EP0344145A1 - Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen - Google Patents

Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen Download PDF

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EP0344145A1
EP0344145A1 EP89890151A EP89890151A EP0344145A1 EP 0344145 A1 EP0344145 A1 EP 0344145A1 EP 89890151 A EP89890151 A EP 89890151A EP 89890151 A EP89890151 A EP 89890151A EP 0344145 A1 EP0344145 A1 EP 0344145A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensors
rail
tongue
monitoring
Prior art date
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Granted
Application number
EP89890151A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0344145B1 (de
Inventor
Franz Dipl.-Ing. Rotter
Wolfgang Dipl.-Ing. Nayer
Erich Sattler
Heribert Quantschnigg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Railway Systems GmbH
Original Assignee
Voestalpine VAE GmbH
Voest Alpine Maschinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from AT139588A external-priority patent/AT396843B/de
Application filed by Voestalpine VAE GmbH, Voest Alpine Maschinenbau GmbH filed Critical Voestalpine VAE GmbH
Publication of EP0344145A1 publication Critical patent/EP0344145A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0344145B1 publication Critical patent/EP0344145B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/06—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by deformation of rail; actuated by vibration in rail

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the state of rail switches or crossings with sensors for monitoring the end position of tongue rails, in particular for diagnosing wear and for determining maintenance intervals.
  • Monitoring devices for the spatial position of swiveling rails can be found, for example, in AT-PS 358 625.
  • the known monitoring devices which were used in connection with rail switches and crossings, were limited to reporting back the end positions of the pivotable rails, so that the track can be released after the correct end position of the pivotable rails has been reported.
  • Such devices were primarily used in remote control devices or signal boxes or local control devices and from EP-A-153 900 it has already become known to include the monitoring of the point machine in the end position monitoring.
  • Premature wear of switch parts can only be insufficiently detected with such devices and it is in particular not possible to use the known devices to create a diagnostic system which can record operational data of a switch at a distance from the actual switch drive or the tongue rail ends and in particular the premature wear.
  • the invention now aims to provide a device of the type mentioned at the outset, with which it is additionally possible to record data for the condition of the switch, in particular the wear of the switch.
  • the device according to the invention essentially consists in the fact that in the area of the theoretical centerpiece tip a sensor for detecting deviations of the wheel is arranged in the lateral direction and / or in the height direction.
  • a sensor for detecting deviations of the wheel arch in the lateral and / or in the vertical direction is provided in the area of the theoretical centerpiece tip, it is now possible to detect impermissible wear or changes in the guide distance, which can lead to premature wear of the tailpiece .
  • an embodiment according to the invention is therefore made such that the sensor is designed as a switch, the actuating member of which is pivotably mounted about an intersecting axis which is essentially normal to the rail surface plane or essentially parallel to the rail surface plane and runs in the direction of the bisector of the centerpiece is.
  • Such a simple switch can be actuated by pivoting the actuating member about its respective pivot axis and can be designed to be correspondingly robust, and can be largely kept free of interference from electromagnetic fields.
  • the actuator of the switch can be conical and can flare from the top edge downwards and from the front end to the frog tip. As long as there is no excessive wear, such an actuator for the switch is not touched by either the wheel flange or the tread of the wheels and the switch is therefore not operated until such a collision of the wheel flange or the tread occurs with the actuator.
  • a displaceability of the actuating member in the vertical direction can be permitted, and the design can advantageously be such that a further pressure sensor for detecting vertical forces is connected to the mounting of the actuating member .
  • the design is preferably such that the sensor is formed by two spring leaves connected to one another at an acute angle, on the side surfaces of which strain gauges are fixed and the free ends of which are attached to a base plate, in particular on a threshold.
  • the structure can be further simplified and the effort for evaluating the sensor signals can be reduced.
  • the extent of such deviations can be detected in order to define the permissible limit values for the deviation independently of the configuration of the sensor only via the evaluation circuit.
