DE102018119247A1 - Measuring system and measuring system group - Google Patents

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    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem (2) zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene (4) ausgeübten Belastung (40) sowie eine Messsystemgruppe (28) mit zumindest zwei solcher Messsysteme (2).Das Messsystem (2) weist eine Schiene (4), eine Schienenauflage (6) und zumindest zwei mehrachsige Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) auf. Die zumindest zwei mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) sind kraftschlüssig, beiderseits einer Mittellängsebene (10) der Schiene (4) zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordnet.The invention relates to a measuring system (2) for determining a load (40) exerted by a rail vehicle on a rail (4) and a measuring system group (28) with at least two such measuring systems (2). The measuring system (2) has a rail (4 ), a rail support (6) and at least two multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d). The at least two multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) are non-positively arranged on both sides of a central longitudinal plane (10) of the rail (4) between the rail (4) and the rail support (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung sowie eine Messsystemgruppe mit zumindest zwei solcher Messsysteme.The invention relates to a measuring system for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail and to a measuring system group with at least two such measuring systems.

Um eine Sicherheit in einem Schienenverkehr, bei welchem Schienenfahrzeuge in einem Schienennetz verkehren, zu gewährleisten bzw. zu erhöhen, werden der Schienenverkehr bzw. die - auf Gleisen bzw. auf Schienen des Schienennetzes - verkehrenden Schienenfahrzeuge mittels entsprechender Überwachungssysteme überwacht.In order to ensure or increase safety in a rail traffic in which rail vehicles run in a rail network, the rail traffic or the rail vehicles - running on tracks or rails of the rail network - are monitored by means of appropriate monitoring systems.

Hierbei sind - bei solchen Überwachungssystemen - ortsfeste, d. h. an den Schienen angeordnete, Überwachungssysteme bekannt, welche auf die Schienen wirkende Belastungen ermitteln, insbesondere wenn sich Schienenfahrzeuge im Fahrbetrieb auf den Schienen des Schienennetzes befinden bzw. diese überfahren.Here - with such monitoring systems - stationary, i.e. H. Monitoring systems arranged on the rails are known, which determine loads acting on the rails, in particular when rail vehicles are in operation on the rails of the rail network or run over them.

So beschreibt beispielsweise das Dokument „MULTIRAIL WheelScan“, schenkprocess, BV-D2144DE, 2013, - mit dem System „MULTIRAIL WheelScan“ - ein solches ortsfestes Überwachungssystem. „MULTIRAIL WheelScan“ stellt eine in eine Schiene integrierte und mit Messsensoren ausgestattete Mess-Betonschwelle (Wägezelle) zur Verfügung, deren Messsensoren die Belastungen, d. h. hier Vertikalkräfte, - infolge von Gewichts- und Spurführungskräften auf die Schiene - hochgenau messen - und für eine Rad-Diagnose, Waggonerkennung, Streckenlastkontrolle oder auch Beladungsregelung u. Ä. auswerten.For example, the document “MULTIRAIL WheelScan”, schenkprocess, BV-D2144DE, 2013, describes with the “MULTIRAIL WheelScan” system such a fixed monitoring system. "MULTIRAIL WheelScan" provides a measuring concrete threshold (load cell) integrated in a rail and equipped with measuring sensors, whose measuring sensors measure the loads, i. H. here vertical forces - due to weight and tracking forces on the rail - measure with high precision - and for wheel diagnosis, wagon detection, line load control or load control and the like. Ä. evaluate.

Eine Kraftmessung kann - durch Nutzung entsprechender physikalischer (Wirk-)Prinzipien - auf unterschiedliche Weise realisiert sein.A force measurement can be implemented in different ways - using appropriate physical (active) principles.

Ein bekanntes (Wirk-)Prinzip für eine Kraftmessung stellt eine „elastische Verformung mit Widerstandsmessung“ - kurz DMS-Technologie - dar.A well-known (active) principle for force measurement is "elastic deformation with resistance measurement" - in short, strain gauge technology.

Hier werden Messeinrichtungen, d. h. sogenannte Dehnungsmessstreifen (DMS, kurz auch DMS-Sensoren), deren wesentlicher Bestandteil ein Widerstandsdraht ist, zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen eingesetzt.Here measuring devices, i. H. So-called strain gauges (strain gauges, in short also strain gauge sensors), the essential component of which is a resistance wire, are used to detect stretching and compressing deformations.

DMS bzw. die Widerstandsdrähte ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand (was dann für die Dehnungsmessung messbar ist bzw. wodurch die Dehnung gemessen wird) - und werden demzufolge als Dehnungssensoren eingesetzt.Strain gauges or the resistance wires change their electrical resistance even with slight deformations (which can then be measured for the strain measurement or by which the strain is measured) - and are therefore used as strain sensors.

Man klebt DMS mit (Spezial-)Kleber auf Bauteile (, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem DMS und dem Bauteil hergestellt wird), die sich unter Belastung minimal verformen. Diese Verformung (Dehnung) führt dann zur Veränderung des Widerstands des DMS bzw. des Widerstandsdrahtes.DMS is glued with (special) glue to components (which create a material connection between the DMS and the component), which deform minimally under load. This deformation (elongation) then leads to a change in the resistance of the strain gauge or the resistance wire.

Ein weiteres bekanntes (Wirk-)Prinzip für die Kraftmessung ist eine Piezoelektrizität.Another known (active) principle for force measurement is piezoelectricity.

Die Piezoelektrizität beschreibt die Änderung der elektrischen Polarisation und somit das Auftreten einer elektrischen Ladungsverschiebung an Festkörpern, d. h. piezoelektrischen Materialien, wenn sie elastisch verformt werden(direkter Piezoeffekt), die in der Folge zu einer messbaren Spannung führt.Piezoelectricity describes the change in the electrical polarization and thus the occurrence of an electrical charge shift on solids, i. H. piezoelectric materials, if they are elastically deformed (direct piezo effect), which subsequently leads to a measurable voltage.

Hier werden so Messeinrichtungen, d. h. sogenannte Piezo-Körper (kurz „Piezokraftmesssensoren“ oder nur „Piezo-Sensoren“), deren wesentlicher Bestandteil das piezoelektrische Material, beispielsweise Quarz, ist, zur Erfassung von elastischen Verformungen eingesetzt.Here, measuring devices, i.e. H. So-called piezo bodies ("piezo force measuring sensors" for short, or just "piezo sensors"), the essential component of which is the piezoelectric material, for example quartz, are used to detect elastic deformations.

Man baut den Piezokraftmesssensor/Piezo-Sensor in einen Kraftfluss ein (, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Piezo-Sensor und einem Bauteil hergestellt wird), sodass eine zu messende (Prozess-)Kraft über den Piezo-Sensor fließt, welche diesen elastisch verformt, was zu einer Änderung der elektrischen Ladung im piezoelektrischen Material des Piezo-Sensors und somit zu einer messbaren Spannung führt.The piezo force measuring sensor / piezo sensor is built into a force flow (which creates a non-positive connection between the piezo sensor and a component) so that a (process) force to be measured flows over the piezo sensor, which deforms it elastically , which leads to a change in the electrical charge in the piezoelectric material of the piezo sensor and thus to a measurable voltage.

Aus „Kistler, Kraftsensoren, 960-262d-03.16, ©2016, Kistler Group“, sind eine Vielzahl von DMS- und Piezo-Sensoren - auch in Ausgestaltung als Mehrkomponenten-Sensoren (hier ist der Sensor in der Lage, gleichzeitig Kräfte in mehreren Raumrichtungen, d. h. (Raum-)Achsen, zu messen) - bekannt.From "Kistler, force sensors, 960-262d-03.16, © 2016, Kistler Group", there are a variety of strain gauge and piezo sensors - also in the form of multi-component sensors (here the sensor is able to simultaneously apply forces in several Spatial directions, ie (spatial) axes to measure) - known.

In der WO 2012/131683 A2 ist beschrieben, bei der Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung, ein Messsystem, d. h. eine Druckmatte mit einer Vielzahl von einachsigen Piezo-Sensoren, welche jeweils eine Aufstandskraft, d. h. eine Vertikalkraft, messen, kraftschlüssig zwischen einer Schiene und einer Schienenauflage anzubringen (vgl. WO 2012/131683 A2 , 4).In the WO 2012/131683 A2 is described in the determination of a load exerted by a rail vehicle on a rail, a measuring system, ie a pressure mat with a plurality of uniaxial piezo sensors, each measuring a contact force, ie a vertical force, to be non-positively attached between a rail and a rail support (see. WO 2012/131683 A2 . 4 ).

Weiter schlägt die WO 2012/131683 A2 - mit einer zweiten, anderen Ausführung - auch vor, für die Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung mehrere Messsysteme, in diesem Fall mehrere DMS-Sensoren (auch mit einem Piezo-Material als Dehnungs- bzw. Dehnmessstreifen), dort bezeichnet als Sensorpflaster („Sensor patch“) an bestimmten Orten, nicht jedoch am Schienenfuß und am Schienenfußboden (, um nicht die Schienenschwelle und die Schienenbefestigung zu stören), unmittelbar auf der Oberfläche der Schiene (stoffschlüssig) aufzukleben, um so lokal an diesen Orten Dehnungen einachsig zumessen (vgl. WO 2012/131683 A2 , 5).The strikes further WO 2012/131683 A2 - with a second, different version - also before, for the determination of a load exerted by a rail vehicle on a rail several measuring systems, in this case several strain gauge sensors (also with a piezo material as strain or strain gauges), designated there as a sensor patch in certain places, not however, stick it on the rail foot and on the rail floor (so as not to disturb the rail sleeper and rail fastening) directly on the surface of the rail (cohesively), in order to measure uniaxial strains locally at these locations (cf. WO 2012/131683 A2 . 5 ).

