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Die Gleis- und Fahrzeuginstandhaltung muss die Einhaltung von Grenzwerten im Hinblick auf Sicherheit, Komfort und Komponenten-Beanspruchung gewährleisten. Dies ist aber nur möglich, wenn bei der Konstruktion und Zulassung der Fahrzeuge und des Oberbausein entsprechender Abnutzungsvorrat sichergestellt ist.
Konstruktion undZulassung derFahrzeuge
Konstruktion undZulassung desFahrweges
Kriterien und Beurteilungsmassstäbe einer wirkungsbezogenen Beurteilung
Betrieb und Instandhaltung von Fahrzeugen und Fahrweg
Störgrössen
Im Gleis-abschnitt
Reaktionen
Fahrzeug-kollektiv
Fahrzeug-Gleis-Dynamik
EntwicklungGleiszustand
Kastenbe-schleunigung
Radkräfte
Oberbauspann-ungen
Achslager-beschleunigung
Beurt
eilu
ngsg
röss
en
EntwicklungFahrzeugzustand
Sicherheit
Komfort
Komponenten-beanspruchung
Ma
ssst
äb
e
Fahrflächen-fehler
Abweichung vonVermarkung
Gleislage-fehler
Gleisbogen-trassierung
Berührgeo-metriefehler
Korr
ekt
urm
ass
nahm
en F
ahrw
eg
BeurteilungMomentan-
zustand
LangsamfahrtBeurteilungLangzeit-verhalten
Sanierung
Planung
Verf
ahre
n
Fahrtechnik:Anerkannte Regeln der Technik
Quelle: H. Stradtmann, AlstomQuelle: H. Stradtmann, Alstom
prEN XXXXX
Fahrsicherheit der Güterwagen unter Längs-druckkräften in S- und Vollbögen
UIC 432
UIC 510-2
UIC 518
ORE-B55, Rp.8
EN 14363
Bedingungen für Güterwagen,die mit 100 bzw. 120 km/h verkehren dürfen,Liste zugelassener Standardfahrwerke(Basis für EBA-Tauschliste)!
Fahrsicherheit, Oberbaubeanspruchung undFahrverhalten im Bereich der max. zulässigenGeschwindigkeiten und Überhöhungsfehlbeträgein Bogenradien über 250 m
Sicherheit gegen Entgleisen in Gleisverwindungen:Prüfverwindung im 150-m-Bogen
Fahrsicherheit von Fahrzeugen mit kleinenRädern in Bogenkreuzungen
Fahrsicherheit unter Einfluss von Seitenwind
?
UIC 530-2
RIL 401
Hinweis
Kräfte
Beschleuni-gungen
y"*
y"+
y"
z"*
Berechnung der Fahrfähigkeit
• Sicherheit gegen Entgleisen• Radlastabweichungen• ...
Prüfung der Fahrfähigkeit
Stationäre Versuche
Fahrdynamische Berechnung
• Fahrsicherheit• Ausfallvarianten• ...
Prüfung der Fahrsicherheit
Fahrtechnische Versuche
Nachweis der FahrsicherheitY
Q, Y
Y/Q Q/Q0
Längshöhe NL
Richtung D
Spurweite E
Sensoren zur Überprüfung der Aspekte der FahrsicherheitSensoren zur Überprüfung der Aspekte der Fahrsicherheit
Normales Verfahren Vereinfachte Verfahren
- H-Kräfte- Beschleunigungen Fahrzeugkasten
Beschleunigungen
Fahrzeuge mitDrehgestellen- Kasten- DG-Rahmen
Fahrzeuge mitEinzelradsätzen- Kasten- Radsatzlager
- Messradsätze Kräfte R/S- Beschleunigungen Fahrzeugkasten
9
Harddisc
Floppy
Plotter
Printer
Monitor
Sen
so
rB
esch
l. A
ufn
eh
me
r,W
eg
-Kra
ft-M
esse
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ch
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pe
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Do
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me
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Da
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PC
M-D
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od
er
Mit A
ntia
llia
sin
g-F
ilte
r
Akti
ve F
ilte
rT
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utterw
art
h2
4 d
B/O
kta
ve
Mu
ltip
rog
ram
me
rA
/D-W
andle
r
Au
sw
ert
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ch
ne
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Au
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ab
e-
un
d S
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her-
peri
ph
eri
eD
an
ten
sic
he
run
g d
er
Me
ss-
erg
ebnis
se
Rechner für fahrzeug-bezogene Abschnitts-marken
Steuerrechner fürMessgeräte
„Max und Moritz wurden so feingemahlen, dass ihre ehemaligeGestalt auch im „abgetasteten“Zustand noch erkennbar war“
Messgrössen werden mit Signalen übertragen. Man definiert ein Signal als den Träger einer Infor-mation. Die durch Signale übertragenen Messinformationen werden zur Prozessindentifizierungoder zur Prozesskontrolle benutzt. Es besteht die Aufgabe, Gütekriterien zur Prozessidentifizier-ung oder zur Prozesskontrolle in Form von Kenngrössen zu erhalten. Kenngrössen werden mitstatistischen Methoden aus den Analogsignalen ermittelt.
