DE10304008A1

DE10304008A1 - Device for measuring the rail load

Info

Publication number: DE10304008A1
Application number: DE10304008A
Authority: DE
Inventors: Peter Groll
Original assignee: Schenck Process GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2003-02-01
Filing date: 2003-02-01
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-02-02
Also published as: WO2004068083A1; DE10304008B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Schienenbelastung innerhalb einer vorgegebenen Meßstrecke mit Hilfe von mehreren Kraftaufnehmern (1) zur Ermittlung der auf einer Schiene wirkenden Vertikalkräfte, die zwischen den Schienen (3) und einer Schwelle (5) angeordnet sind. Diese Vorrichtung zur Schienenbelastung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Höhe mindestens unter dem Schienenkopf (4) in jeder Schiene (3) mindestens in dem die Schwellen (5) überspannenden Längsbereich eine Aussparung (2) vorgesehen ist. In dieser Aussparung (2) ist jeweils ein längsgerichteter Scherkraftaufnehmer (1) angeordnet, der den Schienenkopf (4) auf der Schwellenoberseite (15) abstützt. Dabei entspricht die gesamte Höhe der Vorrichtung mit dem unter dem Schienenkopf (4) angeordneten Scherkraftaufnehmer (1) in Höhe einer herkömmlichen Schiene (3) und ist auf herkömmlichen Holz- oder Betonschwellen (5) befestigt.The invention relates to a device for measuring the rail load within a predetermined measuring section with the aid of a plurality of force transducers (1) for determining the vertical forces acting on a rail, which are arranged between the rails (3) and a threshold (5). This device for loading the rails is characterized in that a recess (2) is provided at least below the rail head (4) in each rail (3) at least in the longitudinal region spanning the sleepers (5). A longitudinal shear force transducer (1) is arranged in this recess (2) and supports the rail head (4) on the upper side of the sleeper (15). The entire height of the device with the shear force transducer (1) arranged below the rail head (4) corresponds to a conventional rail (3) and is fastened to conventional wooden or concrete sleepers (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Schienenbelastung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the rail load according to the preamble of the claim 1.

Die Schienenbelastung wurde vor wenigen Jahren nur zur Ermittlung der Achs- oder der Fahrzeuggewichte von schienengebundenen Fahrzeugen verwendet. Mittlerweile ist es für die Sicherheit des Bahnverkehrs bei immer höheren Zuggeschwindigkeiten zunehmend wichtiger, auch Unrundheiten und Flachstellen an den Fahrzeugrädern zu erkennen. So besteht die Radaufstandskraft, die auf die Schiene wirkt, sowohl aus einer statischen Gewichtsbelastung und einem dynamischen Anteil, der mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigen kann. Dabei erhöht sich der dynamische Anteil der Radaufstandskraft, wenn das Rad unrund ist oder über Flachstellen verfügt. Insbesondere bei hohen Zuggeschwindigkeiten kann diese dynamische Radaufstandskraft bei Unrundheiten oder Flachstellen so groß werden, daß dadurch Schäden am Rad, an der Schiene oder am Gleisbau verursacht werden, die auch zu Zugunfällen führen können. Des weiteren kann aus der Summe der Schienenbelastung auch auf den Gleiszustand geschlossen werden, der bei Erreichung einer vorgegebenen Gesamtbelastung Reparatur- oder Instandsetzungsarbeiten notwendig macht.The rail load was a few years ago only for determining the axle or vehicle weights of rail-bound Vehicles used. It is now for the safety of rail traffic with ever higher ones Train speeds are becoming increasingly important, including out-of-roundness and flat spots on the vehicle wheels to recognize. So there is the wheel contact force that acts on the rail, both from a static weight load and a dynamic one Proportion that can increase with increasing speed. there elevated the dynamic portion of the wheel contact force when the wheel is out of round is or about Flat spots. This can be dynamic, especially at high train speeds Wheel contact force in the event of out-of-roundness or flat spots become so great that thereby damage on the wheel, on the rail or on track construction, which too can lead to train accidents. Of the track condition can also be deduced from the sum of the rail load be repaired when a predetermined total load is reached. or makes maintenance work necessary.

Aus der EP 0 500 971 A1 ist ein dynamisches Wägeverfahren für Schienenfahrzeuge bekannt, mit dem ein Großteil der Schienenbelastung beim überfahrenden Bahnverkehr erfaßbar ist. Dazu wird die Schubspannung in der neutralen Phase der Schiene erfaßt und ausgewertet. Hierzu wird in das Fahrschienennetz eine mit Dehnungsmeßstreifen applizierte Wägeschiene eingeschweißt, bei der zwischen den Schwellen mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Das Waggongewicht wird dabei durch achsweise Addition der Gewichtsignale ermittelt. Mit einer derartigen Einrichtung kann aber eine sichere Flachstellenerkennung nicht durchgeführt werden, da diese im Bereich der Schwellen nicht erfaßt werden kann.From the EP 0 500 971 A1 a dynamic weighing method for rail vehicles is known, with which a large part of the rail load can be detected when rail traffic is traveling over. For this purpose, the shear stress is recorded and evaluated in the neutral phase of the rail. For this purpose, a weighing rail applied with strain gauges is welded into the rail network, in which at least two strain gauges are arranged between the sleepers. The wagon weight is determined by adding the weight signals by axis. With such a device, however, a reliable flat spot detection cannot be carried out since this cannot be detected in the area of the thresholds.

