DE10114482A1 - Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Schienenfahrzeugen während der Überfahrt, die aus mindestens zwei voneinander beabstandeten Kraftaufnehmern (13, 14, 1, 2) besteht, die innerhalb mindestens eines Schwellenfaches (17, 17', 18) angeordnet sind. Dabei bilden die Kraftaufnehmer (1, 2, 13, 14) mindestens eine Meßstrecke S¶M1¶, S¶M1'¶, S¶M2¶, bei dessen Überfahrt aus den Meßsignalen das Achs- oder Waggongewicht ermittelbar ist. Dazu ist mindestens eine Meßstrecke S¶2¶ vorgesehen, die in einem vergrößerten Schwellenfach S¶2¶ angeordnet ist. Dabei ist die Meßstrecke S¶M2¶ gegenüber den regelmäßigen Schwellenmitten um mindestens 1/4 der Anregungswellenlänge der durch die regelmäßigen Schwellenabstände S¶1¶ gebildeten Anregungswellenlänge verschoben. Hierzu sind Schwellenabstände S¶2¶ vorgesehen, die mindestens dem 1,5-fachen der herkömmlichen Schwellenabstände S¶1¶ entsprechen. Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung sind mindestens zwei herkömmliche Meßstrecken S¶M1¶, S¶M1'¶ in herkömmlichen Schwellenfächern (17, 17') vorgesehen, die symmetrisch um ein 0,5-fach vergrößertes Schwellenfach (18) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Mes­ sung der Achslast oder des Gewichts von Schienenfahrzeugen während der Überfahrt über eine Meßvorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 und 10, sowie ein Verfahren zur Achslastmessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14 und 15.

Bei Gleisfahrzeugen ist es bekannt, das Fahrzeuggewicht oder dessen Achslasten während der Überfahrt über eine Wägevorrich­ tung zu ermitteln. Allerdings sind derartige dynamische Meß­ verfahren nur bei verhältnismäßig geringer überfahrtgeschwin­ digkeit hinreichend genau, da sich die Meßzeit mit zunehmender Geschwindigkeit verkürzt und gleichzeitig auch größere Störan­ teile in den Meßsignalen auftreten. So sind derzeit in der Praxis Gleiswaagen bekannt, die bei Meßgenauigkeiten von ca. 0,5% nur Überfahrgeschwindigkeiten von höchstens 20 km/h zulassen.

Aus der DE 32 26 740 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Rad­ lasten von schnellfahrenden Schienenfahrzeugen bekannt. Dazu ist in jeder Schiene oberhalb mindestens einer Schwelle ein Kraftsensor vorgesehen, der als Dehnungsmeßstreifensensor aus­ gebildet und in der neutralen Faser der Schiene angeordnet ist. Bei der Überfahrt eines Rades erzeugt der Kraftaufnehmer ein Signal, das der Achsbelastung proportional ist und aus der die Belastungskraft oder das Gewicht ermittelt wird. Aller­ dings entspricht dabei die Meßstrecke der Breite des Dehnungs­ meßstreifens, so daß das Meßsignal nur für einen relativ kurzen Zeitraum zur Abtastung oder Erfassung zur Verfügung steht. Da durch die Rollbewegung und Stoßanregungen des zu wägenden Waggons den Gewichtsmeßwerten Schwingungen überlagert sind, kann das aufgrund der Meßsignale ermittelte Gewicht stark von dem tatsächlichen Waggongewicht abweichen.

