DE3008440A1 - Vorrichtung zur messung von deformierungen der schienenrolloberflaeche eines schienenweges - Google Patents

Vorrichtung zur messung von deformierungen der schienenrolloberflaeche eines schienenweges

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DE3008440A1
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Description

Dipl.-Ing. MAX BUNKE
Dipl.-Chem. Dr. HOLGER BUNKE
Dipl.-Phys. HARTMUT DEGWERT
JOHANNES-SCHARRER-STRASSE 13 ■ D-8OO0 MÜNCHEN 21
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Deformierungen der Schienenrolloberflache eines Schienenweges, insbesondere der wellenförmigen Deformierungen aufgrund der Belastung durch die darauf fahrenden Lasten.
Die geometrischen Kenngrößen dieser Art von Deformierungen, d.h. Wellenlängen und Amplituden, sind ungleichmäßig und hängen von mechanischen Eigenschaften der Züge, ihrer Fahrtgeschwindigkeit, der örtlichen Elastizität des Schienenweges und der Größe von Resonanzerscheinungen ab, die beim Überfahren auftreten. Diese Deformierungen werden nach ihren Ursachen und Wirkungen in verschiedene Wellenlängenbereiche eingeteilt, die sich von den kurzen Wellungen (OC) bis zu den langen Wellungen (OL) erstrecken, die insgesamt im Mittel Wellenlängen zwischen 3 cm und 3 m überdecken.
Diese Deformierungen nehmen mit der Zeit zu und bewirken progressiv zunehmende Schäden an den darauf fahrenden Wagen und an dem Schienenweg, und gleichzeitig beeinträchtigen sie den Reisekomfort und die Wohnqualität der Anlieger durch Vibrationen und Schallwellen, die von ihnen erzeugt werden.
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Bevor diese Schaden ein kritisches Ausmaß erreichen, werden bei den regelmäßigen Wartungsarbeiten am Schienenweg die Schienenrolloberflachen mit Hilfe von Schienenfahrzeugen plan geschliffen, die mit Schleifsteinen oder -blöcken ausgerüstet sind, die entlang der Erzeugenden dieser Oberflächen verschoben werden, bis die genannten Deformierungen beseitigt sind.
Um den geeigneten Zeitpunkt zur Durchführung dieser Arbeiten zu bestimmen, ist es erforderlich, die Amplitude dieser welligen Deformierungen in jedem Wellenlängenbereich periodisch zu überprüfen, und diese überprüfung muß während und nach der Durchführung dieser Arbeiten wiederholt werden, um über den Fortgang dieser Planschleifarbeiten informiert zu sein und überflüssige Arbeitsgänge zu vermeiden.
Diese überprüfung erfolgt mittels geeigneter Meßvorrichtungen, mit denen ein selbständiges Meßfahrzeug oder Planschleiffahrzeug ausgestattet ist.
Bekannte Meßvorrichtungen dieser Art, von denen die Erfindung ausgeht und die im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt sind, sind von zweierlei Art.
Die Meßvorrichtungen einer ersten Art sind mit einem Abstandsdetektor ausgerüstet, der zwischen zwei Rollen des Rollwagens derart angeordnet ist, daß er die Durchbiegung mißt, welche die Rolloberfläche der Schiene zwischen den beiden Berührungszonen dieser Rollen aufweist. Bei einer solchen Meßvorrichtung ist der Radstand dieser Rollen in Abhängigkeit von dem auszumessenden Wellenlängenbereich der Deformierung gewählt, so daß die so ausgemessene Durchbiegung der Tiefe dieser Deformierung möglichst genau entspricht. Mehrere Rollwagen mit verschiedenen Radständen können aufeinanderfolgen oder in ein und derselben Meßvorrichtung dieser ersten Art vereinigt sein, um
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gleichzeitig die Deformierungstiefen verschiedener Wellenlängenbereiche auszumessen.