Eine derartige Vorrichtung zur Ermittlung unrunder Räder an Eisenbahnfahrzeugen ist bereits durch die DE 44 39 342 C1 vorbekannt. Bei dieser Vorrichtung sind auf einer Meßstrecke am Schienenfuß im Bereich jeder Schwelle beidseitig jeweils zwei Sensoren aus Dehnungsmeßstreifen appliziert, die die Schwellenreaktionskräfte erfassen. Weiterhin sind noch Schubkraftsensoren vorgesehen, die jeweils am Anfang und Ende der Meßstrecke in der neutralen Phase der Schiene angeordnet sind. Mit einer derartigen Vorrichtung ist aber offensichtlich keine genaue Gewichtsbelastung bei überrollenden Fahrzeugrädern erfaßbar.Such a device for determining non-circular wheels on railway vehicles is already through the DE 44 39 342 C1 previously known. In this device, two sensors made of strain gauges are applied to both sides of a measuring section on the rail foot in the area of each threshold, which sensors detect the threshold reaction forces. Shear force sensors are also provided, which are arranged at the beginning and end of the measuring section in the neutral phase of the rail. With such a device, however, it is obviously not possible to determine an exact weight load when vehicle wheels roll over.

Aus der DE 198 34 030 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Gewichtsbelastung auf der Schiene durch überfahrende Gleisfahrzeuge bekannt. Dazu werden im Bereich der Schwelle parallel zu jedem Gleis zwei Doppelbiegebalken angeordnet, die über seitliche Montageplatten mit der Schiene verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Schienen und den beiden Doppelbiegebalken erfolgt dabei jeweils vor und hinter der Schwelle im sogenannten Schwellenfach. In der Mitte stützen sich die Doppelbiegebalken jeweils auf die Schwelle ab, so daß die auf die Schiene wirkenden Vertikalkräfte erfaßt werden, mit der auch Unrundheiten und Flachstellen erkennbar sind. Allerdings erfordert eine sichere Flachstellen- oder Unrundheiterkennung die Erfassung auf mindestens einer Radumdrehung von ca. 3,5 m Meßstrecke, wozu bei üblichen Schwellenfächern mindestens 28 Kraftaufnehmer notwendig sind. Da es sich bei den Kraftaufnehmern um spezielle hochpräzise doppelseitige Doppelbiegebalken handelt, ist für eine Schienenbelastungsvorrichtung mit Flachstellenerkennung ein hoher apparativer Aufwand notwendig.From the DE 198 34 030 A1 a device for determining the weight load on the rail by running over track vehicles is known. For this purpose, two double bending beams are arranged in the area of the threshold parallel to each track, which are connected to the rail via side mounting plates. The connection between the rails and the two double bending beams is made in front of and behind the threshold in the so-called threshold compartment. In the middle, the double bending beams are each supported on the threshold so that the vertical forces acting on the rail are recorded, with which non-roundness and flat spots can also be identified. However, reliable detection of flat spots or out-of-roundness requires detection on at least one wheel revolution of approximately 3.5 m measuring distance, for which purpose at least 28 force transducers are necessary in the case of conventional threshold compartments. Since the force transducers are special, high-precision double-sided double bending beams, a high outlay on equipment is necessary for a rail loading device with flat point detection.

Aus der DE 44 44 337 A1 ist eine Schienenwägevorrichtung mit nur einer Wägezelle für zwei Schwellenfächer pro Schiene bekannt. Mit einer derartigen Wägevorrichtung zur Messung von überrollenden Gleisfahrzeugen können bei mehreren hintereinander angeordneten Wägezellen auch die Gesamtbelastung von abrollenden Fahrzeugrädern auf einer Schiene ermittelt werden. Dazu wird die Meßstrecke über eine Anfangs- und eine Endaussparung im Schienenfuß und -steg elastisch an das übrige Gleissystem angekoppelt. Zur Messung der vertikalen Belastungen zwischen Schiene und Untergrund stützt sich die Schiene auf eine rotationssymmetrische Wägezelle ab, die ebenfalls unter einer Aussparung längs zwischen den übrigen beiden Aussparungen angeordnet ist. Dazu ist in der Aussparung über der Wägezelle ein Stützbock vorgesehen, der eine horizontal und axial bewegliche Krafteinleitung der vertikalen Schienenbelastung ermöglicht. Allerdings kann die Belastungsmeßeinrichtung nicht zwischen einer herkömmlichen Schwelle und der Schiene angeordnet werden, ohne daß sich dadurch nicht die gesamte Bauhöhe vergrößert. Wollte man derartige Vorrichtungen zur Belastungsmessung in größerem Maße in den Schienenstrang einbauen, wären größere Baumaßnahmen notwendig, wodurch die Bahnstrecke über längere Zeiträume gesperrt werden müßte.From the DE 44 44 337 A1 a rail weighing device with only one load cell for two sleeper compartments per rail is known. With a weighing device of this type for measuring rolling track vehicles, the total load of rolling vehicle wheels on a rail can also be determined in the case of several weighing cells arranged one behind the other. For this purpose, the measuring section is elastically coupled to the rest of the track system via an initial and an end recess in the rail foot and web. To measure the vertical loads between the rail and the base, the rail is supported on a rotationally symmetrical load cell, which is likewise arranged lengthways under a recess between the other two recesses. For this purpose, a support frame is provided in the recess above the load cell, which enables the vertical rail load to be applied horizontally and axially. However, the load measuring device cannot be arranged between a conventional threshold and the rail without increasing the overall height. If one wanted to install such devices for load measurement to a greater extent in the rail track, larger construction measures would be necessary, as a result of which the railway line would have to be blocked over longer periods of time.

