DE3307246C2

DE3307246C2 - Verfahren zum Identifizieren von in einem schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3307246C2
Application number: DE3307246A
Authority: DE
Inventors: Otmar Prof. Dr. Krettek; Udo 5100 Aachen Pietsch; Wolfram 5102 Würselen Schwab
Original assignee: Messmetallurgie 5810 Witten De GmbH; Messmetallurgie 5810 Witten GmbH
Current assignee: Gftt Gesellschaft fur Transputertechnik Mbh 4600
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1985-04-04
Also published as: EP0123774A1; DE3473796D1; DE3307246A1; EP0123774B1; ATE36912T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von in einem insbesondere schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons unter Verwendung einer Anordnung zum Messen von Radlasten mit wenigstens einer Meßstelle aus einem am Steg einer Schiene in Höhe der neutralen Faser befestigten und orthogonal zur neutralen Faser ausgerichteten Dehnungsmeßstreifen. Damit die Waggons in fahrenden, insbesondere schnellfahrenden Zügen auch identifiziert und die gemessenen Radlasten dem betreffenden Waggon zugeordnet werden können, wird so vorgegangen, daß die Geschwindigkeit des Zugverbandes bestimmt wird, daß beim Überlauf eines Rades über die Meßstelle der dabei entstehende Meßpeak des Meßsignals an einem Schwellenwert getriggert wird, daß der Zeitabschnitt zwischen zwei Meßpeaks beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Meßstelle jeweils bei Unter- oder Überschreitung des Schwellenwertes gemessen wird und diesem gemessenen Zeitabschnitt die halbe Differenz der gemessenen Zeitabschnitte zwischen Unter- und Überschreitung des Schwellenwertes an jedem der beiden aufeinanderfolgenden Meßpeaks hinzuaddiert wird, daß das Ergebnis mit der Geschwindigkeit zu einem Achsabstand verarbeitet wird und daß mit diesem Achsabstand oder mit mehreren aufeinanderfolgenden Achsabständen der betreffende Waggon identifiziert wird.

Description

/Vi-) 1(K)-

bestimmt wird, wobei

Sa (k) = eine Meßzahl (mit Berücksichtigung der Geschwindigkeit) für den Achsabstand,

i(k) = uie Anzahl der Zählimpulse zwischen zwei Meßpeaki. beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Meßstelle jeweils bei Unter ader Überschreitung des Schwellenwertes,

j(k) = die Anzahl der Zählimpulse zwischen Unter- und Überschreitung des Schwellenwertes an einem Meßpeak,

k = Index für aufeinanderfolgende Meßpeaks.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Meßverstärker für jode Meßstelle, einem Zähler und einem Speicher für die Zählimpulse, einem Prozessor und einer Identifikationsmatrix für Achsabstände verschiedener Waggons, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler (11) zur Digitalisierung der Meßwerte, einen auf einen vorbestimmten Schwellenwert (13) einstellbaren Trigger (12) und einen Zähler (15), dem die digitalisierten und getriggerten Meßwerte zugeführt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von in einem insbesondere schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons, wobei die Geschwindigkeit des Zugverbandes durch Messung des Zeitabschnittes zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte Meßstellen sowie der Achsabstand benachbarter Räder durch Verarbeitung der Geschwindigkeit mit dem beim Überlauf aufeinanderfolgender Räder über eine Meßstelle gemessenen Zeitabschnitt bestimmt wird, und der betreffende Waggon mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Achsabständen identifiziert wird.

