Detektion unrunder R ader an Stra enbahnen mit einer Gleisme stelle

Detektion unrunder Rader an
Stra enbahnen mit einer Gleisme stelle
Dr.-Ing. Thomas Thummel, TUMunchen,
Dipl.-Ing. (FH) Georg Mayr, TU Munchen,
Dr.-Ing. habil. Holger Waubke, Fa. Muller-BBM Planegg bei Munchen,
Dipl.-Ing. Christian Breindl, ADtranz Nurnberg
Zusammenfassung
Stra enbahnen konnen bei Vorbeifahrt unerwunschte Schwingungen in angrenzenden Gebauden verursachen.
Eine wesentliche Ursache sind unrunde Rader mit 8 bis 20 Ecken bzw. Wellen uber dem Umfang.
Im Beitrag wird das Konzept einer Gleisme stelle vorgestellt, das sich inzwischen bei den Berliner Verkehrsbetrieben
und Stadtwerken Munchen in praktischer Anwendung be ndet. Mit einer Gleisme stelle
an der Einfahrt zum Depot konnen eingesetzte Fahrzeuge kontinuierlich uberwacht und unrunde Rader
detektiert werden, um rechtzeitig aber nur bei Erfordernis Gegenma nahmen ergreifen zu konnen. In
jedem Falle mussen die Rader bei bestimmten Werten der Unrundheit repro liert werden. Um den Zeitpunkt
des Abschleifens automatisch bestimmen zu konnen, wird aus Beschleunigungssignalen je Schiene
bei Uberfahrt einer Stra enbahn fur jedes Rad ein Indikatorwert berechnet. Nach Speicherung und statistischer
Auswertung dieser Indikatorwerte fur einen langeren Zeitraum kann aus dem Trend und dem
Absolutwert die Entscheidung zur zustandsbezogenen Instandsetzung gefallt werden. Die Pilotlosung der
Gleisme stelle bei den Stadtwerken Munchen wird naher vorgestellt.
Grube mit
Antenne und
Empfänger
zur Fahrzeugerkennung
10 Meter
Bild 1: Gleisme stelle im Betriebshof der Stadtwerke Munchen
Büro des
Schichtleiters
Grube mit
Sensor
rechte Seite

1 Einleitung
Die zunehmende Sesibilisierung der Einwohner gegenuber Verkehrsgerauschen stellt auch an
den schienengebundenen Nahverkehr immer hohere Anforderungen. Nachdem in Munchen und
Berlin 1997/98 einzelne Stra enbahnen bei Vorbeifahrt extrem au allige unerwunschte Schwingungen
in angrenzenden Gebauden hervorriefen, kam es zu Protesten der Bevolkerung bis zur
Einschaltung politischer Instanzen. Als wesentliche Ursache erwiesen sich unrunde Rader mit 8
bis 20 Ecken bzw. Wellen uber dem Umfang [1], [3], [4], [6]. Rader bei Nieder urstra enbahnen
konnen nach einer Fahrstrecke von 80.000 bis 90.000 km unrund werden. Der Entstehungsmechanismus
ist nicht genau bekannt, konnte vielleicht mit selbsterregten Schwingungen infolge
Reibung bei Kurvenfahrten zusammenhangen. In jedem Falle mussen die betro enen Rader bei
bestimmten Werten der Unrundheit repro liert, z.B. abgeschli en oder uberdreht, werden.
Eine erste Kontrollmoglichkeit besteht in einer Radrundheitsmessung mit einer Me uhr. Dazu
mu das Fahrzeug aus dem Fahrbetrieb genommen und angehoben werden, so da sich die
Rader per Hand drehen und vermessen lassen. Das erfordert einen unakzeptablen Aufwand.
Andererseits fuhrt ein zu fruhes vorbeugendes Repro lieren der Rader zur Verkurzung der Nutzungsdauer.
Aus dieser Problematik heraus entstand 1998 der Auftrag von ADtranz Nurnberg an die TU
Munchen zur Entwicklung einer Gleisme stelle. Um den Zeitpunkt des Repro lierens automatisch
bestimmen zu konnen, sollten die Stra enbahnen bei der taglichen Einfahrt in das Depot
uber eine stationare Me einrichtung fahren, die mit Hilfe von Sensoren auf indirektem Weg die
Unrundheit der Rader erfa t.
Bisher waren genaue Kriterien noch unbekannt, mit deren Hilfe man aus einer Messung am Gleis
die Unrundheit einzelner Rader quanti zieren kann. Hierzu mu ten systematische Messungen
und Signalauswertungen (Analyse im Zeit- und Frequenzbereich) durchgefuhrt werden.
Dieser Beitrag stellt das von der TU Munchen entwickelte Konzept einer Gleisme stelle vor [7].
Es enthalt im einzelnen die folgenden Schritte:
Automatische Fahrzeugerkennung und Start der Messung
Messen und Speichern der Beschleunigungssignale im PC
Geschwindigkeitsschatzung und Selektion einzelner Rader
Entscheidungskriterien zur Verwertbarkeit der Messung
Bilden von Radspektren und Berechnen des Radindikators
Statistische Bewertung mehrerer Uberfahrten
Das Konzept wurde von der TU Munchen in einer Pilotanlage fur die Stadtwerke Munchen
(SWM) umgesetzt. Diese spezielle Losung und praktische Erfahrungen der Inbetriebnahme bei
den SWM dienen in diesem Artikel zur Veranschaulichung. Unter Regie von ADtranz Nurnberg
realisierte die Fa. Muller-BBM fur die Berliner Verkehrsbetriebe (BVB) zwei Gleisme stellen.
Diese beruhen auf dem gleichen Konzept, die Software ist jedochwesentlichkomplexer und enger
in die Betriebsorganisation des Stra enbahndepots integriert. Die Losung von der Fa. Muller-
BBM wird in [9] als Beispiel verwendet.
2 Charakteristik unrunder Rader an Nieder urstra enbahnen
Neue Rader der Nieder urstra enbahnen haben einen Durchmesser von 650 mm, der spater
durch Verschlei und mehrfaches Repro lieren bis auf 560 mm reduziert wird. Neben einem
Hohenschlag, Rad ist Ellipse bzw. die Abwicklung ein Sinus 1. Ordnung, zeigen Rader mit
zunehmender Lau eistung Sinuslinien hoherer Ordnung. Diese unrunden Rader mit Durchmesserschwankungen
werden auch als polygonbehaftet bezeichnet.