  • the design is preferably such that the free ends of the spring leaves are angled outwards and that the strain gauges are arranged on the side surfaces in the area of these bends.
  • the arrangement of the strain gauges in the area of the bends of the side surface leads to relatively large measurement signals even with only a slight deflection in the tip area of the sensor, so that a high detection and measurement accuracy is given.
  • the design is preferably such that the strain gauges are arranged on the mutually facing inner surfaces of the spring leaves.
  • the spring leaves themselves can be designed in such a way that their outer sides are not aligned with the side flanks of the frog, but rather are offset inwards, and in such cases, in order to obtain exact measured values, the design must be such that the An appropriate probe with the required width is connected to the connection point of the spring leaves.
  • the Training can be advantageously made so that the sensor has a particularly spherical head in the area of the connection of the spring leaves to one another.
  • the design is advantageously made such that the acute angle enclosed by the spring leaves or the angle between the flanks of the pivotable sensor essentially corresponds to the flank angle of the frog tip.
  • the design can advantageously be developed in such a way that the space formed between the spring leaves is filled with a permanently elastic mass, in particular synthetic resin or foam.
  • the range of the theoretical frog tip basically extends from the actual or effective frog tip to beyond the mathematical frog tip, since such a range is not exactly limited.
  • a sensor is preferably arranged between the mathematical or theoretical frog tip and the effective frog tip, with such an arrangement creating the possibility of realizing effective protection against impermissible deformation of the sensor.
  • the training is advantageously made such that a rigid protective device is arranged in the direction of the theoretical centerpiece tip. In order to be able to withstand the loads, this rigid protective device must naturally end just before the mathematical or theoretical centerpiece tip and it must be ensured in any case that the groove width required for the passage of the flange is guaranteed.
  • the senor is designed in a contactless manner, in particular as an IR sensor.
  • a contactlessly working sensor in particular an IR sensor, it is possible in a simple manner to determine the distance both in the vertical and in the horizontal direction between the sensor and the wheel, which means that the wear is less than certain limits for the distance the rails in the centerpiece area can be closed.
  • a complete picture of the functional state of the switch can be obtained by additional sensors, some of which are known per se.
  • additional sensors With such additional sensors, conventional inductive or capacitive proximity switches can be used, since this additional information only has to be measured in the static state, but not while the switch is being driven on.
  • sensors known per se are additionally provided at a distance from the end of the tongue rail for monitoring the minimum distance of the stock rail from the tongue rail.
  • Such additional sensors which are arranged at a distance from the end of the tongue rail, provide information about the narrowest passage, which until now has only been checked at random or has been checked visually.
  • the design is such that a device recording the current consumption, in particular an ammeter, is connected to the power supply of the point machine whose measured values are monitored over the time of the actuating process and are displayed in a display device.
  • a continuous monitoring of the current consumption of the point machine during the actuation process indicates inadmissible signs of wear or insufficient lubrication at an early stage. If, for example, the current consumption drops atypically, this can mean a broken tongue or broken rod, and if the current consumption increases atypically, it can be concluded that there is no lubrication, icing or mechanical damage.
  • a complete picture of the operating status of a switch can only be achieved if the screwing of the cardiac tip to the wing splints is monitored when using this type of heart.
  • the design is advantageously created in such a way that additional sensors for monitoring the fixing of the heart screws, in particular between the screw head and the washer or on the screw head, are arranged and are connected to a measured value circuit via measuring lines.
  • the sensors known per se for monitoring the end position of the tongue rails can advantageously be designed and used in the context of a device for carrying out a switch diagnosis method in such a way that the sensors for monitoring the end position of the tongue rails in a manner known per se as contactless sensors, in particular as inductive sensors or IR sensors, are formed and that both the signal for the installation of the tongue rail on a The stock rail and the signal indicating a distance from the system position are fed to an evaluation circuit. Because both the signal for the contact of the tongue rails on a stock rail and the signal indicating a distance from the system position are evaluated, wear on the tongue system or the insertion of a foreign body can also be diagnosed in this area by evaluating the distance indicator .