Aus der EP 0 500 971 A1 ist ein Wägeverfahren für Schienen­ fahrzeuge vorbekannt, bei dem in der neutralen Faser jeder Schiene mindestens zwischen zwei Schwellen zwei Kraftaufnehmer befestigt sind, dessen Meßsignale bei der Überfahrt eines Fahrzeugrades zu einem sogenannten Meßsignalfenster additiv verknüpft werden. Dadurch entsteht eine Meßstrecke dessen Meß­ signalfenster etwa der Strecke zwischen den beiden Aufnehmern entspricht. Durch die verhältnismäßig lange Meßstrecke werden alle Störschwingungsanteile kompensiert, deren Wellenlänge kleiner ist als die Meßstrecke. Da die schwingungsbedingten Störanteile sowohl von der Überfahrgeschwindigkeit als auch von der Waggonbauart abhängen, kommen auch langwelligere nichtkompensierende Störschwingungsanteile vor, die das Wä­ geergebnis verfälschen können. Derartige Störschwingungsantei­ le werden in der Praxis dadurch verringert, daß man eine Gleiswaage aus mehreren zwischen den Schwellen angeordneten Meßstrecken zusammenschaltet, bei der die Störanteile gemit­ telt werden und sich dadurch häufig aufheben. Dies gelingt aber nur bei verhältnismäßig langen Wägestrecken und Stör­ schwingungsanteilen, die nicht durch die Schwellenabstände an­ geregt worden sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor­ richtung und ein Verfahren zur dynamischen Achslast- oder Ge­ wichtsbestimmung von Gleisfahrzeugen zu schaffen, bei der die durch die Rollbewegung verursachten Störschwingungsanteile nicht das Wägeergebnis verfälschen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und 10, sowie dem Patentanspruch 14 und 15 angegebenen Erfindungen gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß durch die Vergrößerung eines oder mehrerer Schwellenabstände die durch die vorherge­ henden herkömmlichen Schwellenabstände angeregte Waggonschwin­ gung weitgehend selbsttätig kompensiert wird. Dadurch ist auf einfache Weise die Meßgenauigkeit einer Gleiswaage zu verbes­ sern und dies weitgehend unabhängig von der Überfahrgeschwin­ digkeit.

Die Erfindung hat weiterhin des Vorteil, daß die schwingungs­ bedingte Meßwertverfälschung ohne einen Eingriff in den Aus­ wertealgorithmus erfolgt, so daß ohne eine Veränderung der Auswerterechenvorrichtung die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.

Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung, bei der die Meßstrecke symmetrisch in einem um 50% vergrößerten Schwel­ lenfach angeordnet ist, hat den Vorteil, daß die Kompensation der Waggonschwingungen unabhängig von der Überfahrrichtung kompensierbar ist. Gleichzeitig kann die Meßstrecke vorteil­ hafterweise auch soweit verlängert werden, daß damit die ge­ samte Wellenlänge der angeregten Waggonschwingung erfaßbar ist, so daß mit einer derartigen Meßstrecke sich nahezu alle schwingungsbedingten Abweichungen aufheben. Mit einer derarti­ gen Meßvorrichtung sind auch schon durch eine verhältnismäßig kurze Wägestrecke gute Meßgenauigkeiten erzielbar oder ver­ hältnismäßig hohe Überfahrgeschwindigkeiten bei gleichbleiben­ der Meßgenauigkeit möglich.

Bei einer weiteren besonderen Ausbildung der Erfindung können mehrere Meßstrecken vorteilhaft zu einer Gleiswaage verbunden werden, wobei diese auch aus herkömmlichen Meßstrecken mit üb­ lichen Schwellenabständen symmetrisch um ein vergrößertes Schwellenfach angeordnet sind. Dadurch ist vorteilhaft auch eine Kompensation der Schwingungsanteile durch die herkömmli­ chen Meßstrecken möglich, weil nach dem vergrößerten Schwel­ lenfach eine Phasenverschiebung der angeregten Waggonschwin­ gung um 180° erfolgt.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung, bei der minde­ stens zwei Meßstrecken mit deren Mitten um die Hälfte des re­ gelmäßigen Schwellenabstandes gegeneinander verschoben sind, hat den Vorteil, daß mit einer derartigen Vorrichtung aus min­ destens zwei Meßstrecken auch die resonanzartigen Waggon­ schwingungen kompensierbar sind. Eine besondere Ausführung dieser Erfindung, die aus mindestens zwei herkömmlichen Meß­ strecken um ein um die Hälfte vergrößertes Schwellenfach be­ steht, hat den Vorteil, daß durch Verlängerung einer herkömm­ lichen Gleiswaage um ein halbes Schwellenfach auf einfache Weise deren Meßgenauigkeit verbessert werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gleiswaage nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Schaubild eines Meßsignalfensters der Gleis­ waage nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein Schaubild einer Meßsignalabweichung einer Gleiswaage in Abhängigkeit der Überfahrgeschwin­ digkeit;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Gleiswaage mit vergrößertem Schwellenabstand;

Fig. 5 ein Schaubild eines Meßsignalfensters einer Gleiswaage mit vergrößertem Schwellenabstand, und

Fig. 6 eine verlängerte Gleiswaage mit zwei herkömmli­ chen Meßstrecken.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Gleiswaage nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt, die aus einer durch zwei Kraftaufnehmer 1, 2 innerhalb jedes Schienenstrangs 4 gebilde­ ten herkömmlichen Meßstrecke S_M besteht, wobei aus den Aufneh­ mersignalen F_M(x) 7 beim überfahren einer Waggonachse minde­ stens die Achsbelastung oder beim Überfahren mehrerer Achsen daraus das Waggongewicht ermittelbar ist.

