DE102016001342B3

DE102016001342B3 - Force measuring device for determining the wheel contact forces of rail-bound vehicles

Info

Publication number: DE102016001342B3
Application number: DE102016001342.7A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Hering
Original assignee: Schenck Process Europe GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: AU2017200607A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung (1) zur Ermittlung der Radaufstandskräfte schienengebundener Fahrzeuge, die zur Bildung einer Messstrecke in den Schienenstrang eines Gleises integriert wird. Die Kraftmessvorrichtung (1) umfasst ein sich in Richtung der Schienenlängsachse erstreckendes balkenartiges Krafteinleitungsteil (10) zur Aufnahme der Radaufstandskraft, ein sich unterhalb des Krafteinleitungsteils (10) erstreckender Kraftausleitungsbereich zur Lagerung der Kraftmessvorrichtung (1) am Untergrund, und Verformungskörper (13) zwischen Krafteinleitungsteil (10) und Kraftausleitungsbereich zur Erfassung der Verformung infolge der Radaufstandskraft. Dabei sind die Längsenden des Krafteinleitungsteils (10) lediglich von den Verformungskörpern (13) getragen. Um derartige Messvorrichtungen (1) im Hinblick auf ihre Messgenauigkeit, Betriebssicherheit und Eignung zur Nachrüstung bestehender Gleisanlagen weiterzuentwickeln, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Kraftausleitungsbereich ein balkenartiges Kraftausleitungsteil (12) mit zwei Längsenden umfasst und an jedem Längsende des Kraftausleitungsteils (12) ein Verformungskörper (13) starr angeschlossen ist.The invention relates to a force measuring device (1) for determining the wheel contact forces of rail-bound vehicles, which is integrated to form a measuring section in the rail track of a track. The force measuring device (1) comprises a beam-like force introduction part (10) for receiving the wheel contact force, extending below the force introduction part (10) for supporting the force measuring device (1) on the ground, and deformation body (13) between the force introduction part (10) and force extraction section for detecting the deformation due to the wheel contact force. The longitudinal ends of the force introduction part (10) are only supported by the deformation bodies (13). In order to further develop such measuring devices (1) with regard to their measuring accuracy, operational safety and suitability for retrofitting existing track systems, it is proposed according to the invention that the force output area comprises a beam-like force diverting part (12) with two longitudinal ends and at each longitudinal end of the force diverting part (12) a deformation body (12). 13) is rigidly connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung zur Ermittlung der Radaufstandskräfte schienengebundener Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a force-measuring device for determining the wheel contact forces of rail-bound vehicles according to the preamble of patent claim 1.

Die Ermittlung der Radaufstandskräfte von Schienenfahrzeugen ist in mehrerlei Hinsicht von Interesse. So können aus den einzelnen statischen Lastanteilen beim Überfahren einer Messstrecke die jeweiligen Achslasten ermittelt und die Einhaltung zulässiger Lasten und Lastverteilungen überwacht werden. Durch Addition der statischen Lastanteile lässt sich darüber hinaus das Gesamtgewicht eines Schienenfahrzeugs und im Weiteren das Gewicht einer Ladung ermitteln. Der dynamische Lastanteil hingegen gibt Aufschluss über schadhafte Fahrzeugräder und erlaubt Rückschlüsse auf den aktuellen Gleiszustand, was im Hinblick auf die Planung und Durchführung von Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen relevant ist. Einer möglichst exakten Ermittlung der Radaufstandskräfte kommt daher große Bedeutung zu.The determination of the wheel contact forces of rail vehicles is of interest in several respects. Thus, the individual axle loads can be determined from the individual static load shares when driving over a test section and compliance with permissible loads and load distributions can be monitored. In addition, the total weight of a rail vehicle and subsequently the weight of a load can be determined by adding the static load shares. The dynamic load share, however, provides information about damaged vehicle wheels and allows conclusions about the current track condition, which is relevant in terms of planning and implementation of maintenance and repair measures. As accurate as possible determination of the wheel contact forces is therefore of great importance.

