DE1111233B - Einrichtung zum Ermitteln von vertikalen Unebenheiten bei Schienen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft; eine Einrichtung zum Ermitteln von Unebenheiten in vertikaler Richtung bei Schienen mittels eines die Schienenoberfläche abtastenden Meßorgans, beispielsweise ernes Rades.

Die Ursache von vertikalen Unebenheiten bei Schienen kann in einer mangelhaften Beschaffenheit des Gleisunterbaus, wie z. B. unregelmäßiger Verdichtung des Gleisschotters unter den Schwellen usw., liegen. Die Schienen selbst können aber auch eine unebene Oberfläche, beispielsweise sogenannte Riffeln, besitzen. Auch stellt jede Stoßlücke zweier Schienen eine derartige Unebenheit dar. Alle diese Unebenheiten beeinträchtigen die Laufruhe des Schienenfahrzeugs und können durch Anregen von Schwingungen Ursache für Unfälle sein. Sie bewirken weiterhin Stöße auf die Fahrzeugräder, die infolge der Wechselwirkung auch auf die Schiene zurückwirken und somit eine weit höhere Beanspruchung der Schiene sowie des Fahrzeugs selbst zur Folge haben, was wiederum die Ursache von Achsbrüchen, Radreifenrissen od. dgl. zur Folge haben kann.

Im wesentlichen sind die in vertikaler Richtung auftretenden Schienenfehler nach ihren Dimensionen in zwei Gruppen einteilbar: in die langwelligen sogenannten Einsenkungsfehler und die kurzwelligen, zu denen beispielsweise die sogenannten Riffeln gehören.

Es sind bereits mechanische Vorrichtungen bekanntgeworden, die, in ein Gleismeßfahrzeug eingebaut, die Schienenoberfläche abtasten und eventuelle Unebenheiten anzeigen und/oder registrieren. Eine dieser bekannten zum Messen von Einsenkungen verwendeten Einrichtungen besteht aus einem dreiachsigen Fahrgestell, dessen beide äußere Achsen als Meßbasis starr miteinander verbunden sind. Die vertikalen Abweichungen der mittleren Achse, die das eigentliche Meßorgan bildet, von der Meßbasis sind ein Maß für die Unebenheiten und werden über Seilzüge auf einen mechanischen Schreiber übertragen. Bei einer solchen Einrichtung bleiben Bewegungen des Wagenkastens, die z. B. durch Fliehkräfte, Kurvenüberhöhungen und Schwingungen hervorgerufen werden können, ohne Einfluß auf die Messung. Bedingt durch die drei Achsen der Einrichtung wird jedoch jede Unebenheit dreimal aufgezeichnet. Die Aufzeichnungen zufolge der Auslenkung der beiden äußeren, die Maßbasis bildenden Achsen erfolgen in entgegengesetzter Richtung wie die Aufzeichnung zufolge der Auslenkung der Meßachse.

Diese Vielzahl von Aufzeichnungen macht den Meßschrieb unübersichtlich. Besonders nachteilig ist jedoch, daß Unebenheiten, die länger als die Meß-Einrichtung zum Ermitteln von vertikalen Unebenheiten bei Schienen

Anmelder:

Ing. Ludwig Schenkir
und Dipl.-Ing. Alfred Kiener,
ίο Liesing, Wien (Österreich)

Vertreter: DipL-Chem. Dr. A. Ullrich

und Dipl.-Chem. Dr. T. Ullrich, Patentanwälte,

Heidelberg, Bismarckstr. 17

Ing. Ludwig Schenkir und Dipl.-Ing. Alfred Kiener,

Liesing, Wien (Österreich),
sind als Erfinder genannt worden

basis sind, z. B. langgezogene Einsenkungen, nicht oder nur unvollständig meßtechnisch erfaßt werden. Weiterhin haben die mechanischen Elemente der Einrichtung eine gewisse Trägheit des Meßvorgangs zur Folge, die die Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs, wenn Meßfehler vermieden werden sollen, auf einen verhältnismäßig niederen Wert begrenzt. Die mechanischen Elemente, insbesondere die Seilzüge, verschleißen sehr schnell, weshalb zur Vermeidung von Fehlmessungen ein hoher Aufwand an Material und Arbeitszeit zum häufigen Überprüfen und Austauschen der Elemente erforderlich ist. Auch wirken sich die Massen und Eigenfrequenzen der Elemente nachteilig auf die Genauigkeit und die Schreibfrequenz aus. Exakte Messungen sind aus diesen Gründen bei normaler Zuggeschwindigkeit, also unter normalen Betriebsbedingungen, nicht durchführbar. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß besondere Maßnahmen zum Ausgleich der Bewegungen des Fahrzeugkastens erforderlich sind, da die Meßgrößen einerseits zwar von Auswirkungen derKastenbewegungen frei bleiben müssen, andererseits jedoch in den Fahrzeugkasten hinein übertragen werden _e müssen.