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach und kostengünstig realisierbares sowie genau messendes Messsystem zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung zur Verfügung zu stellen.It is an object of the invention to provide a measuring system that can be implemented easily and inexpensively and that measures accurately to determine a load exerted by a rail vehicle on a rail.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Messsystem zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung sowie eine Messsystemgruppe mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.This object is achieved by a measuring system for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail and a measuring system group with the features of the respective independent claim.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Außerdem können sich die nachfolgend beschriebenen Merkmale sowohl auf das erfindungsgemäße Messsystem als auf die erfindungsgemäße Messsystemgruppe beziehen.Advantageous developments of the invention are the subject of dependent claims and the following description. In addition, the features described below can relate both to the measuring system according to the invention and to the measuring system group according to the invention.

Begriffe, wie „oben“, „auf“, „unten“ oder „darunter“, sind nach üblichen Verständnis bezüglich der Lot-/Schwerkraftrichtung zu verstehen.Terms such as "up", "up", "down" or "below" are to be understood according to the usual understanding with regard to the direction of the perpendicular / gravity.

Das Messsystem zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug, beispielsweise ein Trieb-, Personen- oder Güterwagen, auf eine Schiene ausgeübten Belastung, insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübte Querkraft, sieht eine Schiene, beispielsweise eine Eisenbahnschiene oder Straßenbahnschiene, und eine Schienenauflage, wie eine Schwelle oder ein Betonbett, vor.The measuring system for determining a load exerted on a rail by a rail vehicle, for example a railcar, passenger or freight wagon, in particular a transverse force exerted on the rail by the rail vehicle, sees a rail, for example a railroad or tram rail, and a rail support, like a threshold or a concrete bed.

Die Schiene ist zweckmäßigerweise auf der Schienenauflage - unmittelbar oder auch mittelbar - befestigt.The rail is expediently - directly or indirectly - attached to the rail support.

Eine solche Schiene weist üblicher- und zweckmäßigerweise einen - meist (im Querschnitt) breiten, flachen - Schienenfuß, einen senkrecht darauf stehenden - meist (im Querschnitt) schmalen - Schienensteg sowie einen an einem oberen Ende des Schienenstegs angeordneten - meist (im Querschnitt) verdickten - Schienenkopf auf.Such a rail customarily and expediently has a - usually (in cross-section) wide, flat - rail foot, a perpendicular - usually (in cross-section) narrow - rail web and an arranged at an upper end of the rail web - mostly (in cross-section) thickened - Rail head open.

Der Schienenfuß, der Schienensteg und der Schienenkopf können einstückig ausgebildet sein. Ebenso kann die Schiene eine (in Schienenlängsrichtung) gerade Schiene oder auch ein Schienenbogen (d. h., eine Schiene, welche in deren Längsrichtung gebogen ist) sein.The rail foot, the rail web and the rail head can be formed in one piece. Likewise, the rail can be a straight rail (in the longitudinal direction of the rail) or also a rail arch (i.e., a rail which is bent in the longitudinal direction thereof).

An dem Schienenkopf ist zweckmäßigerweise wiederum die Laufbahn für Räder des Schienenfahrzeugs ausbildet. Hier kontaktiert das Schienenfahrzeug die Schiene, wobei am Kontaktpunkt die von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübte Belastung, d. h. Kräfte in allen Raumrichtungen, beispielsweise Vertikal-, Lateral- (bzw. Seiten- oder Quer-) und Longitudinalkräfte (bezüglich eines Inertial- oder schienenfesten (Koordinaten-)Systems), auf die Schiene übertragen bzw. in die Schiene eingeleitet wird.The track for wheels of the rail vehicle is expediently formed on the rail head. Here, the rail vehicle contacts the rail, with the load exerted on the rail by the rail vehicle, ie. H. Forces in all spatial directions, for example vertical, lateral (or lateral or transverse) and longitudinal forces (with respect to an inertial or rail-fixed (coordinate) system), are transmitted to the rail or introduced into the rail.

Für die Befestigung der Schiene auf der Schienenauflage kann der Schienenfuß mittels einer Befestigung, beispielsweise mit Spannklemmen, auf der Schienenauflage, wie die Schwelle oder das Betonbett, gegebenenfalls mit Vorspannung, befestigt bzw. in der Regel verschraubt werden.For fastening the rail to the rail support, the rail foot can be fastened or generally screwed to the rail support, such as the sleeper or the concrete bed, with prestress if necessary, for example with tensioning clamps.

Weiter weist das Messsystem zumindest zwei mehrachsige, insbesondere dreiachsige, Piezokraftmesssensoren auf. Die zumindest zwei Piezokraftmesssensoren sind kraftschlüssig, beiderseits einer Mittellängsebene der Schiene zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordnet.Furthermore, the measuring system has at least two multi-axis, in particular three-axis, piezo force measurement sensors. The at least two piezo force measurement sensors are non-positively arranged on both sides of a central longitudinal plane of the rail between the rail and the rail support.

Kurz vereinfacht und anschaulich ausgedrückt, die zumindest zwei Piezokraftmesssensoren sind „links“ und „rechts“ der Schienenmitte kraftschlüssig zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordnet.In short, to put it simply and clearly, the at least two piezo force measuring sensors are arranged "left" and "right" of the middle of the rail in a force-fitting manner between the rail and the rail support.

Der Kraftfluss der (von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene aufgebrachten) Belastung bzw. Kräfte fließt - bei der kraftschlüssigen Anordnung der zumindest zwei mehrachsigen Piezokraftmesssensoren - von der Schiene über die Piezokraftmesssensoren in die Schienenauflage - und kann von den zumindest zwei mehrachsigen Piezokraftmesssensoren mehrachsig, d. h. in den mehreren Achs- bzw. Raumrichtungen, gemessen werden.The force flow of the load or forces (applied by the rail vehicle to the rail) flows - with the non-positive arrangement of the at least two multi-axis piezo force measurement sensors - from the rail via the piezo force measurement sensors into the rail support - and can be multi-axis from the at least two multi-axis piezo force measurement sensors. H. in the several axes or spatial directions.

Die - kraftschlüssige - Platzierung der Piezokraftmesssensoren beiderseits der Mittellängsebene der Schiene bzw. „links“ und „rechts“ der Schienenmitte ermöglicht so auch eine „gleichmäßigere“ Kraftübertragung bzw. einen „gleichmäßigeren“ Kraftfluss auf bzw. über die Piezokraftmesssensoren, was die Genauigkeit der Messung erhöhen kann.The - non-positive - placement of the piezo force measuring sensors on both sides of the central longitudinal plane of the rail or "left" and "right" of the middle of the rail also enables a "more uniform" force transmission or a "more uniform" force flow to or via the piezo force measuring sensors, which improves the accuracy of the measurement can increase.

Eine Anwendung sowohl für Schwellen-, als auch Betonmontage ist einfach möglich. D. h., die Schienenauflage kann eine Schwelle, beispielsweise eine Holz- oder Betonschwelle, oder ein Betonbett sein.An application for both threshold and concrete installation is easily possible. In other words, the rail support can be a sleeper, for example a wooden or concrete sleeper, or a concrete bed.

„Achsig“ (im Zusammenhang mit dem mehrachsigen Piezokraftmesssensor) kann dabei meinen, dass der Piezokraftmesssensor die Kraft in Richtung einer bzw. der einen Achse (Achs- bzw. Raumrichtung) misst. „Zweiachsig“ bzw. „dreiachsig“ kann so dann meinen, dass der mehrachsige, insbesondere dreiachsige, Piezokraftmesssensor in der Lage ist, gleichzeitig Kräfte in zwei, insbesondere drei, Achsrichtungen bzw. Raumrichtungen zu messen."Axial" (in connection with the multi-axis piezo force measurement sensor) can mean that the piezo force measurement sensor measures the force in the direction of one or the one axis (axis or Direction). “Two-axis” or “three-axis” can then mean that the multi-axis, in particular three-axis, piezo force measurement sensor is able to measure forces in two, in particular three, axis directions or spatial directions at the same time.

So kann - insbesondere wenn der mehrachsige Piezokraftmesssensor ein dreiachsiger Piezokraftmesssensor ist - dieser dreiachsige Piezokraftmesssensor gleichzeitig die Kräfte in (allen) drei Achsrichtungen (eines kartesischen Koordinatensystems) bzw. Raumrichtungen (eines geodätischen 3D-Raumsystems) messen.So - especially if the multi-axis piezo force measurement sensor is a three-axis piezo force measurement sensor - this three-axis piezo force measurement sensor can simultaneously measure the forces in (all) three axis directions (a Cartesian coordinate system) or spatial directions (a geodetic 3D space system).

Entsprechend der Ausrichtung des (jeweiligen) Piezokraftmesssensors bzw. der (Mess-)Achsen des Piezokraftmesssensors bezüglich (der Schiene) kann so der Piezokraftmesssensor - auf einfache Weise - Kräfte vertikal, lateral- und/oder longitudinal zur Schiene messen.Depending on the orientation of the (respective) piezo force measuring sensor or the (measuring) axes of the piezo force measuring sensor with respect to (the rail), the piezo force measuring sensor can - in a simple manner - measure forces vertically, laterally and / or longitudinally to the rail.