Eine in diesem Zusammenhang bekannte und in der Praxis bewährte Messvorrichtung ist in der WO 2012/045422 A1 beschrieben. Das dort offenbarte Wägemodul umfasst eine Messschiene, die im Bereich der Messstrecke den Gleisstrang ersetzt. Die Messschiene besitzt ein balkenartiges Krafteinleitungsteil zur Aufnahme der Radaufstandskraft und zwei Kraftausleitungsteile, die fest mit der Unterkonstruktion des Gleises verbunden sind. Dabei ist das Krafteinleitungsteil lediglich an seinen Enden von den beiden Verformungskörpern getragen, deren Verformung von Dehnungsmessstreifen erfasst und aus dem Maß der Verformung die Radaufstandskraft berechnet wird. Der besondere Vorteil solcher Messvorrichtung besteht in der Möglichkeit des Einbaues in ein bestehendes Gleis, ohne dass es dafür besonderer Anpassungsmaßnahmen am Gleisunterbau bedarf. Das erlaubt eine äußerst wirtschaftliche Nachrüstung bestehender Gleisanlagen. Weiterhin ist aus der DE 10 2004 017 613 A1 eine Kraftmessvorrichtung zur Erfassung einer Schienenbelastung mit balkenförmigen Krafteinleitungs- und Kraftausleitungsteilen bekannt, die parallel zueinander angeordnet sind, durch einen horizontalen Querspalt getrennt und durch Verformungskörper miteinander verbunden sind, in denen in jeweils gegeneinander gerichteten Bohrungen Dehnungsmesstreifen an einer membranartigen Verbindungswand angeordnet sind. Dabei sind insgesamt acht Bohrungen für vier sogenannte Messsenkungspaare an der Kraftmessvorrichtung vorgesehen, wobei das obere Messsenkungspaar horizontale Kräfte und das untere vertikale Kräfte erfassen soll. Allerdings ist diese Kraftmessvorrichtung quer und unterhalb der Schiene angeordnet.A well-known in this context and proven in practice measuring device is in the WO 2012/045422 A1 described. The weighing module disclosed therein comprises a measuring rail which replaces the track in the area of the measuring section. The measuring rail has a bar-like force introduction part for receiving the Radaufstandskraft and two Kraftausleitungsteile, which are firmly connected to the substructure of the track. In this case, the force introduction part is supported only at its ends by the two deformation bodies, the deformation of which is detected by strain gauges and the degree of deformation of the wheel contact force is calculated. The particular advantage of such a measuring device is the possibility of installation in an existing track, without the need for special adaptation measures on the track substructure. This allows a very economical retrofitting of existing track systems. Furthermore, from the DE 10 2004 017 613 A1 a force measuring device for detecting a rail load with bar-shaped force introduction and Kraftausleitungsteilen which are arranged parallel to each other, separated by a horizontal transverse gap and interconnected by deformation body, in which in each case mutually opposing bores strain gauges are arranged on a membrane-like connecting wall. In this case, a total of eight holes for four so-called Meßsenkungspaare provided on the force measuring device, the upper Meßsenkungspaar should detect horizontal forces and the lower vertical forces. However, this force measuring device is arranged transversely and below the rail.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung darin, bekannte Messvorrichtungen im Hinblick auf deren Messgenauigkeit, Betriebssicherheit und Eignung zur Nachrüstung bestehender Gleisanlagen weiterzuentwickeln.Against this background, the object of the present invention is to develop known measuring devices with regard to their measuring accuracy, reliability and suitability for retrofitting existing track systems.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftmessvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a force measuring device having the features of patent claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die Verformungskörper an den entgegensetzten Enden eines gemeinsamen Kraftausleitungsteils anzuordnen. Krafteinleitungsteil, Verformungskörper und Kraftausleitungsteil bilden auf diese Weise einen geschlossenen Rahmen, bei dem die Verbindung der beiden Verformungskörper durch das gemeinsame Kraftausleitungsteil gewährleistet, dass auch bei horizontaler Belastung oder unregelmäßiger Unterkonstruktion die relative Lage der beiden Verformungskörper zueinander erhalten bleibt. Lageänderungen des einen Verformungskörpers gegenüber dem anderen Verformungskörper sind auf diese Weise ausgeschlossen und die darauf zurückzuführende Störeinflüsse beim Messvorgang nicht mehr existent. Erfindungsgemäße Messvorrichtung zeichnen sich daher durch eine erhöhte Messgenauigkeit aus.The basic idea of the present invention is to arrange the deformation bodies at the opposite ends of a common force extraction part. Force introduction part, deformation body and Kraftausleitungsteil form in this way a closed frame, in which ensures the connection of the two deformation body through the common Kraftausleitungsteil that even with horizontal load or irregular substructure, the relative position of the two deformation body is maintained to each other. Changes in position of the one deforming body relative to the other deforming body are excluded in this way and the disturbing influences attributable to it no longer exist during the measuring process. Inventive measuring device are therefore characterized by an increased measurement accuracy.

Vorzugsweise erstrecken sich die Verformungskörper in Verlängerung des Kraftausleitungsteils und sind an dessen Stirnseiten biegesteif angeschlossen. Ist das Kraftausleitungsteil kürzer als das Krafteinleitungsteil, so kann der Längenunterschied an jedem Ende durch einen Verformungskörper ausgeglichen werden. Verformungskörper und Krafteinleitungsteil enden auf diese Weise bündig, was zu einer äußerst kompakten und robusten Konstruktion der Messvorrichtung führt.Preferably, the deformation body extend in extension of the Kraftausleitungsteils and are rigidly connected at the end faces. If the force extraction part is shorter than the force introduction part, then the difference in length at each end can be compensated by a deformation body. Deformation body and force introduction part terminate flush in this way, resulting in an extremely compact and robust construction of the measuring device.

Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei, wenn Kraftausleitungsteil und Verformungskörper monolithisch ineinander übergehen, also aus einem Stück gefertigt sind. So kann sich ein ungestörter Kraftfluss durch die Verformungskörper entwickeln, der zu einer weiteren Steigerung der Messgenauigkeit beiträgt. Zudem entfällt das Vorsehen zusätzlicher Mittel zur Befestigung der Verformungskörper am Kraftausleitungsteil.In this case, it proves to be particularly advantageous if the force-exhanging part and the deformation body merge monolithically into one another, that is to say they are made of one piece. Thus, an undisturbed flow of force through the deformation body can develop, which contributes to a further increase in measurement accuracy. In addition, eliminating the provision of additional means for fixing the deformation body on Kraftausleitungsteil.

Die Verbindung zwischen den Verformungskörpern und dem Krafteinleitungsteil ist vorteilhafterweise gelenkig ausgebildet, um die Verformungskörper ausschließlich mit einer Querkraft zu beaufschlagen. Die in den Verformungskörpern gemessenen Schubverformungen sind somit eindeutig den Radaufstandskräften zuordenbar mit dem Vorteil, dass die jeweilige Radaufstandskraft einfacher und exakter ermittelt werden kann.The connection between the deformation bodies and the force introduction part is advantageously articulated in order to act on the deformation bodies exclusively with a transverse force. The shear deformations measured in the deformation bodies are thus clearly attributable to the wheel contact forces, with the advantage that the respective Radaufstandskraft can be determined easier and more accurate.