Die Gleiswaage nach dem Stand der Technik besteht aus minde­ stens zwei Kraftaufnehmern 1, 2, die an der neutralen Faser 5 appliziert sind. Dabei sind die Kraftaufnehmer 1, 2 als Schub­ spannungsaufnehmer in Dehnungsmeßstreifentechnik (DMS) ausge­ bildet und zwischen den Schwellen 3 symmetrisch angeordnet. Auf der Schiene 4 ist ein Rad 6 schematisch dargestellt, durch das bei seiner Überfahrt über die Schiene 4 die zu messende Kraft F in die Kraftaufnehmer 1, 2 eingeleitet wird. Dabei entsteht zwischen den beiden Kraftaufnehmern 1, 2 eine Meß­ strecke S_M1, die den größten Bereich zwischen den Schwellen 3 ausfüllt, um eine möglichst große Meßstrecke S_M1 zu erhalten. Dadurch sind auch bei relativ schnell fahrenden Waggons oder anderen Fahrzeugen noch genügend abtastbare Meßpunkte erfaß­ bar, um ein möglichst genaues Meßergebnis zu erzielen. In der Praxis bestehen derartige Waagen meist aus vier, acht und mehr Meßstrecken pro Schiene 4 zwischen den Schwellenfächern 17, um eine hinreichende Meßgenauigkeit zu erzielen und mindestens auch ein Drehgestell eines Waggons als ganzes erfassen zu kön­ nen, d. h. zeitgleich die Achsen des Drehgestells.

Bei herkömmlichen Eisenbahnschienensträngen sind Schwellenab­ stände von 630 mm zwischen den Schwellenmitten vorgesehen, so daß Meßstrecken S_M innerhalb eines Schwellenfaches 17 von ca. 400 mm erreichbar sind. Die beiden Kraftaufnehmer 1, 2 jeder Schiene 4 werden in einer nicht dargestellten Schalteinrich­ tung zu einer Wheatstone'schen Meßbrücke verschaltet, so daß im Meßzweig dieser Brücke das Summensignal der beiden Kraft­ aufnehmer 1, 2 anliegt, das ein sogenanntes Meßsignalfenster bei der Überfahrt bildet. Die im Meßzweig der Brücke anliegen­ den Meßsignale werden einer nicht dargestellten Auswertevor­ richtung zugeführt, die daraus die Achsbelastung oder das Wag­ gongewicht ermittelt, das dann weiterverarbeitbar oder in ei­ ner Anzeigevorrichtung darstellbar ist.

Eine derartige Gleiswaage entspricht dem Stand der Technik und erfaßt bei der Überfahrt eines Waggonrades 6 bzw. einer Wag­ gonachse ein Meßsignalfenster F_M(x) 7 pro Schiene 4, das in Fig. 2 der Zeichnung als Schaubild grafisch dargestellt ist. Für dieses Meßsignalfenster 7 ist beispielsweise eine Achsbe­ lastung F_M von ca. 2,2 t ermittelt worden, während ein Waggon­ rad 6 mit einer Geschwindigkeit v von 12 km/h über die Meß­ strecke S_M gerollt ist. Dieses Meßfenstersignal 7 setzt sich mindestens aus einem statischen Gewichtsanteil F_G und einem schwingungsbedingten Signalanteil 8 zusammen, wobei der schwingungsbedingte Anteil 8 in erster Linie von den geschwin­ digkeitsabhängigen Vertikalschwingungen während der Überfahrt erzeugt wurde. Denn durch die Schwellenabstände biegen sich die Schienen 4 bei einer Überfahrt einer Waggonachse 6 gering­ fügig nach unten elastisch durch, so daß eine vertikale Schwingung mit der Wellenlänge der Schwellenabstände S₁ ange­ regt wird und in das Meßergebnis F_M eingehen. Da diese vertika­ le Schwingung sowohl von der Bauart und dem Beladungszustand als auch der Überfahrgeschwindigkeit v der Waggons abhängen, sind diese Signalschwankungen recht unterschiedlich, sowohl in dessen Amplitude als auch in der Phase.

