DE3522809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchmesserbestimmung eines Durchmessers an der Lauffläche der Räder von Radsätzen sowie eine Meßanlage hierzu.

Es sind im Stand der Technik vielerlei Einrichtungen und Verfahren zur Bestimmung des Durchmessers an der Lauffläche der Räder von Radsätzen bekannt und es ist hierbei immer notwendig, die zu vermessenden Räder zur Durchführung des Meßverfahrens aus dem Fahrzeug auszubauen und in einen entsprechenden Meßstand einzubringen. Hierzu sei hingewiesen auf die DE-PS 12 19 244 oder die DE-PS 12 23 164. Soweit ein Ausbau des Radsatzes im Rahmen vorgeschriebener Wartungsarbeiten erfolgen kann, ist der notwendige Ausbau eines zu vermessenden Radsatzes nicht störend.

In vielen Fällen muß jedoch eine Durchmesserbestimmung außerhalb des Zeitraums der beschriebenen Wartungsarbeiten durchgeführt werden, bspw. um im Rahmen prophylaktischer Untersuchungen die Durchmessergleichheit der Räder eines Radsatzes oder der Räder der Radsätze eines Drehgestells zu bestimmen oder aber um Einstelldaten für eine Unterflurreprofilierungs­ maschine zu liefern, die ja eine Reprofilierung ohne den Ausbau der Radsätze durchführen kann. Auch hierzu ist mit der DE-AS 11 08 043 bereits eine Möglichkeit bekannt geworden, bei der es allerdings notwendig ist, daß der Radsatz ein- oder ausgebaut, sich stationär in einer Maschine befindet, die ihn um seine normale Rotationsachse drehantreiben kann. Bei der Durchmesserbestimmung als Vorbereitung für eine Reprofilierung auf einer Unterflurreprofilierungsmaschine und bei der genannten prophylaktischen Durchmesserbestimmung zu überprüfen, ob die gewünschte oder notwendige Durchmessergleichheit noch vorliegt, wurde es jedoch als vorteilhaft erkannt, wenn die Durchmesserbestimmung mindestens am langsam fahrenden Fahrzeug durchgeführt werden kann.

Mit der DE 34 32 355 A1 ist eine Einrichtung bekannt geworden, mit der es möglich ist, ganz allgemein ein den Durchmesser der Räder von z. B. eingebauten Eisenbahnradsätzen während der Fahrt des Fahrzeugs zu bestimmen. Es ist jedoch nicht möglich, den Durchmesser an der Lauffläche von Rädern von eingebauten Radsätzen während der Fahrt des Fahrzeugs zu bestimmen. Nur dieser aber ist wichtig, weil er das dynamische Verhalten des Radsatzes in der Schiene entscheidend mitbestimmt.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Meßanlage vorzuschlagen zur Ermöglichung einer Bestimmung des Durchmessers an der Lauffläche von Rädern von eingebauten Radsätzen während der Fahrt des Fahrzeuges.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 sowie durch eine Meßanlage mit den Merkmalen in Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei diesem Verfahren wird ein Radsatz mit zu vermessenden Rädern auf je einer Schiene, die eine Laufebene bilden, abgerollt und deren Rollgeschwindigkeit bestimmt, in einer lateral vorbestimmten Meßebene das zeitliche und räumliche Erreichen von in dieser Ebene in einem bekannten Abstand zueinander und zu mindestens einem Referenzpunkt liegenden Meßpunkten durch in der Meßebene liegende Oberflächenpunkte jedes Rades ermittelt und sodann mit Hilfe der Zeitwerte, an denen die Meßpunkte erreicht werden, der genannten Geschwindigkeit und der Abstände der Meßpunkte untereinander und zu mindestens einem weiteren Referenzpunkt der Durchmesser des zugehörigen Rades errechnet. Es wird somit der Raddurchmesser eines in ein Schienenfahrzeug eingebauten Radsatzes in der Abrollebene des Rades beim Überrollen der Meßanlage gemessen dergestalt, daß mehrere berührungslos arbeitende Abstandstaster das Rad in der Meßebene antasten, wobei gleichzeitig die Geschwindigkeit des Rades bspw. durch eine Doppellichtschranke erfaßt wird, so daß eine Auswerteeinheit in die Lage versetzt wird, aus den Antastzeitpunkten, den vorab ermittelten Ansprechpunkten der Taster und aus der Geschwindigkeit den Durchmesser durch eine Kreisberechnung zu ermitteln. Hierbei ist es wichtig, festzustellen, daß als berührungslose Abstandstaster nicht nur optisch arbeitende Abstandstaster in Frage kommen, sondern, daß durchaus auch Abstandstaster, die ultraschallakustisch, induktiv, hochfrequent elektro­ magnetisch oder faseroptisch arbeiten, einsetzbar sind. Hierbei kann die Meßanlage als solche pro eingesetztem Taster einen Meßpunkt auf dem zu messenden Kreis erfassen. Da ein Kreis durch drei Punkte definiert ist, genügt es im Prinzip, zwei berührungslos arbeitende Taster einzusetzen, weil der dritte Punkt, der Abrollpunkt auf der Schiene, also der Abrollebene, sein kann. Es ist jedoch auch möglich, als dritten Punkt einen von einem Taster ermittelten Punkt zu verwenden. Die Genauigkeit des Ergebnisses läßt sich durch die Anwendung mehrerer Taster - in der Praxis können dies bis zu zehn Taster sein - verbessern, wodurch eine Überbestimmtheit des Kreises herbeigeführt wird, welche jedoch die Anwendung eines mathematisch ausgleichenden Rechenvorganges ermöglicht. Es ist dies das sogen. Newton- Kantorowitsch-Verfahren. Dieses Verfahren braucht zu Beginn der Rechnung einen Startwert, der so nahe am Endergebnis liegen muß, daß eine Konvergenz der Rechnung gegeben ist. Dieser Startwert wird durch Einsetzen mindestens dreier der Meßpunkte in die Kreisgleichung gewonnen. Der Startwert wird nun durch nach der Netwon-Kantorowitsch-Matrix ermittelte Korrekturwerte verbessert und so schrittweise dem Bestanpassungspunkt näher gerückt. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die Anzahl der verwendeten Taster prinzipiell nach oben nicht begrenzt ist. Es muß daher darauf hingewiesen werden, daß die Geschwindigkeit keineswegs konstant sein muß. Es kann ebenso eine beschleunigte oder verzögerte Bewegung erfaßt werden.

Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit des Rades durch eine Doppellichtschranke gemessen werden, wobei zunächst davon ausgegangen wird, daß das Rad mit konstanter Geschwindigkeit über die Meßanlage rollt, so daß die Geschwindigkeit zur Vermeidung von Fehlern zweimal bestimmt werden kann, nämlich einmal durch Bildung der Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt in die erste Lichtschranke und dem Eintritt in die zweite Lichtschranke. Die bekannte Länge der Meßstrecke dividiert durch die Zeitdifferenz ergibt eine Geschwindigkeit. Eine zweite Geschwindigkeit wird erhalten durch Division der bekannten Länge der Meßstrecke mit der Zeitdifferenz zwischen Verlassen der ersten Lichtschranke und dem Verlassen der zweiten Lichtschranke. So ist denn auch nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß die Rollgeschwindigkeit mindestend zweifach durch Messung des Zeitbedarfs für das Durchrollen einer definierten Meßstrecke oder mehrerer definierter Teilmeßstrecken bestimmt wird. Hierdurch kann dann gleichzeitig auch eine Beschleunigung oder Verzögerung erfaßt werden.

Vorteilhaft ist es, in einer einzigen Meßstrecke eine doppelte Zeitmessung durchzuführen, und zwar durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Erreichen einer Eingangsmeßschranke und dem Erreichen einer Ausgangsmeßschranke sowie durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Verlassen der Eingangsmeßschranke und dem Verlassen der Ausgangsmeßschranke.

Da die Länge der Meßstrecke bekannt ist, kann diese als konstante Größe in einem Speicher einer Auswerteinrichtung oder eines Rechners abgespeichert sein und es muß dann zur Geschwindigkeitsbestimmung lediglich als variable Größe der in eben genannter Weise ermittelte Zeitbedarf für das Durchrollen der Meßstrecke festgestellt und in den Rechner oder die Auswerteinrichtung eingegeben werden.

