DE3008440C2

DE3008440C2 - Vorrichtung zur Messung von wellenförmigen Deformierungen der Schienenrolloberfläche eines Schienenweges

Info

Publication number: DE3008440C2
Application number: DE3008440A
Authority: DE
Inventors: Romolo Genève Panetti
Original assignee: Speno International SA
Current assignee: Speno International SA
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1983-11-10
Also published as: ATA125380A; FR2450905B1; SE8001697L; ZA801322B; SE442107B; US4288855A; IT8067332A0; AT365685B; DE3008440A1; GB2045841B; GB2045841A; FR2450905A1; IT1128885B; CH630015A5; DK94380A; AU511506B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von wellenförmigen Deformierungen der Schienenrolloberfläche eines Schienenweges entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die geometrischen Kenngrößen dieser Art von Deformierungen, d. h. Wellenlängen und Amplituden, sind ungleichmäßig und hängen von mechanischen Eigenschaften der Züge, ihrer Fahrgeschwindigkeit, 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 bis zu den langen Wellungen erstrecken, die insgesamt im Mittel Wellenlängen zwischen 3 cm und m überdecken.

Diese Deformierungen nehmen mit der Zeit zu und bewirken progressiv zunehmende Schäden an den darauf fahrenden Wagen und an dem Schienenweg. Gleichzeitig beeinträchtigen sie den Reisekomfort und

die Wohnqualität der Anlieger durch Vibrationen und Schallwellen, die von ihnen erzeugt werden.

Bevor diese Schaden ein kritisches Ausmaß erreichen, werden bei den regelmäßigen Wartungsarbeiten am Schienenweg die Schienenrolloberflächen mit Hilfe von Schienenfahrzeugen plan geschliffen, die mit Schleifstein nen 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 wellenförmigen Deformieningen in jedem Wellenlängenbereich periodisch zu überprüfen. Diese Überprüfung muß während und nach der Durchführung dieser Arbeiten wiederholt werden, um über den Fortgang dieser Planschleif arbeiten 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 der Gattung, von denen die Erfindung ausgeht und die im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt sind, sind von zwehrlei ArL Die Meßvorrichtungen einer ersten Art (DE-OS 26 17 192) 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 gleichzeitig die Deformierungstiefen verschiedener Wellenlängenbereiche auszumessen.

Die Meßvorrichtungen einer zweiten Art die aus dem Aufsatz »La mesure des defauts de faible longueur d'onde par un procede geometrique«, abgedruckt in der Zeitschrift» Revue Generale des Chemins de Fer«, März 1978, Seiten 177 bis 183, bekannt sind, 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 Schienenrolloberfläche zwischen den beiden Zonen aufweist, die von den beiden äußeren De;ektoren 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 Meßvorrichtunge: Erster Art gestatten nicht die Messung von kurzwelligen Deformierungen mit ausreichender Präzision, weir 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

to sind, denen die Eisenbahnverwaltungen große Bedeutung beimessen. Bei diesen Meßvorrichtungen erster Art wird ferner die Messung durch Vibrationen des Rollwagens beeinflußt, wie sie z. B. durch Unrundheiten der Rollen oder durch die Eigenelastizität des Wagens

is 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 Schienenrolloberfläche Bezug nimmt, die von den beiden äußeren Detektoren erfaßt werden. Diese Meßvorrichtungen machen jedoch die Anwendung einer größeren Anzahl von Detektoren erforderlieh, 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 Einstellarbeiten, Wartung und auch das Risiko von Funktionsstörungen, 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 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 Weilenlängenbereiches ändert, wie weiter unten erläutert wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit einer geringen Zahl von Detektoren auch kurzwellige Deformationen bezüglich ihrer tatsächlichen Deformationstiefe zuverlässig erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung, wie sie

im Anspruch 1 definiert ist, werden die vorstehend aufgeführten Schwierigkeiten insofern behoben, al«, die zur Bestimmung der Tiefe H\ der erfaßten Deformierung ausgenutzte Größe, d.h. die Differenz Δ\ der gemessenen Abstände h_A und ha von den Veränderun-

gen dieser beiden Abstände aufgrund von Vibrationen des Rollfahrzeugs nicht beeinflußt wird und als ferner nur zwei Abständsdetektoren zur Bestimmung dieser Größe ausreichen. Die Deformierungstiefe Wi wird auf diese Weise, unabhängig von Veränderungen der effektiven Wellenlänge λ|£, stets mit ihrem tatsächlichen Wert bestimmt und zwar aufgrund der Verarbeitung des Differenzwertes Δ \ mittels eines Übertragungskoeffizienten Γι, der diese Veränderungen berücksich-