Aus der DE 199 41 843 A1 ist eine spezielle Vorrichtung zur Feststellung von Flachstellen und Unrundheiten an schienengebundenen Fahrzeugrädern bekannt. Bei dieser Vorrichtung zur Erfassung der Schienenbelastung bei überfahrenden Schienenfahrzeugrädern sind spezielle Meßschwellen vorgesehen, in die die Kraftaufnehmer eingelassen sind und auf denen sich die Schienen abstützen. Dies hat den Nachteil, daß beim Einbau einer Meßstrecke von mehreren Kraftmeßvorrichtungen in eine vorhandene Gleisstrecke nicht nur die Schienen, sondern auch die Schwellen ausgetauscht werden müssen.From the DE 199 41 843 A1 a special device for detecting flat spots and out-of-roundness on rail-bound vehicle wheels is known. In this device for detecting the rail load when the rail vehicle wheels pass over, special measuring thresholds are provided, into which the force transducers are embedded and on which the rails are supported. This has the disadvantage that when installing a measuring section of several force measuring devices in an existing one Track not only the rails, but also the sleepers need to be replaced.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung verschiedener Schienenbelastungen durch schienengebundene Fahrzeuge zu schaffen, die mit geringem Aufwand und schnell in das Schienennetz integrierbar ist und verhältnismäßig genaue Meßergebnisse liefert.The object of the invention is therefore based, a device for measuring various rail loads by creating rail-bound vehicles with low Effort and quickly integrated into the rail network and relatively accurate Measurement results supplies.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved in the claim 1 specified invention solved. Developments and advantageous embodiments of the invention are in the subclaims specified.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Aussparung über dem Schwellenbereich etwa die halbe Schienenhöhe für den Einbau einer Meßeinrichtung ausgenutzt wird. Dadurch brauchen beim Einbau lediglich die alten Schienen von den Schwellen geschraubt und abgeschnitten und durch neue oder umgerüstete Schienen mit Aussparungen ersetzt werden. Dabei sind die Kraftaufnehmer wie ein Schienenfuß auf die Schwellen aufschraubbar und deren Halterungen werden vorzugsweise mit dem Schwellenkopf verschweißt. Da die herkömmlichen Schwellen im Gleisbett verbleiben können, kann ein derartiger Neueinbau der Meßstrecke von Gleisbautrupps wie beim Austausch üblicher Schienen in kürzester Zeit erfolgen, ohne daß die Gleisstrecke für längere Zeit für den Bahnverkehr unterbrochen werden muß.The invention has the advantage that the recess over the threshold area about half the rail height for the installation of a measuring device is exploited. This means that only the old ones are required for installation Rails screwed from the sleepers and cut and cut through new or upgraded Rails with cutouts to be replaced. Here are the force transducers like a rail foot on the sleepers can be screwed on and their holders are preferred welded to the sleeper head. Because the conventional thresholds can remain in the track bed, can such a new installation of the measuring section of track construction teams as usual when exchanging Rails in shortest Time without the Track line for a long time for the Railway traffic must be interrupted.

Durch die Anordnung der Kraftaufnehmer direkt unter dem Schienenkopf werden vorteilhafterweise alle vertikalen Schienenbelastungen erfaßt, die sowohl für eine Überfahrtwägung, Flachstellenerkennung, Unrundheitserkennung, ungünstige Beladungsverhältnisse der Waggons, Radbeschädigungen sowie eine Gesamtbelastungsmessung der Gleisstrecke ausgewertet werden können. Dies hat gleichzeitig auch den Vorteil, daß auch bei der Erfassung einer gesamten Radumdrehung oder eines gesamten Drehgestells eines Gleisfahrzeugs lediglich 14 Kraftaufnehmer für die gesamte Meßstrecke erforderlich sind, was den Kostenauf wand gering hält und somit auch in größerem Umfang in vorhandene Schienennetze installierbar ist.The arrangement of the force transducers all vertical ones are advantageously located directly under the rail head Rail loads recorded the as well as a crossing weighing, flat point detection, Out of roundness detection, unfavorable loading conditions of the wagons, wheel damage as well as an overall load measurement of the track can be. This also has the advantage that even when a entire wheel revolution or an entire bogie of a track vehicle only 14 force transducers for the entire measuring distance are required, which keeps the costs low and thus also on a larger scale can be installed in existing rail networks.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß durch die Aussparungen im Schienenfuß und -steg die Kraftaufnehmer elastisch an das weiterführende Schienennetz angekoppelt sind, so daß etwa zur Achslastwägung Kraftnebenschlußeffekte kaum auftreten, obwohl der Schienenstrang im überfahrenden Schienenkopf ohne Unterbrechung ist und dadurch keine Stoßeffekte auftreten.The invention also has the advantage that by the recesses in the rail foot and - the force transducer resiliently connects to the continuing rail network are coupled so that about for axle load weighing Force shunt effects hardly occur, although the rail track in the running rail head without There is an interruption and therefore no impact effects occur.