Ein derartiger Meßwerteverlauf 9 bei unterschiedlichen über­ fahrgeschwindigkeiten v eines Eisenbahnwaggons über eine Gleiswaage ist in Fig. 3 der Zeichnung als grafisches Schaubild dargestellt. Hierbei wurde ein bestimmter vierachsiger Eisenbahnwaggon von einem Gewicht G von ca. 67,85 t bei über­ fahrgeschwindigkeiten v von 7 bis 15 km/h gemessen und deren Gewichtsbelastung G über der Geschwindigkeit v aufgetragen. Dabei wurde festgestellt, daß das ermittelte Gewicht G um ei­ nen Mittelwert 10 von ca. 68,85 t mit einem Differenzwert von 1,1 t schwankt. Insbesondere tritt dabei offenbar ein Effekt auf, bei dem bei geringer Geschwindigkeit v bis ca. 9 km/h das dynamisch gemessene Gewicht G positiv vom tatsächlichen Ge­ wicht abweicht. Bei einer höheren Geschwindigkeit v ab ca. 12 km/h ist hingegen die Abweichung negativ. Überraschenderweise hat sich bei einem Geschwindigkeitsbereich v zwischen ca. 10 bis 11,5 km/h eine starke Erhöhung der Abweichung und eine Um­ kehr der Abweichung herausgestellt. Bei diesem Geschwindig­ keitsbereich tritt für eine bestimmte Waggonbauart offensicht­ lich eine Art Resonanzerscheinung auf, die zu besonders hohen Abweichungen und damit Meßfehlern führt. Da diese schwingungs­ bedingten Abweichungen im Meßergebnis sowohl von der Waggon­ bauart als auch zusätzlich noch von dessen Beladung abhängen, sind derartige Abweichungen auch durch eine Kalibrierung der Waage nicht zu korrigieren.

Ein derartiger Meßfehler von ca. 1,1 t kann auch durch eine Verlängerung der Gesamtmeßstrecken nicht ausgeglichen werden, da durch die symmetrischen Meßfenster 7 zwischen den Schwellen 3 nie eine vollständige Wellenlänge der durch die Durchbiegung angeregten vertikalen Schwingungen erfaßbar ist, sondern immer nur derselbe Schwingungsausschnitt, der in Abhängigkeit der Waggonbauart, der Beladung und der Überfahrgeschwindigkeit so­ wohl positiv als auch negativ sein kann.

Die erfinderische Lösung, die schwingungsabhängigen Meßsignal­ schwankungen 8 innerhalb eines Meßfensters 7 zu vermeiden oder zu korrigieren, lag in einer bestimmten Erweiterung des regel­ mäßigen Schwellenabstande S₁ um ½S₁, wodurch sich überraschenderweise die meisten schwingungsbedingten Signalanteile selbst kompensieren. Eine derartige Meßstrecke S_M2 innerhalb eines vergrößerten Schwellenfaches 18 ist in Fig. 4 der Zeichnung schematisch dargestellt. Dabei ist die Meßstrecke S_M2 ohne Un­ terbrechung in einen herkömmlichen Schienenstrang 4 eingefügt. Dieser Schienenstrang 4 besteht aus Fahrschienen, die auf Schwellen 3 mit regelmäßigen Schwellenabständen S₁ gelagert sind. Ein derartiger Schienenstrang besitzt bei den meisten Bahnunternehmen einen regelmäßigen Schwellenabstand S₁ von 630 mm.

