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Vorrichtung zur Ermittlung und Messung der Tiefe von
Flachstellen an rollenden Eisenbahnrädern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Messung der Tiefe von Flachstellen an rollenden Eisenbahnrädern, bei der der Abstand zwischen Schienenlauffläche und Radmittelpunkt bzw. zu diesen äquidistanten Bezugsflächen über eine dem Radumfang entsprechende Strecke gemessen und daraus eine Anzeige von mit Flachstellen behafteten Rädern abgeleitet wird.
Es ist bereits bekanntgeworden, Flachstellen an Eisenbahnrädern mit Hilfe elektrischer Mittel festzustellen und die betreffenden Achsen durch eine automatische Farbspritzvorrichtung zu markieren. Bei den bisher bekannten Verfahren dienen am Gleis angebrachte Mikrophone oder Grenzbeschleunigungsmesser zur Ermittlung der mit Flachstellen behafteten Räder. Die bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass deren Anzeige von der Fahrgeschwindigkeit des Zuges und dem Achsdruck, d. h. dem Beladungszustand der Wagen sowie auch von der jeweiligen Art und dem Zustand des Unterbaues abhängig ist. Ferner liefern die bekannten Verfahren eine im wesentlichen punktförmige Überwachung für jeden Messfühler.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, deren Anzeige unabhängig von Fahrgeschwindigkeit, Achsdruck und den Einflüssen des Unterbaues ist und die auch genaue Rückschlüsse über die Pfeilhöhe der jeweiligen Flachstelle ermöglicht und eine kontinuierliche Folge von Mess- punkten über eine dem Radumfang entsprechende Strecke liefert.
Es ist zwar bereits eine Vorrichtung zur Feststellung von Beschädigungen an rollenden Eisenbahnrädern bekannt, die im wesentlichen unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der Achslast ist. Diese Vorrichtung besteht aus mehreren neben der Schiene angebrachten Drähten, die Bestandteile des frequenzbestimmenden Schwingungskreises eines Hochfrequenzoszillators sind, der durch das vorbeilaufende Rad mehr oderweniger stark bzw. bei Defekten mit mehr oder weniger grosser Geschwindigkeit verstimmt wird.
Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, gegenüber äusseren Einflüssen, wie Feuchtigkeit, Verschmutzung, insbesondere Eisenstaub von den Bremsklötzen der Räder, störanfällig zu sein. Mit der Erfindung wird dagegen die Aufgabe gelöst, Störungen durch derartige Einflüsse auszuschalten.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass längs der Schiene ein Hohlkörper etwa mit der Länge eines Radumfanges aus elastischem Material, z. B. Gummi, angeordnet ist, der durch vorbeilaufende Räder eingedrückt wird, und dass Mittel vorgesehen sind, welche die Änderungsgeschwindigkeit und/oder Grösse der Verformungen des Hohlkörpers messtechnisch erfassen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Hohlkörper gegebenenfalls unter Überdruck mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllt und mit einem Druckmesser oder Messumformer verbunden ist. Zweckmässig sind gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung Mittel vorgesehen, die einen Ausgleich der langsam verlaufenden Verformungen des Hohlkörpers bewirken. Diese Mittel können z. B. aus einem Ausdehnungsgefäss mit atmosphärischer Verbindung über eine kleine Öffnung bestehen. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass im Innenraum des Hohlkörpers mindestens ein Paar elektrischer Kondensatorbeläge angeordnet sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Innenraum desHohlkörpers mehrereKondensatorbeläge nachArt eines Differentialkondensators angeordnet
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keit mit dem Druck ändernden Körper, z. B. einen Kohledruckwiderstand oder druckempfindlichen Halbleiter (Tunneldiode) enthält. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische und/oder mechanische Indikator im wesentlichen auf kurzzeitige Formänderungen des Hohlkörpers anspricht. Störende Schwingungen lassen sich dadurch beseitigen, dass Masse und Elastizität des Körpers derart bemessen sind, dass höhere Frequenzen von der Anzeige durch Filtenwirkung ausgeschlossen werden.
Um Störungen durch Verschmutzungen zu vermeiden, ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass vor der Messstrecke Mittel, vorzugsweise zusätzliche elastische Körper, vorgesehen sind, welche die zur Messung herangezogenen Teile der Räder, vorzugsweise den Spurkranz, von anhaftendem Staub reinigen. Zweckmässig ist derHohlkörper derart ausgebildet, dass beim Auf- und Ablaufen der Räder eine stetige Änderung der Verformung erfolgt.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert. Fig. l zeigt eine Skizze des bei der Erfindung ausgenutzten Prinzips. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 2-9 dargestellt.
In Fig. l ist mit 1 eine Eisenbahnschiene bezeichnet, auf der das Rad 2 rollt. Der Spurkranz des Rades 2 ist mit 3 bezeichnet. Die Lauffläche 3a des Rades 2 enthält eine Flachstelle 4.
