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Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln und Messen der Tiefe von Flachstellen
an rollenden Eisenbahnrädern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln
und Messen der Tiefe von Flachstellen an rollenden Eisenbahnrädern über eine dem
Radumfang entsprechende Strecke, wobei zwischen Schienenlauffläche und Radmittelpunkt
bzw. zwischen zu diesen äquidistanten Bezugsflächen der Abstand gemessen und daraus
eine Anzeige von mit Flachstellen behafteten Rädern abgeleitet wird, sowie Vorrichtungen
zum Durchführen dieses Verfahrens.
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Es- ist bereits bekanntgeworden, Flachstellen an Eisenbahnrädern mit
Hilfe elektrischer Mittel festzustellen und die betreffenden Achsen durch eine automatische
Farbspritzvorrichtung zu markieren. Bei den bisher bekannten Verfahren dienen am
Gleis angebrachte Mikrofone oder Grenzbeschleunigungsmesser zum Ermitteln der mit
Flachstellen behafteten Räder. Die bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil,
daß deren Anzeige von der Fahrgeschwindigkeit des Zuges und dem Achsdruck, also
dem Beladungszustand der Wagen sowie auch von der jeweiligen Art und dem Zustand
des Unterbaus abhängig ist. Ferner liefern die bekannten Verfahren eine im wesentlichen
punktförmige überwachung für jeden Meßfühler.
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Es ist ferner bereits bekannt, eine mechanische Messung des Abstandes
des Radreifens vom Radmittelpunkt vorzusehen und vor allem zum Ermitteln von Ausbrüchen
im Spurkranz von Eisenbahnrädern neben der Schiene entgegen einer Feder nach unten
beweglichen Flächen anzuordnen, die auf Kontakte einwirken, welche bei fehlerhaften
Spurkränzen ein Meldekennzeichen auslösen. Auch ist es bekannt, eine derartige bewegliche
Fläche so anzuordnen, daß diese vom Radreifen niedergedrückt wird, so daß auch grobe
Beschädigungen des Radreifens ermittelt werden können. Die bekannte Anordnung hat
jedoch den Nachteil, daß nur sehr grobe Beschädigungen gemeldet werden und daß die
Anordnung infolge mechanisch hochbeanspruchter Teile und Verschmutzungsgefahr störanfällig
ist. Ferner ist es bekannt, Brüche in den Spurkränzen der Räder mit Hilfe eines
quer durch das Rad verlaufenden Hochfrequenzfeldes zu ermitteln. Diese Methode erlaubt
jedoch keine Rückschlüsse auf Flachstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
dessen Anzeige im Gegensatz zu den elektroakustischen und mechanischen Verfahren
unabhängig von Fahrgeschwindigkeit, Achsdruck und Einflüssen des Unterbaues ist.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch genaue Rückschlüsse über die
Pfeilhöhe der jeweiligen Flachstelle zu ermöglichen. Mit der Erfindung werden diese
Aufgaben dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem Radspurkranz und einer an
der Schiene angeordneten Bezugsfläche durch Messen der Kapazität überwacht wird
und daß aus einer Kapazitätsänderung eine Anzeige und Radkennzeichnung abgeleitet
wird.
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Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß der weiteren
Erfindung vorgesehen, daß auf der Innenseite des Gleises neben der Schiene eine
gegen das Gleis isolierte Hilfsschiene derart angeordnet ist, daß der Spurkranz
eines vorbeilaufenden Rades von dieser einen definierten lotrechten Abstand aufweist,
und daß die Hilfsschiene und der Spurkranz bzw. die Schiene einen Kondensator bilden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Hilfsschiene an ihren Enden
derart geformt ist, daß ein vorbeilaufender Spurkranz sich ihr allmählich annähert
bzw. sich allmählich von ihr entfernt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß die aus einem Spurkranz und der Hilfsschiene gebildete
Kapazität im frequenzbestimmenden Kreis eines Oszillators angeordnet ist, dem ein
Diskriminator nachgeschaltet ist, welcher seinerseits eine auf die Geschwindigkeit
und/oder den Betrag von Frequenzänderungen des Oszillators ansprechende Schaltung
steuert. Witterungs- und alterungsbedingte Einflüsse lassen sich gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung dadurch ausschalten, daß Mittel vorgesehen sind, die bei langsamen
Kapazitäts- oder Frequenzänderungen des Oszillators die Meßanordnung in der Weise
nachsteuern, daß sie stets im empfindlichen Teil des Arbeitsbereiches gehalten wird.
Die
Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert. In F i g. 1 ist eine
Eisenbahnschiene 1 dargestellt, auf der ein Rad 2 mit seinem Spurkranz
3 rollt. Die Lauffläche 3 a des Rades 2
enthält eine Flachstelle
4. Der Mittelpunkt 5 des Rades 2 bewegt sich längs der Schiene
1 auf der geraden Linie 6 fort. Die Flachstelle 4 bewirkt eine
Abweichung von dieser Geraden 6 im Sinne einer Annäherung an die Schiene
1, was durch die Kurve 7 angedeutet ist. Dieser angedeuteten Auslenkbewegung
folgt der tiefste Punkt des Spurkranzes 3 des Rades 2 in einer parallelen Bewegung.
