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

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l. A

ufn

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er

Mit A

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Akti

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4 d

B/O

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sic

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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

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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