Diese Unrundheiten hoherer Ordnung sind die entscheidenden Merkmale des Untersuchungsauftrages.
Zur Prufung des zu entwickelnden diagnostischen Indikators sind in der Testphase
exakte Rundheitsmessungen erforderlich.
Genaue Messungen erfolgten in Munchen am Wagen 2133 mit digitaler Aufzeichnung der Wegund
Winkelsignale (Incrementalgeber). Bild 2 zeigt die Ergebnisse an Achse 3 (Losrad) rechts.
Viele Rader wiesen eine 1. Harmonische (Hohenschlag) auf, mit bis zu 0,2 mm. Hinsichtlich
Polygonausbildung waren bei diesem Fahrzeug nur bei Rad 3 und nur rechts deutliche Wellen
der 12. Harmonischen mit 0,05 mm zu erkennen. Das linke Rad der 3. Achse erreichte
dagegen nur maximal 0,02 mm in der 12. Harmonischen. Der maximale Polygonausschlag
trat immer im Tal des Hohenschlages auf. In Bild 2 rechts sind die Fourier-Koe zienten
zum Me schrieb der Radunrundheit zu sehen.
0,2
Weg
[mm]
0,1
0
-0,1
Unrundheit
über Umfang
0.15
Weg
[mm]
0.10
INCREM03
-0,2
0
0 50 100 150 200 250 300 350
0 1 5 10 12 15 20 25
Winkel [Grad] Ordnung
Bild 2: Induktiv gemessene Unrundheit uber einem Radumfang
0.05
Stadtwerke München 20.8.98
Wagen 2133, rechtes Rad Achse 3
Unrundheit
FOURIER-Koeff.
Bei den Berliner Verkehrsbetrieben konnten im Dezember 1998 drei Fahrzeuge komplett vermessen
werden. Der Wagen 1063 wies 12 Polygonecken an den Achsen 1r, 2r, 3l, 4l, und 5r auf,
wobei die Achse 3 links mit max 0,24 mm bzw. 0,48 mm (Spitze-Spitze) uber dem Umfang
schwellende Sinuswellen und die Achse 5 rechts mit max 0,12 mm aber gleichbleibend die
gro ten Unrundheiten aufwiesen.
Die Eckenanzahl 12 fur ein Laufrad (z.B. Rad 3) widerspricht den Aussagen der Diplomarbeit
Kehl [3, S.41]. Dort wird nach statistischer Auswertung den Laufradern die Eckenanzahl
18 und den Triebradern die Eckenzahl 12 zugeordnet, infolge der Lastverteilung an einem Drehgestell
im Verhaltnis 2:1. Kehl zahlte die Ecken manuell am Papierschrieb, was nicht ganz
zuverlassig erscheint. Au erdem werden von Kehl [3, S.37] die jeweils vorderen Achsen eines
Radsatzes (Achse 1, 3 und 5) als starker wellenbehaftet ermittelt. Diese Aussage wird von
unseren Messungen bestatigt.
Die Anzahl der Polygonecken entscheidet uber den Frequenzbereich, in dem nach einem Indikator
fur unrunde Rader gesucht werden mu . Eine Eingrenzung ware deshalb vorteilhaft und konnte
die Bewertung wesentlich tre sicherer machen. Bei 20 km/h Fahrtgeschwindigkeit und dem
Raddurchmesser von 0,56 m bis 0,65 m folgt bei 12 Ecken der Frequenzbereich von 32,6 bis
49 Hz. Bei 18 Ecken ergeben sich 37,9bis 56,9 Hz als Polygonfrequenzband.
Im August 1999 nahm die Fa. Muller BBM bei den SWM Rundheitsmessungen mit dem Radunrundheitsme
gerat RMR 1435 [2] an den Wagen 2116, 2125, 2165 und 2169 vor. Einige
Ergebnisse fur den Wagen 2165 zeigen Bild 3 und 4. Die Spitze-Spitze-Werte erreichen ca.
0,11 mm. Die gleichzeitige Speicherung der Position auf dem Radumfang ermoglicht die Fourierreihenentwicklung
mit dem Radumfang als Grundperiode.

100
50
20
10
5
1
von Müller BBM
für ADtranz
9./10.Sept. 1999
8 12 16 20
Bild 3: Rundheitsmessungen Rad 1re am Wagen 2165 von Muller BBM
Radrauhigkeitsmessung
Amplitude in m
�
Doppelamplitude
m]
��
SWM
Wagen 2165
Rad1re
� 601,0 mm
20
� = 209
10
Ordnung bzgl. Umfang
Fur einen spateren Vergleich mit dem Indikator aus der Beschleunigungsmessung am Gleis sind
die Amplituden der 10. bis 20. Ordnung aufsummiert. Fur Rad 1re Bild 3 ergibt sich 209 und
die 12./13. und 17. Ordnung dominieren, wahrend am Rad 3li der Vergleichswert 229 betragt
und die 12./13. und 18. Ordnung hervortreten, Bild 4. Die Dominanz und Starke einzelner
Wellen (Ordnungen) wechselt uber dem Radumfang. Bei Rad 3li verschwinden die Wellen im
4. Quadranten nahezu. Wird an der Gleisme stelle mit einem Sensor in einem Schwellenfach
mit dem Schwellenabstand von 1/3 Radumfang gemessen, fuhren die uber dem Radumfang
wechselnden Unrundheiten zur Streuung der Ergebnisse. Deshalb erregt eine Uberfahrt uber
die Me stelle manchmal besonders die 12./13. Ordnung, manchmal die 17./18. oder andermal
uberhaupt keine dementsprechende Polygonfrequenz.

100
50
20
10
5
1
von Müller BBM
für ADtranz
9./10.Sept. 1999
8 12 16 20
Bild 4: Rundheitsmessungen Rad 3li am Wagen 2165 von Muller BBM
Radrauhigkeitsmessung
Amplitude in m
�
Doppelamplitude
m]
��
SWM
Wagen 2165
Rad3li
� 600,0 mm
20
� =
10
229
Ordnung bzgl. Umfang
Au er den bisher beschriebenen Unrundheiten vom Typ 'Hohenschlag' und vom Typ 'Polygon'
konnen auch andere Merkmale bei Stra enbahnradern auftreten, z.B. einmalige Flachstellen
durch Blockieren eines Rades bei Getriebeschaden. Dabei ist eine deutliche Materialabtragung
und anschlie ende Materialanhaufung an genau einer Stelle des Radumfanges erkennbar. Eine
solche Radunrundheit wird aber durch den Fahrer bzw. das Wartungspersonal ohne technische
Hilfsmittel erkannt.

3 Vom Beschleunigungssignal zum Indikator fur unrunde Rader
3.1 Messen und Aufzeichnen der Beschleunigungen am Gleis
Fur unsere Gleisme stelle sollen Beschleunigungssensoren an der Schiene angebracht werden,
vgl. Kapitel 4. Dadurch entfallt die Bestuckung jedes Fahrzeuges mit Sensorik, es mu nur
jedes Fahrzeug uber die Me stelle fahren. Es wird in vertikaler Richtung gemessen. Mit den
Me gro en werden die Ausgangsdaten fur die automatische Ableitung eines diagnostischen
Indikators fur unrunde Rader xiert. Alle Me einstellungen, z.B. Abtastparameter, Filterparameter
aber auch bauliche Realisierungen (Sensoranbringungen, Gleisbau) sind mitentscheidend
fur das Aussehen der Me kurven, fur den Weg und die Qualitat der Auswertung. Fur die SWM
gelten folgende Kennwerte:
Ein Sensor je Schiene mittig in einem Schwellenfach (Abstand = 650 mm, Eigenfrequenzen
der Schiene als Balken zwischen zwei Schwellen: f1 500 Hz, f2 750 Hz
Me bereich der Sensoren: 30g(1g=9,81m=s 2 ), Tiefpa lter (100 Hz, 4. Ordnung)
Messung der Uberfahrt aller Achsen bei Fahrtgeschwindigkeit: vm = 16 km/h (12 bis 20
km/h), moglichst mit konstanter Geschwindigkeit
Abtastfrequenz: fA = 400 Hz
Zeitdatensatzlange: T =10,24 s, da 4096 Abtastwerte
Die Zeitschriebe der Vertikalbeschleunigungen z der Schiene, siehe Bild 5 oben, zeigen deutliche
Schwingungsanfachungen bei Uberfahrt der 6 Rader eines Fahrzeuges (3 Radsatze mit 2 Achsen).
Es handelt sich dabei um amplitudenmodulierte hochfrequente Schwingungen.
z
[g]
|z|
|z|
10
5
0
-5
Zeitverlauf
Wagen 2152, SWM 25.8.99
fahrt002.mes, F = 5 kHz, links
Abtast
-10
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Zeit [s]
8
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
0,0015
0,001
0.0005
Spektrum bis 2000 Hz
100 250 500 1000 1500 2000
Frequenz [Hz]
Spektrum 2 bis 50 Hz
Polygonfrequenzbereich
10 20 30 40 Frequenz [Hz] 50
Bild 5: Zeitschrieb und Amplitudenspektrum der Beschleunigung bis 2000 Hz

