AT395571B - Einrichtung zum erfassen der raeumlichen orientierung von unzulaessig erwaermten stellen von radlagern und/oder radlaufflaechen von schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

AT 395 571B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der räumlichen Orientierung von unzulässig erwärmten Stellen van Radlagem und/oder Radlaufflächen von Schienenfahrzeugen, wobei in einem Strahlengang von der Meßstelle zu einem Wärmestrahlungsfühler eine in ihrer Neigung periodisch veränderliche Ablenkeinrichtung, insbesondere ein Spiegel oder ein rotierendes spiegelndes Polygon, angeordnet ist

Es ist bereits eine Reihe von im Gleisbeieich anzuordnenden Einrichtungen zur Erfassung bzw. Ortung des Heißlaufens von Radlagem bekannt

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise der DE-OS 29 07 945 zu entnehmen. Als Wärmestrahlungsfühler werden in derartigen Einrichtungen gekühlte Detektoren eingesetzt

Neben den als Detektor üblicherweise verwendeten thermischen Detektoren (z. B. Bolometern) gibt es eine Gruppe von rasch ansprechenden Wärmestrahlungsfühlem, wie beispielsweise HgCd:HgTe, InSb, PbSe oder Kombinationen derartiger Halbleiter. Derartige Halbleiter-Detektoren sprechen durch thermische Anregung freier Ladungsträger auf Änderungen an und vermögen Strahlung hoho1 Impulsfolge aufzulösen, sind jedoch für die kontinuierliche Erfassung eines bestimmten Temperatumiveaus ohne zusätzlicheEinrichtungen, wie beispielsweise Modulatoren oder Ablenkeinrichtungen, welche den einfallenden Strahl zyklisch unterbrechen oder auf andere Temperatumiveaus lenken, nicht geeignet.

Derartige Einrichtungen werden üblicherweise im Gleisbereich angeordnet und der Meßstrahl gelangt entweder vertikal oder unter einer von der Vatikalen abweichenden Richtung durch ein Fenster der Einrichtung und entsprechende Umlenkeinrichtungen auf den im allgemeinen gekühlten Detektor.

Aus der GB-PS1193 474 ist eine zur Gänze mit ortsfest angeordneten Bauteilen ausgestattete Einrichtung zum Erfassen unzulässig erwärmter Stellen an Radlagem von Schienenfahrzeugen bekannt Die optische Achse der Einrichtung zum Aufnehmen von Infrarotstrahlung ist von einer seitlich außerhalb der Schienen gelegenen Stelle zu den Schienen hin und schräg aufwärts gerichtet, wobei die die optische Achse enthaltende Vertikalebene mit den Schienen einen Winkel von 15 bis 45° einschließt und die dazu normale, die optische Achse enthaltende Ebene zur Horizontalen unter einem Elevationswinkel von 45 bis 55° geneigt ist Diese bekannte Einrichtung ist mit einer Indiumantimonid-Photozelle bestückt

Aus der FR-PS 2 574 931 ist eine insbesondere für die berührungslose Temperaturkontrolle bei der Ausführung von Nahtschweißungen bestimmte Einrichtung bekannt die vorzugsweise mit einem Bleiselenid-Infraroldctcktor bestückt ist Die optische Achse dieser Einrichtung ist in einer Ebene hin- und herschwenkbar, u. zw. mittels eines Drehkeilpaares (Diasporameter), dessen gleichachsig hintereinander angeordnete Keilscheiben gegensinnig in Umlauf versetzbar sind.

Zur besseren Kalibrierung derartiger Einrichtungen wurde bereits vorgeschlagen, das jeweilige Signal der unbekannten Quelle mit einer Referenzquelle zu vergleichen. So ist beispielsweise der DE-OS 23 43 904 eine Ausbildung einer eingangs genannten Einrichtung zu entnehmen, bei welcher in einem schwenkbaren Deckel eine Referenzquelle untergebracht ist welche nach dem Durchlauf sämtlicher Räder in den Strahlengang eingeschwenkt werden kann und auf diese Weise dem Detektor ein zusätzliches Referenzsignal zur Verfügung stellt. Der Normstrahler befindet sich hiebei während der Wartestellung der Anlage im Strahlengang. Während der Meßzeit werden Signale des Normstrahlers nicht berücksichtigt da der Deckel, welcher den Normstrahler trägt für die Messung zur Seite geschwenkt werden muß.

