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WO2012007439A1 - Überwachungssystem für einen schienengebundenen waren- oder personentransport in einem waggon - Google Patents

Überwachungssystem für einen schienengebundenen waren- oder personentransport in einem waggon Download PDF

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Publication number
WO2012007439A1
WO2012007439A1 PCT/EP2011/061790 EP2011061790W WO2012007439A1 WO 2012007439 A1 WO2012007439 A1 WO 2012007439A1 EP 2011061790 W EP2011061790 W EP 2011061790W WO 2012007439 A1 WO2012007439 A1 WO 2012007439A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
monitoring system
wagon
bearing
generator
conductor arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/061790
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Gombert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to US13/809,492 priority Critical patent/US8909417B2/en
Priority to CN201180034949.8A priority patent/CN103003126B/zh
Priority to EP11734063.8A priority patent/EP2593345A1/de
Publication of WO2012007439A1 publication Critical patent/WO2012007439A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04Q2209/823—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data where the data is sent when the measured values exceed a threshold, e.g. sending an alarm
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring system for a rail-bound goods or passenger transport in at least one wagon.
  • the one or more wagons may be, for example, railway wagons or tram wagons, which are moved in the public rail network. It may be wagons of goods or passenger transport or public transport.
  • AT 507 382 A1 shows a wheel set bearing housing with a position detection device for rail vehicles.
  • the Positionser originatedseinrich- device has a satellite-based position detection receiver and is powered by an electric generator, which is preferably designed as a bearingless hub generator, so that a generator bearing is formed.
  • WO 2008/014766 A1 shows a device for monitoring at least one operating variable of a wheel set bearing of a rail vehicle.
  • the wheelset bearing comprises at least one rotating bearing ring and a fixed axle box bearing housing.
  • a sensor is arranged directly on the rotating bearing ring.
  • a transmitting unit rotating with the bearing ring transmits the measured values supplied by the sensor wirelessly to a location fixed receiving device.
  • the sensor and the transmitting unit are supplied with energy by a power supply unit, which comprises a first co-rotating generator element and a second cooperating thereto on the wheelset bearing housing generator element.
  • the wheelset bearing is thus simultaneously formed as an electric generator and therefore represents a generator bearing.
  • a rolling bearing with a magnetic device which has at least one attached to a bearing element magnetic flux collector.
  • the flux guide device has at least one pole piece ending in the region of the movement path of the rolling bodies.
  • At least one rolling element is magnetically active and / or conductive.
  • the magnetic flux guide device has one or more electrical windings for inductive voltage generation.
  • the rolling bearing comprises an electric generator and represents a generator bearing. The electric voltage that can be generated can be used, for example, to supply sensors to the wheel bearing.
  • a still unpublished patent application shows a bearing with an energy generating unit in which a first and a second claw ring are attached to a first bearing ring. Between the two claw rings, a magnetic induction coil is arranged. Each of the two claw rings is arranged in magnetically conductive connection with a portion of the body of the first bearing ring, the magnetic circuit being substantially closed over the portion of the body of the first bearing ring.
  • the bearing shown with the power generation unit represents a generator bearing.
  • a still unpublished patent application shows a bearing with an energy generating unit in which a claw ring is attached to a first bearing ring, while a second bearing ring has a circumferential sequence of magnetic pole pairs.
  • An induction coil is located in a circulating magnetic circuit which closes over magnetic poles of the pole pairs and via claws of the claw ring.
  • the claws of the claw ring are arranged in magnetically conductive connection with a magnetically conductive portion of the body of the first bearing ring.
  • the magnetic poles of the pole pairs are arranged in magnetically conductive connection with a magnetically conductive portion of the body of the second bearing ring.
  • the magnetic circuit is closed via the magnetic sections and the rolling elements.
  • the bearing shown with the power generation unit represents a generator bearing.
  • the still unpublished patent application DE 10 2010 009 633.4 shows a communication system for the rail-bound goods or passenger transport in a wagon.
  • the communication system includes a central parent control computer.
  • the communication system comprises a power supply unit, an energy storage and an on-board unit, which are assigned to each wagon separately.
  • the on-board unit is designed to receive in-house and satellite-based data, to process and to send via a transmitting unit to the master computer.
  • the power supply unit is preferably designed as a generator bearing.
  • the object of the present invention is based on the prior art to provide a monitoring system for a rail-bound goods or passenger transport in a car, which allows integrated monitoring of various sizes and is therefore suitable for integration into logistics and security systems to complex logistical processes control and ensure the safety of the transport.
  • the above object is achieved by a monitoring system according to the appended claim 1.
  • the monitoring system according to the invention serves to monitor a rail-bound goods or passenger transport, which takes place with at least one wagon.
  • the monitoring system is preferably designed for the monitoring of several wagons, in particular also of several trains.
  • the monitoring system according to the invention is provided for only one wagon and arranged exclusively in or on this wagon.
  • the monitoring system according to the invention initially comprises a generator bearing, which is integrated in at least one wheel bearing of the wagon.
  • the generator bearing thus serves on the one hand to support a wheel of the wagon and on the other hand to generate electrical energy, so that it also forms a power supply unit.
  • the generator bearing is preferably designed as a rolling bearing.
  • the components required for generating the electrical voltage are integrated into the bearing, for example in a bearing interior of the rolling bearing.
  • One of these components is formed by a conductor arrangement which serves to induce an electrical voltage to be generated.
