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Die
Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für die Radsatzdiagnose und die
statische und dynamische Erfassung von Radaufstandskräften und Radsatzaufstandskräften von
Schienenfahrzeugen nach den Merkmalen des Anspruches 1.
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Es
ist bekannt Radaufstandskräfte
bzw. Radlasten, Flachstellen und Polygone von Rädern und allgemein unrunde
Räder von
Schienenfahrzeugen zu erfassen. Diese Mess- und Prüfarbeitsgänge sind nach genau festgelegten
Kriterien im Fahrzeugbau und in der Instandhaltung durchzuführen und
in der Lebenslaufakte eines jeden Schienenfahrzeuges zu dokumentieren.
Die Messaufgaben zur Erfassung der Radaufstandskräfte ergeben
sich in vielen Anwendungsfällen
während
der Lebensdauer eines Schienenfahrzeuges. Weiterhin ist bekannt,
mit derartigen Prüfeinrichtungen
das Gesamt- bzw. das Betriebsgewicht eines Schienenfahrzeuges zu
ermitteln, um Überladungen,
die zu einer Überbeanspruchung
des Schienennetzes führen,
zu vermeiden
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Grundsätzlich zu
unterscheiden ist zwischen statischen und dynamischen Messungen.
Dynamische Messungen erfolgen in der Regel durch im Gleis eingebaute
Wägeelemente
und dienen der Kontrolle zulässiger
Radaufstandskräfte
bzw. Radsatzaufstandskräfte,
z. B. zur Ermittlung der Zuladung. Statische Messungen erfolgen
in der Regel zur Sicherstellung der technischen Eigenschaften von
Schienenfahrzeugen. Durch diese Prüfungen wird der Nachweis zulässiger Rad-
und Achslastdifferenzen eines Schienenfahrzeuges zur Vermeidung
von Entgleisungen und der Verringerung von Schleuderneigungen erbracht.
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Es
sind die verschiedensten Mess- und Prüfeinrichtungen zur Bestimmung
von Radaufstandskräften
bekannt. Derartige Vorrichtungen sind in einem Schienenstrang zwi schen
den Gleisen oberhalb der Schwellen angeordnet. Solche Vorrichtungen sind
zum Beispiel in den Schriften
GB 2 315 559 A , WO 01/18505 A1,
US 3,714,997 ,
US 3,734,217 und
DE 202 14 267 U1 beschrieben.
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Weiterhin
sind Messvorrichtungen bekannt, die unterhalb der Schienen im Schwellenbereich
angeordnet sind. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in
der
CZ 284661 B6 ,
in der
DE 100 31 092
A1 und in der
JP
02226018 A bekannt geworden.
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Mess-
und Prüfvorrichtungen
anderer Bauart und Konstruktion sind in den nachfolgend aufgeführten Schriften
beschrieben. So wird in der
DE 101 14 481 A1 und der
DE 101 14 482 A1 eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichtes
von Schienenfahrzeugen während
der Überfahrt
beschrieben, wobei die Kraftaufnehmer im bzw. am Schienensteg angeordnet
sind und durch Mehrfachanordnung definiert große Messstrecken bilden.
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Eine
weitere Wägevorrichtung
für Schienenfahrzeuge
wird in der WO 02/03040 A1 vorgestellt. Diese Erfindung betrifft
eine Wägevorrichtung,
die in erster Linie auf herkömmlichen
standardisierten Betonschwellen befestigt ist. Zwischen den aufliegenden
Schienen und den Betonschwellen sind Kraftmessvorrichtungen bzw.
Wägezellen
angeordnet. Die Kraftmessvorrichtungen sind solche mit Kraftrückführungselementen,
die einerseits mit der Schwelle und andererseits mit den Schienen
verbunden sind.
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Mit
der
EP 1 212 228 B1 wird
eine Vorrichtung zur Feststellung von Unrundheiten und Flachstellen
an Fahrzeugrädern
bei Schienenfahrzeugen vorgeschlagen. Die beschriebenen Wägezellen
sind entweder zwischen den Schienen oder Schwellen oder in einer
Aussparung in den Schwellen angeordnet, wobei sich bei letzterem
die Fahrschienen auf den Wägezellen
abstützen.
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In
dem Patent
DE 2 147
097 C3 wird eine Waage zum Wiegen von Schienenfahrzeugen
beschrieben, die im Wesentlichen aus einem Rahmenteil, einem Fahrzeugträgerteil
und Lastmesseinrichtungen besteht. Die Lastmesseinrichtungen sind
entweder in Öffnungen
im Schienensteg oder auf Schienenbefestigungselementen angeordnet.