Die den Anfang und das Ende der Meßstrecke markierenden Schalt­ einrichtungen der erfindungsgemäßen Meßanlage können hierbei unterschiedlichster Art sein. Es müssen lediglich solche Einrichtungen sein, mit denen festgestellt werden kann, wann der Prüfling in die Meßstrecke eintritt und wann der Prüfling die Meßstrecke wieder verläßt. Hierbei müssen die Einrichtungen geeignet sein, den Eintritt des Prüflings in die Meßstrecke und den Austritt des Prüflings aus der Meßstrecke so zu erfassen, daß die Meßstrecke selbst nicht durch die Abmessungen des Prüflings verfälscht wird. Im vorliegenden Fall wäre bspw. ein elektrischer Kontakt in der Schiene, der von einem Rad überrollt wird, denkbar. Der ermittelte Zeitbedarf kann dann abgespeichert werden und unter Verwendung des bekannten Weges der Meßstrecke in einer Auswerteinrichtung oder einem Rechner unter Verwendung der ermittelten Zeit die Geschwindigkeit des Rades oder Radsatzes ermittelt werden. Vorzugsweise innerhalb dieser Meßstrecke, aber nicht notwendigerweise dort, wird über berührungslose Abstandstaster in einer definierten Meßebene das zu vermessende Rad an seiner Umfangsfläche angetastet. Hierbei liegt der Ort der Antastpunkte durch eine entsprechende Einstellung an den berührungslos arbeitenden Tasteinrichtungen fest und es wird von den berührungslos arbeitenden Tasteinrichtungen lediglich das tatsächliche Erreichen dieses Ortes durch einen Oberflächenpunkt auf der Umfangsfläche des angetasteten Rades signalisiert. Dies kann durch die Auslösung eines elektrischen Schaltvorganges erfolgen. Hierbei sind die berührungslos arbeitenden Abstandstaster unterhalb der Laufebene oder Abrollebene angeordnet, so daß sie während des Überrollvorganges die Bauelemente des Schienenfahrzeuges nicht stören.

Bei dem Meßvorgang werden jeweils die Zwischenzeiten, zu denen ein berührungslos angetasteter Meßpunkt erreicht wird, über eine Zeiterfassungseinrichtung erfaßt und von einer Auswerteinrichtung weiter verarbeitet. Es ist dann möglich, über die Auswerteinrichtung für jeden Tastpunkt eine Korrekturstrecke durch Bildung der Zeitdifferenz des jeweiligen Tasters zum Ansprechaugenblick z. B. des ersten Tasters multipliziert mit der ermittelten Geschwindigkeit zu bilden und damit die Lage der anderen Ansprechpunkte verschieben, so daß sich sozusagen eine berührungsfreie Lehre rechnerintern um das Rad schließt. Der in der Auswerteinrichtung vorhandene Digitalrechner kann dann mit solchen Daten eine Bestanpassung an eine Kreisgleichung mit den drei Unbekannten "Mittelpunktslage in x- Richtung, Mittelpunktslage in y-Richtung und Radius" an die oben ermittelten Meßpunkte nach dem bereits erwähnten Newton-Kantorowitsch-Verfahren iterativ durchführen.

Vorzugsweise sind die Abstandstaster in der Meßanlage so ausgerichtet, daß die Tastpunkte zwischen den den Anfang und das Ende der Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen liegen. Dies hat den Vorteil, daß alle Daten der Auswerteinrichtung zur Verfügung stehen, wenn die Meßstrecke durchlaufen ist. Es wäre auch möglich, zunächst zur Geschwindigkeits­ bestimmung den Radsatz die genannte Meßstrecke durchlaufen zu lassen und erst nachfolgend jedes Rad über berührungslose Meßtaster in der bereits dargelegten Weise an seiner Umfangsfläche anzutasten. Dies hätte jedoch den Nachteil des höheren Zeitbedarfs und den Nachteil der Unsicherheit in der Geschwindigkeitsaussage. Es würde dies nämlich voraussetzen, daß der Radsatz während des Antastens der Umfangsfläche seiner Räder die gleiche Geschwindigkeit oder die gleiche Beschleunigung aufweist wie vorher in der Meßstrecke zur Bestimmung seiner Geschwindigkeit oder seiner Beschleunigung.

Auch kann die Meßanlage dadurch vereinfacht werden, daß mindestens die das Ende der Meßstrecke markierende Schalteinrichtung von einem berührungslos arbeitenden Abstandstaster gebildet wird. Da die Lage der Meßpunkte der berührungslos arbeitenden Abstandstaster bekannt ist, kann ja ohne weiteres auch die Entfernung zwischen dem Beginn der Meßstrecke und dem Antastpunkt des Abstandstasters bestimmt werden. Da bei Erreichen der Tastpunkte solcher Abstandstaster Zwischenzeiten gebildet werden, können diese Zeiten, verbunden mit der ermittelbaren Strecke zwischen Meßstreckenanfang und Tastpunkt des Abstandstasters, ebenso zur Geschwindigkeitsermittlung des angetasteten Rades dienen.

Die berührungslos arbeitenden Taster können um eine Achse senkrecht zur Meßebene schwenkbar und feststellbar angeordnet sein. Hierdurch kann die Meßanlage auf unterschiedliche Durchmesserbereiche von zu vermessenden Rädern einfach einjustiert werden.