Kurz, die bei dem Messsystem vorgesehenen mindestens zwei, mehr-, insbesondere dreiachsigen, Piezokraftmesssensoren können Kräfte „auf“ (Aufstandskraft), „quer“ (Seiten-/Querkraft) und/oder „längs“ (Längskraft) der Schiene messen.In short, the at least two, multi-, in particular triaxial, piezo force measuring sensors provided in the measuring system can measure forces “on” (contact force), “transversely” (lateral / lateral force) and / or “longitudinally” (longitudinal force) of the rail.

D. h., sollen so beispielsweise auch Seiten- bzw. Querkräfte auf die Schiene gemessen werden, so ist es zweckmäßig, den oder die mindestens zwei mehrachsigen Piezokraftmesssensoren - mit einer seiner Messachsen/Messrichtungen - entsprechend dieser Querkraftrichtung auszurichten bzw. ausgerichtet anzubringen. Insbesondere Kurvenquerkräfte (d. h., hier ist die Schiene ein Schienenbogen) können so auch gemessen werden.In other words, if, for example, lateral or transverse forces on the rail are to be measured, it is advisable to align the at least two multi-axis piezo force measuring sensors with one of its measuring axes / measuring directions in accordance with this transverse force direction. In particular, curve shear forces (i.e. the rail is a rail arch here) can also be measured in this way.

Wird beispielsweise der mehrachsige Piezokraftmesssensor - im Fall als zweiachsiger Piezokraftmesssensor - mit seinen zwei Achsen vertikal und lateral zu der Schiene ausgerichtet, kann dieser Aufstandskräfte und Seiten- bzw. Querkräfte auf die Schiene auf einfache und direkte/unmittelbare Weise messen. If, for example, the multi-axis piezo force measurement sensor - in the case of a two-axis piezo force measurement sensor - is aligned with its two axes vertically and laterally to the rail, it can measure contact forces and lateral or lateral forces on the rail in a simple and direct / immediate manner.

Zweckmäßigerweise wird der mehrachsige Piezokraftmesssensor - im Fall als dreiachsiger Piezokraftmesssensor - mit seinen drei Achsen vertikal, lateral und longitudinal zu der Schiene ausgerichtet, kann dieser Aufstandskräfte, Seiten- bzw. Querkräfte und Längskräfte auf die Schiene auf einfache und direkte/unmittelbare Weise messen.Appropriately, the multi-axis piezo force measurement sensor - in the case of a three-axis piezo force measurement sensor - is aligned with its three axes vertically, laterally and longitudinally to the rail, this can measure contact forces, lateral or transverse forces and longitudinal forces on the rail in a simple and direct / immediate manner.

Bei dem Messsystem erweist sich von besonderem Vorteil, dass es sich realisieren lässt, ohne Notwendigkeit signifikant in vorhandene bauliche Gegebenheiten (bei Gleis bzw. Schiene) eingreifen zu müssen und ohne die Schiene verändern zu müssen. Das Messsystem eignet sich so insbesondere dadurch auch für Green- und Brownfield Applikationen.A particular advantage of the measuring system is that it can be implemented without having to intervene significantly in existing structural conditions (in the case of tracks or rails) and without having to change the rail. This makes the measuring system particularly suitable for green and brownfield applications.

Je nach (weitergehender) Art der Piezokraftmesssensoren - über deren Mehrachsigkeit bei der Kraftmessung hinaus, beispielsweise als 6-Komponenten-Kraft-/ Momentenmesssensoren - ist auch neben der (mehrachsigen) Kraftmessung auch die Messung von (mehrachsigen) Momenten, insbesondere von Momenten in allen (drei) Raumrichtungen möglich. Eine vollständige Beschreibung des Belastungs-/Beanspruchungszustands am Messort bzw. an der Schiene wird möglich.Depending on the (more extensive) type of piezo force measurement sensors - in addition to their multi-axis force measurement, for example as 6-component force / torque measurement sensors - in addition to (multi-axis) force measurement, the measurement of (multi-axis) moments, especially moments in all, is also required (three) spatial directions possible. A complete description of the load / stress condition at the measuring location or on the rail is possible.

Zweckmäßig, weil konstruktiv besonders einfach, ist es, wenn die kraftschlüssig, zumindest zwei zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordneten mehrachsigen Piezokraftmesssensoren die Schiene an der Unterseite des Schienenfußes der Schiene und/oder die Schienenauflage an einer Oberseite der Schienenauflage berühren.It is expedient, because it is particularly simple in terms of construction, if the non-positive, at least two multi-axis piezo force measurement sensors arranged between the rail and the rail support touch the rail on the underside of the rail foot of the rail and / or the rail support on an upper side of the rail support.

So kann hier beispielsweise vorgesehen sein, eine - bei bisherigen Schiene-Schienenauflage-Befestigungssystemen zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordnete - Platte, wie eine Pandrol-/Rippenplatte, durch das Messsystem zu ersetzen (einfache „Nachrüstung“ bei bestehenden Gleisanlagen).For example, it can be provided here to replace a plate, such as a Pandrol / ribbed plate, which was arranged between the rail and the rail support in previous rail-to-rail fastening systems (simple “retrofitting” in existing track systems).

D. h., im Bauraum einer solchen Pandrol-/Rippenplatte unter der Schiene wird das Messsystem platziert - und kann mit Befestigungselementen bzw. mit den vorhandenen (oder geringfügig angepassten) Pandrol-Befestigungselementen vorgespannt werden.This means that the measuring system is placed in the installation space of such a Pandrol / ribbed plate under the rail - and can be pre-tensioned with fastening elements or with the existing (or slightly adapted) Pandrol fastening elements.

Anders ausgedrückt, es kann zweckmäßig sein, wenn die Schiene unter Verwendung einer Befestigung, insbesondere einer Pandrol-Befestigung, gegen die Schienenauflage verspannt ist, wodurch so das Messsystem vorspannbar ist bzw. vorgespannt wird.In other words, it can be expedient if the rail is braced against the rail support using a fastening, in particular a Pandrol fastening, as a result of which the measuring system can thus be preloaded or preloaded.

Zweckmäßig ist es auch, wenn - zum Schutz des Messsystems bzw. der Piezokraftmesssensoren gegen äußere Einflussfaktoren, wie Wasser (Dichtheit), Schmutz, (andere) mechanische Belastungen u. Ä., - die mehrachsigen Piezokraftmesssensoren in einem, insbesondere elastischen, Vergusskörper, beispielsweise eine (Mess-)Platte oder (Mess-)Matte, insbesondere dann aus einem Gießharz und/oder eine (PU-)Vergussmasse, angeordnet, insbesondere vergossen, sind.It is also useful if - to protect the measuring system or the piezo force measuring sensors against external factors such as water (tightness), dirt, (other) mechanical loads and the like. The multi-axis piezo force measuring sensors are arranged, in particular cast, in a, in particular elastic, casting body, for example a (measuring) plate or (measuring) mat, in particular then made of a casting resin and / or a (PU) casting compound ,

Der, insbesondere elastische, Vergusskörper kann den bzw. die Piezokraftmesssensoren teilweise, beispielsweise (nur) seitlich oder seitlich und oben oder unten, oder vollständig umschließen.The, in particular elastic, casting body can partially or completely enclose the piezo force measurement sensor (s), for example (only) laterally or laterally and above or below.

Dieser, insbesondere elastische, Vergusskörper kann dann - wie die Pandrol-Rippenplatte - zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordnet werden bzw. sein (vgl. einfache „Nachrüstung“). This, in particular elastic, casting body can then, like the Pandrol ribbed plate, be arranged or be between the rail and the rail support (cf. simple “retrofitting”).

Auch elektrische Anschlüsse bei dem Messsystem, insbesondere bei den Piezokraftmesssensoren, können in den, insbesondere elastischen, Vergusskörper integriert werden bzw. sein.Electrical connections in the measuring system, in particular in the piezo force measuring sensors, can also be integrated into the, in particular elastic, casting body.

Durch den Vergusskörper bzw. das Vergießen wird neben dem Schutz und der Dichtigkeit des Messsystems bzw. der Piezokraftmesssensoren gleichzeitig der Bau- bzw. Hohlraum zwischen der Schiene und der Schienenauflage verschlossen, sodass sich keine Fremdkörper, wie Schüttgut, in diesem Bereich verklemmen können, was sonst zu fehlerhaften Messungen führen könnte.In addition to the protection and the tightness of the measuring system or the piezo force measuring sensors, the potting body or the potting also simultaneously closes the construction or cavity between the rail and the rail support, so that no foreign objects, such as bulk material, can become jammed in this area, what otherwise could lead to incorrect measurements.

Um die Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit bei dem Messsystem zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, wenn mehr als zwei, d. h. drei oder mehr als drei, von den Piezokraftmesssensoren verwendet werden.In order to increase the reliability and / or accuracy in the measuring system, it may be expedient if more than two, i.e. H. three or more than three are used by the piezo force measuring sensors.

Werden beispielsweise mehr als zwei von den Piezokraftmesssensoren in einer ungeraden Anzahl bei dem Messsystem verwendet, so ist es zweckmäßig, dass einer der Piezokraftmesssensoren in etwa in der Mittellängsebene der Schiene angeordnet ist.If, for example, more than two of the piezo force measuring sensors are used in an odd number in the measuring system, it is expedient that one of the piezo force measuring sensors is arranged approximately in the central longitudinal plane of the rail.

