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Vorrichtung zum Feststellen der Erwärmung von Achslagergehausen Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen der Erwärmung von Achslagergehäusen
mit einem wärmeempfindlichen elektrischen Meßelement, das bei Auftreffen von Wärmestrahlung
ein elektrisches Meldekennzeichen erzeugt, und mit einem optischen System, die längsseits
einer Schiene eines Gleisstückes gelagert sind und beim Vorbeifahren eines Schienenfahrzeugs
auf die Strahlungsenergie einer Fläche ansprechen, deren Temperatur sich mit der
eines benachbarten Achslagerkastens ändert, sowie mit einer elektrischen Meßanordnung
mit einem Verschluß, der unter dem Einfiuß eines durch das Vorbeirollen eines Schienenfahrzeuges
erzeugten Steuerkennzeichens öffnet.
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Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt. Es ist ferner eine Vorrichtung
vorgeschlagen worden, deren optisches System zum Abbilden der Wärmestrahlung auf
das wärmeempfindliche Element längs einer nach oben und gegen die Unterseite der
Wagen geneigte Achse ausgebildet ist, die die Ebene vorbeilaufender Wagenachsen
etwa senkrecht zu den Achsen schneidet. Diese vorgeschlagene Vorrichtung hat gegenübenden
bekannten Ausbildungen von Vorrichtungen zur Feststellung der Erwärmung von Achslagergehäusen
den Vorteil, daß mit ihr nicht die Stirnseite des Gehäuses (in Achsrichtung gesehen)
abgetastet wird, sondern z. B. dessen Vorder- oder Rückflächen und dessen Unterseiten,
die diejenigen Teile des Achslagergehäuses sind, an denen die Erwärmung des Achslagers
selbst am besten gemessen werden kann. Außerdem wird durch die vorgeschlagene Vorrichtung
die Möglichkeit ausgeschaltet, daß das optische System nicht nur die Achslager,
sondern auch die Bremsklötze abtastet, die ebenfalls häufig eine übermäßige Temperatur
haben und deren Registrierung zu Fehlern bei der Auswertung der Meßergebnisse führen
würde.
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Die bekannten optischen Systeme von Vorrichtungen zum Feststellen
der Erwärmung von Achslagergehäusen sind zusammen mit der erwähnten vorgeschlagenen
Vorrichtung nicht oder zumindest nicht in befriedigender Weise verwendbar. Das Ausrichten
der optischen Achse auf die Unterseite und die Endflächen (in oder entgegen der
Fahrtrichtung) des Achslagergehäuses hat zwar den Vorteil, daß Fehlergebnisse durch
das Registrieren von Bremsklötzen vermieden werden und daß die Meßergebnisse genauer
ausfallen; sie bedarf jedoch gewisser Maßnahmen, um Störstrahlungen im optischen
System auszuschließen. Beim Registrieren der Erwärmung der Unterseite und der Endflächen
eines Achslagergehäuses muß nämlich die optische Achse gegen die Horizontale geneigt,
also gegen das Firmament gerichtet sein, so daß häufig fremde Wärmestrahlungen aufgenommen
werden, was zu Fehlergebnissen führt.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung arbeitet so, daß die Temperatur der
Achslagergehäuse mit einer Bezugstemperatur verglichen wird; diese Bezugstemperatur
wird von der als Hintergrund verwendeten Unter- oder Stirnseite jedes Wagens eines
vorbeifahrenden Zuges geliefert. .In dem .Zeitraum zwischen zwei Zügen jedoch erwärmt
sich das optische System, wenn es von Störstrahlungen der beschriebenen Art getroffen
werden kann. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Vergleichsmessung der Achslagergehäuse
der ersten Wagen eines Zuges nicht in bezug auf die gewünschte Bezugsstrahlung erfolgt.
Erst wenn die ersten Wagen vorbeigefahren sind und nachdem sich die Teile des optischen
Systems genügend abgekühlt haben, entfällt der störende Einfluß der Fremdstrahlung
auf die Bezugsstrahlungsmessung.