Die Fahrzeugträgerteile
werden von den Lastmesseinrichtungen getragen und sind in einer
Gleisanlage bzw. im Schienenstrang als Unterbrechung zwischen zwei Schienenenden
angeordnet.
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Die
bekannten Messvorrichtungen erfordern teilweise recht erhebliche
Manipulationen an den Schienen oder es müssen die Schienen aufgetrennt und
anschließend
wieder verschweißt
werden. Bei anderen der bekannten Vorrichtungen sind Schwellen zu
demontieren oder auszutauschen. Anschließend ist wieder das Neustopfen
von Schotter im Gleisbett erforderlich. Von Nachteil ist auch, dass
die meisten der bekannten Vorrichtungen nur für spezielle Mess-, Prüf- oder
Wägevorgänge einsetzbar
sind, ihnen also eine universelle Einsetzbarkeit fehlt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik
aufgezeigten Nachteile zu überwinden
und eine universell einsetzbare Vorrichtung vorzuschlagen, die ohne
Manipulation am Schienen- und Schwellenkörper für die statische und dynamische
Erfassung von Radaufstandskräften und
Radsatzaufstandskräften
und für
die Radsatzdiagnose von Schienenfahrzeugen einsetzbar ist. Weiterhin
ist es Aufgabe der Erfindung, die vorzuschlagende Vorrichtung in
beliebiger Weise zu vergrößern, um
ganze Einheiten von Schienenfahrzeugen zu messen, zu diagnostizieren
und/oder zu wiegen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung
zum Erfassen und zum Messen von statischen und/oder dynamischen
Radaufstandskräften und
Radsatzaufstandskräften
von Schienenfahrzeugen sowie für
den Einsatz in der Radsatzdiagnose besteht mindestens aus einer
Vorrichtung zur Erfassung von Materialverformungen und aus Arretierungen
für diese
Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Materialverformungen
aus mindestens einem Messbalken besteht und dieser quer unter einer
Schiene, durch die Schiene belastend und an dieser fixiert und von
längs parallel
zur Schiene angeordneten Stütz-
und Kraftübertragungselemente hängend gehaltert
ist.
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Die
erfindungsgemäße Messeinrichtung
besteht aus Vorrichtungen zum Umlenken der von den Schienen eingebrachten
Kraft auf Stütz-
und Kraftübertragungselemente,
die auf den Stützstellen
der Schwellen arretiert sind, so dass die Schienen frei hängend über den
Schwellen als Brücke
angeordnet sind. Unter den Schienen sind zu diesen querliegend und
mittig im Schwellenfach Messbalken angeordnet, die mit ihren Endstücken an
den Stütz- und Kraftübertragungselementen
aufgehangen sind.
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Die
Stütz-
und Kraftübertragungselemente sind
beidseitig parallel zu den Schienen auf den Schwellen über mindestens
ein Schwellenfach, vorzugsweise über
sieben Schwellenfächer
verlegt sind. Die so eine oder mehrere Brücken bildenden Stütz- und
Kraftübertragungselemente
haltern somit über die
quer unter den Schienen und unter den Stütz- und Kraftübertragungselementen angeordneten
Messbalken die Schienen. Dabei bilden die Schienen selbst oberhalb
ihrer bisherigen Schwellenauflagen jeweils eine Brücke. Die
Messbalken sind vorzugsweise in der Mitte eines Schwellenfaches
mit den Stütz-
und Kraftübertragungselementen
und den Schienen fest verbunden. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung
ist für
einen ein- und für
einen mehrachsigen Einsatz vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung
sind die Stütz-
und Kraftübertragungselemente
längs parallel
zur Schiene angeordnete Träger,
die auf den Schwellen (1) aufliegen und mit diesen fest
verbunden sind. Unter den Trägern
und unter den Schienen sind quer zur Fahrtrichtung mittig in mindestens
einem Schwellenfach, vorzugsweise in sieben Schwellenfächern, Messbalken
bzw. Verformungskörper
mit Dehnungsmessstreifen fest mit den Trägern und den Schienen verbunden.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
besteht die Messeinrichtung aus zwei zu einem Schwellenfach gehörende Schwellen,
mit mittig im Schwellenfach angeordnetem Verformungskörper mit
Dehnungsmessstreifen. Auf einem Querschwellengleis sind die Schienen
in traditioneller Art und Weise mittels Hakenschrauben, Schraubenmuttern
und Klemmplatten in Rippenplatten fest arretiert.