Dieser Piezokraftmesssensor kann zweckmäßigerweise (auch) in etwa in der Mittellängsebene des, insbesondere elastischen, Vergusskörpers, in dem, insbesondere elastischen, Vergusskörper angeordnet sein.This piezo force measuring sensor can expediently (also) be arranged approximately in the central longitudinal plane of the, in particular elastic, casting body, in the, in particular elastic, casting body.

Auch kann vorgesehen sein, dass genau zwei oder genau vier (oder noch mehr in geradzahliger Anzahl) von den Piezokraftmesssensoren verwendet werden, welche im Wesentlichen symmetrisch, insbesondere paarweise symmetrisch, zu der Mittellängsebene der Schiene angeordnet sind.It can also be provided that exactly two or exactly four (or even more in an even number) are used by the piezo force measuring sensors, which are arranged essentially symmetrically, in particular symmetrically in pairs, to the central longitudinal plane of the rail.

Diese Piezokraftmesssensoren können zweckmäßigerweise (auch) symmetrisch, insbesondere paarweise symmetrisch, zu der Mittellängsebene des, insbesondere elastischen, Vergusskörpers, in dem, insbesondere elastischen, Vergusskörper angeordnet sein.These piezo force measurement sensors can expediently (also) be arranged symmetrically, in particular symmetrically in pairs, to the central longitudinal plane of the, in particular elastic, casting body, in the, in particular elastic, casting body.

Weiterbildend kann auch vorgesehen sein, dass zumindest einseitig, insbesondere beiderseits, der Schiene im Bereich der zumindest zwei zwischen der Schiene und der Schienenauflage angeordneten, mehrachsigen Piezokraftmesssensoren ein bzw. jeweils ein Seitenbegrenzungselement angeordnet ist, wobei das bzw. die Seitenbegrenzungselemente mit Spiel zu der Schiene angeordnet ist bzw. sind.In a further development it can also be provided that at least on one side, in particular on both sides, of the rail in the region of the at least two multi-axis piezo force measuring sensors arranged between the rail and the rail support, one or respectively one side limiting element is arranged, the side limiting element or elements with play relative to the rail is or are arranged.

Vereinfacht ausgedrückt, ist ein Spiel zwischen einem solchen Seitenbegrenzungselement und der Schiene vorgesehen, so kann der Kraftfluss - ohne „Nebenfluss“ bzw. Fehler - über den bzw. Piezokraftmesssensor/-en fließen. Andererseits - ist eine (Quer-)Belastung auf die Schiene so groß, dass sich diese derart verformt und/oder verschiebt, dass die Schiene an dem Seitenbegrenzungselement zum Anschlag kommt, - kann dann dieses Seitenbegrenzungselement die Schiene und/oder das Messsystem vor (weitergehenden) Beschädigungen oder gar Zerstörung schützen.In simple terms, if there is play between such a side limiting element and the rail, the force flow can flow via the piezo force measurement sensor (s) without “secondary flow” or error. On the other hand - a (transverse) load on the rail is so great that it deforms and / or shifts in such a way that the rail comes to a stop on the side delimitation element - this side delimitation element can then advance the rail and / or the measuring system (further ) Protect damage or even destruction.

Weiterhin kann auch eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, welche derart eingerichtet ist, dass unter Verwendung der von den mehrachsigen Piezokraftmesssensoren gelieferten Kraftsignalen eine von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübte Belastung, insbesondere eine von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübte Querkraft, beispielsweise eine Quer- und Aufstandskraft, ermittelbar ist.Furthermore, an evaluation unit can also be provided, which is set up in such a way that, using the force signals supplied by the multi-axis piezo force measuring sensors, a load exerted by a rail vehicle on the rail, in particular a lateral force exerted by the rail vehicle on the rail, for example a lateral and contact force , can be determined.

Dabei könne die Kraftsignale kabelgebunden oder auch drahtlos an die Auswerteeinheit übertragen werden. Die Auswerteeinheit kann in einer Leitwarte/-stand und/oder Kontrollzentrum/-raum angeordnet sein.The force signals can be wired or wirelessly transmitted to the evaluation unit. The evaluation unit can be arranged in a control room / control room and / or control center / room.

Zweckmäßigerweise kann, insbesondere mittels der Auswerteeinheit (oder entsprechender Systeme) aus der Belastung eine Überwachungsinformation für das Schienenfahrzeug, beispielsweise ein Radschaden an dem Schienenfahrzeug, oder auch für die Schiene berechnet werden.Expediently, in particular by means of the evaluation unit (or corresponding systems), monitoring information for the rail vehicle, for example wheel damage to the rail vehicle, or also for the rail can be calculated from the load.

Eine andere solche Überwachungsinformation kann beispielsweise eine Rad-, Radsatz- oder Schienenfahrzeuglast oder auch eine Lastverteilung an einem Schienenfahrzeug sein.Another such monitoring information can be, for example, a wheel, wheelset or rail vehicle load or a load distribution on a rail vehicle.

Vorzugsweise beschreibt die Überwachungsinformation eine Imperfektion des Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Rades, eines Radlagers oder eines Radsatzes des Schienenfahrzeugs, oder auch der Schiene und/oder ist die Überwachungsinformation eine Last- oder Gewichtsinformation des Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Rades oder Radsatzes des Schienenfahrzeugs, und/oder eine Schieneninformation.The monitoring information preferably describes an imperfection of the rail vehicle, in particular a wheel, a wheel bearing or a wheel set of the rail vehicle, or also the rail and / or the monitoring information is load or weight information of the rail vehicle, in particular a wheel or wheel set of the rail vehicle, and / or a rail information.

Dabei kann unter einer Imperfektion insbesondere eine Abweichung (eines Bauteils) von einem vorgegebenen Zustand bzw. Normzustandes (des Bauteils) verstanden werden. Ein Radschaden an einem Rad eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise in Form bzw. ausgedrückt (bzw. ermittelt) durch eine Radiusabweichung, wäre beispielsweise so eine Imperfektion - eines Schienenfahrzeugrades.In this case, imperfection can in particular be understood to mean a deviation (of a component) from a predetermined state or standard state (of the component). A wheel damage to a wheel of a rail vehicle, for example in the form or expressed (or determined) by a Radius deviation, for example, would be an imperfection - a rail vehicle wheel.

Die Überwachungsinformation kann dann zu einer Rad-Diagnose, Waggonerkennung, Streckenlastkontrolle oder auch Beladungsregelung verwendet werden.The monitoring information can then be used for wheel diagnosis, wagon detection, line load control or loading control.

Auch anders ausgedrückt, das Messsystem kann - insbesondere im Rahmen eines Überwachungssystems bzw. einer (Schienenverkehrs-)Überwachung - eingesetzt werden zu einer Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübten Belastung, insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübten Aufstands- und Querkraft.In other words, the measuring system can be used - in particular as part of a monitoring system or (rail traffic) monitoring - to determine a load exerted by a rail vehicle on the rail, in particular a contact force and lateral force exerted by the rail vehicle on the rail ,

Aus den Belastungen kann dann eine Überwachungsinformation ermittelt werden, welche wiederum für eine Rad-Diagnose, Waggonerkennung, Streckenlastkontrolle oder auch Beladungsregelung verwendet werden kann.Monitoring information can then be determined from the loads, which in turn can be used for wheel diagnosis, wagon detection, line load control or loading control.

Anders ausgedrückt, das Messsystem kann eingesetzt werden zu einer Zustandsüberwachung eines Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Rad- oder Radreifenzustands des Schienenfahrzeugs, oder einer Schiene bzw. Gleises. Diese Zustandsüberwachung erfolgt dann unter Verwendung der mittels des Messsystems ermittelten von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübten Belastung, insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene ausgeübte Querkraft bzw. Aufstands- und Querkraft.In other words, the measuring system can be used to monitor the condition of a rail vehicle, in particular a wheel or tire condition of the rail vehicle, or a rail or track. This condition monitoring is then carried out using the load exerted by the rail vehicle on the rail, determined in particular by means of the measuring system, in particular a lateral force exerted on the rail by the rail vehicle or contact force and lateral force.

Bei der Messsystemgruppe sind zumindest zwei von den Messsystemen vorgesehen, wobei die Messsysteme jeweils in einem vorgebbaren Längsabstand in Schienenlängsrichtung zueinander („hintereinander“) angeordnet sind.At least two of the measuring systems are provided in the measuring system group, the measuring systems each being arranged at a predefinable longitudinal distance in the longitudinal direction of the rails from one another (“one behind the other”).

Dieser Längsabstand kann an einen Schienenauflageabstand, beispielsweise einen Schwellenabstand angepasst sein bzw. zweckmäßigerweise mit diesem korrelieren. D. h., an zwei oder drei oder mehr (in Schienenlängsrichtung) aufeinanderfolgenden Schwellen ist jeweils das Messsystem platziert.This longitudinal distance can be adapted to a rail support distance, for example a threshold distance, or can suitably correlate with this. In other words, the measuring system is placed on two or three or more consecutive sleepers (in the longitudinal direction of the rail).

Beispielsweise kann ein solcher Längsabstand ca. 2 m bis 4 m sein.For example, such a longitudinal distance can be approximately 2 m to 4 m.