Fahrtechnische ZulassungsprFahrtechnische Zulassungsprüüfung nach UIC-Merkblatt 518fung nach UIC-Merkblatt 518
GeradeGeradeÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
LinksbogenLinksbogen ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
GeradeGeradeGerade ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
Rechts-Rechts-bogenbogen
ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
AuswerteabschnitteAuswerteabschnitteGeradenGeraden
Kri
teri
um
Kri
teri
um
VV
VVh
om
ho
m
AuswerteabschnitteAuswerteabschnitteÜÜbergangsbbergangsböögengen
Kri
teri
um
Kri
teri
um
aaqq
aaq
ho
mq
ho
m
AuswerteabschnitteAuswerteabschnitteVollbVollböögengen
Kri
teri
um
Kri
teri
um
aaqq
aaq
ho
mq
ho
m
Fahrzeugbezogene Streckenzulassung unter realem Betrieb Fahrzeugbezogene Streckenzulassung unter realem Betrieb
GeradeGeradeÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
LinksbogenLinksbogen ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
GeradeGeradeGeradeGerade ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
Rechts-Rechts-bogenbogen
ÜÜber-ber-gangs-gangs-bogenbogen
kmkm
KK11
GGww
Strecke wird unabh Strecke wird unabhäängig von der Trassierung kontinuierlich in Abschnittengig von der Trassierung kontinuierlich in Abschnitte gleicher L gleicher Läänge unterteiltnge unterteilt
Jeder Abschnitt wird f Jeder Abschnitt wird füür alle interessierenden Beurteilungsgrr alle interessierenden Beurteilungsgröössen statistischssen statistisch ausgewertet ausgewertet
Die Die ÜÜberschreitungen werden in einer Tabelle mit dem genauen Ort derselben berschreitungen werden in einer Tabelle mit dem genauen Ort derselben festgehalten festgehalten
.werdengestellt
darxAbweichungeinerundxesMittelwerteines
ngÜberlagerudiedurchkannSignalbeliebigesEin
( ) ( )txSignalsdestionDichtefunkdieistxp
( ) ( ) definiertxüberxpvonIntegraldasistxPkeit
scheinlichSummenwahrodersfunktionVerteilungDie
( ) ( )dxxpxP =
Voraussetzung fürmaschinelle statisti-sche Auswertung z.B.nach UIC 518 bzw.EN 14363
Messsignale beifahrtechnischenVersuchen
Für die Schätzung statistischer Parameter spielt der Begriff der Stationärität einewichtige Rolle. Als stationär wird ein Prozess dann angesehen, wenn die statistischenEigenschaften des Prozesses nicht von der Zeit abhängen. Stationäre Prozesse sindunempfindlich gegenüber Zeitverschiebungen. Diese Eigenschaften von MesssignalenAus fahrtechnischen Untersuchungen werden dann erzielt, wenn die Ergebnisse ver-schiedenen Klassen zugeordnet werden, wie zum Beispiel:
• Klassierte Bogenhalbmesser (kleine, mittlere, grosse, sehr grosse),• Klassen der unausgeglichenen Querbeschleunigungen auf Gleisebene,• Geschwindigkeitsklassen,• Klassen in Abhängigkeit der Grösse der Gleislageabweichungen,
Ändern sich die statistischen Eigenschaften eines Signals mit der Zeit, dann redet manvon einem instationären Signal. In gewissen Fällen ändern sich die statistischen Eigen-schaften nur langsam. Solche Signale werden als quasistationär bezeichnet. BeispieleVon instationären Vorgängen sind:
• die Fahrt durch die Übergangsbögen, wo sich Überhöhung und Bogenhalbmesser bei Ein- und Ausfahrt verändern,
• die Fahrt über den ablenkenden Strang der Weichen,• die Fahrt über vereinzelte diskrete Gleislagefehler.
Darstellung einer Anzahl Realisierungen eines Zufallsprozesses
p(xi): Statistische Parameter des stationären Zufallssignals xi(t) im Beobachtungszeit- raum von t1 bis t2pi(x): Statistische Parameter aus einer Schar von stationären Zufallssignalen xi(t) zum Zeitpunkt ti
Zeitsignale gelten als ergodisch, wennp(xi) = pi(x) für i=1 …n
Den fahrtechnischen Auswerteverfahren liegt die Modellvorstellung zugrunde, dass die stichprobenmässig angefallenen Messwerte aus einer unendlich grossen Grundgesamt-heit von Messwerten stammen, die
• sich um einen Schwerpunkt ballen,• von diesem Schwerpunkt nach oben wie nach unten in gleicher Weise abweichen und• mit zunehmender Entfernung von diesem Schwerpunkt immer seltener auftreten.
