DE2105869A1

DE2105869A1 - Procedure for running damage detection on railway wheels

Info

Publication number: DE2105869A1
Application number: DE19712105869
Authority: DE
Inventors: Klaus 1000 Berlin Bajorat
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1971-01-29
Publication date: 1972-08-17

Description

Verfahren zur Laufschadenerkennung an Eisenbahnrädern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufschadenerkennung an Eisenbahnrädern.Method for running damage detection on railway wheels The invention relates to a method for detecting running damage on railway wheels.

Um die Betriebssicherheit des Eisenbahnbetriebes bei erhöhten Zuggeschwindigkeiten zu gewährleisten, ist die Erkennung von Schäden an den Radlaufflächen und von unzulässigen Temperaturen an den Achslagern erforderlich.About the operational safety of railway operations at increased train speeds the detection of damage to the wheel treads and impermissible ones must be ensured Temperatures required at the axle bearings.

Die Schäden an den Laufflächen werden überwiegend durch Bremsvorgänge ausgelöst. Uberhitzungserscheinungen der gußeisernen Bremsklötze und der Räder führen zu Naterialaufschweißungen auf die Radlaufflächen. Das Erkennen derartiger Schäden ist besonders schwierig, da das Rad vollkommen undefiniert abrollt.The damage to the running surfaces is mainly caused by braking triggered. Overheating of the cast iron brake pads and wheels to material welds on the wheel treads. Recognizing such damage is particularly difficult because the wheel rolls completely undefined.

Weiter gibt es Flachstellen, wie sie beim Festbremsen des Rades und Schleifen auf der Schiene entstehen sowie Laufflächenschäden durch rumpf ende Bremsen über den Umfang, Radkransschäden sowie Lagerschäden, ausgelöst durch verschiedene Ursachen.There are also flat spots, such as those when the wheel is braked and Loops on the rail occur as well as damage to the running surface by Hull end brakes over the circumference, wheel crane damage and bearing damage triggered by various causes.

Es sind bereits stationäre Flachstellenxeßgeräte bekannt, welche die periodisch auftretenden Knallgeräusche der Flachstellen akustisch registrieren. Diese von Flachstellen verursachten Geräusche heben sich jedoch nur geringfügig von dem übrigen Geräuschspektrum ab. Geräuschspitzen von klappernden Fußbodenbohlen, Türen, schlagenden Kupplungen, Schienenstößen und von benachbarten Wagen mit Flachstellen verhindern ein einwandfreies Ausfiltern der gewünschten Signale. Bei Geschwindigkeiten >30 km/h schwellen die Störgeräusche derart an, das die Enallgeriusche der Flachstellen darin untergehen.There are already stationary Flachstellenxeßgeräte known which the Record periodically occurring popping noises from the flat spots acoustically. However, these noises caused by flat spots only increase slightly on the rest of the noise spectrum. Noise peaks from rattling floor planks, Doors, striking couplings, rail joints and from neighboring wagons with flat spots prevent the desired signals from being properly filtered out. At speeds > 30 km / h, the background noises swell in such a way that the noise of the flat spots go down in it.

