DE20317202U1

DE20317202U1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit von drehsymmetrischen Körpern

Info

Publication number: DE20317202U1
Application number: DE20317202U
Authority: DE
Original assignee: ZILA ELEKTRONIK GmbH; DB Cargo AG
Current assignee: Railion Deutschland AG
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2013-11-06

Abstract

Vorrichtung zur Untersuchung einer Lauffläche von antriebslosen und/oder angetriebenen Rädern und/oder Radsätzen und Ermittlung einer Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit, dadurch gekennzeichnet, dass
– eine Anhebevorrichtung das Lagergehäuse eines Rades wenige Millimeter anhebt, bis sich das Rad frei dreht,
– Bedienpersonal von Hand oder eine Antriebsvorrichtung das Rad in eine Drehbewegung versetzt,
– die Anhebevorrichtung bei Schienenfahrzeugen mit Radsätzen beide Räder eines Radsatzes gleichzeitig anhebt,
– ein Messstrahl die Lauffläche des Eisenbahnrades abtastet,
– der Messstrahl in diskreten Schritten Messwerte in der Form eines Abstandes des Messstrahls von der Lauffläche des Rades ermittelt,
– ein Inkrementalgeber eine Zuordnung der Messwerte des Messstrahls und der entsprechenden untersuchten Stelle der Lauffläche des Rades durchführt,
– eine Auswerteeinheit aus Messwerten die Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit des Rades ermittelt,
– eine Anzeigeeinheit die ermittelte Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit des Rades unmittelbar nach Messende anzeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit von drehsymmetrischen Körpern.
Die Erfindung wird insbesondere zur Untersuchung der Lauffläche von Rädern von Güterzügen angewendet, die aufgrund des einfachen Aufbaus der Bremsanlage bevorzugt mit Beschädigungen der Oberfläche von Laufflächen behaftet sind, insbesondere Materialaufschweißungen, -ausbröckelungen oder Unrundheiten in Form von Flachstellen.
Desweiteren wird die Erfindung auch zur Untersuchung der Lauffläche von Kugel- oder Wälzlagern insbesondere im KFZ- oder weiterführenden Industriebereich angewendet.
Die Lauffläche von Rädern von Eisenbahnen weicht im Laufe des Betriebs von der Kreisform ab und wird unrund. Weiterhin treten noch andere Verschleissformen auf, insbesondere Flachstellen (Abflachungen der Lauffläche an einer Stelle), Ausbröckelungen und Aufschweißungen auf der Lauffläche. Durch die Unrundheiten des Rades entstehen, in Zusammenwirkung mit hohen Achslasten und hohen Fahrgeschwindigkeiten, große dynamische Belastungen. Diese wirken unmittelbar auf das Radlager und in weiterer Folge auf den Wagenkasten. Zur Herabsetzung dieser Belastung ist es notwendig, die betroffenen Räder bzw. Radsätze auszutauschen. Alternativ kann eine beschädigte Lauffläche eines Rades wieder in ihre Sollform mit Hilfe einer Niederflurdrehbank gebracht werden, ohne das betroffene Rad bzw. den Radsatz austauschen zu müssen.
Eine Entscheidung, ob ein Rad oder Radsatz aufgrund einer beschädigten Lauffläche ausgetauscht oder die Lauffläche abgedreht werden muss, wurde bisher durch manuelle oder optische Inspektion durch Bedienpersonal getroffen. Hierbei tastet das Bedienpersonal die Lauffläche mit einer Hand ab und führt eine Sicht-Kontrolle durch. Nachteil hierbei ist jedoch, dass hierfür ein hoher Qualifizierungsgrad des Bedienpersonals erfoderlich ist und das Verfahren trotzdem mit einer hohe Fehleranfälligkeit behaftet ist. Desweiteren sind nur qualitative jedoch keine quantitativen Aussagen über den Zustand einer Lauffläche möglich.
Deshalb wurden Messvorrichtung entwickelt, mit denen die Läuffläche von Rädern mindestens teilweise automatisch überprüft werden können.
Aus DE 101 02 673 ist eine Vorrichtung bekannt, bei dem ein Rad auf einer Schiene an einer fest installierten Messvorrichtung vorbeirollt. Ein Messstrahl, der auf einem Messschlitten befestigt ist, wird mit dem Rad mitbewegt und tastet dabei die Radoberfläche ab. Der Messstrahl ermittelt Relativpositionen zwischen dem zu messenden Rad und der Messvorrichtung, aus denen daraufhin der Durchmesser und/oder das Profil des Rades ermittelt werden.
Nachteile dieser Lösung sind insbesondere