  • the conductor arrangement is preferably a winding or a coil.
  • Other components are formed for example by permanent magnets and / or electromagnets. When the generator bearing rotates, the permanent magnet or the electromagnet causes an electrical voltage to be induced in the conductor arrangement.
  • the monitoring system further comprises a sensor electronics electrically connected to the conductor arrangement for determining measured variables which act on the conductor arrangement. Consequently, the generator bearing continues to form a sensor.
  • the conductor arrangement of the generator bearing thus serves to generate an electrical voltage, which is used on the one hand for supplying electrical energy and on the other hand for measuring measured quantities acting on the conductor arrangement.
  • the measured variables are, in particular, measured variables which are determined by the action of the other components of the generator bearing required for the generation of the electrical voltage, in particular the permanent magnets and / or the electromagnets. magnets become measurable. For example, an electrical voltage is produced in the conductor arrangement whose time dependence depends on the speed of the generator bearing.
  • this voltage is also dependent on other variables, for example, a special mechanical load of the generator bearing, which affects the conductor arrangement in an altered air gap. It is also possible to draw conclusions about the temporal course of the mechanical load, for example, whether it is a shock or a vibration. It is also possible to draw conclusions about the location and the orientation of the mechanical load, for example, whether it is a coaxial or an eccentric load introduction. In particular, it is conceivable to determine natural oscillations and / or rolling moments of the wagon in order to obtain conclusions about the state of the load carried by the wagon, eg containers, (liquid) tanks, general cargo, bulk goods or the like.
  • a leak on a liquid tank can be detected by a temporal change of natural oscillations or rolling moments and forwarded to a master computer, which represents an added value in terms of safety, especially in the transport of dangerous goods.
  • the load consists of physical objects (eg general cargo or bulk goods), this can also be used to detect a slippage of the cargo due to this temporal change of natural vibrations or rolling moments.
  • a particular advantage of the monitoring system according to the invention is that three functions are integrated in the wheel bearing of the monitoring system, namely an original function as a wheel bearing, a function as a generator for generating an electrical supply voltage and a function as a sensor for measuring measured variables, which act the camp and allow monitoring of the wagon.
  • the bearing can therefore be referred to as a generator-sensor bearing.
  • This system further comprises a central parent control computer.
  • the master computer is preferably arranged at a location from which several wagons are monitored, for example in a control center. Thus, in contrast to the generator bearing, the master computer is not located on or in the wagon.
  • This embodiment of the monitoring system according to the invention further comprises at least one on-board unit, which is assigned to each wagon separately together with the power supply unit. Consequently, each wagon to be monitored by the monitoring system has a power supply unit in the form of the generator bearing, the sensor electronics and the on-board unit.
  • the on-board unit serves to receive and process in-house and satellite-protected data and to send them via a transmitting unit to the master computer.
  • a large number of wagons can be monitored in order to be able to carry out complex logistical processes.
  • the monitoring system can be used both by the operator of the rail network and the wagons, as well as by a customer who uses the transport services.
  • the operator of the rail system and / or the wagons can simultaneously use the monitoring system according to the invention to ensure the safety of the rail system or wagons.
  • the central control computer allows continuous monitoring, which requires only a small amount of human work, even with a large number of wagons.
  • the carriages can be localized by means of the satellite-based data received from the on-board unit, for example using the GPS. Consequently, it is possible to use the data received from the wagons on the host computer also for monitoring the location and movement of the wagon.
  • the on-board unit comprises a receiving unit for receiving in-house or condition-related data from the master computer or from an internal system.
  • the receiving unit allows bidirectional communication between the on-board units of the wagons and the master computer.
  • the transmitting unit and / or the receiving unit is preferably formed by a mobile radio unit.
  • the mobile radio unit is preferably configured for encrypted data exchange via GSM or UMTS.
  • the sensor electronics are preferably fed directly or indirectly by the generator of the generator bearing.
  • the monitoring system preferably further comprises an electrical energy store formed in the energy supply unit, for example an accumulator or a capacitor.
  • the monitoring system can be configured so that the electrical energy storage is charged by the generator of the generator bearing.
  • the voltage induced in the conductor arrangement depends on the formation of an air gap between the conductor arrangement and a magnetic or electromagnetic component cooperating with the conductor arrangement, for example between the conductor arrangement in the form of a coil and a permanent magnet. Mechanical loads or occlusion cause the air gap to change.
  • the sensor electronics are preferably configured to measure measured variables which are caused by a change in the air gap between the conductor arrangement and the magnetic or electromagnetic component interacting with the conductor arrangement.
  • the sensor electronics are preferably configured to determine a rotational speed between the conductor arrangement and the magnetic or electromagnetic component cooperating with the conductor arrangement.
  • the speed between the Conductor assembly and cooperating with the conductor assembly magnetic or electromagnetic component is equal to a speed of the wheel bearing and thus equal to the speed of the mounted wheel of the car in most cases. Consequently, this embodiment of the monitoring system according to the invention allows a measurement of the rotational speed of the stored wheel of the wagon and consequently also a determination of path, speed and acceleration of the wagon. It is also possible to draw conclusions about the wear of the wagon.
  • the sensor electronics are designed to determine a distance traveled by the wagon on the basis of the measured variables acting on the conductor arrangement.
  • the sensor electronics for measuring the rotational speed of the wheel bearing is formed in the simplest case, from which the distance traveled can be determined.
