DE10304008B4

DE10304008B4 - Device for measuring the rail load

Info

Publication number: DE10304008B4
Application number: DE10304008.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Groll
Original assignee: Schenck Process Europe GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2003-02-01
Filing date: 2003-02-01
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2023-02-02
Also published as: WO2004068083A1; DE10304008A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Schienenbelastung innerhalb einer vorgegebenen Messstrecke mit Hilfe von mehreren Kraftaufnehmern (1) zur Ermittlung der auf die Schiene (3) wirkenden Vertikalkräfte, – die zwischen den Schienen (3) und ortsfesten Schwellen (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Höhe unter dem Schienenkopf (4) in der Schiene mindestens in dem die Schwellen (5) überspannenden Längsbereich eine Aussparung (2) vorgesehen ist, – in der ein längsgerichteter flacher Kraftaufnehmer (1) in Schienenlängs- oder -querrichtung angeordnet ist, – der den Schienenkopf (4) auf der Schwellenoberseite abstützt.Device for measuring the rail load within a given measuring section with the aid of several force transducers (1) for determining the vertical forces acting on the rail (3), which are arranged between the rails (3) and stationary sleepers (5), characterized in that a recess (2) is provided in the rail below the rail head (4) in the rail at least in the longitudinal region spanning the sleepers (5), in which a longitudinal flat force transducer (1) is arranged in rail longitudinal or transverse direction, - Which supports the rail head (4) on the threshold top.

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 patent 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 used only a few years ago to determine the axle or vehicle weights of rail vehicles. Meanwhile, it is increasingly important for the safety of rail traffic at ever higher train speeds to detect even roundness and flat spots on the vehicle wheels. Thus, the wheel contact force acting on the rail consists of both a static weight load and a dynamic portion that may increase with increasing speed. This increases the dynamic portion of the Radaufstandskraft when the wheel is out of round or has flats. Especially at high speeds, this dynamic Radaufstandskraft Unrounded or flat spots can be so large that this damage to the wheel, caused on the rail or on the track, which can also lead to train accidents. Furthermore, from the sum of the rail load can also be concluded on the track condition, which makes repair or maintenance work necessary when a given total load.

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 is a dynamic weighing method for rail vehicles known, with a large part of the rail load is detected in the crossing rail traffic. For this purpose, the shear stress in the neutral phase of the rail is recorded and evaluated. For this purpose, a weighing rail applied with strain gages is welded into the rail network, in which at least two strain gauges are arranged between the sleepers. The wagon weight is determined by axle-wise addition of the weight signals. With such a device, however, secure flat-point detection can not be carried out, since this can not be detected in the region 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 unround wheels on railway vehicles is already by the DE 44 39 342 C1 previously known. In this device, two sensors of strain gauges are applied on both sides of a measuring section on the rail foot in the region of each threshold, which detect the threshold reaction forces. Furthermore, thrust sensors are provided, which are each arranged at the beginning and end of the measuring section in the neutral phase of the rail. With such a device, however, obviously no exact weight load is detectable in rolling vehicle wheels.

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 driving 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 lateral mounting plates. The connection between the rails and the two double cantilevers takes place before and behind the threshold in the so-called threshold compartment. In the center, the double bending beams are each based on the threshold, so that the vertical forces acting on the rail are detected, with the also roundness and flats are recognizable. However, a safe flat or roundness detection requires the detection of at least one wheel revolution of about 3.5 m measuring path, including at least 28 load cells are necessary in conventional threshold compartments. Since the force transducers are special high-precision double-sided double bending beams, a high equipment outlay is necessary for a rail load 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.From the DE 44 44 337 A1 is a rail weighing device with only one load cell for two threshold compartments per rail known.

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.With such a weighing device for measuring overrunning track vehicles, the total load of rolling vehicle wheels on a rail can also be determined with a plurality of load cells arranged one behind the other. For this purpose, the measuring section is elastically coupled to the rest of the track system via a beginning and an end recess in the rail foot and web. To measure the vertical loads between rail and ground, the rail is supported on a rotationally symmetric load cell, which is also arranged under a recess longitudinally between the other two recesses. For this purpose, a support bracket is provided in the recess above the load cell, which allows a horizontally and axially movable force application of the vertical rail load. However, the load measuring device can not be arranged between a conventional threshold and the rail, without thereby 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, whereby the railway line would have to be locked for long periods.

