CH674180A5

CH674180A5 -

Info

Publication number: CH674180A5
Application number: CH2916/87A
Authority: CH
Inventors: Istvan Beres; Jenoe Varga
Original assignee: Magyar Allamvasutak
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1987-07-30
Publication date: 1990-05-15
Also published as: PL267107A1; ATA192287A; CZ282525B6; FR2602479A1; CN1007228B; HUT44635A; CS572587A3; DD265594A5; CN87105273A; PL155752B1; HU200432B; FR2602479B1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Zustandsbeurteilung von Eisenbahnlinien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 8 definiert ist.

Das Hauptziel der Instandhaltung der Eisenbahnlinien besteht in der Gewährleistung der Voraussetzungen eines sicheren Verkehrs. Eine weitere Aufgabe besteht in der Erhöhung der im Verkehr zugelassenen Geschwindigkeits- und Belastungsgrenzen und des Reisekomforts. Während der Instandhaltung 45 der Fahrbahn sind die Eisenbahnlinien ordnungsgemäss zu überwachen.

Die Sicherheit des Eisenbahnverkehrs, die auf der gegebenen Bahnlinie zugelassene Geschwindigkeit und Achsenbelastung, sowie der Reisekomfort werden in erster Linie durch den 50 Zustand der Eisenbahnlinie beeinflusst.

Beim Anlegen der Eisenbahnlinien und bei ihrer späteren Instandhaltung zur Bahnerhaltung werden die geometrischen Parameter der Gleise überprüft, wobei anhand der Gegenüberstellung der gemessenen Daten und der theoretischen Daten eine 55 Qualitätsbeurteilung der Fahrbahn durchgeführt wird. Falls erforderlich, so können Massnahmen zur Korrektur und Verbesserung vorgenommen werden.

Eine zur Messung der geometrischen Parameter der Gleise verwendete bekannte Methode ist die sog. Dreipunkt- und/oder 60Sehnenmethode, bei welcher entlang der Bahnlänge an mindestens drei Punkten der das Gleis bildenden Schiene die Abweichung von der Geraden gemessen wird. Anhand der Abweichung von der Geraden wird die sog. Sehnenhöhe ermittelt und die Krümmung der Bahn, bzw. die Ungleichmässigkeit der Bahn 65 errechnet. Die Abweichung wird sowohl in senkrechter als auch in waagrechter Richtung gemessen.

Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, dass solche Streckenungleichmässigkeiten nicht nachgewiesen werden kön-

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nen, deren Wellenlänge annähernd dem Abstand der beiden am Grunde gefährdenden Fehlern betrachtet, da dadurch ermög-

weitesten entfernten Messpunkte, oder dessen ganzzahligem licht wird, die während des Streckenunterhalts durchzuführen-

Bruchteil entspricht. den Aufgaben technisch zu bestimmen und die für die Einhaltung

Dies ist besonders bei periodischen Streckendeformationen der zu strengen geometrischen Bedingungen verschwendeten von Nachteil und kann dadurch reduziert werden, dass die 5 überflüssigen Arbeiten zu vermeiden.

Messpunkte assymmetrisch zueinander angeordnet werden, oder Ein weiteres Ziel besteht darin, die Streckenfehler geome-

mehr als drei Messpunkte verwendet werden. Diese Lösungen trisch nachzuweisen, da einerseits dadurch die Möglichkeit des sind nicht befriedigend, komplizieren den Messprozess und Vergleichs mit den früheren Methoden gesichert wird und ande-machen die Verwendung von speziellen Messwagen erforderlich. rerseits die Fehlerbehebung geometrisch überprüft werden muss.

Der erwähnte Nachteil der Dreipunkt-Messmethode kann io Weiter soll eine entsprechende Vorrichtung zur Durchfüh-

durch die Anwendung der sog. Inertialen Messmethode, in der rung des Messverfahrens vorgeschlagen werden, die, auf Eisen-

Fachliteratur als TRIM-Methode (Track Recording Inertial bahnfahrzeuge montiert, deren Eigenschaften nicht oder nur

Measurement) bekannt, vollkommen beseitigt werden. vernachlässigbar beeinflusst.

Das Wesen dieser Methode wird nachstehend kurz beschrie- Zur Qualitätsbeurteilung der Eisenbahnstrecken werden die ben: 15 imEisenbahnfahrzeugwährendderFahrt-möglichstbeiderim Eine theoretisch genaue Vermessung der Schienenstränge Verkehr üblichen Geschwindigkeit - entstehenden Reaktionen in vertikaler und horizontaler Richtung müsste mit Hilfe eines an und zwar die Wechselwirkungen zwischen Fahrzeug und Fahr-der Erde befestigten, «stehenden» Koordinatensystems durchge- strecke verwendet, aus denen auf das die Betriebssicherheit in führt werden. Eine solche Messung kann jedoch mit Hilfe einer erster Linie beeinflussende Kräftesystem gefolgert werden kann, Messvorrichtung, die in einem Fahrzeug, z. B. in einem Messwa- 20 welches die Verbindung zwischen der Fahrstrecke und den gen montiert ist, während der Fahrt praktisch nicht durchgeführt Rädern charakterisiert. Es wurde weiterhin erkannt, dass die werden. Nur eine annähernde Messung ist möglich, indem das gleichen physikalischen Grössen diejenigen Wirkungen beeinstehende Koordinatensystem durch doppelte Integrierung der Aussen, welche den Fahrweg in Querrichtung und gegebenenfalls Beschleunigungen des Fahrzeugs - mit gewisser Beschränkung - bleibend deformieren.