  • this embodiment of the monitoring system comprises a satellite-based measuring system for determining the distance traveled by the wagon, for example a measuring system based on GPS.
  • the distance determined by the sensor electronics and the distance determined by the satellite-protected measuring system can be compared with one another, wherein the difference determined in this comparison represents a difference distance which can be designated as slip between the mounted wheel and the traveled rail.
  • This slip depends on the load applied to the wagon and an important measure of the wear occurring at the contact between the wheels of the wagon and the rail of the rail network.
  • the wear of the rail network can be localized. It is also possible to deduce the wear on the wheels of the wagon.
  • the data that can be determined allow conclusions to be drawn about the allowable safety and, on the other, statements about the required maintenance and servicing can be made become.
  • the slip between the mounted wheel and the rail being traveled is preferably to be determined centrally, for which the host computer is to be designed accordingly.
  • further sensors for determining accelerations, forces, moments and / or temperatures are arranged in the wheel bearing. These sensors are formed for example by optoelectronic sensors and / or Hall sensors. With the aid of the other sensors and the generator bearing acting as a sensor, statements can be made about a large number of safety-related events on the wagon.
  • changes in the generator bearing due to wear for example due to loss of preload, due to pitting due to restless running, due to noise, or due to other events, such as shocks and shocks to the contact between the stored wheel and the rail can be detected.
  • This multitude of detectable quantities and events provides information on the service life and availability of the monitored wagon and the rail used.
  • joint distortions in the monitored rail can be detected.
  • wear on a wheel of the stored wheel can be detected before it bursts or tears.
  • the measured data and the detected events can be compared or even combined with reference data, for example from another of the generator bearings on the wagon or else from a generator bearing on an adjacent wagon, for example to extend the service life of components of the wagon or of the rail network, such as to predict a turnout.
  • This embodiment of the monitoring system according to the invention is adapted to detect all significant sizes at the contact between the mounted wheel and the rail, including various forces and torques, which are initiated and transmitted by a chassis or individual axles of the wagon and its bogies.
  • the measured variables and detected events such as vibrations, shocks, accelerations and / or forces, which act on the system formed by the wagons and the rail network, can be evaluated by means of a vehicle dynamics model to the actual behavior of the waggons or a Train with several of the wagons to determine, for example, a possible misconduct can be considered and observed.
  • the generator bearing and the sensor electronics are arranged together in a housing in which a sensor for detecting an opening of the housing is further arranged.
  • the generator sensor bearing is located completely in the housing.
  • the sensor for detecting an opening of the housing serves, in particular, to detect and report unauthorized opening of the housing.
  • the sensor for detecting an opening of the housing is preferably formed by an optoelectronic sensor, which at the same time the Measurement of a speed of the generator bearing is used.
  • the sensor for detecting an opening of the housing may also be formed by contact sensors, magnetic sensors or other sensors.
  • the housing is further preferably equipped with a penetration protection mechanism.
  • the generator bearing, the sensor electronics and a measurement data memory are preferably arranged together in a housing to form a black box.
  • the black box is used in a possible disaster to be able to reconstruct the measurement data measured by the monitoring system according to the invention and detected events.
  • the latter is furthermore designed to determine the wear of a component of the wagon on the basis of the measured values measured.
  • the wearing component may be formed, for example, by a brake, by a bearing or by a wheel tire of the wagon.
  • the wear of a brake can be determined by recording and evaluating the measured quantities of the movement of the wagon over the running time.
  • the measured variables of the movement determined by the sensor electronics are preferably to be compared with the measured variables of the movement determined by the satellite-based measuring system. This can u. a. deduce what delays were caused by the brakes.
  • the monitoring system according to the invention is preferably configured such that the determined wear is transmitted to the master computer. If the wear exceeds a permissible level, an alarm can be issued.
  • the host computer further comprises a logistics management system.
  • the processes on the railway network can be planned and organized. It can be a coordination, a monitoring and an optimization of the entire traffic and Flow of goods, for example, a minimization of downtime, and a process analysis and a timetable and network optimization are made.
  • the locatability of the wagons provided in a preferred embodiment of the monitoring system according to the invention, it can be recognized at the host computer whether a specific wagon is available and in which state it is located. In the same way, a tracking, ie a tracking and query of the current positions of the wagons can be made, which is for example the calculation of a toll on a toll route.
  • the master computer preferably comprises an information portal which provides all relevant data for each wagon in an intranet or on the Internet, for example for a logistics, a train path, a toll and / or a diagnosis management.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für einen schienengebundenen Waren- oder Personentransport in mindestens einem Waggon. Bei dem einen oder den mehreren Waggons kann es sich beispielsweise um Eisenbahnwaggons oder Strassenbahnwaggons handeln, welche im öffentlichen Schienennetz bewegt werden. Das erfindungsgemässe Überwachungssystem umfasst zunächst ein Generatorlager, welches in mindestens einem Radlager des Waggons integriert ist. Das Generatorlager dient somit einerseits der Lagerung eines Rades des Waggons und andererseits zur Erzeugung elektrischer Energie, sodass es eine Energieversorgungseinheit ausbildet. Bei dem Generatorlager sind die zur Erzeugung der elektrischen Spannung erforderlichen Komponenten in das Lager integriert. Eine dieser Komponenten ist durch eine Leiteranordnung gebildet, welche der Induktion einer zu generierenden elektrischen Spannung dient. Das erfindungsgemässe Überwachungssystem umfasst weiterhin eine mit der Leiteranordnung elektrisch verbundene Sensorelektronik zur Bestimmung von Messgrössen, welche auf die Leiteranordnung einwirken. Folglich bildet das Generatorlager weiterhin einen Sensor aus.