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 und 2 schematische Darstellungen der geometrischen Verhältnisse bei bekannten Verfahren,

F i g. 3 einen schematischen Seitenaufriß eines Rollwagens nach einer ersten Ausführungsform,

F i g. 4 eine diese erste Ausführungsform betreffende schematische Darstellung der geometrischen Verhältnisse,

Fig.5 ein Blockschaltbild einer elektronischen Meßschaltung dieser ersten Ausführungsform.

Fig.6 einen schematischen Seitenaufriß des Rollwagens nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 7 ein diese zweite Ausführungsform betreffendes Schema zur Darstellung der geometrischen Verhältnisse,

Fig.8 ein Blockschaltbild der elektronischen Meßschaltung dieser zweiten Ausführungsform und

F i g. 9 und 10 eine im Schnitt gezeigte Vorderansicht bzw. eine Draufsicht auf Einzelheiten bei einer dritten Ausführungsform.

Die F i g. 1 und 2 zeigen stark vergrößert und schematisch zwei wellenartige Deformierungen gleicher Tiefe H, jedoch verschiedener Wellenlänge A.,<Af>. die von derselben Meßvorrichtung der zweiten vorstehend erläuterten bekannten Art an drei Punkten M. /V und ferfaßt werden, die eine Bezugsbasis MPder Länge E bilden, die in einem Wellenlängenbereich gewählt ist, zu dem X₁ und Ab gehören.

Die gemessenen Tiefenwerte Y₁ und V/, sind ungleich, und für eine größere Wellenlänge {Xt,>kj) ist der gemessene Wert der Tiefe geringer (Yi, < YJ.

Die gemessenen Werte Y₁ und Y_b für die Tiefe stellen aisö mem notwendigerweise die Tiefe // in ihrer tatsächlichen Größe dar, sondern sind 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 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den F i g. 3 und 5 gezeigt. Diese hat die Aufgabe, die wellenartigen Deformierungen der Schienenlauffläche eines Schienenstrangs zu messen, bei denen die Wellenlänge in einem einzigen Wellenlängenbereich Ai liegt, z. B. in einem kurzen Wellenlängenbereich OC zwischen 3 und 15cm mit der in Fig.4 schematisch gezeigten und stark vergrößerten Gestalt.

Die Vorrichtung enthält einen Rollwagen 1. der sich auf beiden Schienen 2 eines Schienenweges mit zwei Führungsrollen 3, 4 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 horizontalen Abstand E\ voneinander angeordnet sind, der kleiner ist als die kürzeste Wellenlänge Α,Λ/der Deformierungen innerhalb des gewählten Wellenlängenbereichs λι, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, wobei also die Beziehung gilt: E\ < Ai M. Dieser Rollwagen 1 ist über eine angelenkte Deichsel 7 mit einem (nicht dargestellten) Zugfahrzeug 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 hcdarstellen, 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 in etwa parallele Bezugsbasis bildet (Fi g. 4). Diese beiden Fühler sind mit einer elektronischen Meßschaltung verbunden, die

ίο vorzugsweise im Steuerhaus des Zugfahrzeugs angeordnet und deren Blockschaltbild in F i g. 5 dargestellt ist.

Die elektronische Schaltung ist so ausgelegt, daß sir nach einem Verfahren zur Bestimmung des Wertes / /. der Deformierungstiefe für die genannte Wellenläi · c arbeitet, bei dem als Ausgangswert der Unterschied .!■ der beiden Abweichungswerte Λ ι und /;₍ eingeht. Diest'i Differenzwert Δ\ steht über folgende Beziehung im Zusammenhang mit dem Wert der Tiefe H\:

sin n

F.

wobei diese Beziehung aufgestellt ist ausgehend von dem gemessenen Eingangswert A_x und dem Verhältnis -£i- d h. des Abstandes zwischen den Fühlern /;', n\x

X_xE'

effektiven Wellenlänge x, £der erfaßten Uetormierung.

die innerhalb des ausgewählten Bereichs sinusförmiger Wellen iiegt.
Um einen Nulldurchgang der Übertragungsfunktion

Fzu vermeiden, ist das Verhältnis -^- unter Beachtung folgender Beziehung gewählt:

und die günstigsten empfohlenen, jedoch nicht als Hinschränkung dieses Verhältnisses zu verstehenden Werte

liegen zwischen - und -, so daß gilt:
6 6

A₁ £

Dieses Verfahren zur Bestimmung der Tiefe H\ bietet den bereits erwähnten Vorteil, daß die Messung unabhängig von Vibrationen des Rollwagens 1 wirJ. 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 beeinflubi wird. das noch unter den zulässigen Toleranzen liegt.

Wenn nämlich eine senkrechte Translationsverschiebung des Rollwagens 1 erfolgt, so beträgt dieser Differenzwert:

Ay-fa-y)-(hc-y).

d. h. Δ\ = fiA — ho so daß der Wert unverändert bleibt.
Unter der Einwirkung einer Drehung, die z. B. durch einen Rundungsfehier 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.

Um nach dem genannten Verfahren ein die Deformierungstiefe H\ 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 FiM -iern 5,6 gemessenen Abweichungen darstellt:

- eine Anordnung 9 Bestimmung bestinmung der tatsachlichen mittleren Wellenlänge λι E der erfaßten Defonnierungswelle, wobei diese Anordnung ein diese Größe darstellendes Signal abgibt;

- eine \ erarbeitungsanordnung 10 zur Verarbeitung der Signale Δι und Ai Zf, die mit den Ausgängen des Vergleichers 8 und der Anordnung 9 verbunden ist und ein die Deformationstiefe H\ darstellendes Ausgang^s'gn.il abgibt durch Verarbeitung der genannten Differenz ^i nach einem Übertragungskoeffizienten 71, der bestimmt ist aufgrund des

Verhältnisses ——, d. h. des Abstandes E\ zwischen

A₁E

den beiden Fühlern 5, 6 zu der mittleren tatsächlichen Wellenlänge λι fder erfaßten Deformierung.

Zur weiteren Untersuchung werden die Ausgangssignale der Anordnung 9 und der Verarbeitungsanordnung 10. welche diese tatsächliche mittlere Wellenlänge ).\E b/ ·. die Tiefe H\ darstellen, einer Aufzeichnungseinrichtung 11 zugeführt, die bei der beschriebenen Ausführungsform ein Schreiber ist, die jedoch auch ein Magnetband enthalten kann, mit oder ohne Codierer zur Umsetzung der Analogsignale in Digitalwerte. Zur Komprimierung der Information, damit sie auf dem Papierstreifen direkt auswertbar ist, ist eine lnformations-Komprimiereinrichtung lfc am Eingang der Aufzeichnungsvorrichtung 11 in diesen Verarbeitungskreis eingeschaltet. Die Komprimiereinrichtung 18 kann z. B. einen Operationsgleichrichter und eine von der Geschwindigkeit V des Meßfahrzeugs geregelte Vorrichtung zur Bestimmung der laufenden mittleren gleichbleibenden Geschwindigkeit aufweisen.