Die Erfindung hat zusätzlich den Vorteil, daß durch den Kraftaufnehmer in der Aussparung der unteren Schienenhälfte kein spezielles Schienenmaterial erforderlich ist, wie bei einer Applizierung der Dehnungsmeßstreifen am Schienensteg oder -fuß, sondern lediglich in das serienmäßige Profilmaterial die Aussparungen vorgesehen werden müssen, was auch vor Ort möglich ist. Dadurch können vorteilhafterweise, insbesondere in im internationalen Warenverkehr, erhebliche Transportkosten vermieden werden.The invention also has the Advantage that by the force transducer in the recess in the lower half of the rail special rail material is required, as with an application the strain gauge on the rail web or foot, but only in the standard profile material the recesses must be provided, which is also possible on site. This allows advantageously, especially in international goods traffic, considerable transportation costs can be avoided.

Eine besondere Ausbildung der Erfindung mit Scherkraftaufnehmern hat den Vorteil, daß insbesondere durch die Vertikalkrafterfassung unter der Schienenmitte seitliche Querkrafteinleitungen konstruktionsbedingt nicht in das Meßergebnis einfließen und somit keine Meßwertverfälschung verursachen können. Durch die Scherkraftaufnehmer werden auch weitere parasitäre Kräfte und Momente kompensiert, so daß mit einer derartigen Meßvorrichtung auf einfache Weise verhältnismäßig hohe Empfindlichkeiten und Meßgenauigkeiten erzielbar sind und dies auch bei verhältnismäßig hohen Überfahrtgeschwindigkeiten.A special training of the invention with Shear force transducers have the advantage that, in particular, due to the vertical force detection lateral transverse force injections under the middle of the rail due to the design not in the measurement result flow in and therefore no falsification of measured values can cause. The shear force transducers also cause additional parasitic forces and Moments compensated so that with such a measuring device relatively high in a simple manner Sensitivities and measuring accuracies are achievable, even at relatively high crossing speeds.

Eine weitere besondere Ausbildungsform mit axial verschieblichen Rundbolzen als Krafteinleitungselemente hat den Vorteil, daß auch in Axialrichtung keine Verspannungen durch Wärmeaus dehnung oder Montageungenauigkeiten in den Aufnehmer einleitbar sind, so daß ausschließlich die Vertikalkräfte erfaßt werden.Another special form of training with axially displaceable round bolts as force transmission elements has the advantage that no tension in the axial direction due to thermal expansion or assembly inaccuracies can be introduced into the transducer so that only the vertical forces are recorded.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on an embodiment, that is shown in the drawing, explained in more detail. Show it:

1: die Seitenansicht eines längs eingebauten Kraftaufnehmers; 1 : the side view of a longitudinally installed force transducer;

2: ein Schnittbild in Vorderansicht durch ein Krafteinleitungselement eines längs eingebauten Kraftaufnehmers; 2 : A sectional view in front view through a force introduction element of a longitudinally installed force transducer;

3: die Seitenansicht eines quer eingebauten Kraftaufnehmers, und 3 : the side view of a transversely installed force transducer, and

4: ein Schnittbild in Vorderansicht durch ein Krafteinleitungselement eines quer eingebauten Kraftaufnehmers. 4 : A sectional view in front view through a force introduction element of a transversely installed force transducer.

In 1 der Zeichnung ist ein Ausschnitt eines Schienenstrangs mit eingebautem Kraftaufnehmer 1 in Seitenansicht dargestellt. Der Kraftaufnehmer 1 ist in einer axial ausgerichteten Aussparung 2 unterhalb des Schienenkopfes 4 angeordnet und stützt die Schiene 3 auf einer Schwelle 5 ab.In 1 the drawing is a section of a rail track with built-in force transducer 1 shown in side view. The force transducer 1 is in an axially aligned recess 2 below the rail head 4 arranged and supports the rail 3 on a threshold 5 from.

