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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Zustandsdaten
an einem rollenden Radsatz eines schienengebundenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
Geometrie des Rad-Schiene-Kontaktes bestimmt wesentlich das Fahrverhalten
von Schienenfahrzeugen und beeinflusst gleichzeitig den Verschleiß an den
Radsätzen
und den Schienen entscheidend. Dabei können insbesondere die Gleislage,
Kurven und natürlich
das Laufverhalten in Querrichtung (Sinuslauf) zu stark unterschiedlichem
Verschleiß führen. Kommt
es zum Spurkranzanlauf (in Kurven bzw. bei hohen Geschwindigkeiten),
müssen zwischen
Spurkranz und Schiene erheblich Kräfte sicher übertragen werden können. Ein „Aufklettern" des Spurkranzes
ist unerwünscht.
Fahrzeug- wie auch Gleisstreckenbetreiber sind daher stets interessiert,
die Zustandsdaten von rollenden Radsätzen zu kennen, um Schäden am Gleis
und am Fahrzeug zu verhindern, die Sicherheit auf den Gleisnetzen
zu erhöhen,
Wartungsintervalle zu steuern oder die Fahrzeugbetreiber schädigender,
mangelhafter Radsätze mit
höheren Überfahrgebühren zu
belasten.
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Die
Zustandsdaten für
Radsätze
bzw. Räder konnten
bisher nur quasi statisch in Instandsetzungswerken ermittelt werden.
Dabei wurde das Radprofil manuell mit Messlehren abgetastet und
dadurch der Verschleiß an
den Laufflächen
und Spurkranzrändern
festgestellt. Dazu musste das Schienenfahrzeug aber jeweils in ein
spezielles Instandsetzungswerk verbracht und so zugänglich gemacht
werden, dass das Radprofil manuell abtastbar war. Ein derartiges
Messverfahren ist sehr aufwändig
und insbesondere zur flächendeckenden
Kontrolle von überfahrenden
Schienenfahrzeugen mit teilweise unterschiedlichsten Fahrzeugbetreibern.
kaum durchführbar.
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Allerdings
ist aus der
EP 1 198
377 B1 eine dynamische Überwachungsvorrichtung
von Eisenbahnrädern
bekannt, die die Unrundheit aller auf einer Gleisstrecke vorbeirollende
Radsätze
misst. Dazu wird an beiden Schienen der Gleisstrecke eine Überwachungsvorrichtung
angeklemmt, die im wesentlichen aus einer Leiste besteht, die so
entlang der Schiene angeordnet ist, dass ein vorbeirollendes Fahrzeugrad
diese mit dem Spurkranz vertikal nach unten bewegt. Die Leiste wird
dazu durch mehrere schräggestellte
Blattfedern getragen, die die Leiste im Ruhezustand in einer bestimmten
Ausgangsposition parallel zur Lauffläche der Schiene halten. Unterhalb
der Leiste ist ein Wegaufnehmer angebracht, der die Entfernung der
durch den Spurkranz niedergedrückten
Leiste misst und einer elektronischen Auswertevorrichtung zuführt. Dabei
wird durch die Leiste oder mehrere derartiger Leisten hintereinander
mindestens eine volle Radumdrehung als Messstrecke erfasst und daraus
durch die elektronische Auswertevorrichtung bestimmt, wenn ein Rad
unrund ist. Eine derartige Überwachungsvorrichtung
soll zwar eine Unrundheit von 0,1 mm feststellen können, soll
aber nur für
langsame Überfahrtgeschwindigkeiten
von angegebenen 8 km/h geeignet sein. Auch wenn diese Überwachungsvorrichtung
nicht nur zur Unrundheitsmessung einsetzbar ist, sondern auch jeden
Durchmesserunterschied erfassen kann, ist sie für eine flächendeckende Überwachung
der Radsätze
von schnell fahrenden Zugverbindungen offenbar ungeeignet.
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Aus
der DE-PS 1 194 892 ist allerdings eine Messvorrichtung für Schienenfahrzeugräder bekannt,
die unabhängig
von der Fahrgeschwindigkeit die Tiefe von Flachstellen erfasst.