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Bei einer bekannten Heißläufersuchvorrichtung sind ein zusätzlicher
Vergleichsstrahler und eine Unterbrecherscheibe vorgesehen, die mit höherer Drehzahl
umläuft und abwechselnd die Strahlen, die von den zu prüfenden Achslagerkäaten,
und solche, die von dem Vergleichsstrahler ausgehen, auf ein
Bolometer
auftreffen läßt. Eine solche Ausbildung setzt natürlich komplizierte, teuere und
störanfällige Einrichtungen voraus, wie den Antrieb der Unterbrecherscheibe und
des Vergleichsstrahlers selbst.
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Eine weitere bekannte Ausbildung weist innerhalb des optischen Systems
einen Verschluß auf, der genau auf die vor einer Kamera erscheinenden Achslager
synchronisiert ist und Öffnungszeiten von 0,002 Sekunden hat. Auch diese Ausbildung
setzt einen komplizierten Mechanismus voraus, denn ein Verschluß mit einer so geringen
Öffnungszeit ist ein Präzisionsinstrument.
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Die bekannten optischen Systeme mit Verschlüssen scheinen zwar zusammen
mit der erwähnten vorgeschlagenen Vorrichtung verwendbar zu sein; tatsächlich jedoch
würde in beiden Fällen die Möglichkeit der Verwendung der Unterseite der Wagen eines
Zuges als Bezugspegel für die Wärmestrahlenmessung entfallen. Bei Anordnung eines
Verschlusses innerhalb des optischen Systems würden sich außerdem bei gegen die
Horizontale geneigter optischer Achse die störenden Einflüsse von Fremdstrahlungen
z. B. wegen Erwärmung der Linse nicht ausschalten lassen.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist nach der Erfindung der Verschluß
außerhalb des optischen Systems der Vorrichtung angeordnet: das Steuerkennzeichen
wird in an sich -bekannter Weise durch einen Speicherstromkreis während eines Zeitraumes
wirksam gehalten, innerhalb dessen bei einem langsam fahrenden Zug das nächste Steuerkennzeichen
eintrifft, so daß der Verschluß zum Abbilden sämtlicher zu messender Achslagergehäuse
desselben Zuges und zum Messen der von der Unterseite der Wagen gebildeten Bezugsgröße
geöffnet bleibt und seine Rückseite bei geschlossenem Verschluß einen Bezugspegel
für die Strahlungsmessung am nächsten zu messenden Zug liefert.
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Die Anordnung des normalerweise geschlossenen Verschlusses außerhalb
der optischen Achse ermöglicht, die erforderliche Bezugsgröße verläßlich zu erzeugen,
und zwar ohne Rücksicht auf Tageszeit oder Wettereinflüsse. Der durch den Verschluß
verdeckte Teil befindet sich jederzeit im Schatten, und der in diesem Zustand auf
das optische System einwirkende Strahlungspegel ist annähernd gleich dem der Unterseiten
des Wagens.
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Bei Verfahren zur Helligkeitsmessung ist es bekannt, diejenige Stärke
des Fotostromes unter Zuhilfenahme von lichtempfindlichen Schaltungselementen zu
ermitteln, die nach einer stets gleichen Dauer des Meßvorganges erreicht wird. Bei
dieser bekannten Vorrichtung ist ein Federwerk vorgesehen, das einen vor einer lichtempfindlichen
Zelle angeordneten Verschluß steuert, der nur für die Dauer des Meßzeitraumes selbsttätig
geöffnet und nach Ablauf dieser , Dauer wieder geschlossen wird. Während bei dieser
bekannten Vorrichtung der Verschluß nur für die Dauer einer kontinuierlichen Messung
geöffnet bleibt, ist er bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zwar während des
Vorbeifahrens eines ganzen Zuges ge- i öffnet, die Messung selbst ist jedoch intermittierend,
nämlich je einmal für jeden Achslagerkasten und in den Zwischenzeiten für den Bezugspegel.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Einrichtung zum
Einleiten der Verschlußbetäti- i gung aus einem von den Rädern betätigbaren Signalgeber,
wie dies auch bei der bekannten Vorrichtung zur Feststellung von Heißläufern der
Fall ist, die mit geringsten Öffnungszeiten arbeitet und bei der deren Verschluß
je einmal für jeden Achslagerkasten geöffnet wird. Nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung kann das Steuerkcnnzeichen den Verschluß über eine elektromechanische
Einrichtung betätigen, was ebenfalls an sich bekannt ist. Vorteilhafterweise kann
die Zeitkonstante der Speicherschaltung von der Größenordnung von 5 bis 10 Sekunden
sein und damit für Zuggeschwindigkeiten bis herab zu etwa 8 km pro Stunde ausreichend
sein.