Der Kraftaufnehmer 1 ist Teil einer weiter nicht dargestellten Meßstrecke aus vorzugsweise je sieben Aufnehmern 1 pro Schiene 3, die sich auf einer Strecke von ca. 3,5 m im Schienenstrang erstreckt und mindestens eine Radumdrehung eines Rades oder eines Drehgestells eines schienengebundenen Fahrzeugs erfaßt. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen kann die Meßstrecke auch auf einer Länge von zwei Radumdrehungen von ca. 7 m Länge oder ein Vielfaches von 3,5 m Länge vorgesehen sein. Eine derartige Meßstrecke dient zur Erfassung aller statischen und dynamischen Kräfte, die durch ein überfahrendes oder stehendes Schienenfahrzeugrad in vertikaler Richtung erzeugt werden. Die Meßstrecke wird in eine vorhandene Gleisstrecke durch Abmontieren und Ausschneiden der vorhandenen Schienen 3 vorgesehen. Danach werden vorzugsweise auf die vorhandenen handelsüblichen Holz- oder Betonschwellen 5 die Aufnehmer 1 wie ein Schienenfuß durch eine Klemmverbindung festgeschraubt. Hierauf wird dann eine Schiene 3 mit Aussparungen 2, die auch als Halbschiene ausgebildet sein kann, die lediglich nur aus dem Schienenkopf 4 besteht, aufgelegt. Diese Halbschiene oder Schiene 3 mit Aussparungen 2 von ca. 3,5 m Länge ist vorgefertigt und enthält an den beiden Schienenwangen 6 noch Einkerbungen 10, die zur Einpassung der Halterungen 8, 9 dienen. Der eingebaute Kraftaufnehmer 1 ist im einzelnen im Schnittbild durch die linke Halterung 8 in 2 der Zeichnung näher dargestellt. Die Einkerbungen 10 zum Einsatz der Halterungen 8, 9 sind rechteckförmige Ausfräsungen, die an den Befestigungsstellen der einzusetzenden Halbschiene 7 vorgesehen sind. Der Gleiskopf kann auch als Profilmaterial mit zwei seitlichen Einkerbungen über die gesamte Meßstrecke ausgebildet sein, an die die Halterungen an beliebigen Stellen anschweißbar sind. Die Halbschiene 7 oder Schiene 3 mit Aussparungen 2 wird vorzugsweise aus einem Profilmaterial einer üblichen Schiene 3 gefertigt, wobei sich die Aussparungen 2 auch nur auf den Bereich oberhalb der Schwellen 5 erstrecken müssen, wobei die Aussparungen 2 nur für die Länge der Kraftaufnehmer 1 notwendig sind.The force transducer 1 is part of a measuring section, not shown, of preferably seven sensors each 1 per rail 3 which extends over a distance of about 3.5 m in the rail track and detects at least one wheel revolution of a wheel or a bogie of a rail-bound vehicle. In the case of higher accuracy requirements, the measuring section can also be provided over a length of two wheel revolutions of approximately 7 m in length or a multiple of 3.5 m in length. Such a measuring section is used to record all static and dynamic forces are generated by a running or standing rail vehicle wheel in the vertical direction. The measuring section is built into an existing track section by dismantling and cutting out the existing rails 3 intended. After that, preferably on the existing commercial wooden or concrete sleepers 5 the pickups 1 screwed like a rail foot through a clamp connection. Then there is a rail 3 with cutouts 2 , which can also be designed as a half rail, which only comes from the rail head 4 exists, hung up. This half rail or rail 3 with cutouts 2 of approx. 3.5 m length is prefabricated and contains on the two rail cheeks 6 still notches 10 that are used to fit the brackets 8th . 9 serve. The built-in force transducer 1 is in detail in the sectional view through the left bracket 8th in 2 the drawing shown in more detail. The notches 10 for using the brackets 8th . 9 are rectangular millings that are made at the fastening points of the half rail to be used 7 are provided. The track head can also be designed as a profile material with two lateral notches over the entire measuring section, to which the brackets can be welded at any point. The half rail 7 or rail 3 with cutouts 2 is preferably made from a profile material of a conventional rail 3 manufactured, the recesses 2 even only to the area above the thresholds 5 must extend, the recesses 2 only for the length of the load cells 1 are necessary.

Der gesamte Teil der Aussparungen 2 oder der als gesamte Halbschiene 7 ausgebildete Schienenteil der Meßstrecke wird danach von vor Ort tätigen Schienenbautrupps in einen vorhandenen Gleisstrang oder im Zuge einer Neubaustrecke in diese über Schweißnähte 24 eingefügt. Dabei werden gleichzeitig auch die U-förmigen Schenkel 11 der beiden Halterungen 8, 9 eines Aufnehmers 1 in die Einkerbungen 10 der Seitenwangen 6 eingeschweißt. Die Halterungen 8, 9 könnten aber auch durch Schraubverbindungen und dergleichen an dem Schienenkopf 4 be festigt werden. Eine derartige Meßstrecke ist dadurch in relativ kurzer Montagezeit in das Schienennetz einfügbar.The whole part of the recesses 2 or the whole half rail 7 trained rail part of the measuring section is then by on-site rail construction teams in an existing track or in the course of a new line in this over welds 24 inserted. At the same time, the U-shaped legs 11 of the two brackets 8th . 9 of a pickup 1 into the notches 10 the sidewalls 6 shrink wrapped. The brackets 8th . 9 but could also by screw connections and the like on the rail head 4 be fixed. Such a measuring section can thus be inserted into the rail network in a relatively short assembly time.