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 flatness and ovality on rail-bound vehicle wheels is known. In this device for detecting the rail load when traveling over rail vehicle wheels are special measuring thresholds provided, in 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 track section not only the rails, but also the thresholds must be replaced.

Weiterhin ist auch aus der US 5 224 561 A eine Messvorrichtung zur Erfassung von Vertikalkräften in Schienen bekannt, bei der eine Wägeschiene aus einem Rechteckprofil vorgesehen ist, das beidseitig über Kraftaufnehmer in Form von Wägebalken auf einer steifen Unterkonstruktion aufgelagert ist. Auch hier müssen jedoch die vorhandenen Schwellen und das Schotterbett ausgetauscht werden.Furthermore, also from the US 5,224,561 A a measuring device for detecting vertical forces in rails known in which a weighing rail is provided from a rectangular profile, which is supported on both sides via load cells in the form of weighing beam on a rigid substructure. Again, however, the existing sleepers and the ballast bed must 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 invention is therefore an object of the invention to provide a device for measuring various rail loads by rail vehicles, which can be integrated with little effort and quickly in the rail network and provides relatively accurate results.

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 by the invention defined in claim 1. Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

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 approximately half the rail height for the installation of a measuring device is utilized by the recess above the threshold area. As a result, when installing only the old rails need to be screwed from the sleepers and cut and replaced with new or retrofitted rails with recesses. In this case, the force transducers can be screwed onto the sleepers like a rail foot and their holders are preferably welded to the sleeper head. Since the conventional thresholds can remain in the track bed, such a replacement of the measuring section of track construction crews as when replacing conventional rails can be done in no time, without the track track must be interrupted for a long time for rail traffic.

Durch die Anordnung der Kraftaufnehmer direkt unter dem Schienenkopf werden vorteilhafterweise alle vertikalen Schienenbelastungen erfasst, die sowohl für eine Überfahrtwägung, Flachstellenerkennung, Unrundheiterkennung, 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 Kostenaufwand gering hält und somit auch in größerem Umfang in vorhandene Schienennetze installierbar ist.The arrangement of the force transducer directly under the rail head advantageously all vertical rail loads are detected, which can be evaluated both for a Überfahrwägung, flat spot detection, runout detection, unfavorable loading conditions of the wagons, wheel damage and a total load measurement of the track section. This also has the advantage that even when detecting an entire wheel revolution or a complete bogie of a track vehicle only 14 load cells for the entire test section are required, which keeps the cost low and thus can be installed on a larger scale 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 the force transducers are elastically coupled to the secondary rail network through the recesses in the rail foot and web, so that hardly occur for axle load weighing force bypass effects, although the rail track in the overrunning rail head without interruption and thus no shock 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 has the additional advantage that no special rail material is required by the load cell in the recess of the lower rail half, as in an application of the strain gauges on the rail web or foot, but only in the standard profile material, the recesses must be provided, which also Place is possible. As a result, considerable transport costs can advantageously be avoided, in particular in international goods traffic.

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 embodiment of the invention with shear force transducers has the advantage that, in particular due to the vertical force detection under the middle of the rail, lateral transverse force inlets can not be included in the measurement result due to their design and thus can not cause any distortion of measured values. The shear force sensors also compensate for further parasitic forces and moments, so that comparatively high sensitivities and measuring accuracies can be achieved in a simple manner with such a measuring device, 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 Wärmeausdehnung oder Montageungenauigkeiten in den Aufnehmer einleitbar sind, so dass ausschließlich die Vertikalkräfte erfasst werden.Another particular embodiment with axially displaceable round bolts as force introduction elements has the advantage that in the axial direction no tensions by thermal expansion or assembly inaccuracies are introduced into the transducer, so that only the vertical forces are detected.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment which is illustrated in the drawing. Show it:

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

3: die Seitenansicht eines quer eingebauten Kraftaufnehmers, und 3 : the side view of a transversely mounted 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 mounted 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 load cell 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 further measurement section, not shown, preferably seven transducers each 1 per rail 3 , which extends over a distance of about 3.5 m in the rail track and detected at least one wheel revolution of a wheel or a bogie of a rail-bound vehicle. For higher accuracy requirements, the measuring section may also be provided over a length of two wheel revolutions of about 7 m in length or a multiple of 3.5 m in length. Such a measuring section is used to detect all static and dynamic forces that are generated by a running or stationary rail vehicle in the vertical direction. The measuring section is built into an existing track section by dismantling and cutting out the existing rails 3 intended. Thereafter, preferably on the existing commercial wood or concrete sleepers 5 the transducers 1 like a rail foot bolted through a clamp connection. Then there is a rail 3 with recesses 2 , which can also be designed as a half rail, the only only from the rail head 4 exists, hung up. This half rail or rail 3 with recesses 2 of about 3.5 m in length is prefabricated and contains on the two rail cheeks 6 still notches 10 for fitting 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 to use the brackets 8th . 9 are rectangular cut-outs that at the attachment points of the half-rail to be used 7 are provided. The track head may also be formed as a profile material with two lateral indentations over the entire measuring section, to which the holders can be welded at any desired locations. The half rail 7 or rail 3 with recesses 2 is preferably made of a profile material of a conventional rail 3 made, with the recesses 2 even just on the area above the thresholds 5 must extend, with the recesses 2 only for the length of the force transducer 1 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 befestigt werden. Eine derartige Messstrecke ist dadurch in relativ kurzer Montagezeit in das Schienennetz einfügbar.The entire part of the recesses 2 or the whole half track 7 trained rail part of the test section is then made by locally active rail crews in an existing track or in the course of a new line in this welds 24 inserted. At the same time also the U-shaped legs 11 the two brackets 8th . 9 a pickup 1 in the notches 10 the side cheeks 6 shrink wrapped. The brackets 8th . 9 but could also by screw and the like on the rail head 4 be attached. Such a measuring section can thereby 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 [deg.] 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 capture the vertical forces acting on the rail 3 act, is designed as a double-sided Scherkraftaufnehmer. It consists of a longitudinal beam of about 400 mm in length and about 70 mm in height. The shear force transducer 1 is to a vertical center axis 12 formed symmetrically and contains in each beam half a similar separate pick-up part and therefore provides double-sided Scherkraftaufnehmer 1 Here are the two Aufnehmerteile with the measuring active strain range 14 left and right side of the central support surface 15 arranged. In the middle area 15 is the pickup 1 formed cuboid and has at its central bearing surface 15 lateral transverse flanges 16 that look like a rail foot 23 are formed and of the rail fasteners 17 the thresholds 5 be clamped on this. Longitudinal to this central attachment area 15 are expansion bodies 14 arranged, which preferably also have a rectangular cross-section. In this strain body 14 are two oppositely directed blind holes 18 let in, whose connecting surface is a vertical flat wall 19 of predetermined thickness represents. At this interface 19 On both sides, two shear force sensor resistors arranged at an angle of 45 ° to each other are applied as strain gauges, which convert the vertical forces into electrical signals. At least the expansion body 14 lies in the longitudinal direction next to the support surface 15 the thresholds 5 and is arranged exposed down.

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 abgelängten 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. 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 Radreifenbrüche bei hohen Überfahrtgeschwindigkeiten durch die starken Vertikalkraftschwankungen auf der Messstrecke feststellbar, die von einem vorgegebenen Mittelwert abweichen.At the end portions of the two receiving halves is in each case a round bolt 20 provided for the introduction of force, the non-positively with the respective holder 8th . 9 of the pickup 1 connected is. There is the holder 8th . 9 from a cut-to-length rectangular profile material, which has a through hole in the receiver longitudinal direction, for use of the round bolt 20 is provided. For fixing the brackets 8th . 9 are still two U-shaped upturned legs 11 attached to the two parallel notches 10 in the railhead 4 engage and are attached to this. When mounting the mounting brackets 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 remains of about 1 mm, by which an axial displacement can be compensated stress-free. In particular, a stress-free longitudinal compensation is possible in manufacturing inaccuracies and large temperature fluctuations in the rail track. As a result, even slight tilting movements in the rail track can be compensated for at the same time, so that in this way a transversal force introduction value distorting the reading into the sensor 1 is avoided. Such double-sided Scherkraftaufnehmer 1 be on the measuring stretch above each threshold 5 and provided on each track side and supplied for evaluation of an electronic evaluation device, not shown, by means of a line. These are the Scherkraftaufnehmer 1 with their strain gauges 22 connected to a Wheatstone bridge. The shear force transducer 1 but can also be equipped with a pickup system as a pickup half or designed as a bending beam. In the electronic evaluation device, not shown, the signals of each individual pickup 1 preferably individually amplified and converted to a digital value. If the signals are appropriately linked, the weight, an out-of-roundness, a flat position or even a wheel tire break can then be ascertained from the ascertained vertical force components of a vehicle wheel traveling over or standing or axle or bogie. In particular, irregularities, flat areas and wheel tire fractures can be detected at high crossing speeds due to the strong vertical force fluctuations 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 additionally be provided with the aid of which traversing trains are localized and possibly stopped because of excessive rail load or damage suspected. The crossing load can also be summed up after special wear ratings such as strong flat load and exploited for calculation or track maintenance purposes. This is particularly advantageous in high-speed lines, where even a few crossings with strong flats on the vehicle wheels can make necessary repair measures.