An einem derartigen Schwellenabstand S₁ ist die Meßvorrichtung innerhalb mindestens eines vergrößerten Schwellenabstandes S₂ = S₁ + ½S₁ eingefügt. Dabei kann die Meßstrecke S_M2 auch zwischen Meßstrecken S_M1 nach dem Stand der Technik eingefügt sein, wie dies aus der Zusammenschau von Fig. 1 und Fig. 4 erkennbar ist. Bei herkömmlichen Fahrschienen 4 ergibt sich dabei ein vergrößerter Schwellenabstand S₂ von 945 mm. Dabei ist die Meß­ strecke S_M2 ebenfalls symmetrisch zwischen den Schwellen 11, 12 angeordnet und besteht aus zwei Kraftaufnehmern, die als Schubspannungsaufnehmer 13, 14 ausgebildet und an der neutra­ len Faser 5 der Schiene 4 appliziert sind. Die Aufnehmer 13, 14 sind von einer Symmetrieachse 15 beabstandet und bilden die Meßstrecke S_M2, die in der Länge mit der Meßstrecke S_M1 iden­ tisch ist und ein Meßsignalfenster bildet. Dabei ist die Sym­ metrieachse 15 in einem Abstand von 472,5 mm oder ½S₁ von jeder Schwellenmitte der Schwellen 11, 12 entfernt. Da sich überra­ schenderweise gezeigt hat, daß die wesentlichen schwingungsbe­ dingten Meßsignalschwankungen 8 beim Überfahren durch die Schwellenabstände S₁ angeregt werden, muß eine Meßsignalschwan­ kung 8 mit der Wellenlänge der regelmäßigen Schwellenabstände S₁ verhindert oder korrigiert werden.

Dazu schlägt die Erfindung vor, das Gewicht bzw. die Achsbela­ stung F in einem Bereich zu erfassen, in dem die angeregte Meßsignalschwingung um 90° in seiner Phase gegenüber einem Mi­ nimal- oder Maximalwert verschoben ist. Wie aus Fig. 2 der Zeichnung erkennbar ist, wird der Gewichtskraft F_G durch die Rollbewegung meist ein schwingungsbedingter Kraftanteil 8 mit der Wellenlänge des Schwellenabstandes S₁ so überlagert, daß er in der Mitte des Schwellenfaches sein Maximum aufweist. Da diese angeregte Schwingung in jedem Schwellenfach auftritt, kann dieser Störschwingungsanteil 8 auch nicht durch eine Ver­ längerung der Meßstrecke innerhalb eines herkömmlichen Schwel­ lenfaches ausgeglichen werden. In der Praxis werden solche Störanteile 8 meist durch Kalibrierarbeiten zum Teil korri­ giert. Da sich aber herausgestellt hat, daß diese Störschwin­ gungsanteile sowohl von der Überfahrgeschwindigkeit, von der Waggonbauart als auch vom Beladungszustand abhängen und auch negativ sein können, waren insbesondere bei höheren Überfahr­ geschwindigkeiten die negativen Schwingungsanteile nicht durch eine Kalibrierung korrigierbar.

Es hat sich deshalb überraschenderweise gezeigt, daß mit der Verlegung der Meßstrecke S_M1 um ¼ der Anregungswellenlänge S₁ oder 90° sich sowohl die positiven Meßsignalschwankungen 8 in der Mitte der herkömmlichen Schwellenfächer 17 als auch die negativen Meßsignalschwankungen sich selbst kompensieren. Eine derartige Selbstkompensation ist in Fig. 5 der Zeichnung als Meßfensterverlauf 16 bei einer bestimmten Überfahrt einer Wag­ gonachse dargestellt. Dabei ist das typische Beispiel einer positiven Störschwankung 8 in der Mitte des Schwellenfaches 17 nach Fig. 2 der Zeichnung gewählt. Durch die Verschiebung der Meßstrecke um ¼ der Anregungswellenlänge gegenüber einer Meß­ strecke S_M1 fällt der Nulldurchgang der Störsignalschwankung 8 bei der Meßstrecke S_M2 mit der Symmetrieachse 15 zusammen, so daß sich die Störsignalanteile 8 im Meßsignalfenster 16 aufhe­ ben und als Ausgangssignal nur noch der statische Gewichtswert F_G in Erscheinung tritt. Eine derartige Kompensation der schwingungsbedingten Störanteile 8 ist sowohl bei positiven als auch bei negativen schwingungsbedingten Störanteilen und weitgehend unabhängig von der Überfahrgeschwindigkeit wirksam.