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In an sich bekannter Weise kann ferner mit Vorteil eine von dem Signalgeber
gesteuerte Torschaltung vorgesehen sein, die eine offene Stellung nur dann einnimmt,
wenn sich ein Achslagergehäuse etwa in Richtung der optischen Achse des optischen
Systems befindet.
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Vorteilhafterweise kann die Torschaltung bei Verwendung eines Einfach-Signalgebers
einen monostabilen Multivibrator enthalten, der die offene Stellung der Torschaltung
bestimmt. Bei Verwendung eines Zweifach-Signalgebers kann die Torschaltung einen
bistabilen Multivibrator enthalten, welcher die offene Stellung der Torschaltung
durch ein Steuerkennzeichen und die geschlossene Stellung durch ein anderes Steuerkennzeichen
bestimmt.
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Vorteilhafterweise dauert die offene Stellung der Torschaltung etwa
0,05 Sekunden.
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In den Zeichnungen sind eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung sowie ein beispielsweises Schaltschema dargestellt.
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F i g. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Gleisabschnittes,
an welchem die Meßvorrichtung nach der Erfindung angebracht ist; F i g. 2 ist ein
Schnitt durch das Gehäuse der Meßvorrichtung nach F i g. 1 unter Darstellung der
optischen Teile in Seitenansicht, und F i g. 3 ist ein Schaltschema zur Veranschaulichung
der elektrischen und optischen Teile einer Ausführungsform einer in beiden Fahrtrichtungen
ansprechenden Meßeinrichtung.
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Die perspektivische Darstellung nach F i g. 1 zeigt im wesentlichen
die bereits vorgeschlagene Vorrichtung zum Feststellen heißgelaufener Achslagergehäuse.
Diese Vorrichtung 10 ist an zwei Schwellen 12 befestigt und enthält ein optisches
System, dessen Achse 16 unter einem Winkel a (F i g. 3) aufwärts geneigt ist. An
der Schiene 13 ist der Steuersignalgeber 34 angeordnet, der das zum Steuern des
Verschlusses des optischen Systems erforderliche Steuerkennzeichen beim Darüberrollen
des ersten Rades eines Zuges erzeugt. Da der Wagenrahmen 19 über das Achslagergehäuse
18 hinausragt, verläuft die optische Achse 16 so, daß die Bezugspegelstrahlung mehr
oder weniger ausgeglichen ist, da die optische Achse 16 direkt auf die Unterseite
eines Wagens oder auf einen Teil des Gehäuses 18 und nur in den Zwischenräumen zwischen
aufeinanderfolgenden Wagen auf eine Wagenstirnseite fällt. Bei einem dem ankommenden
Zug entgegengerichteten Blickwinkel (F i g. 1) liegt der Schnittpunkt 17 der optischen
Achse 16 mit dem Achslagerkasten 18 zunächst auf der Oberkante 22 der vorderen Stirnfläche
23. Wenn der Wagen sich weiter der Vorrichtung 10 nähert, so tastet die optische
Achse 16 eine Bahn 24 auf der Stirnfläche 23 und der Unterseite des Gehäuses 18
ab.
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Bei der Blickrichtung auf den ablaufenden Wagen, d. h. in dem Falle,
in dem sich der Wagen 19 von der Vorrichtung 10 entfernt (gemäß F i g. 1
von links
nach rechts), trifft die optische Achse 16 zuerst das
Gehäuse 18 an der Unterseite.
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Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform ist ein Doppel-Meßsystem
40, 41 zum Anmessen der Achslager in beliebiger Fahrtrichtung fahrender Züge, das
auf einen gemeinsamen auf Stoßdämpfern 55 gelagerten Rahmen 42 montiert ist. Jedes
Einzelsystem besteht gemäß F i g. 2 aus einer Zelle 43 bzw. 43' und je einer für
Infrarot durchlässigen Linse 44 bzw. 44', die an einem einstellbaren Fokussierzylinder
45 bzw. 45' befestigt ist.
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Vorverstärker 46 und 46' können nahe den Zellen 43 und 43' angebracht
sein, und die gesamte Anordnung ist in einem stabilen Gehäuse mit schrägen Seitenwänden
47 und 48 enthalten, die den ankommenden Zügen zugewendet sind. Öffnungen 49 und
50 in den Wänden 47 und 48 lassen die Wärmestrahlung der Achslager entlang
einer der optischen Achsen 16 bzw. 16' hindurch, wenn einer der Verschlüsse 51 bzw.
52 von den Spulen 53 oder 54 betätigt worden ist, je nachdem, aus welcher Richtung
sich der Zug nähert, und ob, ohne Rücksicht auf die Fahrtrichtung, die wirksame
optische Achse in Fahrtrichtung oder dieser entgegengeneigt sein soll.
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Für jede der jeweils gewünschten Richtungen der optischen Achse ist
es notwendig, außer dem ersten Steuersignalgeber 34 einen zweiten Steuersignalgeber
56 (F i g. 3) an der anderen Seite der Meßvorriehtung 10 anzubringen, um
diese in beiden Fahrtrichtungen der anzumessenden Züge richtig zu steuern. Diese
beiden gleichen Signalgeber dienen auch dazu, selbsttätig .die Annäherungsrichtung
jedes einzelnen Zuges zu bestimmen, um den richtigen Verschluß 51 oder 52 zu öffnen.
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Bei der Schaltung nach F i g. 3 wird die einzige Meßzelle 14 von einem
der zwei optischen Systeme 44 und 44' belichtet. Die optischen Achsen 16 und 16'
liegen spiegelbildlich um eine zur Fahrtrichtung senkrechte Ebene gegen diese geneigt.
Jedes der beiden optischen Systeme weist einen Verschluß 51 bzw. 52 auf, und beide
optischen Achsen 16 und 16' schneiden sich im Bereich der gemeinsamen strahlungsempfindlichen
Zelle. Die Verwendung einer einzigen Zelle 14 für beide optische Systeme ermöglicht
die gemeinsame Verwendung derselben Schalteinrichtungen 28 und 33. Die Zelle 14
liegt zusammen mit einer Vergleichszelle 26 in einer polarisierten Brückenschaltung.
Die Zelle 26 ist von einer Abschirmung 27 umgeben, so daß ein Umgebungs- oder Bezugswert
gegenüber dem veränderlichen Meßwert der Zelle 14 zum Vergleich herangezogen werden
kann. Der Ausgang der Brückenschaltung ist zu einem Verstärker 28 und von dort gemäß
einem Erfindungsmerkmal zu einer Torschaltung 33 geführt, mit welcher alle Meßwerte
ausgeschaltet werden, die nicht unmittelbar den ; Achslagergehäusen zuzuordnen sind.
Die Torschaltung 33 wird mit Hilfe eines Relais 76 und eines richtungsabhängigen
Schalters 74' von den Signalgebern 34 bzw. 56 gesteuert. Vorzugsweise weisen die
Signalgeber einen monostabilen Multivibrator auf, durch den das Steuerkennzeichen
der Torschaltung 33 zugeführt wird, um diese zu öffnen, und zwar mit einer solchen
Verzögerung, daß die Zelle 14 mindestens von der Wärmestrahlung bestrahlt wird,
die von der Oberkante der Stirnseiten 23 der Achslagergehäuse 18 stammt.
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Die Lage des von dem Rad ausgelösten Signalgebers in bezug auf die
Meßvorrichtung 10 sollte so gewählt sein, daß die Torschaltung 33 kurz vor
dem Auftreffen der optischen Achse 16 auf die Oberkante 22 eines Achslagergehäuses
ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Zuges geöffnet wird. Die Zeitdauer, während
der die Torschaltung 33 geöffnet bleibt, sollte es ermöglichen, daß wenigstens der
obere Teil der Stirnfläche 23 selbst bei den langsamsten Zügen abgetastet wird.
