DE4439342A1

DE4439342A1 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung unrunder Räder von Eisenbahnfahrzeugen

Info

Publication number: DE4439342A1
Application number: DE19944439342
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Seraphim; Joerg-Michael Reinecke; Kurt-Dieter Neidiger; Wolfgang Waechter; Michael Parmentier
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: DB Netz AG
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: DE4439342C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung unrunder Räder von Eisenbahnfahrzeugen mittels an Schienen eines Gleises befestigter Sensoren.

Mit den in den vergangenen Jahren stetig ansteigenden Zuggeschwindigkeiten haben sich die Probleme, die bei schnell fahrenden Zügen durch unrunde Räder verursacht werden, erheblich ausgeweitet. Jedes Rad eines Eisenbahnwagens übt eine Kraft auf die Schiene aus, die sogenannte Radaufstandskraft Q. Diese Radaufstandskraft Q besteht bei einem fahrenden Zug aus einem statischen Anteil Q_stat und einem dynamischen Anteil Q_dyn.

Q = Q_stat + Q_dyn

Der dynamische Anteil Q_dyn der Radaufstandskraft erhöht sich, wenn ein Rad unrund ist oder eine Flachstelle aufweist. Dieser erhöhte Anteil ist ein Maß für die Rundlaufabweichung RA eines Rades.

Um den Verlauf der Schwellenreaktionskraft R bestimmen zu können, wurden bisher die von einer Eisenbahnschwelle bei Überfahrt eines Zuges aufgenommene Kraft mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen am Schienenfuß gemessen. Die in diesen Messungen enthaltenen Längsbiegungen der Schienen lassen jedoch eine genaue Messung der Schwellenreaktionskraft nicht zu. Zur genauen Messung der Schwellenreaktionskraft darf nur die Querbiegung im Schienenfuß herangezogen werden.

Ein in Frankreich angewendetes Verfahren stützt sich auf die Aussage, daß die Querdehnzahl (Poissonzahl) 0,3 beträgt. Die unter einem Winkel von 61°17′ am Schienenfuß angebrachten Dehnungsmeßstreifen kompensieren dann den Einfluß der Längsbiegung. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß bei Schwankungen der Querdehnzahl Meßfehler auftreten. Außerdem ist es nicht möglich, einen später festgestellten Einfluß der Längsbiegung zu eliminieren.

Bei einem Meßverfahren der Fa. RAILTEC Automation Technology GmbH zur automatischen Erkennung von Radlasten, Flachstellen und Unwuchten bei Rädern von Eisenbahnfahrzeugen werden Dehnungsmeßstreifen, welche gasdicht in Metallgehäusen mit Montageflansch untergebracht sind, am Schienensteg beidseitig durch Anschweißen des Flansches angebracht. Diese Dehnungsmeßstreifen sind nach der Schubspannungsmethode zu Meßbrücken geschaltet. Es werden dabei Rohwerte ermittelt. Zu jedem Fahrzeugrad gehören spezifische Rohwerte, die mit geeigneter Schaltungstechnik und speziellen Algorithmen entsprechend der Aufgabenstellung entschlüsselt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben der aufwendigen Montage der Dehnungsmaßstreifen, daß die Messungen nur bis zu vorher festgelegten Zuggeschwindigkeiten durchgeführt werden können. Auch die maximal mögliche Achsenzahl muß jeweils vorher bestimmt werden. Bei der Ermittlung der Flachstellen kann es dazu kommen, daß bei bestimmten Raddurchmessern die Erfassung unvollständig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, unabhängig von der Zuggeschwindigkeit oder der Achsenzahl bei geringem Aufwand möglichst genau unrunde Räder von Eisenbahnfahrzeugen zu ermitteln.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Schaltungsanordnung mittels an Schienen eines Gleises befestigter Sensoren die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen im kontinuierlichen Messen der Radaufstandkraft Q zum Erkennen unrunder Räder. Zusätzlich ist es möglich, Radlastüberschreitungen und unsymmetrische Belastungen zu orten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Gleislage über einen längeren Zeitraum genau beobachtet werden kann. Ferner ist es möglich, konstruktive Änderungen des Oberbaues zu bewerten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird mit den Merkmalen des Anspruches 2 erreicht. Durch den Einsatz der dort genannten Bauteile stehen die gewünschten Daten schnell und komplett für weitere Verarbeitung zur Verfügung.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 wird die Schaltungsanordnung so vorteilhaft ausgestaltet, daß es zusätzlich möglich ist, auch bei Rädern mit unterschiedlichen Raddurchmessern und bei unterschiedlichen Radsatzabständen eine Aussage über jedes einzelne Rad zu bekommen.