Mit 5 ist der Mittelpunkt des Rades 2 bezeichnet, der sich längs der Schiene 1 auf der geraden Linie 6 fortbewegt. Die Flachstelle 4 bewirkt eine Abweichung von dieser Geraden 6 im Sinne einer Annäherung an die Schiene 1, wie durch die Kurve 7 angedeutet. Der durch Ziffer 7 angedeuteten Auslenkbewegung folgt der tiefste Punkt des Spurkranzes 3 des Rades 2 in einer parallelen Bewegung. Entsprechend wirken sich Aufschweissungen auf der Radfläche durch eine entgegengesetzte Bewegung aus.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. 2 sind mit l die Schienen eines Eisenbahngleises bezeichnet, die auf den Schwellen 8 befestigt sind. Neben den Schienen 1 ist auf deren Innenseite jeweils ein Hohlkörper 9 derart isoliert angebracht, dass ein auf den Schienen l rollendes Rad gegenüber dem Hohlkörper 9 einen elektrischen Kondensator bildet, dessen Kapazität beim Vorbeirollen des Rades einen hinreichenden Wert annimmt, so dass eine sprunghafte Annäherung des Spurkranzes des Rades an den Hohlkörper 9 beim Vorhandensein einer Flachstelle eine merkliche sprunghafte Zunahme der Kapazität bewirkt. Die Hohlkörper 9 sind an ihren Enden 9a derart geformt, dass ein vorüberrollendes Rad zunächst nur eine allmähliche Zunahme der Kapazität bewirkt, welche eine Flachstellenanzeige noch nicht auslösen kann.
Diese erfolgt vielmehr erst in der nachstehend geschilderten elektrischen Anordnung bei sprunghafter Kapazitätsänderung infolge einer Flachstelle oder einer Aufschweissung. Die Länge der Hohlkörper 9 hängt von dem Radumfang der zu untersuchenden Eisenbahnräder ab. Die Hohlkörper 9 können beispielsweise eine Länge von 3 m haben. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, mehrere mit einem Hohlkörper 9 ausgerüstete Messstellen hintereinander am Gleis anzuordnen.
Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine elektrische Prinzipschaltung zur Flachstellenanzeige. Über die Eisenbahnschiene l rollt das Eisenbahnrad 2. An der Schiene ist der Hohlkörper 9 angebracht, auf welchem gegeneinander isoliert die beiden Elektroden 10a, lOb angeordnet sind. Der Hohlkörper 9 besteht aus flexiblem Isoliermaterial. Die beiden Elektroden 10a und lOb bilden eine im frequenzbestimmenden Kreis 11 des Oszillators 12 liegende Kapazität. Der Oszillator 12 ist zweckmässigerweise mit einem Transistor 13 bestückt und in unmittelbarer Nähe des Hohlkörpers 9 angeordnet.
Die durch das Auftreten einer Flachstelle bedingte Annäherung zwischen den beiden Elektroden 10a und 10b bewirkt eineKapazitätsänderung des durch die beiden Elektroden gebildeten Kondensators. Dieser Vorgang zieht eine Frequenzänderung der Schwingung des Oszillators 12 nach sich. Die im Oszillator 12 erzeugte Wechselspannung, z. B. mit einer Frequenz im Bereich von 1 kHz-10 MHz, wird dem Verstärker 14 zugeleitet, dem eine Frequenzdemodulatorschaltung 15 nachgeschaltet ist.
Die Oszillatorfrequenz kann auf eine niedrigere Frequenz umgesetzt werden, um eine grössere relative Frequenzänderung bei der Anzeige einer Flachstelle zu erzielen. Die Schaltungsanordnung 15 kann als Diskriminator oder Ratiodetektor aufgebaut sein und über die Leitungen 16 eine Nachsteuerspannung für den Oszillator 12 liefern, die langsame Frequenz-und/oder Kapazitätsänderungen ausgleicht. Hiezu ist an die Leitung 16 beispielsweise eine Zusatzwicklung 17 angeschlossen, die mit dem frequenzbestimmenden Kreis 11 gekoppelt ist, beispielsweise derart, dass dem Eisenkern 18 des Kreises 11 eine langsame Frequenzänderungen ausgleichende Gleichstromvormagnetisierung zugeführt wird.
Damit die genannteNachsteuerung des Oszillators auf nur ganz langsame Frequenzänderungen anspricht. enthält die Leitung 16 entsprechend bemessene Zeitkonstantenglieder 22. Bei raschen Frequenzsprüngen des Oszillators 12, wie sie durch vorbeirollende Flachstellenräder hervorgerufen werden, löst der Demodulator 15 eine Relaisanordnung 19 aus, welche beispielsweise den Zähler 20 betätigt und eine
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Farbspritzeinrichtung 21 zur Kennzeichnung des mit einerFlachstelle behafteten Rades auslöst. Es können auch Relais unterschiedlicher Empfindlichkeit vorgesehen sein, die entsprechend der Pfeilhöhe der Flachstellen ansprechen. Die Anzeige kann auch durch eine andere Kapazitätsmesseinrichtung, z. B.