Naturlich werden durch die Beschleunigungssensoren alle Schwingungsphanomene und
Storungen des voruberfahrenden Fahrzeuges mit aufgezeichnet. Das Frequenzspektrum bis
2000 Hz in Bild 5 (Mitte) verdeutlicht dominierende Signalanteile bei 200-500, 700-1000 oder
1400 Hz, die gegenuber dem Polygonfrequenzbereich (unten) von 20 bis 50 Hz um den Faktor
25 starker sind, bei anderen Messungen bis zum Faktor 100!
Nun ist aber die Emp ndlichkeit der Sensoren moglichst auf die erwarteten Amplituden im
Polygonfrequenzbereich von 20 bis 50 Hz abzustimmen. Bei Nichtbeachtung der hohen Beschleunigungen
ab 200 Hz oder bei 750 Hz kann es zur Uberlastung der Sensoren kommen, denn
auch wenn die analoge Tiefpa lterung ab 100 Hz diese Signalanteile weg ltert, belasten sie
vorher die Sensormechanik.
Amplitude zpp (normiert)
Rad 1
Frequenz [Hz]
Rad 3
19
16
18
Rad 6
Bild 6: Zeit-Frequenz-Spektrum der Beschleunigung an der linken Schiene
20
13
12
Wagen 2165, Fahrt 10
SWM 23.9.99
linke Seite
Zeit [s]
Eine interessante extrem kompakte Darstellung der Signalinformationen aus dem Beschleunigungssignal
mit 6 Raduberfahrten bietet das Zeit-Frequenz-Spektrum in Bild 6. Neben den
Uberfahrten der Rader ndet man im Gebirge auch die Ordnungen der Radunrundheiten,
vgl. Bild 4 fur das Rad 3 links mit den dominierenden Ordnungen 13 und 18. Diese Signalinformationen
werden im folgenden Konzept der Gleisme stelle in Teilschritten in genau einen
Wert je Rad und Uberfahrt gefa t.
3.2 Glatten des Zeitverlaufes der Beschleunigung als Hullkurve
In einem ersten Auswerteschritt wird uber Demodulation und Glattung mit einem Savitzky-
Golay-Filter [5, S.650-655] eine 2D-Hullkurve automatisch abgeleitet. Als Ergebnis mehrerer
Filterschritte entsteht eine Hullkurve zum Zeitschrieb der vertikalen Beschleunigung an der
Schiene. Aus dieser Kurve sind die Zeitpunkte der Uberfahrt der sechs einzelnen Rader
T1 bis T6 exakt ablesbar, jeweils als Zeitpunkt auftretender Maxima, vgl. Bild 7. Die Hullkurven
der einzelnen Rader eines Radsatzes uberdecken sich etwas, so da 3 Paare mit je 2 Peaks
entstehen.

0.5
z
0.25
[g]
0
-0.25
-0.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Zeit [s]
0.2
0.15
0.1
0.05
Zeitverlauf
Hüllkurve, Maxima und Geschwindigkeitsschätzung
V16=15.4 km/h
V12 = 15.2 km/h V34 = 14.9 km/h V56 = 15.4 km/h
T 1
T 2
T 3
T 4
Wagen 2165, SWM 23.9.99
W2165010.mes
F = 400 Hz, rechts
Abtast
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Zeit [s]
0.1
0.05
Selektion aller Räder, z.B. Rad 3
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Bild 7: Zeitschriebe und Hullkurven mit Geschwindigkeitsschatzung
T 5
T 6
T 3anf T 3end Zeit [s]
3.3 Geschwindigkeitsschatzung aus der Hullkurve
Mit Hilfe der Charkteristik der Hullkurven und den geometrischen Parametern der Niederurfahrzeuge
sind die Voraussetzungen fur eine automatische Geschwindigkeitsschatzung (ohne
Lichtschranke) gegeben. Aus dem Zeitabstand der zwei Peaks fur einen Radsatz und dem Achsabstand
von z.B. 1,85 m konnen die drei Geschwindigkeiten v12, v34 und v56 fur die drei Radsatze
je Fahrzeug berechnet werden. Zu den Hullkurven sind in Bild 7 die drei Geschwindigkeiten
eingetragen.
Ebenso werden zu den Achsabstanden zwischen den aufeinanderfolgenden Drehgestellen Geschwindigkeiten
berechnet. Nach getrennter Auswertung der Hullkurven von der rechten und
linken Schiene ergeben sich insgesamt beim Fahrzeugtyp R2.2 mit 6 Achsen 2x5=10 und beim
Fahrzeugtyp R3.3 mit 8 Achsen 2x7=14 Geschwindigkeiten. Da rechte und linkeGeschwindigkeit
je Achsabstand ubereinstimmen mussen, kann der Vergleich zum Aussortieren unbrauchbarer
Messungen dienen. Auch ein starkes Beschleunigen oder Verzogern wahrend der Uberfahrt kann

erkannt werden.
Eine mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit v16 = vges folgt z.B. aus der Zeit t=T6 ; T1 und dem
Radabstand von Rad 1 bis Rad 6 fur Fahrzeuge R2.2 mit 6 Achsen, wahrend fur den 8-achsigen
Wagen R3.3 mit anderer Geometrie die mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit v18 = vges aus dem
Radabstand von Rad 1 bis Rad 8 folgt.
Da die Hullkurvenanalyse und Geschwindigkeitsschatzung nicht ganz trivial ist, zeigten Messungen
in Berlin Marzahn. Auf dem Bremsgleis befanden sich Verunreinigungen und Ri el, die
Storungen verursachten und damit mehr als 6 Peaks bei 6 Achsen erzeugten.
In der Software sind deshalb weitere logische Kriterien zur Prufung der Hullkurven eingebaut,
um z.B. stehengebliebene Fahrzeuge, Storungen durch Steinchen oder Verunreinigungen oder
Brems- bzw. Beschleunigungssto e zu erkennen und die Messung als unbrauchbar zu markieren.
Die logische Abfolge der sechs Peaks bei sechsachsigen Fahrzeugen wird entsprechend der Achsabstande
und mittleren Geschwindigkeit berechnet. Diese Sollzeiten T1 bis T6 werden dann mit
den Werten aus der Hullkurvenanalyse verglichen und Abweichungen mit Strafpunkten bewertet.
0.5
z
0.25
[g]
0
-0.25
Originalzeitverlauf
Rad 3
Wagen 2165, SWM 23.9.99
W2165010.mes
F = 400 Hz, rechts
Abtast
-0.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Zeit [s]
0.5
z
1
0.25
[g]
0
-0.25
Hanningfenster mit Zeropadding zu Rad 3
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Selektierter Zeitverlauf für Rad 3
T 3anf T 3end Zeit [s]
-0.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Zeit [s]
Bild 8: Selektieren des Zeitdatensatzes fur Rad 3 mit Hanningfenster