Die Vorteile, die mit den Merkmalen des Anspruches 4 erzielt werden, liegen insbesondere in der Minimierung der durch Längsbiegung der Schiene verursachten Fehlmessung.

Um den Meßbereich eindeutig zu definieren, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zur Eingrenzung Schubkraftmeßstellen nach Anspruch 5 vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Kalibrierung der Schubkraftmeßstellen wird mit den Merkmalen des Anspruches 6 erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die durch ein Rad eingeleiteten Kräfte an einer Schiene,

Fig. 2 die schematische Anordnung der Meßstellenpunkte in einem Meßbereich,

Fig. 3 die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen bei einer Schwellenreaktionskraftmeßstelle R,

Fig. 4 den Anschluß der Meßstellen an die Rechner- und Auswerte schaltung und

Fig. 5 das Prinzip der Kalibrierung der Schubkraftmeßstelle.

Beim Durchrollen eines Rades über den Meßbereich treten die in Fig. 1 schematisch durch Pfeile dargestellten Kräfte Q, T und R an der Schiene S auf. Die Radaufstandskraft Q sowie die Schubkräfte T 1 und T 2 und die Schwellenreaktionskräfte R 1, R 2, R 3 und R 4 bilden dabei ein Gleichgewicht:

Q = T 1-T 2 + R 1 + R 2 + R 3 + R 4.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Meßbereich erstreckt sich auf einen Gleisabschnitt mit vier Schwellen I bis IV. An jeder der beiden Schienen S 1 und S 2 sind die Meßstellen. R 1.1, R 2.1, R 3.1 und R 4.1 bzw. R 2.1, R 2.2, R 3.2 und R 4.2 angeordnet. Anfang und Ende des Meßbereiches werden durch die Meßstellen T 1.1 und T 1.2 bzw. T 2.1 und T 2.2 bestimmt.

Die Anordnung der zu jeder R-Meßstelle gehörenden Dehnungsmeßstreifen ist in Fig. 3 anhand der Meßstelle R 1.1 schematisch dargestellt. Von den acht Dehnungsmeßstreifen sind vier Dehnungsmeßstreifen R 1.1 l in Längsrichtung zur Schiene S 1 und vier Dehnungsmeßstreifen R 1.1 q quer zur Schiene S 1 angeordnet. Je ein längsangeordneter Dehnungsmeßstreifen R 1.1 l und ein quer angeordneter Dehnungsmeßstreifen R 1.1 q bilden dabei ein Kreuz unter 90°.

Die von den in Wheatstone′schen Brücken zusammengeschalteten Dehnungsmeßstreifen ausgehenden Meßsignale werden in einer speziellen Schaltung, die in Fig. 4 als Prinzipbild dargestellt ist, kombiniert. Über Vorverstärker VV werden die Meßsignale Differenzverstärkern DV zugeführt. Diese haben insbesondere die Aufgabe, beim Kalibrieren den Einfluß der Längsbiegung der Schienen auszuschalten. Dazu wird die jeweilige Schiene gelöst und angehoben. Die Vorverstärker VV werden dann so eingestellt, daß die Längsbiegung keinen Einfluß auf die Messungen hat. Die nun die der Querbiegung entsprechenden Werte werden über Tiefpaßfilter TPF und einen A/D- Wandler AD einem Rechner RR zugeführt und in einem Datenspeicher SP abgelegt.