Als Abstandstaster können fotoelektrische Schalter zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfernung verwendet werden. Solche Einrichtungen sind im Handel erhältlich und haben sich in ihrer Funktion bewährt. Sie werden normalerweise für die Positionierung eines Werkstückes mit einer bestimmten Werkstückfläche auf einen vorgegebenen Punkt verwendet. In diesem vorgegebenen Punkt liegt dann der Tastpunkt des fotoelektrischen Schalters, der dann, wenn von der entsprechenden Werkstückfläche dieser Punkt erreicht wird, einen elektrischen Schaltvorgang ausführt und hierdurch bspw. einen Verschiebeantrieb oder solche Einrichtungen, die das Werkstück tragen und bewegen, stillsetzt. Es hat sich gezeigt, daß solche Einrichtungen auch geeignet sind, die Umfangsfläche eines rollenden Rades eines Radsatzes anzutasten und hierbei dann, wenn diese Umfangsfläche im Tastpunkt angekommen ist, einen Schaltvorgang durchzuführen. Da die Lage des Tastpunktes solcher Einrichtungen exakt definierbar ist, weiß man, wo sich ein bestimmter Koordinatenpunkt der Oberfläche der Umfangsfläche eines Rades zum Zeitpunkt der Schaltung befunden hat. Diese Einrichtungen reagieren ausreichend schnell und präzise um mindestens bei langsam durchrollendem Radsatz einen Schaltpunkt ausreichender Wiederholgenauigkeit aufzuweisen.

Auch können die die Meßstrecke begrenzenden Schalteinrichtungen als Lichtschranke ausgebildet sein. Dies sind bewährte und ausreichend genau schaltende Einrichtungen, deren Bauteile zudem im Handel erhältlich sind.

Wenn die Abstandstaster so ausgerichtet sind, daß die Oberfläche eines Rades schräg bezüglich der Laufebene antastbar ist mit einer Haupttastrichtung, die jeweils senkrecht zur Tangente an den Meßkreis im Tastpunkt orientiert ist, können schleifende Tastpunkte vermieden werden und es wird auch bei wechselnden Durchmessern der Räder eines Radsatzes noch mit ausreichender Genauigkeit angetastet.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Skizzen näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Meßstrecke in Seitenansicht mit durchrollendem Rad

Fig. 2 Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1

Fig. 3 Ansicht ähnlich wie Fig. 1, mit zurückgerechneten Punkten des zu ermittelnden Kreisdurchmessers

Fig. 4 Skizze zur Erläuterung des Kalibriervorganges

Nach Fig. 1 durchläuft ein Rad 1 eines Radsatzes 7 eine Meßstrecke, die von den Lichtschranken L1 und L2 begrenzt ist. Diese Lichtschranken bestehen jeweils aus einem Lichtsender 3 und einem entsprechenden Empfänger 4. Jedes Rad 1 eines Radsatzes 7 rollt hierbei auf einer Schiene 2, deren Oberkante die Laufebene 2′ bildet.

Im Bereich der Meßstrecke sind unterhalb der Laufebene 2′ berührungslos arbeitende fotoelektrische Taster T1 bis T4 angeordnet. Es kann sich hierbei um fotoelektrische Taster zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfernung handeln, so wie sie im Handel erhältlich sind. Solche Einrichtungen senden bspw. Infrarotlicht in einem Winkel zu einem Einfallslot aus, so daß dieses Einfallslot an einer bestimmten Stelle geschnitten wird von dem ausgesandten Licht. Dieser Schnittpunkt ist bei solchen Geräten häufig einstellbar. Tritt nun ein reflektierendes Objekt in den Schnittpunkt ein, so wird das ausgesandte Licht von der Oberfläche, die sich in diesem Schnittpunkt befindet, reflektiert, um dann in dem fotoelektrischen Taster von einem entsprechenden Empfänger registriert zu werden. Ein Objekt wird nur dann erkannt, wenn es im den Tastpunkt darstellenden Schnittpunkt der optischen Achse des Lichtsenders und der des Empfängers liegt. Hierbei sorgt die Konstruktion des Empfängers dafür, daß Licht mit bestimmter Intensität und aus bestimmter Richtung kommend einen elektrischen Schaltvorgang auslöst, so daß dieser elektrische Schaltvorgang das Signal dafür ist, daß sich im vorbestimmten und damit bekannten Tastpunkt die Oberfläche eines Objektes befindet.