Dazu ist parallel zur Schiene an dieser eine sogenannte Hilfsschiene isoliert
angebracht, die einen elektrischen Kondensator bildet, dessen Kapazität beim Vorbeirollen
eines Rades einen bestimmten Wert annimmt. Dabei ändert sich
beim Vorbeirollen einer Flachstelle die Kapazität sprunghaft, woraus dann die
Flachstelle ableitbar ist. Eine derartige Überwachungsvorrichtung ist
wegen der notwendigen impulsartigen Kapazitätsänderung nur zu einer Flachstellenerkennung
geeignet, so dass damit andere Veränderungen an den Fahrzeugrädern nicht
messbar sind. So ist es insbesondere häufig notwendig, den verschleißbedingten Abrieb
an der gesamten Lauffläche
des Schienenfahrzeugrades zu ermitteln, weil auch dadurch Schäden an der
Gleisstrecke oder Sicherheitsgefahren verhindert werden sollen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung
zu schaffen, mit der insbesondere ein verschleißbehafteter gleichmäßiger Abrieb
an der Lauffläche
eines schnell vorbeirollenden Schienenfahrzeugrades mit einfachsten
Mitteln ermittelbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass bereits mit nur einem Abstandssensor
je Schiene die einzelnen Radsätze
auch bei schneller Überfahrt
auf verschleißbehaftete übermäßige Abnutzungen überwacht
werden können.
Dies ist im Grunde im gesamten Gleisnetz möglich, so dass das Gleisnetz
flächendeckend
gegen derartige schädigende
Schienenfahrzeuge geschützt
werden kann. Dabei hat sieh vorteilhafterweise herausgestellt, dass
die einzelnen Räder in
ihrer Lauffläche
meist gleichmäßig abgenutzt
sind, so dass bereits aus. einer einzigen Abstandsmessung der Spurkranzkuppe
auf den Laufflächenverschleiß des jeweiligen
Schienenfahrzeugrades geschlossen werden kann und bei Vor gabe eines Grenzwertes
die schadhaften Radsätze
sofort feststellbar sind. Dadurch kann nicht nur die Sicherheit auf
dem Gleisnetz verbessert werden, sondern ist auch gleichzeitig der
Verschleiß an
den Schienenlaufflächen
erheblicher herabsetzbar. Da die Erfindung von einem berührungslosen
Meßsystem
ausgeht, ist dieses weitgehend wartungsfrei, wenig störbehaftet
und über
längere
Zeit zuverlässig
betreibbar.
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Durch
die Anordnung der Abstandssensoren unterhalb des Spurkranzes unmittelbar
neben den Fahrschienen, ist die Messvorrichtung vorteilhafterweise
sehr platzsparend anzubringen und kann praktisch an jeder Stelle
im Gleisnetz vorgesehen werden. Dabei können durch die berührungslose
Wegmessung Sensoren eingesetzt werden, die die Messvorrichtung weitgehend
unempfindlich gegen Verschmutzung, Staubeinwirkung, Temperaturschwankungen
und mechanische Beschädigungen
machen. Durch die Bezugsgröße der Spurkranzhöhe wird
dabei durch eine einfache Wegmessung mit Abstandssensoren eine sehr
hohe Genauigkeit in der Messung der Laufflächenabnutzung erreicht, da
der Spurkranzdurchmesser der Schienenfahrzeugräder keinem Verschleiß unterliegt
und in der Regel mit einer Fertigungsgenauigkeit von +/- 0,3 mm
hergestellt wird.