Entsprechend würden sich Aufschweißungen auf der Radfläche durch eine entgegengesetzte
Bewegung auswirken.
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F i g. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens nach der Erfindung.
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In F i g. 2 sind die Schienen 1 eines Eisenbahngleises dargestellt,
die auf den Schwellen 8 befestigt sind. Neben den Schienen 1 ist auf
deren Innenseite jeweils eine Hilfsschiene 9 derart isoliert angebracht,
daß ein auf den Schienen 1 rollendes Rad gegenüber der Hilfsschiene
9 einen elektrischen Kondensator bildet, dessen Kapazität beim Vorbeirollen
des Rades einen hinreichenden Wert annimmt, so daß eine sprunghafte Annäherung des
Spurkranzes des Rades an die Hilfsschiene 9 beim Vorhandensein eine Flachstelle
eine merkliche sprunghafte Zunahme der Kapazität bewirkt. Die Hilfsschienen
9 sind an ihren Enden 9 a derart geformt, daß ein vorüberrollendes
Rad zunächst nur eine allmähliche Zunahme der Kapazität bewirkt, welche eine Flachstellenanzeige
noch nicht auslösen kann. Diese erfolgt vielmehr erst in der nachstehend geschilderten
elektrischen Anordnung bei sprunghafter Kapazitätsänderung infolge einer Flachstelle
oder einer Aufschweißung. Die Länge der Hilfsschiene 9 hängt von denn Radumfang
der zu untersuchenden Eisenbahnräder ab. Die Hilfsschienen 9 können beispielsweise
die Länge von 3 m haben. Unter Umständen kann, es auch vorteilhaft sein, mehrere
mit einer Hilfsschiene 9 ausgerüstete Meßstellen hintereinander am Gleis
anzuordnen,.
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F i g. 3 zeigt als Ausfühiungsbeispiel der Erfindung eine elektrische
Prinzipschaltung zur Flachstellenanzeige. Über die Eisenbahnschiene 1 rollt das
Eisenbahnrad 2. An, der Schiene 1 ist die Hilfsschiene 9. angebracht, auf
welcher isoliert die Gegenelektrode 10 zum Spurkranz 3 des Rades 2 angeordraet
ist. Die Hilfsschiene 9 kann auch ganz aus Isoliermaterial bestehen. Die
Elektrode 10 ist zweckmäßig allseitig mit Isolierstoff umgeben. Die Elektrode 10
und der Spurkranz 3 des Rades 2 bilden eine im frequenzbestimmenden Kreis 11 des
OszillataTs 12 liegende, Kapazität. Der Oszillator 12 ist zweckmäßig mit einem Transistor
13 bestückt und in unmittelbarer lese der Hilfsschiene 9 angeordneL Die beim Auftreten
einer Flachstelle bedingte Annäherung des Spurkranzes 3 des Rades 2 an die Gegenelektrode
l& bewirkt eine Kapazitätsänderung zwischen- Spurkranz 3 und- Elektrode 10:
Dieser Vorgang zieht eine Frequenzänderung der Schwingung des Oszzillatvrs 12. nach
sich. Die im Oszillator 12 erzeugte Wechselspannung z. B. mit einer Frequenz im
Bereich von 1 kHz bis 10 -MHz wird dem Verstärker 14zugeleitet, dem eine Frequenzdemodulatorschaltung
15 nachgeschaltet ist. Die Oszillatorfrequenz kann auf eine niedrigere Frequenz
umgesetzt werden, um eine größere relative Frequenzänderung bei der Anzeige einer
Flachstelle zu erzielen. Die Schaltungsanordnung 15 kann als Diskriminator oder
Ratiodetektor aufgebaut sein und über die Leitungen 16 eine Nachsteuerspannung
für den Oszillator 12 liefern, die langsame Frequenz- und/oder Kapazitätsänderungen
ausgleicht. Hierzu ist an die Leitung 16 beispielsweise eine Zusatzwicklung
17 angeschlossen, die mit dem frequenzbestimmenden Kreis 11 gekoppelt
ist, beispielsweise derart, daß dem Eisenkern 18 des Kreises 11 eine Gleichstromvormagnetisierung
zugeführt wird, die langsame Frequenzänderungen ausgleicht. Damit die genannte Nachsteuerung
des Oszillators nur auf ganz langsame Frequenzänderungen anspricht, enthält die
Leitung 16 entsprechend bemessene Zeitkonstantenglieder 22. Bei raschen
Frequenzsprüngen des Oszillators 12, wie sie durch vorbeirollende Flachstellenräder
hervorgerufen werden, löst der Demodulator 15 eine Relaisanordnung 19 aus, welche
beispielsweise den Zähler 20 betätigt und eine Farbspritzeinrichtung 21 zum
Kennzeichen des mit einer Flachstelle behafteten Rades auslöst. Es können auch Relais
unterschiedlicher Empfindlichkeit vorgesehen sein, die entsprechend der Pfeilhöhe
der Flachstellen ansprechen. Die Anzeige kann auch durch eine andere Kapazitätsmeßeinrichtung,
z. B. eine Brückenschaltung, ausgelöst werden, die gegebenenfalls nur auf sprunghafte
Änderungen der Kapazität anspricht.