3.4 Radselektion anhand der Hullkurve
Neben der Hullkurve sindimBild 7 unten au erdem die Grenzen fur die Radselektion aus dem
Zeitschrieb fur alle 6 Rader eingetragen. Die Anfangs- und Endzeit, z.B. T 3anf und T 3end wird
dabei symmetrisch zum Zeitpunkt (T3) des Radmaximums festgelegt. Der Zeitausschnitt je Rad
erhalt die Breite aus dem Achsabstand im Drehgestell, z.B. 1,85 m, dividiert durch die mittlere
Geschwindigkeit v16 = vges des Fahrzeuges.
Die nachsten Schritte veranschaulicht Bild 8. Im Radzeitausschnitt wird der ursprungliche
Zeitdatensatz zusatzlich mit einem Hanningfenster multipliziert. Die Signalwerte au erhalb
werden mit Null aufgefullt { Zeropadding. Somit erhalt jedes Rad einen Zeitdatensatz der
vollen ursprunglichen Lange von 10,24 s mit 4096 Werten. Die errechneten Zeitdatensatze der
Einzelrader dienen im Kapitel 3.5 zur Frequenzanalyse und liefern damit eine Frequenzau osung
von ca. 0,1 Hz.
3.5 Indikatorberechnung im Polygonfrequenzband
Eine Korrelation zwischen der Unrundheit der Rader und Beschleunigungsmessung bei Uberfahrt
ist nur im Frequenzbereich der Polygonanregung physikalisch eindeutig feststellbar. Aus der
Momentangeschwindigkeit und dem Radumfang folgt zunachst die Grundfequenz f0 (1. Harmonische
der Raddrehung). Beide Gro en konnten in der Testphase relativ genau bestimmtwerden,
da die Raddurchmesser exakt vermessen werden konnen. Fur Rad 2 mit nP 2 Polygonecken gilt
z.B.
f0 = v12
D2
und fP 2 = f0 nP 2 (1)
Der Frequenzbereich der Polygonanregung folgt aus der Multiplikation der Grundfrequenz f0
mit der Eckenanzahl nP des jeweiligen Rades. Hier ergibt sich eineUnsicherheit, vgl. Punkt 2.
Aus der Momentangeschwindigkeit und aus der Variation der Polygoneckenzahl zwischen 12
und 18 sowie aus der Streuung des Raddurchmessers zwischen 560 und 650 mm resultiert ein
Frequenzbereich fPmin bis fPmax. Nur fur die exakt vermessenen Rader (Raddurchmesser) mit
bekannter Eckenanzahl sind die geschatzten Polygonfrequenzen exakt bestimmbar, was bei der
Gleisme stelle der SWM im Normalbetrieb nicht derFall ist.
Das Bild 9 liefert Beschleunigungsspektren im Frequenzbereich bisuber 60 Hz fur zwei Rader
des Wagens 2165. Senkrechte Linien markieren den Frequenzbereich fP min bis fP max und die
Anzahl der Polygonecken ist bei den zuordenbaren Frequenzen eingezeichnet. Vergleicht man
die dominierenden Ordnungen der Unrundheiten mit den am angehobenen Fahrzeug gemessenen
Ergebnissen in Bild 3 und Bild 4, bestatigt sich die erwartete Korrelation.
Im Polygonfrequenzband weist das Rad 1re einen deutlichen Spitzenwert der 17.Ordnung aus.
Die auf dem Radumfang an anderer Stelle auftretende 13.Ordnung ist hingegen nicht erkennbar.
Diese fehlende 13.Ordnung kann durch die ungleichma ige Verteilung der Radunrundheiten uber
dem Umfang begrundet werden, da bei einer Uberfahrt uber ein Schwellenfach nur 1=3 des
Radumfanges abgerollt wird. Bei Rad 3li ergab diese Uberfahrt deutliche Uberhohungen zur 13.
und 18.Ordnung.
Schlie lich istinBild 9 der Indikatorwert A eingetragen. Die Flache A des normierten [und
quadrierten] Beschleunigungsspektrums im Frequenzband zwischen fP min und fP max bewertet
entsprechende Peaks moglicher Polygonanregung.

0.15
|z|
0.1
0.05
0
0.15
|z|
0.1
0.05
0
Indikator A = 36,4
10 20 30 40 50 60
f Pmin
Indikator A = 56,0
A = 36,4
A = 56,0
f Pmax
10 20 30 40 50 60
Bild 9: Radspektren und Indikatoren fur Wagen 2165 der SW Munchen
3.6 Statistische Auswertung wiederholter Messungen
13
13
17
18
Wagen 2165, SWM 23.9.99
Rad 1 rechts
Frequenz [Hz]
Wagen 2165, SWM 23.9.99
Rad 3 links
Frequenz [Hz]
Bei Auswertung mehrerer Messungen sind Streuungen des Indikators A fur ein unrundes Rad zu
erwarten. Die Streuungen konnen sowohlobjektivvon der realen Radgeometrie herruhren, vgl.
Kapitel 2, als auchvon stochastischen Me fehlern durchVerunreinigungen, Umweltbedingungen,
elektrische Storungen u.a. hervorgerufen sein. Deshalb sollte im praktischen Betrieb einer
Gleisme stelle unbedingt eine statistische Beurteilung uber viele Uberfahrten wie in Bild 10
und 11 einbezogen werden.
Der Indikator A korreliert recht gut mit den Unrundheiten. Ein gewisser Schwellwert von A,
ab dem ein Rad als kritisch einzugeordnen ist, kann mit zunehmender Anwendererfahrung
festgelegt werden.
Fur den ausgewahlten Wagen 2165 der SW Munchen konnten am 23.9.99 insgesamt 22
Uberfahrten gemessen werden. Die Me daten im folgenden Ausschnitt der Wagendatei
W2165.dat machen die Streuungen zwischen den Uberfahrten deutlich.
Eine Zeile je Uberfahrt Indikatoren je Rad
Nr date year time err v16 amaxre amaxli 1re 1li 2re 2li 3re 3li 4re 4li 5re 5li 6re 6li
1 23.09.1999 11:00 0 14.5 0.3854 0.3596 152 59 19 8 7 47 17 17 7 10 10 35
2 23.09.1999 11:02 0 12.5 0.3506 0.3249 13 9 19 7 17 48 1 8 3 6 13 41
3 23.09.1999 11:04 0 12.6 0.3147 0.2912 23 17 4 1 11 64 2 4 2 4 17 41
4 23.09.1999 11:06 0 13.1 0.4022 0.3331 12 2 0 3 9 48 18 13 1 14 17 36
5 23.09.1999 11:08 0 14.9 0.3423 0.3201 26 12 6 3 11 47 2 4 3 15 9 25
6 23.09.1999 11:10 0 15.6 0.3462 0.3431 18 18 5 4 14 62 3 8 2 18 7 21
7 23.09.1999 11:12 0 15.2 0.3493 0.3668 14 10 2 1 3 17 0 1 3 9 4 24
8 23.09.1999 11:14 0 15.4 0.3280 0.3189 11 3 5 4 15 86 4 2 3 10 9 42
9 23.09.1999 11:15 0 15.1 0.3643 0.2913 25 29 17 3 23 49 3 3 3 13 6 43

