung (2) zu Null gesetzt. Die Variable x bezeichnet eine Position entlang der Radsatzwelle, die Variable t bezeichnet die Zeit. Die Striche "bezeichnen die örtliche Ableitung. Gleichung (2) beschreibt den stationären Zustand unter Torsion. Here G/-(x) denotes the torsional stiffness and m-(x) the distributed torsional moment. The distributed torsional moment is specified and set to zero in equation (2). The variable x denotes a position along the wheelset shaft, the variable t denotes the time. The dashes "denote the local derivative. Equation (2) describes the stationary state under torsion.

[0027] Die Verwindung kann über den Separationsansatz zu ox,t) = PX) q0 (3) [0027] The twist can be calculated using the separation approach to ox,t) = PX) q0 (3)

aufgeteilt werden, wobei (x) die Form der Torsionsmode aus dem vereinfachten mechanischen Ersatzsystem (insbesondere die erste Eigenform der Torsion, siehe auch Figurenbeschreibung unten) und q(t) eine generalisierte Koordinate bezeichnet. Für q(t) kann eine harmonische Schwingung where (x) is the form of the torsion mode from the simplified mechanical equivalent system (in particular the first eigenform of the torsion, see also figure description below) and q(t) is a generalized coordinate. For q(t) a harmonic oscillation can be

q(t) = A sin(w;t) (4) q(t) = A sin(w;t) (4)

mit einer Amplitude A und der Frequenz w, angenommen werden. Für Gleichung (3) folgt daraus (x, U) = S(x) A sin(w; OD) (5) with an amplitude A and frequency w. For equation (3) this results in (x, U) = S(x) A sin(w; OD) (5)

und daraus für die Winkelgeschwindigkeit wix,t) = 0, U) = B(x) Aw; cos(w; €) (6) and from this for the angular velocity wix,t) = 0, U) = B(x) Aw; cos(w; €) (6)

[0028] Für die Winkelamplitude und die Winkelgeschwindigkeitsamplitude an der Stelle x=a ergibt sich la) = A S(a) und wı(a) = A (a) ws. (7) [0028] For the angular amplitude and the angular velocity amplitude at the point x=a, we obtain la) = A S(a) and wı(a) = A (a) ws. (7)

Die Amplitude A der generalisierten Koordinate bzw. die generalisierte Koordinate q(t) lassen sich damit wie folgt ausdrücken: The amplitude A of the generalized coordinate or the generalized coordinate q(t) can be expressed as follows:

_ wAa(a) a S(a) w1 (8) und _ wal(a) _. a@® = ZA sin(w; 0 (9) _ wAa(a) a S(a) w1 (8) and _ wal(a) _. a@® = ZA sin(w; 0 (9)

[0029] Für das Torsionsmoment MT gilt [0029] The torsional moment MT is given by

M+(x, t) =G I;%) '’&x, U (10) wobei /-(x) das Trägheitsmoment und G das Schubmodul bezeichnet, die vom verwendeten Werkstoff und der Geometrie des Radsatzes abhängen. Mit Gleichung (9) folgt für o’(x, t) M+(x, t) =G I;%) '’&x, U (10) where /-(x) is the moment of inertia and G is the shear modulus, which depend on the material used and the geometry of the wheelset. Using equation (9) it follows for o’(x, t)

w' xD) = ®'G) a0 = WE sinlwrD (11) w' xD) = ®'G) a0 = WE sinlwrD (11)

und damit für Gleichung (10) and thus for equation (10)

Mr(x,t) = G 17%) DZ sinlwz D. (12) Mr(x,t) = G 17%) DZ sinlwz D. (12)

Die Amplitude des Torsionsmoments berechnet sich somit zu The amplitude of the torsional moment is thus calculated as

Mr(%) = 6 Ir(x) P’@ZEL (13) Mr(%) = 6 Ir(x) P’@ZEL (13)

woraus sich für den Umrechnungsfaktor U which results in the conversion factor U

U = G 17%) - (14) ergibt. (a) und ®'(x) ergeben sich aus der Lösung der Differentialgleichung (2) unter Verwendung von Randbedingungen. w;, ergibt sich aus Gleichung (1). Die Winkelgeschwindigkeit w. (a) an der Stelle a kann durch den zumindest einen Sensor erfasst werden. Durch Lösen der Gleichungen und Einsetzen von Parametern ergibt sich ein Umrechnungsfaktor, der beispielsweise zwischen 25 000 Nm/(rad/s) und 30 000 Nm/(rad/s) liegen kann. Der in Gleichung (14) angegebene Umrechnungsfaktor U stellt eine Verknüpfung zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Radsatzwelle und dem Stördrehmoment dar. Dies ist jedoch nur eine mögliche Ausführungsform der Erfindung. Es existieren auch andere Umrechnungsfaktoren, beispielsweise zwischen dem Stördrehmoment und einer Winkelbeschleunigung oder zwischen dem Stördrehmoment und einer Differenz zwischen zwei Winkelpositionen der Radsatzwelle, die jeweils von einem Sensor erfasst werden. U = G 17%) - (14). (a) and ®'(x) result from the solution of the differential equation (2) using boundary conditions. w;, results from equation (1). The angular velocity w. (a) at the point a can be detected by the at least one sensor. By solving the equations and inserting parameters, a conversion factor is obtained which can be, for example, between 25,000 Nm/(rad/s) and 30,000 Nm/(rad/s). The conversion factor U given in equation (14) represents a link between the angular velocity of the wheelset shaft and the disturbance torque. However, this is only one possible embodiment of the invention. Other conversion factors also exist, for example between the disturbance torque and an angular acceleration or between the disturbance torque and a difference between two angular positions of the wheelset shaft, each of which is detected by a sensor.

[0030] Alternativ kann der Umrechnungsfaktor vorzugsweise vor Durchführung des Verfahrens mithilfe einer messtechnischen Bestimmungsmethode an der Radsatzwelle, vorzugsweise an einem die Radsatzwelle umfassenden Radsatz, bestimmt worden sein. Zu diesem Zweck können an dem oder an einem gleichartigen Radsatz ein oder mehrere Dehnmesstreifen (DMS) angeordnet werden und die Drehbewegung, insbesondere die Winkelposition, Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung, der Radsatzwelle gemessen werden. Mithilfe der Dehnmess-[0030] Alternatively, the conversion factor can preferably have been determined before carrying out the method using a metrological determination method on the wheelset shaft, preferably on a wheelset comprising the wheelset shaft. For this purpose, one or more strain gauges (DMS) can be arranged on the wheelset or on a similar wheelset and the rotational movement, in particular the angular position, angular velocity and/or angular acceleration, of the wheelset shaft can be measured. Using the strain gauges

streifen können auftretende Stördrehmomente, insbesondere Torsionsmomente, bestimmt und mit der gemessenen Drehbewegung in ein Verhältnis gesetzt werden. Das Verhältnis stellt den Umrechnungsfaktor dar. Der oder die Dehnmesstreifen werden direkt auf der Radsatzwelle und vorzugsweise 50 mm bis 150 mm beabstandet zu einem Rad angebracht. Beispielsweise können DMS ca. 100 mm beabstandet zu einer Innenseite eines Rades des Radsatzes an der Radsatzwelle angeordnet werden. Bei der messtechnischen Bestimmungsmethode wird der die Radsatzwelle enthaltende Aufbau in einem Betriebsbereich betrieben, bei welchem der Aufbau zu Rollierschwingungen neigt. Ein solcher Betriebsbereich liegt beispielsweise vor, wenn ein hohes Antriebsmoment an der Radsatzwelle anliegt und/oder die Schienen nass sind. Wenn eine Rollierschwingung auftritt, kann mit Hilfe des oder der DMS das Stördrehmoment, insbesondere das Torsionsmoment, bestimmt werden und in ein Verhältnis zu der erfassten Drehbewegung gesetzt werden, um den Umrechnungsfaktor zu bestimmen. Strain gauges can be used to determine any disturbing torques, particularly torsional moments, that occur and to put them in relation to the measured rotational movement. The ratio represents the conversion factor. The strain gauge(s) is/are attached directly to the wheelset shaft, preferably at a distance of 50 mm to 150 mm from a wheel. For example, strain gauges can be arranged on the wheelset shaft at a distance of around 100 mm from the inside of a wheel of the wheelset. In the metrological determination method, the structure containing the wheelset shaft is operated in an operating range in which the structure is prone to rolling vibrations. Such an operating range occurs, for example, when there is a high drive torque on the wheelset shaft and/or the rails are wet. If rolling vibrations occur, the strain gauge(s) can be used to determine the disturbing torque, particularly the torsional moment, and to put it in relation to the measured rotational movement in order to determine the conversion factor.