reproduziert wird. Das Wesen der Beschränkung besteht darin, 23 Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren weist die im dass die zweifache Integrierung nur annähernd durchgeführt unabhängigen Anspruch 1 definierten Merkmale auf.

wird, da die Integrierung der für die geographische Linienfüh- Eine einfache und wirtschaftliche Lösung ergibt sich aus den rung der Bahn charakteristischen, sich äusserst langsam ändern- Massnahmen, die in Anspruch 2 aufgeführt sind. Auf diese Weise den Komponenten der Beschleunigung nicht erforderlich ist. verändern sich die ursprünglichen Fahreigenschaften des Fahr-

Auf diese Weise wird ein solches Koordinatensystem erhal- 30 zeugs nicht.

ten, das nur die grösseren Änderungen der Linienführung der Genauer kann gemessen werden, wenn die von der gefeder-

Bahn anzeigt, die grösseren Bögen der geometrischen Linienfüh- ten Masse auf das Radpaar einwirkenden Kräfte korrigiert rung dagegen nicht berücksichtigt. Dieses Koordinatensystem ist werden. Dazu sind die in Anspruch 3 definierten Massnahmen in jedoch zum Nachweis der Streckenungleichmässigkeiten ausge- Verbindung mit den Massnahmen nach Anspruch 4 notwendig,

zeichnet geeignet. 33 Die in den Bögen der Eisenbahnlinie üblicherweise verwen-

Zur praktischen Anwendung der TRIM-Methode wird eine dete Grösse der Überhebung kann in Übereinstimmung mit im Messwagen gut gefederte inerte Masse verwendet und die Anspruch 5 bestimmt werden. Dementsprechend wird die rela-

geometrischen Masse der Bahn werden auf diese Masse bezogen. tive Winkellage der gefederten Masse im Verhältnis zur realen

Auf diese Weise kann ein Teil der Integrierung mit der inerten Waagrechten gemessen, der Winkel zwischen der gefederten

Masse an sich durchgeführt werden und gewisse Korrekturen 40 Masse und der Achse des Radpaares bestimmt und anhand der können auf elektronischem oder mathematischem Wege er- Differenz zwischen den beiden Winkeln die Überhebung der folgen. Fahrbahn errechnet.

Sowohl die TRIM-Methode als auch die Sehnenmethode (die Entsprechend der bei der Eisenbahn ausgeübten Praxis ist es letztere mit entsprechenden Änderungen) sind dazu geeignet, zweckmässig, die von der gefederten Masse auf das in Fahrtrich-

die geometrischen Fehler der Eisenbahnlinien in Abhängigkeit 45 tung letzte Radpaar ausgeübten Kräfte zu messen.

von dem zurückgelegten Weg zu ermitteln. Die verwendeten Um den Reisekomfort zu bestimmen, werden über dem in

Messwagen wiederspiegeln jedoch meistens nicht die tatsächli- Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinteren Drehgestell in der Mitte chen Verhältnisse, da die Fahrteigenschaften der Mess wagen und in der Höhe des Bodens des Wagenkastens die senkrechten

(Gewicht, Achsbelastung, Federung, Geschwindigkeit usw.) und quergerichteten Beschleunigungen gemessen.

nicht mit den Fahreigenschaften der im Verkehr stehenden so Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient

Fahrzeuge übereinstimmen. eine Vorrichtung gemäss Anspruch 8.

Auch wenn das Problem der Übereinstimmung der Fahrpara- Um die gemessenen Parameter zu dem zurückgelegten Weg meter der Messwagen mit denen der am normalen Verkehr identifizieren zu können, ist es zweckmässig, eine wegproportio-

teilnehmenden durchschnittlichen Fahrzeuge gelöst werden naie Registriereinheit zu verwenden, deren Steuereingang mit kann,bleibtweiterhindersichereNachweisvonFahrbahnfeh- 55 dem Wegimpuls-Geber verbunden ist.

lern, die die Verkehrssicherheit gefährden ungelöst, da kein ( Nachstehend werden das erfindungsgemässe Verfahren und eindeutiger Zusammenhang zwischen den geometrischen Feh- die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung lern der Bahn (Abweichungen von der theoretischen Linienfüh- unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung veranschaulichtes rung) und der Fahrsicherheit des Fahrzeugs besteht. In der Praxis Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In der Zeichnung wird deshalb so vorgegangen, dass für die Bahngeometrie strenge 60 zeigen:

Toleranzen vorgeschrieben werden, deren Übertretung Verbes- Fig. 1 ein Übersichtsschema eines mit der erfindungsgemäs-

serungsmassnahmen nach sich zieht. sen Vorrichtung versehenen Eisenbahnfahrzeugs;

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Zustandsbeurtei- Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A des in Fig. 1

lung von Eisenbahnlinien durch solche Messverfahren durchzu- veranschaulichten Fahrzeugs mit schematisch dargestellten Füh-

führen, welche sich auf die tatsächlichen Verkehrsumstände wie 65 lern;

Belastung, Fahrzeugtyp, Geschwindigkeit usw., stützen. Hg. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B des in Fig. 1

Als besonders wichtig wird die Trennung der einfachen dargestellten Fahrzeugs mit schematisch veranschaulichten Füh-

geometrischen Fehler von den die Sicherheit aus irgendeinem lern;

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Fig. 4 einen Ausschnitt einer Auswerteeinheit der erfindungs-gemässen Vorrichtung;

Fig. 5 einen weiteren Ausschnitt der Auswerteeinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 6 einen weiteren Ausschnitt der Auswerteeinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung, und

Fig. 7 ein Auswertungsdiagramm der mit dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnenen Fahrsicherheits-Messzahl.

Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung wurde in einem als Bahnaufsichts-(Ober-bau-)Messwagen zu verwendenden typischen vierachsigen, mit Drehgestell versehenen Personenwagen angeordnet. Die Vorrichtung kann jedoch auch in einem beliebigen Fahrzeug, sogar in der Lokomotive angeordnet werden. Die Vorrichtung weist entsprechend den angeordneten Fühlern eine Auswerteeinheit und eine Registriereinheit auf.

Gemäss Fig. 1 sind Fühler in der Längsrichtung des Personenwagens angeordnet. Der Fahrzeugkasten 1 des Personenwagens ist über einen ersten und einen zweiten Drehgestellrahmen 2 und 2' mit Hilfe der darin gelagerten Radpaare 3,3' und 4,4' auf einem Gleis 10 abgestützt. Entsprechende Teile der beiden Drehgestelle wurden mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Unterscheidung dient nur der Strich nach der Bezugszahl. An den beiden Drehgestellrahmen 2,2', die einen Abstand aufweisen, ist an entsprechenden Drehpunkten der Fahrzeugkasten 1 angeordnet. An Achslagerfuttern 14 der Radpaare 3,4 des ersten Drehgestellrahmens 2 ist ein Messrahmen 5 so angeordnet, dass dieser die ursprünglichen Führungseigenschaften der Radpaare3,4 praktisch nicht beeinflusst. Esistz. B. eine elastisch deformierbare Aufhängung mit einem Silent-Block vorgesehen.

Am Fahrzeugkasten 1 ist in der Mitte des Drehgestellrahmens 2, sowie in einem Längsabstand 1 davon entfernt, eine erste und eine zweite Messkonsole 6 und 7 in einer Querschnittsebene c befestigt. Die Messkonsolen 6,7 erstrecken sich nach unten mindestens bis zur Höhe der Achse des Radpaares 3,4, wo sich auch ein Messrahmen 5 befindet.

Die beiden äusseren, sich in den Querschnittsebenen A und A befindenden Radpaare 3 und 3' des Fahrzeugs sind zur Lagerkraftmessung ausgebildet.

Gemäss dem Ausführungsbeispiel ist ein Radpaar 4' des Fahrzeugs mit einem Wegimpuls-Geber S versehen.

Die Anordnung der in der Querschnittsebene A angeordneten Fühler sind in Fig. 2 veranschaulicht. Die äusseren Enden der Achse des Radpaares sind in einem Achslagerfutter 14 gelagert, welches in senkrechter Richtung durch Federn 15 am Drehgestellrahmen 2 abgestützt ist. Zwischen den Achslagerfuttern 14 und den Federn 15 sind Kraftfühler Fl und F2 angebracht, während die Achsenden, in Achsrichtung durch Kraftfühler F3a und F3b an den Achslagerfuttern 14 abgestützt sind. Die Kraftfühler F3a und F3b sind zu einem einzigen Kraftfühler F3 zusammengeschaltet, welcher die quergerichtete axiale Lagerkraft anzeigt. Die Kraftfühler Fl, F2, F3 sind den konkreten Verhältnissen angepasst zu fertigen, z. B. durch entsprechende Anordnung von Dehnungsmessstreifen. Das auf diese Weise ausgestattete Radpaar sollte als kraftmessendes Radpaar auf einer statischen Prüfbank geeicht und kalibriert werden.

An den Achslagerfuttern 14 des kraftmessenden Radpaares 3 ist jeweils ein senkrechter Beschleunigungsfühler Al, A2 und an dem einen Achslagerfutter 14 ein quergerichteter Beschleunigungsfühler A3 angeordnet. Das Radpaar 3' ist identisch mit dem Radpaar 3, ebenfalls als kraftmessendes Radpaar ausgebildet und mit Beschleunigungsfühlern AI, A2, A3 versehen, die in der Figur nicht dargestellt sind.

Im Fahrzeugkasten 1 sind in der Querschnittsebene A, im wesentlichen über den Achslagerfutter 14 je ein relativer Bewegungsfühler Dl bzw. D2 und senkrecht ein senkrecht gerichteter Beschleunigungsfühler A4 bzw. A5 angeordnet. Diese messen an je einer Seite des Fahrzeugkastens 1 die zur Bodenfläche des Fahrzeugkastens 1 senkrechte Beschleunigung des Fahrzeugkastens 1 und die im Verhältnis zu den Achslagerfutter 14 erfolgte Bewegung derselben Punkte. Die Messung entspricht im wesent-5 liehen der durch die Schienenstränge 10A, 10B des Gleises 10 bestimmten zur Gleis-Fahrebene senkrechten relativen Bewegung, da die Achslagerfutter 14 mittels je eines gespannten Drahtseils 11 mit dem entsprechenden relativen Bewegungsfühler Dl bzw. D2 verbunden sind.