Eine in diesem Sinne gelenkige Verbindung kann auch durch einen Steg realisiert sein, der monolithisch aus einem Verformungskörper hervorgeht und monolithisch an das jeweilige Ende des Krafteinleitungsteils anschließt. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, eine erfindungsgemäße Messvorrichtung ohne Fügen von Einzelteilen aus einem Teil zu fertigen.An articulated in this sense connection can also be realized by a web which emerges monolithically from a deformation body and connects monolithically to the respective end of the force introduction member. This embodiment of the invention makes it possible to manufacture a measuring device according to the invention without joining individual parts of a part.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Kraftausleitungsteil über seine Länge eine veränderliche Querschnittshöhe auf, mit einer in den Endbereichen größeren Querschnittshöhe im Vergleich zum mittleren Längsabschnitt mit geringerer Querschnittshöhe. Die von der Radaufstandskraft in der Anschlussebene zwischen Verformungskörper und Kraftausleitungsteil hervorgerufene Schub- und Biegespannungen verteilen sich somit auf einen größeren Anschlussquerschnitt und können daher verformungsarm aufgenommen werden.According to an advantageous development of the invention, the force extraction part over its length to a variable cross-sectional height, with a larger in the end regions cross-sectional height compared to the central longitudinal section with a smaller cross-sectional height. The resulting from the Radaufstandskraft in the connection level between the deformation body and Kraftausleitungsteil shear and bending stresses are thus distributed over a larger connection cross-section and can therefore be absorbed deformation.

Hingegen ermöglicht die geringere Querschnittshöhe im mittleren Längsabschnitt des Kraftausleitungsteils, dass das Krafteinleitungsteil in diesem Bereich mit einer größeren Querschnittshöhe ausgebildet werden kann. Auf diese Weise gelingt es, die Querschnittshöhe des Lasteintragungsteils und damit dessen Flächenträgheitsmoment dem durch die Radaufstandskraft hervorgerufenen Momentenverlauf anzupassen. Es entsteht auf diese Weise ein äußerst biegsteifes Krafteinleitungsteil, das unter der Radaufstandskraft nur eine minimale Durchbiegung zeigt.On the other hand, the smaller cross-sectional height in the central longitudinal section of the force extraction part makes it possible for the force introduction part to be formed in this region with a larger cross-sectional height. In this way, it is possible to adjust the cross-sectional height of the load application part and thus its area moment of inertia caused by the Radaufstandskraft torque curve. It creates in this way an extremely flexible force introduction part, which shows only a minimal deflection under the Radaufstandskraft.

Diese Vorteile kommt besonders dann zum Tragen, wenn Krafteinleitungsteil und Kraftausleitungsteil übereinander angeordnet und lediglich durch einen schmalen Spalt voneinander beabstandet sind. Eine Reduzierung der Querschnittshöhe des Krafteinleitungsteil bewirkt dabei eine Erhöhung der Querschnittshöhe des Kraftausleitungsteils und eine Reduzierung der Querschnittshöhe des Krafteinleitungsteil eine Erhöhung der Querschnittshöhe des Kraftausleitungsteils, so dass bei geeignetem Verlauf des Spalts die zur Lastabtragung zur Verfügung stehenden Querschnittsflächen maximal genutzt werden können.These advantages come into play particularly when the force introduction part and force discharge part are arranged one above the other and are only spaced apart from one another by a narrow gap. A reduction in the cross-sectional height of the force introduction part causes an increase in the cross-sectional height of the Kraftausleitungsteils and a reduction in the cross-sectional height of the force introduction part an increase in the cross-sectional height of the Kraftausleitungsteils, so that with a suitable course of the gap, the available for the removal of load cross-sectional areas can be used to the maximum.

Gleichzeitig stellt der Spalt sicher, dass selbst bei einer geringen Durchbiegung des Krafteinleitungsteils unter Last eine unbehinderte Verformung des Krafteinleitungsteils in den Spaltraum möglich ist. Die gesamte Radaufstandkraft wird somit ausschließlich über die Endbereiche des Krafteinleitungsteils in die Verformungskörper eingetragen, was eine vollständige Erfassung der Radaufstandskraft beim Messvorgang gewährleistet und die Gefahr von Fehlmessungen minimiert.At the same time, the gap ensures that an unobstructed deformation of the force introduction part into the gap space is possible even with a slight deflection of the force introduction part under load. The entire Radaufstandkraft is thus registered exclusively on the end portions of the force introduction member in the deformation body, which ensures complete detection of Radaufstandskraft during the measurement process and minimizes the risk of erroneous measurements.

Um eine Verformung des Krafteinleitungsteils in den Spaltraum auf Dauer zu ermöglichen, ist der Spalt vorzugsweise mit einem verformbaren Stoff gefüllt. Dadurch wird verhindert, dass druckfeste Fremdkörper wie zum Beispiel Sand, Steine, Schrauben und dergleichen ungewollt in den Spalt gelangen und dort einen Teil der Radaufstandskraft unter Umgehung der Verformungskörper direkt in das Kraftausleitungsteil einleiten, was das Messergebnis verfälschen würde.In order to allow deformation of the force introduction part in the gap space permanently, the gap is preferably filled with a deformable material. This prevents that pressure-resistant foreign objects such as sand, stones, screws and the like unintentionally get into the gap and initiate there a part of Radaufstandskraft bypassing the deformation of body directly into the force output part, which would falsify the measurement result.

Der verformbare Stoff kann beispielsweise von einem Gel oder Fett gebildet sein, das kostengünstig zur Verfügung steht und auf einfache Weise in den Spalt eingebracht bzw. wieder entfernt werden kann.The deformable material can be formed for example by a gel or fat, which is available at low cost and can be easily introduced into the gap or removed again.