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Bei
einer besonderen Ausführung
der Erfindung ist vorgesehen, entlang der Schiene mehrere Abstandssensoren
vorzusehen, so dass bei Abtastung eines gesamten Radumfangs vorteilhafterweise zusätzlich auch
Flachstellen und Unrundheiten ermittelbar sind. Dabei wird gleichzeitig
auch die Messgenauigkeit erhöht,
da sich eine Messstrecke von ca. 4 m ergibt, die vorzugsweise mit
mindestens vier Abstandssensoren bestückt ist, aus der mit Hilfe
einer elektronischen Auswertevorrichtung ein gemittelter Laufflächenverschleiß errechenbar
ist.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführung der
Erfindung sind zusätzlich
noch berührungslos messende
Abstandssensoren an den inneren Radstirnflächen vorgesehen, durch die
vorteilhafterweise noch der Quer- bzw. Axialversatz des durchlaufenden
Radsatzes gemessen werden kann. Dadurch ist bei schneller Fahrgeschwindigkeit
eines Zugverbandes gleichzeitig ein symmetrischer Geradeauslauf, ein
zulässiger
Wellenlauf (Sinuslauf) oder ein schadensbedingter wechselseitiger
Spurkranzanlauf als sogenannter Zick-Zack-Lauf ermittelbar. Dies
ist insbesondere hochgenau feststellbar, wenn die axial und horizontal
angeordneten Abstandssensoren auf einer Messstrecke von der Länge mindestens
einer Radumdrehung vorgesehen sind. Mit Abstandssensoren auf einer
Messstrecke von der Länge
mindestens eines Radumfangs kann gleichzeitig auch die Durchfahrtgeschwindigkeit
errechnet werden und ist vorteilhafterweise auch die Einhaltung
einer vorgegebenen Geschwindigkeitsbeschränkung überwachbar. Die Erfindung hat
weiterhin den Vorteil, dass bei Feststellung eines sogenannten Zick-Zack-Laufs eine
weniger schadensgeneigte Geschwindigkeit vorgebbar ist, durch die
die Sicherheit des Bahnverkehrs erhöht wird und gleichzeitig auch
der Verschleiß am
Schienennetz verringerbar ist.
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Bei
einer zusätzlichen
Ausführungsart
der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Abstandssensoren radial
versetzt im Schienenprofil angeordnet sind, wodurch das Radprofil
mindestens an den Laufflächen
abtastbar ist. Dadurch sind vorteilhafterweise unterschiedliche
radiale Laufflächendurchmesser
oder ein Spurkranzverschleiß und
damit eine Abweichung vom Sollprofil des Fahrzeugrades feststellbar,
die mindestens bei hoher Geschwindigkeit zu einem unruhigen und
unsicheren Fahrverhalten führen.
Vorteilhafterweise sind diese Abstandssensoren zur Profilmessung
in Bohrungen oder Querspalten des Schienenkopfes vorgesehen und
abgedichtet verschlossen, so dass die Abstandssensoren geschützt und
die Schienenaussparungen den Überfahrvorgang
nicht stören.
Bei einer querspaltweisen Aussparung ist zusätzlich noch ein Überfahrschuh seitlich
an der Schiene vorgesehen, der eine teilweise Unterbrechung der
Schiene über brückt, so
dass auch bei schnellen Überfahrten
keine sogenannten Stoßstellen
auftreten. Durch derartig eingelassene Abstandssensoren in der Schiene
ist gleichzeitig auch ein Schienenverschleiß an der Messstelle ermittelbar,
wenn sich der Abstand zu Schienenfahrzeugrädern mit einem Sollprofil verringert.
Dadurch kann vorteilhafterweise auch der Gleiszustand auf vorgegebenen
Strecken überwacht
und damit verschleißabhängige Instandsetzungsmaßnahmen rechtzeitig
veranlasst oder unnötige
zyklische Instandsetzungsarbeiten vermieden werden.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
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1:
einen schematisch dargestellten Ausschnitt eines Schienenbereichs
mit einem Abstandssensor vertikal neben einer Schiene;
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2:
einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus einem Radprofil eines
Schienenfahrzeuges;
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3:
eine schematische Darstellung einer Messstrecke mit vier Abstandssensoren
unterhalb eines vorbeirollenden Spurkranzes;
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4:
eine schematische Darstellung eines Gleisabschnitts mit zwei horizontal
angeordneten Abstandssensoren im Innenbereich neben den Laufflächen der
Schienen;
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5:
eine schematische Darstellung einer Messstrecke mit vier horizontal
angeordneten Abstandssensoren entlang eines Schienenabschnittes;
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6:
eine schematische Darstellung eines Schienenkopfes mit drei in Bohrungen
angeordneter Abstandssensoren;
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7:
einen Ausschnitt eines in einer Bohrung eingesetzten Abstandssensors;
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8:
eine schematische Darstellung eines Schienenkopfes mit drei innerhalb
eines Querspaltes angeordneter Abstandssensoren, und
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9:
eine Draufsicht auf den Ausschnitt eines schematisch dargestellten
Schienenabschnittes mit im Querspalt angeordneter Abstandssensoren.
