DE202005018753U1 - Messeinrichtung zur geometrischen Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Messeinrichtung
zur geometrischen Qualitätsprüfung von
Radsätzen
für Schienenfahrzeuge bei
welcher der Radsatz (1) bestehend aus einer Welle mit Wellenmittelteil
(1a) und zwei Wellenschenkeln (1c), zwei Radscheiben (1b) sowie
gegebenenfalls weiteren Anbauten wie Bremsscheiben, in zwei Radsatzaufnahmen
(7) drehbar aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer
biegesteifen Grundplatte (6) zur Erfassung des Profils der Laufflächen der
Radscheiben (1b) für
jede Radscheibe (1b) Profilsensoren (3) angeordnet sind, zur Messung
der Rundlaufabweichung des Wellenmittelteils (1a) nahe der Radsatz
Mittenebene ein Sensor (4) angeordnet ist und zur Messung der Rundlaufabweichung
der Wellenschenkel (1c) Sensoren (5) angeordnet sind.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung die einen einzelnen Radsatz aufnehmen und in eine Rotationsbewegung versetzen kann, wobei an verschiedenen Messpunkten mit optischen Sensoren berührungslos Messdaten erfasst werden, die damit die Voraussetzung für eine geometrische Qualitätsprüfung des Radsatzes bilden.
- Stand der Technik
- Zur Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge ist es notwendig, Konstruktionsparameter wie zum Beispiel Durchmesser in der Messkreisebene, Spurmaß und ggf. das gesamte Laufprofil des Rades zu erfassen, um damit Abnutzungserscheinungen zu dokumentieren und zu bewerten beziehungsweise bei der Neufertigung die Einhaltung der Sollvorgaben überprüfen zu können. Dazu sind als nahe liegender Stand der Technik folgende Lösungen bekannt:
In derDE 36 09 863 A1 wird ein Messsystem beschrieben, welches paralleles Licht über ein Radsatzprofil projiziert und den Schattenriss auf einer mit Skalen versehenen Mattscheibe sichtbar macht. Die Justage der dazu notwendigen Linsen und Spiegelsysteme erweist sich als sehr aufwändig und fehleranfällig. - Des Weiteren ist der Einsatz von Handmessmitteln üblich. Wie z.B. auf die zu prüfenden Maße angepasste Messschieber und zur Prüfung des Plan- und Rundlaufs der Einsatz von Messuhren. Die Genauigkeit dieser Messmethoden ist für die Prüfung von modernen Hochgeschwindigkeitsradsätzen nicht mehr ausreichend, zumal die Messgenauigkeit sehr stark vom subjektiven Einfluss des Bedieners abhängt. Mehrere Messungen über den Umfang verteilt sind aus Zeitgründen meist nicht möglich
- Durch Firmenpräsentationen im Internet von der Fa. Hörmann-Industrietechnik und der Fa. Dr. D. Wehrhahn "Messsysteme für die Qualitätssicherung" wurden Messstände bekannt, bei denen ein optischer, punktförmig messender Sensor mit Hilfe eines Achssystems an die einzelnen Messstellen geführt wird. Diese Messmethode ist sehr zeitaufwändig, insbesondere dann, wenn mehrere Schnittmessungen über dem Profil notwendig sind.
- Darstellung der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung zur geometrischen Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge anzugeben, die derart weitergebildet ist, dass die eingangs im Stand der Technik angegebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen in vergleichsweise geringem Arbeitszeitaufwand eine Vielzahl von Messungen über den Umfang des Radsatzes verteilt mit hoher Messgenauigkeit möglich sein.
- Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel und die zugehörigen Zeichnungen zu entnehmen.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, dass der Radsatz eines Schienenfahrzeugs, bestehend aus Welle, Radscheiben und ggf. zusätzlichen Anbauten wie Bremsscheiben und Achslagern, drehbar in zwei Radsatzaufnahmen eingebracht wird. Der Radsatz wird in Drehung versetzt, wobei Messeinrichtungen den Radsatz-Drehwinkel erfassen. Ein Profilsensor erfasst mittels Lichtschnittverfahren nach dem Triangulationsprinzip die Geometrie/Kontur des Radprofils. Durch punktförmig berührungslos messende Sensoren werden in einem definierten Abstand, gemessen von der Lauffläche zur Drehachse hin, seitlich an den Radscheiben axiale Maße wie Radrückenabstand AR und die Planlaufabweichung bestimmt. Parallel dazu werden mit gleichfalls berührungslos messenden Sensoren radiale Abstände an der Radsatzwelle im Bereich der Wellenschenkel und der Radsatzmittenebene gemessen. Des Weiteren wird in gleicher Weise durch berührungslose Abstandsmessung die Lage der axialen Radsatzbezugsebenen, entweder in Form der Außenkante der Achlagerinnenringe oder der Notlaufschenkel, bestimmt, um daraus die axiale Verschiebung des Radsatzes im Maschinenkoordinatensystem und die Lage der Radsatzmittenebene zu errechnen.