Aus der US-PS 2978 859 ist es bekannt eine Normstrahlung intermittierend mit der Strahlung einer unbekannten QuelleeinemDetektorzurVerfügungzu stellen. BeidieserbekanntenEinrichtungisteinrotierender scheibenförmiger Modulatorvorgesehen, dessen Rotationsachse zurStrahlachseeinesunbekanntenStrahlersundzurStrahlachseeines Normstrahlers geneigt angeordnet ist Bei einer derartigen Anordnung kann bei Verwendung einer Schlitzscheibe immer dann, wenn der Schlitz den S trahlengang zur Meßstelle freigibt, die Temperatur der Meßstelle erfaßt werden, und immer dann, wenn ein Flügel der Modulatorscheibe diesen Strahlengang abdeckt, durch Reflexion eine Normstrahlungsquelle durch den Detektor erfaßt werden.

Die bekannten Einrichtungen haben in jedem Fall aber immer nur einen bestimmten Meßpunkt erfaßt und es konnte ein Temperatuiprofil über eine Vorzugsrichtung der Meßstrecke in keiner Weise gemessen werden.

Aus der GB-PS 1 582 625 ist eine im Laborbetrieb einsetzbare Scan-Einrichtung bekanntgeworden, welche entbrechend thermostatiert und justiert werden kann. Dabei wird durch einen zusätzlichen Spiegel ein Synchronisationssignal gewonnen. Ein unmittelbarer Vergleich einer derartigen Labor-Einrichtung mit einer vor Ort eingebauten Einrichtung der eingangs genannten Art ist nicht zuletzt deshalb nicht ohne weiteres möglich, da gänzlich unterschiedliche Rahmenbedingungen vorliegen.

Die Erfindung zielt darauf ab, neben der Information über die unzulässige Erwärmung von Radlagem und/oder Radlaufflächen auch eine Aussage über die örtliche Lage des Temperaturmaximums zu treffen und eine besonders einfache Einrichtung zu schaffen, mit welcher die Verarbeitung geiäteintemer Temperaturreferenzsignale ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung ausgehend von einer eingangs genannten Einrichtung im -2-