Die Aufgabe besteht darin, Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern schnell und zuverlässig zu erkennen und gleichzeitig eine frühzeitige Entdeckung von Heißläufern zu ermöglichen. Die Lösung S t auf der Erkenntnis, daß ein Rad, das eine Flachstelle besitzt, bei Erreichen der Flachstelle den Kontakt mit der Schiene verliert. Es beschreibt die Kurve eines frei fallenden Körpers und schlägt nach einer gewissen Zeit wieder auf die Schiene auf. Dabei erfährt es eine Beschleunigung. Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Erkennung von Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern dadurch gelöst, daß von an den Achslagern befestigten fleßfühlern Beschleunigungen, die beim Abrollen eines mit Laufflächenschäden behafteten Eisenbnhnrades auf die Schiene senkrecht zu ihr auftreten, gemessen, in elektrische Signale umgewand-lt und einer Diskriminatorschaltung zugeführt werden, welche die von Laufflächenschäden herrührenden Signale aus dem Gesamtsignalspektrum ausfiltert und die ausgefilterten Signale einer Anzeigeeinrichtung zuleitet.The job is to repair tread damage to train wheels quickly and reliably to detect and at the same time an early detection of hot runners to enable. The solution S t is based on the knowledge that a wheel has a flat spot loses contact with the rail when the flat spot is reached. It describes the curve of a freely falling body and strikes at a certain point Time to get back on track. It experiences an acceleration. The task is by the method for the detection of tread damage on railway wheels solved in that accelerations of sensors attached to the axle bearings, when an iron wheel with tread damage rolls onto the Rail occur perpendicular to it, measured, converted into electrical signals and fed to a discriminator circuit which determines the tread damage originating signals filters out of the total signal spectrum and passes the filtered signals to a display device.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel mittels Zeichnungen naher erläutert. Von einem in Fig. 1 dargestellten piezoelektrischen Meßfühler 1 am Achslagerdeckel wird die Spannung über zwei Steckverbindungen 2 und ein Koaxialkabel zu einer am Wagenfahrgestell befestigten zentralen Schaltungseinheit übertragen. ueber eine Diode 3 gelangen nur positive Spannungsspitzen >0,5 V an den Eingang eines Operationsverstärkers 4. Dieser Verstärker hat eine veränderliche Gegenkopplung, die die Empfindlichkeit bei steigender Geschwindigkeit und Eingangsamplitude reduziert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment Drawings explained in more detail. From a piezoelectric shown in FIG Sensor 1 on the axle bearing cover is the voltage via two plug connections 2 and a coaxial cable to a central circuit unit attached to the carriage chassis transfer. Only positive voltage peaks> 0.5 V pass through a diode 3 to the input of an operational amplifier 4. This amplifier has a variable Negative feedback, which increases the sensitivity with increasing speed and input amplitude reduced.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 stößt einen monostabilen Multivibrator 5 für kurze Zeit aus der stabilen Lage. Während dieser Zeit sperren seine Ausgänge 6 und 7 über Dioden 8, 9 die Eingänge des Verstärkers 4, so daß keine Signale vom Meßfühler 1 wahrgenommen werden. Dieser monostabile Nultivibrator 5 stößt einen weiteren monostabilen Nultivibrator 10 an. Dieser verharrt kurz im instabilen Zustand und sperrt den Transistor 11 über den Widerstand 12. Wahrend dieser Zeit fließt über die Diode 13 und den Widerstand 14 Ladung in den Kondensator 15.The output voltage of the amplifier 4 pushes a monostable multivibrator 5 from the stable position for a short time. During this time, its exits are blocked 6 and 7 through diodes 8, 9 the inputs of the amplifier 4, so that no signals from Sensor 1 can be perceived. This monostable level vibrator 5 pushes one another monostable level vibrator 10. This remains briefly in the unstable state and blocks the transistor 11 via the resistor 12. During this time it flows Charge into capacitor 15 via diode 13 and resistor 14.

Dieser Vorgang widerholt sich bei Jeder vom Meßfühler 1 wahrgenommenen Beschleunigung0 Die Zah"-lschal ;wg 56 zählt eine Anzahl derartiger Ladevorgänge und schlie@ dem Uberschreiten dieser Zahl über die zweifache KonJIan.ktion 7 und den Transistor 18 d@ kondensator 15 kurz.This process is repeated for everyone sensed by the sensor 1 Acceleration0 Die Zah "-lschal; wg 56 counts a number of such loading processes and closes the exceeding of this number over the twofold conjunctions 7 and the transistor 18 d @ capacitor 15 short.

Zwischen den Ladezeiten fließt ein Teil der Ladung des gondensators 15 über den Widerstand 19 ab. Die Entladungszeitkonstante ist so bemessen, daß bei einer Folgefrequenz von 1 Hz Ladung und Entladung gleich groß sind. Erst bei höheren Frequenzen überwiegt die Ladung, und die Spannung am Kondensator kann bei periodischer Folge der Ladeimpulse langsam ansteigen.Part of the capacitor's charge flows between charging times 15 via resistor 19. The discharge time constant is dimensioned so that at a repetition frequency of 1 Hz charge and discharge are equal. Only at higher ones Frequencies outweighs the charge, and the voltage across the capacitor can be periodic As a result of the charging pulses increase slowly.