Es ist weiterhin bereits bekannt, kurzwellige Unebenheiten der Schienenoberfläche selbst, beispielsweise sogenannte Riffeln, das sind periodisch wiederkehrende kurze Einsenkungen, deren Ursache noch nicht eindeutig geklärt ist, durch optische Mittel auf-

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zunehmen und durch diese optischen Mittel über Re- Fahrgestells für die Einrichtung ein einachsiges treten

lais eine Schreibvorrichtung ein- bzw. abzuschalten. kann. Außer dieser weiteren Vereinfachung wird bei

Diese Einrichtungen arbeiten jedoch so träge, daß mit dieser Anordnung jede Unebenheit im Meßschrieb

ihnen nur markiert wird, ob derartige Unebenheiten nur noch einmal aufgezeichnet; die durch die beiden

vorhanden sind oder nicht, nicht jedoch die Zu- 5 äußeren Achsen bei einem dreiachsigen Fahrgestell

standsform der einzelnen Unebenheiten selbst. Die verursachten Aufzeichnungen entfallen. Maßgebend

Schreibvorrichtung zeichnet daher lediglich recht- ist bei dieser Ausführungsform die Eigenfrequenz des

eckförmige Impulse auf, deren Länge der Länge Schwingwegmessers. Liegt diese sehr niedrig, so wer-

der fehlerbehafteten Strecke entspricht, deren den auch sehr langwellige Unebenheiten exakt auf-

Höhe jedoch zufolge der Schaltung durch Relais io gezeichnet, wenn die Geschwindigkeit des Meßfahr-

immer gleich ist und daher keinen Schluß auf die zeugs nicht extrem niedrig wird. Die kurzwelligen

Höhe der Unebenheiten zuläßt. Weiterhin lassen Unebenheiten, z. B. die Riffeln, erscheinen hierbei

schon Schattierungen auf der Schiene, wie Farbflecke, im Meßschrieb als Überlagerungen der Aufzeichnung

Laub u. dgl., die optischen Mittel ansprechen und der langwelligen Unebenheiten. Durch Wahl einer

verursachen damit falsche Meßergebnisse. 15 entsprechend hohen Eigenfrequenz des Schwing-

Mit der Erfindung können die Nachteile der be- messers läßt sich aber auch erreichen, daß die kurzkannten Einrichtungen vermieden werden, und zwar welligen Unebenheiten allein aufgezeichnet werden, dadurch, daß die Einflüsse der Unebenheiten auf das Durch Anpassung der Eigenfrequenz und/oder der Meßorgan durch Messung mechanischer Einfluß- Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs kann somit die größen mittels eines oder mehrerer elektrischer Meß- 20 Aufzeichnung im Bedarfsfall auf Unebenheiten beglieder ermittelt werden. Als Einflußgrößen sind ins- stimmter Länge erstreckt bzw. begrenzt werden. In besondere Federwege, mechanische Spannungen, jedem Fall wird jede einzelne Unebenheit linear und Kräfte oder Beschleunigungen verwendbar. Eine der- exakt aufgezeichnet, so daß die Aufzeichnungen Aufartige Einrichtung arbeitet praktisch trägheitslos, so Schluß über Größe und Art der Unebenheiten geben, daß nicht nur eine exakte Aufzeichnung vorhandener 25 Schließlich ist es nach einer weiteren Ausführungs-Unebenheiten, sondern auch eine Messung bei jeder form der Erfindung möglich, durch Anordnen eines vorkommenden Zuggeschwindigkeit möglich ist. Dies elektrischen Beschleunigungsmessers am Meßorgan ist besonders deswegen vorteilhaft, weil die Bean- in einer Weise, daß er nur auf senkrecht zur Schienenspruchungen zufolge von Unebenheiten geschwindig- ebene wirkende Beschleunigungen anspricht, die keitsabhängig sind. 30 durch die Unebenheiten verursachten, auf Räder und

