CH684213A5

CH684213A5 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung von Radaufstandskraft und Seitenkraft.

Info

Publication number: CH684213A5
Application number: CH1713/92A
Authority: CH
Inventors: Eric Huber; Oswald Stoermer
Original assignee: Oswald Stoermer
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1994-07-29
Also published as: DE4117924C1

Description

1

CH 684 213 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der aus Radaufstandskraft und Seitenkraft bestehenden Kraftkomponenten eines auf eine Schiene wirkenden Schienenrades, mit symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten des Schienensteges angeordneten Dehnungsmessstreifen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.

Aus der «Technischen Rundschau» Nr. 29 vom 08.07.55, Seiten 23 bis 27 ist bereits bekannt, dass die von einem Schienenrad auf die Schiene ausgeübte, horizontal verlaufende Seitenkraft mittels am Schienensteg angeordneter Dehnungsmessstreifen erfasst und mittels einer geeigneten Schaltung elektrisch gemessen werden kann. Dazu werden auf beiden Seiten eines Schienensteges jeweils in der Nähe des Fusses und des Kopfes mehrere Dehnungsmessstreifen angeordnet, um damit die im Steg wirkenden Biegemomente beim Überfahren eines Schienenrades erfassen zu können (siehe dort Bild 28). Die auf beiden Seiten des Steges angeordneten Dehnungsmessstreifen werden jeweils in Serie geschaltet, wobei diese Serienschaltungen Teil einer Brückenschaltung sind. Aus der gleichen Schrift ist auch bekannt, mittels am Schienensteg im Bereich der neutralen Faser angeordneter Dehnungsmessstreifen die vertikal verlaufende Radaufstandskraft zu messen (siehe dort Bild 29). Auch hier stellt die Serienschaltung von Dehnungsmessstreifen - parallel geschaltet - einen Teil einer Brückenschaltung dar. Beide Methoden erfordern jedoch unterschiedlich angeordnete Dehnungsmessstreifen mit unterschiedlichen Messbrücken zur Erfassung der Signale.

Aus der DE 3 638 778 C1 ist zwar eine Vorrichtung zur Bestimmung der Radlasten an schnellfahrenden Schienenfahrzeugen bekannt, bei der die Ausgänge mehrerer jeweils zu beiden Seiten des Schienensteges angeordneter Dehnungsmessstreifen jeweils auf eine Auswerteeinrichtung geführt werden und die Ausgangssignale mehrerer solcher Auswerteschaltungen wiederum in einer gemeinsamen Rechenstufe ausgewertet werden, jedoch werden mit dieser Vorrichtung nicht die auf die Schiene wirkenden Seitenkräfte ermittelt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der Radaufstandskraft und Seitenkraft zu schaffen, die zudem mit nur einer Anordnung von Dehnungsmessstreifen für die Erfassung beider Kraftkomponenten auskommt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildete Vorrichtung.

Die Erfindung geht von an sich bekannten Anordnungen von Dehnungsmessstreifen (DMS) aus, wie sie zur Erfassung der senkrecht auf die Schiene wirkenden Radaufstandskraft gebräuchlich sind. Hierbei sollen gerade Seitenkräfte eliminiert werden, so dass beispielsweise nach der Schubspannungs-messmethode jeweils vier, paarweise diagonal ausgerichtete Dehnungsmessstreifen an symmetrisch gegenüberliegenden Stellen eines Schienensteges im Bereich eines Schwellenfaches angeordnet werden. Die jeweils gegenüberliegenden Dehnungsmessstreifen zu beiden Seiten des Schienensteges mit gleicher Orientierung sind in jeweils einem Brückenzweig einer Messbrücke hintereinander angeordnet, so dass sich deren verformungsbedingte Widerstandsänderungen in jedem Brückenzweig aufaddieren. Eine derartige Anordnung von Dehnungsmessstreifen zur Erfassung der Radaufstandskraft ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei befinden sich die Dehnungsmessstreifen 1 bis 4 auf einer Seite des Schienensteges und die Dehnungsmessstreifen V bis 4' symmetrisch gegenüberliegend auf der anderen Seite des Schienensteges derart, dass beispielsweise DMS 1 und V den gleichen Bereich des Schienensteges mit gleicher Orientierung erfassen. Weiterhin sind auf jeder Seite des Schienensteges jeweils zwei Dehnungsmessstreifen, also im gezeigten Fall DMS 1 und 2, direkt übereinander angeordnet, wobei jeweils zwei derartige DMS-Messpaare 1 und 2 bzw. 3 und 4 einen Abstand von ca. 30-40 cm voneinander und beide Messpaare einen etwa gleichen Abstand von der nächsten Schwelle haben.

Es existieren auch andere Anordnungen zur Erfassung der Radaufstandskraft mittels Dehnungsmessstreifen, die jeweils paarweise an gegenüberliegenden Stellen des Schienensteges angeordnet sind und jeweils additiv verschaltet sind.

Die Erfindung sieht nun zur gleichzeitigen Bestimmung von Radaufstandskraft und Seitenkraft eine gezielt getrennte Auswertung der an den Flanken des Schienensteges jeweils gemessenen Teil-Radaufstandskräfte vor. Durch die getrennte Auswertung der Teil-Radaufstandskräfte in separaten Auswerteschaltungen können durch eine nachgeschaltete Addier- und Subtrahierstufe sowohl die Seitenkräfte als auch die Radaufstandskräfte bestimmt werden.

Zur Eliminierung von niederfrequenten Störungen sind meist mehrere derartiger Messstellen zur Ermittlung der dynamischen Radkräfte vorgesehen, so dass die an jeder Messstelle ermittelten Werte für die Radaufstandskraft und die Seitenkraft beispielsweise gemäss DE 2 610 645 C3 oder DE 3 309 908 C2 weiterverarbeitet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Messstelle zur Ermittlung von Seiten- und Radaufstandskraft

Fig. 2 eine bekannte Anordnung von Dehnungsmessstreifen zur Erfassung der Radaufstandskraft

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine Warneinrichtung als Zusatz zu der Vorrichtung gemäss Fig. 1.