Der Kraftaufnehmer 1 zur Erfassung der vertikalen Kräfte, die auf die Schiene 3 wirken, ist als doppelseitiger Scherkraftaufnehmer ausgebildet. Dabei besteht er aus einem längsgerichteten Balken von ca. 400 mm Länge und etwa 70 mm Höhe. Der Scherkraftaufnehmer 1 ist zu einer vertikalen Mittenachse 12 symmetrisch ausgebildet und enthält in jeder Balkenhälfte einen gleichartigen separaten Aufnehmerteil und stellt deshalb doppelseitige Scherkraftaufnehmer 1 dar. Dabei sind die beiden Aufnehmerteile mit dem meßaktiven Dehnungsbereich 14 links- und rechtsseitig der mittigen Auflagefläche 15 angeordnet. Im Mittenbereich 15 ist der Aufnehmer 1 quaderförmig ausgebildet und besitzt an seiner mittigen Auflagefläche 15 seitliche Querflansche 16, die wie ein Schienenfuß 23 ausgebildet sind und von den Schienenbefestigungen 17 der Schwellen 5 auf diesen festgeklemmt werden. Längsseitig zu diesem mittigen Befestigungsbereich 15 sind Dehnungskörper 14 angeordnet, die vorzugsweise auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In diese Dehnungskörper 14 sind zwei gegeneinander gerichtete Sackbohrungen 18 eingelassen, deren Verbindungsfläche eine vertikale ebene Wand 19 von vorgegebener Dicke darstellt. An dieser Verbindungsfläche 19 sind beidseitig jeweils zwei in einem Winkel von 45° zueinander angeordnete Scherkraftaufnehmerwiderstände als Dehnungsmeßstreifen appliziert, die die Vertikalkräfte in elektrische Signale umwandeln. Zumindest der Dehnungskörper 14 liegt in Längsrichtung neben der Auflagefläche 15 der Schwellen 5 und ist nach unten freiliegend angeordnet.The force transducer 1 to detect the vertical forces on the rail 3 act, is designed as a double-sided shear force transducer. It consists of a longitudinal beam approx. 400 mm long and approx. 70 mm high. The shear force transducer 1 is to a vertical center axis 12 Symmetrically designed and contains a similar separate transducer part in each half of the beam and therefore provides double-sided shear force transducers 1 Here are the two transducer parts with the measuring active strain range 14 left and right side of the central contact surface 15 arranged. In the middle 15 is the pickup 1 cuboid and has on its central contact surface 15 lateral cross flanges 16 that like a rail foot 23 are trained and by the rail fasteners 17 the thresholds 5 be clamped on this. On the long side to this central fastening area 15 are expansion bodies 14 arranged, which preferably also have a rectangular cross section. In this stretch body 14 are two blind holes facing each other 18 recessed, the connecting surface of which is a vertical flat wall 19 of a given thickness. At this interface 19 two shear force resistors arranged at an angle of 45 ° to each other are applied as strain gauges on both sides, which convert the vertical forces into electrical signals. At least the expansion body 14 lies in the longitudinal direction next to the contact surface 15 the thresholds 5 and is exposed at the bottom.

An den Endbereichen der beiden Aufnehmerhälften ist jeweils ein Rundbolzen 20 zur Krafteinleitung vorgesehen, der kraftschlüssig mit der jeweiligen Halterung 8, 9 des Aufnehmers 1 verbunden ist. Dabei besteht die Halterung 8, 9 aus einem ab gelängten Rechteckprofilmaterial, das eine Durchgangsbohrung in Aufnehmerlängsrichtung besitzt, die zum Einsatz der Rundbolzen 20 vorgesehen ist. Zur Befestigung der Halterungen 8, 9 sind noch zwei U-förmig nach oben gerichtete Schenkel 11 angebracht, die in die beiden parallel angeordneten Einkerbungen 10 im Schienenkopf 4 eingreifen und an diesen befestigt sind. Bei der Einbaumontage werden die Halterungen 8, 9 soweit auf den Rundbolzen 20 des Kraftaufnehmers 1 aufgesetzt, daß zwischen den beiden Dehnungskörpern 14 und den Stirnflächen der Halterungen 8, 9 ein Spalt 21 von ca. 1 mm verbleibt, durch den eine Axialverschiebung spannungsfrei ausgeglichen werden kann. Insbesondere ist dadurch bei Fertigungsungenauigkeiten und großen Temperaturschwankungen im Schienenstrang ein spannungsfreier Längsausgleich möglich. Dadurch sind gleichzeitig auch geringe Kippbewegungen im Schienenstrang ausgleichbar, so daß hierdurch eine meßwertverfälschende Querkrafteinleitung in den Aufnehmer 1 vermieden wird.At the end areas of the two transducer halves there is a round bolt 20 provided for force introduction, the non-positive with the respective bracket 8th . 9 of the transducer 1 connected is. The bracket is there 8th . 9 from a lengthened rectangular profile material, which has a through hole in the longitudinal direction of the sensor, for the use of the round bolts 20 is provided. For fastening the brackets 8th . 9 are two U-shaped upward legs 11 attached, in the two parallel notches 10 in the rail head 4 intervene and are attached to it. The brackets are used for flush mounting 8th . 9 so far on the round bolt 20 of the force transducer 1 put on that between the two expansion bodies 14 and the end faces of the brackets 8th . 9 A gap 21 of approx. 1 mm remains, through which an axial displacement can be compensated for without tension. In particular, this enables tension-free longitudinal compensation in the event of manufacturing inaccuracies and large temperature fluctuations in the rail track. As a result, slight tilting movements in the rail track can be compensated for at the same time, so that this results in a transverse force introduction into the transducer which falsifies the measured value 1 is avoided.