Die Anordnung 9 zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Wellenlänge Ai 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 gemessenen Abstandswerte Λ* 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 H\ darstellende Ausgangssignal abgibt, kann entweder aus einem Datenverarbeitungsgerät gebildet sein, das zur Abgabe des Signals in Abhängigkeit von dem Übertragungskoeffizienten Ti programmiert ist, oder aus einem Frequenzfilter, der auf einen Koeffizienten

—-, den Kehrwert des Übertragungskoeffizienten,

eingestellt ist

Eine zweite Ausführungsform der Meßvorrichtung ist in den Fig.6 und 8 dargestellt und dazu bestimmt, gleichzeitig Deformierungen auszumessen, deren Wellenlänge in zwei verschiedenen Wellentängenbereichen Ai und A2 liegt, z. B. im Bereich der kurzen Wellen zwischen 3 und 15 cm und der minieren Wellen im Bereich zwischen 15 und 90 cm.

Fig. 7 zeigt stark vergrößert und schematisch das Aussehen einer Erzeugenden des Schienenstranges 2. der kurzwellige Deformieriingen (OC) aufweist und denen Deformierungen mittlerer Wellenlange (OM) überlagert sind.

Nach dem Abschleifen der kurzwelligen Deformierungen OC verbleiben offensichtlich die Dcforniierun gen mittlerer Wellenlänge OM. Bei ein und demselben Meßdurchgang ist es also wichtig, gleichzeitig diese beiden Deformierungskategorien zu überprüfen.

Der in Fig. 6 gezeigte Rollwagen enthält n\ diesem Zweck die gleichen Elemente, nämlich Rollen i, 4 in Λ Fühler 5, 6, wie zuvor zur Vermessung derselben kurzwelligen Dcformierungen OC beschrieben, wobei die Fühler 5, 6 denselben Abstand l:\ <X\M aufweisen Ferner ist ein dritter, zusätzlicher koniaktloser Fühler 12 gleicher Art vorgesehen, der mit dem Fühler 5 eine zweite Gruppe von zwei Fühlern zur Messung der mittleren Wellenlängen OM bildet; der Fühler 5 yeliön 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 E> von dem Fühler 5 angeordnet, der kleiner als die kürzeste Wellenlänge AjA-/ der Deformieriingen ist, die innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs Ai der mittleren Wellen OMliegt, so daß also gilt Ei<XiM, entsprechend der zuvor dargelegten Lehre. Dieser Fühler 12 ist ebenfalls so eingestellt, daß er elektrische Signale abgibt, welche die Abstände /)« darstellen, die einen dritten fiktiven Punkt S des Rollwagens 1 von der betrachteten Erzeugenden des Schienenstrangs 2 trennen, wobei das ilen Punkt C enthaltende Segment AB die Bezugsbasis bei dieser zweiten Ausführungsform bildet (Fig. 7).

Diese drei Fühler 5,6,12 sind mit einer schcmatisch in F i g. 8 dargesteiiten cickiruiiiSi-hcfi Mcuschaitung ve-rbunden, die dieselben Bauelemente enthält, nämlich einen Vergleicher 8, eine Anordnung 9 und eine Verarbeitungsanordnung 10, die bereits zur Bestimmung der charakteristischen Werte Δι. Αι Λ/und H\ der Deformierungen des Bereiches Ai der kurzen Wellen, ausgehend von den Abstandsignalen h.\ und /I₁- aus den beiden Fühlern 5, 6 des ersten Fühlersatzes, mit dem diese Bauelemente verbunden sind, beschrieben wurden. Die Schaltung enthält ferner einen zweiten Meß/.weig, der aus einem zweiten Vergleicher 80 und einer /weiten Anordnung 90 gebildet ist, die mit der zweiten Gt tippe 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 H₂ dieser Deformierungen und ihrer tatsächlichen Wellenlänge XiE, ausgehend von der Differenz Δ₂ der Abstandswerte Λα und Λβ, die von den beiden Fühlern 5, 12 gemessen werden. In dieser Meßschaltung enthält die Verarbeitungsanordnung 10 eine zweite Stufe, die auf einen

Übertragungskoeffizienten Ti eingestellt ist, der aufgrund des Verhältnisses —^- festgelegt ist, in gleicher

Weise wie für den ersten ausgewählten Wellenlängenbereich Ai beschrieben.