Sieht ein Gleis zwei (im Spurweiten-Abstand) parallele Schienen vor, so kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest zwei von den Messsystemen auch - quer zur Schienenlängsrichtung - nebeneinander, in etwa auf gleicher Höhe bei den zwei parallel verlaufenden Schienen des Gleises angeordnet sind.If a track provides two parallel rails (at a track gauge distance), it can also be provided that the at least two of the measuring systems are also arranged next to one another, approximately at right angles to the longitudinal direction of the rails, at approximately the same height for the two parallel rails of the track ,

Wird eine Vielzahl von den Messsystemen verbaut, so können diese mehrfach nebeneinander und hintereinander platziert sein.If a large number of the measuring systems are installed, they can be placed several times next to and behind one another.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Messsystem und der erfindungsgemäßen Messsystemgruppe kombinierbar.The description given to date of advantageous embodiments of the invention contains numerous features, some of which are summarized in the individual subclaims. However, these features can expediently also be considered individually and combined into useful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the measuring system according to the invention and the measuring system group according to the invention.

Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein“ bzw. „eine“ nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmte Artikel zu verstehen.Even if some terms are used in the singular or in connection with a number word in the description or in the patent claims, the scope of the invention for these terms should not be restricted to the singular or the respective number word. Furthermore, the words "a" or "one" are not to be understood as numerical words, but as indefinite articles.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit der bzw. den Zeichnungen/Figuren näher erläutert werden (gleiche Bauteile/Komponenten und Funktionen weisen in den Zeichnungen/Figuren gleiche Bezugszeichen auf). Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf darin angegebene Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.The above-described properties, features and advantages of the invention and the manner in which they are achieved can be more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments of the invention, which are explained in more detail in connection with the drawings or figures (same parts / components and functions have the same reference numerals in the drawings / figures). The exemplary embodiments serve to explain the invention and do not restrict the invention to combinations of features specified therein, not even with regard to functional features. In addition, suitable features of each exemplary embodiment can also be considered explicitly in isolation, removed from one exemplary embodiment, incorporated into another exemplary embodiment to supplement it, and combined with any of the claims.

Es zeigen:

  • 1 ein Messsystem zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß einer ersten Ausführung (Ansicht von oben),
  • 2 das Messsystem zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß der ersten Ausführung (Schnitt, Ansicht von vorne),
  • 3 einen Kräfteplan für das Messsystem zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß der ersten Ausführung,
  • 4a, b jeweils einen Teil von Messsystemen zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß verschiedener weiteren Ausführungen,
  • 5a, b jeweils einen Teil von Messsystemen zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß verschiedener weiteren Ausführungen,
  • 6 eine Messsystemgruppe aus insgesamt sechs Messsystemen zur Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene ausgeübten Belastung gemäß der ersten Ausführung bei einem Gleis.
Show it:
  • 1 a measuring system for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to a first embodiment (view from above),
  • 2 the measuring system for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to the first embodiment (section, view from the front),
  • 3 a force plan for the measuring system for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to the first embodiment,
  • 4a, b in each case a part of measuring systems for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to various other embodiments,
  • 5a, b in each case a part of measuring systems for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to various other embodiments,
  • 6 a measuring system group consisting of a total of six measuring systems for determining a load exerted by a rail vehicle on a rail according to the first embodiment on a track.

Messsystem 2 zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene 4 ausgeübten Belastung 40Measuring system 2 for determining a load 40 exerted by a rail vehicle on a rail 4

1 und 2 zeigen - für eine erste Ausführung - (in zwei Ansichten) ein Messsystem 2 zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) auf eine Schiene 4 ausgeübten Belastung 40. 1 and 2 show - for a first version - (in two views) a measuring system 2 for determining one from a rail vehicle (not shown) on a rail 4 exerted load 40 ,

Das Schienenfahrzeug kann beispielsweise ein - die Schiene 4 überfahrener - Triebwagen oder ein Personen- oder Güterwagen sein.For example, the rail vehicle can be one - the rail 4 run over - railcar or a passenger or freight wagon.

Das Messsystem 2 weist die Schiene 4, hier beispielsweise eine Eisenbahnschiene 4 (eines aus zwei in einem Spurabstand nebeneinander angeordneten Schienen 4 bestehenden Gleises 36), sowie eine Schienenauflage 6, hier beispielsweise eine Schwelle 6 auf.The measuring system 2 points the track 4 , here for example a railroad track 4 (one of two rails arranged side by side at a track spacing 4 existing track 36 ), as well as a rail support 6 , here for example a threshold 6 on.

Die Schiene 4 ist mittels einer Befestigung 20 auf der Schienenauflage 6 befestigt.The rail 4 is by means of an attachment 20 on the rail support 6 attached.

Die Schiene 4 weist, wie insbesondere 2 zeigt, einen (im Querschnitt) breiten, flachen Schienenfuß 12, einen senkrecht darauf stehenden (im Querschnitt) schmalen Schienensteg 42 sowie einen an einem oberen Ende des Schienenstegs 42 angeordneten (im Querschnitt) verdickten Schienenkopf 44 auf.The rail 4 points out how in particular 2 shows a (in cross section) wide, flat rail foot 12 , a narrow rail web standing perpendicular to it (in cross section) 42 and one at an upper end of the rail web 42 arranged (in cross section) thickened rail head 44 on.

Der Schienenfuß 12, der Schienensteg 42 und der Schienenkopf 44 sind einstückig ausgebildet.The rail foot 12 , the rail web 42 and the rail head 44 are formed in one piece.

Die Schiene 4 ist, wie die FIGen 1 und 2 andeuten, eine (in Schienenlängsrichtung 32) gerade Schiene 4; die Schiene 4 kann aber auch ein Schienenbogen (d. h., eine Schiene 4, welche in ihrer Längsrichtung 32 gebogen ist) sein (nicht dargestellt).The rail 4 is, as indicated in FIGS. 1 and 2, a (in the longitudinal direction of the rail 32 ) straight rail 4 ; the rail 4 can also be a rail arch (ie, a rail 4 which in their longitudinal direction 32 is bent) (not shown).

An dem Schienenkopf 44 ist, wie 2 verdeutlicht, wiederum die Laufbahn 46 für Räder des Schienenfahrzeugs (nicht dargestellt) ausbildet. Hier kontaktiert das Schienenfahrzeug die Schiene 4, wobei am Kontaktpunkt 48 (vgl. auch 3 (Kräfteplan), außermittiger Kontaktpunkt 48) die von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene 4 ausgeübte Belastung 40, d. h. Vertikal-/Aufstandskräfte 38, Lateralkräfte 34 (bzw. Seiten-/Querkräfte 34) und Longitudinalkräfte 32 (bezüglich eines schienenfesten (Koordinaten-)Systems 52 - vgl. 3), auf die Schiene 4 übertragen bzw. in die Schiene 4 eingeleitet wird.On the rail head 44 is like 2 clarifies again the career 46 trained for wheels of the rail vehicle (not shown). Here the rail vehicle contacts the rail 4 , being at the contact point 48 (see also 3 (Force plan), off-center contact point 48 ) from the rail vehicle to the rail 4 exerted load 40 , ie vertical / riot forces 38 , Lateral forces 34 (or lateral / lateral forces 34 ) and longitudinal forces 32 (with regard to a rail-fixed (coordinate) system 52 - see. 3 ), on the rail 4 transferred or in the rail 4 is initiated.

Weiter weist das Messsystem 2, wie die FIGen 1 und 2 verdeutlichen, eine flächige elastische Messplatte 18 aus Gießharz auf, in welcher zwei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b - symmetrisch zur Messplattenmittellängsebene 56 - derart eingegossen sind, dass die flächige elastische Messplatte 18 die zwei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b (nur) seitlich umschließt (Oberseite 60 und Unterseite 58 der zwei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b sind nicht von der Vergussmasse bedeckt).The measuring system also points 2 , as shown in FIGS. 1 and 2, a flat elastic measuring plate 18 made of casting resin, in which two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b - symmetrical to the middle plane of the measuring plate 56 - Are cast in such a way that the flat elastic measuring plate 18 the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b (only) encloses on the side (top) 60 and bottom 58 of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b are not covered by the sealing compound).

Die die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b aufnehmende flächige elastische Messplatte 18 ist, wie die FIGen 1 und 2 zeigen, im Bauraum zwischen der Schiene 4 und der Schienenauflage 6 bzw. Schwelle 6, d. h. unter der Schiene 4 und oberhalb der Schienenauflage 6 bzw. Schwelle 6, verbaut - und mittels der Befestigung 20 (mit Spannklemme), d. h., in diesem Fall eine Pandrol-Befestigung 20, verspannt/vorgespannt -, sodass die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b (d. h. deren Ober- und Unterseiten) jeweils die Schiene 4, d. h. deren Schienenfuß 12, an deren/dessen Unterseite 14 und die Schienenauflage 6, d. h. die Schwelle 6, an deren Oberseite 16, kraftschlüssig beiderseits der Mittellängsebene 10 der Schiene 4 kontaktieren.The two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b receiving flat elastic measuring plate 18 is, as Figures 1 and 2 show, in the space between the rail 4 and the rail support 6 or threshold 6 , ie under the rail 4 and above the rail support 6 or threshold 6 , installed - and by means of the attachment 20 (with tension clamp), ie in this case a Pandrol attachment 20 , pre-tensioned / pre-tensioned - so that the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b (ie their top and bottom sides) each the rail 4 , ie their rail foot 12 , on their bottom 14 and the rail support 6 , ie the threshold 6 , at the top 16 , non-positively on both sides of the central longitudinal plane 10 the rail 4 to contact.