Derartige doppelseitige Scherkraftaufnehmer 1 werden auf der Meßstrecke über jeder Schwelle 5 und auf jeder Gleisseite vorgesehen und zur Auswertung einer nicht dargestellten elektronischen Auswertevorrichtung mittels einer Leitung zugeführt. Dazu sind die Scherkraftaufnehmer 1 mit ihren Dehnungsmeßstreifen 22 zu einer Wheatstone'schen Meßbrücke verschaltet. Der Scherkraftaufnehmer 1 kann aber auch nur mit einem Aufnehmersystem wie bei einer Aufnehmerhälfte ausgestattet oder auch als Biegebalken ausgebildet sein. In der nicht dargestellten elektronischen Auswerteeinrichtung werden die Signale jedes einzelnen Aufnehmers 1 vorzugsweise einzeln verstärkt und in einen Digitalwert umgewandelt. Bei entsprechender Verknüpfung der Signale kann dann aus den ermittelten Vertikalkraftanteilen eines überfahrenden oder stehenden Fahrzeugrades bzw. Achse oder Drehgestells das Gewicht, eine Unrundheit, eine Flachstelle oder auch ein Radreifenbruch festgestellt werden. Dabei sind insbesondere Unrundheiten, Flachstellen und Radreifenbrü che bei hohen Überfahrtgeschwindigkeiten durch die starken Vertikalkraftschwankungen auf der Meßstrecke feststellbar, die von einem vorgegebenen Mittelwert abweichen.Such double-sided shear force transducers 1 are on the test section above each threshold 5 and provided on each track side and fed to an electronic evaluation device (not shown) by means of a line for evaluation. For this purpose, the shear force transducers 1 with their strain gauges 22 connected to a Wheatstone measuring bridge. The shear force transducer 1 but can also be equipped with only one transducer system as with one transducer half or can also be designed as a bending beam. In the electronic evaluation device, not shown, the signals of each individual sensor 1 preferably individually amplified and converted into a digital value. With a corresponding combination of the signals, the determined vertical force components can then be used the weight, runout, a flat spot or a broken tire are determined when a vehicle wheel or vehicle wheel or axle or bogie runs over or is stationary. In particular, out-of-roundness, flat spots and Radreifenbrü surface can be determined at high crossing speeds due to the strong fluctuations in vertical force on the measuring section, which deviate from a predetermined mean value.

Vorteilhafterweise können zusätzlich auch Zugidentifizierungsvorrichtungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe überfahrende Züge lokalisiert und eventuell wegen einer zu starken Schienenbeanspruchung oder eines Schadensverdachts gestoppt werden. Die Überfahrtbelastung kann aber auch nach besonderen Verschleißbewertungen wie beispielsweise bei starken Flachstellenbelastungen aufsummiert und zu Berechnungs- oder Gleiserhaltungszwecken ausgenutzt werden. Dies ist insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsstrecken vorteilhaft, bei denen bereits wenige Überfahrten mit starken Flachstellen an den Fahrzeugrädern Reparaturmaßnahmen notwendig machen können.Advantageously, train identification devices can also be used are provided, with the help of crossing trains localized and possibly due to excessive stress on the rails or one Suspected damage can be stopped. The crossing load can even after special wear assessments as summed up, for example, with heavy flat point loads and be used for calculation or track maintenance purposes. This is particularly advantageous for high-speed lines which already have few crossings with strong flat spots on the vehicle wheels repair measures can make necessary.

Die Scherkraftaufnehmer 1 werden vorzugsweise aus einem legierten speziellen Edelstahlmaterial als Serienteile hergestellt. Zum witterungsunabhängigen Abschluß werden die Bohrungen 18 für die Dehnungsmeßstreifen 22 durch ein Laserschweißverfahren mit dünnen Edelstahlblechen abgedichtet und so dauerhaft vor Beschädigung geschützt. Die Halterungen 8, 9 der Scherkraftaufnehmer 1 sind hingegen auch aus einfacheren Stählen wie z. B. Werkzeugstahl zu fertigen, die lediglich über die notwendigen Festigkeitswerte verfügen müssen und vor Ort schweißbar sind.The shear force transducers 1 are preferably made from an alloyed special stainless steel material as series parts. The bores become a weather-independent conclusion 18 for the strain gauges 22 sealed with thin stainless steel sheets using a laser welding process and thus permanently protected against damage. The brackets 8th . 9 the shear force transducer 1 are also made of simpler steels such as B. to produce tool steel, which only have to have the necessary strength values and are weldable on site.

In 3 und 4 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung der Schienenbelastung dargestellt, bei der die Kraftaufnehmer 1 quer zur Schienenlängsrichtung in einer Aussparung 2 unterhalb des Schienenkopfes 4 angeordnet sind. Dabei stützt sich der Schienenkopf 4 über den quer eingebauten Kraftaufnehmer 1 ebenfalls auf einer Schwelle 5 des Schienenstrangs ab.In 3 and 4 The drawing shows an embodiment of a device for measuring the rail load, in which the force transducers 1 transversely to the longitudinal direction of the rail in a recess 2 below the rail head 4 are arranged. The rail head is supported 4 over the transversely installed force transducer 1 also on a threshold 5 of the rail track.

Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise zur Gewichtsermittlung von Schienenfahrzeugen eingesetzt, da die Querkräfte über die Kraftaufnehmerlänge vorteilhaft in die Schwellen einleitbar sind. Die Meßstrecke nach 3 der Zeichnung unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 der Zeichnung hauptsächlich dadurch, daß die Einbaurichtung der Kraftaufnehmer statt längs jetzt quer zur Schienenlängsrichtung vorgesehen sind. Dabei ist der Kraftaufnehmer 1 im Grunde vergleichbar ausgestaltet, wie der Kraftaufnehmer 1 nach 1 und 2 der Zeichnung. Der Kraftaufnehmer ist ebenfalls als doppelseitiger Scherkraftaufnehmer ausgebildet, der im einzelnen im Schnittbild nach 4 der Zeichnung dargestellt ist. Dabei besteht der Kraftaufnehmer 1 aus einem Längsbalken von ca. 400 mm Länge und etwa 70 mm Höhe und besitzt seitlich einer vertikalen Mittelachse 12 zwei Dehnungskörper 14, die ebenfalls mit an einer Wand 19 angeordneten Scherkraftaufnehmern 22 appliziert sind. Der Kraftaufnehmer 1 stützt sich seitlich mit zwei Abstützplatten 25 auf einer herkömmlichen Eisenbahnschwelle 5 ab und ist vorzugsweise mit dieser befestigt.Such an embodiment is preferably used for determining the weight of rail vehicles, since the transverse forces can advantageously be introduced into the sleepers over the length of the force transducer. The measuring distance after 3 the drawing differs from the design 1 the drawing mainly in that the installation direction of the force transducers are now provided transversely to the longitudinal direction of the rail instead of longitudinally. Here is the force transducer 1 basically designed comparable to the force transducer 1 to 1 and 2 the drawing. The force transducer is also designed as a double-sided shear force transducer, which follows in detail in the sectional view 4 the drawing is shown. The load cell is there 1 from a longitudinal beam of approx. 400 mm in length and approx. 70 mm in height and has a vertical central axis to the side 12 two expansion bodies 14 who are also on a wall 19 arranged shear force transducers 22 are applied. The force transducer 1 is supported laterally with two support plates 25 on a conventional railroad tie 5 and is preferably attached to it.