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In 1 der
Zeichnung ist ein Ausschnitt eines Schienenbereichs dargestellt,
bei dem neben einer Schiene 1 unterhalb eines vorbeirollenden
Schienenfahrzeugrades 2 ein berührungslos messender Abstandssensor 3 angeordnet
ist, der mit einer elektronischen Auswertevorrichtung 4 eine
Messvorrichtung zur Messung des Verschleißes an den horizontalen Radlaufflächen als
Zustandsdaten eines Schienenfahrzeugrades 2 bildet.
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Schienenfahrzeugräder 2,
die neu hergestellt oder neu instandgesetzt wurden, besitzen sehr genaue
Fertigungsmaße,
die sich als Referenzmaße eignen.
Dabei besitzen heute gebräuchliche
Schienenfahrzeugräder 2 von
Loks der Deutschen Bundesbahn AG meist einen Laufflächendurchmesser
DL von 1.250 mm, die mit einem Toleranzmaß von +/- 0,3
mm gefertigt sind. Derartige Schienenfahrzeugräder 2 besitzen an
einer Laufflächenseite
zur Führung auf
der Schiene 1 einen Spurkranz 6 in Höhe von 28 mm,
so dass sich daraus ein Spurkranzdurchmesser DS von
1.306 mm ergibt. Ein derartiger Spurkranz 6 unterliegt
an seinen Spurkranzkuppen 7 keinerlei Abnutzung und ist
damit bei einer Genauigkeit von +/- 0,3 mm als Bezugsgröße geeignet.
Da darüber
hinaus die Schienenhöhe
Sy bekannt ist, kann aus dem Abstand des Spurkranzes 6 und
einem Referenzpunkt zur Schienenhöhe Sy der Verschleiß bzw. die Abnutzung
an der horizontalen Radlauffläche 5 bestimmt
werden.
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Diese
Radlaufflächen 5 sind
bei heutigen schnellen Zuggeschwindigkeiten (> 160 km/h) einem starken Abrieb an den
Kontaktflächen
zur Schiene 1 ausgesetzt, so dass derartige Schie nenfahrzeugräder 2 mindestens
nach bestimmten Laufleistungen ausgetauscht oder aufwändig instandgesetzt
werden müssen:
Da ein derartiger Verschleiß aber
nicht nur von der Laufleistung, sondern auch material- und geschwindigkeitsabhängig ist
sowie vom Zustand der Gleisstrecke abhängt, kann dieser im Grunde
nur durch eine direkte Messung ermittelt werden. Aus Sicherheitsgründen ist
dabei höchstens
ein Abrieb der Lauffläche 5 von
8 mm zulässig,
bei dem spätestens die
Schienenfahrzeugräder 2 mit
neuen Laufreifen bestückt
oder ausgetauscht werden müssen.
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Zur Überwachung
derartig verschleißbehafteter
Schienenfahrzeugräder 2 schlägt die Erfindung deshalb
vor, bei der Überfahrt
eines Schienenfahrzeugs jeweils den Abstand des Spurkranzes 6 von
einem Bezugspunkt zur Schienenhöhe
Sy berührungslos
zu messen und daraus den Laufflächenabrieb bzw.
die Abnutzung Sa oder den mittleren Laufflächendurchmesser DL mittels
einer elektronischen Auswertevorrichtung 4 zu berechnen.
Deshalb ist im Innenbereich zwischen den beiden Schienen 1 unterhalb
der vorbeirollenden Spurkränze 6 neben
jeder Schiene 1 vorzugsweise mindestens ein Abstandssensor 3 angeordnet.
Dabei handelt es sich um berührungslos
messende Wegaufnehmer, die vorzugsweise nach dem induktiven Messprinzip
arbeiten oder Mikrowellen- oder Ultraschallwegaufnehmer darstellen.
Bei einer speziellen Ausführung
könnte ein
derartiger Abstandssensor auch im Schienenkopf eingelassen sein
oder horizontal neben der Schiene vorgesehen werden und von dort
die Spurkranzhöhe Sn
abtasten.