Brückenschaltung, ausgelöst werden, die gegebenenfalls nur auf sprunghafte Änderungen der Kapazität anspricht.
In Fig. 4 ist mit 31 eine Eisenbahnschiene bezeichnet. längs der ein Hohlkörper 34 angeordnet ist. Ein vorbeilaufendes Rad 32 berührt diesen Hohlkörper 34 mit seinem Radkranz 39 und drückt ihn um einen bestimmten Betrag ein. Enthält dieses Rad 32 auf seiner Lauffläche 32a eine Flachstelle oder Aufschweissung, so ändert sich sprungweise die Tiefe der Eindrückung in den Hohlkörper 34, so dass das Volumen des Innenraumes 35 verändert wird. Ist dieser mit einer Flüssigkeit gefüllt, so kann über einen Druckmesser 47 ein sprunghafter Druckanstieg festgestellt werden, der zur Anzeige des feh- lerhaften Rades auswertbar ist.
Langsam verlaufende Druckänderungen lassen sich mitHilfe desAusgleichgefässes 46 eliminieren, das über eine enge Bohrung 46a mit der Zuleitung 45 zum Innenraum 35 des Hohlkörpers 34 in Verbindung steht. An Stelle einer Flüssigkeit lässt sich zur Druckübertragung auch ein Gas, gegebenenfalls auch eine Verbindung von gasförmigen und flüssigen Stoffen verwenden. Ein zur Verwendung gelangendes Gas kann auch unter Überdruck stehen. Ferner ist es möglich, in den Hohlraum 35 des elastischen Hohlkörpers 34 zwei elektrisch leitende voneinander isolierte Beläge 36 vorzusehen, deren Kapazität in einer Messanordnung 37 gemessen wird. In einem Anzeigegerät 38 werden sprungweise Änderungen der Kapazität zur Feststellung fehlerhafter Räder ausgewertet.
Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Auswerteeinrichtung ist im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem die Flachstellenanzeige durch Kapazitätsmessung erfolgt. Mit 31 ist eine Eisenbahnschiene bezeichnet, an der ein Winkeleisen 33 als Träger für den Gummihohlkörper 34 befestigt ist. Der Hohlraum 35 enthält zwei elektrische Beläge 36, deren Kapazität durch die Messeinrichtungen 37,38 überwacht wird. Der Gummihohlkörper 34 ist dabei derart angeordnet, dass er durch den Spurkranz 39 des Rades 32 eingedrückt wird.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 6. Hiebei ist längs der Schiene 31 ein Gummihohlkörper 41 vorgesehen, der zusätzlich zu einem kleineren Hohlraum 35 einen grösseren Hohlraum 40 aufweist und zur Herstellung einer Federwirkung dient. Die demHohlraum 40 zugeordneten
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den elektrischen Belägen 36 kann mit einem porösen elastischen Stoff, z. B. Schwammgummi, ausgefüllt sein. Die Anordnung eines derartigen Gummikörpers 41 erfolgt zweckmässig zwischen der Tragschiene 31 und einer Leitschiene 43.
Es ist femer möglich, wie in Fig.7 dargestellt, einen Gummihohlkörper 50 zu verwenden, in dessen Innerem Kondensatorbeläge 51,52 paarweise derart angeordnet sind, dass beim Zusammendrücken dieses Körpers 50 in einer Richtung (Pfeil) sich jeweils ein Paar der Beläge 52 nähert, während ein weiteres Paar 51 der Beläge sich voneinander entfernt. Die Kon- densatorbeläge können auch, wie in Fig.8 dargestellt, paarweise jeweils in getrennten Hohlräumen des Hohl-
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FernergürlichnichtdargestelltenElektroden in einer Einrichtung gemessen, die den in Fig. 3 gezeigten Aufbau haben kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Ermittlung und Messung der Tiefe von Flachstellen an rollenden Eisenbahnrädern, bei der der Abstand zwischen Schienenlauffläche und Radmittelpunkt bzw. zu diesen äquidistanten Bezugsflächen über eine dem Radumfang entsprechende Strecke gemessen und daraus eine Anzeige von mit Flachstellen behafteten Rädern abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass längs der Schiene ein Hohlkörper etwa mit der Länge eines Radumfanges aus elastischem Material, z. B. Gummi, angeordnet ist, der durch vorbeilaufende Räder eingedrückt wird, und dass Mittel vorgesehen sind, welche die Änderungsgeschwindigkeit und/oder Grösse der Verformungen des Hohlkörpers messtechnisch erfassen.