  • the design is such that by arranging mechanical sensors for monitoring the tongue rail system over the entire length, by evaluating the distance from the contact position, conclusions can be drawn about the state of wear or the penetration of foreign bodies between the stock rail and the tongue rail, so that a wide area of the tongue rail whose condition can be monitored and the detection of the wear thereof is not limited to the tip area.
  • a switch 1 is indicated in FIG. 1, the tongue rails 2 of which are drawn in a position releasing the straight track 3.
  • the conventional point machine and the known safety devices are used. Sensors for the tongue position and the smallest passage at a distance from the tongue rail end can be provided in this area.
  • the associated signal line is schematically designated 4 and connected to an evaluation circuit 5.
  • the changeover force of the turnout drive and in particular the current consumption of the turnout drive can likewise be detected via the evaluation circuit 5, the associated control lines being designated by 6.
  • a point heater is indicated schematically with a signal line 7.
  • the sensors used in this area are all of a conventional nature and are described in detail in the literature, so that a detailed description can be omitted here.
  • the guidance distance, the wheel handlebar groove or the height wear can be detected via signal lines 9, as will be described in detail below.
  • Measured values for the correct screwing of the heart to the evaluation circuit 5 can be sent via a signal line 10 be directed.
  • the signals of the evaluation circuit 5 can be processed in a master computer 11 and, if necessary, displayed or recorded on a display device 12.
  • the sensor arrangement provided in the area of the frog 8 is shown in more detail in FIG.
  • the area of the frog is shown enlarged in FIG. 2, an area of the outer running rail being indicated with a wheel control arm 13 even in a representation that is not to scale.
  • a knee splint 15 lies adjacent to the frog 8, with a catch opening 14 initially being provided between the frog and the splint, which tapers to the inlet opening a.
  • the groove width between the tip of the heart and the knee brace is designated by b.
  • the effective heart tip 16 is at a distance from the theoretical mathematical heart tip 17, which represents the intersection of the imaginary extensions of the flanks of the heart tip.
  • a sensor 18 is now arranged between the effective tip 16 of the heart and the mathematical tip 17, which provides information about impermissible wear.
  • a protective device 30 is arranged directly adjacent to the sensor 18 in the direction of the mathematical or theoretical cardiac tip 17.
  • a first embodiment of the sensor 18 has, as shown in FIGS. 3 and 4, an actuating member 20 which can be pivoted about an axis 19.
  • the pivot axis 19 is parallel to the bisector 21 of the frog 8, as shown in Fig.2.
  • the carrier part 22, on which the actuating member 20 is pivotally articulated, carries a receiving opening 23 for a switch which is actuated by pivoting the actuating member 20.
  • the carrier 22 can be displaced in a substantially vertical direction in the sense of the double arrow 24 in order to avoid deviations in the vertical direction and in particular a collision of the wheel Tread the tread securely with the switch.
  • the carrier 22 is spring-loaded via a spring 25 and a further pressure sensor 26 is provided below the carrier, which responds to the upper edge 27 of the actuating member when the wheel tread strikes.
  • Excessive wear or an intolerable drop below the guide distance 29, which is defined by the distance between the wheel control arm 13 and the centerpiece 8, is also signaled when the wheel flange of a wheel comes into collision with the side flanks 28 of the actuating member 20, because in this If the actuator is deflected about the axis 19, whereby the switch in the receiving opening 23 is actuated.
  • a protective device is not shown.
  • a modified embodiment of the sensor 18, which is shown enlarged in a view in FIG. 5, is formed by two spring leaves 31 enclosing an acute angle ⁇ , on the inner side surfaces of which strain gauges 32 are arranged.
  • the free ends of the spring leaves 31 are angled outwards and the strain gauges are located in the area of the bends, the free ends 33 of the spring leaves being fixed on a base plate 34, for example via screw connections 35.
  • the acute angle enclosed by the spring leaves 31 essentially corresponds to the flank angle of the frog tip, the flanks of the frog being indicated schematically in FIG. 3 by the dashed lines 36.