- Alle Messungen erfolgen in gleichmäßigen Drehwinkelschritten über eine ganze Umdrehung des Radsatzes (360°). Nach der Digitalisierung stehen somit, entsprechend der Anzahl der gleichmäßig über den Umfang verteilten Messungen, eine Vielzahl von Profilschnitten der beiden Radlaufprofile (rechts und links), ebenso eine Vielzahl von Messwerten für den Rundlauf von Wellenschenkeln und Wellenmittelteil sowie Messwerte für die axiale Lage und Planlaufabweichung der Radsatzbezugsebenen, der Radscheiben und der gegebenenfalls vorhandenen Bremsscheiben, zur Verfügung.
- Beispiel zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
- Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Folgende Zeichnungen sind der Erläuterung zugrunde gelegt:
-
1 Vorderansicht der Messeinrichtung -
2 Rückansicht der Messeinrichtung -
3 Profilsensor, Detailaufbau -
4 Schematische Darstellung der Zuordnung von Kameras und Sensoren des Profilsensors zu den Abschnitten des Laufprofils des Rades - Im vorliegenden Beispiel wird der Radsatz
1 auf den Schienen19 bis auf die Grundplatte einer Hubvorrichtung8 gerollt, die den Radsatz1 bis auf Höhe der Pinolen20 der Radsatzaufnahmen7 anhebt und nach Einspannen des Radsatzes1 zwischen die Spitzen der Pinolen20 wieder absenkbar ist. In der Radsatzaufnahme7 befindet sich außerdem eine Drehwinkelmesseinrichtung. Der Gesamtaufbau der Messeinrichtung ist so konzipiert, dass der Radsatz1 nach abgeschlossener Messung durch Absenken mit der Hubvorrichtung8 unter der Grundplatte6 durchgerollt werden kann und damit ein kontinuierlicher Materialfluss für weitere Radsätze gewährleistet ist. - Auf einer biegesteifen Grundplatte
6 sind linear verschiebbar, in Richtung auf die Radsatzdrehachse2 hin, Profilsensoren3 , ein Sensor4 zur Erfassung der Rundlaufabweichung des Wellenmittelteiles1a sowie Sensoren5 zur Erfassung der Rundlaufabweichung der Wellenschenkel1c angeordnet. Um die geometrischen Merkmale an eventuell am Radsatz vorhandenen Bremsscheiben zu erfassen, ist der Sensor4 als Sensorverbund zusätzlich axial verschiebbar. Die Profilsensoren3 bestehen jeweils, wie auf3 ersichtlich, aus einer Lichtquelle17 , deren Lichtkegel18 auf das Radlaufprofil (Pos.9 ;10 ;11 ;12 auf4 ) einen Lichtstrich projiziert, drei Kameras (13 ;14 ;15 ) zur Aufnahme der Kontur des jeweiligen Spurkranzabschnittes (Zuordnung der Kameras: Kamera13 Spurkranzkuppe9 ; Kamera14 Lauffläche12 ; Kamera15 äußere Spurkranzflanke10 und Kehle des Laufprofils11 ) sowie, in einem definierten Abstand von der Spurkranzkuppe9 angeordnet, jeweils zwei punktförmige Abstand messende Sensoren16 zur Messung der Planlaufabweichung, der Radbreite und des Radrückenabstandes AR der Radscheiben1b . - Zur Messdatenerfassung wird der Radsatz
1 eines Schienenfahrzeuges entlang den Schienen19 auf die Hubvorrichtung8 gerollt. Die Hubvorrichtung8 befindet sich dabei in der unteren Endlage. Der Radsatz1 wird anschließend mit der Hubvorrichtung8 soweit angehoben, dass er zwischen die Spitzen der Pinolen der Radsatzaufnahme7 gelangt und hier drehbar um eine definierte Radsatzdrehachse2 eingespannt wird. Die Hubvorrichtung8 wird anschließend abgesenkt, damit der Radsatz frei drehbar ist. - Der Messvorgang gliedert sich in vier Teilbereiche
- – Erfassung des Radlaufprofils und der Planlaufabweichung der Radscheiben
- – Erfassung der axialen Lage der Achslagerinnenringe