Die Meßvorrichtungen einer zweiten Art sind mit wenigstens einer Gruppe von drei Abstandsdetektoren ausgerüstet, die untereinander beabstandet und zwischen den beiden Rollen des Rollwagens so angeordnet sind, daß mit Hilfe des mittleren Detektors die Durchbiegung gemessen wird, welche die Schienenrollober fläche zwischen den beiden Zonen aufweist, die von den beiden äußeren Detektoren erfaßt werden. Bei dieser zweiten Art von Meßvorrichtung wird der Abstand der beiden äußeren Detektoren in Abhängigkeit von dem auszumessenden Deformierungs-Wellenlängenbereich gewählt, und zwar unabhängig von dem Radstand der beiden Rollen des Rollwagens, der dann nach anderen Kriterien gewählt werden kann. Mehrere Detektorgruppen können auf demselben Rollwagen dieser zweiten Art von Vorrichtung mit verschiedenen Abständen zwischen den äußeren Detektoren montiert werden, oder auch mit verschiedenen Abstandsverhältnissen zwischen dem Zwischendetektor und den äußeren Detektoren jeder Gruppe, um gleichzeitig die Deformierungstiefe verschiedener Wellenlängenbereiche auszumessen.
Diese beiden Arten von Meßvorrichtungen zeigen jedoch Mängel.
Die Meßvorrichtungen erster Art gestatten nicht die Messung von kurzwelligen Deformierungen mit ausreichender Präzision, weil die Rollen des Rollwagens wegen ihrer Größe nicht nahe genug aneinander herangebracht werden können, um ein geeignetes Verhältnis zwischen dem Radstand und der sehr geringen Länge der Wellungen (Größenordnung von 3 bis 15 cm) dieser Deformierungen zu erhalten, wobei zu diesen Deformierungen insbesondere diejenigen gehören, die auf wellenförmige.Abnutzung zurückzuführen sind, denen die Eisenbahnverwaltungen große Bedeutung beimessen. Bei diesen Meßvorrichtungen erster Art wird ferner die Messung durch Vibrationen des Rollwagens
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beeinflußt, wie sie z.B. durch ünrundheiten der Rollen oder durch die Eigenelastizität des Wagens verursacht werden können, da diese Messung durch direkte Bezugnahme auf die räumliche Lage des Wagens erfolgt.
Durch die Meßvorrichtungen der zweiten Art werden diese Mangel behoben, weil die Abstandsdetektoren, deren Raumbedarf geringer ist als derjenige der Rollen des Rollwagens, nahe genug aneinander herangebracht werden können, um die kurzen Wellungen unter günstigeren Bedingungen auszumessen, und ferner weil die Messung weniger von der räumlichen Lage des Rollwagens abhängt, da sie auf die relative Lage der beiden Zonen der Schienenrolloberflache Bezug nimmt, die von den beiden äußeren Detektoren erfaßt werden. Diese Meßvorrichtunge'n machen jedoch die Anwendung einer größeren Anzahl von Detektoren erforderlich, da drei von ihnen benötigt werden, um jeden Wellenlängenbereich auszumessen; diese große Anzahl von empfindlichen Geräten erhöht wenigstens in dem gleichen Ausmaß auch den Aufwand an Einste11arbeiten, Wartung und auch das Risiko von Punktionsstörungen, gleich von welcher Art die verwendeten Detektoren sind, d.h. elektromechanische Fühler, die mit der Schiene in Berührung sind, oder elektronische kontaktlose Fühler.
Darüber hinaus und insbesondere ermöglichen auch diese Vorrichtungen erster und zweiter Art nicht die Ermittlung der Deformierungstiefe in ihrer wahren Größe, denn der gemessene Tiefenwert hängt wesentlich von der Wellenlänge der Deformierung ab, die sich innerhalb jedes Wellenbereiches ändert, wie weiter unten erläutert wird.
Durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung, die insbesondere im Anspruch 1 definiert ist, werden diese Schwierigkeiten insofern behoben, als die zur Bestimmung der Tiefe H1 der erfaßten Deformierung ausgenutzte Größe, d.h. die Differenz Δ-
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der gemessenen Abstände h, und η_, von den Veränderungen dieser beiden Abstände aufgrund von Vibrationen des Rollfahrzeugs nicht beeinflußt wird und als ferner nur zwei Abstandsdetektoren zur Bestimmung dieser Größe ausreichen. Die Deformierungstiefe H- wird auf diese Weise stets mit ihrem tatsächlichen Wert bestimmt, unabhängig von Veränderungen der effektiven Wellenlänge X1E, aufgrund der Verarbeitung des Differenzwertes A1 mittels eines Übertragungskoeffizienten T1, der diese Veränderungen berücksichtigt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen der geometrischen Verhältnisse bei bekannten Verfahren;
Fig. 3 einen schematischen Seitenaufriß des Wagens nach einer ersten Ausfuhrungsform;
Fig. 4 eine diese Ausführungsform betreffende schematische Darstellung der geometrischen Verhältnisse;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer elektronischen Meßschaltung dieser Ausführungsform;
Fig. 6 einen schematischen Seitenaufriß des Wagens nach einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 7 ein diese Ausführungsform betreffendes Schema zur Darstellung der geometrischen Verhältnisse;
Fig. 8 ein Blockschaltbild der elektronischen Meßschaltung dieser Ausführungsform; und
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Fig. 9 und 10 eine im Schnitt gezeigte Vorderansicht bzw. eine Draufsicht auf Einzelheiten bei der dritten Aus fuhrungsform.
Die Fig. 1 und 2 zeigen stark vergrößert und schematisch zwei wellenartige Deformierungen gleicher Tiefe H, jedoch verschiedener Wellenlänge λ < λκ, die von derselben Meßvorrichtung der zweiten vorstehend erläuterten Art an drei Punkten M, N und P erfaßt werden, die eine Bezugsbasis MP der Länge E bilden, die in einem Wellenlängenbereich gewählt
ist, zu dem X^ und \, gehören,
a. Jj
Die gemessenen Tiefenwerte Ya und Y^ sind ungleich, und für eine größere Wellenlänge (λκ > λ,) ist der gemessene Wert der
Jj α
Tiefe geringer (Y, < Y).
Jj a
Die gemessenen Werte Y und Y^ für die Tiefe stellen also nicht notwendigerweise die Tiefe H in ihrer tatsächlichen Größe dar, sondern veränderliche Größen, die von der Wellenlänge der Deformierung abhängen und somit als solche nicht nutzbar sind, sondern zuvor einer Interpretation bedürfen. Dies läuft darauf hinaus, daß nicht von "gemessenen" Deformierungen gesprochen werden kann, sondern eher von mit Hilfe dieser Vorrichtungen "geschätzten" Deformationen.
Die erste Ausführungsform der in den Fig. 3 und 5 gezeigten Vorrichtung hat die Aufgabe, die wellenartigen Deformierungen der Schienenlauffläche eines Schienenstrangs zu messen, bei denen die Wellenlänge in einem einzigen Wellenlängenbereich X* liegt, z.B. in einem kurzen Wellenlängenbereich OC zwischen 3 und 15 cm, mit der in Fig. 4 schematisch und stark vergrößerten Gestalt.
Die Vorrichtung enthält einen Rollwagen 1, der sich auf beiden Schienen 2 eines Schienenweges mit zwei Führuhgsrollen 3,4
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abstützt. Der Wagen 1 ist mit zwei elektronischen, kontaktlosen Fühlern 5, 6 ausgestattet, die z.B. nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten und zwischen den beiden Rollen gegenüber einer Erzeugenden des Schienenstrangs 2 und in einem Abstand E1 voneinander angeordnet sind, der kleiner ist als die kürzeste Wellenlänge X1M der Deformierungen innerhalb der gewählten Wellenlängenspanne X1, wie in Fig. dargestellt ist, wobei also die Beziehung gilt: E1 < λ-,M. Dieser Rollwagen 1 ist über eine angelenkte Deichsel 7 mit einem (nicht dargestellten) Fahrzeug verbunden, das die Aufgabe hat, die zu vermessende Schiene zu überfahren.
Die beiden Fühler 5, 6 sind so eingestellt, daß sie elektrische Signale abgeben, welche die Abstände h, und tu darstellen, durch die zwei fiktive Punkte A und C des Rollwagens 1 von der betrachteten Erzeugenden des Schienenstrangs 2 getrennt sind, wobei das Segment AC eine zu dieser Erzeugenden parallele Bezugsbasis bildet (Fig. 4). Diese beiden Fühler sind mit einer elektronischen Meßschaltung verbunden, die vorzugsweise im Steuerhaus des Zugfahrzeugs angeordnet und deren Blockschaltbild in Fig. 5 dargestellt ist.