Allerdings sind nur durch eine Vergrößerung des Schwellenfa­ ches 18 um ½S₁ und einer symmetrischen Meßstrecke S_M2 die soge­ nannten Resonanzerscheinungen 9 innerhalb eines kleinen Ge­ schwindigkeitsbereichs nicht voll kompensierbar, da hier der Nulldurchgang des Störschwingungsanteils 8 nicht mit der Sym­ metrieachse 15 zusammenfällt. Deshalb schlägt eine besondere Ausbildung der Erfindung vor, daß die Gleiswaage aus minde­ stens drei symmetrisch angeordneten Meßstrecken S_M1, S_M2 und S_M1' besteht, wobei die mittlere Meßstrecke S_M2 innerhalb eines ver­ größerten Schwellenfachs 18 mit S₂ = S₁ + ½S₁ angeordnet ist, während die beiden übrigen Meßstrecken S_M1 und S_M' in herkömm­ lichen Schwellenfächern 17 vorgesehen sind. Dadurch wird auch eine Phasenverschiebung um 180° zwischen den beiden herkömmli­ chen Meßstrecken S_M1 und S_M1' bewirkt, wodurch ein positiver Störschwingungsanteil 8 auf der Meßstrecke S_M1 in einen gleich großen negativen Störanteil 8 auf der Meßstrecke S_M1' erscheint und bei entsprechender Verschaltung der Meßstrecken sich die Teile 8 aufheben. Mit einer derartig symmetrischen Waage mit mindestens drei Meßstrecken S_M1, S_M2 und S_M1' wären deshalb vor­ teilhafterweise auch die sogenannten resonantorischen schwin­ gungsbedingten Schwankungen 9 nahezu vollständig kompensier­ bar. Eine derartige Gleiswaage könnte auch aus einer Vielzahl derartiger Dreier-Meßstrecken S_M1, S_M2 und S_M1' bestehen, um grö­ ßere Meßgenauigkeiten und ganze Drehgestellmessungen bzw. Wag­ gonmessungen zu ermöglichen. Die Meßstrecke S_M2 im vergrößerten Schwellenfach 18 könnte auch mit einer beliebigen Anzahl her­ kömmlicher Meßstrecken S_M1, S_M1' kombiniert werden, wobei diese Waage symmetrisch zu der Meßstrecke S_M2 und dem um ½S₁ vergrö­ ßerten Schwellenfach 18 angeordnet sein müßte.

Bei einer weiteren besonderen Ausführung der Gleiswaage könnte die Meßstrecke S_M2 innerhalb des vergrößerten Schwellenfaches 18 so verlängert werden, daß sich der gesamte angeregte Stör­ schwingungsanteil kompensiert. Dann müßte die Meßstrecke S_M2 mindestens auf die Wellenlänge S₁ der Anregungsfrequenz verlän­ gert werden, wobei S_M2 mindestens gleich der Länge S₁ des her­ kömmlichen Schwellenfaches 17 entspräche. Verbesserungen des schwingungsbedingten Störspannungsanteils wären aber auch mit kürzeren Meßstrecken S_M2 erreichbar, wobei sich eine Verbesse­ rung bis zur Länge S₁ erzielen ließe. Dadurch wäre auch bereits mit nur einer verlängerten Meßstrecke S_M2 = S₁ der gesamte Stör­ schwingungsanteil 8 kompensierbar, der durch die herkömmlichen Schwellenabstände S₁ angeregt würde. Aus wägetechnischen Ge­ sichtspunkten könnte das vergrößerte Schwellenfach 18 auch länger als 1,5 × S₁ ausgeführt werden, wenn dies aufgrund sta­ tischer Gleisbauanforderungen zulässig wäre.