Description

Bezeichnung der Erfindung Überwachungssystem für einen schienengebundenen Waren- oder
Personentransport in einem Waggon
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für einen schienengebundenen Waren- oder Personentransport in mindestens einem Wag- gon. Bei dem einen oder den mehreren Waggons kann es sich beispielsweise um Eisenbahnwaggons oder Straßenbahnwaggons handeln, welche im öffentlichen Schienennetz bewegt werden. Es kann sich dabei um Waggons des Güter- oder Personenverkehres oder auch des öffentlichen Nahverkehres handeln.
Die AT 507 382 A1 zeigt ein Radsatzlagergehäuse mit einer Positionserfas- sungseinrichtung für Schienenfahrzeuge. Die Positionserfassungseinrich- tung weist einen satellitengestützten Positionserfassungsempfänger auf und wird durch einen elektrischen Generator gespeist, welcher bevorzugt als lagerloser Nabengenerator ausgeführt ist, sodass ein Generatorlager ausgebildet ist.
Die WO 2008/014766 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Betriebsgröße eines Radsatzlagers eines Schienenfahrzeuges. Das Radsatzlager umfasst mindestens einen rotierenden Lagerring und ein ortsfestes Radsatzlagergehäuse. Ein Sensor ist unmittelbar am rotierenden Lagerring angeordnet. Eine mit dem Lagerring rotierende Sendeeinheit ü- bermittelt die von dem Sensor gelieferten Messwerte drahtlos zu einer orts- festen Empfangseinrichtung. Der Sensor und die Sendeeinheit werden von einer Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt, welche ein erstes mitrotierendes Generatorelement und ein zweites dazu kooperierendes am Radsatzlagergehäuse angeordnetes Generatorelement umfasst. Das Radsatzlager ist somit gleichzeitig als elektrischer Generator ausgebildet und stellt daher ein Generatorlager dar.
Aus der WO 2010/012277 A1 ist ein Wälzlager mit einer Magneteinrichtung bekannt, welche mindestens eine an einem Lagerelement befestigte magne- tische Flussleiteinrichtung aufweist. Die Flussleiteinrichtung besitzt mindestens einen im Bereich der Bewegungsbahn der Wälzkörper endenden Polschuh. Mindestens ein Wälzkörper ist magnetisch aktiv und/oder leitend ausgebildet. Die magnetische Flussleiteinrichtung weist eine oder mehrere elektrische Wicklungen zur induktiven Spannungserzeugung auf. Somit um- fasst das Wälzlager einen elektrischen Generator und stellt ein Generatorlager dar. Die erzeugbare elektrische Spannung kann beispielsweise zur Versorgung von Sensoren am Radlager genutzt werden.
Eine noch unveröffentlichte Patentanmeldung zeigt ein Lager mit einer Ener- gieerzeugungseinheit, bei welchem ein erster und ein zweiter Klauenring an einem ersten Lagerring befestigt sind. Zwischen den beiden Klauenringen ist eine magnetische Induktionsspule angeordnet. Jeder der beiden Klauenringe ist in magnetisch leitender Verbindung mit einem Abschnitt des Korpus des ersten Lagerringes angeordnet, wobei der magnetische Kreis im We- sentlichen über den Abschnitt des Korpus des ersten Lagerringes geschlossen ist. Das gezeigte Lager mit der Energieerzeugungseinheit stellt ein Generatorlager dar.
Eine noch unveröffentlichte Patentanmeldung zeigt ein Lager mit einer Ener- gieerzeugungseinheit, bei welchem ein Klauenring an einem ersten Lagerring befestigt ist, während ein zweiter Lagerring eine umlaufende Abfolge von magnetischen Polpaaren aufweist. Eine Induktionsspule befindet sich in einem umlaufenden magnetischen Kreis, welcher sich über magnetische Pole der Polpaare und über Klauen des Klauenringes schließt. Die Klauen des Klauenringes sind in magnetisch leitender Verbindung mit einem magnetisch leitenden Abschnitt des Korpus des ersten Lagerringes angeordnet. Die magnetischen Pole der Polpaare sind in magnetisch leitender Verbindung mit einem magnetisch leitenden Abschnitt des Korpus des zweiten Lagerringes angeordnet. Der magnetische Kreis ist über die magnetischen Abschnitte und die Wälzkörper geschlossen. Das gezeigte Lager mit der Energieerzeugungseinheit stellt ein Generatorlager dar.
Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2010 009 633.4 zeigt ein Kommunikationssystem für den schienengebundenen Waren- oder Personentransport in einem Waggon. Das Kommunikationssystem umfasst einen zentralen übergeordneten Leitrechner. Weiterhin umfasst das Kommunikati- onssystem eine Energieversorgungseinheit, einen Energiespeicher und eine Bordeinheit, welche jedem Waggon separat zugeordnet sind. Die Bordeinheit ist dazu ausgebildet, betriebseigene und satellitengestützte Daten zu empfangen, zu verarbeiten und über eine Sendeeinheit an den Leitrechner zu senden. Die Energieversorgungseinheit ist bevorzugt als Generatorlager ausgebildet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Überwachungssystem für einen schienengebundenen Waren- oder Personentransport in einem Waggon bereitzustellen, welches eine integrierte Überwachung vielfältiger Größen ermöglicht und sich dadurch zur Einbindung in Logistik- und Sicherheitssysteme eignet, um komplexe logistische Abläufe steuern und die Sicherheit des Transportes gewährleisten zu können. Die genannte Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem dient der Überwachung eines schienengebundenen Waren- oder Personentransportes, welcher mit mindestens einem Waggon erfolgt. Das Überwachungssystem ist bevorzugt für die Überwachung mehrerer Waggons, insbesondere auch von mehreren Zügen ausgebildet. Im einfachsten Fall ist das erfindungsgemäße Überwachungssystem für nur einen Waggon vorgesehen und ausschließlich in oder an diesem Waggon angeordnet. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem umfasst zunächst ein Generatorlager, welches in mindestens einem Radlager des Waggons integriert ist. Das Generatorlager dient somit einer- seits der Lagerung eines Rades des Waggons und andererseits zur Erzeugung elektrischer Energie, sodass es auch eine Energieversorgungseinheit ausbildet. Das Generatorlager ist bevorzugt als ein Wälzlager ausgebildet. Bei dem Generatorlager sind die zur Erzeugung der elektrischen Spannung erforderlichen Komponenten in das Lager integriert, beispielsweise in einen Lagerinnenraum des Wälzlagers. Eine dieser Komponenten ist durch eine Leiteranordnung gebildet, welche der Induktion einer zu generierenden elektrischen Spannung dient. Bei der Leiteranordnung handelt es sich bevorzugt um eine Wicklung oder um eine Spule. Weitere Komponenten sind beispielsweise durch Dauermagneten und/oder Elektromagneten gebildet. Der Dauermagnet bzw. der Elektromagnet führen bei einer Drehung des Generatorlagers dazu, dass in der Leiteranordnung eine elektrische Spannung induziert wird. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem umfasst weiterhin eine mit der Leiteranordnung elektrisch verbundene Sensorelektronik zur Bestimmung von Messgrößen, welche auf die Leiteranordnung einwirken. Folglich bildet das Generatorlager weiterhin einen Sensor aus. Die Leiteranordnung des Generatorlagers dient also zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, welche einerseits zur elektrischen Energieversorgung und andererseits zur Messung von auf die Leiteranordnung einwirkenden Messgrößen verwendet wird. Bei den Messgrößen handelt es sich ins- besondere um Messgrößen, welche durch das Einwirken der anderen für die Erzeugung der elektrischen Spannung erforderlichen Komponenten des Generatorlagers, insbesondere der Dauermagnete und/oder der Elektro- magnete messbar werden. Beispielsweise entsteht in der Leiteranordnung eine elektrische Spannung, deren zeitlicher Verlauf von der Drehzahl des Generatorlagers abhängig ist. Diese Spannung ist aber auch von weiteren Größen, beispielsweise von einer besonderen mechanischen Belastung des Generatorlagers abhängig, welche sich in einem veränderten Luftspalt zur Leiteranordnung auswirkt. Auch können Rückschlüsse auf den zeitlichen Verlauf der mechanischen Belastung gezogen werden, beispielsweise ob es sich um einen Stoß oder um eine Schwingung handelt. Auch können Rückschlüsse auf den Ort und die Ausrichtung der mechanischen Belastung ge- zogen werden, beispielsweise ob es sich um eine koaxiale oder um eine außermittige Lasteinleitung handelt. Insbesondere ist denkbar, Eigenschwingungen und/oder Wankmomente des Waggons zu bestimmen, um hieraus Rückschlüsse auf den Zustand der durch den Waggon beförderten Ladung, z.B. Container, (Flüssigkeits)tanks, Stückgut, Schüttgut oder der- gleichen, zu erhalten. So kann beispielsweise eine Leckage an einem Flüssigkeitstank durch eine zeitliche Veränderung von Eigenschwingungen oder Wankmomenten erkannt werden und an einen Leitrechner weitergegeben werden, was insbesondere bei Gefahrguttransporten einen Mehrwert an Sicherheit darstellt. Sofern die Ladung aus körperlichen Gegenständen be- steht (z.B. Stückgut oder Schüttgut), kann hierdurch auch ein Verrutschen der Ladung durch ebendiese zeitliche Veränderung von Eigenschwingungen oder Wankmomenten erkannt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Überwachungssystems be- steht darin, dass in das Radlager des Überwachungssystems drei Funktionen integriert sind, nämlich eine originäre Funktion als Radlager, eine Funktion als Generator zur Erzeugung einer elektrischen Versorgungsspannung und eine Funktion als Sensor zur Messung von Messgrößen, welche auf das Lager einwirken und eine Überwachung des Waggons ermöglichen. Das Lager kann daher als Generator-Sensor-Lager bezeichnet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwa- chungssystems umfasst dieses weiterhin einen zentralen übergeordneten Leitrechner. Der Leitrechner ist bevorzugt an einem Ort angeordnet, von welchem aus mehrere Waggons überwacht werden, beispielsweise in einer Leitstelle. Somit befindet sich der Leitrechner im Gegensatz zum Generator- lager nicht an oder in dem Waggon. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems umfasst weiterhin mindestens eine Bordeinheit, die gemeinsam mit der Energieversorgungseinheit jedem Waggon separat zugeordnet ist. Folglich weist jeder Waggon, der mit dem Überwachungssystem zu überwachen ist, eine Energieversorgungseinheit in Form des Generatorlagers, die Sensorelektronik und die Bordeinheit auf. Die Bordeinheit dient dazu, betriebseigene und satellitengeschützte Daten zu empfangen, zu verarbeiten und über eine Sendeeinheit an den Leitrechner zu senden. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems lässt sich eine Vielzahl der Waggons überwachen, um kom- plexe logistische Abläufe durchführen zu können. Dabei kann das Überwachungssystem sowohl von dem Betreiber des Schienennetzes und der Waggons, als auch von einem Kunden, welcher die Transportdienstleistungen in Anspruch nimmt, genutzt werden. Der Betreiber des Schienensystems und/oder der Waggons kann das erfindungsgemäße Überwachungssystem gleichzeitig dazu nutzen, die Sicherheit des Schienensystems bzw. der Waggons zu gewährleisten. Der zentrale Leitrechner erlaubt eine kontinuierliche Überwachung, welche auch bei einer großen Anzahl von Waggons nur geringe menschliche Arbeitsleistung erfordert. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems können die Waggons mithil- fe der von der Bordeinheit empfangenen satellitengestützten Daten lokalisiert werden, beispielsweise unter Nutzung des GPS. Folglich ist es möglich, die von den Waggons gesendeten am Leitrechner empfangenen Daten auch für eine Überwachung des Ortes und der Bewegung des Waggons zu verwenden.