10 In Fig. 3 sind die in der Querschnittsebene B des Fahrzeugkastens 1 angeordneten Fühler veranschaulicht. Am Messrahmen 5 ist je ein, die relative Lage der Schienenstränge 10A bzw. 10B t bezüglich zum Messrahmen 5 abtastender Schienenabtaster 12 angeschlossen, welcher parallel zur Gieis-Fahrebene die entspre-15 chenden Abstände an die relativen Bewegungsfühler D5 bzw. D3 in der Querrichtung überträgt. Natürlich kann die Abtastung und Bewegungsdetektierung auch auf mechanische Weise, z. B. mittels Gleittaster oder auf optische Weise erfolgen. Dies betrifft auch die vorher erwähnte und später noch zu erwähnende 20 Bewegungs-Detektierung. Bei höheren Geschwindigkeiten (über80-100 km/h) ist die optische Schienenabtastung zu bevorzugen.

Der Messrahmen 5 schliesst sich mit einem relativen Bewe-25 gungsfühler D4 dem Ende der Messkonsole 6 an, wo zur Messung der zur Bodenebene parallelen Beschleunigung auch ein Beschleunigungsfühler A6 mit quergerichteter Ausrichtung angeordnet ist. In der Mitte der Bodenebene des Fahrzeugkastens 1 ist mit senkrechter und quergerichteter Ausrichtung je ein Beschleunigungsfühler A7 und A8 angeordnet. Diese messen die zur Bodenebene des Fahrzeugkastens senkrechten bzw. dazu parallelen Beschleunigungen des Fahrzeugkastens 1. Die Fühler A7 und A8 sind in der Querschnittsfläche B ' wiederholt, wobei jedoch gleichzeitig immer nur die in Fahrtrichtung hinteren eingeschaltet sind.

In Fig. 3 sind zwei weitere Fühler ersichtlich, welche in der Querschnittsebene C angeordnet sind (zur besseren Identifizierung wurden die entsprechenden Bezugszeichen in Klammer angegeben). In der Querschnittsebene C ist ein weiterer Schie-40 nenabtaster 12 angeordnet, der sich dem an dem Messrahmen 5 befestigten relativen Bewegungsfühler D6 anschliesst. Der Messrahmen 5 ist in der gleichen Ebene über einen relativen Bewegungsfühler D7 an das Ende der Messkonsole angeschlossen.

Im Fahrzeugkasten 1 ist an beliebiger Stelle, im vorliegenden 45 Ausführungsbeispiel in der Querschnittsebene B, ein mit Gyro-sop versehener künstlicher Horizont G angeordnet, dessen Ausgangssignal proportional zur Winkelabweichung der Bodenebene von der Waagrechten ist.

Die Fig. 4,5 und 6 veranschaulichen Ausschnitte der Auswer-50teeinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Eingänge der Auswertungseinheit tragen die Bezugszeichen der angeschlossenen Fühler und es wurde vorausgesetzt, dass die Ausgangssignale der Fühler einheitlich und proportional zu den von ihnen gemessenen Parametern sind. Das beschriebene Ausfüh-55rungsbeispiel betrifft eine zur analogen Rechenmaschine ähnliche Lösung, es kann jedoch natürlich auch ein digitales System verwendet werden. Bei der Darstellung der Auswerteeinheit wurden weder Phasenumkehreinheiten noch Verstärker angeführt, da diese Operationen mittels Addiereinheiten realisiert 60werden. Der Gewichtsfaktor (Gewichtszahl) an den Eingängen wurde innerhalb der Addierstufe angeführt. Die Verbindungsleitungen der einzelnen Einheiten kennzeichnenden Linien enthalten die Grössen, zu denen der an der Leitung befindliche Signalpegel proportional ist.

65 Die Ausgänge 80-94 der Auswerteeinheit schliessen sich einer nicht dargestellten wegproportionalen Registriereinheit an, deren Registriergeschwindigkeit über ihren Steuereingang von den Impulsen des Wegimpuls-Gebers S gesteuert wird.

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Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Auswerteeinheit, welcher die mit der bekannten TRIM-Methode messbaren Parameter liefert.

Der Wegimpuls-Geber S schliesst sich einer Geschwindig-keitsbildungseinheit 31 an, an deren einem Ausgang die zu dem zurückgelegten Weg proportionalen Markersignale S' erscheinen, welche, an die Registrierungseinheit geschaltet, bei gleich-mässigen Abständen die Registrierung kennzeichnen. In dieser Weise können der zurückgelegte Weg und die entsprechenden Punkte der Registrierung identifiziert werden. Die Geschwindig-keitsbildungseinheit 31 liefert an ihrem anderen Ausgang - durch die Ableitung nach der Zeit- ein zur Geschwindigkeit v des Fahrzeugs proportionales Signal.

Die Beschleunigungsfühler A4 und A5 sind an den Integratoren 32 bzw. 34 angeschlossen, die die Eigenschaft eines Hochpassfilters aufweisen. Ein derartiger Doppelintegrator kann einfach mit Hilfe eines aktiven Butterworth-Filters 4. Ordnung gebildet werden.

Die relativen Bewegungsfühler Dl, D2 sind über Hochpassfilter 33 bzw. 35 an den invertierenden Eingang einer ersten bzw. zweiten Addiereinheit 36 bzw. 38 angeschlossen, während die doppelten Integratoren 32 bzw. 34 an dem nichtinvertierenden Eingang der Addiereinheiten 36 bzw. 38 angeschlossen sind.

Die Addiereinheiten 36 bzw. 38 sind mit Tiefpassfiltern 37 bzw. 39 zusammengebaut.