Zur weiteren Auswertung werden auch die Ausgangssignale dieser Meßschaltung bei der gezeigten Ausführungsform einer Auizeichnungseinrichtung HO zugeführt, und zwar über eine Informations-Komprimierein-

richtung 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 F i g. 3 und 6 dargestellten Ausführungsformen sind zur Messung der Deformierungen der Schienenlauffläche in einer senkrechten 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 Schienenlaufflächtn eines Schienenweges ist es nützlich, die Verteilung der Deformierungen über das Profi! in Querrichtung der Schienen zu kennen, denn diese Verteilung ist inhomogen und betrifft je nach Aussehen des Schienenweges, nach Ausrichtung, Krümmung, Schienenüberhöhung und Achslast der Transporte mehr die Lauffläche, die Hohlkehle oder die Innenflanke des pilzförmigen Profils.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der für diesen Zweck bestimmten Meßvorrichtung. wovon in den Fig.9 und 10 Einzelheiten dargestellt sind, sind mehrere Gruppen zu je 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 D₁, D₁, 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 £ 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 dieser drillen Ausführungsform mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten elektronischen Meßschaltung verbunden, die für jede der fünf Fühlergruppen einen Meßzweig enthält, der aus

ίο den gleichen Bauteilen gebildet ist wie die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung.

Die Ausgangssignale dieser Meßschaltung werden einer grafischen oder magnetischen Mehrspur-Aut-Zeichnungsvorrichtung zugeführt, um so die Grundlage zur Bestimmung der Einhüllenden des Querprofil*. der Rolloberfläche der pilzförmigen Schiene /u bilden. wobei dieses Querprofil durch die räumliche Lage Jrr fünf erfaßten Erzeugenden bestimmt ist und /. B. mittels eines entsprechend programmierten Analysator ermit· iCtt WiTu.

Bei dieser dritten Ausführungsform können auch .in jeder Erzeugenden der Schiene mehrere Gruppen son jeweils zwei Fühlern angeordnet worden. wem» Deformierungen unterschiedlicher Wellcnl.ingentxTi.-:

ehe ausgemessen werden sollen. Die Anzahl \o;i Erzeugenden kann auch von 5 verschieden sein, je r,.-.:l·. der gewünschten Präzision für die Wiedergabe der pilzförmigen Einhüllenden der Schiene.

Die kontaktlosen Fühler bei den ersten beiden

jo Ausführungsformen, die für schnelle Meßdurchgange vorteilhaft sind, können auch durch Fühler ersetzt werden, die mit der Schienenoberflache in Berührung sind wie bei der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform, wenn der Meßdurchgang bei gern-

Ji ger Geschwindigkeit ausgeführt werden kann.