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Die
zwischen Schienenfuß und
Rippenplatten liegenden elastischen Zwischenlagen sind nach dieser
Ausführungsform
nicht entnommen, so dass die Schienen über den Schwellen keine Brücke bilden.
Die ebenso parallel zu den Schienen auf den Schwellen befestigten
Träger
haben nach dieser Alternative die Aufgabe, den betreffenden Messabschnitt
zu stabilisieren und den Verformungskörper unter der Schiene fest
zu arretieren.
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Die
Vorrichtung zur Erfassung von Materialverformungen kann ein Verformungskörper mit
Dehnungsmessstreifen, ein Drucksensor oder ein Distanzsensor oder
ein optischer Sensor sein. Unabhängig
davon, welche Vorrichtung zur Erfassung von Materialverformungen
benutzt wird, in jedem Fall stehen die einzelnen Messeinrichtungen über Ver bindungsleitungen
oder Funk mit einer zentralen Messwertanzeige- und Messwertauswerteeinheit
in Verbindung und werden über
diese kalibriert.
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Die
Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass keine Oberbauveränderungen
am Gleiskörper
erforderlich sind, ein schneller Einbau möglich ist und damit nur kurze
Sperrzeiten benötigt werden.
Der Einbau ist unproblematisch und kostengünstig, die Entwicklungs- und
Herstellungskosten sind gegenüber
den bekannten Messeinrichtungen gering. Die Messeinrichtung ist
sowohl für
statische als auch für
dynamische Messungen der Radsatzaufstandskräfte und Radaufstandskräfte von
Schienenfahrzeugen einsetzbar. Messungen und Wägungen können mit größter Präzision durchgeführt werden, da
die Mess- und Wägestrecke
durch die Träger
als Stütz-
und Kraftübertragungselemente
stabilisiert wird.
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Die
Merkmale der Erfindung gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen,
für die
hier Schutz beansprucht wird.
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Zwei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden
näher erläutert. In
der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1 einen
Teilaufbau einer Messeinrichtung in Draufsicht mit einem Schnitt
A-D (A-B; C-D) durch die Messeinrichtung,
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2 eine
vereinfachte und vergrößerte Darstellung
der Messeinrichtung im Schnitt C-D aus dem Schnitt A-D,
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3 eine
vereinfachte und vergrößerte Darstellung
der Messeinrichtung im Schnitt A-B aus dem Schnitt A-D,
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4 Draufsicht
auf eine Gleisanlage mit einer Messeinrichtung über sieben Schwellenfächer reichend.
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Beispiel 1
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In
den 1 bis 3 ist ein über zwei Schwellen reichender
Teilaufbau einer Messeinrichtung als Bestandteil einer Mehrfach-Messeinrichtung in
Draufsicht und in Ausschnitten aus dem Schnitt A-D vereinfacht dargestellt.
Auf einem traditionellen Querschwellengleis mit Schwellen 1 sind
Schienen 2 mittels Hakenschrauben 3 und Schraubenmuttern 4 ohne
arretierende Klemmplatte 11 in Rippenplatten 5 gelagert.
Die bei üblicher
Montage zwischen einem Schienenfuß 6 und den Rippenplatten 5 eingelegten elastischen
Zwischenlagen sind bei dieser Ausführungsform entfernt, so dass
kein Anpressdruck der Schienen 2 durch Befestigungsmittel
auf die Schwellen 1 erfolgt.
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Wie
aus der 2 ersichtlich sind auf den Rippen 7 der
Rippenplatten 5 an Stelle von Klemmplatten 11 Tragarme 8 mittels
Hakenschrauben 3 und Schraubenmuttern 4 befestigt.
Die Tragarme 8 liegen vollflächig und bündig auf den Auflageflächen 9 der Rippen 7 auf.
Sie reichen jeweils über
die zwei Rippen 7, die eine Hakenschraube 3 halten.
Mit den Tragarmen 8 sind Träger 10 verschweißt, die
wiederum mit ihrem Trägerfuß 12 auf
den Rippenplatten 5 aufliegen und mittels Schwellenschrauben 13 mit
den Schwellen 1 verbunden sind.
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In
der 3 ist ebenfalls eine vereinfachte und vergrößerte Darstellung
der Messeinrichtung im Schnitt A-B aus dem Schnitt A-D dargestellt.