Kurz vereinfacht und anschaulich ausgedrückt, die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b sind - in diesem Fall symmetrisch - „links“ und „rechts“ der Schienenmitte 10 kraftschlüssig zwischen der Schiene 4 und der Schienenauflage 6 (vorgespannt) angeordnet/verbaut.In a nutshell, to put it simply, the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b are - in this case symmetrical - "left" and "right" of the middle of the rail 10 non-positive between the rail 4 and the rail support 6 (preloaded) arranged / installed.

Der Kraftfluss der (von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene 4 aufgebrachten) Belastung 40, d. h. Aufstandskräfte 38, Seiten-/Querkräfte 34 und Longitudinalkräfte 32 (vgl. FIGen 1 und 2), fließt - bei der kraftschlüssigen Anordnung der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b - von der Schiene 4 über die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b in die Schienenauflage 6 bzw. Schwelle 6 - und kann von den zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b in deren drei Achs- bzw. Raumrichtungen (38, 34, 32) (, welche ein kartesisches bzw. geodätisches Koordinatensystem 52 aufspannen (vgl. FIGen 1 bis 3),) gemessen werden.The flow of force (from the rail vehicle to the rail 4 applied) load 40 , ie riot forces 38 , Lateral / lateral forces 34 and longitudinal forces 32 (see FIGS. 1 and 2) flows - with the non-positive arrangement of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b - from the rail 4 via the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b in the rail support 6 or threshold 6 - and can from the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b in their three axes or spatial directions ( 38 . 34 . 32 ) (which is a Cartesian or geodetic coordinate system 52 span (see FIG. 1 to 3),) are measured.

Die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b - mit ihren drei Mess-/Achsrichtungen (38, 34, 32) - sind derart ausgerichtet bzw. ausgerichtet verbaut, dass deren drei Mess-/Achsrichtungen (38, 34, 32) den an der Schiene 4 zu messenden Kraftrichtungen 38, 34, 32, d. h. Aufstandskraft-/- richtung 38, Seiten-/Querkraft-/-richtung 34 und Longitudinalkraft-/-richtung 32, entsprechen. The two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b - with its three measuring / axis directions ( 38 . 34 . 32 ) - are aligned or installed in such a way that their three measurement / axis directions ( 38 . 34 . 32 ) the one on the rail 4 directions of force to be measured 38 . 34 . 32 , ie riot force / direction 38 , Lateral / lateral force - / - direction 34 and longitudinal force / direction 32 , correspond.

Kurz, die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b messen auf die Schiene 4 wirkende Aufstandskräfte 38, Quer-/Seitenkräfte 34 und Longitudinalkräfte 32. Noch kürzer und einfacher, die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b messen so Aufstandskräfte 38, Quer-/Seitenkräfte 34 und Longitudinalkräfte 32.In short, the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b measure on the rail 4 acting riot forces 38 , Lateral / lateral forces 34 and longitudinal forces 32 , The two three-axis piezo force measuring sensors are even shorter and simpler 8th . 8a . 8b measure riot forces 38 , Lateral / lateral forces 34 and longitudinal forces 32 ,

Auch die Verkabelung 50 bzw. die elektrischen Anschlüsse 50 der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b sind, wie die 1 verdeutlicht, mit in die flächige elastische Messplatte 18 vergossen.Even the wiring 50 or the electrical connections 50 of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b are like that 1 clarifies with the flat elastic measuring plate 18 shed.

Wie 1 auch verdeutlicht, wird die Verkabelung 50 der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b über einen Hohlraum 54 unter der Schiene 4 „nach außen“ - und weiter zu einer Auswerteeinheit 26, in diesem Fall einen Zentralrechner 26 in einer Leitstelle (nicht gezeigt), welche bzw. welcher die Messsignale der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b auswertet, geführt.How 1 the wiring is also made clear 50 of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b over a cavity 54 under the rail 4 "Outwards" - and on to an evaluation unit 26 , in this case a central computer 26 in a control center (not shown), which the measurement signals of the two three-axis piezo force measurement sensors 8th . 8a . 8b evaluates, led.

Wie die FIGen 1 und 2 auch zeigen, sind beiderseits der Schiene 4 - im Bereich der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b bzw. im Bereich der flächigen elastischen Messplatte 18 - zwei Seitenbegrenzungselemente 22 - jeweils mit Spiel 24, beispielsweise mehrere Millimeter, zu der Schiene 4 - angeordnet.As FIGS. 1 and 2 also show, the rail is on both sides 4 - in the area of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b or in the area of the flat elastic measuring plate 18 - two side delimiting elements 22 - each with game 24 , for example several millimeters, to the rail 4 - arranged.

Vereinfacht ausgedrückt, ist ein Spiel 24 zwischen dem Seitenbegrenzungselement 22 und der Schiene 4 vorgesehen, so kann der Kraftfluss - ohne „Nebenfluss“ bzw. Fehler - über zwei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b fließen. Andererseits - ist eine (Quer-)Belastung 34 auf die Schiene 4 so groß, dass sich diese derart verformt und/oder verschiebt, dass die Schiene 4 an das Seitenbegrenzungselement 22 zum Anschlag kommt, - kann dann dieses Seitenbegrenzungselement 22 die Schiene 4 und/oder das Messsystem 2 vor (weitergehenden) Beschädigungen oder gar Zerstörung schützen.Put simply, it's a game 24 between the page delimiter 22 and the rail 4 provided, the power flow - without "secondary flow" or error - via two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b flow. On the other hand - is a (cross) load 34 on the rail 4 so large that it deforms and / or shifts in such a way that the rail 4 to the side delimiter 22 comes to an end, - then this side delimitation element 22 the rail 4 and / or the measuring system 2 Protect against (further) damage or even destruction.

Der Zentralrechner 26 (in den FIGen 1 und 2 nur angedeutet) ist derart eingerichtet, dass unter Verwendung der von den zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b gelieferten Mess- bzw. Kraftsignalen die von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene 4 ausgeübte Belastung 40, d. h. die Aufstandskraft 38, die Quer-/Seitenkraft 34 und die Longitudinalkraft 32, ermittelbar ist.The central computer 26 (only indicated in FIGS. 1 and 2) is set up in such a way that using the two triaxial piezo force measurement sensors 8th . 8a . 8b delivered measuring or force signals from a rail vehicle to the rail 4 exerted load 40 , ie the riot 38 who have favourited Lateral / Lateral Force 34 and the longitudinal force 32 , can be determined.

Aus der ermittelten Belastung 40 bzw. den ermittelten (Aufstands-/Quer-/Longitudinal-)Kräften 38, 34, 32 kann der Zentralrechner 26 weiter auch eine Überwachungsinformation für das Schienenfahrzeug, beispielsweise ein Radschaden, eine Rad-, Radsatz- oder Schienenfahrzeuglast oder auch eine Lastverteilung an einem Schienenfahrzeug, oder auch für die Schiene berechnen.From the determined load 40 or the determined (riot / transverse / longitudinal) forces 38 . 34 . 32 the central computer can 26 furthermore also calculate monitoring information for the rail vehicle, for example a wheel damage, a wheel, wheelset or rail vehicle load or also a load distribution on a rail vehicle, or also for the rail.

Die Überwachungsinformation kann dann von dem Zentralrechner 26 zu einer Rad-Diagnose, Waggonerkennung, Streckenlastkontrolle oder auch Beladungsregelung verwendet werden.The monitoring information can then from the central computer 26 used for wheel diagnosis, wagon detection, line load control or load control.

3 zeigt - für ein schematisch dargestelltes Messsystem 2 - einen Kräfteplan für das Messsystem 2, welcher als Basis für die Berechnung der von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene 4 ausgeübten Belastung 40, d. h. die Aufstandskraft 38, die Quer-/Seitenkraft 34 und die Longitudinalkraft 32, - aus den von den zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b gelieferten Mess- bzw. Kraftwerten - dient. 3 shows - for a schematically represented measuring system 2 - a force plan for the measuring system 2 , which is the basis for the calculation of a rail vehicle onto the rail 4 exerted load 40 , ie the riot 38 who have favourited Lateral / Lateral Force 34 and the longitudinal force 32 , - from the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b delivered measured or force values - serves.

An der Schiene 4 bzw. dessen Schienenkopf 44 bzw. dessen Laufbahn 46 greift - außermittig (Abstand „a“, vgl. 3) und mit vertikalem Abstand „c“ zur flächigen elastischen Messplatte 18 (bzw. den zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b) (Abstand „c“, vgl. 3) - die von einem Schienenfahrzeug (am Kontaktpunkt 48 (Ziffer „1“)) auf die Schiene 4 ausgeübte Belastung 40, d. h. die Aufstandskraft 38 (FZ1 ), die Quer-/Seitenkraft 34 (FY1 ) und die Longitudinalkraft 32 (FX1 ), an, fließen über die Schiene 4 und werden von den zwei - mit jeweils Abstand „b“ zur Schienenmittellängsebene 10 bzw. Schienenmitte 10 (Abstand „b“, vgl. 3) angeordneten - dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b - als Messwerte (FX2 , FY2 , FZ2 (für den ersten der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a (Ziffer „2“)) und FX3 , FY3 , FZ3) (für den zweiten der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8b (Ziffer „3“)) - aufgenommen.On the rail 4 or its rail head 44 or his career 46 grips - off-center (distance " a ", see. 3 ) and with a vertical distance " c “To the flat elastic measuring plate 18 (or the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b) (Distance " c ", see. 3 ) - by a rail vehicle (at the contact point 48 (Digit " 1 “)) On the rail 4 exerted load 40 , ie the riot 38 ( F Z1 ), the lateral / lateral force 34 ( F Y1 ) and the longitudinal force 32 ( F X1 ), on, flow over the rail 4 and are from the two - with a distance " b “To the central rail plane 10 or middle of the rail 10 (Distance "b ", see. 3 ) arranged - three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b - as measured values ( F X2 . F Y2 . F Z2 (for the first of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a (Digit " 2 ")) and F X3 . F Y3 . F Z3) (for the second of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8b (Digit " 3 “)) - added.