Vorzugsweise umfasst die Bordeinheit eine Empfangseinheit zum Empfangen betriebseigener oder zustandsbezogener Daten vom Leitrechner oder von einem internen System. Die Empfangseinheit erlaubt eine bidirektionale Kommunikation zwischen den Bordeinheiten der Waggons und dem Leitrechner. Die Sendeeinheit und/oder die Empfangseinheit ist bevorzugt durch eine mobile Funkeinheit gebildet. Die mobile Funkeinheit ist bevorzugt für einen verschlüsselten Datenaustausch über GSM oder über UMTS konfiguriert.
Die Sensorelektronik wird bevorzugt direkt oder indirekt durch den Genera- tor des Generatorlagers elektrisch gespeist. Um zu ermöglichen, dass eine Versorgung der Sensorelektronik auch dann gewährleistet ist, wenn das Generatorlager keine elektrische Versorgungsspannung generiert, umfasst das Überwachungssystem bevorzugt weiterhin einen in der Energieversorgungseinheit ausgebildeten elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator oder einen Kondensator. Dabei kann das Überwachungssystem so konfiguriert sein, dass der elektrische Energiespeicher durch den Generator des Generatorlagers geladen wird.
Die in der Leiteranordnung induzierte elektrische Spannung ist abhängig von der Ausbildung eines Luftspaltes zwischen der Leiteranordnung und einer mit der Leiteranordnung zusammenwirkenden magnetischen oder elektromagnetischen Komponente, beispielsweise zwischen der Leiteranordnung in Form einer Spule und einem Dauermagneten. Mechanische Belastungen oder auch Verschließ führen dazu, dass sich der Luftspalt ändert. Um derartige Einflüsse messen zu können, ist die Sensorelektronik bevorzugt dazu konfiguriert, Messgrößen zu messen, welche durch eine Änderung des Luftspaltes zwischen der Leiteranordnung und der mit der Leiteranordnung zusammenwirkenden magnetischen oder elektromagnetischen Komponente bedingt sind. Alternativ oder ergänzend ist die Sensorelektronik bevorzugt zur Bestimmung einer Drehzahl zwischen der Leiteranordnung und der mit der Leiteranordnung zusammenwirkenden magnetischen oder elektromagnetischen Komponente konfiguriert. Die Drehzahl zwischen der Leiteranordnung und der mit der Leiteranordnung zusammenwirkenden magnetischen oder elektromagnetischen Komponente ist in den meisten Fällen gleich einer Drehzahl des Radlagers und somit gleich der Drehzahl des gelagerten Rades des Waggons. Folglich erlaubt diese Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems eine Messung der Drehzahl des gelagerten Rades des Waggons und folglich auch eine Bestimmung von Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Waggons. Auch lassen sich Rückschlüsse auf den Verschleiß des Waggons ziehen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems ist die Sensorelektronik zur Bestimmung einer vom Waggon zurückgelegten Wegstrecke auf der Grundlage der auf die Leiteranordnung einwirkenden gemessenen Messgrößen ausgebildet. Hierfür ist im einfachsten Fall die Sensorelektronik zur Messung der Drehzahl des Radlagers ausgebildet, woraus sich die zurückgelegte Wegstrecke bestimmen lässt. Weiterhin umfasst diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems ein satellitengestütztes Messsystem zur Bestimmung der vom Waggon zurückgelegten Wegstrecke, beispielsweise ein Messsystem auf der Basis von GPS. Die von der Sensorelektronik ermit- telte Wegstrecke und die vom satellitengeschützten Messsystem ermittelte Wegstrecke lassen sich miteinander vergleichen, wobei die in diesem Vergleich ermittelte Differenz eine Differenzstrecke repräsentiert, welche als Schlupf zwischen dem gelagerten Rad und der befahrenen Schiene benannt werden kann. Dieser Schlupf ist abhängig von der auf den Waggon einwir- kenden Last und ein wichtiges Maß für die Abnutzung, welche am Kontakt zwischen den Rädern des Waggons und der Schiene des Schienennetzes auftritt. Ausgehend von einer permanenten Bestimmung des Ortes der Waggons mithilfe des satellitengestützten Messsystems lässt sich der Verschleiß des Schienennetzes lokalisieren. Ebenso kann auf den Verschleiß der Rä- der des Waggons geschlossen werden. Die so ermittelbaren Daten lassen einerseits Rückschlüsse auf die gewährbare Sicherheit zu und andererseits können Aussagen zur erforderlichen Instandhaltung und Wartung getroffen werden. Der Schlupf zwischen dem gelagerten Rad und der befahrenen Schiene ist bevorzugt zentral zu bestimmen, wofür der Leitrechner entsprechend auszubilden ist. Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems sind im Radlager weitere Sensoren zur Bestimmung von Beschleunigungen, Kräften, Momenten und/oder Temperaturen angeordnet. Diese Sensoren sind beispielsweise durch optoelektronische Sensoren und/oder Hall-Sensoren gebildet. Mithilfe der weiteren Sen- soren und dem als Sensor fungierenden Generatorlager können Aussagen über eine Vielzahl an sicherheitsrelevanten Ereignissen am Waggon getroffen werden. Beispielsweise können Veränderungen des Generatorlagers aufgrund von Abnutzung, beispielsweise infolge eines Verlustes einer Vorspannung, aufgrund von Grübchenbildung infolge eines unruhigen Laufes, aufgrund von Geräuschen oder auch aufgrund von weiteren Ereignissen, wie Schlägen und Stößen am Kontakt zwischen dem gelagerten Rad und der Schiene erfasst werden. Diese Vielzahl an erfassbaren Größen und Ereignissen lässt eine Aussage über die Lebensdauer und Verfügbarkeit des ü- berwachten Waggons und der befahrenen Schiene zu. Beispielsweise kön- nen Fugenverwerfungen in der überwachten Schiene erkannt werden. Auch können Abnutzungen an einem Radreifen des gelagerten Rades erkannt werden, bevor dieser platzt oder reißt. Die gemessenen Daten und die erkannten Ereignisse lassen sich mit Referenzdaten, beispielsweise von einem weiteren der Generatorlager am Waggon oder auch von einem Genera- torlager an einem benachbarten Waggon vergleichen oder auch kombinieren, um beispielsweise die Lebensdauer von Komponenten des Waggons oder des Schienennetzes, wie beispielsweise einer Weiche voraussagen zu können. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems ist dazu geeignet, alle wesentlichen Größen am Kontakt zwischen dem gelagerten Rad und der Schiene zu erfassen, u. a. diverse Kräfte und Drehmomente, welche von einem Fahrgestell bzw. von einzelnen Achsen des Waggons und deren Drehgestelle eingeleitet und übertragen werden. Die gemessenen Größen und erkannten Ereignisse, wie beispielsweise Schwingungen, Stöße, Beschleunigungen und/oder Kräfte, welche auf das von den Waggons und dem Schienennetz gebildete System wirken, können mithilfe eines fahrdynamischen Modells bewertet werden, um das tatsächliche Ver- halten der Waggons bzw. einem Zug mit mehreren der Waggons zu bestimmen, wodurch beispielsweise ein mögliches Fehlverhalten betrachtet und beobachtet werden kann. Insbesondere ist denkbar, Eigenschwingungen und/oder Wankmomente des Waggons zu bestimmen, um hieraus Rückschlüsse auf den Zustand der durch den Waggon beförderten Ladung, z.B. Container, (Flüssigkeits)tanks, Stückgut, Schüttgut oder dergleichen, zu erhalten. So kann beispielsweise eine Leckage an einem Flüssigkeitstank durch eine zeitliche Veränderung von Eigenschwingungen oder Wankmomenten erkannt werden und an einen Leitrechner weitergegeben werden, was insbesondere bei Gefahrguttransporten einen Mehrwert an Sicherheit darstellt. Sofern die Ladung aus körperlichen Gegenständen besteht, kann hierdurch auch ein Verrutschen der Ladung durch diese zeitliche Veränderung von Eigenschwingungen oder Wankmomenten erkannt werden. Die gemessenen Größen und erkannten Ereignisse können auch dazu dienen, den überwachten Waggon bzw. den Zug mit den überwachten Waggons zu beeinflussen, insbesondere dadurch, dass die Geschwindigkeit des Waggons oder des Zuges durch eine Regelung oder Steuerung erhöht oder verringert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems sind das Generatorlager und die Sensorelektronik gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet, in welchem weiterhin ein Sensor zum Erkennen eines Öffnens des Gehäuses angeordnet ist. Bevorzugt befindet sich das Generator-Sensor-Lager vollständig in dem Gehäuse. Der Sensor zum Erkennen eines Öffnens des Gehäuses dient insbesondere da- zu, ein unberechtigtes Öffnen des Gehäuses zu erkennen und zu melden. Dabei ist der Sensor zum Erkennen eines Öffnens des Gehäuses bevorzugt durch einen optoelektronischen Sensor gebildet, welcher gleichzeitig der Messung einer Drehzahl des Generatorlagers dient. Der Sensor zum Erkennen eines Öffnens des Gehäuses kann aber auch durch Kontaktsensoren, Magnetsensoren oder andere Sensoren gebildet sein. Das Gehäuse ist weiterhin bevorzugt mit einem Eindringschutzmechanismus ausgestattet.