Die 3 veranschaulicht die brückenförmige Aufhängung einer Vorrichtung zur
Erfassung von Materialverformungen, die in diesem Ausführungsbeispiel aus
einem Verformungskörper 14 mit
Dehnungsmessstreifen besteht. Der Verformungskörper 14 ist mit seinen
Endstücken 15 über Distanzstücke 16 mit den
Trägern 10 durch
Innensechskantschrauben 17 fest verbunden.
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Die
Schiene 2 liegt mit ihrem Schienenfuß 6 in einer modifizierten
Rippenplatte 18. Die modifizierte Rippenplatte 18 weist – wie aus 3 ersichtlich – keine
Befestigungsflächen
bzw. -löcher
für eine
Befestigung an der Schwelle 1 auf. Durch die modifizierte
Rippenplatte 18 hindurch sind Bolzen 19 in dem Verformungskörper 14 eingeschraubt. Über diese Bolzen 19 und
die Schenkel 20 der modifizierten Rippenplatte 19 erfolgt
mittels Klauen 11 eine starre Verbindung der Schiene mit
dem Verformungskörper 14. Zur
Erfassung von Messdaten aus dem Verformungskörper 14 ist eine Kabeleinführung 21 im
Verformungskörper 14 mittig
angeordnet.
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Nach
dieser Art Befestigung werden innerhalb einer Mess- bzw. Wägestrecke
a – a
(4) die Schienen 2 brückenförmig über die Schwellen 1 geführt und
es erfolgt eine Abstützung
bzw. Arretierung der Schiene 2 nur über die mittig in einem Schwellenfach
angeordnete Messeinrichtung in Form eines Verformungskörpers mit
DMS 14, der mit den Trägern 5 fest
verbunden ist und die Träger 5 wiederum auf
den Schwellen 1 abgestützt
lagern.
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Die
anhand der 1 bis 4 beschriebene
Messeinrichtung wird – wie
nachfolgend zu beschreiben ist – in
einen Gleisstrang eingebaut. Um eine Mess- bzw. Wägestrecke
a – a über vorzugsweise
sieben Schwellenfächer
zu errichten, ist es erforderlich, am Anfang und Ende dieser Mess-
und Wägestrecke
a – a
eine An- und Abfahrtszone, die gleichzeitig als Beruhigungsstrecke
b – b
dient, zu errichten. Die Beruhigungsstrecke b – b reicht nach dieser Ausführungsform über ein
Schwellenfach. Die links- und rechtsseitig von den Schienen 2 angeordneten
Träger 10 halten
eine unter den Trägern 10 und den
Schienen 2 angeordnete Platte 22. Diese Platte 22 – vorzugsweise
als stabile Stahlplatte gefertigt – wird ebenso wie der Verformungskörper 14 mit
Innensechskantschrauben 17 befestigt. Um eine hohe Stabilität in der
Beruhigungsstrecke b – b
zu erhalten, ist die Platte 22 durch mehrere Innensechskantschrauben 17 innerhalb
des Schwellenfaches unter den Schienen 2 an den Trägern 10 befestigt. Auf
der Platte 22 sind mittels Klemmplatte 11 und weiteren üblichen
Befestigungsmitteln die Schienen 2 starr auf der Platte 22 verschraubt.
In gleicher Weise – wie
soeben beschrieben – werden
die Platten 22 am anderen Ende der Mess- und Wägestrecke
a – a im
Gleisstrang unter den Schienen angebracht.
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Die
Beruhigungsstrecke b – b
in der An- bzw. Abfahrtszone der Mess- und Wägestrecke a – a hat die
Aufgabe, eine Verschiebung der Träger 10 zu verhindern
und den Schienenkörper
vor der ersten und letzten Schwelle 1 der Mess- und Wägestrecke
a – a zu
stabilisieren. Damit wird der Regelabstand der Stützstellen
auf den Schwellen 1 von zum Beispiel 630 mm garantiert.
Erfolgt dies nicht, würde
der Stützstellenabstand
von zum Beispiel 630 mm + ½ Schwellenfach
in der Beruhigungsstrecke b – b
betragen.
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Zur
Montage der erfindungsgemäßen Messeinrichtung
werden in dem gesamten Bereich der Mess- und Wägestrecke a – a die
Schienen 2 leicht angehoben und die zwischen Schienenfuß 6 und
Rippenplatte 5 liegenden elastischen Zwischenlagen entfernt.
Danach werden rechts- und linksseitig jeder Schiene 2 die
Träger 10 in
der beschriebenen Art und Weise auf den Schwellen 1 befestigt.