Die Kräfteberechnung der auf die Schiene 4 (am Kontaktpunkt 48) ausgeübten Belastung 40, d. h. die Aufstandskraft 38, die Quer-/Seitenkraft 34 und die Longitudinalkraft 32, erfolgt, wie die FIGen 1 bis 3 verdeutlichen, in dem geodätischen kartesischen (schienen-festen) Koordinatensystem 52 (x-Achse entspricht Longitudinalrichtung 32, y-Achse entspricht Quer-/Seitenrichtung 34, z-Achse entspricht Vertikalrichtung 38) nach folgenden Beziehungen:

  • Kräftegleichwicht: 0 = F Z1 + F Z2 + F Z3
    Figure DE102018119247A1_0001
    0 = F Y1 + F Y2 F Y3
    Figure DE102018119247A1_0002
    0 = F X1 + F X2 + F X3
    Figure DE102018119247A1_0003

Aus (1) Fz1 = Fz2 + Fz3 (Aufstandskraft 38)
Aus (2) Fy1 = Fy2 + Fy3 (Quer-/Seitenkraft 34)
Aus (3) Fx1 = Fx2 + Fx3 (Longitudinalkraft 32).The calculation of forces on the rail 4 (at the contact point 48 ) exercise 40 , ie the riot 38 who have favourited Lateral / Lateral Force 34 and the longitudinal force 32 , as shown in FIGS. 1 to 3, takes place in the geodesic Cartesian (rail-fixed) coordinate system 52 (x-axis corresponds to the longitudinal direction 32 , y-axis corresponds to the transverse / lateral direction 34 , z-axis corresponds to the vertical direction 38 ) according to the following relationships:
  • Power Balance Wicht: 0 = - F Z1 + F Z2 + F Z3
    Figure DE102018119247A1_0001
    0 = - F Y1 + F Y2 - F Y3
    Figure DE102018119247A1_0002
    0 = F X1 + F X2 + F X3
    Figure DE102018119247A1_0003

From (1) F z1 = F z2 + F z3 (contact force 38)
From (2) F y1 = F y2 + F y3 (lateral / lateral force 34)
From (3) F x1 = F x2 + F x3 (longitudinal force 32).

Ergänzend seien noch die Momentengleichgewichte (um die zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b ((Ziffer „2“) für den ersten der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a; (Ziffer „3“) für den zweiten der zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8b) angegeben:

  • Momentengleichgewicht um (2): 0 = F Z1 * ( a + b ) + F Y1 * c + F Z3 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0004
    0 = F X1 * ( a + b ) + F Z3 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0005
    0 = F X1 * c
    Figure DE102018119247A1_0006
  • Momentengleichgewicht um (3) 0 = F Z1 * ( b a ) + F Y1 * c F Z2 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0007
    0 = F X1 * ( b a ) F X2 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0008
    0 = F X1 *c
    Figure DE102018119247A1_0009
In addition, there are the moment equilibria (around the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b ((Digit " 2 “) For the first of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a ; (Digit " 3 “) For the second of the two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8b ) specified:
  • Moment balance around ( 2 ): 0 = - F Z1 * ( a + b ) + F Y1 * c + F Z3 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0004
    0 = F X1 * ( a + b ) + F Z3 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0005
    0 = F X1 * c
    Figure DE102018119247A1_0006
  • Moment balance around ( 3 ) 0 = F Z1 * ( b - a ) + F Y1 * c - F Z2 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0007
    0 = F X1 * ( b - a ) - F X2 * 2 * b
    Figure DE102018119247A1_0008
    0 = - F X1 * c
    Figure DE102018119247A1_0009

6 zeigt eine Messsystemgruppe 28 mit - in diesem Fall - von insgesamt sechs von den Messsystemen 2. 6 shows a measurement system group 28 with - in this case - from a total of six of the measuring systems 2 ,

Diese sechs Messsysteme 2 sind, wie 6 verdeutlicht, paarweise (quer 34 zur Längsrichtung 32 der Schiene 4) nebeneinander in bzw. mit drei - in Schienenlängsrichtung 32 in jeweils einem Schwellen-/Längsabstand 30 von ca. 3 m - aufeinanderfolgenden Schwellen 6 unter den dort parallel verlaufenden Schienen 4 eines Gleises 36 (wie beschrieben) verbaut.These six measuring systems 2 are like 6 clarified, in pairs (across 34 to the longitudinal direction 32 the rail 4 ) side by side in or with three - in the longitudinal direction of the rail 32 at a threshold / longitudinal distance 30 of approx. 3 m - successive sleepers 6 under the parallel rails there 4 of a track 36 (as described) installed.

Alle Messsysteme 2 bzw. deren jeweils zwei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b sind (über die Verkabelung 50) mit dem Zentralrechner 26 verbunden - und werden, wie beschrieben, dort ausgewertet.All measuring systems 2 or their two three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b are (via the wiring 50 ) with the central computer 26 connected - and are evaluated there as described.

4a, b zeigt jeweils die flächige elastische Messplatte 18 des Messsystems 2 mit variierter Anzahl und Platzierung der dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c, 8d. 4a, b shows the flat elastic measuring plate 18 of the measuring system 2 with a varied number and placement of the three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c . 8d ,

Wie 4a zeigt, sind - in diesem Fall - genau drei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c in der flächigen elastischen Messplatte 18 vergossen.How 4a shows, are - in this case - exactly three three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c in the flat elastic measuring plate 18 shed.

Zwei (8a, 8b) der drei dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c sind symmetrisch „links“ und „rechts“ der Messplattenmittelebene 56 (und dann auch im eingebauten Zustand der Mittellängsebene 10 der Schiene 4 bzw. der Schienenmitte 10) platziert; der dritte (8c) der drei dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c ist in etwa in der Messplattenmittelebene 56 (und dann auch im eingebauten Zustand in der Mittellängsebene 10 der Schiene 4 bzw. in der Schienenmitte 10) platziert.Two ( 8a . 8b) of the three triaxial piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c are symmetrical "left" and "right" of the measuring plate center plane 56 (and then also when the central longitudinal plane is installed 10 the rail 4 or the middle of the rail 10 ) placed; the third ( 8c ) of the three three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c is roughly in the middle of the measuring plate 56 (and then also when installed in the central longitudinal plane 10 the rail 4 or in the middle of the rail 10 ) placed.

Wie 4b zeigt, sind - in diesem Fall - genau vier dreiachsige Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c, 8d in der flächigen elastischen Messplatte 18 vergossen.How 4b shows, are - in this case - exactly four three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c . 8d in the flat elastic measuring plate 18 shed.

Jeweils paarweise sind die genau vier dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c, 8d (paarweise) symmetrisch („links“ und „rechts“) der Messplattenmittelebene 56 (und dann auch im eingebauten Zustand der Mittellängsebene 10 der Schiene 4 bzw. der Schienenmitte 10) platziert.The four four-axis piezo force measuring sensors are in pairs 8th . 8a . 8b . 8c . 8d (in pairs) symmetrical ("left" and "right") of the measuring plate center plane 56 (and then also when the central longitudinal plane is installed 10 the rail 4 or the middle of the rail 10 ) placed.

5a, b zeigt jeweils die flächige elastische Messplatte 18 des Messsystems 2 (im Schnitt) mit einem von den dreiachsigen Piezokraftmesssensoren 8, 8a, 8b, 8c, 8d mit variiertem - durch das Vergießen hergestellten - Materialumschluß durch die flächige elastische Messplatte 18. 5a, b shows the flat elastic measuring plate 18 of the measuring system 2 (on average) with one of the three-axis piezo force measuring sensors 8th . 8a . 8b . 8c . 8d with varied material encapsulation - produced by casting - through the flat elastic measuring plate 18 ,

Wie 5a zeigt, ist - in diesem Fall - der dreiachsige Piezokraftmesssensor 8 derart in die flächige elastische Messplatte 18 eingegossen, sodass die flächige elastische Messplatte 18 diesen dreiachsigen Piezokraftmesssensor 8 sowohl seitlich als auch auf seiner Unterseite 58 umschließt.How 5a shows, is - in this case - the three-axis piezo force measuring sensor 8th like this in the flat elastic measuring plate 18 poured so that the flat elastic measuring plate 18 this three-axis piezo force measuring sensor 8th both on the side and on its underside 58 encloses.