[0031] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehbewegung durch zumindest zwei Sensoren an der Radsatzwelle erfasst wird, vorzugsweise wobei die beiden Sensoren an gegenüberliegenden Endbereichen der Radsatzwelle, insbesondere an gegenüberliegenden Enden der Radsatzwelle, angeordnet sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass Rollierschwingungen aufgrund der damit verbundenen Torsionsbewegung eindeutig von anderen Schwingungen unterschieden werden können, da die beiden Sensoren im Falle einer Torsion gegenläufige Bewegungen erfahren. Dadurch werden Fehler bei der Bestimmung des Stördrehmoments vermieden. Wie oben bereits erwähnt, funktioniert das beschriebene Verfahren bereits mit einem einzigen Sensor, weil unerwünschte Bewegungen, insbesondere Rollierschwingungen, meist in einem bestimmten Frequenzintervall auftreten und daher aufgrund ihrer Frequenz identifiziert werden können. [0031] In one embodiment of the invention, it is provided that the rotational movement is detected by at least two sensors on the wheelset shaft, preferably with the two sensors being arranged at opposite end regions of the wheelset shaft, in particular at opposite ends of the wheelset shaft. The advantage here is that rolling vibrations can be clearly distinguished from other vibrations due to the associated torsional movement, since the two sensors experience opposite movements in the event of torsion. This avoids errors in determining the disturbance torque. As already mentioned above, the method described already works with a single sensor, because undesirable movements, in particular rolling vibrations, usually occur in a certain frequency interval and can therefore be identified based on their frequency.

[0032] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Stördrehmoment auf Basis einer Differenz der von den jeweiligen Sensoren erfassten Drehbewegungen der Radsatzwelle bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise die Differenz der von den Sensoren erfassten Winkelpositionen herangezogen werden. Alternativ kann auch die Differenz der Winkelgeschwindigkeiten oder Winkelbeschleunigungen herangezogen werden. Die Differenz der Winkelpositionen oder der anderen Größen kann, wie oben beschrieben, einer Signalverarbeitung zugeführt werden. Mithilfe des Umrechnungsfaktors kann das Stördrehmoment, insbesondere eine Amplitude des Stördrehmoments, bestimmt werden. Wenn die Differenz der Winkelpositionen zur Bestimmung des Stördrehmoments herangezogen wird, kann der Umrechnungsfaktor der Torsionsfedersteifigkeit der Radsatzwelle entsprechen oder von dieser abgeleitet sein. [0032] In a preferred embodiment of the invention, the disturbance torque can be determined on the basis of a difference in the rotational movements of the wheelset shaft detected by the respective sensors. For example, the difference in the angular positions detected by the sensors can be used for this purpose. Alternatively, the difference in the angular velocities or angular accelerations can also be used. The difference in the angular positions or the other variables can be fed to a signal processing system as described above. The disturbance torque, in particular an amplitude of the disturbance torque, can be determined using the conversion factor. If the difference in the angular positions is used to determine the disturbance torque, the conversion factor can correspond to the torsional spring stiffness of the wheelset shaft or be derived from it.

[0033] Im Laufe der Zeit nutzen sich die Räder eines Radsatzes ab, wodurch sich die Gewichtsverteilung und Geometrie des Radsatzes ändert. In weiterer Folge können sich auch die Frequenzen und Amplituden der Rollierschwingungen bzw. Torsionsmomente ändern. Um Fehler in der Bestimmung der Stördrehmomente zu vermeiden, ist es daher günstig, wenn der Umrechnungsfaktor an einen sich ändernden Raddurchmesser eines an der Radsatzwelle angeordneten Rades angepasst wird. Die Anderung des Umrechnungsfaktors kann insbesondere unter Verwendung eines mathematischen Modells (siehe oben) oder auf Basis von Versuchen an dem Radsatz oder einem gleichartigen Radsatz erfolgen. Die Anpassung des Umrechnungsfaktors kann beispielsweise in Abhängigkeit der vom Radsatz zurückgelegten Kilometer und/oder der Einsatzdauer vorgenommen werden. Alternativ kann in zeitlichen Abständen der Raddurchmesser gemessen und auf Basis dieser Messungen der Umrechnungsfaktor angepasst werden. [0033] Over time, the wheels of a wheelset wear out, which changes the weight distribution and geometry of the wheelset. As a result, the frequencies and amplitudes of the rolling vibrations or torsional moments can also change. In order to avoid errors in determining the disturbance torques, it is therefore advantageous if the conversion factor is adapted to a changing wheel diameter of a wheel arranged on the wheelset shaft. The conversion factor can be changed in particular using a mathematical model (see above) or on the basis of tests on the wheelset or a similar wheelset. The conversion factor can be adjusted, for example, depending on the kilometers covered by the wheelset and/or the duration of use. Alternatively, the wheel diameter can be measured at intervals and the conversion factor adjusted on the basis of these measurements.

[0034] Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments kann auch bei einem Verfahren zur Steuerung und/ oder Regelung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 10 eingesetzt werden. Ein solches Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung kann die folgenden Schritte aufweisen: [0034] The described method for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle can also be used in a method for controlling and/or regulating a rail vehicle according to claim 10. Such a method for controlling and/or regulating can comprise the following steps:

Bestimmen eines Stördrehmoments gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung eines Stördrehmoments; und Determining a disturbance torque according to the method for determining a disturbance torque described above; and

Andern einer Sollwertvorgabe einer Traktion, insbesondere Reduzieren der Beschleunigung, wenn das Stördrehmoment eine Stördrehmomentschwelle überschreitet. Changing a traction setpoint, in particular reducing acceleration, if the disturbance torque exceeds a disturbance torque threshold.

[0035] Reduzieren der Beschleunigung bedeutet, dass der Betrag der Beschleunigung reduziert wird. Wenn die Beschleunigung daher einen negativen Wert annimmt (Bremsen, also Reduzieren der Geschwindigkeit), bedeutet Reduzieren der Beschleunigung in diesem Zusammenhang, dass weniger stark abgebremst wird. Rollierschwingungen entstehen oft beim Beschleunigen (Erhöhen oder Reduzieren der Geschwindigkeit). Aus diesem Grund können Rollierschwingungen unterdrückt werden, indem die Beschleunigung des Schienenfahrzeugs reduziert wird. Die Stördrehmomentschwelle, ab welcher die Sollwertvorgabe der Traktion geändert wird, liegt vorzugsweise zwischen 5 kNm und 10 kNm. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform steht die Änderung der Sollwertvorgabe in Abhängigkeit des erfassten Stördrehmoments. Je höher das Stördrehmoment ist, desto stärker kann beispielsweise die Beschleunigung reduziert werden. Zwischen dem Stördrehmoment und der Reduktion der Beschleunigung kann beispielsweise ein linearer Zusammenhang bestehen. [0035] Reducing the acceleration means that the amount of acceleration is reduced. If the acceleration therefore assumes a negative value (braking, i.e. reducing the speed), reducing the acceleration in this context means that the braking is less severe. Rolling vibrations often occur when accelerating (increasing or reducing the speed). For this reason, rolling vibrations can be suppressed by reducing the acceleration of the rail vehicle. The disturbance torque threshold from which the setpoint specification of the traction is changed is preferably between 5 kNm and 10 kNm. In a particularly preferred embodiment, the change in the setpoint specification depends on the detected disturbance torque. The higher the disturbance torque, the more the acceleration can be reduced, for example. There can be a linear relationship between the disturbance torque and the reduction in acceleration, for example.

[0036] Die oben beschriebene Aufgabe wird auch durch ein System zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments, insbesondere eines Torsionsmoments einer Rollierschwingung, nach Anspruch 11 gelöst. Ein solches System weist folgendes auf: [0036] The above-described object is also achieved by a system for determining a disturbance torque acting on a wheel set shaft of a rail vehicle, in particular a torsional moment of a rolling vibration, according to claim 11. Such a system has the following:

zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei, Sensor/en zur Erfassung einer Drehbewegung einer Radsatzwelle, insbesondere einer Winkelgeschwindigkeit; und at least one, preferably at least two, sensor(s) for detecting a rotational movement of a wheelset shaft, in particular an angular velocity; and

eine Verarbeitungseinheit, die mit dem zumindest einen Sensor verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, das Stördrehmoment, insbesondere eine Amplitude des Stördrehmoments, aus der Drehbewegung mithilfe eines Umrechnungsfaktors zu bestimmen. a processing unit connected to the at least one sensor, wherein the processing unit is configured to determine the disturbance torque, in particular an amplitude of the disturbance torque, from the rotational movement using a conversion factor.