10 23.09.1999 11:17 0 15.4 0.4054 0.2946 36 4 16 5 5 56 1 1 3 9 4 38
11 23.09.1999 11:19 0 15.1 0.4995 0.3373 25 12 3 7 2 48 2 4 3 12 7 41
12 23.09.1999 11:20 0 15.2 0.3543 0.2902 13 4 7 7 2 16 1 4 6 13 7 42
13 23.09.1999 11:22 0 14.9 0.3899 0.3987 20 11 4 0 45 23 1 2 3 11 11 34
14 23.09.1999 11:25 0 15.2 0.3370 0.3163 16 8 5 1 3 32 5 7 2 11 7 29
15 23.09.1999 11:27 0 15.5 0.3473 0.3420 13 8 7 4 7 78 3 3 2 9 11 25
16 23.09.1999 11:28 0 14.9 0.3754 0.3184 27 34 3 4 6 54 1 5 12 24 11 24
17 23.09.1999 11:30 0 15.2 0.3709 0.3126 22 25 13 5 7 38 1 0 3 16 11 14
18 23.09.1999 11:32 0 15.6 0.3440 0.3297 40 35 6 9 11 19 1 1 1 17 10 18
19 23.09.1999 11:34 0 15.2 0.3670 0.3008 13 22 9 2 18 19 0 6 2 14 14 23
20 23.09.1999 11:35 0 14.9 0.3625 0.3187 17 18 1 4 24 21 5 9 4 9 14 27
21 23.09.1999 11:37 0 15.2 0.4777 0.3749 14 22 8 4 59 35 4 6 2 12 16 26
22 23.09.1999 11:39 0 15.2 0.5235 0.3039 19 10 3 1 16 63 3 2 32 17 9 16
Einzelne Indikatorwerte konnen fur eine einzelne Fahrt durchaus extreme Werte erreichen, wie
z.B. das Rad 1re bei Fahrt-Nr. 1 mit 152 als Indikator. Dennoch werden schon aus der Liste die
Rader 1re, 3li und 6li als kritisch erkannt. Bild 10 und 11 stellen uns die gemittelten Indikatorwerte
von DETURA (aus Beschleunigungsmessung) den Vergleichswerten aus der Rundheitsmessung
gegenuber, vgl. Bilder 3 und 4. Die Statistik durch lineare Mittelung uber 22 Fahrten
belegt eine sehr gute Ubereinstimmung. Das Me verfahren der hier konzipierten Gleisme stelle
kann somit prinzipiell zur Diagnose von polygonbehafteten Stra enbahnradern genutzt werden.
Ahnlich gute Ergebnisse lieferten die Fahrzeuge 2116, 2125, 2152 und 2169. Die kompletten
Rundheitsmessungen und Indikatorstatistiken zu diesem im September 1999 bei den SW
Munchen durchgefuhrten Gro versuch sind in den Anlagen 1 bis 5 des Berichtes [8] enthalten.
Sie erbringen den Nachweis, da aus Beschleunigungsmessungen am Gleis indirekt auf
polygonbehaftete Rader eines daruberfahrenden Fahrzeuges geschlossen werden kann.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
500
400
300
200
100
0
Indikatoren rechte Seite
A = 25.8636
1 2 3 4 5 6
Unrundheiten rechte Seite
(Doppelamplituden, Summe der 10. bis 20. Ordnung)
209
A = 7.3636
A = 14.3182
A = 3.5455
A = 4.6364
A = 10.1818
1 2 3 4 5 6
Bild 10: Statistische Auswertung der Radunrundheiten des Wagens 2165 rechts
Wagen 2165, SWM 23.9.99
Rad Nr.
Rad Nr.

80
70
60
50
40
30
20
10
0
500
400
300
200
100
0
Indikatoren linke Seite Wagen 2165, SWM 23.9.99
A = 16.9091
A = 3.9545
1 2 3 4 5 6
Unrundheit linke Seite
A = 44.0909
(Doppelamplituden, Summe der 10. bis 20. Ordnung)
229
A=5
A = 12.4091
A = 30.2273
1 2 3 4 5 6
Bild 11: Statistische Auswertung der Radunrundheiten des Wagens 2165 links
4 Aufbau der Gleisme stelle (Hardware) bei SWM
4.1 Beschleunigungssensoren
Rad Nr.
Rad Nr.
Der sichtbare Bereich der Gleisme stelle in Bild 1 la t die Hardware nur wenig erkennen.
Antenne und Empfanger fur die Fahrzeugerkennung sind ca. 10 m vor den Sensoren im Gleis
eingebaut. Bild 12 zeigt uns die Grube fur die Sensoranbringung, die rechts geo net ist. Je
Schiene ist ein Beschleunigungssensor entsprechend Bild 13 angebracht. Die Sensoren besitzen
folgende Spezi kation:
Piezo-elektrische Aufnehmer mit ICP-Versorgung, Typ KD41 V /02 mit Spannungsausgang,
von der Fa. Metra Me - und Frequenztechnik Radebeul (MMF)
Emp ndlichkeit: E =10mV=(ms ;2 ) oder E =98,1mV =g mit 1 g = 9,81 m=s 2
Me bereich: 300 m=s 2 bzw. ca. 30 g
Die Storemp ndlichkeit der Sensoren bei Temperatur, Nasse u.a. ist zu beachten, Temperaturbereich:
lt. Datenblatt ;10 o bis 120 o C, lt. Hersteller storen tiefere Temperaturen
nur die untere Grenzfrequenz, die bei ca. 3 Hz liegt. Da jedoch die interessierenden
Polygonfrequenzen zwischen 20 und 50 Hz liegen, ist der Temperaturein u hier unkritisch
Die Sensoren werden au en am Schienenfu mit einer elektrisch isolierenden Zwischenplatte
verschraubt und einschlie lich Sensorkabelanschlu in Silikon eingegossen, vgl. Bild 13