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Derartige
berührungslos
arbeitenden Wegaufnehmer 3 werden in der industriellen
Messtechnik vielfältig
eingesetzt und weisen insbesondere bei geringen Abständen bis
zu 50 mm hohe Genauigkeiten von +/- 0,1 mm auf. Ein derartiger induktiver
Wegaufnehmer wird als Abstandssensor 3 auf mindestens einer
der Schwellen 10 vorzugsweise neben jeder der beiden Schienen 1 angeordnet,
wobei dessen Messkopf 8 mindestens einen Abstand des maximal zulässigen Verschleißes oder
beispielsweise von 10 mm von den überrollenden Spurkränzenkuppen 7 eines
neuartigen Radsatzes bzw. Schienenfahrzeugrades 2 aufweisen
muss.
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Ein
derartiger induktiver Abstandssensor 3 misst durch die
induktive Beeinflussung des ferromagnetischen Spurkranzes 6 den
Abstand Sx zwischen seinem Messkopf 8 als Messfläche und
der Spurkranzkuppe 7. Zur Ermittlung des Abriebs bzw. der Abnutzung
Sa der Laufflächen 5 oder
des Laufflächendurchmessers
DL sind mindestens die beiden gegenüberliegenden
Abstandssensoren 3 einer Schwelle 10 mit einer
elektrischen Auswertevorrichtung 4 verbunden, die beim Überrollen
eines Radsatzes 14 die Abstandswerte Sx erfasst und zwischenspeichert.
Aus dem niedrigsten erfassten Abstandswert Sx der überrollen
Spurkranzkuppe 7 errechnet die Auswertevorrichtung 4 mit
Hilfe der vorgegebenen bekannten Sensorhöhe Ss und Schienenhöhe Sy auf
der gemeinsamen Schwelle 10 sowie der vorgegebenen bekannten
Soll-Spurkranzhöhe Sn nach der
Gleichung Sa = Sy–Sx–Sn–Ss den
zu ermittelnden Abrieb Sa, der sich durch eine Erhöhung des Spurkranzes 6 bei
einer Abnutzung ergibt. Denn wie in 2 der Zeichnung
näher dargestellt
ist, verringert sich der Abstandswert Sx um den Abrieb bzw. die
Abnutzung Sa, da sich um diesen Betrag im Grunde die Spurkranzhöhe Sn vergrößert und
der Bezugswert Sy sowie die Sensorhöhe Ss als bekannt vorgegeben
sind.
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Mit
einer derartigen Messvorrichtung kann die Laufflächenabnutzung Sa jedes Schienenfahrzeugrades 2 direkt
beim Überrollen
des Zugverbandes gemessen und in einer angeschlossenen Anzeigevorrichtung 11 angezeigt
werden. Über
den Abstand Sx und der Eingabe eines bekannten Sollwertes des Laufflächendurchmessers
von z. B. 1.250 mm ist aber auch der tatsächliche Laufflächendurchmesser
DL errechenbar. Vorteilhafterweise sind
die beiden Laufflächendurchmesser
DL bzw. Laufflächenver schleißwerte Sa
eines Radsatzes gegenüberzustellen,
um Abweichungen innerhalb des Radsatzes feststellen zu können, der
auf eine ungleichförmige
Abnutzung, Flachstellen oder Unrundheiten hinweist, was besonders
gefahrenträchtig
und schädigend
für das
Gleissystem ist und in jedem Fall frühzeitig festgestellt werden
sollte. Bei einer bevorzugten Ausbildung kann in die Auswertevorrichtung 4 auch
ein Grenzwert für
den maximal zulässigen
Abriebswert Sa von beispielsweise 8 mm eingegeben werden, bei dem
ein Schienenfahrzeug in Grunde nicht mehr fahrtüchtig ist und auch für einen
besonderen Verschleiß am
Gleissystem sorgt. Eine derartige Überschreitung dieses Grenzwertes
kann auch sogleich signalisiert werden und bei erfasster Achsenzahl
ist der beschädigte
Radsatz im Zugverband auch sofort identifizierbar. Für einen
erfassten Zugverband können
aber auch festlegbare Verschleißklassen
ermittelt werden, um dem Zug eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit vorzugeben
oder daraus eine verschleißabhängige Überfahrgebühr zu errechnen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung mit zwei gegenüberliegenden
Abstandssensoren 3 auf einer Schwelle 10 zur Messung
der zwei Schienenfahrzeugräder 2 eines
Radsatzes, kann auch der Winkel der Achsstellung quer zur Fahrtrichtung
ermittelt werden, der bei einer Geradeausfahrt oder beim sogenannten
Wellenlauf einen bestimmten Winkelwert nicht überschreiten darf.