Der Durchmesser eines Rades 1 eines Radsatzes 7 wird in einer am Rad 1 eines Radsatzes 7 definierten und lateral festgelegten Meßebene bestimmt. Die fotoelektrischen Taster T1 bis T4 sind daher unterhalb der Laufebene 2′ in solcher seitlichen Anordnung befestigt, daß die Haupttastrichtung 11 mindestens angenähert innerhalb dieser Meßebene 6 liegt. Diese Meßebene 6 schneidet demzufolge ein Rad 1 , so daß die äußere Begrenzung dieser Schnittfläche in der Meßebene 6 den Meßkreis 10 bildet.

Die fotoelektrischen Taster T1 bis T4 sind in ihrer Anordnung unterhalb der Laufebene 2′ so ausgerichtet, daß ihre Haupttastrichtung 11 wenigstens angenähert senkrecht zu einer Tangente 1 2 an den Meßkreis 10 im jeweiligen Tastpunkt P1 bis P4 verläuft. Auf diese Art und Weise kann auch in gewissen Grenzen ein Durchmesserunterschied von Rad zu Rad hingenommen werden, ohne daß hierdurch das Meßergebnis unzulässig beeinträchtigt würde.

Um die Taster T1 bis T4 auszurichten oder die ganze Meßanlage auf Räder eines anderen Durchmesserbereiches auszurichten, können die Taster T1 bis T4 um eine Achse 5 schwenkbar und feststellbar angeordnet sein. Durch eine Schwenkbewegung um die Achse 5 wird die Winkellage der Haupttastrichtung 11 verändert, so daß auch die Lage des jeweiligen Tastpunktes P1 bis P4 entsprechend verändert wird.

Die Lichtschranken L1 und L2 sowie die Taster T1 bis T4 sind mit einer Zeiterfassungseinrichtung 9 verbunden, welche die jeweiligen Zeiten, zu denen die Lichtschranken L1 und L2 und die Taster T1 bis T4 betätigt werden, feststellt. Diese Zeiten werden zwischengespeichert und von einer Auswerteinrichtung 8 für die nachfolgende Geschwindigkeitsbestimmung und Durchmesserbestimmung weiter verwertet.

Ist die Meßanlage ausgerichtet, kann ein Meßvorgang, wie nachfolgend beschrieben, ablaufen.

Bei der Beschreibung der Messung wird nun ein Rad 1 eines Radsatzes 7 betrachtet.

Das Rad 1 läuft mit einem Bereich seiner Lauffläche 13 auf einer Schiene 2, deren Oberkante, wie bereits beschrieben, eine Laufebene 2′ bildet. Hierbei bewegt sich dieses Rad 1 in Richtung des Pfeiles A nach Fig. 1 auf die Lichtschranke L1 zu und es wird von der Vorderseite des Rades 1 die Lichtschranke L1 betätigt. Mit der Betätigung der Lichtschranke L1 kann eine Zeiterfassungseinrichtung eingeschaltet werden oder es wird bei einer durchlaufenden Zeiterfassungseinrichtung der Schaltpunkt der Lichtschranke L1 zeitlich erfaßt. Der so festgelegte Zeitpunkt wird abgespeichert. Nach Durchlaufen der Meßstrecke wird von der gleichen Vorderseite des Rades 1 die Lichtschranke L2 betätigt und es wird auch der Zeitpunkt der Betätigung der Lichtschranke L2 abgespeichert und es kann nun durch einen Rechenvorgang, bspw. in einer Auswerteinrichtung 8, errechnet werden, wieviel Zeit das Rad 1 benötigt hat, um von der Lichtschranke L1 bis zur Lichtschranke L2 zu rollen. Der Abstand zwischen diesen beiden Lichtschranken ist bekannt und es kann mit diesem bekannten Abstand und der errechneten Zeit, die das Rad 1 gebraucht hat, um diesen Abstand zurückzulegen, dessen Rollgeschwindigkeit V errechnet werden.

Während sich das Rad 1 in Richtung des Pfeils A auf der Laufebene 2′ entlang der Schiene 2 bewegt, kommt die nach Fig. 1 linke Seite der Lauffläche 13 des Rades 1 in den Bereich des Tastpunktes P1 und löst bei dessen Erreichen über den fotoelektrischen Taster T1 wieder ein Zeitsignal, das Zeitsignal t1, aus.

In Fig. 1 ist auf der linken Seite auf der als Abszisse dargestellten Laufebene 2′ eine Ordinate aufgetragen. Der Tastpunkt P1, ebenso wie die weiteren Tastpunkte P2, P3 und P4 liegen, da die fotoelektrischen Taster T1 bis T4 in der Meßanalage fest montiert sind, nach ihren X- und Y-Koordinaten fest. Wird also der Punkt P1 von der Lauffläche 13 des Rades 1 passiert und löst damit ein Schaltsignal am fotoelektrischen Taster T1 aus, so ist damit bekannt, daß ein Punkt der Lauffläche 13, der in der Höhe Y1 liegt, den Punkt X1 passiert hat. Es liegt, wie eben beschrieben, auch der Zeitpunkt fest, in dem dies geschehen ist.