Im Mittenbereich 15 des Kraftaufnehmers 1 ist eine Querbohrung 26 vorgesehen, durch die ein Rundbolzen 20 formschlüssig geführt ist, der etwa 50 mm über die Querflächen des Längsbalkens hinausragt. Zur Krafteinleitung sind auf diesem Rundbolzen 20 von beiden Seiten je eine Halterung 8, 9 geschoben, die wie die Halterung 8, 9 nach 1 und 2 der Zeichnung ausgebildet sind. Diese Halterungen 8, 9 sind ebenfalls fest mit dem Schienenkopf verbunden und leiten die Schienenbelastung symmetrisch in den quer angeordneten Kraftaufnehmer 1 ein. Diese Schienenbelastung wird dann durch die Scherkraftaufnehmer 22 erfaßt und kann wie zu 1 und 2 beschrieben ausgewertet werden.In the middle 15 of the force transducer 1 is a cross hole 26 provided by a round bolt 20 is positively guided, which protrudes about 50 mm beyond the transverse surfaces of the longitudinal beam. Round bolts are on this to apply force 20 one holder from each side 8th . 9 pushed that like the bracket 8th . 9 to 1 and 2 the drawing are formed. These brackets 8th . 9 are also permanently connected to the rail head and guide the rail load symmetrically into the transverse load cell 1 on. This load on the rails is then caused by the shear force transducers 22 captured and how to 1 and 2 described are evaluated.

Claims

Device for measuring the rail load within a given measuring section with the help of several force transducers ( 1 ) to determine the on the rail ( 3 ) vertical forces acting between the rails ( 3 ) and fixed sleepers ( 5 ) are arranged, characterized in that the height under the rail head ( 4 ) in the rail at least in which the sleepers ( 5 ) spanning longitudinal area a recess ( 2 ) is provided in which a longitudinal flat force transducer ( 1 ) is arranged in the longitudinal or transverse direction of the rail, which the rail head ( 4 ) on the top of the threshold.

Device according to claim 1, characterized in that the recess ( 2 ) over the entire measuring section or only over the thresholds ( 5 ) the measuring section is provided and in this area a half rail ( 7 ) forms only from the rail head ( 4 ) consists.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the side cheeks ( 6 ) of the rail head ( 4 ) in the area of the end points of each force transducer ( 1 ) axially spaced notches ( 10 ) or two side notches are provided as profiling, in which legs ( 11 ) a bracket ( 8th . 9 ) for the force transducers ( 1 ) are attached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each force transducer ( 1 ) is designed as a flat longitudinal beam, the two axially spaced shear force transducer parts ( 22 ) and which is symmetrical to a vertical central axis ( 12 ) is trained.

Device according to claim 4, characterized in that each force transducer ( 1 ) at its ends or in the middle ( 15 ) one round bolt each ( 20 ), which for non-positive fit into the associated holder ( 8th . 9 ) serves.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each force transducer ( 1 ) in the middle area ( 15 ) Cross flanges ( 16 ), which is used for clamping ( 17 ) on conventional or modified wooden or concrete sleepers ( 5 ) serve.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that each force transducer ( 1 ) support plates at its ends ( 25 ) which is used for lateral support on the threshold ( 5 ) serve.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that for fastening each force transducer ( 1 ) on the rail head ( 4 ) two similar brackets ( 8th . 9 ) are provided, which have a cuboid main part, the two U-shaped protruding legs ( 11 ) and in the cuboid part ( 13 ) a through hole for using the round bolts ( 20 ) having.

Device according to claim 7, characterized in that the holders ( 8th . 9 ) consist of simple steel material that is welded to the rail head using conventional welding processes ( 4 ) are connectable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring section consists of two identical, parallel, at least 3.5 m long rails ( 7 ) with at least seven recesses each ( 2 ), in which there is a force transducer ( 1 ) is arranged, which the rail head ( 4 ) is supported on each threshold side.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring section is welded into a piece of track and that the height of the measuring section which results from the rail head ( 4 ) and the force transducer ( 1 ) and its mounts ( 8th . 9 ), the height of a conventional rail ( 3 ) corresponds.

Device according to claim 9, characterized in that the measuring section has conventional or modified wooden or concrete sleepers, on the clamping devices ( 17 ) the force transducers ( 1 ) are attached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors ( 1 ) the measuring section are connected to an electrical evaluation device which determines a wheel, axle or vehicle weight and / or flat spots, out-of-roundness and wheel defects and / or a total section load from the measured value signals.