Alternativ hierzu kann auch ein elastisch verformbares Material zur Spaltauffüllung eingesetzt werden, beispielsweise ein Schaumstoff, vorzugsweise ein geschlossenzelliger Schaumstoff, oder ein Elastomer, vorzugsweise ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Durch die dem Material immanenten Rückstellkräfte ist zuverlässig sicher gestellt, dass die vollständige Füllung des Spalts auch nach vielen Lastwechseln dauerhaft erhalten bleibt.Alternatively, an elastically deformable material for gap filling can be used, for example a foam, preferably a closed-cell foam, or an elastomer, preferably an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM). By immanenten the material restoring forces is reliably ensured that the full filling of the gap is maintained even after many load changes permanently.

Als vorteilhaft erweist es sich zudem, wenn der Querschnitt des Krafteinleitungsteils zumindest teilweise dem Querschnitt eines Standart-Schienenkopfs entspricht. Dadurch wird die Integration der Messvorrichtung in einen bestehenden Schienenstrang erleichtert. Vorzugsweise findet eine Angleichung des Krafteinleitungsteils an einen Standard-Schienenkopf nur im Bereich der Abrollfläche und auf einer Längsseite des Krafteinleitungsteils statt, was die Herstellung des Krafteinleitungsteils vereinfacht und im Übrigen dessen Steifigkeit erhöht.It also proves to be advantageous if the cross section of the force introduction part at least partially corresponds to the cross section of a standard rail head. This facilitates the integration of the measuring device in an existing rail track. Preferably, an alignment of the force introduction part to a standard rail head takes place only in the region of the rolling surface and on a longitudinal side of the force introduction part, which simplifies the production of the force introduction part and, moreover, increases its rigidity.

Zur besseren und präziseren Montage am Untergrund kann eine erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung mit einer Grundplatte kombiniert sein, auf der sie mit ihrer Unterseite befestigt ist oder die nach Art eines Flansches einstückig aus dem Kraftausleitungsteil hervorgeht. Erstreckt sich dabei die Grundplatte über die Längsenden des Kraftausleitungsteils hinaus bis in den Bereich der Verformungskörper, so erweist es sich als zweckmäßig, den Schlitz zwischen Verformungskörper und Grundplatte mit einem verformbaren Stoff wie zum Beispiel einem Fett, Gel, Elastomer oder Schaumstoff zu füllen. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich Fremdkörper im Spalt ansammeln, die eine Verformung des Verformungskörpers behinderten und damit das Messergebnis verfälschten.For better and more precise mounting on the ground, a force measuring device according to the invention may be combined with a base plate, on which it is fastened with its underside or which emerges integrally in the manner of a flange from the force diverting part. If the base plate extends over the longitudinal ends of the force extraction part out into the area of the deformation bodies, then it proves expedient to fill the slot between the deformation body and the base plate with a deformable substance such as, for example, a grease, gel, elastomer or foam. In this way it is prevented that foreign bodies accumulate in the gap, which hindered deformation of the deformation body and thus falsified the measurement result.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Spalt zwischen dem Krafteinleitungsteil und Kraftausleitungsteil und/oder der Schlitz zwischen dem Verformungskörper und der Grundplatte durch Vorsehen einer Abdeckung an beiden Seiten der Kraftmessvorrichtung vor eindringenden Flüssigkeiten und Feststoffen geschützt. Die Abdeckung kann dabei aus einer Leiste bestehen, die sich auf jeder Seite der Kraftmessvorrichtung entlang des Spalts erstreckt und diesen dabei überdeckt. According to a further embodiment of the invention, the gap between the force introduction part and the force extraction part and / or the slot between the deformation body and the base plate is protected from penetrating liquids and solids by providing a cover on both sides of the force measuring device. The cover may consist of a strip which extends on each side of the force measuring device along the gap and this covers it.

Vorzugsweise umfasst die Abdeckung jedoch auf jeder Seite zwei parallel zueinander verlaufende Leisten, deren einander zugewandten Längsränder vertikal überlappen, wodurch nach Art einer Abdichtung ein äußerst wirksamer Schutz entsteht. Ist dabei die untere Leiste mit der Grundplatte verbunden und die obere Leiste mit der Kraftmessvorrichtung, so kann die Kraftmesseinrichtung für Reparatur- oder Wartungsarbeiten von der Grundplatte gelöst werden, ohne zuvor die Abdeckung demontieren zu müssen.Preferably, however, the cover comprises on each side two mutually parallel strips whose mutually facing longitudinal edges overlap vertically, whereby the manner of a seal results in an extremely effective protection. In this case, the lower bar is connected to the base plate and the upper bar with the force measuring device, so the force measuring device can be solved for repair or maintenance of the base plate without first having to dismantle the cover.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings, wherein further features and advantages of the invention will become apparent.

Es zeigtIt shows

1 eine Schrägansicht auf eine erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung, 1 an oblique view of a force measuring device according to the invention,

2 eine Seitenansicht auf die in 1 dargestellte Kraftmessvorrichtung, 2 a side view of the in 1 illustrated force measuring device,

3 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Kraftmessvorrichtung, 3 a top view of the in 1 illustrated force measuring device,

4 eine Stirnansicht auf die in 1 dargestellte Kraftmessvorrichtung, 4 a front view on the in 1 illustrated force measuring device,

5 eine Schrägansicht auf die in 1 dargestellte Kraftmessvorrichtung in Kombination mit einer Grundplatte, 5 an oblique view of the in 1 illustrated force measuring device in combination with a base plate,

6 eine Seitenansicht auf die in 4 dargestellte Kraftmessvorrichtung in Kombination mit einer Grundplatte, 6 a side view of the in 4 illustrated force measuring device in combination with a base plate,

7 eine Draufsicht auf die in 4 dargestellte Kraftmessvorrichtung in Kombination mit einer Grundplatte, 7 a top view of the in 4 illustrated force measuring device in combination with a base plate,

8 eine Stirnansicht auf die in 4 dargestellte Kraftmessvorrichtung in Kombination mit einer Grundplatte, 8th a front view on the in 4 illustrated force measuring device in combination with a base plate,

9 eine Schrägansicht auf eine aus mehreren erfindungsgemäßen Kraftmessvorrichtungen zusammengesetzte Messstrecke, und 9 an oblique view of a composed of several force measuring devices according to the invention measuring section, and

10 einen Querschnitt durch die in 9 dargestellte Messstrecke. 10 a cross section through the in 9 illustrated measuring section.

Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung 1 in unterschiedlichen Ansichten, wobei mit dem Bezugszeichen 2 die Längsachse der Kraftmessvorrichtung 1 bezeichnet ist, die parallel zum Schienenstrang eines nicht weiter dargestellten Gleises verläuft, in das die Kraftmessvorrichtung 1 integrierbar ist. Die Kraftmessvorrichtung 1 ist bezüglich der zur Längsachse 2 orthogonal verlaufenden Symmetrieebene E spiegelbildlich ausgebildet.The 1 to 4 show a force measuring device according to the invention 1 in different views, with the reference numeral 2 the longitudinal axis of the force measuring device 1 is designated, which runs parallel to the rail track of a track, not shown, in which the force measuring device 1 is integrable. The force measuring device 1 is with respect to the longitudinal axis 2 orthogonal symmetry plane E mirror image formed.

Die Kraftmessvorrichtung 1 weist eine dem benachbarten Schienenstrang zugewandte Innenseite 3 und eine dazu planparallele Außenseite 4 auf, sowie eine Oberseite 5 und eine als Aufstandsfläche dienende Unterseite 6; die Stirnseiten der Kraftmessvorrichtung sind mit 7 bezeichnet. Der Querschnitt der Kraftmessvorrichtung 1 ist annähernd rechteckförmig, wobei die Oberseite 5 und der angrenzende Bereich der Innenseite 3 dem Schienenkopf eines Standart-Schienenprofils nachempfunden sind und daher eine Lauffläche 8 und eine Führungsfläche 9 für das Fahrzeugrad eines Schienenfahrzeugs bilden.The force measuring device 1 has an inner side facing the adjacent rail track 3 and a plane-parallel outside 4 on, as well as a top 5 and a bottom surface serving as a footprint 6 ; the front sides of the force measuring device are with 7 designated. The cross section of the force measuring device 1 is approximately rectangular, with the top 5 and the adjacent area of the inside 3 The track head of a standard rail profile are modeled and therefore a tread 8th and a guide surface 9 form for the vehicle wheel of a rail vehicle.

In vertikaler Richtung ist die Messvorrichtung 1 untergliedert in ein balkenförmiges Krafteinleitungsteil 10, das den oberen Bereich der Messvorrichtung 1 bildet und sich über deren gesamte Länge erstreckt, und ein darunter angeordnetes, durch einen Spalt 11 beabstandetes Kraftausleitungsteil 12. Die Längsenden des Kraftausleitungsteils 1 sind gegenüber den Stirnseiten 7 zurückversetzt und gehen jeweils monolithisch in einen Verformungskörper 13 über, auf den später noch genauer eingegangen wird. Die gestrichelte Linie 14 versinnbildlicht den Anschlussbereich bzw. Übergang vom Kraftausleitungsteil 12 in den Verformungskörper 13 (2).In the vertical direction is the measuring device 1 subdivided into a bar-shaped force introduction part 10 , which is the upper part of the measuring device 1 forms and extends over its entire length, and an underlying, through a gap 11 spaced force extraction part 12 , The longitudinal ends of the Kraftausleitungsteils 1 are opposite the front ends 7 set back and go each monolithic in a deformation body 13 about, which will be discussed in more detail later. The dashed line 14 symbolizes the connection area or transition from the force extraction part 12 in the deformation body 13 ( 2 ).

In Längsrichtung erstreckt sich der Spalt 11 über die Längsenden des Kraftausleitungsteils 12 hinaus und endet etwa auf halber Querschnittshöhe jeweils in einer von Innenseite 3 zu Außenseite 4 reichenden ovalen Durchgangsöffnung 15. Die Durchgangsöffnungen 15 halten einen axialen Abstand zu den Stirnseiten 7 ein, wodurch an jedem Längsende der Kraftmessvorrichtung 1 ein Steg 16 gebildet wird. Zwischen den Durchgangsöffnungen 15 umfasst der Spaltverlauf einen mittleren parabelförmigen Abschnitt 17, der in der Symmetrieebene E die größte Annäherung an die Unterseite 6 der Kraftmessvorrichtung 1 zeigt und in Richtung der Öffnungen 15 schließlich knickfrei in einen zur Unterseite 6 parallelen Endabschnitt 18 übergeht. Daraus ergibt sich, dass das Kraftausleitungsteil 12 im Bereich seiner Längsenden eine größere Querschnittshöhe aufweist als im mittleren Bereich, hingegen das Krafteinleitungsteil 10 im mittleren Bereich eine größere Querschnittshöhe als in seinen Endbereichen.In the longitudinal direction, the gap extends 11 over the longitudinal ends of the Kraftausleitungsteils 12 out and ends approximately at half the cross-sectional height each in an inside 3 to outside 4 reaching oval passage opening 15 , The passage openings 15 keep an axial distance to the end faces 7 a, whereby at each longitudinal end of the force measuring device 1 a footbridge 16 is formed. Between the passage openings 15 the gap course comprises a middle parabolic section 17 , which in symmetry plane E is the closest approach to the bottom 6 the force measuring device 1 points and towards the openings 15 finally kink-free in one to the bottom 6 parallel end section 18 passes. It follows that the Kraftausleitungsteil 12 in the region of its longitudinal ends has a greater cross-sectional height than in the central region, whereas the force introduction part 10 in the middle area a larger cross-sectional height than in its end areas.