Die elektronische Schaltung ist so ausgelegt, daß sie nach einem Verfahren zur Bestimmung des Wertes H.. der Deformierungstiefe für die genannte Wellenlänge arbeitet, bei dem als Ausgangswert der unterschied A1 der beiden Abweichungswerte h, und hc eingeht. Dieser Differenzwert Δ- steht über folgende Beziehung im Zusammenhang mit dem Wert der Tiefe H1:
E1
A1 = ±H1 slni^,
wobei diese Beziehung aufgestellt ist ausgehend von dem
E-i gemessenen Eingangswert A1 und dem Verhältnis ■?——, d.h. des Abstandes zwischen den Fühlern E- zur effektiven Wellenlänge X1E der erfaßten Deformierung, die innerhalb des ausgewählten Bereichs sinusförmiger Wellen liegt.
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Um einen Nulldurchgang der Übertragungsfunktion T zu ver-
Ei
meiden, ist das Verhältnis —τ; unter Beachtung folgender
Λ.11
Beziehung gewählt:
E1
0<<
und die günstigsten empfohlenen, jedoch nicht als Einschränkung dieses Verhältnisses zu verstehenden Werte lie gen zwischen -? und -r, so daß gilt:
O Λ-ΐ £j O
Dieses Verfahren zur Bestimmung der Tiefe H- bietet den bereits erwähnten Vorteil, daß die Messung unabhängig von Vibrationen des Rollwagens 1 wird, und zwar aufgrund der Tatsache, daß der ausgewertete Differenzwert Δ- durch eine senkrechte Verschiebung des Rollwagens 1 nicht beeinflußt wird, und von einer Drehung desselben in einem Verhältnis beeinflußt wird, das noch unter den zulässigen Toleranzen liegt.
Wenn nämlich eine senkrechte Translationsverschiebung des Rollwagens 1 erfolgt, so beträgt dieser Differenzwert:
d.h. A1 = h, - hp, so daß der Wert unverändert bleibt.
Unter der Einwirkung einer Drehung, die z.B. durch einen Rundungsfehler von 0,1 mm der Rollen 3, 4 verursacht wird, wobei diese Rollen einen Abstand von 2000 mm voneinander aufweisen, beträgt die maximale Neigung der Bezugsbasis AC
0,1
2000'
und der Meßwertfehler ist folglich vernachlässigbar.
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Um nach dem genannten Verfahren ein die Deformierungstiefe H1 darstellendes Ausgangssignal abzugeben, enthält die schematisch in Fig. 5 gezeigte elektronische Schaltung folgende mit den Fühlern 5 und 6 verbundene Elemente:
- einen Vergleicher 8, der ein Ausgangssignal abgibt, das den Unterschied zwischen den beiden von den Fühlern 5, 6 gemessenen Abweichungen darstellt:A1 = tu-h.-,;
- eine Anordnung 9 zur Bestimmung der tatsächlichen mittleren Wellenlänge X,E der erfaßten Deformierungswelle, wobei diese Anordnung ein diese Größe darstellendes Signal abgibt;
- eine Verarbeitungsanordnung 10 zur Verarbeitung der Signale A1 und X1E, die mit den Ausgängen des Vergleichers 8 und der Anordnung 9 verbunden ist und ein die Deformationstiefe H1 darstellendes Ausgangssignal abgibt durch Verarbeitung der genannten Differenz A1 nach einem Übertragungskoeffizienten T1, der bestimmt ist
Ei ' aufgrund des Verhältnisses -—^, d.h. des Abstandes E1
X1*, ι
zwischen den beiden Fühlern 5, 6 zu der mittleren tatsächlichen Wellenlänge X1E der erfaßten Deformierung.