Diese Beschreibung wird durch die unten aufgeführte Figur veranschaulicht. Hier ist diebei diesen Merkmalen vorliegende so genannte Normalverteilung dargestellt.
μ+3
μ •+=1
uxoben
50
84.13
97.725
99.8650
99.996833
0
1
2
3
4
1- in %U1-
Anteil
„unterhalb“
Einseitig oberer
Schwellenwert
1.282
1.645
2.326
3.090
90
95
99
99.9
U1-1- in %
Einseitig oberer
Schwellenwert
Anteil
„unterhalb“
Obere Grenze der Verteilungmax y, Schätzwert des maxi-malen Erwartungswertesmax[max y(PA,, x1)]
)(~Re
1xywert
gressions
Verteilungsdichte (y)
Ab
hä
ng
ige V
ari
ab
le y
(Z
ielg
röss
e)
Unabhängige Variable x1
(Einflussgrösse)
Vertrauensbereiche der Verteilung
Regressions-gleichungen(Zielfunktionen)
Untere Grenze der Verteilung min y, Schätzwert des minimalenErwartungswertes min[min y(PA,, x1)]
Gesamtver-teilung Y(x1)
)(max 1xfy=
)(min 1xfy=
)(~1xfy =
ymax
ymin
y~
x11x12
x13
x1k
y~
Wahrscheinlichkeitsdichte (y)
Untere Grenze der Verteilung min ySchätzwert des minimalen Erwartungs-wertes min[min y(PA, x1)]
ymin
Gesamtverteilung Y(x1)
ymax
Verteilung der Grösstwerte max y
Obere Grenze der Verteilung min ySchätzwert des minimalen Erwartungs-wertes max[max y(PA, x1)]
Verteilung der Kleinstwerte min y
Verteilung der Zentralwerte
y~
Ab
hän
gig
e V
ari
ab
le y
(Z
ielg
rösse)
LinksbögenBogenhalbmesserklasse
A<R B
RechtsbögenBogenhalbmesserklasse
A<R B
Geraden
Seite
nbesch
leunig
ung a q [m
/s2 ]
0.5
1.0
1.5
Gleisbogenhalbmesser R [m]
300600
9001200
Su
mm
e d
er
Fü
hru
ng
skrä
fte [
kN
]
0
10
20
30
40
-10
-20 Vertrauensbereichder Verteilungmax Y1=f(R, aq)
Regressionsebenemax Y1
Gesamtauswertung Y
Sum
me d
er
Führu
ngsk
räfte
Y1 [
kN]
Seitenbeschleunigung aq [m/s2]
Geltungsbereich Geltungsbereich
Vertrauensbereich derVerteilung max Y1=f(r, aq)
Bezugsgrösse:Grenzwert lim Y1
Regressionsebene max Y1 Regressionsebene max Y1
R = 300 m R = 1200 m
10
20
30
40
0
-10
0 0.5 1.0 1.51.75
0 0.5 1.0 1.5 1.75
Grenzwerte der Beurteilungsgrössen - Sicherheit – Kräfte Rad/Schiene
Fahrsicherheit
Summe der Führungskräfte Quotient Y/QFahrweg-
beanspruchung
)3/10()( 0lim2 PY m +•=
2/)()( lim2lim mYYs =
9/138
8.0])/[( lim2
RPCOREnach
QY m =
855
2.1/
RPBOREnach
QY =
1lim=
Kippen
0lim90 QQ +=
)155(,145)( lim kNkNQqst =
kNBqst 180)( lim =
kNRY mqst )1050030()( lim •+=
Grenzwerte der Beurteilungsgrössen - Sicherheit –Beschleunigungen
Fahrzeuge mit Drehgestellen Fahrzeuge ohne Drehgestelle
Richtungwaagrecht/quer
Richtungwaagrecht/quer
Richtungvertikal
Richtungvertikal
5/12)( lim bs My
2lim
* /3)( smy
Gerade
s
2lim
* /8.2)(
600400
smy
mRm
s
2lim
* /6.2)(
400250
smy
mRm
s
2/)()( limlim ss yys
ätInstabilit
FahrzeugeneangetriebenisezugwageRe
rzeugeSpezialfahGüterwagen,2
lim* /3)( smy s
ezweistufigFederung
2lim
* /3)( smz s
FederungEinst.gNotfederun
2lim
* /5)( smzs
2lim
* /5)( smz s
FahrzeugeneangetriebenisezugwageRe
lenDrehgestelmitFahrzeugewie
zundy ss lim*
lim* )()(
rzeugeSpezialfahGüterwagen,kNP 600
2lim
* /4 smy s
kNPkN 20060 0 2
0lim* /140/43.4 smPys
kNP 2000 2
lim* /3 smy s
2lim
* /5)( smz s
2lim /5)( smys
ätInstabilit
s
Grundsätzlich nach UIC 518 bzw.EN 14363. Zusätzliche Analyse-methoden je nach Problemstellun-gen am zu optimierenden Fahrzeug
Auswahl nach Problemstellungam zu optimierenden Fahrzeug
Auswahl nach Problem-stellungen am zu opti-mierenden Fahrzeug
Fahrzeugoptimierung
Wie bei der Prüfung zum Nach-schiebebetrieb
Ungünstigster Zustand imZugsverband
Gesamte EinsatzstreckeStreckenzulassung
Nach UIC 518 bzw. EN 14363.