Bewegt sich nun nach Fig. 1 das Rad 1 weiter in Richtung des Pfeils A, so wird auch ein in der Höhe Y2 liegender Tastpunkt P2 des fotoelektrischen Tasters T2 im Punkt X2 passiert. Es wird dann ebenfalls vom fotoelektrischen Taster T2 ein Zeitsignal t2 gesetzt.

Auf der anderen Seite einer nicht näher dargestellten und senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Mittenebene (Fig. 1) sind fotoelektrische Taster T3 und T4 in der für den Taster T1 bereits beschriebenen Weise angeordnet. Diese Taster T3 und T4 weisen jedoch zu der beschriebenen Ebene den zu den Tastern T1 und T2 umgekehrten Winkel in ihrer Haupttastrichtung auf. Sie leuchten damit sozusagen dem ankommenden Rad 1 entgegen. Das ankommende Rad 1 durchläuft mit seiner Lauffläche 13 in der Meßebene nun den Punkt P3 als Tastpunkt des fotoelektrischen Tasters T3, der in der Höhe Y3 (im Ausführungsbeispiel identisch mit Y2) liegt und auf der Abszisse den Wert X3 aufweist. Hierdurch wird vom fotoelektrischen Taster T3 ein Zeitsignal t3 gesetzt.

Gleiches geschieht mit dem Punkt P4 des fotoelektrischen Tasters T4, dem auf der Abszisse der Wert X4 zugeordnet ist. Bei Erreichen des Tastpunktes P4 wird vom fotoelektrischen Taster T4 ebenfalls wieder ein Zeitsignal t4 gesetzt. Der Ordinatenwert Y4 des Tastpunktes P4 stimmt im Ausführungsbeispiel wiederum überein mit dem Ordinatenwert Y1 des Tastpunktes P1.

Zur Bestimmung eines Kreises genügen drei Punkte, aus denen der Durchmesser des Kreises, so die Lage dieser Punkte bekannt ist, ermittelt werden kann. Im Ausführungsbeispiel würden also bspw. die Punkte P1, P4 und als Referenzpunkt der Aufstandpunkt des Rades auf der Laufebene 2′, der ja aufgrund des bekannten Radprofils in die Meßebene 6 zurückverlegt werden kann, ausreichen, um den Durchmesser D des Meßkreises 10 zu ermitteln. Betrachtet man jedoch die Punkte P1 und P4 in Fig. 1, so stellt man fest, daß diese beiden Punkte nicht auf dem gewünschten Meßkreis 10 liegen, sondern aufgrund der Bewegung der Rades 1 eine andere Position einnehmen, die jedoch bekannt ist. Da aber die Bewegungsgeschwindigkeit des Rades 1 bekannt ist, ist es möglich, die jeweiligen Tastpunkte so zurückzurechnen, daß bei unveränderter Ordinatenposition ihre Abszissenwerte so verschoben werden, als hätte sich das Rad nicht bewegt. Dieses Prinzip wird verdeutlicht in Fig. 3. Es ist hierbei der Tastpunkt P1 mit seinen zugeordneten Koordinaten Y1 und X1 fixiert worden. Sodann kann über die Auswerteinrichtung 8 festgestellt werden, welche Zeit vergangen ist, bis das Rad 1 mit seiner Lauffläche 13 nach der Schaltauslösung im Punkt P1 die Schaltung im Punkt P2 bewirkt hat. Da über die Zeitmessung zwischen den Lichtschranken L1 und L2 die Geschwindigkeit des Rades von der Auswerteinrichtung ermittelt werden kann, ist es nun möglich, die solcherart ermittelte Geschwindigkeit des Rades mit der Zeit, die zwischen dem Schaltvorgang P1 und P2 verstrichen ist, zu mulitiplizieren und den Punkt P2 auf der Abszisse um den so errechneten Weg zurückzuverlegen, so daß der Punkt X2 sich in Richtung des Punktes X1 um den entsprechenden Betrag verschiebt und damit einen auf dem tatsächlichen Meßkreis 10 liegenden Punkt P2′ im Rechner erzeugt. Gleiches geschieht mit den Tastpunkten P3 und P4 und es werden hierdurch im Rechner die entsprechenden Punkte P3′ und P4′ erzeugt. Auf diese Art und Weise stehen nun im Rechner, abgesehen vom Aufstandpunkt des Rades 1 auf der Laufebene 2′, vier Punkte, die Punkte P1, P2′, P3′, P4′ zur Verfügung, deren X- und Y-Koordinaten bekannt sind. Es ist nun möglich, sich von diesen Punkten z. B. drei Punkte auszusuchen und über die Auswerteinrichtung und den darin enthaltenen Rechner den zugehörigen Durchmesser D des Kreises 10 direkt zu errechnen oder auch alle zur Verfügung stehenden Punkte zu verwenden (wodurch der Kreis überbestimmt ist) und den zugehörigen Durchmesser D des Meßkreises 10 mit Hilfe des Newton-Kantorowitsch-Verfahrens zu bestimmen. Das Ergebnis kann dann in einer Ausgabeeinrichtung 14 in gewünschter Weise ausgegeben werden. Diese Ausgabeeinrichtung 14 ihrerseits kann natürlich mit weiteren Einrichtungen verbunden sein.