Nach einer Ausführungsform der Erfindung mit Schiene wirkenden Kräfte zu ermitteln. Da die Masse einem an der mittleren Achse eines dreiachsigen des Meßorgans bekannt ist, kann der durch den BeFahrgestells gelagerten Rad als Meßorgan sind als schleunigungsmesser gesteuerte Meßschrieb direkt in Meßglieder elektrische Wegmesser den Federn aller Krafteinheiten geeicht werden. Der Meßschrieb gibt drei Achsen parallel geschaltet bzw. an den Federn 35 zwar auch bei dieser Ausführung Aufschluß über die selbst elektrisch-mechanische Spannungs- oder Kraft- Länge und Höhe der Unebenheiten, die Aufzeichnung messer angebracht und die Meßglieder in eine an sich ist jedoch nichtlinear. Weiterhin muß bei dieser Ausbekannte elektrische Vergleichsschaltung derart ein- führung zur Beurteilung der Messung die Fahrgefügt, daß die den beiden äußeren Achsen zugeord- geschwindigkeit berücksichtigt werden,
neten Meßglieder in einem Leitungszweig und die 40 Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht dem Meßorgan zugeordneten Meßglieder im anderen ferner in sämtlichen Ausführungsformen exakte Rück-Leitungszweig liegen. Schlüsse auf die Größe der Lücken von Schienen-

Die Weg-, Spannungs- oder Kraftmesser ermitteln stoßen. Damit sind auch Schienenwanderungen, die verdie Unebenheiten, die das Meßorgan an der Schiene schieden große Stoßlücken verursachen, feststellbar, abtastet, in Form von Auslenkungen der Feder bzw. 45 Es ist besonders vorteilhaft, mehrere Ausführungsvon Spannungen oder Kräften in den Federn. Durch formen der Erfindung zu kombinieren, so daß sich geeignete Schaltung der Meßglieder in einer solchen mit einer einzigen Meßfahrt mehrere synchrone Vergleichsschaltung, z. B. einer Meßbrücke, wird auf Meßschriebe aufnehmen lassen, die dann beispielselektrischem Wege eine Meßbasis hergestellt, so daß weise über verschiedenartige Unebenheiten und die die starre Verbindung zwischen den beiden äußeren 50 durch sie verursachten Beanspruchungen Aufschluß Achsen, die bei den bekannten Einrichtungen not- geben.

wendig ist, entfällt. Als Meßglieder können auch in- In den Zeichnungen sind verschiedene Ausfüh-

duktive Wegmesser in an sich bekannter Transfer- rungsformen der Erfindung in schematischer Weise

matorschaltung in geeigneter Vergleichsschaltung ver- dargestellt. Es zeigt

wendet werden. Zwar wird auch bei dieser -Ausfüh- 55 Abb. 1 eine Meßanordnung mit einem dreiachsigen

rungsform, bedingt durch die Verwendung von drei Fahrgestell,

Achsen, jede Unebenheit noch dreimal aufgezeichnet; Abb. 2 ein Schaltbild für die Meßglieder gemäß

die Aufzeichnungen zufolge der Auslenkung der bei- Abb. 1,

den äußeren Achsen, die sogenannten Gegenzacken, Abb. 3 ein Schaltbild für induktive Meßglieder in sind jedoch nur etwa halb so groß wie die Aufzeich- 60 Transformatorenschaltung,

nung zufolge der Auslenkung der mittleren Achse, Abb. 4 a und 4 b in Vorder- und Seitenansicht eine

der eigentlichen Meßachse, wodurch die Übersicht- kombinierte Ausführung mit Schwingweg- und Be-

lichkeit des Meßschriebs verbessert wird. schleunigungsmesser.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Die Einrichtung nach Abb. 1 besteht in an sich in bekannter Weise mit einer seismischen Masse ver- 65 bekannter Weise aus einem dreiachsigen Fahrgestell,

sehener Schwingwegmesser am Meßorgan angebracht. dessen einzelne Räder über Abfederungen mit dem

Hierbei wird die Meßbasis durch die seismische Wagenkasten verbunden sind. Je drei miteinander

Masse gebildet, so daß an Stelle des dreiachsigen spurende Räder 1 bis 3 gehören zu einer Meßeinrich-

Claims (1)