[0037] Das System ist demzufolge dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments auszuführen. Die in Zusammenhang mit dem Verfahren zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments beschriebenen Vorteile und Merkmale können daher auf das System übertragen werden. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor oder einen Teil eines Computers gebildet sein. Die Verarbeitungseinheit kann mittels eines Kabels oder drahtlos mit dem zumindest einen Sensor verbunden sein. Die Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise an dem oder in dem Schienenfahrzeug angeordnet. Denkbar ist jedoch auch, dass die Verarbeitungseinheit in einem entfernten Server integriert ist. [0037] The system is therefore designed to carry out the method described above for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle. The advantages and features described in connection with the method for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle can therefore be transferred to the system. The processing unit can be formed, for example, by a microprocessor or part of a computer. The processing unit can be connected to the at least one sensor by means of a cable or wirelessly. The processing unit is preferably arranged on or in the rail vehicle. However, it is also conceivable that the processing unit is integrated in a remote server.

[0038] Das System zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wirkenden Stördrehmoments kann bei einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 12 verwendet werden. Das Schienenfahrzeug besitzt zumindest einen eine Radsatzwelle aufweisenden Radsatz. Der Sensor oder ein Teil des Sensors ist vorzugsweise an der Radsatzwelle angeordnet. [0038] The system for determining a disturbance torque acting on a wheelset shaft of a rail vehicle can be used in a rail vehicle according to claim 12. The rail vehicle has at least one wheelset having a wheelset shaft. The sensor or a part of the sensor is preferably arranged on the wheelset shaft.

[0039] Günstig ist, wenn der zumindest eine Sensor in eine Längsrichtung der Radsatzwelle gesehen von einem insbesondere bei einer Rollierschwingung auftretenden Schwingungsknoten einer ersten Eigenform einer Torsion der Radsatzwelle beabstandet angeordnet ist. Wenn der Radsatz bzw. die Radsatzwelle symmetrisch aufgebaut ist, liegt der Schwingungsknoten der ersten Eigenform der Torsion der Radsatzwelle im Wesentlichen im geometrischen Radsatzwellenzentrum. Bevorzugt ist daher, wenn der zumindest eine Sensor von einem geometrischen Radsatzwellenzentrum beabstandet ist. Ist die Radsatzwelle bzw. der Radsatz nicht symmetrisch aufgebaut, befindet sich der Schwingungsknoten nicht im geometrischen Radsatzwellenzentrum, sondern versetzt dazu. Da im Schwingungsknoten eine Drehbewegung nicht feststellbar ist, ist es günstig, den zumindest einen Sensor nicht im Schwingungsknoten anzuordnen. [0039] It is advantageous if the at least one sensor is arranged at a distance from a vibration node of a first eigenform of a torsion of the wheelset shaft, which occurs in particular in the case of a rolling vibration, when viewed in a longitudinal direction of the wheelset shaft. If the wheelset or the wheelset shaft is constructed symmetrically, the vibration node of the first eigenform of the torsion of the wheelset shaft is located essentially in the geometric wheelset shaft center. It is therefore preferred if the at least one sensor is spaced from a geometric wheelset shaft center. If the wheelset shaft or the wheelset is not constructed symmetrically, the vibration node is not located in the geometric wheelset shaft center, but offset from it. Since a rotational movement cannot be detected in the vibration node, it is advantageous not to arrange the at least one sensor in the vibration node.

[0040] Bevorzugt ist, wenn der zumindest eine Sensor an einem äußeren Endbereich der Radsatzwelle, vorzugsweise an einem Ende der Radsatzwelle, angeordnet ist. Wenn zwei Sensoren eingesetzt werden, was hinsichtlich der eindeutigen Identifizierung von Torsionsmomenten vorteilhaft ist, ist es günstig, wenn diese an gegenüberliegenden Endbereichen der Radsatzwelle, insbesondere gegenüberliegenden Enden der Radsatzwelle, angeordnet sind. [0040] It is preferred if the at least one sensor is arranged on an outer end region of the wheelset shaft, preferably on one end of the wheelset shaft. If two sensors are used, which is advantageous with regard to the clear identification of torsional moments, it is advantageous if they are arranged on opposite end regions of the wheelset shaft, in particular opposite ends of the wheelset shaft.

[0041] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Sensor [0041] In one embodiment of the invention, it is provided that the at least one sensor

einen feststehenden Sensorkopf sowie einen gegenüber dem Sensorkopf drehbaren und vorzugsweise magnetisiert codierten Rotor aufweist und die Drehbewegung der Radsatzwelle über die Drehung des Rotors erfassbar ist. Der Rotor ist direkt an der Radsatzwelle oder an einem mit der Radsatzwelle drehfest verbundenen Element angeordnet. Dadurch macht der Rotor die Drehbewegung der Radsatzwelle mit. Die Codierung des Rotors erlaubt die Erfassung der Winkelposition oder die Erfassung der Anderung der Winkelposition der Radsatzwelle. Aus der Winkelposition kann durch zeitliche Ableitung die Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden. Aus der Änderung der Winkelposition kann direkt die Winkelgeschwindigkeit ermittelt werden. Der Sensorkopf ist gegenüber der Radsatzwelle stationär. a fixed sensor head and a rotor that can rotate relative to the sensor head and is preferably magnetized and coded, and the rotational movement of the wheelset shaft can be detected via the rotation of the rotor. The rotor is arranged directly on the wheelset shaft or on an element that is connected to the wheelset shaft in a rotationally fixed manner. The rotor therefore follows the rotational movement of the wheelset shaft. The coding of the rotor allows the angular position or the change in the angular position of the wheelset shaft to be detected. The angular velocity can be determined from the angular position by time derivation. The angular velocity can be determined directly from the change in the angular position. The sensor head is stationary relative to the wheelset shaft.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0042] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll. Es zeigen: [0042] The invention is described in more detail below with reference to figures, to which, however, it is not intended to be limited. They show:

Fig. 1 einen vereinfacht dargestellten Radsatz mit zwei Sensoren; Fig. 2 ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Radsatzes; Fig. 1 shows a simplified wheel set with two sensors; Fig. 2 shows a mechanical equivalent circuit diagram of a wheel set;

Fig. 3A eine Signalverarbeitung; Fig. 3A shows signal processing;

Fig. 3B eine Signalverarbeitung; Fig. 3B shows a signal processing;

Fig. 4A-C zeitliche Diagramme einer Winkelgeschwindigkeit, einer Amplitude und eines Drehmoments; Fig. 4A-C temporal diagrams of an angular velocity, an amplitude and a torque;

Fig. 5 ein vereinfacht dargestelltes Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht; Fig. 6 ein Ablaufdiagramm; Fig. 5 shows a simplified rail vehicle in a side view; Fig. 6 shows a flow chart;

Fig. 7A ein Diagramm einer Torsion, in der der Winkel der Verwindung in Abhängigkeit der Position entlang einer Radsatzwelle ersichtlich ist; und Fig. 7A is a diagram of a torsion in which the angle of twisting can be seen as a function of the position along a wheelset shaft; and