- – Erfassung der Rundlaufabweichung der Wellenschenkel
- – Erfassung der Rundlaufabweichung der Welle
- Alle Messdaten werden synchron zur Messung des Drehwinkels der Radsatzdrehachse
2 aufgenommen und stehen damit in Bezug zueinander. - Die Erfassung des Radlaufprofils erfolgt mit den Profilsensoren
3 , die nach dem Triangulationsprinzip arbeiten. Aufbau und Funktion sind aus den3 und4 ersichtlich. Die Bereiche um die Spurkranzkuppe9 , äußere Spurkranzflanke10 , Kehle des Laufprofils11 und Lauffläche12 werden mit den entsprechend zugeordneten Kameras (13 ;14 ;15 ) linienhaft erfasst. Die Bestimmung der Planlaufabweichung der inneren und äußeren Stirnfläche der Radscheiben1b erfolgt mit den Sensoren16 . Der Radius, an dem die Antastung erfolgt, wird durch die Positionierung der Sensoren16 vorgegeben. - Die Datenaufnahme am Spurkranzprofil erfolgt in zwei Schritten. Im ersten werden die Sensoren
3 an den um seine Drehachse2 rotierenden Radsatz1 zugestellt. Die Detektion des Arbeitsbereiches erfolgt über eine Lichtschranke, die die Zustellung der Sensoren in einem definierten Abstand zur Spurkranzkuppe9 stoppt. In Drehwinkelschritten der Radsatzdrehachse2 von 1° werden die Konturlinien der Spurkranzabschnitte (9 ;10 ;11 ) aufgenommen. In Schritten von 0,2° werden die Daten zur Berechnung des Rundlaufs der Radscheibe1b nahe der Messkreisebene ermittelt (Lauffläche12 ). - Der zweite Teil der Vermessung dient der punktförmigen Digitalisierung der seitlichen Außen- und Innenkontur des Spurkranzes und erfolgt entweder parallel zu Schritt
1 oder nach einer Neupositionierung der Profilsensoren3 derart, dass die Sensoren16 auf einen messtechnisch relevanten Bereich an den Radstirnflächen positioniert werden. In Drehwinkelschritten der Radsatzdrehachse2 von 1° wird die Außenkontur angetastet. In Schritten von 0,2° werden die Daten zur Berechnung des Planlaufes der Radscheiben1b aufgenommen. - Parallel dazu werden mit den Sensoren
5 punktförmig radiale Abstände an den Wellenschenkeln1c aufgenommen. Diese können der Korrektur der gemessenen Rundlaufabweichung der Radscheiben1b dienen, wenn deren Bezug der Wellenschenkel ist. Der Sensor4 ermittelt punktförmig radiale Abstände am Wellenmittelteil, um die Rundlaufabweichung zu erfassen. - Durch weitere axiale punktförmige Antastungen der jeweiligen Außenkante des Achslagerinnenringes (links und rechts) wird die axiale Verschiebung des Radsatzes zum Maschinenkoordinatensystem und damit die Lage der Radsatzmittenebene ermittelt.
- Nach der Digitalisierung stehen die Messdaten in Form von 360 Profilschnitten der beiden Radlaufprofile rechts und links äquidistant über den Umfang der Radscheiben
1b verteilt zur Verfügung. Für den Rund- und Planlauf stehen jeweils 1800 Messwerte zur Verfügung. Zusätzlich wurden drehwinkelabhängig die axiale Lage der Außenkanten der Achslagerinnenringe, die Rundlaufabweichung der Welle nahe der Radsatzmittenebene und die Rundlaufabweichung an den Wellenschenkeln1c erfasst. Die Messergebnisse sind einem Radsatzcode zugeordnet und werden unter diesem in einer Datenbank hinterlegt. - Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Kommunikationsmöglichkeit mit einem Transportsystem, welches das automatische Ein- und Ausschleusen der Radsätze in die Messeinrichtung ermöglicht.
-
- 1
- Radsatz,
bestehend aus Pos.
