DE4117924C1

DE4117924C1 - Vertical and side force components measuring appts. for railway vehicle wheel - achieves simultaneous evaluation using circuits coupled to expansion measuring strips applied to opposite sides of crown of rail

Info

Publication number: DE4117924C1
Application number: DE4117924A
Authority: DE
Inventors: Eric 8011 Hohenbrunn De Huber; Oswald 8201 Tuntenhausen De Stoermer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Stoermer Oswald Dipl-Ing 83104 Tuntenhausen
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-17
Anticipated expiration: 2011-06-01
Also published as: CH684213A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der aus Radaufstandskraft und Seitenkraft bestehenden Kraftkomponenten eines auf eine Schiene wirkenden Schienenrades, mit symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten des Schienensteges angeordneten Dehnungs meßstreifen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.

Aus der "Technischen Rundschau" Nr. 29 vom 08. 07. 55, Seite 23 bis 27 ist bereits bekannt, daß die von einem Schienenrad auf die Schiene ausgeübte, horizontal verlaufende Seitenkraft mittels am Schienensteg angeordneter Dehnungsmeßstreifen erfaßt und mittels einer geeigneten Schaltung elektrisch gemessen werden kann. Dazu werden auf beiden Seiten eines Schienensteges jeweils in der Nähe des Fußes und des Kopfes mehrere Dehnungsmeßstreifen angeordnet, um damit die im Steg wirkenden Biegemomente beim Überfahren eines Schienenrades erfassen zu können (siehe dort Bild 28). Die auf beiden Seiten des Stegs angeordneten Dehnungsmeßstreifen, werden jeweils in Serie geschaltet, wobei diese Serienschaltungen Teil einer Brückenschaltung sind. Aus der gleichen Schrift ist auch bekannt, mittels am Schienensteg im Bereich der neutralen Faser angeordneter Dehnungsmeßstreifen die vertikal verlaufende Radaufstandskraft zu messen (siehe dort Bild 29). Auch hier stellt die Serienschaltung von Dehnungsmeßstreifen - parallel geschaltet - einen Teil einer Brückenschaltung dar. Beide Methoden erfordern jedoch unterschiedlich angeordnete Dehnungsmeßstreifen mit unterschiedlichen Meßbrücken zur Erfassung der Signale.

Aus der DE 36 38 778 C1 ist zwar eine Vorrichtung zur Bestimmung der Radlasten an schnellfahrenden Schienenfahrzeugen bekannt, bei der die Ausgänge mehrerer jeweils zu beiden Seiten des Schienensteges angeordneter Dehnungsmeßstreifen jeweils auf eine Auswerteeinrichtung geführt werden und die Ausgangssignale mehrerer solcher Auswerteschaltungen wiederum in einer gemeinsamen Rechenstufe ausgewertet werden, jedoch werden mit dieser Vorrichtung nicht die auf die Schiene wirkende Seitenkräfte ermittelt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur gleich zeitigen Bestimmung der Radaufstandskraft und Seitenkraft zu schaffen, die zudem mit nur einer Anordnung von Dehnungsmeßstreifen für die Erfassung beider Kraftkomponenten auskommt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildete Vorrichtung.