Es ist auch durchaus möglich, einen anderen Punkt als Punkt P1 bei Errechnung der Verschiebestrecken als Fixpunkt zu betrachten und die vorbeschriebene Rechnung durchzuführen.

Die Meßeinrichtung kann auf einfache Art und Weise, bspw. mit Hilfe von zwei Lehrenradsätzen, justiert werden. Diese Lehrenradsätze weisen bekannte Durchmesser auf. Es sollen dies Radsätze sein mit zylindrischem Profil, deren Durchmesser nach Möglichkeit einerseits am oberen und andererseits am unteren Rand des Meßbereichs der Meßanlage liegen. Diese Durchmesser werden dem Rechner eingegeben. Nachdem nun die Lehrenradsätze die Meßstrecke durchlaufen haben, stehen im Ausführungsbeispiel dem Rechner jeweils vier Verschiebestrecken zur Verfügung, die gebildet werden durch die Ansprechzeitpunkte der vier Taster T1 bis T4 und den Zeitpunkt, zu dem sich der Mittelpunkt M1, M2 eines Rades des Lehrenradsatzes auf einer Mittellinie der Meßanlage befunden hat. Dieser Zeitpunkt läßt sich ausdrücken durch den Zeitmittelpunkt zwischen dem Austrittsaugenblick dieses Rades aus der ersten Lichtschranke L1 und dem Eintrittsaugenblick in die zweite Lichtschranke L2. Dieser für beide Lehrenradsätze gleiche Aufenthaltspunkt ist durchmesser­ unabhängig und bildet das Bindeglied zwischen dem Überrollvorgang beim kleineren und beim größeren Lehrenradsatz. Der Rechner bildet nun Verschiebestreckendifferenzen, die sich jeweils ergeben aus Verschiebestrecke des Tasters T1 bei Kalibrierung 1 minus Verschiebestrecke des Tasters T1 bei Kalibrierung 2 usw., so daß pro Taster eine Streckenlänge wie in Fig. 4 dargestellt vorliegt, die parallel zur X-Achse in den Zwischenraum zwischen dem kleinen und dem großen Kreis eingefügt werden muß. Die Schnittpunkte mit den beiden Kreislinien ergeben dann die Y- Koordinatenwerte der Tastpunkte, wobei sich die X-Werte aus der Zurückrechnung der Ansprechzeitpunkte innerhalb einer Kalibrierung ergeben. Diese Methode ermöglicht es, die Meßanlage mit einem für die oben beschriebene Rechnung aufgestellten Programm mit relativ geringem Aufwand einzumessen. Dies erleichtert insbesondere das Einrichten und Überprüfen der Meßanlage hinsichtlich Alterungs- und Umwelteinflüssen, die sich im praktischen Betrieb ergeben können.

Das angegebene Verfahren ermöglicht es erstmals unter Verwendung der beschriebenen Meßanlage eine Durchmesserbestimmung an den Laufflächen von Rädern von eingebauten Radsätzen während des Abrollens auf einer Schiene vorzunehmen. Zur Durchführung des Verfahrens und zur Gestaltung der erfindungsgemäßen Meßanlage können weitgehend handelsübliche Bauelemente benutzt werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß es für die Durchführung der beschriebenen Messung nicht darauf ankommt, daß das Rad tatsächlich rollt. Die Messung kann auch durchgeführt werden, wenn das Rad gleitet. Es kommt nur darauf an, daß das Rad die Meßeinrichtung passiert.