Die gomparatorschaltung 20 ist eingangsseitig so eingestellt, daß sie erst bei einer Impulsfolgefrequenz >4 Hz, das entspricht bei einem Raddurchmesser von 1000 mm einer Fahrgeschwindigkeit von 45 km/h, und einer Eingangsspannung >3 V schaltet. Die Ausgangsspannung von 20 lädt über die Diode 21 den Kondensator 22 auf, dessen Spannung einer Anzeigeeinrichtung 23 zugeleitet wird.The comparator circuit 20 is set on the input side so that it only occurs at a pulse repetition frequency> 4 Hz, which corresponds to a wheel diameter of 1000 mm, a driving speed of 45 km / h, and an input voltage> 3 V switches. The output voltage from 20 charges the capacitor 22 via the diode 21 on, the voltage of which is fed to a display device 23.

Die Schaltung enthält auch die Erkennung eines Vberschreitens der maximal zulässigen Achslagertemperatur durch einen PTC-Widerstand 24. Dieser Widerstand wird über den Widerstand 25 von einem konstanten Strom durchflossen. Im Temperaturbereich von z. B. 70 bis 7500 erhöht der PTC-Widerstand seinen Wert um mehrere Zehnerpotenzen. Gleichzeitig steigt die Spannung an ihm steil an und führt zum Ansprechen des Spannungskomparators 26. Eine vorhandene Ausgangsspannung ist dann das Kriterbium für eine unzulässig hohe Temperatur des betreffenden Ac@@lagers. Die Signalpegel "Schadenstelle AF" und "Heißläufer A@" werden über die Disjunktion 27 zu einem Fehlerausgangssignal AF , zusammengefaßt.The circuit also includes the detection of an excess of the maximum permissible axle bearing temperature through a PTC resistor 24. This resistor a constant current flows through the resistor 25. In the temperature range from Z. B. 70 to 7500, the PTC resistor increases its value by several powers of ten. At the same time, the voltage across it rises steeply and causes the voltage comparator to respond 26. An existing output voltage is then the criterbion for an impermissible high temperature of the Ac @@ bearing concerned. The signal level "Damage AF" and "hot runner A @" become an error output signal via the disjunction 27 AF, in summary.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung. Am Achslager des zu überwachenden Eisenbahnrades ist ein Meßfühler und ein z.B. 18-poliger permanenterregter Wechselspannungsgenerator 28 angebaut. Befindet sich in der Lauffläche des Eisenbahnrades z. B. eine Flachstelle, so wandelt der Meßfühler die beim Aufschlagen des Rades auf die Schiene in Bereich der Flachstelle auftretenden vertikalen Beschleunigungen in elektrische Signale um. Der Gleichrichter 3 führt nur positive Spannungen an den Eingang des exponentiell gegengekoppelten Verstärkers 4. Die Torschaltung 29 läßt das verstärkte Signal durch, wenn der Speicher 30 gesetzt ist.Fig. 2 shows an embodiment of the invention. At the axle bearing of the zu The monitoring railway wheel is a measuring sensor and an e.g. 18-pole permanent magnet AC voltage generator 28 built on. Located in the tread of the train wheel z. B. a flat spot, the sensor converts when the wheel hits vertical accelerations occurring on the rail in the area of the flat spot into electrical signals. The rectifier 3 only supplies positive voltages the input of the exponentially negative feedback amplifier 4. The gate circuit 29 passes the amplified signal when the memory 30 is set.

In dem monostabilen Multivibrator 10 werden zeitkonstante Impulse erzeugt, die den Impulsuntersetzer 16 durchlaufen.In the monostable multivibrator 10, time-constant pulses are generated which pass through the pulse scaler 16.