Die Weite des Spalts 11 senkrecht zu seiner Längserstreckungsrichtung beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 5 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm. Um ein Eindringen von Fremdkörpern in den Spalt 11 zu verhindern, ist der Spalt 11 mit einer Schicht 19 aus dauerelastischem Material wie zum Beispiel Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) verfüllt.The width of the gap 11 perpendicular to its longitudinal direction in the present embodiment is 5 mm, preferably at least 3 mm. To prevent foreign bodies from entering the gap 11 to prevent is the gap 11 with a layer 19 made of permanently elastic material such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) filled.

Die Verformungskörper 13 stellen die axiale Verlängerung des Kraftausleitungsteils 10 an dessen Längsenden dar und enden gemeinsam mit dem Krafteinleitungsteil 10 jeweils in den Stirnseiten 7 der Kraftmessvorrichtung 1. Im Bereich des Spalts 11 und der Durchgangsöffnung 15 sind die Verformungskörper 13 vom Krafteinleitungsteil 10 durch diese beabstandet. Lediglich im Bereich der Stirnseiten 7 verbindet jeweils ein Steg 16 einen Verformungskörper 13 mit dem Krafteinleitungsteil 10, so dass die Radaufstandskraft ausschließlich über die beiden Stege 16 vom Krafteinleitungsteil 10 in die beiden Verformungskörper 13 eingetragen wird. Aufgrund der geringen Ausdehnung der Stege 16 in Richtung der Längsachse 2, wirken die Stege 16 in statischer Hinsicht wie Gelenke, die zwar Querkräfte übertragen, jedoch keine Momente in maßgeblichem Umfang.The deformation bodies 13 represent the axial extension of the force extraction part 10 at the longitudinal ends are and ends together with the force introduction part 10 each in the front pages 7 the force measuring device 1 , In the area of the gap 11 and the through hole 15 are the deformation bodies 13 from the force introduction part 10 spaced by this. Only in the area of the front sides 7 each connects a footbridge 16 a deformation body 13 with the force introduction part 10 , so that the wheel contact force exclusively over the two bars 16 from the force introduction part 10 in the two deformation bodies 13 is registered. Due to the small extent of the webs 16 in the direction of the longitudinal axis 2 , the bars work 16 from a static point of view, they are joints that transmit transversal forces, but not significant moments.

Die Unterseite 20 der Verformungskörper 13 ist gegenüber der Unterseite 6 des Kraftausleitungsteils 12 zurückversetzt, um bei Belastung der Messvorrichtung 1 eine Verformung der Verformungskörper 13 nicht zu behindern. Um auch hier Störeinflüsse durch die Anwesenheit von Fremdkörpern ausschließen zu können, ist an der Unterseite 20 eine dauerelastische Schicht 21 aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) angebracht, deren Dicke dem Rücksprung gegenüber der Unterseite 6 entspricht uns damit diesen ausgleicht.The bottom 20 the deformation body 13 is opposite the bottom 6 of the force extraction part 12 set back to load the measuring device 1 a deformation of the deformation body 13 not to hinder. In order to be able to exclude disturbances due to the presence of foreign bodies, it is at the bottom 20 a permanently elastic layer 21 made of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) whose thickness is the return to the bottom 6 corresponds to us with this balances.

Zur Messung der aus der Radaufstandskraft resultierenden Schubverformungen weist jeder Verformungskörper 13 Sacklöcher 22 auf, die zentral zwischen Steg 16 und Anschlussbereich 14 angeordnet sind und die von der Innenseite 3 bzw. Außenseite 4 ausgehen und sich in Querrichtung gegenüberliegen. An ihrem Grund sind Dehnungsmessstreifen 23 applizierte (3), nach außen sind die Sacklöcher 22 mittels nicht dargestellter Deckel verschlossen. Zur Unterbringung der elektrischen Kontaktierung 24 für die Dehnungsmessstreifen 23 weisen die Verformungskörper 13 an ihren unteren Ecken jeweils einen schräg verlaufenden Rücksprung 25 auf.For measuring the shear deformations resulting from the wheel contact force, each deformation element has 13 blind holes 22 on, the central between jetty 16 and connection area 14 are arranged and the from the inside 3 or outside 4 go out and face each other in the transverse direction. At their bottom are strain gauges 23 applied ( 3 ), to the outside are the blind holes 22 closed by means not shown cover. To accommodate the electrical contact 24 for the strain gauges 23 have the deformation body 13 each at its lower corners a sloping return 25 on.

Gegenstand der 5 bis 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kraftmessvorrichtung 1 mit einer Grundplatte 26 kombiniert ist. Die Grundplatte 26 besitzt einen im Wesentlichen rechteckförmigen Grundriss und ist in achsparalleler Lage mit ihrer Oberseite 27 an der Unterseite des Kraftausleitungsteils 12 angeordnet, mit der sie vorzugsweise verschweißt oder verschraubt ist. Zusätzlich können in der Kontaktfuge Zentriermittel vorgesehen sein, die für eine exakte Lage der Kraftmessvorrichtung 1 auf der Grundplatte 26 sorgen. Entlang der beiden Längsränder der Grundplatte 26 sind Bohrlöcher zur Aufnahme von Schrauben 28 vorgesehen, die zur Befestigung am Untergrund dienen.Subject of the 5 to 8th is an embodiment of the invention, wherein the force measuring device 1 with a base plate 26 combined. The base plate 26 has a substantially rectangular floor plan and is in paraxial position with its top 27 at the bottom of the Kraftausleitungsteils 12 arranged, with which it is preferably welded or screwed. In addition, centering means may be provided in the contact joint, which are for an exact position of the force measuring device 1 on the base plate 26 to care. Along the two longitudinal edges of the base plate 26 are holes for receiving screws 28 provided, which serve for attachment to the ground.