Zur weiteren Untersuchung werden die Ausgangssignale der Anordnung 9 und der Verarbeitungsanordnung 1O, welche diese tatsächliche mittlere Wollenlänge X1E bzw. die Tiefe H1 darstellen, einer Aufzeichnungseinrichtung 11 zugeführt, die bei der beschriebenen Au.sführungsform ein Schreiber ist, die jedoch auch ein Magnetband enthalten kann, mit oder ohne Kodierer zur Umsetzung der Analogsignale in Digitalwerte. Zur Komprimierung der Information, damit sie" auf dem Papierstreifen direkt auswertbar ist, ist eine Informations-Komprimiereinrichtung 18 am Eingang der Aufzeichnungsvorrichtung 11 in diesen Verarbeitungskreis eingeschaltet. Die Komprimiereinrichtung 18 kann z.B. eine solche nach der CH-PS 588 374 sein, mit einem Operations-
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gleichrichter und einer von der Geschwindigkeit V des Meßfahrzeuge geregelten Vorrichtung zur Bestimmung der laufenden mittleren gleichbleibenden Geschwindigkeit.
Die Anordnung 9 zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Wellenlänge λ-,E der erfaßten Deformierung wurde bisher noch nicht im einzelnen erläutert; sie kann aus einem Aufwärts/-Abwärts-Zähler gebildet sein, der die Vorzeichenänderungen der Differenz Δ- der von den Fühlern 5, 6 gemessen Abstandswerte hA und hc zählt, oder aus einem Spektralanalysator zur Analyse der Deformierungsfrequenz, oder auch aus einer Kombination dieser beiden Einrichtungen.
Die Verarbeitungsanordnung 10, die das die Tiefe H1 darstellende Ausgangssignal abgibt, kann entweder aus einem Datenverarbeitungsgerät gebildet sein, das zur Abgabe des Signals in Abhängigkeit von dem Übertragungskoeffizienten T1 programmiert ist, oder aus einem Frequenzfilter, das auf einen Koeffizienten =—, d
zienten, eingestellt ist.
einen Koeffizienten =—, den Kehrwert des Übertragungskoeffi
Eine zweite Ausfuhrungsform der Meßvorrichtung ist in den Fig. 6 und 8 dargestellt und dazu bestimmt, gleichzeitig Deformierungen auszumessen, deren Wellenlänge in zwei vers iedenen Wellenlängenbereichen λ-ι und X2 liegt, z.B. im Bereich der kurzen Wellen zwischen 3 und 15 cm und der mittleren Wellen im Bereich zwischen 15 und 90 cm.
Fig. 7 zeigt stark vergrößert und schematisch das Aussehen einer Erzeugenden des Schienenstranges 2, der kurzwellige Deformierungen (OC) aufweist, die Deformierungen mittlerer Wellenlänge (OM) überlagert sind.
Nach dem Abschleifen der kurzwelligen Deformierungen OC verbleiben offensichtlich die Deformierungen mittlerer
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Wellenlänge OM. Bei ein und demselben Meßdurchgang ist es also wichtig, gleichzeitig diese beiden Deformierungskategorien zu überprüfen.
Der in Fig. 6 gezeigte Rollwagen enthält zu diesem Zweck die gleichen Elemente, nämlich Rollen 3, 4 und Fühler 5, 6, wie zuvor zur Vermessung derselben kurzwelligen Deformierungen OC beschrieben, wobei die Fühler 5, 6 denselben Abstand E1 < λ-Μ aufweisen, mit einem dritten, zusätzlichen kontaktlosen Fühler 12 gleicher Art, der mit dem Fühler 5 eine zweite Gruppe von zwei Fühlern zur Messung der mittleren Wellenlängen OM bildet; der Fühler 5 gehört also zu zwei Gruppen von Fühlern, mit denen der Rollwagen ausgestattet ist. Dieser zusätzliche Fühler 12 ist fluchtend mit den beiden anderen Fühlern 5, 6 gegenüber derselben Erzeugenden des Schienenstrangs 2 und in einem Abstand E2 von dem Fühler 5 angeordnet, der kleiner als die kürzeste Wellenlänge X2M der Deformierungen ist, die innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs λ2 der mittleren Wellen OM liegt, so daß also gilt E2 < ^2M' entsPrecnend der zuvor dargelegten Lehre. Dieser Fühler 12 ist ebenfalls so eingestellt, daß er elektrische Signale abgibt, welche die Abstände hß darstellen, die einen dritten fiktiven Punkt B des Rollwagens 1 von der betrachteten Erzeugenden des Schienenstrangs 2 trennen, wobei das den Punkt C enthaltende Segment AB die Bezugsbasis bei dieser zweiten Ausführungsform bildet (Fig. 7) .