Fig. 7B ein Diagramm einer Torsion, in der das Torsionsmoment einer Torsion in Abhängigkeit der Position entlang einer Radsatzwelle ersichtlich ist. Fig. 7B is a diagram of a torsion in which the torsional moment of a torsion can be seen as a function of the position along a wheelset shaft.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0043] Fig. 1 zeigt einen vereinfacht dargestellten Radsatz 1 eines Schienenfahrzeugs 27 (siehe Fig. 5) in einer Ansicht von vorne. Der Radsatz 1 weist eine Radsatzwelle 2 und zwei mit der Radsatzwelle 2 verbundene Räder 3a, 3b auf. Die Räder 3a, 3b besitzen einen Raddurchmesser Da, Db. Der Abstand der Räder 3a, 3b zueinander ist an den Abstand zwischen den Schienen eines Gleises 28 angepasst (siehe Fig. 5). Die Räder 3a, 3b sind drehfest an der Radsatzwelle 2 angeordnet. Die Radsatzwelle 2 ist durch jeweils eine Durchgangsöffnung beider Räder 3a, 3b durchgeführt, sodass gegenüberliegende Endbereiche 4a, 4b der Radsatzwelle 2 jeweils von den Rädern 3a, 3b von einem geometrischen Zentrum 8 der Radsatzwelle 2 gesehen nach außen hin abstehen. An den Endbereichen 4a, 4b der Radsatzwelle 2 ist in der gezeigten Darstellung jeweils ein Sensor 5a, 5b zur Erfassung einer Drehbewegung 6a, 6b der Radsatzwelle 2 vorgesehen. Durch die Anordnung der Sensoren 5a, 5b an den Endbereichen 4a, 4b der Radsatzwelle 2 sind die Sensoren 5a, 5b in eine Längsrichtung 7 der Radsatzwelle 2 gesehen von dem geometrischen Zentrum 8 der Radsatzwelle 2 und damit auch von einem Schwerpunkt 9 der Radsatzwelle 2, der in dem gezeigten Beispiel mit dem geometrischen Zentrum 8 zusammenfällt, beabstandet. Die Sensoren 5a, 5b könnten auch zwischen den Rädern 3a, 3b angeordnet sein. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es zur Erfassung von Drehbewegungen 6a, 6b vorteilhaft, wenn die Sensoren 5a, 5b so weit wie möglich von möglichen Schwingungsknoten 52 einer Torsion 14, insbesondere vom Schwingungsknoten der ersten Eigenform der Torsion 14 (siehe Fig. 7A), entfernt angeordnet sind. Im Falle eines symmetrisch aufgebauten Radsatzes 1 fällt der Schwingungsknoten 52 der ersten Eigenform der Torsion 14 mit dem geometrischen Zentrum 8 der Radsatzwelle 2 zusammen, weshalb eine Anordnung der Sensoren 5a, 5b an den Endbereichen 4a, 4b günstig ist. [0043] Fig. 1 shows a simplified wheel set 1 of a rail vehicle 27 (see Fig. 5) in a view from the front. The wheel set 1 has a wheel set shaft 2 and two wheels 3a, 3b connected to the wheel set shaft 2. The wheels 3a, 3b have a wheel diameter Da, Db. The distance between the wheels 3a, 3b is adapted to the distance between the rails of a track 28 (see Fig. 5). The wheels 3a, 3b are arranged on the wheel set shaft 2 in a rotationally fixed manner. The wheel set shaft 2 is guided through a through opening in each of the two wheels 3a, 3b, so that opposite end regions 4a, 4b of the wheel set shaft 2 protrude outwards from the wheels 3a, 3b, as seen from a geometric center 8 of the wheel set shaft 2. In the illustration shown, a sensor 5a, 5b is provided at each of the end regions 4a, 4b of the wheelset shaft 2 for detecting a rotational movement 6a, 6b of the wheelset shaft 2. Due to the arrangement of the sensors 5a, 5b at the end regions 4a, 4b of the wheelset shaft 2, the sensors 5a, 5b are spaced apart from the geometric center 8 of the wheelset shaft 2 in a longitudinal direction 7 of the wheelset shaft 2 and thus also from a center of gravity 9 of the wheelset shaft 2, which in the example shown coincides with the geometric center 8. The sensors 5a, 5b could also be arranged between the wheels 3a, 3b. For the method according to the invention, it is advantageous for detecting rotational movements 6a, 6b if the sensors 5a, 5b are arranged as far away as possible from possible vibration nodes 52 of a torsion 14, in particular from the vibration node of the first eigenform of the torsion 14 (see Fig. 7A). In the case of a symmetrically constructed wheelset 1, the vibration node 52 of the first eigenform of the torsion 14 coincides with the geometric center 8 of the wheelset shaft 2, which is why an arrangement of the sensors 5a, 5b at the end regions 4a, 4b is favorable.

[0044] Die Sensoren 5a, 5b sind in der gezeigten Darstellung gleichartig ausgebildet und umfassen jeweils einen Sensorkopf 10a, 10b sowie einen gegenüber dem Sensorkopf 10a, 10b drehbaren Rotor 11a, 11b, der eine vorzugsweise magnetisierte Codierung besitzt. Aber auch andere Codierungsarten, wie Codierung durch optische Muster, sind anwendbar. Der Rotors 11a, 11b kann beispielsweise in Form eines an der Radsatzwelle 2 aufgebrachten Ringes vorliegen. Der Sensorkopf 10a, 10b kann mit einem Rahmen oder Fahrgestell des Schienenfahrzeugs 27 befestigt sein. Die Drehbewegung 6a, 6b der Radsatzwelle 2 wird über die Drehung des Rotors 11a, 11b und Detektion der Codierung vom Sensorkopf 10a, 10b erfasst und drahtgebunden oder drahtlos an eine Verarbeitungseinheit 12 weitergeleitet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 12 in oder an dem Schienenfahrzeug 27 angeordnet. Die Drehbewegung 6a, 6b kann beispielsweise in Form einer Winkelgeschwindigkeit w_a, w_b der Radsatzwelle 2 erfasst und als Sensorsignal 50 an die Verarbeitungseinheit 12 weitergeleitet werden. Ein Sensor 5a, 5b erfasst die Drehbewegung 6a, 6b an jener Längsposition der Radsatzwelle 2 in Längsrichtung 7 betrachtet, an der er angeordnet ist. Möglich ist auch, die Drehbewegung 6a, 6b beispielsweise als Winkelposition _a, @_b oder als Winkelbeschleunigung zu erfassen und an die Verarbeitungseinheit 12 weiterzuleiten. Die Winkelgeschwindigkeit w_a, w_b kann aus diesen Größen ermittelt werden. [0044] The sensors 5a, 5b are designed in the same way in the illustration shown and each comprise a sensor head 10a, 10b and a rotor 11a, 11b that can rotate relative to the sensor head 10a, 10b and has a preferably magnetized coding. However, other types of coding, such as coding by optical patterns, can also be used. The rotor 11a, 11b can, for example, be in the form of a ring attached to the wheel set shaft 2. The sensor head 10a, 10b can be attached to a frame or chassis of the rail vehicle 27. The rotary movement 6a, 6b of the wheel set shaft 2 is recorded by the sensor head 10a, 10b via the rotation of the rotor 11a, 11b and detection of the coding and is forwarded by wire or wirelessly to a processing unit 12. In a preferred embodiment, the processing unit 12 is arranged in or on the rail vehicle 27. The rotational movement 6a, 6b can be detected, for example, in the form of an angular velocity w_a, w_b of the wheelset shaft 2 and forwarded as a sensor signal 50 to the processing unit 12. A sensor 5a, 5b detects the rotational movement 6a, 6b at that longitudinal position of the wheelset shaft 2 in the longitudinal direction 7 at which it is arranged. It is also possible to detect the rotational movement 6a, 6b, for example, as an angular position _a, @_b or as an angular acceleration and to forward it to the processing unit 12. The angular velocity w_a, w_b can be determined from these variables.

[0045] [45] Im Betrieb von Schienenfahrzeugen 27 können an einem Radsatz 1 insbesondere zwischen den Rädern 3a, 3b Stördrehmomente Ms:ör_a, Mswer_v auftreten, die unerwünschte Drehbewegungen 6a, 6b verursachen und den Betrieb des Schienenfahrzeugs 27 einschränken oder gar zu Beschädigungen und Verschleiß führen können. Ein Beispiel für derartige unerwünschte Drehbewegungen 6a, 6b sind Rollierschwingungen 13, die meist beim Anfahren oder Abbremsen eines Schienenfahrzeugs 27 entstehen und zu Torsionen 14, d.h. Verwindungen, der Radsatzwelle 2 führen. Das Stördrehmoment Mstör a, Mster o kann im Falle von Rollierschwingungen 13 auch als Torsionsmoment M+tors_a, Mtors ı bezeichnet werden. Eine Torsion 14 einer Radsatzwelle 2 ist auch in den Fig. 7A und Fig. 7B veranschaulicht. [0045] [45] During operation of rail vehicles 27, disturbance torques Ms:ör_a, Mswer_v can occur on a wheel set 1, in particular between the wheels 3a, 3b, which cause undesirable rotational movements 6a, 6b and can restrict the operation of the rail vehicle 27 or even lead to damage and wear. An example of such undesirable rotational movements 6a, 6b are rolling vibrations 13, which usually arise when a rail vehicle 27 starts or brakes and lead to torsions 14, i.e. twisting, of the wheel set shaft 2. In the case of rolling vibrations 13, the disturbance torque Mstör a, Mster o can also be referred to as torsional moment M+tors_a, Mtors ı. A torsion 14 of a wheel set shaft 2 is also illustrated in Fig. 7A and Fig. 7B.