Nach Jedem 16. Impuls wird der Integrator 11, 13, 15, 18 über die Impulsstufe 18 auf Null gesetzt. Während der Zeit zwischen Impuls 1 und 15 summiert die Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 die zeitkonstanten Impulse vom Nultivibrator 10. Außerdem wird die Integratorschaltung während dieser Zeit durch einen konstanten Strom über Widerstand 19 entladen. Diese Konstantstromentladung der Integratorschaltung verhindert ein Steigen ihrer Ausgangsspannung bei von den Schienen kommenden Störbeschleunigungen des Rades, die in wesentlich größeren Zeitabständen kommen als die periodisch auftretenden Flaohstellen.After every 16th pulse, the integrator 11, 13, 15, 18 over the Pulse level 18 set to zero. Summed up during the time between pulse 1 and 15 the integrator circuit 11, 13, 15, 18 the time-constant pulses from the level vibrator 10. In addition, the integrator circuit is constant during this time Discharge current through resistor 19. This constant current discharge of the integrator circuit prevents their output voltage from increasing in the event of interfering accelerations coming from the rails of the wheel, which come at significantly longer intervals than those that occur periodically Flaoh places.

In der Komparatorschaltung 20 wird der Ausgangspegel der Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 mit eines Sollwert verglichen.In the comparator circuit 20, the output level of the integrator circuit becomes 11, 13, 15, 18 compared with a target value.

Dieser Sollwert ist so eingestellt, daß die Busgangaapannung den Sollwert bei einer Geschwindigkeit von 30 kmn und einer Flachstelle in einem Rad mit einem Durchmesser von 1000 mm sowie Summierung von 12 zeitkonstanten Impulsen in der Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 erreicht. Beim Uberschreiten des Sollwertes schaltet die Komparatorschaltung 20. Ein Integrator 21, 22, 23 speichert dieses Flachstellsignal ungefähr eine Minute.This setpoint is set so that the bus line voltage the Setpoint at a speed of 30 km and a flat spot in a wheel with a diameter of 1000 mm and summation of 12 time-constant pulses reached in the integrator circuit 11, 13, 15, 18. When the setpoint is exceeded switches the comparator circuit 20. An integrator 21, 22, 23 stores this Flat position signal for about a minute.

Beim Auftreten eines Flachstellensignals am Multivibrator 10 wird über die Impulsformerstufe 31 ein Zähler-Hullsetzbefehl an eine Zählschaltung 32 und ein Speicher-Löschbefehl an einen Speicher 30 gegeben. Der Speicher 30 sperrt daraufhin das Tor 29 und unterbricht den Signalfluß vom Meßfühler 1 zur Integratorschaltung 11, 13, 15, 18.When a flat spot signal occurs on the multivibrator 10 A counter set command to a counting circuit 32 via the pulse shaper stage 31 and a memory clear command is given to a memory 30. The memory 30 locks then the gate 29 and interrupts the flow of signals from the sensor 1 to the integrator circuit 11, 13, 15, 18.

Der 18-polige Wechselspannungsgenerator 28 erzeugt über einen Trigger 33 und einen Impulsformer 34 achtzehn Impulse Je Radumdrehung. Da die binäre Zählschaltung 32 mit 4 bit Inhalt unmittelbar nach einem Flachstellensignal durch einen Multivibrator 31 auf Null gesetzt wurde, zählt sie 16 Impulse vom Wechselspannungsgenerator und setzt dann über eine Ispulsforierstufe 35 den Speicher 30, der darauf wieder das Tor 29 für Flachstellensignale öffnet.The 18-pole alternating voltage generator 28 generates via a trigger 33 and a pulse shaper 34 eighteen pulses per wheel revolution. Because the binary counting circuit 32 with 4 bit content immediately after a flat spot signal by a multivibrator 31 has been set to zero, it counts 16 pulses from the alternating voltage generator and then sets the memory 30 via an Ispulsforierstufe 35, which is then again the Gate 29 for flat position signals opens.

Das Tor 29 bleibt also nach einem Flachstellensignal während 16/18 einer Radumdrehung gesperrt und öffnet wahrend 2/18 einer Undrehung vor dem nächsten periodisch zu erwartenden Flachstellensignal. Störsignale von der Schiene werden während 7/8 einer Umdrehung eliminiert. Diese Gegebenheiten sind in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung unabhängig von der Traktionsgeschwindigkeit und dem Raddurchmesser.The gate 29 remains after a flat position signal during 16/18 one wheel revolution and opens during 2/18 of one rotation before the next periodically expected flat spot signal. Interfering signals from the rail eliminated during 7/8 of a revolution. These conditions are shown in Fig. 2 shown arrangement regardless of the traction speed and the wheel diameter.