Diese drei Fühler 5, 6, 12 sind mit einer schematisch in Fig. 8 dargestellten elektronischen Meßschaltung verbunden, die dieselben Bauelemente enthält, nämlich einen Vergleicher 8, eine Anordnung 9 und eine Verarbeitungsanordnung 10, die bereits zur Bestimmung der charakteristischen Werte.Δ.. , λ-ιΜ und H1 der Deformierungen des Bereiches λ-ι der kurzen Wellen ausgehend von den Abstandsignalen h, und hc aus den beiden Fühlern 5, 6 des ersten Fühlersatzes, mit dem diese Bauelemente verbunden sind, beschrieben wurden. Die Schaltung ent-
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hält ferner einen zweiten Meßzweig, der aus einem zweiten Vergleicher 80 und einer zweiten Anordnung 90 gebildet ist, die mit der zweiten Gruppe von Fühlern 5, 12 und der Verarbeitungsanordnung 10 verbunden sind, zur Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften der Deformierungen im zweiten, mittleren gewählten Wellenbereich A2, der Tiefe H„ dieser Deformierungen und ihrer tatsächlichen Wellenlänge X2E ausgehend von der Differenz Δ2 der Abstandswerte h, und hß, die von den beiden Fühlern 5, 12 gemessen werden. In dieser Meßschaltung enthält die Verarbextungsanordnung 10 eine zweite Stufe, die auf einen Übertragungskoeffizienten T~ eingestellt ist, der aufgrund des Verhältnisses ·?—=■ festgelegt ist, in gleicher Weise wie für den ersten ausgewählten Wellenlängenbereich λ., beschrieben.
Zur weiteren Auswertung werden auch die Ausgangssignale dieser Meßschaltung bei der gezeigten Ausfuhrungsform einer Aufzeichnungseinrichtung 110 zugeführt, und zwar über eine Informations-Komprimiereinrichtung 180.
Nach demselben Prinzip kann ein Rollwagen natürlich mit mehreren Gruppen von zwei Fühlern ausgestattet werden, die voneinander unabhängig oder miteinander kombiniert sind, wie bei dieser zweiten Ausführungsform, um gleichzeitig mehr als zwei Bereiche von Deformierungswellen auszumessen.
Die in den Fig. 3 und 6 dargestellten Ausführungsformen sind zur Messung der Deformierungen der Schienenlauffläche in einer senkrechter Ebene ausgelegt; die Erfindung ist jedoch auch auf in gleicher Weise ausgelegte Vorrichtungen anwendbar, die zur Messung von Deformierungen in anderen Ebenen geeignet sind, z.B. in schrägen und/oder waagerechten Ebenen, die um die Hohlkehle oder Innenflanke des pilzförmigen Schienenprofils herum verteilt sind.
Zur Erarbeitung eines Programms zum Planschleifen der Schienenlaufflächen eines Schienenweges ist es nützlich, die Ver-
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teilung der Deformierungen über das Profil in Querrichtung der Schienen zu kennen, denn diese Verteilung ist unhomogen und betrifft je nach Aussehen des Schienenweges/ Ausrichtung, Krümmung, Schienenüberhohung und Achslast der Transporte mehr die Lauffläche, die Hohlkehle oder die Innenflanke des pilzförmigen Profils.
Gemäß einer dritten Ausfuhrungsform der für diesen Zweck bestimmten Meßvorrichtung, wovon in den Fig. 9 und 10 Einzelheiten dargestellt sind, sind mehrere Gruppen zu zwei Fühlern auf demselben Rollwagen gegenüber einer entsprechenden Anzahl von Erzeugenden des Schienenstranges angeordnet, die über das pilzförmige Querprofil verteilt sind.
Bei dieser dritten Ausführungsform sind fünf Gruppen zu je zwei Fühlern 13 und 130, 14 und 140, 15 und 150, 16 und 160 sowie 17 und 170 an dem Rollwagen 1 angeordnet, jeweils gegenüber einer von fünf Erzeugenden D-, D2, D3, D4 bzw. D5 des pilzförmigen Profils der Schiene 2. In Fig. 10, in der nur diese Fühler und die Schiene 2 gezeigt sind, ist ersichtlich, daß die Fühler einer jeden Fühlergruppe denselben Abstand E voneinander aufweisen, wobei dieser Abstand E, wie zuvor erläutert, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Bereich von Wellenlängen festgelegt ist. Diese z.B. induktiven oder kapazitiven Fühler sind mit Berührungstastern ausgestattet, die aus einem kleinen Stahlplättchen hoher Verschleißfestigkeit gebildet sind, das an ihren Meßstangen angelenkt ist. Die fünf Fühlergruppen können in Längsrichtung der Schiene 2 versetzt sein, um ihre räumliche Anordnung zu erleichtern.