AT395 571 B wesentlichen darin, daß ein Autokollimationsspiegelelement vorgesehen ist, dessen Spiegelfläche dem vom Wärmestrahlungsfühler kommenden Strahlengang zugewendet ist und in wenigstens einer periodisch wiederkehrenden Stellung der periodisch veränderlichen Ablenkeinrichtung die vom Wärmestrahlungsfühler ankommenden Strahlen im wesentlichen in sich zurückwirft, daß das Autokollimaüonsspiegelelement an den Umkehrpunkten der 5 Bewegung der vom Spiegel reflektierten Strahlen dem Wärmestrahlungsfühler zugewandte feststehende Autokollimationsspiegelflächen aufweist und daß die Autokollimationsspiegelflächen in einem Abstand von der Abbildungsoptik angeordnet sind, welcher der Brennweite der Abbildungsoptik entspricht. Das «findungsgemäß vorgesehene Autokollimationsspiegelelement, welches periodisch wiederkehrend im vom Wärmestrahlungsfühler kommenden Strahlengang wirksam wird und eine Selbstabbildung des Wärmestrahlungsfühlers ergibt, bewirkt am 10 Wärmestrahlungsfühler periodisch ein deutlich vom Meßwert verschiedenes Referenzsignal, das die Temperatur des gekühlten Detektors darstellt, wodurch einerseits eine selbsttätige Kalibrierung und anderseits eineHerabsetzung des Hinteigrundrauschens und somit eine präzisere Signalauswertung ermöglicht werden. Die voraussetzungsgemäß in ihrer Neigung periodisch veränderliche Ablenkeinrichtung bewegt den Sehkegel über die Meßstelle, wodurch die Meßstelle längs einer Vorzugsrichtung abgetastet wird und eine Mehrzahl aufeinanderfolgend« Meßwerte berück· 15 sichtigt wird. Es läßt sich auf diese Weise unmittelbar ein mit Hilfe des periodisch gemessenen Referenzsignals korrigiertes Temperaturpiofil erstellen und es kann mit einer derartigen Einrichtung auch der durch den Sinuslauf d« Räder des Schienenfahrzeuges im Fall der Anmessung von Radlagem mögliche Fehler eliminiert werden. Zur selbsttätigen Kalibrierung der Einrichtung unter Verwendung von Referenzsignalen sind an den Umkehrpunkten der Bewegung der vom Spiegel reflektierten Strahlen dem Wärmestrahlungsfühler zugewandte feststehende 20 Autokollimationsspiegelflächen angeordnet. Derartige an den Umkehrpunkten der Bewegung des Abtaststrahle* angeordnete Spiegelflächen bilden den gekühlten Detektor auf sich selbst ab, so daß auf diese Weise ein deutlich vom Meßwert verschiedenes Referenzsignal erzielt werden kann, welches auch zur Herabsetzung des Hintergrundraust her* in besonders vorteilhafter Weise herangezogen werden kann. Dadurch, daß die Autokollimationsspiegelflächen m einem Abstand von der Abbildungsoptik angeordnet sind, welcher der Brennweite der Abbildungsoptik entspricht 25 wird weiters sichergestellt, daß ein präziser Referenzwert für die Temperatur, auf welcher sich der Detektor sclbsi befindet, generiert wird.

Dabei kann die periodisch veränderliche Ablenkeinrichtung als Schwingspiegel ausgebildet sein und um eine zur Spiegelebene parallele und/oder in der Spiegelebene liegende Achse schwenkbar sein. Ein derartiger Sch wingspicge I kann zur Erzielung einer an die Fahrzeuggeschwindigkeit angepaßten Abtastgeschwindigkeit mit Frequenzen von 30 einigen kHz erregt w«den, um auf diese Weise eine Abtastfrequenz zu geben, welche in der relativ kurzen, für die

Messung eines Lagers zur Verfügung stehenden Zeit tatsächlich ein Lager an mehreren Stellen erfassen kann. An die nachgeschaltete Auswerteelektronik bzw. Verstärkerschaltung ist hiebei lediglich die Anforderung zu stellen, daß die elektronische Bandbreite so gestaltet wird, daß selbst bei nur einem Schwingungszug die Anstiegszcit des Verstärkers zur Auswertung der vollen Amplitude ausreicht. Es sind somit relativ breitbandige Verstärker zu 35 verwenden.

Anstelle eines schwingenden Abtastspiegels, welcher den Sehkegel zellenförmig über das abzutastende Objekt bewegt, kann alternativ die Ausbildung so getroffen sein, daß der Spiegel der p«iodisch veränderlichen Ablenkvorrichtung von geneigten Flächen einer rotierenden Scheibe gebildet ist, deren Neigung in Umfangsrichtung der Scheibezur Rotationsebene periodisch verschieden ist, und daß das AutokollimationsspiegelelementamUmfangder 40 Scheibe angeordnet ist. Mit einer derartigen Einrichtung lassen sich auf besonders einfache Weise inkrementeile Veränderungen der Neigung der Spiegelebene mit hoher Frequenz realisieren, wobei eine kontinuierliche Veränderung dann möglich wäre, wenn die Neigung der spiegelnden Umfangsfläche zur Rotationsebene kontinuierlich geändert wird. Wesentlich einfacher ist jedoch die Änderung der Neigung in Inkrementen durch Nebeneinanderreihen von verschieden geneigten Flächen, wodurch ein bestimmter Abtastrast« vorgegeben w«den kann und die 45 Meßgenauigkeit erhöht werden kann.