In Längserstreckungsrichtung der Grundplatte 26 ist in deren Oberseite 27 mittig eine flache Nut 29 eingearbeitet, die zur formschlüssigen Aufnahme des Fußbereichs des Kraftausleitungsteils 12 bestimmt ist und somit eine Zentrierfunktion der Kraftmessvorrichtung 1 auf der Grundplatte 26 übernimmt. Die Tiefe der Nut 29 entspricht dabei dem Rücksprung der Unterseite 20 des Verformungskörpers 13 gegenüber der Unterseite 6 der Kraftmessvorrichtung 1, so dass die Unterseite 20 des Verformungskörpers 13 etwa auf dem Niveau der Oberseite 27 der Grundplatte 26 liegt.In the longitudinal direction of the base plate 26 is in their top 27 in the middle a shallow groove 29 incorporated, for the positive reception of the foot of the Kraftausleitungsteils 12 is determined and thus a centering of the force measuring device 1 on the base plate 26 takes over. The depth of the groove 29 corresponds to the return of the bottom 20 of the deformation body 13 opposite the bottom 6 the force measuring device 1 so the bottom 20 of the deformation body 13 about at the level of the top 27 the base plate 26 lies.

Zum Schutz des Spalts 11 vor eindringenden Fremdkörpern ist entlang der Innenseite 3 und Außenseite 4 der Kraftmessvorrichtung 1 jeweils eine Abdeckung 29 vorgesehen. Die Abdeckung 29 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet und umfasst zunächst eine erste Leiste 30, die mit ihrem unteren Rand an der Oberseite 27 der Grundplatte 26 befestigt ist. Deren oberer Rand 31 wird von einer Kante gebildet, an die sich eine nach außen abfallende Schräge 32 anschließt.To protect the gap 11 from entering foreign bodies is along the inside 3 and outside 4 the force measuring device 1 one cover each 29 intended. The cover 29 is formed in two parts in the present embodiment and initially comprises a first bar 30 , with their lower edge at the top 27 the base plate 26 is attached. Their upper edge 31 is formed by an edge, to which an outwardly sloping slope 32 followed.

Des Weiteren gehört zur Abdeckung 29 eine zweite Leiste 33, die parallel zur und oberhalb der ersten Leiste 30 verläuft und starr mit der Innenseite 3 bzw. Außenseite 4 des Krafteinleitungsteils 10 verbunden ist. Die zweite Leiste 33 besitzt über ihre gesamte Länge eine in Richtung der ersten Leiste 30 weisende Lippe 34, deren freier unterer Rand 35 unterhalb des oberen Randes 31 der ersten Leiste 30 liegt und mit der Schrägen 32 einen Dichtspalt bildet. Die erste Leiste 30 und zweite Leiste 33 überlappen also im Bereich ihrer einander zugewandten Längsränder 31, 35 und bilden auf diese Weise einen wirksamen Schutz.Furthermore belongs to the cover 29 a second bar 33 parallel to and above the first bar 30 runs and rigid with the inside 3 or outside 4 of the force introduction part 10 connected is. The second bar 33 has over its entire length one in the direction of the first bar 30 pointing lip 34 whose free bottom edge 35 below the upper edge 31 the first bar 30 lies and with the bevels 32 forms a sealing gap. The first bar 30 and second bar 33 overlap so in the region of their longitudinal edges facing each other 31 . 35 and thus provide effective protection.

Mehrere derart vorbereitete Einheiten aus Kraftmessvorrichtung 1 und Grundplatte 26 können durch axiales Aneinanderfügen eine Messstrecke ergeben. Die 9 und 10 zeigen ein zu diesem Zweck geeignetes Messstreckenelement 36. Das Messstreckenelement 36 besitzt als Aufnahme für die Kraftmessvorrichtungen 1 mit Grundplatten 26 eine trogförmige Schiene 37 mit einem Boden 38 und seitlichen Wänden 39. Die Fixierung der Grundplatte 26 in der Schiene 37 geschieht durch deren Verschrauben mittels der Schrauben 28 sowie seitliches Abstützen mit Hilfe von winkelförmigen Stützkörpern 40, deren aufrechter Schenkel sich an einer Wand 39 abstützt und deren liegender Schenkel am Längsrand der Grundplatte 26 anliegt.Several such prepared units of force measuring device 1 and base plate 26 can result in a measuring section by axial joining. The 9 and 10 show a suitable for this purpose Meßstreckenelement 36 , The measuring section element 36 has as a receptacle for the force measuring devices 1 with base plates 26 a trough-shaped rail 37 with a floor 38 and side walls 39 , The fixation of the base plate 26 in the rail 37 happens by screwing them by means of screws 28 as well as lateral support with the aid of angular support bodies 40 whose upright legs are attached to a wall 39 supports and their lying leg at the longitudinal edge of the base plate 26 is applied.