Sämtliche Fühler sind bei diener dritten Ausführungsform mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten elektronischen Meß schaltung verbunden, die für jede der fünf Fühlergruppen einen Meßzweig enthält, der aus den gleichen Bauteilen ge-
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- 18 bildet ist wie die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung.
Die Ausgangssignale dieser Meßschaltung werden einer grafischen oder magnetischen Mehrspur-Aufzeichnungsvorrichtung zugeführt, um so die Grundlage zur Bestimmung der Einhüllenden des Querprofils der Rolloberfläche der pilzförmigen Schiene zu bilden, wobei dieses Querprofil durch die räumliche Lage der fünf erfaßten Erzeugenden bestimmt ist und z.B. mittels eines entsprechend programmierten Analysators ermittelt wird.
Bei dieser dritten Ausführungsform können auch an jeder Erzeugenden der Schiene mehrere Gruppen von jeweils zwei Fühlern angeordnet werden, wenn Deformierungen unterschiedlicher Wellenlängenbereiche ausgemessen werden sollen. Die Anzahl von Erzeugenden kann auch von 5 verschieden sein, je nach der gewünschten Präzision für· die Wiedergabe der pilzförmigen Einhüllenden der Schiene.
Die kontaktlosen Fühler bei den ersten beiden Ausführungsformen, die für schnelle Meßdurchgänge vorteilhaft sind, können auch durch Fühler ersetzt werden, die mit der Schienenoberfläche in Berührung sind wie bei der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform, wenn der Meßdurchgang bei geringer Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, in gleicher Weise wie bei der dritten Ausführungsform auch kontaktlose Fühler verwendet werden können.
Eine Anwendung der Erfindung ist allgemein auf jegliche Systeme vorgesehen, die eine Meßbasis äquivalent der zuvor erläuterten Basis aus den beiden Punkten AC aufweisen, z.B. bei einem stark unsymmetrischen Dreipunkt-Meßsystem, .bei dem innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenzen die erfindungsgemäß durchgeführte Messung mittels der zwei am nächsten an dieser Basis liegenden Punkte durch den dritten Punkt nicht beeinflußt wird.
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-49 r
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Claims (6)

  1. PATENTANWÄLTE
    Dipl.-Ing. MAX BUNKE
    Dipl.-Chem. Dr. HOLGER BUNKE
    Dipl.-Phys. HARTMUT DEGWERT
    JOHANNES-SCHAHRER-STRASSE 13 D-8000 MÜNCHEN 21
    Unser Zeichen: MP 06
    SPENO INTERNATIONAL S.A. Genf / Schweiz
    Vorrichtung zur Messung von Deformierungen der Schienenrolloberfläche eines Schienenweges
    PATENTANSPRÜCHE
    'Ί .! Vorrichtung zur Messung von Deformierungen der Schienenrolloberfläche eines Schienenweges mit wenigstens einer Wellenlänge innerhalb eines ausgewählten Bereiches von Wellen-r längen (λ.,), mit einem Rollwagen (1), der sich auf wenigstens einem Schienenstrang über zwei voneinander beabstandete Führungsrollen (3, 4) abstützt, mit einem die Schiene mit gegebener Geschwindigkeit (V) überfahrenden Fahrzeug verbunden und mit wenigstens einer Gruppe von Meßfühlern ausgestattet ist, die elektrische Signale abgeben, welche die Abstände zwischen einer geradlinigen, durch die räumliche Lage des Rollwagens bestimmten Bezugslinie und dem überfahrenen Schienenstrang darstellen, sowie mit einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung dieser Signale und