In besonders einfacher Weise kann die Einrichtung zum Zwecke der Kalibrierung so ausgebildet sein, daß die feststehenden Autokollimationsspiegelflächen an den Rändern einerBildfeldlinse angeordnet sind und miteinem der Brennweite entsprechenden Radius zur Autokollimation gewölbt ausgebildet sind. Um den nötigen Platz für die Unterbringung rotierender oder schwingender Spiegel innerhalb der Optik sicherzustellen, können afokale Systeme 50 zwischengeschaltet werden, welche im Bereich der Spiegelflächen einen parallelen Strahlengang mit reduziertem Bündelquerschnitt ergeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste schematisch dargestellte Anordnung des Strahlenganges mit einem Schwingspiegel und Autokollimation durch verspiegelte Flächen einer Feldlinse, Fig. 2 eine abgewandelte 55 Ausbildung mit planaren Autokollimationsspiegeln, Fig. 3 einen rotierenden Spiegel als Ersatz für den Schwingspiegel nach den Fig. 1 und 2 im Axialschnitt, Fig. 4 eine Ansicht auf einen rotierenden Spiegel nach Fig. 3 in Achsrichtung und die Fig. 5,6 und 7 Schnitte nach den Linien (V-V, VI-VI) und (VII-VII) der Fig. 4. -3-

Claims (3)

1. AT 395 571B Bei der Ausbildung nach Fig. 1 trifft der Meßstrahl (1) über ein fokussierendes optisches Element (2) auf einen Umlenkspiegel (3) und gelangt in da* Folge unter Zwischenschaltung einer Bildfeldlinse (4) auf einen Schwing-spiegel (5), welcher das an der Bildfeldlinse (4) abgetastete Bild über eine Infrarotoptik (6) einem Detektor bzw. Wärmestrahlungsfühler (7) zuleitet Der Schwingspiegel (5) schwingt hiebei in Richtung des Doppelpfeiles (8) und S kann zur Ausübung dieser Schwingung piezoelektrisch über Schwingquarze oder elektromagnetisch erregt sein. Die Bildfeldlinse (4) weist an ihrer dem Spiegel zugewandten Seite einen Krümmungsradius auf, welcher der Brennweite der Sammellinse(n) der Infrarotoptik (6) entspricht Durch die Schwenkbewegung des Spiegels (5) wird nun einerseits ein entsprechend dem Doppelpfeil (9) überstrichener Sehbereich »faßt und anderseits gelangt die durch die Sammellinse der Infrarotoptik (6) entworfene Abbildung des Detektors (7) bei entsprechend weiter 10 Auslenkung auf im Randbereich der Sammellinse vorgesehene verspiegelte Bereiche (10). In diesen Randbereichen wird das Bild des Detektors (7) reflektiert und in diesen Randbereich»! wird somit ein Referenzsignal für die Temperatur des Detektorelementes (7), welches in einfacher Weise th»moelektrisch gekühlt sein kann, zur Verfügung gestellt Die Autokollimadon wird hiebei durch die reflekti»end bedampften Bereiche (10) der Bildfeldlinse (4) »zielt Da kleine Abbildungen auf Linsenflächen wegen möglicher Inhomogenitäten bekannter-15 maßen kritisch sind, kann die Linse auch etwas außerhalb des Brennpunktes angeordnet sein. Im vorliegenden Fall kann jedoch durch den abgelenkten Strahl auch bei Inhomogenitäten lediglich eine geringe zusätzliche Modulation auftreten, die für die Referenzbildung unwesentlich ist Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist zwischen d» eingangsseitigen Optik (2) und d» Infrarotoptik (6) vor dem Detektor (7) ein afokales System, bestehend aus einer Zerstreuungslinse (11) und einer Sammellinse (12), 20 vorgesehen, deren Brechkräfte einander aufheben, so daß eine Verlag»ung des Brennpunktes vom Objektiv erfolgt. Diese V»lagerung ermöglicht es, die optische Anordnung in die Länge zu ziehen, und schafft den erforderlichen Raum für die Anbringung eines Schwingspiegels (5). Der Umlenkspiegel ist hiebei wiederum mit (3) bezeichnet. Da im Bereich zwischen d» Zerstreuungslinse (11) und der Sammellinse (12) der Strahlengang parallel mit reduziertem Bündelquerschnitt verläuft, kann ein Autokollimationsspiegel mit planer Oberfläche außerhalb der Zerstreuungs-25 linse (11) angeordnet werden. Dieser Autokollimationsspiegel mit planer Oberfläche ist mit (13) bezeichnet Durch Schwingbewegung des Spiegels (5) im Sinne des Doppelpfeiles (8) wird wiederum die Sehfeldverbreiterung im Sinne des Doppelpfeiles (9) verwirklicht. Anstelle des Schwingspiegels (5) in der Ausbildung nach den Fig. 1 und 2 kann auch eine rotierende Scheibe entsprechend Fig. 3 eingesetzt werden, welche an ihrem Außenumfang geneigte Spiegelfläch»! (14) trägt Die 30 rotferende Scheibe ist mit (15) bezeichnet und kann im Sinne des Pfeiles (16) um die mit (17) bezeichnete Rotationsachse in Rotation v»setzt werden. Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist eine Lichtschranke (23) vorgesehen, welche Synchronisierungssignale an die nachfolgende Auswerteelektronik zur V»fügung stellen kann. Die Ausbildung des Außenumfanges d» rotierenden Scheibe ist in den Fig. 4 bis 7 detailliert dargestellt Um eine zyklische Veränderung der Neigung des Spiegels und damit eine einem Schwingspiegel vergleichbare Situation zu 35 schaffen, sind in Umfangsrichtung (18) »ltsprechend der Fig. 4 aufeinanderfolgende Spiegelflächen (19,20) und (21) mit unterschiedlich» Neigung zur Rotationsebene der Scheibe angeordnet Die Änderung der Neigung »folgt hiebei inkrementell, jedoch ist es ohne weiteres möglich, eine kontinuierliche Änderung der Neigung zu realisieren, welche über den Umfang gesehen allerdings mindestens eine Unstetigkeitsstelle aufweisen müßte. Die unterschiedlichen Neigungen der einzelnen Spiegelflächen (19,20) und (21) sind in den Fig. 5,6 und 7 40 ersichtlich und durch die Winkel (a, ß) und (γ) zur Rotationsebene (22) veranschaulicht. 45 PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zum Erfassen derräumlichen Orientierung von unzulässig erwärmten Stellen von Radlagem und/oder Radlaufflächen von Schienenfahrzeugen, wobei in einem Strahlengang von der Meßstelle zu einem Wärmestrahlungsfühler eine in ihrer Neigung periodisch veränderliche Ablenkeinrichtung, insbesondere ein Spiegel oder ein rotierendes spiegelndes Polygon, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Autokollimationsspiegelelement (10; 13) vorgesehen ist, dessen Spiegelfläche dem vom Wärmestrahlungsfühler (7) kommenden 55 Strahlengang zugewendet ist und in wenigstens einer periodisch wiederkehrenden Stellung der periodisch veränder lichen Ablenkeinrichtung die vom Wärmestrahlungsfühl» (7) ankommenden Strahlen im wesentlichen in sich zurückwirft, daß das Autokollimationsspiegelelement (10; 13) an den Umkehrpunkten der Bewegung der vom -4- AT 395 571B Spiegel (5) reflektierten Strahlen dem Wärmestrahlungsfühler (7) zugewandte feststehende Autokollimations-spiegelflächen (10; 13) aufweist und daß die Autokollimationsspiegelflächen (10; 13) in einem Abstand von der Abbildungsoptik (6) angeordnet sind, welcher der Brennweite der Abbildungsoptik entspricht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Autokollimationsspiegelflächen (10) an den Rändern einer Bildfeldlinse (4) angeordnet sind und mit einem der Brennweite entsprechenden Radius zur Autokollimation gewölbt ausgebildet sind. Hiezu
3. 3 Blatt Zeichnungen -5-