[0046] Die Rollierschwingung 13 wird in Fig. 2 näher dargestellt. Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes mechanisches Ersatzschaltbild eines Radsatzes 1 mit einer Drehfeder 15 als Radsatzwelle 2 und zwei Starrkörpern 16a, 16b als Räder 3a, 3b, die über die Drehfeder 15 miteinander verbunden sind. Die Rollierschwingung 13 ist durch eine Torsion 14 der Drehfeder 15 veranschaulicht, die dazu führt, dass die Starrkörper 16a, 16b bzw. die Räder 3a, 3b und die Endbereiche 4a, 4b der Radsatzwelle 2 in gegensätzliche Richtungen zueinander verdreht werden. Die Torsion 14 kann einer (erwünschten) torsionsfreien Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung 17 der Radsatzwelle 2 zum Bewegen des Schienenfahrzeugs 27 überlagert sein. Die Torsion 14 wird durch die Stördrehmomente Msıör a, Mstör o DZW. Mrtors_a, Mtors ı ZWischen den Rädern 3a, 3b verursacht. Die Drehbewegung 6a, 6b der Radsatzwelle 2 kann an den Endbereichen 4a, 4b erfasst werden, auch wenn die Endbereiche 4a, 4b selbst im Wesentlichen frei von Stördrehmomenten Msıör_a, Mstör_v Sind. Das Stördrehmoment Ms;er_a wird vom Sensor 5a über die Drehbewegung 6a und das Stördrehmoment Mswerı vom Sensor 5b über die Drehbewegung 6b bestimmt. Die Stördrehmomente Mstör_a, Mstör p Sind insbesondere bei der ersten Eigenform einer Torsion 14 im Wesentlichen gleich groß, da das Torsionsmoment einer Radsatzwelle 2 entlang der Radsatzwelle 2 im Wesentlichen konstant ist (siehe Fig. 7B). Da die Höhe der Stördrehmomente Mstör_a, Mstör vo bzw. Mrors_a; Mrtors_ı ZUmindest bei der ersten Eigenform im Wesentlichen gleich ist und diese bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird, ist es auch möglich, das auf die Radsatzwelle 2 wirkende Stördrehmoment mit Hilfe eines einzelnen Sensors 5a, 5b zu bestimmen. Ist das Stördrehmoment Ms:er_a bekannt, kann daraus auch auf Msiör ı geschlossen werden. Aus diesem Grund ist zur Bestimmung eines Stördrehmoments Ms:ör_a, Msiör_v und damit für die Erfindung nur ein einziger Sensor 5a, 5b erforderlich. Ein zweiter Sensor 5a, 5b wird nicht benötigt. Die Verwendung eines zweiten Sensors 5a, 5b am anderen Endbereich 4a, 4b der Radsatzwelle 2 wie in Fig. 1 gezeigt ist jedoch bevorzugt, um bestätigen zu können, ob es sich tatsächlich um eine Torsion 14 handelt, sodass Fehlbestimmungen vermieden werden können. Eine Torsion 14 liegt vor, wenn die Sensoren 5a, 5b unterschiedliche, insbesondere gegensinnige, Drehbewegungen 6a, 6b der Radsatzwelle 2 erfassen. Da die Torsion 14 sich an den Endbereichen 4a, 4b der Radsatzwelle 2 am stärksten in der Amplitude auswirkt, sind Sensoren 5a, 5b bevorzugt an [0046] The rolling vibration 13 is shown in more detail in Fig. 2. Fig. 2 shows a simplified mechanical equivalent circuit diagram of a wheelset 1 with a torsion spring 15 as the wheelset shaft 2 and two rigid bodies 16a, 16b as wheels 3a, 3b, which are connected to one another via the torsion spring 15. The rolling vibration 13 is illustrated by a torsion 14 of the torsion spring 15, which leads to the rigid bodies 16a, 16b or the wheels 3a, 3b and the end regions 4a, 4b of the wheelset shaft 2 being rotated in opposite directions to one another. The torsion 14 can be superimposed on a (desired) torsion-free forward or backward rotation 17 of the wheelset shaft 2 for moving the rail vehicle 27. The torsion 14 is caused by the disturbance torques Msıör a, Mstör o DZW. Mrtors_a, Mtors ı between the wheels 3a, 3b. The rotational movement 6a, 6b of the wheelset shaft 2 can be detected at the end regions 4a, 4b, even if the end regions 4a, 4b themselves are essentially free of disturbance torques Msıör_a, Mstör_v. The disturbance torque Ms;er_a is determined by the sensor 5a via the rotational movement 6a and the disturbance torque Mswerı is determined by the sensor 5b via the rotational movement 6b. The disturbance torques Mstör_a, Mstör p are essentially the same size, especially in the first eigenform of a torsion 14, since the torsional moment of a wheelset shaft 2 along the wheelset shaft 2 is essentially constant (see Fig. 7B). Since the magnitude of the disturbance torques Mstör_a, Mstör vo or Mrors_a; Mrtors_ı is essentially the same at least for the first eigenform and this is preferably determined using the method according to the invention, it is also possible to determine the disturbance torque acting on the wheelset shaft 2 with the aid of a single sensor 5a, 5b. If the disturbance torque Ms:er_a is known, Msiör ı can also be deduced from this. For this reason, only a single sensor 5a, 5b is required to determine a disturbance torque Ms:ör_a, Msiör_v and thus for the invention. A second sensor 5a, 5b is not required. The use of a second sensor 5a, 5b on the other end region 4a, 4b of the wheelset shaft 2 as shown in Fig. 1 is preferred, however, in order to be able to confirm whether it is actually a torsion 14, so that incorrect determinations can be avoided. A torsion 14 is present when the sensors 5a, 5b detect different, in particular opposing, rotational movements 6a, 6b of the wheelset shaft 2. Since the torsion 14 has the strongest amplitude at the end areas 4a, 4b of the wheelset shaft 2, sensors 5a, 5b are preferably located at

den Endbereichen 4a, 4b der Radsatzwelle angeordnet. the end regions 4a, 4b of the wheelset shaft.

[0047] Die bei Rollierschwingungen 13 auftretenden Stördrehmomente Mswör a, Msiör oe können sehr hoch sein und, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden, zu starken Belastung des Radsatzes 1 und zu erhöhtem Verschleiß führen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Auftreten von Rollierschwingungen 13 zu detektieren und Gegenmaßnahmen zu setzen, allerdings unabhängig von der Intensität der Rollierschwingungen 13, die im Stand der Technik nicht bestimmt wird. somit können im Stand der Technik die Gegenmaßnahmen nicht spezifisch an die Rollierschwingungen 13 angepasst werden. Wenn ein auftretendes Stördrehmoment Msıör_ a, Msıör v an einem Radsatz 1 sehr groß ist, kann es jedoch notwendig sein, umgehend weitere oder zielgerichtete Gegenmaßnahmen zu treffen, um Beschädigungen am Schienenfahrzeug 27 zu vermeiden. Wenn ein Stördrehmoment Msıör a, Msiör vo hingegen sehr klein ist, können auch gar keine oder nur gelinde Gegenmaßnahmen, die den Betrieb des Schienenfahrzeugs 27 nicht oder nur geringfügig einschränken, erforderlich sein. [0047] The disturbance torques Mswör a, Msiör oe occurring during rolling vibrations 13 can be very high and, if no countermeasures are taken, can lead to heavy loading of the wheelset 1 and increased wear. It is known from the prior art to detect the occurrence of rolling vibrations 13 and to take countermeasures, but independently of the intensity of the rolling vibrations 13, which is not determined in the prior art. Thus, in the prior art, the countermeasures cannot be specifically adapted to the rolling vibrations 13. If a disturbance torque Msıör_ a, Msıör v occurring on a wheelset 1 is very high, it may be necessary to take further or targeted countermeasures immediately in order to avoid damage to the rail vehicle 27. If, however, a disturbance torque Msıör a, Msiör vo is very small, no countermeasures or only mild countermeasures that do not or only slightly restrict the operation of the rail vehicle 27 may be necessary.

[0048] Um zielgerichtete Gegenmaßnahmen beim Auftreten unerwünschter Bewegungen treffen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Drehbewegung 6a, 6b der Radsatzwelle 2 durch zumindest einen Sensor 5a, 5b zu erfassen und das Stördrehmoment Msıör_a, Mstör_p, VOrZUgSweise einer Amplitude A_a, A_b des Stördrehmoments Msıör a, Msiör p, aus der Drehbewegung 6a, 6b mithilfe eines Umrechnungsfaktors U zu bestimmen. Der Umrechnungsfaktor U verknüpft die Drehbewegung 6a, 6b, insbesondere eine Winkelgeschwindigkeit oder eine damit in Beziehung stehende Größe, mit dem Stördrehmoment Msıör_a, Msiör po. Dies ist in Fig. 3A am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. [0048] In order to be able to take targeted countermeasures when undesirable movements occur, the invention provides for the rotational movement 6a, 6b of the wheelset shaft 2 to be detected by at least one sensor 5a, 5b and for the disturbance torque Msıör_a, Msör_p, PREFERABLY an amplitude A_a, A_b of the disturbance torque Msıör a, Msiör p, to be determined from the rotational movement 6a, 6b using a conversion factor U. The conversion factor U links the rotational movement 6a, 6b, in particular an angular velocity or a variable related thereto, with the disturbance torque Msıör_a, Msiör po. This is illustrated in Fig. 3A using the example of a preferred embodiment of the invention.

[0049] Fig. 3A zeigt die Bestimmung der Amplitude A_a eines auftretenden Stördrehmoments Msıör_a, Wobei die Drehbewegung 6a durch den Sensor 5a erfasst wird. In gleicher Weise kann auch die Amplitude A_b des Stördrehmoments Mswer_ bestimmt werden. Im Falle einer Rollierschwingung 13 würden die erfassten Drehbewegungen 6a, 6b zu gleichen Ergebnissen führen, wenn das Torsionsmoment Mrtors a, Mtors ı der ersten Eigenform einer Torsion 14 bestimmt wird, da das Torsionsmoment Mtors_a, Mrtors £ entlang der Radsatzwelle 2 bei der ersten Eigenform der Torsion 14 im Wesentlichen konstant ist. Ein zweiter Sensor 5a, 5b ist für die Erfindung wie erwähnt nicht erforderlich, aber bevorzugt, um Fehlbestimmungen, z.B. wenn gar keine Torsion 14 vorliegt, festzustellen. Die Amplitude A_a des Stördrehmoments Msıör_a kann auf Basis der Drehbewegung 6a nach einer Signalverarbeitung 18 bestimmt werden. Das Verfahren wird bevorzugt durch die Verarbeitungseinheit 12 ausgeführt, in welcher die einzelnen Schritte der Signalverarbeitung 18 implementiert sein können. [0049] Fig. 3A shows the determination of the amplitude A_a of an occurring disturbance torque Msıör_a, whereby the rotational movement 6a is detected by the sensor 5a. The amplitude A_b of the disturbance torque Mswer_ can also be determined in the same way. In the case of a rolling vibration 13, the detected rotational movements 6a, 6b would lead to the same results if the torsional moment Mrtors a, Mtors ı of the first eigenform of a torsion 14 is determined, since the torsional moment Mtors_a, Mrtors £ along the wheelset shaft 2 is essentially constant in the first eigenform of the torsion 14. As mentioned, a second sensor 5a, 5b is not required for the invention, but is preferred in order to detect incorrect determinations, e.g. when there is no torsion 14 at all. The amplitude A_a of the disturbance torque Msıör_a can be determined on the basis of the rotational movement 6a after a signal processing 18. The method is preferably carried out by the processing unit 12, in which the individual steps of the signal processing 18 can be implemented.

[0050] Die von dem Sensor 5a erfasste Drehbewegung 6a, vorzugsweise eine gemessene Winkelgeschwindigkeit w_a der Radsatzwelle 2, ist in einem Sensorsignal 50 enthalten und wird bei einer präferierten Ausführungsform der Erfindung in einem Block 19 zunächst bandpassgefiltert. Der Bandpasstfilter in Block 19 unterdrückt bevorzugt Frequenzen unterhalb von 60 Hz und oberhalb von 150 Hz. Rollierschwingungen 13 besitzen typischerweise hauptsächlich Frequenzen, die innerhalb des Frequenzbandes zwischen 60 Hz und 150 Hz liegen. Anschließend wird das Sensorsignal 50 in dem Block 20 gleichgerichtet und in dem Block 21 tiefpassgefiltert. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters in Block 21 liegt bevorzugt zwischen 8 Hz und 20 Hz. Das Sensorsignal 50 bzw. die Winkelgeschwindigkeit w_a wird anschließend mit einem Skalierungsfaktor S (Block 22) multipliziert, um eine Dämpfung der Signalverarbeitung 18 im Wesentlichen zu kompensieren. Wenn die Verarbeitung in den Blöcken 19, 20, 21 skaliert ist, ist ein Skalierungsfaktor S nicht notwendig bzw. es gilt dann S = 1. Anschließend wird das Signal mit einem Umrechnungsfaktor U multipliziert (Block 23), um eine Amplitude A_a des Stördrehmoments Msıesr_a ZU erhalten. Der Umrechnungsfaktor U kann bei einem beispielhaften Radsatz 1 zwischen 25 000 Nm/(rad/s) und 30 000 Nm/(rad/s) liegen. Bevorzugt ist, wenn die Verarbeitung des Signals 50 in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt wird. Es ist aber auch beispielsweise möglich, das Signal 50 zuerst mit dem Umrechnungsfaktor U zu verknüpfen und anschließend eine Bandpassfilterung, Gleichrichtung und Tiefpassfilterung durchzuführen. Mithilfe des zweiten Sensors 5b kann überprüft werden, ob tatsächlich eine Torsion 14 vorliegt, indem festgestellt wird, ob gegensinnige Drehbewegungen 6a, 6b vorliegen. [0050] The rotational movement 6a detected by the sensor 5a, preferably a measured angular velocity w_a of the wheelset shaft 2, is contained in a sensor signal 50 and, in a preferred embodiment of the invention, is first bandpass filtered in a block 19. The bandpass filter in block 19 preferably suppresses frequencies below 60 Hz and above 150 Hz. Rolling vibrations 13 typically have mainly frequencies that lie within the frequency band between 60 Hz and 150 Hz. The sensor signal 50 is then rectified in block 20 and lowpass filtered in block 21. The cutoff frequency of the lowpass filter in block 21 is preferably between 8 Hz and 20 Hz. The sensor signal 50 or the angular velocity w_a is then multiplied by a scaling factor S (block 22) in order to essentially compensate for any attenuation of the signal processing 18. If the processing in blocks 19, 20, 21 is scaled, a scaling factor S is not necessary or S = 1 applies. The signal is then multiplied by a conversion factor U (block 23) in order to obtain an amplitude A_a of the disturbance torque Msıesr_a ZU. The conversion factor U can be between 25,000 Nm/(rad/s) and 30,000 Nm/(rad/s) for an example wheel set 1. It is preferred if the processing of the signal 50 is carried out in the order given. However, it is also possible, for example, to first link the signal 50 with the conversion factor U and then carry out bandpass filtering, rectification and lowpass filtering. Using the second sensor 5b, it can be checked whether torsion 14 is actually present by determining whether opposing rotational movements 6a, 6b are present.

[0051] Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Sensoren 5a, 5b wie in Fig. 1 gezeigt verwendet werden, kann zusätzlich oder alternativ das Stördrehmoment Msiör_a, Mstör_p auf Basis der Differenz der von den Sensoren 5a, 5b erfassten Drehbewegungen 6a, 6b bestimmt werden. Beispielsweise kann das Stördrehmoment Ms:ör_a, Msiör_p, das bei der ersten Eigenform der Torsion 14 wie erwähnt entlang der Radsatzwelle 2 im Wesentlichen konstant ist, auf Basis der Differenz der von den Sensoren 5a, 5b erfassten Winkelpositionen _a, 9_b und dem Umrechnungsfaktor U bestimmt werden. Der Umrechnungsfaktor U kann im Fall der Bestimmung des Stördrehmoments Msıör a, Mswer_o auf Basis der Differenz der Winkelpositionen der Torsionsfedersteifigkeit der Radsatzwelle 2 entsprechen oder von dieser abgeleitet, d.h. ermittelt worden, sein. Um die Amplitude des Stördrehmoments Mstıör_a, Msiör o ZU erhalten, kann die Differenz der Drehbewegung 6a, 6b, insbesondere der Winkelpositionen @_a, @_b, der Signalverarbeitung 18 gemäß Fig. 3A zugeführt werden, wie in Fig. 3B veranschaulicht ist. Die Ausführungen zu Fig. 3A sind sinngemäß auf Fig. 3B übertragbar. [0051] In an embodiment of the invention in which two sensors 5a, 5b are used as shown in Fig. 1, the disturbance torque Msör_a, Mstör_p can additionally or alternatively be determined on the basis of the difference between the rotational movements 6a, 6b detected by the sensors 5a, 5b. For example, the disturbance torque Ms:ör_a, Msiör_p, which is essentially constant along the wheelset shaft 2 in the first eigenform of the torsion 14 as mentioned, can be determined on the basis of the difference between the angular positions _a, 9_b detected by the sensors 5a, 5b and the conversion factor U. In the case of determining the disturbance torque Msıör a, Mswer_o on the basis of the difference between the angular positions, the conversion factor U can correspond to the torsional spring stiffness of the wheelset shaft 2 or can be derived from it, i.e. determined. In order to obtain the amplitude of the disturbance torque Mstıör_a, Msiör o ZU, the difference in the rotary motion 6a, 6b, in particular the angular positions @_a, @_b, can be fed to the signal processing 18 according to Fig. 3A, as illustrated in Fig. 3B. The statements on Fig. 3A can be transferred analogously to Fig. 3B.

[0052] Fig. 4A-C zeigen Zeitdiagramme des Sensorsignals 50 bei der Bestimmung des Stördrehmoments Msıör_a, Meter v gemäß Fig. 3A. Alle drei Zeitdiagramme Fig. 4A-C zeigen jeweils denselben Zeitausschnitt des ursprünglichen (siehe Fig. 4A) bzw. teilweise verarbeiteten (siehe Fig. 4BC) Signals 50. Die Zeitdiagramme Fig. 4A-C sind derart ausgerichtet, dass gleiche Zeitpunkte der Zeitdiagramme Fig. 4A-C direkt übereinander angeordnet sind. Die Abszisse der Zeitdiagramme Fig. 4A-C stellt die Zeit t(s) in Sekunden dar. Die Ordinaten der Zeitdiagramm Fig. 4A und Fig. 4B bilden eine Winkelgeschwindigkeit in rad/s ab. Die Ordinate des Zeitdiagramms Fig. 4C bildet ein Drehmoment in kNm ab. [0052] Fig. 4A-C show time diagrams of the sensor signal 50 when determining the disturbance torque Msıör_a, Meter v according to Fig. 3A. All three time diagrams Fig. 4A-C show the same time segment of the original (see Fig. 4A) or partially processed (see Fig. 4B) signal 50. The time diagrams Fig. 4A-C are aligned in such a way that the same points in time in the time diagrams Fig. 4A-C are arranged directly above one another. The abscissa of the time diagrams Fig. 4A-C represents the time t(s) in seconds. The ordinates of the time diagrams Fig. 4A and Fig. 4B represent an angular velocity in rad/s. The ordinate of the time diagram Fig. 4C represents a torque in kNm.