Eine Anwendung der Erfindung ist allgemein auf jegliche Systeme vorgesehen, die eine Meßb.tvs äquivalent der zuvor erläuterten Basis aus den beiden Punkten ACaufweisen, /.. B. bei einem stark unsynime frischen Dreipunkt-Meßsystem, bei dem innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenzen die erfindungsgemäß durchgeführte Messung mittels de' zwei am nächsten an dieser Basis liegenden Punkte durch den dritten Punkt nicht beeinflußt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung von wellenförmigen Deformierungen der Schienenrolloberfläche eines Schienenweges mit wenigstens einer Wellenlänge innerhalb eines ausgewählten Bereiches von Wellenlängen (λ,), mit einem Rollwagen (1), der sich auf wenigstens einem Schienenstrang Ober zwei voneinander beabstanüete Führungsrollen (3, 4) abstützt und mit einem die Schiene mit gegebener Geschwindigkeit (V) überfahrenden Fahrzeug verbunden sowie mit wenigstens einer Gruppe von Meßfühlern ausgestattet ist, die elektrische Signale abgeben, welche die Abstände zwischen einer geradlinigen, ι?- durch die räumliche Lage des Rollwagens bestimmten Bezugslinie und dem überfahrenen Schienenstrang darstellen, sowie mit einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung dieser Signale und Bestimmung des Wertes der Tiefe (H\) der Deformierting 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 horizontalen Abstand (Ei) voneinander angeordnet sind, der geringer ist als die kürzeste Wellenlänge (AiJHJ des gewählten Welienlängenbereichs (Ai), und die zwei elektrische Signale abgeben, welche jeweils zwei Abstände (Tu bzw. h_c) darstel-Ien, die zwei Punkte (A bzw. C) der geradlinigen Bezugsbasi! (Äü) gegenüber der betrachteten Erzeugenden aufweisen, unH daß diese zwei Fühler mit einer elektronischen Meßschaltung verbunden sind, die aus einem Vergleicher (8), der ein die Differenz (At = hA — hc) der beiden genannten Abstände darstellendes Ausgangssignal abgibt, aus einer Anordnung (9) zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Länge (λι E)der Wellung der erfaßten Deformierung, wobei diese Anordnung ein diese Größe darstellendes Ausgangssignal abgibt, und aus einer Verarbeitungsanordnung (10) zur Verarbeitung dieser Ausgangssignale {Δ\ und AiE)besteht, -die mit dem Ausgang des Vergleichers (8) und dem Ausgang der Bestimmungsanordnung (9) verbunden ist und ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das die Tiefe (Hi) der Deformierung darstellt, wobei die Tiefe (H\) bestimmt ist durch das Verhältnis der Differenz (Δ 1) zu einem Übertragungskoeffizienten (Tt), der seinersei'iS durch das Verhältnis des Abstandes (Ei) zu der Wellenlänge (Ai E) der erfaßten Deformierung festgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (9) zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Wellenlänge (Ai E) der erfaßten Deformierung gebildet ist aus einem Auf/Abwärtszähler der Vorzeichenänderungen der Differenz (Zl 1) zwischen den beiden von den Fühlern (5,6) des Rollwagens (1) gemessenen Abständen (h_A und hc)·

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (9) zur Bestimmung der mittleren tatsächlichen Wellenlänge (λιΕ) der erfaßten Deformierung durch einen Frequenz-Spektralanalysator gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsanordnung (10) als Datenverarbeitungseinrichtung

ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsanordnung (10) aus einem Frequenzfilter gebildet ist, der auf einen Koeffizienten (1/71) eingestellt ist, der den Kehrwert des Übertragungskoeffizienten (T_x) bildet

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Meßfühlern wenigstens einen zweiten San. von zwei Fühlern enthält, der jeweils von einem der beiden Fühler (5, 6) des ersten Satzes und einem zusätzlichen Fühler (12) gebildet ist, der auf dem Rollwagen (1) mit den zwei Fühlern des ersten Satzes fluchtend und in einem horizontalen Abstand (Et) von dem zugehörigen Fühler (5) des ersten Satzes angeordnet ist, der kleiner als die kürzeste Wellenlänge faM) der Deformierungen innerhalb eines zweiten ausgewählten Wellenlängenbereiches (A2) ist, und daß die elektronische Meßschaltung wenigstens einen zweiten Vergleicher (80) und eine zweite Bestiir.rnangsanordnung (90) enthält, die mit den zwei Fühlern (5,12) des zweiten Satzes und mit der Verarbeitungsanordnung (10) verbunden sind, wobei diese Verarbeitungsanordnung zur Bestimmung der Tiefe (H2) der erfaßten Deformierung eine zweite Stufe enthält, die auf einen Übertragungskoeffizienten (Yi) eingestellt ist, der durch das Verhältnis des Abstandes (E₂) zwischen den beiden Fühlern (5, 12) des zweiten Satzes zu der mittleren tatsächlichen Länge faE) der Deformierung einer Wellenlänge innerhalb des zweiten ausgewählten Wellenlängenbereichs (A2) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze von auf dem Rollwagen (1) gegenüber einer entsprechenden Anzahl von Erzeugenden (D_x, D₂. Ds. Di. D₅). die über das pilzförmige Querprofil des Schiens'.ranges verteilt sind, angeordneten Fühlern vorgesehen sind, die zur Bestimmung der Einhüllenden des Querprofils, das durch die räumliche Lage der genannten Erzeugenden bestimmt ist, mit einer programmierten Verarbeitungs- und Analysierschaltung verbunden sind.