Die doppelten Integratoren 32 und 34, die Hochpassfilter 33, 35 und die Tiefpassfilter 37,39 sind derart ausgebildet, dass ihre Integrationskonstante bzw. Übertragungsfrequenzgrenzen mit dem Pegel der an ihrem Steuereingang ankommenden Signale proportional sind. Diese Steuereingänge sind am Ausgang der Geschwindigkeitsbildungseinheit 31 angeschlossen.

Die Ausgänge des ersten und zweiten Tiefpassfilters 37 bzw. 39 sind an einer als Differenzbildner geschalteten dritten Addiereinheit 40 und an den Ausgängen 80,81 die mit der nicht dargestellten Registriereinheit verbunden sind, angeschlossen. Der Ausgang dieser dritten Addiereinheit 40 ist einerseits an den Ausgang 82 und andererseits unmittelbar über ein Verzögerungsglied 41 an eine vierte Addiereinheit 42 geführt. Das Verzögerungsglied ist ein wegproportionales Vergrösserungsglied (z. B. eine durch Reihenschaltung von Abtast- und Speichereinheiten ausgebildete schrittweise steuerbare künstliche Linie), dessen Steuereingang mit dem Wegimpuls-Geber S in Verbindung steht. Der Ausgang der vierten Addiereinheit 42 schliesst sich über den Ausgang 83 der Registriereinheit an.

Die relativen Bewegungsfühler Dl, D2und das Gyroskop G sind an gewogene Eingänge einer mit einem dritten Tiefpassfilter 44 versehenen fünften Addiereinheit 43 angeschlossen.

Der Wert der Gewichtsfaktoren beträgt der Reihe nach 1 / b, —1/b und -1, wobei b der Abstand zwischen den relativen Bewegungsfühlern Dl und D2 ist.

Der Ausgang des Tiefpassfilters 44 ist über einen ersten Absolutwertbildner 45 an den Ausgang 84 geführt.

Der aus den Kraftfühlern F3 A und F3B zusammengeschalteten Kraftfühler F3 und der Bewegungsfühler A3 sind an die Eingänge mit einem Gewicht von 1 und -m einer sechsten Addiereinheit 59 angeschlossen, wobei m die Masse des Radpaares 3 bedeutet. Der Ausgang der Addiereinheit 59 ist einerseits an einen zweiten Absolutwertbildner 60 und andererseits über einen Nullkomparator 49 an einen steuerbaren elektronischen Wechselschalter 48 geführt. Die Kraftfühler Fl, F2 sind an die mit einem Gewicht von 1/2 wertenden Eingänge einer achten Addiereinheit 45 und die mit einem Gewicht von bz/2b A bzw. -bz/ 2bA wertendenEingänge einer neunten Addiereinheit 46 geführt, wobei bz die Hälfte des Mittelabstands der die Achslagerfutter 14 stützenden Federn 15 und bA die Hälfte des Abstands der Laufkreise des Radpaares 3 bedeuten (siehe Fig. 2). Somit charakterisiert der Quotient bz/bA die Armübersetzung der Kraftfühler Fl und F2. Der achten Addiereinheit schliessen sich

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weiterhin mit einem Gewicht von -m/4 die Beschleunigungsfühler Al, A2 und eine nicht dargestellte Signalquelle Qstat an, die ein zu der statischen Achsbelastung proportionales Signal liefert, wobei diese Signalquelle anhand einer durch Wiegen gemesse-5 nen Achsenbelastung einzustellen ist.

Der Ausgang der neunten Addiereinheit 46 ist einerseits unmittelbar, andererseits über eine Polaritätsumkehreinheit 47 mit den Eingängen des elektronischen Wechselschalters 48 verbunden.

10 Der Ausgang des zweiten Absolutwertbildners 60 ist an die Zählereingänge eines erstenTeilers 51 und eines zweitenTeilers 52 angeschlossen. An dem Nennereingang des ersten Teilers 51 ist der Ausgang einer siebenten Addiereinheit 50 angeschlossen. Der mit einem Gewicht von 1 wertende Eingang der Addierein-15 heit 50 ist an eine in der Figur nicht dargestellte Signalquelle geführt, die ein Signal mit einer Grösse liefert, die einer Belastung von 10 kN entspricht. Der mit einem Gewicht von 2/3 kennzeichnete Eingang der Addiereinheit 50 ist an den Ausgang der achten Addiereinheit 45 angeschlossen, der ausserdem an die 20 Nennereingänge des zweiten Teilers 52 und des dritten Teilers 53 angeschlossen ist. Der Zählereingang des dritten Teilers 53 ist mit dem Ausgang des Wechselschalters 48 verbunden und sein Ausgang einerseits an einem mit einem Gewicht von B gekennzeichneten Eingang einer zehnten Addiereinheit 54 und anderer-25 seits an dem Ausgang 87 angeschlossen. Der andere mit einem Gewicht von A gekennzeichnete Eingang der Addiereinheit 54 ist mit einer Signalquelle verbunden, die ein einer einwertigen Verhältniszahl (1) entsprechendes Signal liefert, während der Ausgang der Addiereinheit 54 an den Nennereingang eines 30 vierten Teilers 55 angeschlossen ist. Der Zählereingang des Teilers 55 ist mit dem Ausgang des zweiten Teilers 52 verbunden, während der Ausgang des Teilers 55 am Ausgang 86 angeschlossen ist.