Bild 12: Grube fur Beschleunigungssensoren der Gleisme stelle
Bild 13: Sensoranbringungung am Gleis, in Silikon eingegossen
Da die gewahlte Wandlerkarte keine ICP-Spannungsversorgung fur die Sensoren enthalt, mu
diese durch eine eigene Signalkonditionierung realisiert werden. Zur Verhinderung von Aliasinge
ekten wird zum anderen ein analoges Tiefpa lter mit 100 Hz Eckfrequenz vor der
AD-Wandlung benotigt. Ein Tschebysche Tiefpa lter 4. Ordnung erfullt diese Aufgabe.
4.2 Me computer, AD-Wandlerkarte, Transponder
Fur die Pilotlosung DETURA bei den Stadtwerken Munchen wird die AD-Wandlerkarte PCI-
441B (16 Bit) von der Fa. DATEL eingesetzt. Sie besitzt 32 Kanale, nur Version B verfugt
uber die gewunschte zusatzliche Digital I/O.
Der verwendete Pentium-PC arbeitet mit dem Betriebssystem Windows NT 4.0. Ein freier
PCI-Steckplatz fur die AD-Wandlerkarte und eine 2. COM-Schnittstelle fur die Transpondersignalleitung
mussen verfugbar sein.
Die einzelnen Fahrzeuge der SWM besitzen serienma ig eingebaute Transponder, die eine automatische
Fahrzeugidenti zierung ermoglichen durch Senden einer codierten Kennung. Zur
Fahrzeugerkennung wurde ein Transponder-Lesegerat von den SWM zur Verfugung gestellt.
Die Anbindung an den Me -PC erfolgt uber eine RS232-Schnittstelle mit folgender Einstellung:
Ubertragungsrate = 9600 Baud, 1 Start Bit, 1 Stop Bit, No Parity, Datenlange = 8 Bit.
Das Transponder-Lesegerat ubertragt pro erkanntem Fahrzeug eine Zeichenfolge von 25 Zeichen,
wobei die letzten 7 Zeichen die jeweilige Transpondernummer darstellen und somit mit Hilfe
der Wagentabelle 'wagen.tab' eine Zuordnung von Transpondernummer und Wagennummer
ermoglichen.

5 Merkmale des Systems DETURA (Software) bei SWM
5.1 Einsatzbereich, Nutzen und Ziel des Systemes
Mit der Softwarelosung DETURA (DETektion Unrundes RAd) wurde das Konzept einer Gleisme
stelle entsprechend Abschnitt 3 ganz konkret umgesetzt fur den Betriebshof 2 der Stadtwerke
Munchen (SWM). Damit konnen Nieder urfahrzeuge vom Typ R2.2 und R3.3 gepruft werden.
Das System DETURA leitet nach Uberfahrt einer Stra enbahn aus der Beschleunigungsmessung
an beiden Gleisen die Entscheidung ab, ob ein Radsatz hinsichtlich der Unrundheit (10-20 Wellen
auf dem Umfang) in Ordnung ist, oder aus Sicherheitsgrunden aus dem Betrieb genommen
und uberdreht werden mu .
Die berechneten Idikatorwerte fur polygonbehaftete Rader werden nach jeder Uberfahrt fur
statistische Auswertungen gespeichert. Wird ein Radsatz in regelma igen Zeitintervallen durch
das Diagnosesystem uberpruft, kann die zeitliche Veranderung des Radsatzes hinsichtlich
Unrundheit nachvollzogen werden. Nach Sammlung von Erfahrungswerten durch langere
Anwendung des Diagnosesystems kann der Nutzer Schwellwerte fur Wartungszyklen festlegen
und eine Trendaussage uber den Zeitpunkt einer notwendigen Repro lierung machen.
5.2 Grobstruktur und Ablauf der Losung
Die Grobstruktur der projektierten Losung beschreibt Bild 14. Hier sollen nur die Hauptmodule
und der Ablauf verbal beschrieben werden.
Modul Fahrzeugerkennung:
Die Pilotanlage soll im Dauerbetrieb laufen, womit auch die Fahrzeugerkennung kontinuierlich
zu betreiben ist. Bei Annaherung eines Fahrzeuges mu der Modul Fahrzeugerkennung das
Me system aktivieren, die Fahrzeugnummer und damit den Fahrzeugtyp identi zieren und die
Erfassung der Beschleunigungssignale auslosen.
Grundlage der Pilotlosung bei den SWM ist der Funkempfang einer Fahrzeugkennung. Das
Kennungsignal wird durch einen Transponder (Zylinder, 115 mm lang, Durchmesser 21 mm)
gesendet, der unter jeder Stra enbahn der SWM angebrachtist. Die Antenne und der Empfanger
sind im Gleisbett eingebaut. Der Empfanger gibt die Fahrzeugkennung uber eine serielle Leitung
(Schnittstelle RS 232) an den Me -PC weiter.
Aus der Wagentabelle wird im PC der Fahrzeugkennung die Fahrzeug-Nummer (FZ-Nr.) und
damit der Name der Wagendatei zugeordnet.
Modul Messen und Speichern:
Die Beschleunigungssignale sind uber die AD-Wandler-Karte im PC zu erfassen. Ausgelost wird
die Signalaufzeichnung zum Zeitpunkt der Vorbeifahrt der Stra enbahn am Transponderlesegerat
ca. 10 m vor der Gleisme stelle mit den Sensoren. Ein Zeitversatz ist so abzustimmen,
da bei 12 bis 20 km/h Fahrgeschwindigkeit innerhalb 10,24 s Datensatzlange alle Achsen die
Gleisme stelle passieren. Aus der Wagendatei des Fahrzeuges, z.B. 'W2133.dat' werden FZ-Nr.,
Achsanzahl, Nr. der aktuellen Uberfahrt, alle Achsabstande u.a. Informationen gelesen. Die
Me daten werden (optional) je Uberfahrt-Nr. und Fahrzeug in einer separaten Datei gespeichert
(Dateigro e 69 kB), z.B. fur die Uberfahrt-Nr. 023 des Wagens mit der FZ-Nr. 2133 in der Datei
'W2133023.mes'.
Standardma ig werden die Me daten (immer) an den Modul Berechnen weitergegeben, sofort
ein Indikator je Rad ermittelt und nur diese wenigen Indikatorwerte gespeichert. Die Me dateien
dienen nur in der Testphase zur Kontrolle und konnen spater geloscht werden.