– dass die Messvorrichtung aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung fest an einem bestimmten Gleis installiert sein muss. Somit muss ein zu untersuchendes Rad bzw. Fahrzeug dieses bestimmte Gleis befahren. Dies kann bei größeren Instandhaltungswerkstätten zu umfangreichen und zeitaufwendigen Rangierbewegungen führen.
– dass der mitbewegte Messschlitten bei üblicherweise verwendeten Raddurchmessern von 920 mm eine Länge der Messvorrichtung von etwa 3 m erfordert. Dies bedeutet insbesondere, dass eine hohe Anforderung an die Präzision der Vorrichtung zur Mitbewegung des Messschlittens gestellt werden muss, um Messfehler durch Schwankungen des Abstandes zwischen Messstrahl und Rad zu verringern.
– dass ein auf einer Schiene rollendes Rad auch Bewegungen quer zur Schiene durchführt. Hierbei handelt es sich insbesondere um den sog. Sinuslauf, der durch einen konischen Querschnitt des Rades hervorgerufen wird. Somit ist zusätzlich zu einer Ermittlung der Position des Rades auf der Schiene in Längsrichtung auch eine Ermittlung der Position des Rades auf der Schiene in Querrichtung und somit ein zusätzlicher Mess- und Auswertungsaufwand erforderlich.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem eine einfache und zuverlässige automatische oder mindestens teilweise automatische Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit von drehsymmetrischen Körpern, insbesondere der Unrundheit von Rädern von Eisenbahnen, gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird für in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteile des erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Anspruch 1 sind, dass

– eine qualitativ hochwertige und komplexe Bewertung des Rades insbesondere bezogen auf eine Unrundheit mit Hilfe einer mobilen Messvorrichtung gewonnen wird,
– eine schnelle und unkomplizierte Aussage über den Zustand der Lauffläche eines Rades im eingebauten Zustand getroffen wird,
– eine Erfassung und Bewertung von Kriterien zum Aussetzen eines Rades bezogen auf die Unrundheit erfolgt,
– eine Größe von Flachstellen, Ausbröckelungen, Aufschweißungen quantitativ angegeben wird,
– die Messvorrichtung kostengünstiger als stationäre Messvorrichtungen ist,
– die Ergebnisse einer Messung gleichzeitig zum Aufbau einer zentralen europäischen Raddatenbank verwendet werden können,
– schnelle Bewertung bezogen auf das einzelne Rad oder den Radsatz getroffen werden,
– eine kurze Messzeit durch einfache Bedienung der Gesamtanlage erforderlich ist,
– keine aufwendige Einweisung des Messpersonals in den Messvorgang erforderlich ist.