Durch die Erhöhung der Polzahl des Wechselspannungsgenerators 28 von z.B. 18 auf 66 und des Zählvermögens der Zählschaltung 32 von 16 auf 64 bleibt das Tor während 64/66 einer Umdrehung gesperrt und öffnet während 2/66. Das entspricht einem wirksamen Signalflußwinkel von nur 360#10° pech. Es werden auf 33 diese Weise winkelselektiv im Verhältnis 1:33 Störsignale von den periodisch wiederkehrenden Flachstellensignalen gefiltert.By increasing the number of poles of the alternating voltage generator 28 from E.g. 18 to 66 and the counting capacity of the counting circuit 32 from 16 to 64 remains that Gate locked for 64/66 of a revolution and opens for 2/66. Corresponding an effective signal flow angle of only 360 # 10 ° pitch. It'll be 33 this way angle-selective in a ratio of 1:33 interfering signals from the periodically recurring Filtered flat rate signals.

Der Wechselspannungs-generator 28 kann in seiner Ausgangsleistung so ausgelegt werden, daß er die für die beschriebene Schaltung notwendige elektrische Leistung bei Traktionsgeschwindigkeiten >20 'm,th bei einem Raddurchmesser von 1000 » erzeugte Das Verfähren eignet sich sowohl für eine Fehleranzeige an jedem Wagen als auch für eine gemeinsame Fehleranzeige auf der Lokomotive für alle Wagen eines Zuges nach einer Adressierung der Wagen und Inforaationsübermittlung innerhalb des Zuges.The AC voltage generator 28 can vary in its output power be designed so that it has the electrical necessary for the circuit described Performance at traction speeds> 20 'm, th with a wheel diameter of 1000 »generated The procedure is suitable for both an error display on each Wagons as well as for a common error display on the locomotive for all wagons of a train after addressing the wagons and transmitting information within the trains.

7 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen z1t 2 Fig.7 pages description 8 patent claims 1 sheet of drawings z1t 2 Fig.

Claims

Patent claims:

Procedure for the detection of tread damage on railway wheels, characterized in that accelerations of the sensors attached to the axle bearings, when an iron belt wheel with tread damage rolls onto the Rail perpendicular to it occur, measured, converted into electrical signals and fed to a discriminator circuit which determines the tread damage signals originating from the total signal spectrum and the filtered out Signals a display device.

2. The method according to claim 1, characterized in that for detection of hot runners are used by additional sensors on the axle bearings, whose signals are sent to the can be displayed.

3. The method according to claim 1, characterized in that the sensor there is a piezoelectric transducer on the axle bearing.

4. The method according to claim 1, characterized in that the sensor there is an inductive transducer on the axle bearing.

5. The method according to claim 1, characterized in that the electrical Signals from a sensor in the amplifier with variable negative feedback from the Amplitude of the input signals depends, and the amplified signals a monostable Nultivibrator are fed, which emits time-constant pulses, the duration of which depends is from the speed range in which the measurement is made, and the second control monostable multivibrator whose time and amplitude constant pulses are summed and stored in an integrator circuit, and that the output voltage the integrator circuit after the passage of a certain number of pulses and after a certain wheel rotation frequency is exceeded, a set one Setpoint in a comparator and memory circuit causes a message, with the integrator circuit with the help of one controlled by the second monostable multivibrator Counting circuit after a certain number of pulses in each case in the initial state is reset.

6. The method according to claim 1, characterized in that a gokonnzeichnot the wheel axle coupled alternating current generator is provided, which via pulse shaper stages before a certain number of pulses emitted in a counting circuit e counted, the number of pulses from the alternating current generator during a Radumiaufs is greater than the counting capacity of the counting circuit and that with the discriminator circuit is connected, in which a gate is inserted, the signal flow in the discriminator after the presence of a tread damage signal fU, the duration of the counting capacity of the Counting circuit blocks.

7. The method according to claim 1, characterized in that the alternating current generator can also be used for the own power supply of the entire arrangement.

8. The method according to claim 1, characterized in that the sensors and the alternator combined in a structurally modified axle box cover are.