AT516459B1 - Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen mit mindestens einem Meßelement (2), wie beispielsweise einem Dehnungsaufnehmer, wobei zwei an einer Schiene (3) lösbar fest verbindbare Grundplatten (1) vorgesehen sind, und wobei das mindestens eine Meßelement zwei Enden aufweist, dessen erstes Ende fest mit der ersten Grundplatte verbunden und dessen zweites Ende fest mit der anderen Grundplatte verbunden ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen mit mindestens einem Messelement, wie beispielsweise einem Dehnungsaufnehmer, wobei zwei an einer Schiene lösbar fest verbindbare Grundplatten vorgesehen sind, welche sich von einem Schienenfahrzeug aus gesehen unterhalb und seitlich eines Schienenfußes erstrecken und an den Schienenfuß mittels auf diesem liegenden und mit den Grundplatten durch Schrauben verbundene Klemmplatten an beiden Seiten des Schienenfußes klemmbar sind, und wobei die Grundplatten und die Klemmplatten ein zweiteiliges Gestell bilden, welches Flächen aufweist, die unterhalb des Schienenfußes verlaufen und parallel zur Unterseite des Schienenfußes liegen, und Seitenflächen, die rechts und links neben der Schiene verlaufen und parallel zur Ebene eines Schienensteges liegen, und wobei das mindestens eine Messelement zwei Enden aufweist, dessen erstes Ende fest mit dem ersten Teil des Gestells verbunden und dessen zweites Ende fest mit dem anderen Teil des Gestells verbunden ist.

[0002] Es ist im Stand der Technik bekannt, Dehnungsaufnehmer an Schienen, wie etwa den Schienen eines Gleiskörpers für Personen- und Güterzüge, anzubringen, um deren Verformungen bei der Überfahrt der Fahrzeuge zu messen. Aus der jeweiligen Schienenverformung lassen sich zahlreiche Erkenntnisse und Parameter über die Züge, einzelne Waggons oder den Zustand der Schienen ermitteln. Die EP 1 521 072 A1 lehrt ein Verfahren zur Erfassung von Kräften von elastischen Verformungen zumindest einer Schiene und eines Oberbaus. Etwas ähnliches lehrt die US 4,702,104. In beiden Offenbarungen werden Messelemente zur Feststellung der Schienendehnung und Schienenverformung am Schienenkopf, am Schienensteg bzw. am Schienenfuß direkt angebracht. Nachteilig ist hier, dass zur Sicherstellung einer genauen Messung die jeweiligen Messelemente fest mit der Schiene verbunden werden müssen. Dazu sind meistens Bohrungen oder Verklebungen erforderlich.

[0003] Die US 2003/089530 A1 und die WO 03/037695 A1 zeigen Verfahren und Vorrichtungen zum Wiegen von Schienenfahrzeugen oder zum Erfassen von Schienenbewegungen, bei welchen ein Dehnungssensor an einer Seite des Schienenfußes über zwei Klemmen befestigt wird. Nachteilig sind die nicht-drehfest verbundenen Klemmen, da sie nur die Messung vertikaler Kräfte fehlerfrei ermöglichen, nicht aber die Messung horizontaler Kräfte auf die Schiene.

[0004] Die US 4,526,039 A lehrt ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Kräften an einer Schiene, wobei ein Dehnungssensor am Schienensteg befestigt wird. Nachttei-lig ist hier die Notwendigkeit mindestens zweier Bohrungen am Schienensteg.

[0005] Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung wie eingangs angeführt zu schaffen, bei welcher Schienenverformungen auf einfache Weise gemessen werden können, ohne dass es zu einem dauerhaften Eingriff an der Schiene selbst kommt. Die Erfindung soll preisgünstig herstellbar sein und auf bekannten Messmethoden beruhen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht dies dadurch, dass die Enden des Messelementes direkt mit den Grundplatten des Gestells und zusätzlich an ihren Seitenflächen derart verbunden sind, dass die auf die Schiene wirkenden horizontalen Kräfte messbar sind.

[0006] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Grundplatten von einem Schienenfahrzeug aus gesehen unterhalb und seitlich eines Schienenfußes erstrecken und an den Schienenfuß mittels auf dem Schienenfuß aufliegenden und mit den Grundplatten durch Schrauben verbundene Klemmplatten klemmbar sind.

[0007] In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Flächen der Grundplatten, die auf der Fläche des Schienenfußes aufliegen, aufgerauht, und/oder sie weisen eine Riffelung auf.

[0008] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen eine oder beide Grundplatten jeweils mindestens einen Gewindestift auf, durch welchen eine Klemmung der Grundplatte an den Seiten des Schienenfußes bewirkbar ist.

[0009] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass der mindestens eine Dehnungsaufnehmer als im Wesentlichen bandförmiges Element ausgeführt ist.

[0010] Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine Messelement aus einem Dehnungsmesselement besteht, welches auf ein Trägerstück aufgebracht ist, wobei die Enden des Trägerstückes mit den Grundplatten verbunden sind.