Die zunehmende Automatisierung in Verbindung mit

einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit und Zuladung von Eisenbahnfahrzeugen erfordert eine möglichst einfach durchzuführende Kontrolle des jeweiligen Beladungszustandes eines Eisenbahnwaggons. Bestehende Sicherheitsvorschriften schränken die Radlasten einer Achse, beispielsweise von Güterwagen, ein. Auch für das Verhältnis der Radlasten einer Achse gibt es bestimmte Vorschriften. Eine weitere Einschränkung bei der Beladung gilt für das Verhältnis der Achsen und der Drehgestelle untereinander. Eine Überschreitung dieser Einschränkungen bzw. eine falsche Beladung der Waggons kann zu einem Sicherheitsrisiko führen, denn überladene und schiefgeladene Waggons zeigen nicht mehr ihr natürliches Fahrverhalten. In diesem Zusammen hang ist es auch erforderlich, die in einem Zugverband laufenden Waggons zu identifizieren.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung (»Erkennung der Wagentypen von Eisenbahnzügen mit einem Mikrorechner«, Eisenbahntechnische Rundschau [30], Heft 7/8, 1981) arbeitet auf der Grundlage von Lichtschranken, die einerseits oberhalb des Schienenprofils und andererseits innerhalb des Lichtraumprofils des Zugverbandes angeordnet sind. Es sind wenigstens vier Lichtschranken erforderlich, wobei zwei Licht schranken jeweils den Durchlauf der Räder erfassen und zwei weitere Lichtschranken den Durchgang von Grundplatte bzw. Aufbau eines Waggons erfassen. Aus den von den Lichtschranken abgegebenen Signalen wird einerseits die Geschwindigkeit des Zugverbandes und werden andererseits Achsabstände berechnet. Mit Hilfe einer Identifikationsmatrix wird dann in einem nachgeschalteten Prozessor der jeweilige Waggontyp ermittelt Nachteilig dabei ist, daß Lichtschranken einerseits witterungsempfindlich sind und andererseits außer den gewünschten Meßsignalen auch eine Vielzahl von mehr oder weniger zufällig auftretenden Störimpulsen abgeben, die ausgefiltert und unterdrückt werden müssen. Damit hängt die Zuverlässigkeit des insoweit bekannten Verfahrens wesemüch auch von der Geschick- lichkeit eines Programmierers ab, der das Programm eines zugeordnetes Prozeßrechners erstellt.

Aus anderem Zusammenhang sind Schienenkontakte in Form von Dehnungsmeßstreifen bekannt (»Schienenkontakte — Ein Systemvergleich«, Signal und Draht 65 [1973], Heft 2). Es handelt sich dabei um eine Dehnungsmeßstreifenanordnung, die die Durchbiegung der Schiene z. B. im Bereich des Schienenfußes erfaßt. Das von einer derartigen Dehnungsmeßstreifenanordnung beim Überlauf eines Rades abgegebene Meßsignal läßt je doch die Bestimmung von Ort und Zeit des überlaufen den Rades nicht zu, weil die Durchbiegung der Schiene bereits beginnt, wenn das Rad noch verhältnismäßig weit von der Meßstelle entfernt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die Waggons in fahren den, insbesondere schnellfahrenden, Zugverbänden zu verlässig und störungsfrei zu identifizieren.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß als Meßstellen aus am Steg einer Schiene in Höhe der neu tralen Faser zu dieser senkrecht ausgerichtete, die Stau chung des Steges beim Überlauf eines Rades erfassende Dehnungsmeßstreifen verwendet werden, daß die Zeitabschnitte digital mit einem Zähler bestimmt werden und der Achsabstand nach der Formel

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bestimmt wird, wobei bild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Radiasten

und zur Identifizierung des betreffenden Waggons aus

Sa (k) « eine Meßzahl (mit Berücksichtigung der Ge- dem Meßsignal,

schwindigkeit) für den Achsabstand, F ig. 4 in schematischer Darstellung das Meßsignal

i(k) = die Anzahl der Zählimpulse zwischen zwei 5 beim Oberlauf von zwei aufeinanderfolgenden Rädern

Meßpeaks beim Oberlauf zweier aufeinan- über die Meßstelle,

derfolgender Räder über die Meßstelle je- F i g. 5 in schematischer Darstellung die Seitenansicht

weils bei Unter- oder Überschreitung des eines dreiachsigen Waggons mit typischen Abmessun-