Bei der Vergrößerung der Schwellenabstände kommt es auch nicht unbedingt genau auf den 0,5fachen Wert des Anregungsschwellen­ abstandes S₁ an, sondern lediglich darauf, daß die Meßstrecke S_M2 um mindestens ¼ der Anregungswellenlänge S₁ gegenüber dem Maximal- oder Minimalwert des Anregungsschwellenfaches 17 ver­ schoben wird. Da die Meßstrecke S_M2 aus Genauigkeitsgründen ei­ ne Mindestlänge nicht unterschreiten soll und von den vorgege­ benen Schwellenbreiten ein Mindestabstand zur Meßstrecke ein­ gehalten werden muß, ergibt sich eine Mindestvergrößerung des Schwellenfachs um etwa ½S₁ gegenüber der Anregungsstrecke S₁. Bei längeren Gleiswaagen mit 9 und mehr Meßstrecken können auch unterschiedliche Schwellenabstände gewählt werden, bei der sich die Phasenverschiebung gegenüber den Maximumwerten oder Minimalwerten um 90° ergibt, um die Störschwingungsantei­ le 8 insgesamt zu kompensieren. Dabei können auch unterschiedliche Meßlängen S_M gewählt werden, die sich so ergänzen, daß die Störschwingungsanteile insgesamt kompensier­ bar sind.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist in Fig. 6 der Zeich­ nung dargestellt. Dabei sind für die gleichartigen Teile der Gleiswaage die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bis 5 der Zeichnung vorgesehen. Die Waage besteht aus mindestens zwei Meßstrecken S_M1, S_M', die innerhalb von herkömmlichen Schwel­ lenfächern 17 mit regelmäßigem Schwellenabstand S₁ von 630 mm Länge angeordnet sind. Zwischen diesen beiden herkömmlichen Meßstrecken S_M1, S_M' ist ein verlängertes Schwellenfach 18 mit der Schwellenfachlänge S₂ = S₁ + ½S₁ vorgesehen, in der jedoch keine Meßstrecke angeordnet ist. Dabei sind die Meßstrecken S_M1, S_M' symmetrisch zu dem verlängerten Schwellenfach 18 und dessen Symmetrieachse 15 angeordnet, wobei die Meßstreckenmit­ ten 19, 20 auch gleiche Abstände zu der Symmetrieachse 15 auf­ weisen. Da die beiden Meßstrecken S_M1, S_M' herkömmliche Meß­ strecken nach dem Stand der Technik darstellen, ergibt sich durch das um ½S₁ vergrößerte Schwellenfach 18 eine Verschiebung der angeregten Waggonschwingungen um eine halbe Anregungswel­ lenlänge auf der Meßstrecke S_M1', so daß sich zwischen den bei­ den Meßstrecken S_M1, S_M1' eine Phasenverschiebung der durch die regelmäßigen Schwellenfächer angeregten Waggonschwingung von 180° ergibt. Dadurch kompensieren sich durch diese erfinderi­ sche Anordnung der Meßstrecken S_M1, S_M1' nicht nur die positiven und negativen schwingungsbedingten Gewichtsabweichungen 9 ei­ nes überfahrenden Schienenfahrzeuges, sondern gleichzeitig auch die resonanzartigen Waggonschwingungsanteile.

Die Anordnung symmetrisch um ein um ½S₁ vergrößertes Schwellen­ fach 18 ist dabei besonders vorteilhaft, weil hierdurch die Meßgenauigkeit einer herkömmlichen Gleiswaage mit mindestens zwei oder mehr geradzahligen Meßstrecken S_M1, S_M1' durch eine einfache Verlängerung des mittleren Schwellenfachs 18 erheb­ lich verbessert werden kann. Allerdings können beiseitig zur Symmetrieachse 15 beispielsweise auch zwei gleich große Schwellenfächer mit der Länge ¾S₁ vorgesehen werden, um die gleiche Verschiebung der angeregten Waggonschwingungen zu be­ wirken. Die Schwellenfächer können auch andere Längen aufwei­ sen, die aus anderen Gründen vorteilhaft sind. Dabei kommt es für die Erfindung lediglich darauf an, daß die Meßstreckenmit­ ten 19, 20 in Schienenrichtung gegenüber einer gedachten Sym­ metrieachse 15 soweit gegeneinander verschoben werden, daß sie sich gegenüber der anregenden Wellenlänge, die dem regelmäßi­ gen Schwellenabstand S₁ entspricht, um 180° verschieben. Dazu könnten die Meßstrecken S_M1, S_M1' beispielsweise auch in benach­ barten vergrößerten Schwellenfächern angeordnet werden, die bezogen auf eine Symmetrieachse gegeneinander um eine halbe Anregungswellenlänge verschoben sind.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Schienenfahrzeugen während der überfahrt, die mindestens eine Meßstrecke aus zwei voneinander beabstan­ deten Kraftaufnehmern enthält, die innerhalb mindestens eines Schwellenfaches angeordnet und so miteinander ver­ schaltet sind, daß aus den Meßsignalen der überfahrbaren Meßstrecke bzw. Meßstrecken das Achs- oder Fahrzeuggewicht ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schwellenabstand S₂ um mindestens eine Meßstrecke S_M2 gegenüber dem regelmäßigen Schwellenabstand S₁ vergrößert ist und daß die Meßstreckenmitte (15) gegenüber den regel­ mäßigen Schwellenfachmitten um mindestens ¼ der regelmäßi­ gen Schwellenabstände S₁ verschoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Schwellenabstand S₂ mindestens um den Fak­ tor 1,5 größer ist als der regelmäßige Schwellenabstand S₁.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßstrecke S_M2 im vergrößerten Schwellenfach mindestens der Meßstreckenlänge S_M1 einer herkömmlichen Meßstrecke S_M1 entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke S_M2 mindestens eine Länge eines regelmäßigen Schwellenabstandes S₁ auf­ weist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur dynamischen Messung der Schienenfahrzeuge mindestens drei Meßstrecken S_M1, S_M2, S_M1' vorgesehen sind, wobei mindestens die mittlere Meßstrecke S_M2 in einem vergrößerten Schwellenfach S₂ angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die außermittigen Meßstrecken S_M1, S_M1' innerhalb herkömm­ licher Schwellenfächer S₁ symmetrisch zur mittleren Meß­ strecke S_M2 angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke S_M2 oder die Meß­ strecken S_M1, S_M2, S_M1' als Waage ausgebildet ist, die in einem Schienenstrang integriert ist, dessen Schwellenab­ stand S₁ aus herkömmlichen Schwellenfächern gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage aus einer Vielzahl von Meßstrecken S_M1, S_M2, S_M1' besteht, bei der mindestens eine in einem vergrößerten Schwellenfach S₂ angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßstrecken in vergrößerten Schwellenfächern angeord­ net sind und aus gleichen oder unterschiedlich langen Meß­ strecken bestehen, deren Längen mindestens herkömmlicher Meßstrecken S_M1 entsprechen.