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Bei
einer weitern Ausführung
der Erfindung ist wie in 3 der Zeichnung dargestellt,
eine Messstrecke von der Länge
Su von mindestens einem Radumfang DL vorgesehen,
die vorzugsweise vier berührungslos
erfassende Abstandssensoren (A1, A2, A3, A4) enthält. Mit
dieser Messvorrichtung wird das Schienenfahrzeugrad bzw. dessen
Spurkranz 6 auf seinem gesamten Umfang radial abgetastet,
wobei der Abstandssensor A1 und A4 im Grunde den selben Spurkranzabstand
Sx messen müssten.
Mit einer derartigen Messstrecke kann durch eine bestimmte Mittelwertbil dung
in der elektronischen Auswertevorrichtung 4 die Messgenauigkeit
erheblich erhöht
werden. Durch mindestens vier Abstandssensoren A1 bis A4 ist auch
eine Unrundheit oder eine Flachstellenbildung an einem Schienenfahrzeugrad erfassbar
und entsprechend signalisierbar, die sich meist durch eine nennenswerte
Abweichung bei einem der vier Abstandssensoren A1 bis A4 zeigen.
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Bei
einer zusätzlichen
Ausführung
der Erfindung nach 4 der Zeichnung ist vorgesehen,
dass neben den radial erfassenden Abstandssensoren 3 noch
vorzugsweise zwei axial bzw. horizontal erfassende Abstandssensoren
A5, A9 im Innenbereich zwischen den Schienen 1 angebracht
sind. Diese beiden berührungslos
erfassenden Abstandssensoren A5, A9 sind symmetrisch zu einer Schienenmittenebene 12 angeordnet
und auf die vertikalen Stirnflächen 13 des
Spurkranzes gerichtet. Vorzugsweise handelt es sich um die gleichen
induktiv messenden Abstandssensoren 3 wie nach 1 der
Zeichnung, die zur Radialabstandsmessung Sx eingesetzt sind. Mit
diesen beiden axial bzw. horizontal messenden Abstandssensoren A5,
A9 wird bei einem Radsatz 14 sowohl der Abstand S1 zum
linken Schienenfahrzeugrad und der Abstand 52 zum rechten
Schienenfahrzeugrad 2 erfasst und auch der Auswertevorrichtung 4 zugeführt. Wegen
dem bekannten Abstand S0 zur Schienenfeldmitte als Referenzebene 12 kann
dadurch ein möglicher
Quer- oder Axialversatz des durchfahrenden Radsatzes 14 ermittelt
werden. Durch Addition der Abstände
S1 und S2, als auch den beiden Abständen SO von der Schienenfeldmitte bis
zu den Abstandssensoren A5, A9 ist auch der Radstirnflächenabstand
AR ermittelbar, der dem Nennspurmaß von 1.425 mm minus der beiden
bekannten Spurkranzbreiten entsprechen sollte.
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Da
bei Hochgeschwindigkeitsstrecken nur ein Quer- oder Axialversatz
bei einer Geradeausfahrt und normalem Sinusverlauf von +/- 3 mm
zulässig
ist, kann mit der Messvorrichtung auch das nicht zulässige Anschlagen
des Schienenkranzes 6 an der Schiene 1 bei +/-
5,5 mm Axialversatz erfasst und signalisiert werden. Eine besonders
genaue Überwachung des
zulässigen
Axialversatzes bei einer Geradeausfahrt und normalem Sinuslauf ist
in 5 der Zeichnung dargestellt, wo eine Messstrecke
mit mindestens vier axial bzw. horizontal messenden Abstandssensoren
A5, A6, A7, A8 vorgesehen ist. Durch diese Messstrecke wird der
durchlaufende Axialversatz eines Radsatzes 14 gemessen
und kann mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen oder zur genaueren AR-Messung
verwendet werden.