Die Beschleunigungsfühler A7 und A8 sind über Bandfilter 35 56 bzw. 57 an die Ausgänge 88 bzw. 89 geführt. Das Übertragungsband der Bandfilter 56 und 57 hegt im Bereich von 0,5-12 Hz. Der Beschleunigungsfühler A8 ist weiterhin über ein Tiefpassfilter 58 (0-0,5 Hz) an den Ausgang 90 angeschlossen.

In Fig. 6 ist der relative Bewegungsfühler D3 an einen mit 40 einem Gewicht von 2(L X1) gekennzeichneten Eingang einer elften Addiereinheit 61, an einen mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang einer dreizehnten Addiereinheit 67 und an einen mit einem Gewicht von -1 gekennzeichneten Eingang einer vierzehnten Addiereinheit 71 geführt. Der relative 45 Bewegungsfühler D4 ist an mit gleichem Gewicht gekennzeichnete Eingänge der Addiereinheiten 61,67,71 geführt. Die relativen Bewegungsfühler D6 und D7 sind an mit einem Gewicht von -2(Lx 1) gekennzeichnete Eingänge der elften Addiereinheit 61 angeschlossen. Der Beschleunigungsfühler A6 50 ist an einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang einer zwölften Addiereinheit, der relative Bewegungsfühler D5 ist an einem mit einem Gewicht von -1 gekennzeichneten Eingang der zwölften Addiereinheit 71 angeschlossen. Der Ausgang der Geschwindigkeitsbildungseinheit 31 ist mit dem Eingang 55 einer Quadratbildungseinheit 75 verbunden, deren Ausgang an dem Eingang einer Multipliziereinheit 63 angeschlossen ist. Der Ausgang der elften Addiereinheit 61 ist über ein Tiefpassfilter 62 einerseits an den Ausgang 91 und andererseits an den anderen Eingang der Multipliziereinheit 63 geführt. Der Ausgang der 6° Multipliziereinheit 63 ist an einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang einer siebzehnten Addiereinheit 64 angeschlossen, deren mit einem Gewicht von g (Gravitationsbeschleunigung) gekennzeichneter Eingang mit dem künstlichen Horizont G verbunden ist. Der Ausgang der Addiereinheit 64 ist 65 an einem mit einem Gewicht von -1 gekennzeichneten Eingang der zwölften Addiereinheit 65 angeschlossen. Die Addiereinheit 65 ist mit einem Doppelintegrator 66 zusammengebaut. Dieser ist mit einem Hochpassfilter versehen und sein Ausgang ist an

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einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang einer mit einem Tiefpassfilter 70 versehenen fünfzehnten Addiereinheit 69 angeschlossen. Die dreizehnte Addiereinheit 67 ist mit einem dritten Hochpassfilter 68 zusammengebaut, dessen Ausgang an einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang der Addiereinheit 69 angeschlossen ist. Die fünfzehnte Addiereinheit 69 ist mit einem sechsten Tiefpassfilter 70 zusammengebaut, dessen Ausgang einerseits an dem Ausgang 92 und andererseits an einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang der sechzehnten Addiereinheit 74 angeschlossen ist. Die vierzehnte Addiereinheit 71 ist mit einem vierten Hochpassfilter 72 zusammengebaut und ihr Ausgang ist über ein siebtes Tiefpassfilter 73 einerseits an dem Ausgang 94 und andererseits an einem mit einem Gewicht von 1 gekennzeichneten Eingang der sechzehnten Addiereinheit 74 angeschlossen, deren Ausgang an dem Ausgang 93 angeschlossen ist.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Die in den Fig. 1,2 und 3 näher dargestellten und beschriebenen Fühler messen während der Fahrt des Fahrzeugs die entsprechenden Parameter, Kräfte bzw. Beschleunigungen und liefern dazu proportionale Signale an die in den Fig. 4,5 und 6 näher dargestellte und ausführlich beschriebene Auswerteeinheit. Die Ausgänge der Auswerteeinheit leiten die aus den gemessenen Werten gebildeten Signale an die in der Zeichnung nicht dargestellte Registriereinheit. Die Art der Berechnung der errechneten Werte ist anhand der Figuren und der Beschreibung eindeutig. Es werden jedoch zusammengefasst die nachfolgenden Angaben gemacht.

Ausgang 80: linke Länge (Setzung);

Ausgang 81: rechte Längshöhe (Setzung);

Ausgang 82: Querhöhe (Quersetzung);

Ausgang 83: Flächenverwindung;

Ausgang 84: Überhebungswinkel (quasistatischer Wert: 0-0,5 Hz);

Ausgang 85: Fahrstreckensicherheits-MesszahlB2, die anhand der empirischen Beziehung nach Prud'homme hergeleitet wird;

Ausgang 86: Fahrsicherheits-Messzahl B1; die aus der Formulierung der Klettergrenzlage (Verformung) des Radspurkranzes gemäss Nadal hergeleitet wird;

Ausgang 87: zusätzliche Fahrsicherheits-Messzahl, die die spezifische Radlast-Differenz charakterisiert;

Ausgang 88: senkrechter dynamischer Komfort;

Ausgang 89: quergerichteter dynamischer Komfort;

Ausgang 90: quergerichteter quasistatischer Komfort.