Schwdlenwertes, gen in Millimetern.

j(k) = die Anzahl der Zählimpulse zwischen Unter- io Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung dient zunächst

und Überschreitung des Schwellenwertes an zum Messen und Bestimmen der Radlasten schnelifah-

einem Meßpezk, render Eisenbahnfahrzeuge. An einer Schiene 1 mit

k = Index für aufeinanderfolgende Meßpeaks. Schienenkopf 2, Schienensteg 3 und Schienenfuß 4 ist

beidseits des Steges 3 in Höhe der neutralen Faser 5

Diesem Verfahren liegen Meßwerte zugrunde, die un- 15 jeweils ein temperaturunabhängiger Dehnungsmeßabhängig sind von der mehr oder weniger zufälligen streifen 6 so befestigt, daß sich seine Hauptwirkungs-Geometrie des zu identifizierenden Waggons. Die Meß- richtung senkrecht zur neutralen Faser 5, d. h. vertikal, signale sind das Ergebnis einer Schienenverformung erstreckt Die Dehnungsmeßstreifen 6 sind im übrigen beim Überlauf eines Rades des betreffenden Waggons. so befestigt, daß sie bezüglich ihrer mäanderförmigen Deswegen können Störungen, z. B. durch Anhänge des 20 Windungen im wesentlichen symmetrisch zur neutralen Waggons oder dergleichen, nicht auftreten. Die Meßsi- Faser 5 angeordnet sind Nicht dargestellt ist. daß sich gnale sind auch deshalb besonders signifikant weil die die Dehnungsmeßstreifen 6 und die dadurch definierte am Steg der Schiene in Höhe der neutralen Faser ange- Meßstelle direkt oberhalb einer Schwelle befinden,
ordneten und vertikal ausgerichteten Dehnungsmeß- Wird die Meßstelle der Schiene 1 von einem Rad 7 streifen keine Biegespannungen und/oder Schubspan- 25 mit zugeordneter Radlast 8 überlaufen, dann wird die nungen, sondern die Stauchung des Steges beim Über- Schiene i im Bereich der Meßstelle, wie auch an andelauf des Rades erfassen. Damit erhält man eine eindeuti- ren Stellen, beim Überlauf durch das Rad 7 so verformt, ge, lediglich von der jeweiligen Radlast abhängige Meß- wie das in Fig. 1 übertrieben dargestellt ist Anders anzeige, weil diese Stauchung des Schienensteges durch ausgedrückt wird die Schiene 1 und. insbesondere ihr äußere Umstände so gut wie gar nicht beeinflußt wird. 30 Steg 3 in vertikaler Richtung gestaucht Die dabei auf-Hinzu kommt, daß auch Einflüsse der endlichen Länge tretenden Dehnungen werden von den Dehnungsmeßeiner Meßstelle keine Rolle spielen, weil die Breite der streifen 6 erfaßt und in Meßsignale umgesetzt
Meßstelle praktisch nur durch die Breite des Dehnungs- Ein typischer Verlauf eines Meßsignals 9 bei Überlauf meßstreifens bestimmt ist — Obgleich die Stauchungen eines Rades 7 über eine Meßstelle ist in F i g. 2 dargeauch bei üblichen Radlasten sehr gering sind, reicht das 35 stellt Man erkennt eine von hochfrequenten Störungen Meßsignal nicht nur als Grundlage für das Identifizieren überlagerte Funktion, die nach theoretischen Überlevon Waggons aus, sondern auch zur Bestimmung der gungen ein Produkt aus einer Exponentialfunktion und Radlasten, so daß in der Praxis mit einer Messung so- der Summe von Kreisfunktionen ist. Maßgebend für die wohl der Waggon identifiziert als auch sein Gewicht Bestimmung der gewünschten Radlast ist jedoch iedigbestimmt werden kann. 40 lieh das Maximum dieser Funktion.