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In 6 der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem zusätzlich
noch Abstandssensoren A10, A11, A12 im Schienenkopf 9 vorgesehen
sind, mit dem das Profil der horizontalen Lauffläche 5 und der vertikalen
Lauffläche 18 des Schienenfahrzeugrades 2 als
zusätzliche
Zustandsdaten abgetastet werden. Dazu sind neben dem radialen Abstandssensor 3 und
dem axialen Abstandssensor A5 noch drei weitere Abstandssensoren
A10, A11, A12 im Schienenkopf 9 eingelassen. Dabei könnte auch
der radiale Abstandssensor 3 mit im Schienenkopf 9 unterhalb
des Abstandssensors A12 eingelassen werden und die Spurkranzhöhe Sn abtasten.
Die Einbaulage im einzelnen ist im Ausschnitt in 7 der
Zeichnung dargestellt. Zur Abtastung der horizontalen Lauffläche 5 des
Schienenfahrzeugrades 2 sind in zwei Bohrungen 15 in
der horizontalen Lauffläche 20 der
Schiene 1 vorzugsweise zwei induktive Abtastsensoren A10,
A11 soweit eingelassen, dass deren Messkopf 19 so weit
von der Schienenlauffläche 20 von
vorzugsweise 10 mm beabstandet ist, dass sich ein möglichst
genauer Messbereich ergibt und eine Beschädigung vermieden wird. Diese Abstandssensoren
A10, A11 messen beim Überrollen
eines Schienenfahrzeugrades 2 den Abstand zwischen den
eingelassenen Sensorköpfen 19 und
den überrollenden
horizontalen Laufflächenteilen 5 des Schienenfahrzeugrades 2.
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Bei
dem bei der Deutschen Bundesbahn AG verwendeten Standardschienenprofil
UIC 60 und dem bekannten Schienenradprofil DIN 5573-E1425 müssten im
Neuzustand der Schienenfahrzeugräder 2 und
bei symmetrischem Radsatzlauf beide Flächenteile direkt auf der Schienenlauffläche 20 aufliegen,
so dass der erfasste Abstand gleich dem Abstand zwischen Sensorkopf 19 und
der Schienenlauffläche 20 von
vorzugsweise 10 mm entsprechen muss und gleichzeitig als Referenzwert
in der Auswerteeinrichtung 4 eingespeichert wird. Weicht
hingegen ein danach gemessener Abstandswert von diesen positiv ab,
so kann daraus auf einen Verschleiß des Schienenfahrzeugradprofils
geschlossen werden. Da eine nennenswerte Abweichung von der Soll-Radprofilgeometrie
das Fahrverhalten insbesondere in Gleisbögen negativ beeinflusst und
zu einer Erhöhung
der Amplituden des sogenannten Sinuslaufs führt, ist nur eine bestimmte
Abweichung zulässig,
die in der Auswertevorrichtung 4 als Grenzwert vorgegeben
ist und bei einer Überschreitung
angezeigt oder signalisiert wird.
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Ein
zu starker Sinuslauf führt
zusätzlich
zu einem starken Verschleiß der
Spurkranzschulter als vertikale Lauffläche 18, so dass in
der gegenüberliegenden
Vertikalfläche
des Schienenkopfes 9 ein weiterer induktiver Abstandssensor
A12 vorgesehen ist. Dieser misst den Abstand zwischen der Spurkranzschulter
und der ihr gegenüberliegenden
vertikalen Schienenkopffläche.
Durch die gleichzeitige Messung der Axialverschiebung des Schienenfahrzeugrades 2 durch
den Abstandssensor A5 und den bekannten Abstand zwischen den beiden
Abstandssensoren A5 und A12 ermittelt daraus die Auswertevorrichtung 4 die
Spurkranzdicke und vergleicht diese mit einem vorgegebenen bekannten
Sollwert. Als Ergebnis kann sowohl die Spurkranzdicke, eine unzulässige Spurkranzdicke
S3 oder die Beschädigung der
Spurkranzschulter 18 in einer Anzeigevorrichtung 11 angezeigt
oder durch andere Vorrichtungen signalisiert werden. Bei einer derartigen
Messung mehrerer Radflächenabstände als
Zustandsdaten auf einer Messstrecke von der Länge Su mindestens eines Radumfangs
ist damit das gesamte Profil eines überrollenden Schienenfahrzeugrades 2 ermittelbar
und auf Abweichungen gegenüber
einer vorgegebenen Soll-Profilgeometrie in der elektronischen Auswertevorrichtung 4 auswertbar.
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Mit
einer derartigen Abstandsmessung ist auch die Abnutzung auf den
Schienenlaufflächen 20 ermittelbar.
Dazu ist lediglich ein Radsatz 14 mit einer Soll-Profilgeometrie
symmetrisch über
die Messstrecke zu bewegen und dabei die Laufflächenabstände der Schienenfahrzeugräder 2 und
die Spurkranzdicke S3 zu messen. Unterschreitet dabei ein Messwert
z. B. die Einlasstiefe der Abstandssensoren A10 und A11 von 10 mm,
so stellt dies eine Abnutzung der horizontalen Schienenlauffläche 20 dar.
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Hingegen
ermittelt die Auswerteeinrichtung 4 eine Abnutzung an.
der vertikalen Schienenseitenfläche 18,
wenn die Abstandwerte der Abstandssensoren A5 und A12 einen vorgegebenen
Sollwert unterschreiten, der sich aus einer vorgegebenen Soll-Spurkranzdicke S3
plus dem bekannten Abstand zwischen den beiden Sensoren A5 und A12
ergibt. Aufgrund der daraus festgestellten Schienenabnutzungswerte
auf der zugehörigen
Gleisstrecke können
dessen Zustandswerte in regelmäßigen Abständen angezeigt
und daraufhin notwendige Instandsetzungsarbeiten veranlasst werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
zur Ermittlung der Zustandsdaten der Schienenfahrzeugräder 2 und
der Schienenabnutzung wie nach 6 und 7 der
Zeichnung ist in 8 und 9 der Zeichnung
dargestellt. Dabei sind die Abstandssensoren A10, A11 und A12 nicht
im Bohrungen, sondern vorteilhafterweise in einem Querspalt 16 des Schienenkopfes 9 angeordnet,
der auf einfache Weise mittels einer Schneidvorrichtung in ein vorhandenes
Schienenstück 1 auch
nachträglich
einbringbar ist. Die Querspaltbreite entspricht dabei mindestens dem
Durchmesser der drei Abstandssensoren A10, A11 und A12, die die
Radgeometrie ähnlich
abtasten wie die Sensoren A10 bis A12 in 6 der Zeichnung.
Zur Überbrückung des
Querspaltes 16 ist zusätzlich
seitlich in einer Schienenkopfaussparung ein Überfahrschuh 17 angebracht,
der eine unterbrechungsfreie Überfahrt
der Schienenfahrzeugräder 2 ermöglicht.
Dabei werden die Abstandssensoren A10 bis A12 vorzugsweise mit einer
elastischen Vergussmasse im Schienenkopf 9 fixiert und
sind dadurch auch zusätzlich
gegen schädigende äußere Einflüsse geschützt. Zur
Abtastung der Geometrie der Schienenfahrzeugräder 2 können pro
Querspalt 16 auch mehr als drei Abstandssensoren vorgesehen werden,
mit denen dann zusätzliche
Messpunkte zur besseren Auswertung verwendbar sind.
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Vorzugsweise
kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung
auch mit auf der Messstrecke einer Schienenfahrzeugwaage oder einer
anderen Schienenkraftmessvorrichtung angebracht werden, wobei dann
vorhandene Stromversorgungseinrichtungen und/oder eine programmgesteuerte
Recheneinrichtung 4 mit nutzbar sind. Dabei kann insbesondere
unter Berücksichtigung
unterschiedlicher Krafteinwirkungen beim Überrollen von Schienenfahrzeugrädern 2 mit
Flachstellen oder Unrundheiten diese Zustandsdaten mit den erfassten
Radgeometriewerten verknüpft
werden, um die Genauigkeit dieser Messungen zu erhöhen.