Wagentabelle
Wagen.tab
Für alle Fahrzeuge:
�
�
�
�
FZ-Nr. (4 Stellen)
FZ-Kennung (7 Stellen)
Meßflag (j / n)
Achsanzahl (6 / 8)
Meßdatei
z.B. W2133023.mes
� 2 Beschleunigungssignale
� (z re, z li),
z.B. der Fahrt Nr. 023
von FZ-Nr. 2133
� Datum, Zeit der Überfahrt
Wagentabelle
Wagen.tab
Für alle Fahrzeuge:
�
�
�
�
FZ-Nr. (4 Stellen)
FZ-Kennung (7 Stellen)
Meßflag (j / n)
Achsanzahl (6 / 8)
[optional]
�
�
[optional, offline]
�
�
Fahrzeugerkennung
Init COM2 (RS232)
Zyklische Abfrage COM2, lese
25 Byte Fahrzeugkennung
break nach Erkennen FZ-Nr.
mit Hilfe der Wagen.tab
Starte Messung, bei Meßflag=j
und Existenz der Wxxxx.dat
Messen und
Speichern
� Erfasse die Signale z re, zli mit
AD-Wandler DATEL PCI441B
� Lesen FZ-Daten aus Wagendatei,
Bestimme FahrtNr
� Meßdaten in neue Datei mit FZ-
Nr. und Fahrt-Nr. speichern
[off line]
Bild 14: Struktur der Softwarelosung DETURA
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
Berechnen
Glätten, Filtern, Hüllkurve
Geschwindigkeitsschätzung
Wertung oder Verwerfen der
Messung
Radselektion, FFT, Normierung
Indikatorberechnung durch
Integration im Frequenzband
Aktualisierung Wagendatei
Aktualisierung Indikatordatei
diverse temporäre Dateien
siehe Extrablatt!
[ ~ ]
Auswertedialog
Liste aller ‘schlechten’ FZ-Nr.
Aktuelle Indikatorwerte je Rad
zu einer FZ-Nr.
Trend der Indikatoren je Rad zu
einer FZ-Nr.
Rücksetzen Statistik nach
Reprofilierung eines Rades
Edit Indikatorschwelle
Edit Wagentabelle
RS 232
Trigger
�
�
�
�
�
�
�
Empfänger für
Transponder
�
�
Funkempfang des
Transpondersignals
mit Fahrzeugkennung
Bedienung RS 232
Wagendatei
z.B. W2133.dat
FZ-Typ, Achsanzahl
alle Achsabstände
[Raddurchmesser]
Datum und Zeit für alle
Überfahrten
Indikatorwerte je Rad
Fahrzeuggeschwindigkeiten
Maximalbeschleunigungen
Indikatordatei
z.B. W2133.ind
Für alle gültigen Überfahrten:
�
�
�
Datum und Zeit
Indikatorwerte je Rad
Reprofilierungsflag je Achse
0 - normal
1 - gerade reprofiliert

Modul Berechnen:
Die gemessenen Zeitdatensatze der Beschleunigungen sind vom Gleichspannungso set zu befreien
(Hochpa lter), zu glatten bzw. zu ltern (Savitzky-Golay-Filter [5, S.650-655]), so da aus
der Hullkurve die Zeitpunkte der Maximalwerte jedes Rades bestimmbar sind. Damit werden
die Momentangeschwindigkeiten der Radsatze geschatzt.
Der Zeitraum der Uberfahrt von jeweils nur einem Rad ist im Zeitschrieb zu selektieren, herauszuschneiden.
Die Signalbereiche der anderen Rader werden mit Null belegt (zero padding),
um fur jedes Rad wieder die gleiche Datensatzlange zu sichern. Jeder radspezi sche Beschleunigungsdatensatz
wird nun mit FFT in den Frequenzbereich transformiert und der Indikatorwert
im Frequenzband moglicher Polygonfrequenzen berechnet. Bestimmte Informationen zur Messung
und Berechnung werden fur jede Uberfahrt in der Wagendatei, z.B. 'W2133.dat', gespeichert.
Die Datei wird Uberfahrt um Uberfahrt fortgeschrieben, auch dann, wenn eine Messung
unbrauchbar war.
Alle brauchbaren Uberfahrten liefern plausible Indikatorwerte, die ohne Zusatzinformationen
in die Indikatordatei des jeweiligen Wagens, z.B 'W2133.ind', mit jeweils einer neuen Zeile
eingetragen werden.
Modul Auswertedialog:
Dieser Modul arbeitet entkoppelt vom bisherigen Teil, also o line, und bietet verschiedene
Diagramme und Tabellen auf dem Bildschirm oder zum Drucken. Als Schnittstelle dienen die
Wagentabelle 'wagen.tab' und die Indikatordatei des gewahlten Wagens, z.B. 'W2133.ind'.
Die Indikatorwerte je Rad werden statistisch mitdenWerten fruherer Uberfahrten des gleichen
Fahrzeuges verknupft.
Ergibt die mit 20 Uberfahrten abgesicherte statistische Bewertung mit dem Indikator fur ein
Rad des Fahrzeuges einen Wert oberhalb des vom Nutzer festgelegten Schwellwertes, wird das
Fahrzeug in die Liste der 'schlechten' Fahrzeuge aufgenommen.
Fur jeden Wagen (FZ-Nr.) konnen die uber die letzten 20 Uberfahrten gemittelten Indikatorwerte
je Rad angezeigt werden. Mit einfachen Balkendiagrammen, vgl. Bild 15, kann damit
die Radunrundheit aller Rader eines ausgewahlten Fahrzeuges schnell uberschaut werden. Auerdem
kann je Wagen fur jedes Rad einzeln der Trend des gemittelten Indikators uber langere
Zeit angesehen werden, siehe Bild 16.
Trend und Momentanwert des Indikators je Rad erfordern mindestens 20 Uberfahrten, um statistisch
abgesichert zu sein! Bei weniger Uberfahrten wird kein Trend angezeigt und im aktuellen
Balkendiagramm sind die Werte mit Vorbehalt 'Zu wenig Messungen' gekennzeichnet.
Der Auswertedialog besitzt einen Menuepunkt zum Rucksetzten der Statistik nach Abdrehen der
Rader und zum Editieren der Fahrzeugdaten. Nach einem Rucksetzen der Indikatorstatistik sind
ebenfalls erst wieder 20 Uberfahrten zu messen, ehe die Anzeige der aktuellen Momentanwerte
brauchbar ist.

Bild 15: Bildschirmanzeige aktueller Indikatorwerte eines Fahrzeuges
Bild 16: Bildschirmanzeige Trend des Indikators eines Rades eines Fahrzeuges