1. 5 6

   tung. Ihren Abfederungen 4 bis 6 sind elektrische In Abb. 4 a und 4 b ist eine Kombination zweier Meßglieder 7 bis 9 zugeordnet. Bei Verwendung elek- weiterer Ausführungsformen der Erfindung dargetrischer Wegmesser sind diese den jeweiligen Abfede- stellt. Mittels eines Schwingwegmessers 22 werden rungen mechanisch parallel geschaltet und ermitteln die Unebenheiten, die das Rad 21 als Meßorgan abdie Auslenkung der Abfederungen beim Überfahren · 5 tastet, naturgetreu aufgezeichnet, und gleichzeitig einer Unebenheit. Verwendet man als Meßglieder werden mittels eines Beschleunigungsmessers 23 die elektrisch-mechanische Spannungsmesser, so werden durch dieselben Unebenheiten verursachten Beschleusie direkt an den Federn angebracht, um Spannungs- nigungen, die ein Maß für die durch die Unebenänderungen in diesen beim Überfahren von Uneben- heiten verursachten Kräfte sind, ermittelt. Besonderer heiten festzustellen. Verwendet man elektrische Kraft- io Vorteil dieser Kombination ist das gleichzeitige Aufmesser, so sind diese in den Kraftzug zwischen zeichnen von Ursache und Wirkung in parallelen Rad und Wagenkasten einzufügen, um die beim Meßschrieben, wodurch eine gute Vergleichsmöglich-Uberfahren einer Unebenheit auftretende Kraft zu keit geschaffen wird. Selbstverständlich ist auch jede messen. der beiden Einrichtungen für sich getrennt ver-

   Die Meßglieder 7 bis 9 werden in eine bekannte 15 wendbar.

   elektrische Vergleichsschaltung so eingefügt, daß die Am Achslagergehäuse des Rades 21 ist ein Schwing-Auslenkungen der Räder 1 und 3 mit denen des Meß- wegmesser 22 angebracht, der in bekannter Weise organs, des Rades 2, verglichen werden. Auf diese eine seismische Masse besitzt. Diese hat das Bestre-Weise wird durch die Meßglieder 7 und 9 eine elek- ben, in Ruhelage zu verharren, so daß sie eine Meßtrische Meßbasis gebildet, auf welche die mit den 20 basis bildet gegenüber der Auslenkung des Rades 21 Meßgliedern 8 ermittelten Meßwerte bezogen werden. und damit des Achslagers, die dadurch gemessen Als Meßglieder können alle bekannten elektrischen werden kann. Wenn der Schwingwegmesser 22 nur Weg-, Spannungs- oder Kraftmesser verwendet wer- genügend tief abgestimmt wird, können beispielsweise den, gleich, ob sie auf ohmscher, induktiver, kapazi- auch langwellige Unebenheiten aufgezeichnet werden, tiver, piezoelektrischer oder sonstiger Grundlage zu 25 Die kurzwelligen Unebenheiten treten hierbei als messen gestatten. Von der Wirkungsweise der Meß- Überlagerung der langwelligen auf. Durch Abstimglieder hängt die Ausgestaltung der Vergleichsschal- mung auf höhere Frequenz kann jedoch auch erreicht tung ab. Verwendbare Schaltungen sind ebenfalls be- werden, daß nur höherfrequente Schwingungen, also kannt und nicht Gegenstand der Erfindung. beispielsweise nur die von den kurzwelligen Riffeln

   Die in Abb. 2 dargestellte Schaltungsanordnung in 30 herrührenden, aufgezeichnet werden. Bringt man zwei Form einer Meßbrücke ist beispielsweise für auf derart unterschiedlich abgestimmte Schwingwegohmscher Grundlage arbeitende elektrische Meßglie- messer am selben Achslagergehäuse an, so können der, z. B. elektrische Widerstands-Dehnungs-Meß- gleichzeitig kurz- und langwellige Unebenheiten gestreifen, geeignet. Die Brücke wird an den Klemmen trennt voneinander aufgezeichnet werden.
   10 und 11 gespeist. Die Meßglieder 7 und 9 sind hier- 35 Der Beschleunigungsmesser 23 ist ebenfalls am bei in den einen und die Meßglieder 8 in den anderen Achslagergehäuse angebracht, und zwar derart, daß Brückenzweig eingefügt. Durch Unebenheiten ver- er nur Beschleunigungen mißt, die dem Rad senkursachte Auslenkungen des als Meßorgan verwende- recht zur Schienenoberfläche durch deren Unebenten Rades 2, die sich in Form von Wegen, Spannun- heiten erteilt werden. An sich kann er auch zu Mesgen oder Kräften den Meßgliedern mitteilen, gegen- 40 sungen der Unebenheiten selbst dienen, jedoch sind über der durch die Räder 1 und 3 gebildeten Meßbasis seine Aufzeichnungen nihtlinear. Da aber die durch treten als Differenzspannung an den Klemmen 12 und eine Unebenheit auszulenkende Masse, nämlich die-