[0053] In Fig. 4A ist ein Zeitverlauf der Drehbewegung 6a der Radsatzwelle 2 als Winkelgeschwindigkeit w_a in rad/s dargestellt. Erkennbar ist in Fig. 4A, dass die Radsatzwelle 2 anfänglich mit einer Winkelgeschwindigkeit von ca. 7,5 rad/s bewegt wird. Dies stellt eine erwünschte Vorwärtsbewegung 17 der Radsatzwelle 2 dar. Nach ungefähr 0,15 Sekunden überlagert sich der Vorwärtsbewegung 17 eine Rollierschwingung 13, deren Amplitude immer weiter zunimmt und durch eine zeitliche Schwingung der Winkelgeschwindigkeit w_a erkennbar ist. Die Rollierschwingung 13 endet wieder nach ungefähr 1,15 Sekunden. Die Rollierschwingung 13 bzw. das in Zusammenhang mit der Rollierschwingung 13 auftretende Stördrehmoment Msıör a kann zu erhöhtem Verschleiß oder Beschädigungen an dem Schienenfahrzeug 27 führen. [0053] In Fig. 4A, a time course of the rotary motion 6a of the wheelset shaft 2 is shown as an angular velocity w_a in rad/s. It can be seen in Fig. 4A that the wheelset shaft 2 is initially moved at an angular velocity of approximately 7.5 rad/s. This represents a desired forward movement 17 of the wheelset shaft 2. After approximately 0.15 seconds, a rolling oscillation 13 is superimposed on the forward movement 17, the amplitude of which continues to increase and can be recognized by a temporal oscillation of the angular velocity w_a. The rolling oscillation 13 ends again after approximately 1.15 seconds. The rolling oscillation 13 or the disturbance torque Msıör a occurring in connection with the rolling oscillation 13 can lead to increased wear or damage to the rail vehicle 27.

[0054] Fig. 4B zeigt das Sensorsignal 50 nach der Bandpassfilterung (Block 19), der Gleichrichtung (Block 20), der Tiefpassfilterung (Block 21) und der Multiplikation mit dem einheitenlosen Skalierungsfaktor S (Block 22). Durch genannte Verarbeitungsschritte bleibt die Einheit rad/s des ursprünglichen Signals erhalten. In Fig. 4B ist ein Amplitudenverlauf 24 der Rollierschwingung 13 erkennbar, der auch als Einhüllende der Winkelgeschwindigkeit w_a bezeichnet werden kann. [0054] Fig. 4B shows the sensor signal 50 after bandpass filtering (block 19), rectification (block 20), lowpass filtering (block 21) and multiplication by the unitless scaling factor S (block 22). The unit rad/s of the original signal is retained by the processing steps mentioned. In Fig. 4B, an amplitude curve 24 of the rolling oscillation 13 can be seen, which can also be referred to as the envelope of the angular velocity w_a.

[0055] Fig. 4C zeigt das Sensorsignal 50 nach Verknüpfung mit dem Umrechnungsfaktor U, der die Einheit Nm/(rad/s) besitzt. Das Sensorsignal 50 zeigt nach der Verknüpfung mit dem Umrechnungsfaktor U einen zeitlichen Verlauf 25 (siehe die gestrichelte Linie) der Amplitude A_a des Stördrehmoments Ms:er_a, der auch als Einhüllende des Stördrehmoments Ms;er_a bezeichnet werden kann. Zum Vergleich ist auch ein gemessener Drehmomentverlauf 26 dargestellt, der das tatsächlich auf die Radsatzwelle 2 einwirkende Stördrehmoment Msısr a abbildet und die Rollierschwingung 13 erzeugt. Erkennbar ist, dass die Einhüllende 25 des Stördrehmoments Msıer_a den Drehmomentverlauf 26 im Wesentlichen einhüllt und somit die Amplitude A_a des Stördrehmoments Msısr_a über die Zeit t abbildet. [0055] Fig. 4C shows the sensor signal 50 after linking with the conversion factor U, which has the unit Nm/(rad/s). The sensor signal 50 shows, after linking with the conversion factor U, a time profile 25 (see the dashed line) of the amplitude A_a of the disturbance torque Ms:er_a, which can also be referred to as the envelope of the disturbance torque Ms;er_a. For comparison, a measured torque profile 26 is also shown, which maps the disturbance torque Msısr a actually acting on the wheelset shaft 2 and generates the rolling vibration 13. It can be seen that the envelope 25 of the disturbance torque Msıer_a essentially envelops the torque profile 26 and thus maps the amplitude A_a of the disturbance torque Msısr_a over time t.

[0056] Fig. 5 zeigt ein Schienenfahrzeug 27, das entlang eines Gleises 28 fährt und in Fahrtrichtung 29 beschleunigt. Das Schienenfahrzeug 27 weist ein System 51 zur Bestimmung eines auf eine Radsatzwelle 2 eines Radsatzes 1 wirkenden Stördrehmoments Msıör a, Meter po, bestehend aus einem Sensor 5a und einer Verarbeitungseinheit 12, auf. Die Verarbeitungseinheit 12 ist mit dem Sensor 5a verbunden. Die Verarbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen und das Stördrehmoment Msiör_ a zu bestimmen und auszugeben. Wie oben beschrieben entspricht Mstiör a auch Mswer_o, wenn das Torsionsmoment der ersten Eigenform der Torsion 14 bestimmt wird. Wenn das Stördrehmoment Ms:ö._a einen Grenzwert Marenz [0056] Fig. 5 shows a rail vehicle 27 which travels along a track 28 and accelerates in the direction of travel 29. The rail vehicle 27 has a system 51 for determining a disturbance torque Msıör a, Meter po acting on a wheelset shaft 2 of a wheelset 1, consisting of a sensor 5a and a processing unit 12. The processing unit 12 is connected to the sensor 5a. The processing unit 12 is set up to carry out the method according to the invention and to determine and output the disturbance torque Msiör_ a. As described above, Mstiör a also corresponds to Mswer_o when the torsional moment of the first eigenform of the torsion 14 is determined. If the disturbance torque Ms:ö._a exceeds a limit value Marenz

überschreitet, kann eine Gegenmaßnahme getroffen werden, um die Rollierschwingung zu unterdrücken. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Beschleunigung eines Antriebs 30 des Schienenfahrzeugs 27 zu reduzieren. Das System 51 kann auch einen zweiten Sensor 5b aufweisen, mit dem überprüft werden kann, ob tatsächlich eine Torsion 14 vorliegt und/oder um das Stördrehmoment Msıör_a, Msiör vo auf Basis der Differenz der Drehbewegungen 6a, 6b zu bestimmen. exceeds, a countermeasure can be taken to suppress the rolling vibration. For example, it can be provided to reduce the acceleration of a drive 30 of the rail vehicle 27. The system 51 can also have a second sensor 5b with which it can be checked whether a torsion 14 is actually present and/or to determine the disturbance torque Msıör_a, Msiör vo on the basis of the difference between the rotational movements 6a, 6b.

[0057] Fig. 6 zeigt einen schrittweisen Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung und/oder Regelung eines Schienenfahrzeugs 27. In Schritt 201 wird ein Stördrehmoment Msıör_a, Mstör_p, VOrZUgSweise eine Amplitude A_a, A_b des Stördrehmoments Msıör_a, Mstör_v bestimmt. Anschließend wird in Schritt 202 das Stördrehmoment Ms:ör_a, Mstier_p Mit einer Stördrehmomentschwelle Mearenz verglichen. Durch Auswertung der Sensorsignale 50 von zwei Sensoren 5a, 5b an der Radsatzwelle 2 an gegenüberliegenden Endbereichen 4a, 4b kann überprüft werden, ob tatsächlich eine Torsion 14 vorliegt, um zu vermeiden, dass fälschlicherweise Gegenmaßnahmen getroffen werden. Wenn das Stördrehmoment Msıör_a, Msier_p größer als die Stördrehmomentschwelle Marenz ist, wird in Schritt 203 eine Gegenmaßnahme getroffen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Sollwertvorgabe einer Traktion geändert wird, insbesondere eine Beschleunigung des Schienenfahrzeugs 27 reduziert wird. Die Reduktion der Beschleunigung kann von der Höhe des Stördrehmoments Msıör_a, Meter p abhängig sein. Je größer das Stördrehmoment Msıör_a, Msiör_p, desto stärker kann die Sollwertvorgabe der Traktion geändert werden. [0057] Fig. 6 shows a step-by-step sequence of a method for controlling and/or regulating a rail vehicle 27. In step 201, a disturbance torque Msıör_a, Mstör_p, PREFERABLY an amplitude A_a, A_b of the disturbance torque Msıör_a, Mstör_v is determined. Then, in step 202, the disturbance torque Ms:ör_a, Mstier_p is compared with a disturbance torque threshold Mearenz. By evaluating the sensor signals 50 from two sensors 5a, 5b on the wheelset shaft 2 at opposite end regions 4a, 4b, it can be checked whether a torsion 14 is actually present in order to avoid countermeasures being taken incorrectly. If the disturbance torque Msıör_a, Msier_p is greater than the disturbance torque threshold Marenz, a countermeasure is taken in step 203. In particular, it can be provided that a target value specification of a traction is changed, in particular an acceleration of the rail vehicle 27 is reduced. The reduction in acceleration can depend on the level of the disturbance torque Msıör_a, Meter p. The greater the disturbance torque Msıör_a, Msiör_p, the more the target value specification of the traction can be changed.