Die oben verwendeten Bezeichnungen sind mit Ausnahme der den Ausgängen 85,86,87 zugeordneten in der Praxis des Eisenbahnwesens übliche Bezeichnungen. Anhand dieser wird der Zustand der Eisenbahnstrecken wie üblich beurteilt und anhand der gemessenen Werte werden Weisungen zur Durchführung der Unterhaltsarbeiten erteilt. Die neu eingeführten Messzahlen ermöglichen eine neuartige Qualitätsbeurteilung der Eisenbahnstrecken, anhand welcher die die Sicherheit des Eisenbahnverkehrs wirklich beeinflussenden Bahnstreckenfehler aufgedeckt und lokalisiert werden können. Dadurch sind überflüssige Unterhaltsarbeiten vermeidbar.

Es soll hierzu bemerkt werden, dass die einzelnen Ausgänge annähernde Signale liefern, da die in den Fig. 4,5 und 6 dargestellte Auswerteeinheit die entsprechenden trigonometrischen Funktionen linear annähert. Die Art der Annäherung bedarf keiner weiteren Erklärung, da diese durch den Zusammenhang der Schaltungsanordnung mit den allgemein bekannten theoretischen Beziehungen für einen Fachmann auf der Hand liegt.

Der Ausgang 85 liefert ein Ausgangssignal, das zur Grösse, die als Fahrstreckensicherheits-Messzahl B2 bezeichnet wurde,

proportional ist. Als Grundlage dienen die Kennzeichen der Fig. 2 und die folgende (gemäss Prud'homme) empirische Beziehung:

(Yj+Y2) krit = 10 +

2Q

3(kN)

Dabei bedeuten Yx und Y2 quergerichtete Radkräfte (siehe Fig. 2), Q die durchschnittliche Radbelastung des arithmetischen Mittelwerts der senkrecht gerichteten Kräfte Qt und Q2 (siehe

„Hg-2).

Aus dieser Beziehung kann die Fahrstreckensicherheits-Messzahl B gebildet werden, die zur Beurteilung von lokalen Fahrstreckenfehlern geeignet ist, die eine bleibende quergerichtete Gleisfeldverschiebung hervorrufen:

15

B 2= (Yi+Y?) (Yi+Y2) krit

Dabei wird angenommen, dass eine bleibende quergerichtete 20 Verschiebung der Fahrstrecke nicht zu befürchten ist, wenn folgende Bedingung erfüllt wird:

Y1 + Y2 < (Yj + Y2) krit

25

Der Ausgang 86 liefert ein Signal, das zur Grösse, die in der Beschreibung als Fahrsicherheits-Messzahl Bj bezeichnet wurde, proportional ist. Bezüglich des Radpaares von Eisenbahnfahrzeugen hat sich die die Klettergrenzlage des Radspurkranzes 30 beschreibende Beziehung gemäss Nadal verbreitet. Daraus ergibt sich, dass mit der Gefahr von Entgleisungen nicht zu rechnen ist, wenn folgende Bedingung erfüllt wird.

Y!±^_ < A + B ACL

35

. wobei die Bedeutung der Grössen Y1; Y2und Q bereits oben angegeben wurde,

4C AQ ist die durch die senkrechten Lagerkräfte hervorgerufene zweiseitige Radbelastungsdifferenz,

A und B sind Konstanten, die von den Daten des Radprofils, sowie vom Wert der zwischen Radspurkranz Schiene und Rad-Lauffläche/Schiene angenommenen Reibungskoeffizienten 45 abhängen und deren üblicher Wert 0,4 bzw. 0,2 beträgt.

Durch die Darstellung dieser Bedingung in Form einer Verhältniszahl kann die Fahrsicherheits-Messzahl B, erhalten werden:

50

55

B, =

Y1+Y2

A+B ^-0=

Q

Die Fahrsicherheits-Messzahl B! und die Fahrstreckensicher-heits-Messzahl B2, die mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens bestimmt werden, zeigen beim Verkehr eines Typen-Fahr-60 zeugs mit vorgegebener Geschwindigkeit und Belastung die Wahrscheinlichkeit, bzw. das Mass des Vorkommens von Entgleisungen und quergerichteten Fahrstreckendeformationen an, natürlich ohne dass zwischen ihnen eine genau formulierbare mathematische Beziehung aufgestellt werden könnte. Derartige 65 empirische Zusammenhänge können nur anhand langzeitiger Erfahrungen aufgestellt werden.

Der Wert der Fahrstreckensicherheits-Messzahl ändert sich entlang der Fahrstrecke laufend. Zu deren Auswertung ist es

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zweckmässig, eine weitere zusätzliche Fahrsicherheits-Messzahl zu berücksichtigen, da vorsichtshalber eine zu grosse negative spezifische Radbelastungsdifferenz Q/Q auch kritisch zu bewerten ist.

Die Fahrsicherheits-Messzahl B1 ist anhand des in Fig. 7 veranschaulichten Diagramms gut auswertbar. Die einzelnen Bereiche des Diagramms ergeben die Messwerte:

I. einwandfreier Streckenzustand;

II. eine Ausbesserung der Strecke wird bald notwendig;

III. die Ausbesserung ist dringend erforderlich (z. B. innerhalb einer Woche);

IV. die Strecke ist unter den während der Messung verwendeten Fahrbedingungen als gefährlich zu betrachten, eine sofortige Geschwindigkeitsbegrenzung ist einzuführen.