Die Erfindung geht von an sich bekannten Anordnungen von Dehnungsmeß streifen (DMS) aus, wie sie zur Erfassung der senkrecht auf die Schiene wirkenden Radaufstandskraft gebräuchlich sind. Hierbei sollen gerade Seitenkräfte eliminiert werden, so daß beispielsweise nach der Schub spannungsmeßmethode jeweils vier, paarweise diagonal ausgerichtete Dehnungsmeßstreifen an symmetrisch gegenüberliegenden Stellen eines Schienensteges im Bereich eines Schwellenfaches angeordnet werden. Die jeweils gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen zu beiden Seiten des Schienensteges mit gleicher Orientierung sind in jeweils einem Brücken zweig einer Meßbrücke hintereinander angeordnet, so daß sich deren verformungsbedingte Widerstandsänderungen in jedem Brückenzweig aufaddieren. Eine derartige Anordnung von Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der Radaufstandskraft ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei befinden sich die Dehnungsmeßstreifen 1 bis 4 auf einer Seite des Schienensteges und die Dehnungsmeßstreifen 1′ bis 4′ symmetrisch gegen überliegend auf der anderen Seite des Schienensteges derart, daß beispielsweise DMS 1 und 1′ den gleichen Bereich des Schienensteges mit gleicher Orientierung erfassen. Weiterhin sind auf jeder Seite des Schienensteges jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen, also im gezeigten Fall DMS 1 und 2 direkt übereinander angeordnet, wobei jeweils zwei derartige DMS-Meßpaare 1 und 2 bzw. 3 und 4 einen Abstand von ca. 30-40 cm voneinander und beide Meßpaare einen etwa gleichen Abstand von der nächsten Schwelle haben.

Es existieren auch andere Anordnungen zur Erfassung der Radauf standskraft mittels Dehnungsmeßstreifen, die jeweils paarweise an gegenüberliegenden Stellen des Schienensteges angeordnet sind und jeweils additiv verschaltet sind.

Die Erfindung sieht nun zur gleichzeitigen Bestimmung von Radaufstands kraft und Seitenkraft eine gezielt getrennte Auswertung der an den Flanken des Schienensteges jeweils gemessenen Teil-Radaufstandskräfte vor. Durch die getrennte Auswertung der Teil-Radaufstandskräfte in separaten Auswerteschaltungen, können durch eine nachgeschaltete Addier- und Subtrahierstufe sowohl die Seitenkräfte als auch die Radaufstandskräfte bestimmt werden.

Zur Eliminierung von niederfrequenten Störungen sind meist mehrere derartiger Meßstellen zur Ermittlung der dynamischen Radkräfte vorgesehen, so daß die an jeder Meßstelle ermittelten Werte für die Radaufstandskraft und die Seitenkraft beispielsweise gemäß DE 26 10 645 C3 oder DE 33 09 08 C2 weiterverarbeitet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Meßstelle zur Ermittlung von Seiten- und Radaufstandskraft,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine Warneinrichtung als Zusatz zu der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Hierbei geht das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von der Schubspannungsmeßmethode aus, wie sie oben anhand der Fig. 2 beschrie ben wurde; jedoch sind hier die Dehnungsmeßstreifen 1 bis 4 bzw. 1′ bis 4, je einer Seite des Schienensteges zu je einer Meßbrücke M und M′ verschaltet. Die Brückenspeisungen S und S′ erfolgen jeweils zwischen den DMS 1 und 3 bzw. 1′ und 3′ sowie zwischen DMS 2 und 4 bzw. 2′ und 4′. Die Brückenausgänge liegen in den dargestellten Schaltungen in der jeweils anderen Brückendiagonale, also zwischen den DMS 1 und 2 sowie 3 und 4 bzw. 1′ und 2′ sowie 3′ und 4′.

Auch hier liegen die DMS 1 und 2 bzw. 3 und 4 mit sich kreuzender Orientierung paarweise übereinander und in Höhe der neutralen Faser der Schiene, wobei die Paare DMS 1, 2 und DMS 3, 4 sich jeweils innerhalb eines Schwellenfaches im Abstand von 30 bis 40 cm befinden. Analoges gilt für die DMS 1′ bis 4′ auf der anderen Stegseite.

Die Brückenausgänge der Meßbrücken M und M′ sind mit je einer Auswerte schaltung A und A′ verbunden, welche im wesentlichen einen Meßverstärker beinhalten, über welche auch die Brückenspeisung erfolgt.