[0058] Fig. 7A zeigt einen normierten Winkel a einer Torsion 14 gemäß der ersten Eigenform einer Radsatzwelle 2 entlang der Position x der Radsatzwelle 2, die beispielsweise eine Länge von 218 cm aufweisen kann. Der Radsatz 1 bzw. die Radsatzwelle 2, auf deren Basis die Verläufe des Winkels a und des Moments T (siehe Fig. 7B) ermittelt wurden, ist nicht symmetrisch, weshalb der Schwingungsknoten 52 bei a = 0 nicht im geometrischen Zentrum 8 der Radsatzwelle 2 bei x = 1 liegt. Der abgeflachte Verlauf des Winkels a im Bereich x = 1 ist auf ein Zahnrad (nicht gezeigt) zum Antreiben der Radsatzwelle 2 zurückzuführen. Der Winkel a ist ein normierter Winkel, bezogen auf den maximalen Verwindungswinkel. [0058] Fig. 7A shows a standardized angle a of a torsion 14 according to the first eigenform of a wheelset shaft 2 along the position x of the wheelset shaft 2, which can have a length of 218 cm, for example. The wheelset 1 or the wheelset shaft 2, on the basis of which the courses of the angle a and the moment T (see Fig. 7B) were determined, is not symmetrical, which is why the vibration node 52 at a = 0 is not in the geometric center 8 of the wheelset shaft 2 at x = 1. The flattened course of the angle a in the range x = 1 is due to a gear (not shown) for driving the wheelset shaft 2. The angle a is a standardized angle, based on the maximum twist angle.

[0059] Fig. 7B zeigt ein normiertes Torsionsmoment T, bezogen auf einen Maximalwert des Torsionsmoments Mrors a, Mrtors vo, entlang der Position x der Radsatzwelle 2 gemäß Fig. 7A. Das dargestellte Torsionsmoment T entspricht dem Torsionsmoment der ersten Eigenform der Radsatzwelle 2. Es ist erkennbar, dass das Torsionsmoment T entlang der gesamten Radsatzwelle 2 im Wesentlichen konstant ist. [0059] Fig. 7B shows a normalized torsional moment T, based on a maximum value of the torsional moment Mrors a, Mrtors vo, along the position x of the wheelset shaft 2 according to Fig. 7A. The torsional moment T shown corresponds to the torsional moment of the first eigenform of the wheelset shaft 2. It can be seen that the torsional moment T is essentially constant along the entire wheelset shaft 2.

Claims

Patent claims

1. Method for determining a disturbance torque (Mstör_a, Mster_v) acting on a wheelset shaft (2) of a rail vehicle (27), in particular a torsional moment (Mrtors_a, Mrors_p) of a rolling vibration (13), comprising the following steps:

Detecting a rotational movement (6a, 6b) of the wheelset shaft (1) by at least one sensor (5a, 5b), preferably on the wheelset shaft (2); and

Determining the disturbance torque (Mstör_a, Mstör_v), preferably an amplitude (A_a, A_b) of the disturbance torque (Msıör a, Mstör vo), from the rotational movement (6a, 6b) using a conversion factor (U).

2. Method according to claim 1, characterized in that the rotational movement (6a, 6b) is represented by an angular position (@_a, @_b), an angular velocity (w_a, w_b), an angular acceleration of the wheelset shaft (2) or a related, preferably proportional, quantity.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a sensor signal (50) of the sensor (5a, 5b) is fed to a signal processing unit (18) in particular before determining the disturbance torque (Mstör_a, Mstör_b) in order to extract a portion of the rotary movement (6a, 6b) caused by the disturbance torque (Ms:ıör_a, Mstör_p), preferably wherein the signal processing unit (3) comprises:

a bandpass filter (19) to suppress frequencies above and below a range of expected frequencies of the disturbance torque (Msıör a, Msiör vo), and/or

a rectifier (20) and/or

a low-pass filter (21).

4. Method according to claim 3, characterized in that the sensor signal (50), in particular after the signal processing (18), is linked to a scaling factor (S) in order to substantially compensate for an attenuation of the signal processing (18).

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the sensor signal (50), in particular after the signal processing (18), is linked to the conversion factor (U), in particular multiplied, in order to obtain the disturbance torque (Mst:ör_a, Mstwer_v), preferably an amplitude (A_a, A_b) of the disturbance torque (Msıör_a, Mster vo), in particular an amplitude (A_a, A_b) of an envelope of the disturbance torque (Msıör).

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conversion factor (U) is determined with the aid of a mathematical model of the wheelset shaft (2), preferably a mathematical model of a wheelset (1) comprising the wheelset shaft (2), or was determined before carrying out the method.

7. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conversion factor (U) was determined preferably before carrying out the method by means of a metrological determination method on the wheelset shaft (2), preferably on a wheelset (1) comprising the wheelset shaft (2).

8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotational movement (6a, 6b) is detected by at least two sensors (5a, 5b) on the wheelset shaft (2), preferably wherein the two sensors (5a, 5b) are arranged at opposite end regions (4a, 4b) of the wheelset shaft (2), in particular at opposite ends of the wheelset shaft (2).

9. Method according to claim 1 to 8, characterized in that the conversion factor (U) is adapted to a changing wheel diameter (D_a, D_b) of a wheel (9) arranged on the wheelset shaft (1).

10. Method for controlling and/or regulating a rail vehicle (27) with the following steps: determining a disturbance torque (A_a, A_b) according to a method according to one of the

Claims 1 to 9; and

Changing a traction setpoint, in particular reducing the acceleration, if the disturbance torque (Meier a, Mstör p) exceeds a disturbance torque threshold (Marenz).

11. System (51) for determining a disturbance torque (Mstör_a, Mster_v) acting on a wheelset shaft (2) of a rail vehicle (27), in particular a torsional moment (Mrtors_a, Mrors_p) of a rolling vibration (13), comprising:

at least one, preferably at least two, sensors (5a, 5b) for detecting a rotational movement (6a, 6b) of a wheelset shaft (2), preferably an angular velocity (w_a, w_b); and

a processing unit (12) which is connected to the at least one sensor (5a, 5b), wherein the processing unit (12) is configured to determine the disturbance torque (Ms:ör_a, Mstör_v), in particular an amplitude (A_a, A_b) of the disturbance torque (Mstör_a, Mstör _p), FROM the rotational movement (6a, 6b) using a conversion factor (U).

12. Rail vehicle (27) with at least one wheelset (1) having a wheelset shaft (2), characterized in that the rail vehicle (27) has a system (51) for determining a disturbance torque (Msıör_a, Msiör p) acting on a wheelset shaft (2) of a rail vehicle (27) according to claim 11, wherein the sensor (5a, 5b) is preferably arranged on the wheelset shaft (2).

13. Rail vehicle (27) according to claim 12, characterized in that the at least one sensor (5a, 5b), viewed in a longitudinal direction of the wheelset shaft (2), is arranged at a distance from a vibration node (52) of a first eigenform of a torsion (14) of the wheelset shaft (2), which occurs in particular during a rolling vibration (13).

14. Rail vehicle (27) according to one of claims 12 and 13, characterized in that the at least one sensor (5a, 5b) is arranged at an outer end region (4a, 4b) of the wheelset shaft (2), preferably at one end of the wheelset shaft (2).

15. Rail vehicle (27) according to one of claims 12 to 14, characterized in that the at least one sensor (5a, 5b) has a fixed sensor head (10, 10b) and a rotor (11a, 11b) which is rotatable relative to the sensor head (10a, 10b) and is preferably magnetized and coded, and the rotational movement (6a, 6b) of the wheelset shaft (2) can be detected via the rotation of the rotor (11a, 11b).

5 sheets of drawings