Liste der verwendeten Bezugzeichen

 1 Rad
 2 Schiene
 2′ Laufebene
 3 Sender
 4 Empfänger
 5 Achse
 6 Meßebene
 7 Radsatz
 8 Auswerteinrichtung
 9 Zeiterfassungseinrichtung
10 Meßkreis
11 Haupttastrichtung
12 Tangente
13 Lauffläche
14 Ausgabeeinrichtung
L1 Lichtschranke
L2 Lichtschranke
T1-T4 fotoelektrische Taster
P1-P4 Tastpunkte
Y1-Y4 Ordinatenwerte
X1-X4 Abszissenwerte
t1-t4 Zeitwerte
M, M1, M2 Mittelpunkt
V Rollgeschwindigkeit
D Durchmesser

Claims (10)

1. Verfahren zur Durchmesserbestimmung eines Durchmessers an der Lauffläche der Räder von Radsätzen, bei dem ein Radsatz (7) mit zu vermessenden Rädern (1) auf je einer Schiene (2), die eine Laufebene (2′) bilden, abgerollt und deren Rollgeschwindigkeit (V) bestimmt wird, bei dem in einer Meßebene (6), die die Lauffläche des jeweiligen Rades (1) entlang eines Meßkreises (10) in lateral vorbestimmtem Abstand von der Schiene (2) schneidet, das zeitliche und räumliche Erreichen von Meßpunkten (P1-P4) durch in der Meßebene (6) liegende Oberflächenpunkte jedes Rades (1) ermittelt wird, wobei die Meßpunkte (P1-P4) innerhalb der Meßebene (6) in einem bekannten Abstand zueinander und zu mindestens einem Referenzpunkt (2′) liegen und bei dem sodann der Durchmesser (D) des zugehörigen Rades (1) errechnet wird aus Zeitwerten (t1-t4), an denen die Meßpunkte (P1- P4) erreicht werden, aus der Rollgeschwindigkeit (V) und aus den Abständen der Meßpunkte (P1-P4) untereinander und zu mindestens einem weiteren Referenzpunkt (2′).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollgeschwindigkeit (V) mindestens 2fach durch Messung des Zeitbedarfs für das Durchrollen einer definierten Meßstrecke oder mehrerer definierter Teilmeßstrecken bestimmt wird.

3. Verfahren mindestens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen Meßstrecke eine doppelte Zeitmessung durchgeführt wird durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Erreichen einer Eingangsmeßschranke (L1) und dem Erreichen einer Ausgangsmeßschranke (L2) sowie durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Verlassen der Eingangsmeßschranke (L1) und dem Verlassen der Ausgangsmeßschranke (L2).

4. Meßanlage zur Durchmesserbestimmung eines Durchmessers an der Lauffläche der Räder von Radsätzen mit den Anfang und das Ende einer Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen (L1, L2) mindestens zur Erfassung der Ankunft eines Rades (1) eines Radsatzes (7) im Schaltbereich, mit mindestens zwei berührungslos arbeitenden Abstandstastern (T1, T4, T2, T3) je Rad (1), die definierte Tastpunkte (P1-P4) aufweisen, mit je Rad (1) eines Radsatzes (7) einer eine Laufebene (2′) bildenden Schiene (2) sowie mit einer Auswerteinrichtung (8) und mit einer Zeiterfassungseinrichtung (9), wobei die Abstandstaster (T1, T4, T2, T3) auf der radabgewandten Seite der Laufebene (2′) so angeordnet sind, daß die Tastpunkte (P1- P4) alle in einer gemeinsamen, die Lauffläche des jeweiligen Rades (1) entlang eines Meßkreises (10) schneidenden Meßebene (6) liegen und wobei die Schalteinrichtungen (L1, L2) und die Abstandstaster (T1- T4) mit der Zeiterfassungseinrichtung (9) und mit der Auswerteinrichtung (8) verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandstaster (T1-T4) so ausgerichtet sind, daß die Tastpunkte (P1- P4) zwischen den den Anfang und das Ende der Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen (L1, L2) liegen.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die das Ende der Meßstrecke markierende Schalteinrichtung von einem berührungslos arbeitenden Abstandstaster (T4) gebildet wird.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslos arbeitenden Taster ( T1-T4) um eine Achse (5) senkrecht zur Meßebene (6) schwenkbar und feststellbar angeordnet sind.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandstaster (T1-T4) fotoelektrische Schalter zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfernung verwendet werden.

9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke begrenzenden Schalteinrichtungen (L1, L2) als Lichtschranke ausgebildet sind.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandstaster ( T1-T4) so ausgerichtet sind, daß die Oberfläche eines Rades (1) schräg bezüglich der Laufebene (2′) antastbar ist mit einer Haupttastrichtung (11), die jeweils senkrecht zur Tangente (12) an den Meßkreis (10) im Tastpunkt (P1-P4) orientiert ist.