[0011] In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zwei oder mehr Messelemente auf.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: [0013] Fig. 1 und Fig. 2 Perspektivansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem Schienensegment, [0014] Fig. 3 eine schematische Unteransicht der Vorrichtung, [0015] Fig. 4 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung und [0016] Fig. 5 eine schematische Vorderansicht.

[0017] Zum Zwecke der möglichst hohen Messgenauigkeit werden Messelemente zur Feststellung einer Schienenverformung direkt an der Schiene aufgebracht. Jedwede weiteren mechanischen Elemente zwischen dem Messsensor und der Schiene galten in der Fachwelt bisher als Faktoren, welche die Messgenauigkeit reduzieren würden. Um dennoch Schienenverformungen messen zu können und gleichzeitig keine Eingriffe an der Schiene selbst vornehmen zu müssen, schlägt die Erfindung einen bislang als ungangbar empfundenen Weg ein. Dabei werden gemäß Fig. 1 Messelemente 2 über ein Gestell, bestehend aus zwei Grundplatten 1 sowie dazugehörigen Klemmplatten 5, mit der Schiene 3 verbunden. Die feste Verbindung zwischen Messelementen 2 und Grundplatten 1 sowie zwischen Grundplatten 1 und der Schiene 3 bewirkt eine Messbarkeit der gewünschten Parameter an der Schiene 3. Zwar ist die Messgenauigkeit gegenüber den im Stand der Technik bekannten Systemen geringer, jedoch bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass sie beispielsweise für eine nur temporär erforderliche Messung zügig und einfach an der Schiene 3 montiert werden kann und auch wieder entfernbar ist. Zudem ist die Vorrichtung, abgesehen von dem im Stand der Technik bekannten Dehnungsaufnehmern 2, mit einfachen mechanischen Elementen vervollständigt und somit preisgünstig in der Herstellung. Sie kann daher auch zum Einsatz kommen, wenn die Kosten des gesamten Messsystems wichtiger sind als die Messgenauigkeit selbst.

[0018] Durch zwei Grundplatten 1, die an der Unterseite des Schienenfußes 4 der Schiene 3 aufliegen und sich U-förmig um den Schienenfuß 4 herum erstrecken und die mittels Klemmplatten 5 an dem Schienenfuß 4 fest angepresst sind, werden zwei Bereiche erzeugt, die sich bei Verformung der Schiene entsprechend voneinander entfernen oder sich nähern. Diese Bereiche dienen als Fixpunkte, zwischen denen ein Messelement 2 (beispielsweise ausgeführt als Dehnungs- oder Wegaufnehmer) sitzt, der die Längenänderung (Dehnung) zwischen den beiden Fixpunkten erfasst. Dafür ist das Messelement 2 fest mit den entsprechenden Bereichen der Grundplatte 1 zu verbinden. Gemäß Fig. 1 erfolgt dies seitlich neben dem Schienenfuß 4. Gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, dass drei Messelemente 2 vorgesehen sind, wobei sich zwei neben dem Schienenfuß 4 und einer unterhalb des Schienenfußes 4 befinden. Die räumlichen Richtungen „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Perspektive von einem in üblicher Weise auf einer Schiene 3 stehenden Schienenfahrzeuges aus betrachtet.

[0019] Die Messelemente 2 sind, wie in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt, als bandförmiges Element ausgeführt, d.h. ihre Länge zwischen den beiden Bereichen, mit denen sie an den Grundplatten 1 befestigt sind, übertrifft ihre Breite, und beide Maße übertreffen deutlich die Stärke des Dehnungsaufnehmers 2. In dieser Hinsicht sind die Fig. 1 bis 5 nicht nur schematisch, sondern auch maßstabsgetreu zu betrachten. Somit weisen die Messelemente 2 ein erstes und ein zweites Ende auf, die jeweils mit einer der beiden Grundplatten 1 durch Verschraubung fest verbunden sind. Andere Verbindungsarten, wie etwa durch Federdruck, Integration der Funktionalität in Grundplatten o.ä., sind auch denkbar. In den Grundplatten 1 sind Gewindebohrungen vorgesehen, in welche die Schrauben 6 der Klemmplatten 5 einschraubbar sind. Im Querschnitt weisen die Klemmplatten 5 gemäß Fig. 5 an ihren Unterseiten mindestens einen Steg 5' auf, durch welchen sie kippbar auf den Grundplatten 1 oder auf dem Schienenfuß 4 aufliegen und durch Anziehen der Schrauben 6 den erforderlichen Anpressdruck von Grundplatte 1 auf Schienenfuß 4 bewirken. Um dies einwandfrei zu ermöglichen, weisen die Klemmplatten 5 Löcher mit ausreichendem Spiel für die Schrauben 6 auf.

[0020] In einer anderen Ausführungsvariante können die Grundplatte 1 (Fixpunkte) und Messelemente 2 auch in einer untrennbaren Einheit gefertigt sein.