Bei der Verarbeitung der Meßwerte berücksichtigt Um das Maximum des Meßsignals 9 und damit die

die der Anzahl i(k) hinzuzufügende Differenz, daß die gesuchte Radlast 8 zuverlässig bestimmen zu können,

Radlasten aufeinanderfolgender Räder sehr unter- wird das Meßsignal 9 zunächst in zwei Signalanteile

schiedlich sein können und daß dementsprechend die zerlegt, und zwar in einen konstanten Signaianteil und

zugeordneten Maxima der Meßwerte unterschiedlich 45 einen veränderlichen Signalanteil. Dazu wird mit einer

ausfallen. Die Differenz berücksichtigt diese Unter- Vorrichtung gearbeitet, wie sie schematisch in F i g. 3

schiede, so daß die Maßzahl SA(k) praktisch Zählimpulse dargestellt ist Zunächst wird das von dem Dehnungs-

zwischen den Mitten zweier aufeinanderfolgender Ma- meßstreifen 6 abgegebene Me3signal einem Meßver-

xima angibt. Durch Division dieser Maßzahl Sa (k) mit stärker 10 zugeführt, der gegebenenfalls auch die iibli-

der gemessenen Geschwindigkeit erhält man den Achs- so ehe Brückenschaltung für mehrere Dehnungsmeßstrei-

abstand. fen 6 enthält. Das verstärkte Meßsignal wird dann in

Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebe- einem Analog-Digital-Wandler 11 digitalisiert, in den nen Verfahrens besitzt einen Meßverstärker für jede Signalfluß ist ferner ein Trigger 12 geschaltet, der auf Meßstelle, einen Zähler und einen Speicher für die Zähl- einen vorbestimmten Schwellenwert 13 einstellbar ist. impulse sowie einen Prozessor und eine Identifikations- 55 Dieser Trigger 12 trennt folglich das Meßsigna! in einen matrix für Achsabstände verschiedener Waggons. Sie ist konstanten, durch den Schwellenwert 13 definierten Sigekennzeichnet durch einen Analog/Digital-Wandler gnalanteil und einen veränderlichen Signaianteil, der in zur Digitalisierung der Meßwerte, einen auf einen vor- Fig. 2 i strichpunktiert angegebenen Fenster 14 verbestimmten Schwellenwert einstellbaren Trigger und bleibt Es versteh', sich, daß der Trigger 12 auch dem einen Zähler, dem die digitalisierten und getriggerten 60 Analog-Dißital-Wandler 11 vorgeschaltet sein kann, so Meßwerte zugeführt werden. daß dem Wandler lediglich die im Fenster 14 verblei-

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes benden Signalanteile zugeführt werden.

Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigt Der Trigger 12 beaufschlagt bei Überschreiten und/

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Seitenansicht oder Unterschreiten des Schwellenwertes 13 auch einen

eines Schienenabsdinittes mit einer Meßstelle, 65 Zähler 15, dessen Zählimpulse den jeweils digitalen

F i g. 2 in schematischer Darstellung die Wiedergabe Meßwerten zugeordnet werden,

eines typischen MeßsigiUls an dieser Meßstelle, Zur gleichzeitigen Identifizierung des die Meßstelle

F i g. 3 in schematischer Darstellung ein Blockschalt- gerade überfahrenden Waggons muß zunächst die Ge-

schwindigkeit des Zugverbandes bestimmt werden. Dazu genügt es, wenn die Zeit zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte Meßstellen ermittelt wird Im übrigen stützt sich die Identifizierung des die Meßstelle überfahrenden Waggons auf die vom Zähler IS abgegebenen Zählimpulse.