Ansprüche 2 bis 6 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 schematisch einen Radsatz auf einer Messvorrichtung.
Zur Untersuchung der Lauffläche 1 der beiden Räder des Radsatzes 10 eines Wagens aus 1 und Ermittlung deren Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit wird der Wagen zunächst auf einem Arbeitsstand an den Schienen 9 positioniert und der Wagen gegen Wegrollen gesichert.
Auf einer Messplattform 7 sind für beide Räder jeweils eine Messvorrichtung angebracht. Die linke Messvorrichtung beinhaltet einen hydraulischen Heber 3, einen Inkrementalgeber 5, als Messstrahl insbesondere einen Triangulationslaser 2 sowie eine Reflexionslichtschranke 6. Die rechte Messvorrichtung bein haltet einen hydraulischen Heber 3, einen Motor mit Antriebsrolle 4 und als Messstrahl insbesondere einen Triangulationslaser 2.
Durch die hydraulischen Heber 3 als Anhebevorrichtung wird das Radsatzlagergehäuse jedes Rades wenige Millimeter angehoben, bis sich die Räder frei drehen. Daraufhin wird das Rad manuell und/oder mit dem Motor mit Antriebsrolle 4 automatisch in eine Drehbewegung versetzt. Die Triangulationslaser 2 tasten als Messstrahl die Lauffläche 1 des entsprechenden Rades ab, wobei die Triangulationslaser 2 in diskreten Schritten Messwerte in Form eines Abstandes des Triangulationslasers 2 von der Lauffläche 1 des Rades ermitteln. Ein Inkrementalgeber 5 führt eine Zuordnung der Messwerte des Triangulationslasers 2 und der entsprechenden untersuchten Stelle der Lauffläche 1 des entsprechenden Rades durch.
Die Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit der Laufflächen 1 jedes Rades wird aus den Messwerten mit Hilfe einer Steuer- und Auswerteeinheit 8 ermittelt. Eine Anzeigeeinheit zeigt die ermittelte Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit der Lauffläche 1 des des Rades unmittelbar nach Messende an.
Der Ablauf eines Messvorgangs stellt sich beispielhaft wie folgt dar:
Eine Anhebevorrichtung in Form der beiden hydraulischen Hebern 3 wird beidseitig unter den zu vermessenden Radsatz 10 am Radsatzlagergehäuse 11 positioniert und der Radsatz angehoben, bis er vom Schienekopf abgehoben und leicht und frei drehbar ist. Manuell wird zunächst eine Freigängigkeit des Radsatzes geprüft.
Der Radsatz 10 darf während der gesamten Messung keine translatorischen Bewegungen durchführen. Desweiteren dürfen die hydraulischen Heber keinen messbaren Höhenversatz während des Messvorganges zulassen. Erforderlichenfalls kann eine translatorische Bewegunge und/oder ein Höhenversatz der hydraulischen Heber ermittelt und die Messergebnisse entsprechend korrigiert werden.
Vor einer eigentlichen Messung werden die Laufflächen 1 von groben Schmutz und Feuchtigkeit mit einem saugfähigen Tuch gereinigt und Achslager des Radsatzes 10 auf Leichtgängigkeit geprüft. Gleichzeitig werden die Radsatzlaufflächen visuell auf Unregelmäßigkeiten auf den Laufflächen, insbesondere Materialauftragungen, Flachstellen, Ausbröckelungen oder weitere visuell sichtbare Störstellen, untersucht, um gegebenenfalls eine Aussetzung des Radsatzes 10 bereits vor der Messung anzuordnen.
Zunächst werden Verspanneinrichtungen mit der Messplattform 7 auf die Schienen 7 angelegt und die Messplattform 7 in Messposition gebracht.
Die linke Messplattform wird einjustiert und die rechte Messplattform mit dosierter Kraft an das rechte Rad angedrückt. Daraufhin wird diese Position mit einem Spannhebel fixiert.
Ein Inkrementalgeber 5 wird an die linke Lauffläche des zu vermessenden Rades leicht angedrückt, damit er vom drehenden Rad mitgenommen wird.
Reflektor 12 wird als Auslöser der Lichtschranke 6 vor Messbeginn und -ende mittels Magneten am linken Rad angelegt.
Rechte Messplattform einjustieren, Laser und Messkreisebene wie bei Messplattform 2 einjustieren und die Messeinrichtung mit einem Spannhebel verspannen.
Zu Beginn der Messung werden alle notwendigen Radsatzdaten in die Steuer- und Auswerteeinheit 8 eingegeben, danach erfolgt der eigentliche Messvorgang. Hierbei werden ca. 600 Messwerte, abhängig vom jeweiligen Radumfang, aufgenommen.
Die Antriebsrolle auf der rechten Messplattform welche mit dem Motor 4 gekoppelt ist, bewegt den kompletten Radsatz 10 bis zur Auslösung der Lichtschranke 6 durch den Reflektor 12 solange, bis dieser wieder den Ausgangspunkt erreicht hat (eine Radumdrehung) und den Messvorgang abschließt. Dabei wird der Motorantrieb für den Anlauf und den Bremsvorgang des Radsatzes 10 insbesondere elektronisch gesteuert.
Ist der Motor 4 mit Antriebsrolle insbesondere durch Schwergang des Achslagers des Radsatzes 10 nicht in der Lage, den Radsatz 10 in eine gleichmäßige Umdrehung zu versetzen, wird die Messung abgebrochen und der Radsatz 10 der Aufarbeitung zugeführt.
Ein Signal meldet den Messanfang und ein weiteres Signal das Messende, gleichzeitig wird der "Messende"-Zustand auf einem Display angezeigt und der Bediener aufgefordert, den Motor auszuschalten. Es können mehrere Messreihen von einem Radsatz nacheinander aufgenommen werden.
Beim Auftreten fehlerhafter Messwerte, d. h. insbesondere, dass der Triangulationslaser 2 optisch Distanzabweichungen (Messbereich liegt außerhalb der Vorgaben) erkennt und signalisiert, wertet das System den Fehler aus und stellt diesen in Form von Mitteilungen dem Bediener zur Verfügung: zum einen durch ein entsprechendes Signal, des weiteren erscheint in einem Druckprotokoll eine entsprechende Wernmeldung. Daraufhin wird der Radsatz nochmals eine volle Umdrehung abgetastet und vermessen. Tritt diese Fehlstelle wieder auf, ist sie auf der Radlauffläche 1 zu markieren und einer genauen Sichtprüfung zu unterziehen. Eine Bedienperson bzw. weiteres Fachpersonal hat bei weiterem Auftreten des Fehlers zu entscheiden, ob das Bewertungskriterium der Messvorrichtung akzeptiert wird, oder nicht.
Nach der Messwertaufnahme erfolgt die Berechnung und die anschließende Ergebnisdarstellung. Bei Bedarf kann das komplette Ergebnis incl. der Radsatzdaten über einen Drucker ausgegeben werden. Alle manuell eingegebenen Wagen- und Radsatzdaten, sowie alle Messwerte können gleichzeitig auf ein elektronisches Speichermedium, insbesondere eine Diskette, gespeichert werden und stehen zur Weiterverarbeitung für übergeordnete Rechnersysteme (autonome Computer oder anwenderspezifische Systeme) zur Verfügung.
Die auf dem Speichermedium abgelegten Datensätze entsprechen insbesondere bereits zentral abgestimmten anwenderspezifischen Datensatzstrukturen, insbesondere SAP, zur Anlegung einer zentralen Radsatzdatenbank.