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 sensors 1 are preferably made of an alloyed special stainless steel material as series parts. For weather-independent conclusion of the holes 18 for the strain gauges 22 sealed by a laser welding process with thin stainless steel sheets and thus permanently protected from damage. The brackets 8th . 9 the shear force transducer 1 On the other hand, are also made of simpler steels such. B. tool steel to produce, 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 is shown, in which the force transducer 1 transverse to the rail longitudinal direction in a recess 2 below the rail head 4 are arranged. Here, the rail head is supported 4 over the transversely mounted load cell 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 ist. 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 weight determination of rail vehicles, since the transverse forces over the load cell length are advantageously introduced into the sleepers. The measuring section after 3 The drawing differs from the design 1 the drawing mainly characterized in that the installation direction of the force transducer is provided instead of longitudinally now transversely to the rail longitudinal direction. In this case, the force transducer 1 is designed basically comparable, as the force transducer 1 to 1 and 2 the drawing. The force transducer is also designed as a double-sided Scherkraftaufnehmer, in detail in the sectional view 4 the drawing is shown. There is the force transducer 1 from a longitudinal beam of about 400 mm in length and about 70 mm in height and has the side of a vertical central axis 12 two expansion bodies 14 who are also on a wall 19 arranged Scherkraftaufnehmern 22 are applied. The force transducer 1 supports laterally with two support plates 25 on a conventional railroad tie 5 from and is preferably attached to this.

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 area 15 of the force transducer 1 is a cross hole 26 provided by a round bolt 20 positively guided, which protrudes about 50 mm over the transverse surfaces of the longitudinal beam. For force application are on this round bolt 20 from both sides each a holder 8th . 9 pushed, like the holder 8th . 9 to 1 and 2 the drawing are formed. These mounts 8th . 9 are also firmly connected to the rail head and guide the rail load symmetrically in the transversely arranged force transducer 1 one. This rail load is then transmitted by the shear force transducers 22 recorded and how can 1 and 2 be evaluated described.

Claims

Device for measuring the rail load within a given measuring section with the aid of several load cells ( 1 ) on the determination of rail 3 ) acting vertical forces, - between the rails ( 3 ) and fixed thresholds ( 5 ) are arranged, characterized in that - in height under the rail head ( 4 ) in the rail at least in which the sleepers ( 5 ) spanning longitudinal area a recess ( 2 ), in which a longitudinal flat load cell ( 1 ) is arranged in rail longitudinal or transverse direction, - the rail head ( 4 ) is supported on the threshold top.

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

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the side cheeks ( 6 ) of the rail head ( 4 ) in the area of the endpoints of each force transducer ( 1 ) axially spaced indentations ( 10 ) or two lateral indentations are provided as profiling, in which limbs ( 11 ) of a holder ( 8th . 9 ) for the load cells ( 1 ) are attached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each load cell ( 1 ) is formed as a flat longitudinal beam, the two axially spaced Scherkraftaufnehmerteile ( 22 ) and symmetrical to a vertical center axis ( 12 ) is trained.

Device according to claim 4, characterized in that each load cell ( 1 ) at its ends or in the middle region ( 15 ) each have a round bolt ( 20 ), which for frictional fit into the associated holder ( 8th . 9 ) serves.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each load cell ( 1 ) in the middle area ( 15 ) Transverse flanges ( 16 ), which are 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 load cell ( 1 ) at its ends support plates ( 25 ) for lateral support to 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 holders ( 8th . 9 ) are provided, which have a cuboid main part, the two U-shaped protruding leg ( 11 ) and in the cuboid ( 13 ) a through hole for use of the round bolt ( 20 ) having.

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

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

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

Apparatus according to claim 9, characterized in that the measuring path has conventional or modified wood or concrete sleepers, on whose clamping devices ( 17 ) the load cells ( 1 ) are attached.

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