Beispielsweise wurde gefunden, daß eine Öffnungszeit der Torschaltung von 50 Millisekunden
selbst für mit etwa 8 km/h fahrende Züge ausreicht. Eine solche Öffnungszeit schränkt
andererseits die Wirksamkeit der Meßvorrichtung selbst für die schnellsten Güterzüge
nicht ein.
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Um die inneren Teile der Meßvorrichtung 10 während der Zeiten, in
denen keine Züge verkehren, zu schützen, sind die Verschlüsse 51 und 52 verwendet,
die erfindungsgemäß außerhalb der optischen Systeme angeordnet sind und die die
Öffnungen 49 und 50 in den Seitenwänden 47 und 48 öffnen und schließen. Diese Verschlüsse
51 und 52 bleiben offen, solange ein Zug die Meßvorrichtung 10 passiert.
Die Signalgeber 34 bzw. 56 liefern in Verbindung mit je einem Speicher 38 bzw. 38'
(F i g. 3) für jedes der zwei optischen Systeme das auslösende Steuerkennzeichen
für eine zum öffnen des betreffenden Verschlusses dienende Spule 53 bzw. 54. Ist
die Zeitkonstante der Spule 38 bzw. 38' hinreichend lang (z. B. 5 bis 10 Sekunden),
um einen der Verschlüsse für einen Meßvorgang auch bei langsam fahrenden Zügen bis
herab zu 8 km/h zu liefern, so bleibt der betreffende Verschluß auch bei allen höheren
Zuggeschwindigkeiten geöffnet. Erst wenn der Zug ganz vorbeigefahren ist, schaltet
der betreffende Speicher 38 bzw. 38' die Spule 53 bzw. 54 wieder ab, und der betreffende
Verschluß 51 bzw. 52 wird bis zum nächsten Zug durch eine Feder oder durch schwerkraftbetätigte
Mittel geschlossen.
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Die Schaltung zum Ermitteln der Fahrtrichtung des anzumessenden Zuges
besteht aus den Signalgebern 34 und 56 sowie aus einem richtungsabhängigen Schalter
74'. Für einen in einer Richtung herankommenden Zug wird z. B. der Signalgeber 56
vor dem Signalgeber 34 betätigt, wodurch der Schalter 74' so eingestellt wird, daß
nur die nachfolgend von dem Signalgeber 34 erzeugten Steuerkennzeichen über eine
Leitung 75 dem Speicher 38 zugeführt werden. Alle nachfolgend vom Signalgeber 56
erzeugten Steuerkennzeichen betätigen den Schalter 74' nicht mehr, so daß auch kein
Steuerkennzeichen über eine Leitung 75' zum Speicher 38' gelangen kann.
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Der richtungsabhängige Schalter 74' hat vorzugsweise eine verzögerte
Rückstellung mit einer Zeitkonstante, die noch größer als diejenige der Speicher
38 bzw. 38' ist. Dadurch wird die Lage des Schalters 74' für einen gegebenen Zug
während des gesamten Meßvorgangs beibehalten, selbst wenn der Zug kurze Zeit stillsteht.
Fährt der Zug danach wieder in derselben Fahrtrichtung an und erhöht er seine Geschwindigkeit
auf mehr als 8 km/h, so werden die Steuerkennzeichen aus dem Signalgeber 34 wieder
in ausreichend kurzem Abstand dem Speicher 38 zugeführt.
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Auch das erwähnte Relais 76 kann vom Schalter 74' richtungsabhängig
eingeschaltet werden, so daß es nur solche Steuerkennzeichen aufnimmt und weitergibt,
die von dem Signalgeber 34 über die Leitung 75 zugeführt werden.
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Vom Speicher 38 her können ferner während der Vorbeifahrt eines Zuges
über ein Schaltmittel 62' ein
Schreibgerät 30, eine Alarmanlage
31 undioder eine Fernmeßvorrichtung 32 eingeschaltet werden.