Die in den Schwellenfächern
angeordneten Verformungskörper 14 werden
unterhalb der Träger 10 mit
diesen verschraubt und die Schienen 2 auf den Verformungskörpern 14 fest
arretiert. Dazu werden zwischen die Verformungskörper 14 und dem Schienenfuß 6 modifizierte
Rippenplatten 18 eingelegt. Die Arretierung der Schienen 2 auf
den modifizierten Rippenplatten 18 erfolgt in an sich bekannter
Art und Weise mittels Gewindebolzen 19, die in den Verformungskörpern 14 verschraubt
sind und mit Klemmplatten 11, die mittels Schraubenmuttern 4 befestigt
werden.
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Eine
höhenmäßige Ausrichtung
zwischen den Trägern 10 und
den Verformungskörpern 14 erfolgt
mit Distanzstücken 16,
die zwischen den Trägern 10 und
den Endstücken 15 der
Verformungskörper 14 angeordnet
werden. Nach dem Festziehen aller Befestigungsmittel an den Trägern 10 als
Befestigung dieser mit den Schwellen 1 und Festziehen der Befestigungsmittel
zwischen den Verformungskörpern 14 und
den Schienen 2 erfolgt eine Überprüfung der Brückenbildung der Schienen 2,
die durch das Herausnehmen der elastischen Zwischenlagen zwischen
Schienenfuß 6 und
Rippenplatte 5 im Bereich der Schwellen 1 entstanden
ist. Um eine präzise Messung
bzw. Wägung
durchführen
zu können,
ist die Verwendung von sonst vorgeschriebenen Federringen in Verbindung
mit den Befestigungsmitteln nicht vorgesehen. Für die beschriebenen starren
Verbindungen finden lösungshemmende
Befestigungsmittel Anwendung. Die Verformungskörper 14 werden über Verbindungsleitungen
oder Funk mit einer zentralen Messwertanzeige- und Messwertauswerteeinheit
in Verbindung gebracht und über
diese kalibriert.
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Beispiel 2
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Nach
dieser Ausführungsform
besteht die Messeinrichtung aus zwei zu einem Schwellenfach gehörenden Schwellen
(1) mit mittig im Schwellenfach angeordnetem Verformungskörper 14 mit
Dehnungsmessstreifen. Auf einem traditionellen Querschwellengleis
sind die Schienen 2 mittels Hakenschrauben 3,
Schraubenmuttern 4 und Klemmplatten 11 in Rippenplatten 5 fest
arretiert.
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Alternativ
können
die Rippenplatten 5, wie sie im konventionellen Gleisbau
verwendet werden, durch Rippenplatten mit einer in Fahrtrichtung
verlaufenden leichten kreisbogenförmigen Wölbung ersetzt werden, so dass
die Schiene 2 wie eine Tangente auf der in Fahrtrichtung
gewölbten
kreisbogenförmigen Oberfläche der
Rippenplatte aufliegt.
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Die
zwischen Schienenfuß 6 und
Rippenplatten 5 liegenden elastischen Zwischenlagen können je
nach vorgesehenem Einsatzzweck der Messeinrichtung sowie nach den
bestehenden Kalibrierungsmöglichkeiten
in ihrer ursprünglichen
Lage verbleiben oder entnommen oder mit nicht elastischen Zwischenlagen
ausgetauscht werden. Die ebenso wie in Beispiel 1 parallel zu den
Schienen 2 auf den Schwellen 1 befestigten Träger 10 haben
in diesem Ausführungsbeispiel
die Aufgabe, den betreffenden Messabschnitt zu stabilisieren und
den Verformungskörper 14 unter
der Schiene 2 fest zu arretieren. Dazu ist die Schiene 2 wiederum
auf einer modifizierten Rippenplatte 18 gelagert und wird
von Klemmplatten 11 mit tels in den Verformungskörper eingeschraubter
Gewindebolzen 19 und Schraubenmuttern 4 gehalten.
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Diese
Ausführungsvariante
ist eine sehr schnelle und sehr kostengünstige Variante zur Messung
der Radaufstandskraft. Derart einfach gestaltete Messeinrichtungen,
bei denen die Schienen 2 fest mit ihren Stützstellen
auf den Schwellen 1 arretiert sind, können zu mehreren, entsprechend
beabstandet, hintereinander in einer Gleisanlage angeordnet werden.
So kann bei einer derartigen Mehrfachanordnung, beispielsweise aus
drei dieser einfachen Messeinrichtungen, ein Mittelwert der gemessenen Radaufstandskraft
errechnet werden.