Das Generatorlager, die Sensorelektronik und ein Messdatenspeicher sind bevorzugt gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet, um eine Blackbox auszubilden. Die Blackbox dient in einem möglichen Katastrophenfall dazu, die vom erfindungsgemäßen Überwachungssystem gemessenen Messdaten und erkannten Ereignisse rekonstruieren zu können.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ü- berwachungssystems ist dieses weiterhin zur Bestimmung des Verschleißes einer Komponente des Waggons auf der Grundlage der gemessenen Mess- werte ausgebildet. Die verschleißende Komponente kann beispielsweise durch eine Bremse, durch ein Lager oder durch einen Radreifen des Waggons gebildet sein. Beispielsweise lässt sich der Verschleiß einer Bremse dadurch ermitteln, dass die gemessenen Größen der Bewegung des Waggons über die Laufzeit hinweg aufgezeichnet und bewertet werden. Hierfür sind bevorzugt die von der Sensorelektronik ermittelten Messgrößen der Bewegung mit den von dem satellitengestützten Messsystem ermittelten Messgrößen der Bewegung zu vergleichen. Daraus lässt sich u. a. ableiten, welche Verzögerungen von den Bremsen bewirkt wurden. Dabei ist das erfindungsgemäße Überwachungssystem bevorzugt derart konfiguriert, dass der ermittelte Verschleiß an den Leitrechner übermittelt wird. Überschreitet der Verschleiß ein zulässiges Maß, kann ein Alarm ausgegeben werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems umfasst der Leitrechner weiterhin ein Logistik-Management- System. Mithilfe des Logistik-Management-Systems können die Abläufe auf dem Schienennetz geplant und organisiert werden. Es kann eine Koordinierung, eine Überwachung und eine Optimierung des gesamten Verkehrs- und Warenflusses, beispielsweise eine Minimierung der Stillstandszeiten, sowie eine Prozessanalyse und eine Fahrplan- und Netzoptimierung vorgenommen werden. Unter Nutzung der bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems vorgesehenen Lokalisierbarkeit der Waggons kann am Leitrechner erkannt werden, ob ein bestimmter Waggon verfügbar ist und in welchem Zustand er sich befindet. In gleicher Weise kann ein Tracking, d. h. eine Verfolgung und Abfrage der aktuellen Positionen der Waggons vorgenommen werden, was beispielsweise der Berechnung einer Maut auf einer mautpflichtigen Strecke dient.
Der Leitrechner umfasst bevorzugt ein Informationsportal, welches alle relevanten Daten zu jedem Waggon in einem Intranet oder im Internet, beispielsweise für ein Logistik-, ein Trassen-, ein Maut- und/oder ein Diagnosemanagement zur Verfügung stellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Überwachungssystem für einen schienengebundenen Waren- oder Personentransport in einem Waggon, umfassend:
- ein eine Energieversorgungseinheit bildendes Generatorlager, das in mindestens einem Radlager des Waggons integriert ist und eine Leiteranordnung zur Induktion einer zu generierenden elektrischen Spannung aufweist; und
- eine mit der Leiteranordnung elektrisch verbundene Sensorelektronik zur Bestimmung von Messgrößen, welche auf die Leiteranordnung einwirken.
2. Überwachungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen zentralen übergeordneten Leitrechner und eine Bordeinheit umfasst; wobei die Bordeinheit gemeinsam mit der Energieversorgungseinheit jedem Waggon separat zugeordnet ist; und wobei die Bordeinheit betriebseigene und satellitengestützte Daten empfängt, verarbeitet und über eine Sendeeinheit an den Leitrechner sendet.
3. Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen in der Energieversorgungseinheit ausgebildeten elektrischen Energiespeicher umfasst.
4. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik zur Bestimmung einer Drehzahl zwischen der Leiteranordnung und einer mit der Leiteranordnung zusammenwirkenden magnetischen oder elektromagnetischen Komponente konfiguriert ist.
5. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik weiterhin zur Bestimmung einer vom Waggon zurückgelegten Wegstrecke auf der Grundlage der auf die Leiteranordnung einwirkenden gemessenen Messgrößen ausgebildet ist, wobei das Überwachungssystem weiterhin ein satellitengestütztes Messsystem zur Bestimmung der vom Waggon zurückgelegten Wegstrecke umfasst, sodass aus dem Vergleich der von der Sensorelektronik ermittelten Wegstrecke mit der vom satellitengestützten Messsystem ermittelten Wegstrecke ein Schlupf zwischen dem gelagerten Rad und der befahrenen Schiene bestimmbar ist.
6. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Radlager weitere Sensoren zur Bestimmung von Beschleunigungen, Kräften, Momenten und/oder Temperaturen angeordnet sind.
7. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorlager und die Sensorelektronik gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind, in welchem weiterhin ein Sensor zum Erkennen eines Öffnens des Gehäuses angeordnet ist.
8. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Generatorlager, die Sensorelektronik und ein
Messdatenspeicher gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind, um eine Blackbox auszubilden.
9. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin zur Bestimmung des Verschleißes einer Komponente des Waggons auf der Grundlage der gemessenen Messwerte ausgebildet ist.
10. Überwachungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Bestimmung des Verschleißes einer Bremse des Waggons auf der Grundlage der die Bewegung des Waggons beschreibenden gemessenen Messwerte ausgebildet ist.
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