Die Auswertung an sich stellt nicht den Gegenstand der Erfindung dar, die Voraussetzung ihrer Durchführbarkeit ist die 5 Durchführung des erfindungsgemässen Messverfahrens. Das dargestellte Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Anwendung an einem Eisenbahnfahrzeug mit Drehgestell, natürlich kann das erfindungsgemässe Verfahren und der Messrahmen der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung auch io für ein einziges Radpaar angewendet werden. In diesem Falle ist der Messrahmen derart auszubilden, dass er in Querrichtung elastisch ist.

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7 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur dynamischen Zustandsbeurteilung von Eisenbahnlinien, bei welchem in Abhängigkeit vom durch das Eisenbahnfahrzeug zurückgelegten Weg die Beschleunigung einer auf dem Eisenbahnfahrzeug befindlichen gefederten Masse und die sich aus dem durch das Fahrzeug zurückgelegten Weg ergebenden, auf die gefederte Masse bezogenen geometrischen Parameter der Eisenbahnlinie ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig die vom Fahrzeug auf das eine Radpaar (3) ausgeübten senkrecht- und quergerichteten Kräfte gemessen und anhand der Messergebnisse in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg eine Fahrsicherheits-Messzahl (Bl) gebildet wird, die für das sich auf der gegebenen Bahnlinie mit gegebener Geschwindigkeit bewegende Fahrzeug charakteristisch ist.
2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Messwerte bestimmt werden:

a) die Vertikalbeschleunigung von sich über dem einen Radpaar (3) des Fahrzeugs auf der linken und rechten Seite befindlichen Punkten des Fahrzeugkastens (1);

b) die bezüglich dieser Punkte in senkrechter Richtung erfolgende Bewegung der einzelnen Räder des Radpaares (3);

c) die Horizontalbeschleunigung eines im Verhältnis zum Fahrzeugkasten (1) festen in Achsenhöhe oder darunter befindlichen Punktes;

d) die waagrecht gerichtete relative Bewegimg dieses Punktes und der Schienen im Verhältnis zueinander;

e) die in der Lagerung des Radpaares (3) ausgelösten waagrecht und senkrecht gerichteten Kräfte.
3. Verfahrennach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die quergerichtete Beschleunigung des Radpaares (3) sowie die Vertikalbeschleunigung der einzelnen Achslagerfutter (14) des Radpaares (3) ermittelt und anhand dieser Werte und der Masse des Radpaares durch mathematisches Korrigieren der von der gefederten Masse auf das Radpaar ausgeübten Kräfte, der Durchschnitt (Q) der zwischen den Rädern und den Schienensträngen auftretenden senkrechten Kräfte sowie die Resultierende der quergerichteten Kräfte (Yi+Y2) bestimmt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verhältnis zum Fahrzeugkasten (1) relative Querlage des einen Schienenstranges in mindestens einem weiteren Punkt gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Waagrechte bezogene Winkellage des Fahrzeugs gemessen sowie der Winkel zwischen dem Fahrzeugkasten (1) und der Achse des Radpaares (3) bestimmt wird, worauf anhand der Differenz zwischen den beiden Winkeln, die Überhöhung des Fahrwegs bestimmt wird.
6. VerfahrennachAnspruch5, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Fahrzeugkasten (1) auf das in Fahrtrichtung letzte Radpaar ausgeübten Kräfte gemessen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Reisekomforts über dem in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hintersten Drehgestell des Fahrzeugs, in der Mitte und in der Höhe des Bodens, die senkrecht und quer gerichteten Beschleunigungen gemessen werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen an dem einen Radpaar des Eisenbahnfahrzeugs befestigten Wegimpuls-Geber, einen an der rechten und linken Seite des Fahrzeugkastens des Eisenbahnfahrzeugs angeordneten senkrecht gerichteten Beschleunigungsfühler, einen den Abstand der Räder und des Fahrzeugkastens des Fahrzeugs messenden relativen Bewegungsfühler, einen mit den Schienensträngen in Verbindung stehenden Schienenabtaster und eine die gemessenen Werte speichernde Registriereinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeugkasten (1) eine nach unten gerichtete Messkonsole (6) und dem Achslagerfutter ( 14) der Räder (3,4) ein Messrahmen (5) angeschlossen ist, welchem

Messrahmen (5) ein die quergerichtete Lage der Schienenstränge (10A, 10B) über detektierende Abtaster messenden relativen Bewegungsfühler (D3, D5) und ein die quergerichtete Ablenkung der Messkonsole (6) messender relativer Bewegungsfühler 5 (D4) angeschlossen ist, wobei die Achslagerfutter (14) der Räder (3) mit Kraftfühlern (Fl, F2, F3a, F3b) versehen sind, die die senkrechten und quergerichteten Lagerkräfte messen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Registrier-Auswerteinheit versehen ist. io 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrier-Auswerteinheit eine wegproportionale Registriereinheit ist, deren Steuereingang an einem Wegirçi-puls-Geber (S) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch 15 gekennzeichnet, dass sich dem Messrahmen(5) ein die quergerichtete Lage des einen Schienenstrangs (10B) messender zusätzlicher relativer Bewegungsfühler (D6) anschliesst.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugkasten (1) einen künstlichen

20 Horizont (G) aufweist, welcher die von der Waagrechten abweichende Winkellage der Bodenoberkante des Fahrzeugkastens misst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass über dem in Fahrtrichtung des Fahrzeugs

25 letzten Radpaar (3) gegebenenfalls über der Mitte des hinteren Drehgestells des Fahrzeugs in der Bodenoberkante senkrecht und quergerichtete Beschleunigungsfühler (A7, A8) angeordnet sind.

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