1a ;1b ;1c - 1a
- Wellenmittelteil
- 1b
- Radscheibe
- 1c
- Wellenschenkel
- 2
- Radsatzdrehachse
- 3
- Profilsensor
- 4
- Sensor zur Erfassung der Rundlaufabweichung des Wellenmittelteils
- (Abstandsmessung)
- 5
- Sensor zur Erfassung der Rundlaufabweichung des Wellenschenkels
- (Abstandsmessung)
- 6
- Biegesteife Grundplatte
- 7
- Radsatzaufnahme mit Pinolen zur Aufnahme des Radsatzes,
- Drehantrieb und Drehwinkelmesseinrichtung
- 8
- Hubvorrichtung
- 9
- Spurkranzkuppe
- 10
- Äußere Spurkranzflanke
- 11
- Kehle des Laufprofils
- 12
- Lauffläche
- 13
- Kamera zur Erfassung der Lichtstrichkontur an der Spurkranzkuppe
- 14
- Kamera zur Erfassung der Lichtstrichkontur auf der Lauffläche
- 15
- Kamera zur Erfassung der Lichtstrichkontur der äußeren Spurkranzflanke
- und der Kehle des Laufprofils
- 16
- Sensor zur Messung der inneren und äußeren Stirnfläche des Rades
- (Abstandsmessung)
- 17
- Lichtquelle
- 18
- Lichtstreifen, der beim Auftreffen auf dem Laufprofil als Strich sichtbar
- wird
- 19
- Schiene
- 20
- Pinole
Claims (10)
- Messeinrichtung zur geometrischen Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge bei welcher der Radsatz (
1 ) bestehend aus einer Welle mit Wellenmittelteil (1a ) und zwei Wellenschenkeln (1c ), zwei Radscheiben (1b ) sowie gegebenenfalls weiteren Anbauten wie Bremsscheiben, in zwei Radsatzaufnahmen (7 ) drehbar aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer biegesteifen Grundplatte (6 ) zur Erfassung des Profils der Laufflächen der Radscheiben (1b ) für jede Radscheibe (1b ) Profilsensoren (3 ) angeordnet sind, zur Messung der Rundlaufabweichung des Wellenmittelteils (1a ) nahe der Radsatz Mittenebene ein Sensor (4 ) angeordnet ist und zur Messung der Rundlaufabweichung der Wellenschenkel (1c ) Sensoren (5 ) angeordnet sind. - Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (
4 ) als Sensorverbund zusätzlich axial verschiebbar ausgeführt ist. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren horizontal auf Höhe der Drehachse (
2 ) angeordnet sind. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (
4 ), (5 ) und (16 ) abstandmessende optische Sensoren sind. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilsensoren (
3 ) aus einer auf das Radlaufprofil gerichteten, auf dieses einen Lichtstrich projizierenden Lichtquelle (17 ) und mindestens einer oder mehreren Kameras (13 ,14 ,15 ) zur Erfassung der Kontur der so entstandenen Profillinie entlang des Spurkranzes, sowie abstandmessenden Sensoren (16 ) zur Messung der inneren und äußeren Stirnfläche des Radprofils bestehen. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der Geometrie der Komponenten des Profilsensors (
3 ) und der aufgenommenen Profillinie die Höheninformationen mittels des Triangulationsverfahrens errechnet werden. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten der Sensoren, in Drehwinkelschritten der Drehachse (
2 ) an den jeweiligen Messstellen abgenommen werden und die Messstellen regelmäßig über eine volle Umdrehung der Drehachse verteilt sind. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Drehwinkelschritt der Radsatzdrehachse (
2 ) die Einzelmessungen konkret zuordenbar sind. - Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenbank vorgesehen ist, in der die Messergebnissse einem Radsatzcode zugeordnet, hinterlegt werden.
- Messeinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radsatz (
1 ) nach abgeschlossener Messung abgesenkt und unter der biegesteifen Grundplatte (6 ) durchgerollt werden kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200520018753 DE202005018753U1 (de) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Messeinrichtung zur geometrischen Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge |
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DE200520018753 DE202005018753U1 (de) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Messeinrichtung zur geometrischen Qualitätsprüfung von Radsätzen für Schienenfahrzeuge |
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Publication Number | Publication Date |
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DE202005018753U1 true DE202005018753U1 (de) | 2006-03-02 |
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20060406 |
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R150 | Term of protection extended to 6 years |
Effective date: 20090306 |
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R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20120301 |
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R152 | Term of protection extended to 10 years | ||
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20140121 |
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R071 | Expiry of right |