Wird nun eine auf den Schienenkopf einwirkende Kraft F in die beiden orthogonalen Kraftkomponenten Radaufstandskraft F_A, welche vertikal und damit in der Ebene des Schienensteges verläuft, und Seitenkraft F_S, welche horizontal und damit senkrecht zur Stegebene verläuft, zerlegt, so entspricht das Ausgangssignal der Auswerteschaltung A dem Wert 1/2·F_A+k·F_S und das Ausgangssignal von A′ dem Wert 1/2·F_A-k·F_S. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltungen A und A′ werden nun einer Addier- und Subtrahierstufe AS zugeführt, welche durch Summenbildung beider Signale die Radaufstandskraft F_A und durch Subtraktion die Seitenkraft F_S mit einem Skalierungsfaktor 2·k ergibt.

Wenn die Meßstrecke aus mehreren deartigen Meßstellen aufgebaut ist, so können nun die jeweils ermittelten lokalen Werte für die Radaufstands kraft und Seitenkraft einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden um z. B. aus diesen dynamischen Werten die entsprechenden statischen Werte zu errechnen, die Aufschluß über das Wagengewicht und evtl. Schiefla dungen ergeben.

Es kann auch eine Alarmschaltung gemäß Fig. 3 zur Anwendung kommen, bei der die Werte für die Radaufstandskraft F_A und Seitenkraft F_S zweier Schienen I und II des gleichen Gleisabschnittes in einem Rechner A mit vorgebbaren Grenzwerten für die maximal zulässige Seitenkraft (F_S)_max sowie fur den maximal zulassigen Anteil der Seitenkraft bezogen auf die Radaufstandskraft (F_S/F_A)_max verglichen werden und bei Überschreiten ein Alarmsignal S_A liefern. Sämtliche Alarmsignale eines die Meßstrecke überfahrenden Zuges können in einem Protokoll mit Zuordnung zu dem jeweils betroffenen Radsatz zusammengefaßt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der aus Radaufstand kraft und Seitenkraft bestehenden Kraftkomponenten eines auf eine Schiene wirkenden Schienenrades,
mit symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten des Schienensteges angeordneten Dehnungsmeßstreifen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß der oder die Dehnungsmeßstreifen (1 bis 4; 1′ bis 4′) jeder Seite des Schienensteges mit je einer Auswerteschaltung (A; A′) verbunden sind,
- daß die Ausgänge der Auswerteschaltungen (A; A′) mit einer Addier- und Subtrahierstufe (AS) verbunden sind und,
- daß die Addition der Ausgangssignale der Auswerteschaltungen (A; A′) die eine Kraftkomponente (F_A) und deren Subtraktion eine zu der anderen Kraftkomponente (F_S) proportionale Größe (2KE_S)ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dehnungsmeßstreifen (1 bis 4; 1′ bis 4′) auf jeder Seite des Schienensteges zu je einer Meßbrücke (M; M′) geschaltet und mit je einer Auswerteschaltung (A; A′) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je vier Dehnungsmeßstreifen (1 bis 4; 1′ bis 4′) auf jeder Seite des Schienensteges nach der Schubspannungsmeßmethode angeordnet und jeder Dehnungsmeßstreifen (1 bis 4; 1′ bis 4′) in je einem Zweig einer Brücke (M; M′) verschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Dehnungsmeßstreifen auf jeder Seite des Schienensteges angeordnet und senkrecht zur neutralen Faser der Schiene ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Addier- und Subtrahierstufen zweier, im gleichen Schwellenfach gelegener Meßstellen zweier Schienenabschnitte (I; II) mit einer Rechen- und Vergleichsschaltung (R) verbunden sind, in welcher die auf beide Schienen wirkenden Seitenkräfte (F_S(I); F_S(II)) sowie die jeweiligen Anteile (F_S/F_A(I); F_S/F_A(II)) der Seitenkräfte an der jeweiligen Radaufstandskraft mit entsprechend vorgegebenen Grenzwerten (F_S); (F_S/F_A)_max) verglichen werden und die bei überschreiten ein Alarmsignal (S_A) liefert.