Die Auswerteabschnitte werdenkontinuierlich, ohne Berücksichti-gung der Trassierungsmerkmalefestgelegt. Pro Auswerteabschnittfällt ein Messwert an, keineRegressionsanalysen und Schätz-werte
- Reihung gemäss UIC 530-2oder nach Betriebsanforder-ungen
- Druckkraft am Puffer desPrüfobjektes gemässAnforderungen des Betriebs
Streckenbereiche miterhöhten Nachschiebe-kräften
Nachschiebebetrieb
Nach UIC 518 bzw. EN 14363Festgelegt in UIC 518, EN 14363Bereiche und Beding-ungen festgelegt in UIC518, EN 14363
InternationaleZulassung
Nach UIC 530-2- Reihung gemäss UIC 530-2 - -Druckkraft am Puffer desPrüfobjektes 200 bzw. 240 kN
150 m S-Bogen mit 6 mZwischengerade
ErtragbareLängsdruckkräfte
Beurteilungsgrössen und
Auswerteverfahren
Reihung des Versuchs-trägers im Zug und beson-dere Bedingungen
PrüfbereicheArt der Prüfung
MessradsatzDimensionierung
Messradsätze LokFahrtechnik
Messradsätze Wagen SggnsFahrtechnik
KameraPufferüberwachung
WegmesstechnikPufferüberlappung
- Spezielle Zusammensetzung des Ver-suchszuges mit verteilter Traktion
- gerade Strecken, Bögen mit mittlerenund kleinen Bogenhalbmessern, Wei-chen, Werkstattgleise
-Fahrzustände: Leerlauf, volle Zugkraft,volle Bremskraft
- Trassierungsauswahl mit repräsentati-ven Elementen für den Einsatzspiegel
Dimensionierungsüber-prüfung der Räder undRadsatzwellen der Lok
- Auf Steigungsstrecken werden bis zu500 Tonnen Zugmasse nachgescho-benen, Anfahrbeschleunigung 0.05 m/s2
- Langer Güterwagen mit grossenÜberhang (z. B. Sggns)
- Aufbringen der erforderlichen Nach-schiebekraft auf den nachgeschobenenZug
- Repräsentatives Fahrzeug am nach-geschobenen Lokpuffer
Eignung der Lok zumNachschieben vonGüterzügen aufGebirgsstrecken
- Keine Kräfte auf die Seitenpuffer derLok
- Lok gezogen möglichst am Ende desVersuchszugs
- Fahrzeug unbeeinflusst
- Fahrzeug ohne Brems- und Zugkraft
FahrtechnischePrüfung der Lok imBereich kleinerBogenhalbmesser
Erfüllung der AnforderungenVersuchstechnische AnforderungenAufgabenstellung
Keine Kräfte an PuffernFahrtrichtung
Lok zieht gesamten BlockLok schiebt gesamten Block
FahrtrichtungNachschiebekräfte an PuffernKeine Kräfte an Puffern
Lok bremst zum Erzielen derNachschiebekräfte am Prüfobjekt
Lok schiebt gesamten Block Lok schiebt mit gefor-derter Nachschiebekraft
Fahrtrichtung
Gotthard, Bergwärts, vorlaufend, Stahlpuffer, 28,5 km
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1 10 100 1.000 10.000 100.000
Summenhäufigkeit (log)
Sp
an
nu
ng
sam
plitu
de [
MP
a]
R1X0_BPZ_Versuch_065 ; Beharrung, D = 8,92E-03
R1X0_BPZ_Versuch_068 ; volle Zugkraft, D = 1,25E-03
R1X0_BPZ_Versuch_076 ; 150 kN, D = 4,77E-03
R1X0_BPZ_Versuch_074 ; 175 kN, D = 3,16E-03
Wellenmessstelle