Wie 5b zeigt, ist - in diesem Fall - der dreiachsige Piezokraftmesssensor 8 derart in die flächige elastische Messplatte 18 eingegossen, sodass die flächige elastische Messplatte 18 diesen dreiachsigen Piezokraftmesssensor 8 sowohl seitlich als auch auf seiner Unterseite 58 und auf seiner Oberseite 60 umschließt. D. h., in diesem Fall ist der dreiachsige Piezokraftmesssensor 8 vollständig von der flächigen elastischen Messplatte 18 umgeben/-schlossen.How 5b shows, is - in this case - the three-axis piezo force measuring sensor 8th like this in the flat elastic measuring plate 18 poured so that the flat elastic measuring plate 18 this three-axis piezo force measuring sensor 8th both on the side and on its underside 58 and on its top 60 encloses. That is, in this case, the three-axis piezo force measuring sensor 8th completely from the flat elastic measuring plate 18 surrounded / -schlossen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention is illustrated in more detail by the preferred exemplary embodiments and the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Messsystemmeasuring system
44
Schiene, Eisenbahnschiene, StraßenbahnschieneRail, railroad track, tram rail
66
Schienenauflage, Schwelle, BetonbettRail support, threshold, concrete bed
8, 8a, 8b, 8c, 8d8, 8a, 8b, 8c, 8d
mehrachsiger, insbesondere dreiachsiger, Piezokraftmesssensormulti-axis, in particular triaxial, piezo force measuring sensor
1010
(Schienen-)Mittellängsebene, Mittelebene, Schienenmitte (Rail) median longitudinal plane, median plane, rail center
1212
Schienenfußrail
1414
Unterseitebottom
1616
Oberseitetop
1818
(elastischer) Vergusskörper, Messplatte/-matte(elastic) potting body, measuring plate / mat
2020
Befestigung, Pandrol-Befestigung, Spannklemme Attachment, Pandrol attachment, tension clamp
2222
SeitenbegrenzungselementSide restriction element
2424
Spielgame
2626
Auswerteeinheit, ZentralrechnerEvaluation unit, central computer
2828
MesssystemgruppeMeasurement System Group
3030
Längsabstand, Schwellenabstand Longitudinal distance, threshold distance
3232
Schienenlängsrichtung, längs, longitudinal, Längs-/LongitudinalkraftRail longitudinal direction, longitudinal, longitudinal, longitudinal / longitudinal force
3434
quer, Querrichtung, Quer-/Seitenkraft, Lateralkrafttransverse, transverse direction, transverse / lateral force, lateral force
3636
Gleistrack
3838
vertikal, Vertikalrichtung, Vertikal-/Aufstandskraftvertical, vertical direction, vertical / riot force
4040
Belastung, Kräfte Load, forces
4242
Schienenstegrail web
4444
Schienenkopfrailhead
4646
Laufbahncareer
4848
Kontaktpunktcontact point
5050
Verkabelung, elektrischer Anschluss Wiring, electrical connection
5252
(schienenfestes/Inertial-)Koordinatensystem, kartesisches/geodätisches Koordinatensystem(Rail-fixed / inertial) coordinate system, Cartesian / geodetic coordinate system
5454
Hohlraumcavity
5656
(Messplatten-/Vergusskörper-)Mittellängsebene(SURVEY PLATE / Vergusskörper-) central longitudinal plane
5858
Unterseitebottom
6060
Oberseitetop

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2012/131683 A2 [0015, 0016]WO 2012/131683 A2 [0015, 0016]

Claims (11)

Messsystem (2) zum Ermitteln einer von einem Schienenfahrzeug auf eine Schiene (4) ausgeübten Belastung (40), insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübte Querkraft (34), mit - einer Schiene (4), - einer Schienenauflage (6), - zumindest zwei mehrachsigen, insbesondere dreiachsigen, Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d), wobei - die mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) kraftschlüssig, beiderseits einer Mittellängsebene (10) der Schiene (4) zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordnet sind.Measuring system (2) for determining a load (40) exerted by a rail vehicle on a rail (4), in particular a transverse force (34) exerted by the rail vehicle on the rail (4) - a rail (4), - a rail support (6), - At least two multi-axis, in particular triaxial, piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d), wherein - The multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) are non-positively arranged on both sides of a central longitudinal plane (10) of the rail (4) between the rail (4) and the rail support (6). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordnete mehrachsige Piezokraftmesssensor (8, 8a, 8b, 8c, 8d) die Schiene (4) an einer Unterseite (14) eines Schienenfußes (12) der Schiene (4) und/oder die Schienenauflage (6) an einer Oberseite (16) der Schienenauflage (6) berührt.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the multi-axis piezo force measuring sensor (8, 8a, 8b, 8c, 8d) arranged between the rail (4) and the rail support (6) has the rail (4) on an underside (14) a rail foot (12) of the rail (4) and / or the rail support (6) on an upper side (16) of the rail support (6). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) in einem elastischen Vergusskörper (18) angeordnet sind, wobei der Vergusskörper (18) zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordnet ist.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) are arranged in an elastic casting body (18), the casting body (18) between the rail (4 ) and the rail support (6) is arranged. Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (4) unter Verwendung einer Befestigung (20), insbesondere einer Pandrol-Befestigung (20), gegen die Schienenauflage (6) verspannt ist.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rail (4) is braced against the rail support (6) using a fastening (20), in particular a Pandrol fastening (20). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei, insbesondere drei oder mehr als drei, von den zumindest zwei zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordneten, mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) verwendet werden, wobei insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von den mehrachsigen Piezomesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) einer der mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) in etwa in der Mittellängsebene (10) der Schiene (4) angeordnet ist, und/oder genau zwei oder genau vier von den zumindest zwei zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordneten, mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) verwendet werden, welche im Wesentlichen symmetrisch zu der Mittelebene (10) der Schiene (4) angeordnet sind.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that more than two, in particular three or more than three, of the at least two, multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a) arranged between the rail (4) and the rail support (6) , 8b, 8c, 8d) are used, with one of the multi-axis piezo force measurement sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) being approximately the same, in particular in the case of an odd number of the multi-axis piezo measurement sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) The central longitudinal plane (10) of the rail (4) is arranged, and / or exactly two or exactly four of the at least two multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d) arranged between the rail (4) and the rail support (6) ) are used, which are arranged essentially symmetrically to the central plane (10) of the rail (4). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einseitig, insbesondere beiderseits, der Schiene (4) im Bereich der zumindest zwei zwischen der Schiene (4) und der Schienenauflage (6) angeordneten, mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) ein bzw. jeweils ein Seitenbegrenzungselement (22) angeordnet ist, wobei das bzw. die Seitenbegrenzungselement/-e (22) mit Spiel (24) zu der Schiene (4) angeordnet ist bzw. sind.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least on one side, in particular on both sides, of the rail (4) in the region of the at least two, multi-axis piezo force measuring sensors (8) arranged between the rail (4) and the rail support (6). 8a, 8b, 8c, 8d) one or respectively one side delimitation element (22) is arranged, the side delimitation element (s) (22) being or being arranged with play (24) relative to the rail (4). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (26), welche derart eingerichtet ist, dass unter Verwendung der von den mehrachsigen Piezokraftmesssensoren (8, 8a, 8b, 8c, 8d) gelieferten Kraftsignalen eine von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübte Belastung (40), insbesondere eine von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübte Querkraft (34), ermittelbar ist.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized by an evaluation unit (26), which is set up in such a way that, using the force signals supplied by the multi-axis piezo force measuring sensors (8, 8a, 8b, 8c, 8d), one from a rail vehicle the load (40) exerted on the rail (4), in particular a transverse force (34) exerted on the rail (4) by the rail vehicle, can be determined. Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenauflage (6) eine Schwelle (6) oder ein Betonbett (6) ist.Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rail support (6) is a threshold (6) or a concrete bed (6). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, eingesetzt zu einer Ermittlung einer von einem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübten Belastung (40), insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübte Querkraft (34) .Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, used to determine a load (40) exerted by a rail vehicle on the rail (4), in particular a transverse force (34) exerted by the rail vehicle on the rail (4). Messsystem (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, eingesetzt zu einer Zustandsüberwachung eines Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Rad- oder Radreifenzustands des Schienenfahrzeugs, unter Verwendung einer mittels des Messsystems (2) ermittelten von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübten Belastung (40), insbesondere einer von dem Schienenfahrzeug auf die Schiene (4) ausgeübte Querkraft (34).Measuring system (2) according to at least one of the preceding claims, used for condition monitoring of a rail vehicle, in particular a wheel or tire condition of the rail vehicle, using a load (40) determined by the rail vehicle on the rail (4) and determined by means of the measuring system (2) ), in particular a transverse force (34) exerted by the rail vehicle on the rail (4). Messsystemgruppe (28) aufweisend zumindest zwei von den Messsystemen (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messsysteme (2) in einem vorgebbaren Längsabstand (30) in Schienenlängsrichtung (32) zueinander angeordnet sind oder die Messsysteme (2) quer (34) zu der Schienenlängsrichtung (32) nebeneinander an parallelen Schienen (4) eines Gleises (36) angeordnet sind.Measuring system group (28) comprising at least two of the measuring systems (2) according to at least one of the preceding claims, the measuring systems (2) being arranged at a predeterminable longitudinal distance (30) in the longitudinal direction of the rail (32) or the measuring systems (2) transversely (34 ) to the rail longitudinal direction (32) are arranged side by side on parallel rails (4) of a track (36).
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CN116007797A (en) * 2023-01-13 2023-04-25 浙江天铁实业股份有限公司 Track load monitoring backing plate device, system and calibration method thereof

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