Geht man davon aus, daß bei konstanter Geschwindigkeit des Zugverbandes der Zeitabschnitt zwischen dem Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über eine Meßstelle proportional dem Achsabstand dieser beiden Räder ist, dann kann der Achsabstand bestimmt werden aus der Zeit, die zwischen dem Überlauf zwei aufeinanderfolgender Räder über eine Meßstelle vergeht

In Fig.4 sind die tatsächlichen Verhältnisse wieder- is gegeben. Man erkennt das Meßsignal 9 mit zwei aufeinanderfolgenden Meßpeaks 17,18. Dargestellt ist außerdem der Schwellenwert 13. Da es technisch sehr schwierig und auch zu ungenau wäre, die Mitte der tvieSpcaks 17 bzw. 18 zu bestimmen, wird einerseits die Anzahl / (k) der Zählimpulse zwischen zwei Meßpeaks 17,18 beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Meßstelle jeweils bei Unterschreitung des Schwellenwertes 13 bestimmt, sowie darüber hinaus die Anzahl j (k) der Zählimpulse zwischen Über- und Unterschreitung des Schwellenwertes 13 an jedem der Meßpeaks 17,18.

Eine Meßzahl s_A (k) für den Achsabstand der beiden die Meßstelle überlaufenden Räder ergibt sich dann nach folgender Formel:

Sa (K) = 1(KJ-

wobei k ein Index für aufeinanderfolgende Meßwerte ist. Diese Formel berücksichtigt, daß die Meßpeaks 17, 18 unterschiedlich ausgebildet sein können, weil aufeinanderfolgende Räder unterschiedlich belastet sein können. Jedenfalls kann aus der Meßzahl Sa (k) unter Berücksichtigung der ermittelten Geschwindigkeit der Achsabstand zweier aufeinanderfolgender, die Meßstel-Ie überlaufender Räder mit großer Genauigkeit, d. h. mit einem Fehler, der kleiner ist als 3,5%, bestimmt werden.

Die Verarbeitung der anfallenden Meßwerte und der Zählimpulse erfolgt in einem Prozessor 16, zu dem auch ein Speicher 19 mit einer Identifikationsmatrix für Achsabstände verschiedener Waggons gehört Dieser Speicher beinhaltet die Achsabstände für unterschiedliche Waggons jeweils ohne Puffermaße, wobei die Waggons zweckmäßig nach Anzahl der jeweiligen Achsen geordnet sind.

Die Abstänoe von Waggon zu Waggon, die sich aus der Addition zweier aufeinanderfolgender Puffermaße ergeben, liegen bei Einhaltung der Fehlergrenzen von weniger als 33% außerhalb der möglichen Achsabstände. Sie brauchen folglich nicht identifiziert zu werden.

Fig.5 zeigt schematisch den besonders kritischen Fall eines zweiachsigen Waggons im Vergleich mit einem dreiachsigen Waggon, wobei in beiden Fällen Achsabstände von 8000 Millimetern auftreten. Da bei Kopplung eines zweiachsigen Waggons mit einem dreiachsigen Waggon, bei jeweils maximalem Puffermaß zwischen den beiden Waggons ein Achsabstand von 7460 Millimetern entsteht, können die beiden Waggons auf jeden Fall dann identifiziert werden, wenn der Fehler des gemessenen Achsabstandes kleiner als 3,5% ist es

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Identifizieren von in einem insbesondere schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons, wobei die Geschwindigkeit des Zugverbandes durch Messung des Zeitabschnittes zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte Meßstellen sowie der Achsabstand benachbarter Räder durch Verarbeitung der Geschwindigkeit mit dem beim Oberlauf aufeinanderfolgender Räder über eine Meßstelle gemessenen Zeitabschnitt bestimmt wird, und der betreffende Waggon mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Achsabständen identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßstellen aus am Steg einer Schiene in Höhe der neutralen Faser zu dieser senkrecht ausgerichtete, die Stauchung des Steges beim Überlauf eines Rades erfassende Dehnungsmeßstreifen verwendet werden, daß die Zeitabschnitte digital mit einem Zähler bestimmt werden und der Achsabstand nach der Formel