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    Bestimmung des Wertes der Tiefe (H1) der Deformierung mit der genannten Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Meßfühlern wenigstens einen ersten Satz von zwei Fühlern (5, 6) enthält, die gegenüber einer Erzeugenden des überfahrenen Schienenstranges in einem Abstand (E1) voneinander angeordnet sind, der geringer ist als die kürzeste Wellenlänge (X1M) des gewählten Wellenlängenbereichs (X1), und die zwei elektrische Signale abgeben, welche jeweils zwei Abstände (h, bzw. h^) darstellen, die zwei Punkte (A bzw. C) der geradlinigen Bezugsbasis (AC) von der betrachteten Erzeugenden trennen, und daß diese zwei Fühler mit einer elektronischen Meßschaltung verbunden sind, die einen Vergleicher (8), der ein die Differenz (A1 = h, - h„) der beiden genannten Abstände darstellendes Ausgangssignal abgibt, eine Anordnung (9) zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Länge (X.,E) der Wellung der erfaßten Deformierung, wobei diese Anordnung ein diese Größe darstellendes Ausgangssignal abgibt, und eine Verarbeitungsanordnung (10) zur Verarbeitung dieser Signale (A1 und X1E) enthält, die mit dem Ausgang des Vergleichers (8) und dem Ausgang der Bestimmungsanordnung (9) verbunden ist und ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das die Tiefe (H1) der Deformierung darstellt, und zwar durch Verarbeitung der Differenz (A1) gemäß einem Übertragungskoeffizient (T1), der ausgehend von dem Verhältnis (-T-1S-) des Abstandes (E1) zwischen den beiden
    A1 JtIi I
    Fühlern (5, 6) zu der mittleren tatsächlichen bestimmten Wellenlänge (X1E) der erfaßten Deformierung festgelegt ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (9) zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Wellenlänge (X1E) der erfaßten Deformierung gebildet ist aus einem Auf/Abwärtszähler der Vorzeichenänderungen der Differenz (A1) zwischen den beiden von den· Fühlern (5r 6) des Rollwagens (1) gemessenen Abständen (h, und tu).
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (9) zur Bestimmung der tatsächlichen Wellenlänge (λ-Ε) der erfaßten Deformierung durch einen Frequenz-Spektralanalysator gebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsanordnung (10) als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsanordnung (10) aus einem Frequenzfilter gebildet ist, das auf einen Koeffizient
    ( 1/T ) eingestellt ist, der den Kehrwert des übertra-• gungkoeffizienten (T..) bildet.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen zweiten Satz aus zwei Fühlern enthält, der von einem (5) der beiden Fühler des ersten Satzes (5, 6) und einem zusätzlichen Fühler (12) gebildet ist, die auf dem Rollwagen (1) mit den zwei Fühlern des ersten Satzes fluchtend und in einem Abstand (E-) voneinander angeordnet sind, der kleiner als die kürzeste Wellenlänge (XoM) der Deformierungen innerhalb eines zweiten ausgewählten Wellenbereiches (λ,) ist, und daß die elektronische Meßschaltung wenigstens einen zweiten Vergleicher (80) und eine zweite Bestimmungsanordnung (9O) enthält, die mit den zwei Fühlern des zweiten Satzes (5, 12) und mit der Verarbeitungsanordnung (10) verbunden sind, wobei diese Verarbeitungsanordnung eine zweite Stufe enthält, die auf einen Übertragungskoeffizient (T3) eingestellt ist, der ausgehend von dem Verhältnis
    E2
    {-τ—=) des Abstandes (E0) zwischen den beiden Fühlern (5, 12)
    des zweiten Satzes zu der mittleren tatsächlichen Länge (λ-Ε) der Deformierung einer Wellenlänge innerhalb des zweiten ausgewählten Wellenbereichs (X2) gebildet ist, zur
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    Bestimmung der Tiefe (H2) dieser Deformierung.
    Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Sätze von auf dem Rollwagen (1) gegenüber einer entsprechenden Anzahl von Erzeugenden (D1, D„, D_, D., D1-), die über das pilzförmige Querprofil des Schienenstranges verteilt sind, angeordneten Fühlern, die dazu bestimmt sind, mit einer programmierten Verarbeitungs- und Analysierschaltung verbunden zu werden, zur Bestimmung der Einhüllenden des Querprofils, das durch die räumliche Lage der genannten Erzeugenden bestimmt ist.
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