Hierbei geht das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von der Schubspannungsmessmetho-de aus, wie sie oben anhand der Fig. 2 beschrieben wurde; jedoch sind hier die Dehnungsmessstreifen 1 bis 4 bzw. 1' bis 4' je einer Seite des Schienensteges zu je einer Messbrücke M und M' verschaltet. Die Brückenspeisungen S und S' erfol5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 684 213 A5

4

gen jeweils zwischen den DMS 1 und 3 bzw. 1' und 3' sowie zwischen DMS 2 und 4 bzw. 2' und 4'. Die Brückenausgänge liegen in den dargestellten Schaltungen in der jeweils anderen Brückendiagonale, also zwischen den DMS 1 und 2 sowie 3 und 4 bzw. 1 ' und 2' sowie 3' und 4'.

Auch hier liegen die DMS 1 und 2 bzw. 3 und 4 mit sich kreuzender Orientierung paarweise übereinander und in Höhe der neutralen Faser der Schiene, wobei die Paare DMS 1, 2 und DMS 3, 4 sich jeweils innerhalb eines Schwellenfaches im Abstand von 30 bis 40 cm befinden. Analoges gilt für die DMS 1 ' bis 4' auf der anderen Stegseite.

Die Brückenausgänge der Messbrücken M und M' sind mit je einer Auswerteschaltung A und A' verbunden, welche im wesentlichen einen Messverstärker beinhalten, über welche auch die Brückenspeisung erfolgt.

Wird nun eine auf den Schienenkopf einwirkende Kraft F in die beiden orthogonalen Kraftkomponenten Radaufstandskraft Fa, welche vertikal und damit in der Ebene des Schienensteges verläuft, und Seitenkraft Fs, welche horizontal und damit senkrecht zur Stegebene verläuft, zerlegt, so entspricht das Ausgangssignal der Auswerteschaltung A dem Wert 1/2 ■ Fa + k • Fs und das Ausgangssignal von A' dem Wert 1/2 • Fa — k • Fs. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltungen A und A' werden nun einer Addier- und Subtrahierstufe AS zugeführt, welche durch Summenbildung beider Signale die Radaufstandskraft Fa und durch Subtraktion die Seitenkraft Fs mit einem Skalierungsfaktor 2 • k ergibt.

Wenn die Messstrecke aus mehreren derartigen Messstellen aufgebaut ist, so können nun die jeweils ermittelten lokalen Werte für die Radaufstandskraft und Seitenkraft einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden, um z.B. aus diesen dynamischen Werten die entsprechenden statischen Werte zu errechnen, die Aufschluss über das Wagengewicht und evtl. Schiefladungen ergeben.

Es kann auch eine Alarmschaltung gemäss Fig. 3 zur Anwendung kommen, bei der die Werte für die Radaufstandskraft Fa und Seitenkraft Fs zweier Schienen I und II des gleichen Gleisabschnittes in einem Rechner A mit vorgebbaren Grenzwerten für die maximal zulässige Seitenkraft (Fs)max sowie für den maximal zulässigen Anteil der Seitenkraft bezogen auf die Radaufstandskraft (Fs/FA)max verglichen werden und bei Überschreiten ein Alarmsignal Sa liefern. Sämtliche Alarmsignale eines die Messstrecke überfahrenden Zuges können in einem Protokoll mit Zuordnung zu dem jeweils betroffenen Radsatz zusammengefasst werden.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der aus Radaufstandskraft und Seitenkraft bestehenden Kraftkomponenten eines auf eine Schiene wirkenden Schienenrades, mit symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten des Schienensteges angeordneten Dehnungsmessstreifen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Dehnungsmessstreifen (1 bis 4;

1 ' bis 4') jeder Seite des Schienensteges mit je einer Auswerteschaltung (A; A') und die Ausgänge der Auswerteschaltungen (A; A') mit einer Addier-und Subtrahierstufe (AS) verbunden sind, derart, dass die Addition der Ausgangssignale der Auswerteschaltungen (A; A') die eine Kraftkomponente (Fa) und deren Subtraktion eine zu der anderen Kraftkomponente (Fs) proportionale Grösse (2kFs) ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dehnungsmessstreifen (1 bis 4; 1' bis 4') auf jeder Seite des Schienensteges zu je einer Messbrücke (M; M') verschaltet und mit je einer Auswerteschaltung (A; A') verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass je vier Dehnungsmessstreifen (1 bis 4; 1' bis 4') auf jeder Seite des Schienensteges nach der Schubspannungsmessmethode angeordnet und jeder Dehnungsmessstreifen (1 bis 4; V bis 4') in je einem Zweig einer Brücke (M; M') verschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Dehnungsmessstreifen auf jeder Seite des Schienensteges angeordnet und senkrecht zur neutralen Faser der Schiene ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Addier- und Subtrahierstufen zweier, im gleichen Schwellenfach gelegener Messstellen zweier Schienenabschnitte (I; II) mit einer Rechen- und Vergleichsschaltung (R) verbunden sind, in welcher die auf beide Schienen wirkenden Seitenkräfte (Fs(l); Fs(ll)) sowie die jeweiligen Anteile (Fs/Fa(I); Fs/Fa(II)) der Seitenkräfte an der jeweiligen Radaufstandskraft mit entsprechend vorgegebenen Grenzwerten „(Fs); (Fs/ Fa)max) verglichen werden und die bei Überschreiten ein Alarmsignal (Sa) liefert.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3