6 Inbetriebnahme { erste Erfahrungen und Ausblick
Zur Einfuhrung der Systemlosung DETURA z.B. bei den SWM sind parallel zur Messung der
Schienenbeschleunigungen mit der Gleisme stelle ausgewahlte Fahrzeuge mit der aufwendigen
Rundheitsmessung zu prufen, um eigene Erfahrungswerte zur Festlegung eines Schwellwertes zu
sammeln.
Zu diesem Zwecke erfolgte im September 1999 bei den SW Munchen ein Gro versuch mit den 5
Fahrzeugen 2116, 2125, 2152, 2165 und 2169. Es wurden je Fahrzeug ca. 20 Uberfahrten uber die
Gleisme stelle aufgezeichnet. Parallel innerhalb der gleichen Woche konnten von Muller BBM
die gewahlten Fahrzeuge nach Aufbocken auf Rundheit vermessen werden. Der Gro versuch
erfolgte mit der Hardware der Gleisme stelle aber mit einer provisorischen Sensoranbringung
und noch ohne automatische Fahrzeugerkennung. Die Ergebnisse fur die Wagen 2165, 2152,
2116 und 2169 zeigen sehr gute Korrelation zwischen den Indikatoren von DETURA und den
Vergleichswerten aus der Rundheitsmessung.
Ab Mitte Dezember begann der Test der Anlage bei den SW Munchen mit endgultig vergossenen
Sensoren und automatischer Fahrzeugkennung. Die Wagentabelle mit derzeit 70 Fahrzeugen ist
aufgebaut und Messungen werden systematisch fur die Radstatistik aller Wagen ausgewertet.
Nach weiteren Tests und Vervollkommnung der Anlage lauft seit 7.3.2000 das automatische
Me programm mit gleichen Parametern, d.h. zu diesem Zeitpunkt erfolgte ein Rucksetzen der
Statistik fur alle Fahrzeuge in der Wagentabelle.
Nun sollte moglichst schnell die Statistik fur alle 70 Fahrzeuge 20 Uberfahrten erreichen. Nur
stellte sich heraus, da nichtjedesFahrzeug jeden Tag uber das Umfahrungsgleis fahrt. Zweitens
uberschritt zunachst ein Teil der Fahrzeuge das Geschwindigkeitslimit von 20 km/h.
Nach Aufnahme des Testbetriebes der Gleisme stelle wurde festgestellt, da auch weitere durch
Fahrzeugerkennung automatisch aufgezeichnete Uberfahrten unbrauchbar waren fur eine sinnvolle
Indikatorberechnung. Mogliche Ursachen sind unten zusammengefa t. In der Fahrtstatistik
vom Marz und April 2000 bei den SWM sind bis zu 20 % der ausgelosten Messungen aus anderen
Ursachen verworfen, als durch die nicht eingehaltene Fahrtgeschwindigkeit. Die Auswerterate
insgesamt erreichte bisher 62,3 %, d.h.Uberfahrten mit brauchbaren Indikatoren bezogen auf
alle ausgelosten Messungen. Nach langerer Betriebserfahrung sind 80 % realistisch, was die
Erfahrungen von Fa. Muller BBM bei den Berliner Verkehrsbetrieben belegen.
Bei einem automatischen Dauerbetrieb mussen Fehlmessungen aussortiert werden. Die Software
nutzt dazu in der Hullkurve die logische Abfolge der Peaks durch Uberfahrt der 6 bzw. 8
Achsen. Der Abstand der Peaks mu mit der Wagengeometrie, den Achsabstanden, konform
gehen. Au erdem werden Messungen mit extrem hohen Peaks (z.B. z > 0,8 g) verworfen.
Als mogliche Storquellen werden bisher folgende Ereignisse gesehen:
Fahrten in entgegengesetzter Fahrtrichtung, im Zeitschrieb erscheint kein Signal, weil die
Aufzeichnung erst startet, wenn der Wagen die Gleisme stelle passiert hat.
Anhalten auf der Gleisme stelle, im Zeitschrieb werden nicht die typischen Peaks der 6
bzw. 8Achsen erkannt.
kurzzeitig extrem hohe Beschleunigungsspitzen im Zeitschrieb, vermutlich durch Zusatzkrafte
nach plotzlichem 'Gasgeben', dies wurde bei der Fahrt 47 des Wagens 2152 vom
Bearbeiter beobachtet, als er wahrend der Uberfahrt in der Stra enbahn neben dem
Fahrer stand. Die Bahn wurde zur Kompensation des Geschwindigkeitsverlustes genau
dann beschleunigt, als sich Achse 1 auf Hohe der Gleisme stelle (Sensor) befand. Im
Zeitschrieb weist Rad 1 links uberhohte Werte auf [8, Anlage 2, Blatt 7].

gleiche Beschleunigungsspitzen wie im vorherigen Punkt, die Ursache konnte aber auch
elektrisches Ubersprechen des Fahrstroms oder Storfelder wahrend des 'Gasgebens' sein,
die ja links starker erwartet werden als rechts.
Beschleunigungsspitzen durch Verunreinigungen an Rad oder Schiene
Storungen in der richtigen Fahrzeugerkennung (Transponder, Empfanger und Signalabgabe
zum PC) durch Temperaturein usse oder elektrische Felder
Im weiteren Betrieb der Gleisme stelle sind regelma ig die aktuellen Indikatorwerte je
Fahrzeug wie in Bild 15 zu kontrollieren. Fur kritische Rader sollte danach der Trend des
Indikatorwertes angesehen werden. Besonders dann, wenn die Trendkurve eines Rades wie
in Bild 16 uber mehrere Uberfahrten kontinuierlich ansteigt, kann auf die fortschreitende
Polygonbildung geschlossen werden. Die Festlegung des Schwellwertes, ab dessen Uberschreiten
ein Fahrzeug aus dem Fahrbetrieb genommen werden mu , erfordert sicher noch weitere Anwendererfahrung.
Diese ist durchPrufen der Radunrundheiten am angehobenen Wagen zu sammeln.
Die Beschleunigungssignale an beiden Schienen beinhalten eine Unmenge von Informationen
uber das Fahrverhalten eines Fahrzeuges, vgl. Bild 6. Durch systematische Aufbereitung
erscheint es moglich, auch andere E ekte als polygonbehaftete Rader, z.B. Flachstelle, zu detektieren.
Literatur
[1] Breindl, C. u.a.: Me einrichtung zur Detektion unrunder Radreifen 1/98. Bericht bei ADtranz
N/CL3-N vom 2.2.1998 (10 Seiten).
[2] Holm, P.: Roughness measuring devices. In Roughness workshop (NSTO, Muller-BBM), Utrecht
1999.
[3] Kehl, Tobias: Polygonisierung der Radlau achen ('Unrunde' Rader) von Stra enbahnen - am Beispiel
der neuen Nieder urwagen in Munchen. Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule Nurnberg, Fachbereich
Maschinenbau und Versorgungstechnik, Diplomarbeit 31.3.97, durchgefuhr bei ADtranz
Deutschland (75 Seiten)
[4] Muller, G. u.a.: Stra enbahn Munchen - Schwingungstechnische Untersuchung am R-Wagen. Bericht
Nr. 37 507 / 3, 250 Seiten, davon 24 Seiten Textteil, erstellt von MULLER-BBM Schalltechnisches
Beratungsburo Planegg bei Munchen im Auftrag von ADtranz ABB Daimler-Benz Transportation
(Deutschland) GmbH Werk Nurnberg, 24.7.1998
[5] Press, W.H.� Teukolsky ,S.A.�Vetterling, W.T.�Flannery, B.P.: Numerical Recipes in C.
The Art of Scienti c Computing, Second Edition, Cambridge University Press, Reprint 1996
[6] Risch, K.� Hachmann, U.� Breindl, Ch.: Radverschlei und polygonale Radabnutzung an Straenbahnen
Der Nahverkehr, Heft 3/2000, S. 31-38.
[7] Thummel, Th.� Mayr, G.: Gleisme stelle zur Detektion unrunder Rader. Bericht zum Stand der
Arbeiten fur ADtranz N/CL3-N vom 28. Jan. 1999 (17 Seiten)
[8] Thummel, Th.� Mayr, G.: Gleisme stelle zur Detektion unrunder Rader an Stra enbahnen. Abschlu
bericht fur ADtranz N/CL3-N vom 5. Mai 2000 (43 Seiten, 12 Anlagen)
[9] Waubke, H.� Breindl, Ch.� Thummel, Th.� Mayr, G.: Gleisme stelle zur Detektion unrunder
Rader fur eine zustandsabhangige Wartung von Schienenfahrzeugen. Glasers Annalen (Zeitschrift
fur Eisenbahnwesen und Verkehrstechnik), Aufsatz-Nr. A222 per 22.6.2000 angenommen, geplant in
Heft 9/2000