10. Vorrichtung zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Schienenfahrzeugen während der Überfahrt, die mindestens eine Meßstrecke aus zwei voneinander beabstan­ deten Kraftaufnehmern enthält, die innerhalb mindestens eines Schwellenfaches angeordnet und so miteinander ver­ schaltet sind, daß aus den Meßsignalen der überfahrbaren Meßstrecke bzw. der Meßstrecken das Achs- oder Fahrzeuggewicht ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens zwei Meßstrecken S_M1, S_M1' in mindestens zwei Schwel­ lenfächern (17, 17') vorgesehen sind, die gleiche Abstände zu einer in Schwellenrichtung verlaufenden Symmetrieachse (15) aufweisen, und wobei die Meßstreckenmitten (19, 20) in Schienenrichtung gegenüber den regelmäßigen Schwellen­ fachmitten gegeneinander etwa um die Hälfte des regelmäßi­ gen Schwellenabstandes versetzt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecken S_M1, S_M1' in regelmäßigen Schwellenfächern (17, 17') symmetrisch angeordnet und symmetrisch zu einem um ½S₁ vergrößerten Schwellenfach vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecken S_M1, S_M1' symmetrisch in herkömmlichen re­ gelmäßigen Schwellenfächern (17, 17') angeordnet und sym­ metrisch zu zwei verkleinerten Schwellenfächern vorgesehen sind, deren Länge ¾ der herkömmlichen Schwellenfachlänge S₁, S_1' entspricht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vier, acht oder eine gerade Vielzahl von Meßstrecken S₁, S_1' in Schwellenfächern (17, 17', 18) vorgesehen sind, die symmetrisch zu einer Symmetrieachse (15) angeordnet sind.

14. Verfahren zur Bestimmung der Achsbelastung oder des Fahr­ zeugsgewichts von Schienenfahrzeugen mittels einer Vor­ richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Belastung in mindestens einem vergrößer­ ten Schwellenfach (18) ermittelt wird, dessen Meßstrecke S_M2 so angeordnet ist, daß schwingungsbedingte Kraftbela­ stungen in einem Bereich erfaßt werden, der gegenüber der angeregten Schwingungsminimaß oder Schwingungsmaximaß um mindestens 90° phasenverschoben ist und/oder mindestens die gesamte angeregte Schwingungslänge S₁ erfaßt.

15. Verfahren zur Bestimmung der Achsbelastung oder des Fahr­ zeugsgewichts von Schienenfahrzeugen mittels einer Vor­ richtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Belastung in mindestens zwei Schwel­ lenfächern (17, 17') ermittelt wird, dessen Meßstrecken S_M1, S_M1' so angeordnet werden, daß deren Mitten (19, 20) von einer in Schwellenrichtung verlaufenden Symmetrieachse (15) gleiche Abstände aufweisen, wobei die Meßstreckenmit­ ten (19, 20) in Schienenrichtung gegeneinander um die Hälfte des regelmäßigen Schwellenabstandes S₁ verschoben sind.