Ein solches Messstreckenelement 36 ist in den Gleisstrang eines bestehenden Gleises integrierbar, indem der Gleisstrang an der entsprechenden Stelle und in der erforderlichen Länge entnommen und durch das Messstreckenelement 36 ersetzt wird. Hierzu genügt es, das Messstreckenelement 36 auf den bestehenden Unterbau wie zum Beispiel Schwellen oder eine Betonplatte abzusetzen, ohne dass dabei nennenswerte Umbaumaßnahmen notwendig sind.Such a measuring element 36 is integrated into the track of an existing track by taking the track at the appropriate place and in the required length and through the measuring track element 36 is replaced. For this purpose, it is sufficient, the measuring section element 36 to settle on the existing substructure such as sleepers or a concrete slab, without any significant conversion measures are necessary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KraftmessvorrichtungForce measuring device
22: Längsachselongitudinal axis
33: Innenseiteinside
44: Außenseiteoutside
55: Oberseitetop
66: Unterseitebottom
77: Stirnseitefront
88th: Laufflächetread
99: Führungsflächeguide surface
1010: KrafteinleitungsteilForce introduction part
1111: Spaltgap
1212: KraftausleitungsteilKraftausleitungsteil
1313: Verformungskörperdeformable body
1414: Gestrichelte Linie/AnschlussflächeDashed line / pad
1515: DurchgangsöffnungThrough opening
1616: Stegweb
1717: Parabelförmiger AbschnittParabolic section
1818: Horizontaler EndabschnittHorizontal end section
1919: Dauerelastische Schicht (Spaltfüllung)Permanently elastic layer (gap filling)
2020: Unterseite VerformungskörperBottom deformation body
2121: Dauerelastische Schicht (unter Verformungskörper)Permanently elastic layer (under deformation body)
2222: Sacklochblind
2323: DehnungsmessstreifenStrain gauges
2424: Elektrische KontaktierungElectrical contact
2525: Schräger RücksprungOblique return
2626: Grundplattebaseplate
2727: Oberseite GrundplatteTop base plate
2828: Schraubescrew
2929: Abdeckungcover
3030: Erste LeisteFirst bar
3131: Oberer Randupper edge
3232: Schrägeslope
3333: Zweite LeisteSecond bar
3434: Lippelip
3535: Unterer RandLower edge
3636: MessstreckenelementMeasuring distance element
3737: Trogförmige SchieneTrough-shaped rail
3838: Bodenground
3939: Wandwall
4040: Stützkörpersupport body

Claims

Force measuring device for determining the wheel contact forces of rail-bound vehicles, which can be integrated into the rail track of a track, with a beam-like force introduction part extending in the direction of the rail longitudinal axis ( 10 ) for receiving the wheel contact force, - with a below the force introduction part ( 10 ) extending Kraftausleitungsbereich for storage of the force measuring device ( 1 ) on the ground, and - with deformation bodies ( 13 ) between force introduction part ( 10 ) and Kraftausleitungsbereich for detecting the deformation due to the Radaufstandskraft, wherein the longitudinal ends of the force introduction part ( 10 ) only of the deformation bodies ( 13 ), characterized in that the Kraftausleitungsbereich a bar-like Kraftausleitungsteil ( 12 ) having two longitudinal ends and at each longitudinal end of the Kraftausleitungsteils ( 12 ) a deformation body ( 13 ) is rigidly connected.

Force measuring device according to claim 1, characterized in that the force introduction part ( 10 ) has a continuously differentiable course, wherein the force introduction part ( 10 ) has a minimum cross-sectional height in the end regions and a maximum cross-sectional height in the middle region.

Force measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the deformation bodies ( 13 ) in extension of the force extraction part ( 12 ) rigidly to the force extraction part ( 12 ) are connected.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the force extraction part ( 12 ) and the deformation bodies ( 13 ) in the connection area ( 14 ) merge monolithically into each other.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the underside of the deformation body ( 13 ) with respect to the underside of the Kraftausleitungsteils ( 12 ) has a return.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the deformation bodies ( 13 ) each articulated with the force introduction part ( 10 ) are connected.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the force extraction part ( 12 ) over its length in the direction of the rail longitudinal axis ( 2 ) has a variable cross-sectional height with a larger cross-sectional height in the end region and a comparatively smaller cross-sectional height in the central longitudinal section.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the force introduction part ( 10 ) and the force extraction part ( 12 ) through a gap ( 11 ) are spaced apart, the gap ( 11 ) preferably has a constant gap width.

Force measuring device according to claim 8, characterized in that the gap ( 11 ) with a deformable substance ( 19 ) is permanently filled.

Force measuring device according to claim 9, characterized in that the deformable substance has a fat or gel-like consistency.

Force measuring device according to claim 9 or 10, characterized in that the deformable substance ( 19 ) has elastic properties and is preferably formed by an elastomer or a closed-cell foam.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the force introduction part ( 10 ) in cross-section at least partially corresponds to the standard profile of a rail head.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the force extraction part ( 12 ) on its underside a base plate ( 26 ) having.

Force measuring device according to claim 13, characterized in that the base plate ( 26 ) over the ends of the Kraftausleitungsteils ( 12 ), wherein the base plate ( 26 ) and the deformation bodies ( 13 ) are each spaced by a slot which is filled with a deformable material, preferably with an elastomer or a closed-cell foam.

Force measuring device according to one of claims 8 to 14, characterized in that the gap ( 11 ) and / or the slot on both sides ( 3 . 4 ) of the force measuring device ( 1 ) each of a cover ( 29 ) is covered.

Force measuring device according to claim 15, characterized in that the cover ( 29 ) a first bar ( 30 ) on both sides ( 3 . 4 ) along the force extraction part ( 12 ) and the deformation body ( 13 ) and with the base plate ( 26 ) and each have a free upwardly facing upper edge ( 31 ) owns.

Force measuring device according to claim 15 or 16, characterized in that the cover ( 29 ) a second bar ( 33 ), which on both sides along the force introduction part ( 10 ) is arranged and in each case a free to the base plate ( 26 ) pointing lower edge ( 35 ) owns.

Force measuring device according to claim 17, characterized in that the first bar ( 30 ) and second bar ( 33 ) run parallel to each other and the free upper edge ( 31 ) of the first bar ( 30 ) and the free bottom edge ( 35 ) the second bar ( 33 ) overlap.