   13 auf und werden in bekannter Weise zum Anzeigen jenige des Rades, der Achse und der starr mit diesen und/oder Registrieren benutzt. verbundenen Teile, bekannt ist, lassen sich die Auf-

   Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform 45 zeichnungen des Beschleunigungsmessers direkt zur

   sind induktive Meßglieder verwendet. Jedes Meßglied Beurteilung der durch die Unebenheiten verursachten

   14 bis 16 besitzt zwei gegeneinandergeschaltete Pri- Kraftwirkungen auf Fahrzeug und Schiene heranmärwicklungen α und b und eine Sekundärwicklung c. ziehen. Bei der Beschleunigungsmessung ist die Fahr-AlIe drei Wicklungen besitzen einen gemeinsamen, geschwindigkeit zu berücksichtigen,
   verschiebbaren Kern d. Beim Auslenken eines Rades 50

   während des Überfahrens einer Unebenheit wird der PATENTANSPRÜCHE·
   Kernd des dem Rad zugeordneten Meßgliedes entsprechend verstellt. Während in seiner ursprünglichen 1. Einrichtung zum Ermitteln von Unebenhei-Stellung der Anteil der Wicklung α an der Induktion ten in vertikaler Richtung bei Schienen mittels in der Wicklung c gleich dem Anteil der Wicklung b 55 eines die Schienenoberfläche abtastenden Meßist und diesen zufolge der Gegenschaltung beider organs, beispielsweise eines Rades, dadurch geWicklungen kompensiert, verändert sich zufolge der kennzeichnet, daß die Einflüsse der Unebenheiten Verschiebung des Kerns d das Anteilverhältnis so, auf das Meßorgan durch Messung mechanischer daß in der Wicklung c eine Differenzspannung auf- Einflußgrößen (Weg, Spannung, Kraft oder Betritt, die ein Maß für die Auslenkung ist. Die Anord- 60 schleunigung) mittels eines oder mehrerer eleknung wird an den Klemmen 17 und 18 gespeist. irischer Meßglieder ermittelt werden.

   Das Meßglied 14 ist in analoger Weise dem Rad 1 2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem an

   nach Abb. 1, das Meßglied 15 dem Rad 3 und die der mittleren Achse eines dreiachsigen Fahr-

   Meßglieder 16 dem Rad 2 zugeordnet. Eine Auslen- gestells gelagerten Rad als Meßorgan, dadurch

   kung des Rades 2 relativ zu der durch die Räder 1 65 gekennzeichnet, daß als Meßglieder dienende

   und 3 gebildeten Basis ruft somit an den Klemmen elektrische Wegmesser (7 bis 9) den Federn (4

   19 und 20 einen Ausgleichsstrom als Maß für die bis 6) aller drei Achsen parallel geschaltet bzw.

   relative Auslenkung hervor. an den Federn elektrisch-mechanische Spannungs-

   oder Kraftmesser angebracht sind und die Meßglieder in eine an sich bekannte elektrische Vergleichsschaltung derart eingefügt sind, daß die den beiden äußeren Achsen zugeordneten Meßglieder (7 und 9) in einem Leitungszweig und die dem Meßorgan (Rad 2) zugeordneten Meßglieder (8) im anderen Leitungszweig liegen.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschaltung eine elektrische Meßbrückenschaltung verwendet ist.

   4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglieder (7 bis 9) induktive Meßelemente in an sich bekannter Transformatorschaltung benutzt werden.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in bekannter Weise mit einer seismischen Masse versehener Schwingwegmesser(22) am Meßorgan (Rad 21 in Abb. 4 a) angebracht ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßorgan (Rad 21) ein elektrischer Beschleunigungsmesser (23) derart angebracht ist, daß er nur auf senkrecht zur Schienenoberfläche wirkende Beschleunigungen anspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 925 236;
   österreichische Patentschrift Nr. 118 690.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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