[0021] Um die Reibung zu erhöhen, sind die Flächen der Grundplatten 1, die auf der Unterseite des Schienenfußes 4 aufliegen, aufgerauht oder weisen eine Riffelung auf. Die entsprechende Oberflächenbeschaffenheit ist in Fig. 4 als schwarze Fläche auf den Grundplatten 1 dargestellt.

[0022] Die horizontale Sicherstellung einer festen Verbindung zwischen Grundplatte 1 und Schienenfuß 4 kann durch Verwendung einer weiteren Schraubung der Grundplatten 1 an die Seiten des Schienenfußes 4 erzeugt werden. Die Schraube kann als Gewindestift 7 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ausgeführt sein, wobei das Ende der Schraube direkt auf den Schienenfuß 4 drückt und somit eine Klemmkraft, die senkrecht zu der Klemmkraft durch die Klemmplatten 5 wirkt, herbeiführt. Der Gewindestift 7 kann in nur einer Grundplatte 1 oder in beiden Grundplatten 1 vorgesehen sein.

[0023] Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jeweils ein Dehnungsmesselement 10 auf einem Trägerstück 9 aufgebracht, welches wiederum mit den Grundplatten 1 fest verschraubt wird. Es werden dadurch Messelemente 2 gebildet, die derart an den Grundplatten 1 angeordnet sind, dass sie senkrecht aufeinander stehende Kräfte messen. Als Dehnungsmesselement 10 kann alternativ ein optisches, faseroptisches, kapazitives, induktives oder piezoelektrisches Messelement dienen, welches in der Lage ist, die geringe Längenänderung zwischen den beiden Fixpunkten zu messen. Auf anderen Verfahren basierende Messelemente sind ebenso möglich. Gemessen werden vertikale und horizontale Dehnungen, aus denen die dynamische Radkraft in senkrechter und horizontaler Richtung und der Radaufstandspunkt ermittelt werden können, sowie weitere Messgrößen zwischen Rad und Schiene, aus denen wiederum abgeleitete Größen, wie Achslast, Fahrzeuggewicht, Stabilitätsfaktor Y/Q Verhältnis, Anlaufwinkel, Radverformungen oder Schienenverformungen berechnet werden können.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen mit mindestens einem Messelement, wie beispielsweise einem Dehnungsaufnehmer, wobei zwei an einer Schiene (3) lösbar fest verbindbare Grundplatten (1) vorgesehen sind, welche sich von einem Schienenfahrzeug aus gesehen unterhalb und seitlich eines Schienenfußes (4) erstrecken und an den Schienenfuß (4) mittels auf diesem liegenden und mit den Grundplatten (1) durch Schrauben (6) verbundene Klemmplatten (5) an beiden Seiten des Schienenfußes (4) klemmbar sind, und wobei die Grundplatten (1) und die Klemmplatten (5) ein zweiteiliges Gestell bilden, welches Flächen aufweist, die unterhalb des Schienenfußes (4) verlaufen und parallel zur Unterseite des Schienenfußes (4) liegen, und Seitenflächen, die rechts und links neben der Schiene (3) verlaufen und parallel zur Ebene eines Schienensteges (11) liegen, und wobei das mindestens eine Messelement (2) zwei Enden aufweist, dessen erstes Ende fest mit dem ersten Teil des Gestells verbunden und dessen zweites Ende fest mit dem anderen Teil des Gestells verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Messelementes (2) direkt mit den Grundplatten (1) des Gestells und zusätzlich an ihren Seitenflächen derart verbunden sind, dass die auf die Schiene wirkenden horizontalen Kräfte messbar sind.
2. 2. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Grundplatten (1), die auf der Fläche des Schienenfußes (4) aufliegen, aufgerauht sind und/oder eine Riffelung aufweisen.
3. 3. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Grundplatten (1) jeweils mindestens einen Gewindestift (7) aufweisen, durch welchen eine Klemmung der Grundplatte (1) an den Seiten des Schienenfußes (4) bewirkbar ist.
4. 4. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messelement (2) als im wesentlichen bandförmiger Dehnungsaufnehmer ausgeführt ist.
5. 5. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messelement (2) aus einem Dehnungsmesselement (10) besteht, welches auf ein Trägerstück (9) aufgebracht ist, wobei die Enden des Trägerstückes (9) mit den Grundplatten (1) verbunden sind.
6. 6. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei oder mehr Messelemente (2) aufweist.
7. 7. Vorrichtung zur Erfassung von Schienenverformungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Messelemente (2) aufweist, die jeweils an den rechten und an den linken Seitenflächen des Gestells mit den Grundplatten (1) verbunden sind, und durch welche die horizontalen Kräfte auf die Schienen messbar sind, und dass die Vorrichtung weiterhin ein drittes Messelement (3) aufweist, dessen Enden mit den Unterseiten der Grundplatten (1) verbunden sind, und durch welches die vertikale Kraft auf die Schienen messbar ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen