AT408092B

AT408092B - Einrichtung zum messen von achs- bzw. lagertemperaturen zur ortung von heissläufern oder überhitzten bremsen im rollenden bahnverkehr

Info

Publication number: AT408092B
Application number: AT0176999A
Authority: AT
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Nayer
Original assignee: Vae Ag
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-08-27
Also published as: EP1222099A1; DE50002291D1; CN1379720A; PL354198A1; ATE240862T1; AU7761500A; HUP0203073A3; ATA176999A; US6695472B1; DK1222099T3; HU225351B1; EP1222099B1; HUP0203073A2; CA2386409A1; CN1283509C; CA2386409C; WO2001028838A1

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen von Achs- bzw. Lagertemperaturen zur Ortung von Heissläufern oder überhitzten Bremsen im rollenden Bahnverkehr, bei welcher die Infrarotstrahlen der Messstellen über einen oszillierenden Schwingspiegel auf einen Infrarotempfänger gelenkt werden, wobei quer zur Schienenlängsrichtung ausgesandte Infrarotstrahlen in der durch die Oszillation des Schwingspiegels definierten Abtastebene erfasst werden. 



   Einrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise in der AT 395 571 B oder der AT 398 413 B beschrieben. Derartige Einnchtungen werden auch als Heissläuferortungsanlagen (HOA) bezeichnet, wobei je nach erfasstem Messbereich mit analogen Einrichtungen auch blockierende Bremsen oder andere unzulässig erhitzte Teile von Schienenfahrzeugen erfasst werden können. In derartigen Einrichtungen werden als Detektoren thermische Detektoren, wie beispielsweise Bolometer oder aber rasch ansprechende Wärmestrahlungsfühler, wie beispielsweise HgCd, HgTe, InSb, PbSe oder Kombinationen derartiger Halbleiter eingesetzt.

   Derartige Halbleiterdetektoren sprechen durch thermische Anregung freier Ladungsträger auf Änderungen an und vermögen Strahlung hoher Impulsfolge aufzulösen, sind jedoch für die kontinuierliche Erfassung eines bestimmten Temperaturniveaus ohne zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise Modulatoren oder Ablenkeinrichtungen, welche den einfallenden Strahl zyklisch unterbrechen oder auf andere Temperaturniveaus lenken, nicht geeignet. 



   Üblicherweise werden derartige Einrichtungen im Gleisbereich angeordnet und der Messstrahl gelangt durch ein Fenster der Einrichtung und entsprechende Umlenkeinrichtungen auf den im allgemeinen gekühlten Detektor. Üblicherweise erfolgt die Anordnung so, dass das aktive Fenster unter Einschluss eines Winkels zur Normalen Lager eines rollenden Schienenfahrzeuges erfassen kann.

   Um die Messgenauigkeit und insbesondere Fehllauf aufgrund des sogenannten Sinuslaufes zu vermeiden, wurden eine Reihe von speziellen Auswerteverfahren entwickelt, mit welchen tatsächlich die jeweils heisseste Stelle einer Achse oder eines Lagers quer zur Schienenlangsrichtung erfasst werden kann, wobei ein spezielles Mess- und Auswerteverfahren, beispielsweise in der AT 398 413 B beschrieben ist
Ein gemeinsamer Nachteil der bisher bekannten Einrichtung besteht darin, dass stark unterschiedliche Laufradgrössen, insbesondere unterschiedliche Laufradgrössen bei Personenwaggons oder Schwerlastwaggons, insbesondere sogenannten Niederflurwaggons, den möglichen Abtastbereich wesentlich beeinflussen,

   der sich aus dem Abstand des Schwingspiegels zur Abtastfläche ableitet Bedingt durch die Geometrie unterschiedlicher Fahrzeuge und insbesondere die Geometrie unterschiedlicher Lager ist es mit einer einzigen Einrichtung in der Regel nur sehr schwer moglich, mehrere Abtastftächen gleichzeitig bei unterschiedlichen Wagengruppen zu erfassen. 



   Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine einfache Einrichtung der eingangs genannten Art mit einem oszillierenden Schwingspiegel, welcher eine Abtastebene erfasst zu schaffen, mit welchem es unabhängig von der Geometrie der jeweilig rollenden Fahrzeuge möglich ist, definierte Positionen im Bereich der Achse eines Fahrzeuges, insbesondere Lagerachsen, Bremsen, wie beispielsweise Scheibenbremsen oder andere möglicherweise unzulässig erwärmte Teile zu erfassen und mit nur einer einzigen Detektoreinrichtung eine vollständige Information zu erlangen.

   Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Einrichtung im wesentlichen darin, dass innerhalb der Abtastebene wenigstens zwei Umlenkspiegel in einem Abstand quer zur Schienenlängsrichtung voneinander angeordnet sind, deren umgelenkte Infrarotstrahlen entsprechend der Oszillation des Schwingspiegels in zeitlicher Abfolge erfasst werden. Dadurch, dass innerhalb der Abtastebene wenigstens zwei Umlenkspiegel in einem Abstand quer zur Schienenlängsrichtung voneinander angeordnet sind, lassen sich eine Mehrzahl von Messbereichen bzw.

   Messstellen in eine der Oszillation des Schwingspiegels entsprechende definierte Abtastebene umlenken und einem gemeinsamen Detektor zuführen, wenn die jeweils den einzelnen Messstellen zugeordneten Umlenkspiegel in Seitlichem Abstand voneinander angeordnet sind, und im Zuge der Abtastung die umgelenkten Infrarotstrahlen in zeitlicher Abfolge aufgrund der Oszillation des Schwingspiegels auf den Infrarotdetektor gelenkt werden. 



   In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemässe Ausbildung hiebei so getroffen, dass die Umlenkspiegel als um eine normal zur Spiegelebene stehende Achse rotierende Umlenkspiegel ausgebildet sind. Derartige rotierende Umlenkspiegel können bei entsprechend hoher Rotationsgeschwindigkeit auf die Spiegelfläche auftreffende Staubpartikel durch Zentrifugalkraft wiederum abwerfen, sodass ein Selbstreinigungseffekt der Umlenkspiegel beobachtet wird. 

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   Mit Vorteil kann die Ausbildung so getroffen sein, dass die Ebenen der Spiegeloberflächen der Umlenkspiegel im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Wenn derartige Spiegeloberflächen der Umlenkspiegel im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, können innerhalb der durch den Schwingspiegel definierten Abtastebene eine Mehrzahl von darüberliegenden Positionen jeweils einem derartigen Umlenkspiegel zugeordnet und sukzessive sicher erfasst werden, wobei eine besonders einfache Kompensation von Überlagerungssignalen beim Übergang von einem Umlenkspiegel zum nächsten Umlenkspiegel innerhalb des Oszillationsbereiches des Schwingspiegels ermöglicht wird. 



   In besonders einfacher Weise ist die Ausbildung so getroffen, dass die Umlenkspiegel in zur Fahrebene bzw. relativ zu der durch die Schienenschwellen aufgespannten Ebene unterschiedlicher Höhe bzw. unterschiedlichem Vertikalabstand angeordnet sind. Bei im wesentlichen paralleler Anordnung der Ebenen der Spiegeloberflächen der Umlenkspiegel führt eine derartige Versetzung quer zur Schienenlängsrichtung bzw. in Längsrichtung der Schwellenachse zur Erfassung exakter Positionen einer Achse oder eines Lagers, ohne dass hiebei die optische Achse des Detektors in einer Weise geneigt werden müsste, dass sie durch unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen des Fahrgestells von Fahrzeugen beeinträchtigt werden könnte. Dies gilt insbesondere für eine bevorzugt im wesentlichen horizontale Anordnung der optischen Achse der Eingangsoptik des Detektors. 



   Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung so getroffen, dass die rotierenden Umlenkspiegel innerhalb einer hohlen Schwelle angeordnet sind und dass die Schwelle in vertikaler Richtung oberhalb der jeweiligen Spiegel Durchbrechungen bzw. Fenster für den Durchtritt von Infrarotstrahlen aufweist. Auf diese Weise können die rotierenden Umlenkspiegel selbst geschützt angeordnet werden und es kann mit einem eng definierten und durch Fremdeinflüsse nicht gestörten Abtastwinkel innerhalb der durch die Oszillation des Spiegels definierten Abtastebene eine Mehrzahl von Messstellen oder Messbereichen sicher erfasst werden. Die Durchbrechungen bzw. Fenster der Schwelle können in geeigneter Weise durch infrarotdurchlässige Gläser oder aber durch Blenden oder Schieber geschützt werden, sodass die Gefahr der Verschmutzung der Spiegel wesentlich herabgesetzt werden kann. 



   Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, dass die optische Achse der Eintrittslinse des den oszillierenden Schwingspiegel und den Infrarotempfänger enthaltenden Detektors im wesentlichen parallel zur Fahrebene verläuft. Eine derartige Orientierung der optischen Achse der Optik des Detektors und insbesondere der optischen Achse der Eintrittslinse des Detektors erlaubt es, den Detektor selbst geschützt, beispielsweise innerhalb einer hohlen Schwelle anzuordnen, sodass Beeinträchtigungen durch mechanische Einflüsse oder durch Verschmutzung weiter herabgesetzt werden können. Insbesondere erlaubt diese Ausbildung sicherzustellen, dass auch im Falle von von Niederflurwaggons oder von Waggons herabhängenden Teilen der Messstrahl in keiner Weise unterbrochen werden kann und daher sicher für alle Achsen die erforderlichen Messwerte zur Verfügung gestellt werden können. 



   Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, dass die Ebenen der Umlenkspiegel etwa 45  zur Fahrebene geneigt angeordnet sind, wobei vorzugsweise die optische Achse der Eintrittslinse des Detektors innerhalb der hohlen Schwelle in Schwellenlängsrichtung axial oder achsparallel angeordnet ist. Eine exakte Zuordnung zu jeweils in Längsrichtung der Achsen versetzt angeordneten Messbereichen oder Messstellen, wie beispielsweise Lagern oder Scheibenbremsen, gelingt hiebei mit Vorteil dadurch, dass die Umlenkspiegel jeweils unterhalb der zu erfassenden Messstellen angeordnet sind, wobei eine besonders hohe Messgenauigkeit dann gewährleistet werden kann, wenn die rotierenden Umlenkspiegel innerhalb der Vertikalprojektion der jeweiligen Messfläche angeordnet sind.

   Auf diese Weise wird jeweils die gesamte Messfläche im Oszillationsbereich des Schwingspiegels abgetastet, sodass vollständige Informationen über die axiale Breite des zu messenden Bereiches gewonnen werden können. 



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Anordnung von zwei rotierenden Umlenkspiegeln relativ zu einem Detektor mit einem Schwingspiegel und Fig 2 eine schematische Anordnung der Einrichtung im Inneren einer hohlen Messschwelle. 



   In Fig. 1 sind zwei rotierende Umlenkspiegel 1 und 2 in Achsrichtung einer Schwelle um einen Abstand a versetzt angeordnet, wobei der Detektor 3 in axialem Abstand von den beiden rotieren- 

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 den Umlenkspiegeln 1 und 2 mit im wesentlichen horizontaler Achse 4 der Eingangsoptik bzw. Eingangslinse 5 angeordnet ist. Die Achse 4 bezeichnet hiebei den Zentralstrahl, welcher unter Zwischenschaltung des fokussierenden optischen Elementes, nämlich der Eingangslinse 5 auf eine Bildfeldlinse 6 gelangt. Mit 7 ist hiebei ein Autokollimationselement bezeichnet, bei welchem die Temperatur des Infrarotdetektors 8 eine entsprechende Schwingstellung des Schwingspiegels 9 vorausgesetzt auf sich selbst reflektiert wird, sodass ein Referenzwert gewonnen werden kann.

   Der Schwingspiegel 9 schwingt im Sinne des Doppelpfeiles 10, wodurch eine in der Zeichenebene verlaufende Abtastebene aufgespannt und im Zuge des oszillierenden Schwingens des Schwingspiegels 9 zunächst ein erster Teilscan über den Bereich b unter Zwischenschaltung des Umlenkspiegels 2 und in der Folge ein weiterer Teilscan über eine axiale Länge c unter Verwendung des Umlenkspiegels 1 erfolgt, wobei die jeweilig in der Ebene liegenden Messstrahlen durch die Winkelbereiche a und   #   in zeitlicher Reihenfolge vom Detektor 8 erfasst werden. Es versteht sich von selbst, dass ein weiterer nicht dargestellter rotierender Planspiegel die Abtastung weiterer Messstellen, wie beispielsweise einer Scheibenbremse ermöglicht. 



   Bei der Darstellung nach Fig. 2 sind der Detektor 3 und die beiden rotierenden Spiegel 1 und 2 im Inneren einer hohlen Messschwelle 11 angeordnet, wobei die optische Achse 4 im wesentlichen mit der Längsachse der Messschwelle 11 übereinstimmt. Die Messschwelle verfügt über Fenster 12 und 13, durch welche die von dem jeweils zu messenden Teilbereich ausgehenden Infrarotstrahlen auf die Umlenkspiegel 1 und 2 gelangen können, wobei diese Fenster 12 und 13 mit Schiebern verschlossen werden können. Bei der Darstellung nach Fig 2 ist der durch das Fenster 13 eintretende Messstrahl so orientiert, dass ein Teilbereich d eines Lagers in Richtung der Achse des Lagers erfasst werden kann und die entsprechenden Temperaturmesswerte über diesen Teilbereich d vom Detektor erfasst werden können.

   Der über dem Messfenster 12 liegende Teilbereich ist hiebei ein Teilbereich der Achse 14 eines Schienenfahrzeuges, dessen Laufrad mit 15 bezeichnet ist. Die Schiene selbst ist schematisch mit 16 angedeutet und quer zur Schwellenlängsachse an der Schwelle festgelegt
Die Fenster 12 und 13 sowie gegebenenfalls weitere Fenster können jeweils vertikal unterhalb des zu messenden Bereiches angeordnet werden, wobei der axiale Zentralstrahl der Messeinrichtung selbst, d. h. die optische Achse des fokussierenden optischen Elementes 5 geschützt im Inneren der Schwelle im wesentlichen horizontal verlaufen kann, sodass jedoch unterschiedliche Ausbildungen von Fahrgestellen und unterschiedliche Dimensionen von Rädern und Lagern ebensowenig wie durch herabhängende Teiles eines Fahrzeuges unterbrochen werden kann. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Einrichtung zum Messen von Achs- bzw. Lagertemperaturen zur Ortung von Heissläufern oder überhitzten Bremsen im rollenden Bahnverkehr, bei welcher die Infrarotstrahlen der
Messstellen über einen oszillierenden Schwingspiegel (9) auf einen Infrarotempfänger (8) gelenkt werden, wobei quer zur Schienenlängsrichtung ausgesandte Infrarotstrahlen in der durch die Oszillation des Schwingspiegels (9) definierten Abtastebene erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Abtastebene wenigstens zwei Umlenkspiegel (1,2) in einem Abstand (a) quer zur Schienenlängsrichtung voneinander angeordnet sind, deren umgelenkte Infrarotstrahlen entsprechend der Oszillation des Schwingspiegels (9) in zeitlicher Abfolge erfasst werden.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (1,2) als um eine normal zur Spiegelebene stehende Achse rotierende Umlenkspiegel (1,2) ausge bildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der Spie- geloberflächen der Umlenkspiegel (1,2) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (1,2) in zur Fahrebene bzw. relativ zu der durch die Schienenschwellen aufgespannten Ebene unterschiedlicher Höhe bzw. unterschiedlichen Vertikalabstand angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rotieren- <Desc/Clms Page number 4> den Umlenkspiegel (1,2) innerhalb einer hohlen Schwelle (11) angeordnet sind und dass die Schwelle (11) in vertikaler Richtung oberhalb der jeweiligen Spiegel (1,2) Durchbre- chungen bzw. Fenster (12,13) für den Durchtritt von Infrarotstrahlen aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (4) der Eintrittslinse (5) des den oszillierenden Schwingspiegel (9) und den Infrarot- empfänger (8) enthaltenden Detektors (3) im wesentlichen parallel zur Fahrebene verläuft.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der Umlenk- spiegel (1,2) etwa 45 zur Fahrebene geneigt angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (4) der Eintrittslinse (5) des Detektors (3) innerhalb der hohlen Schwelle (11)in Schwellen- längsrichtung axial oder achsparallel angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenk- spiegel (1,2) jeweils unterhalb der zu erfassenden Messstellen angeordnet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rotieren- den Umlenkspiegel (1,2) innerhalb der Vertikalprojektion der jeweiligen Messfläche ange- ordnet sind.