1: Lauffläche
2: Triangulationslaser
3: hydraulischer Heber
4: Motor mit Antriebsrolle
5: Inkrementalgeber
6: Lichtschranke
7: Messplattform
8: Steuer- und Auswerteeinheit
9: Schiene
10: Radsatz
11: Lagergehäuse
12: Reflektor

Claims

Vorrichtung zur Untersuchung einer Lauffläche von antriebslosen und/oder angetriebenen Rädern und/oder Radsätzen und Ermittlung einer Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Anhebevorrichtung das Lagergehäuse eines Rades wenige Millimeter anhebt, bis sich das Rad frei dreht, – Bedienpersonal von Hand oder eine Antriebsvorrichtung das Rad in eine Drehbewegung versetzt, – die Anhebevorrichtung bei Schienenfahrzeugen mit Radsätzen beide Räder eines Radsatzes gleichzeitig anhebt, – ein Messstrahl die Lauffläche des Eisenbahnrades abtastet, – der Messstrahl in diskreten Schritten Messwerte in der Form eines Abstandes des Messstrahls von der Lauffläche des Rades ermittelt, – ein Inkrementalgeber eine Zuordnung der Messwerte des Messstrahls und der entsprechenden untersuchten Stelle der Lauffläche des Rades durchführt, – eine Auswerteeinheit aus Messwerten die Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit des Rades ermittelt, – eine Anzeigeeinheit die ermittelte Unrundheit und/oder Oberflächenbeschaffenheit des Rades unmittelbar nach Messende anzeigt.
Vorrichtung zur Untersuchung von Rädern und/oder Radsätzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fehlstellen auf der Lauffläche durch Materialaufschweißungen, -ausbröckelungen oder Flachstellen hervorgerufen werden.
Vorrichtung zur Untersuchung von Rädern und/oder Radsätzen nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor, dessen Rotor direkt oder indirekt über ein Getriebe mit Hilfe einer Antriebsrolle von außen auf die Lauffläche des Rades gepresst wird, das Rad und/oder den -radsatz in eine Drehbewegung versetzt.
Vorrichtung zur Untersuchung von Rädern und/oder Radsätzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige-, und Auswerteeinheit die berechnete Unrundheit des Einzelrades wie auch des gesamten Radsatzes des Schienenfahrzeuges in Abhängigkeit von vorhandenen Materialaufschweißungen, -ausbröckelungen, sowie vorhandener Flachstellen unter Hinzuordnung der Wagendaten unmittelbar nach Messende anzeigt, als Protokoll ausdruckt und auf alle zur Berechnung notwendigen Messwerte und Wagendaten auf einem Datenträger für eine Weiterverarbeitung bereitstellt und archiviert.
Vorrichtung zur Untersuchung von Rädern und/oder Radsätzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten mit Ausnahme der Auswerte- und Anzeigeeinheit auf einer Messplattform befestigt sind.
Vorrichtung zur Untersuchung von Rädern und/oder Radsätzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten inklusive der Auswerte- und Anzeigeeinheit auf einer Messplattform befestigt sind.