Über einen besonderen Schienenkontakt E 1 wird die Meßschaltung aktiviert. Ein weiterer Schienenkontakt E 2 dient in Verbindung mit dem Schienenkontakt E 1 zur Geschwindigkeitsmessung.

Zur Kalibrierung der vier Schubkraftmeßstellen T in der neutralen Faser NF der Schienen S ist eine besondere Vorrichtung erforderlich, deren grundsätzlicher Aufbau in Fig. 5 dargestellt ist. Sie besteht aus einer bügelartigen Vorrichtung B mit zwei Schenkeln B 1 und B 2 und einer Druckvorrichtung D. Auf jedem der beiden Schenkel B 1 und B 2 befinden sich zwei im rechten Winkel zu einander stehende Dehnungsmeßstreifen DMS 1.1 und DMS 1.2 bzw. DMS 2.1 und DMS 2.2 Zur Kalibrierung der Meßstellen T, die jeweils aus zwei im Winkel von 45° zur neutralen Faser stehenden Dehnungsmeßstreifen bestehen, wobei die beiden Dehnungsmeßstreifen rechtwinklig zueinander stehen, wird die Vorrichtung B auf die Schiene S gesetzt und durch zwei Bolzen Bo am Ende der Bügel unterhalb der Schiene S gesichert. Anschließend wird über die Druckvorrichtung D ein definierter Druck auf die Schiene S ausgeübt. Über eine Wheatstone′sche Brückenschaltung erfolgt dann die Abstimmung der Meßstelle T und der Dehnungsmeßstreifen DMS 1.1 und DMS 1.2 bzw. DMS 2.1 und DMS 2.2.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung unrunder Räder von Eisenbahnfahrzeugen mit Hilfe von an Schienen eines Gleises befestigter Sensoren, wie z. B. Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Schiene (S1, S2) innerhalb eines bestimmten Gleisabschnittes im Bereich einer jeden Schwelle (I bis IV) auf jeder Seite Sensoren ( R 1.1, R 1.2, . . . R 4.1, R 4.2) zur Messung von Schwellenreaktionskräften (R 1 bis R 4) am Schienenfuß und am Anfang und am Ende des Gleisabschnittes Sensoren (T 1.1, T 1.2, T 2.1, T 2.2) zur Messung von Schubkräften (T 1, T 2) befestigt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Sensoren (R 1.1, R 1.2 . . . R 4.1, R 4.2) ausgehende Meßsignale über Verstärkerbausteine (VV, DV), Filter (TFP) und einen A/D-Wandler (AD) einem Rechner (RR) mit Datenspeicher (SP) zur gewichteten Addition zugeführt werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Radaufstandskraft (Q) bei unterschiedlichen Raddurchmessern und Radsatzabständen zusätzliche Sensoren zur Schubkraftmessung an den Schienen angeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schwellenreaktionskraftmessung mindestens acht Dehnungsmeßstreifen (R 1.1 l, R 1.2 q) pro Schwelle (I) an den Schienenfüßen angeordnet sind, wobei immer zwei Dehnungsmeßstreifen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schubkraftmessung je Meßstelle (T 1.1, T 1.2, T 2.1, T 2.2) zwei Dehnungsmeßstreifen in einem Winkel von 90° zueinander und in einem Winkel von 45° zur neutralen Faser (NF) der Schiene (S) auf beiden Seiten der Schiene (S) angeordnet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung der Meßstellen (T 1.1, T 1.2, T 2.1, T 2.2) in den neutralen Fasern (NF) der Schienen (S) eine bügelartige Vorrichtung (B) mit zwei Schenkeln (B 1, B 2) an denen je zwei Dehnungsmeßstreifen (DMS 1.1, DMS 1,2, DMS 2.1, DMS 2.2) befestigt sind, verwendet wird.