  • the protective device 30 lying adjacent to the sensor 18 in the direction of the mathematical tip of the heart has a similar outline. 5 also shows the spherical head 37 provided in the area of the connection of the spring leaves 31.
  • 5 and 6 show the common setting of the sensor 18, which of the two spring leaves with those arranged thereon Strain gauge is formed, shown in more detail on the common base plate 34.
  • the free ends of the spring leaves 31 are fixed in bores 38 of the base plate 34, while the protective device 30 is welded to the base plate 34.
  • the free space formed between the spring leaves 31 is filled with a permanently elastic mass, in particular synthetic resin or foam.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen mit Sensoren zur Überwachung der Endlage von Zungenschienen (2), weist im Bereich der theoretischen Herzstückspitze (17) eines Herzstückes (8) einen Sensor (18) auf, welcher bei mechanischer Kollision mit dem Spurkranz oder der Radlauffläche ein Signal ergibt, welches auf vorzeitigen Verschleiß im Bereich des Herstückes schließen läßt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen mit Sensoren zur Überwachung der Endlage von Zungenschienen, insbesondere zur Diagnose des Verschleißes und zur Festlegung von Wartungsintervallen.
  • Überwachungseinrichtungen für die räumliche Lage von schwenk­baren Schienen sind beispielsweise der AT-PS 358 625 zu entnehmen. Die bekannten Überwachungseinrichtungen, welche im Zusammenhang mit Schienenweichen und Kreuzungen Verwendung fanden, beschränkten sich darauf die Endlagen schwenkbarer Schienen rückzumelden, so daß nach Meldung der korrekten Endlage der schwenkbaren Schienen das Gleis freigegeben werden kann. Derartige Einrichtungen wurden in erster Linie in Fernstelleinrichtungen bzw. Stellwerken oder Ortsstell­einrichtungen eingesetzt und aus der EP-A-153 900 ist es bereits bekanntgeworden, in die Endlagenüberwachung auch die Überwachung des Weichenantriebes miteinzubeziehen. Vorzei­tiger Verschleiß von Weichenteilen kann mit derartigen Einrichtungen nur ungenügend erkannt werden und es ist insbesondere nicht möglich mit den bekannten Einrichtungen ein Diagnosesystem zu erstellen, welches betriebswichtige Daten einer Weiche in Abstand vom eigentlichen Weichenantrieb bzw. den Zungenschienenenden und insbesondere den vorzeitigen Verschleiß erfassen kann.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es zusätzlich möglich wird, Daten für den Zustand der Weiche, insbesondere den Verschleiß der Weiche, zu erfassen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesent­lichen darin, daß im Bereich der theoretischen Herzstück­spitze ein Sensor zur Erfassung von Abweichungen des Rad­ laufes in seitlicher Richtung und/oder in Höhenrichtung angeordnet ist. Dadurch, daß im Bereich der theoretischen Herzstückspitze ein Sensor zur Erfassung von Abweichungen des Radlaufes in seitlicher und/oder in Höhenrichtung vorgesehen ist, wird es nun ermöglicht, unzulässigen Verschleiß bzw. Veränderungen der Leitweite zu erfassen, welche zu einer vorzeitigen Abnützung des Herstückes führen können. Während die bekannten Sensoren zum Erfassen der Endlage der Zungen­schienen in konventioneller Weise als induktive Näherungs­schalter ausgebildet sein können, da die einmal erfolgte Meldung über das Erreichen der Endlage für die Freigabe des Gleises ausreicht und nicht während des Befahrens der Weiche überprüft werden muß, muß ein derartiger im Bereich der theoretischen Herzstückspitze angeordneter Sensor in einer Weise ausgebildet werden, daß er zuverlässige Signale auch dann ergibt, wenn die Weiche gerade befahren wird. In beson­ders einfacher Weise ist daher eine erfindungsgemäße Ausbil­dung so getroffen, daß der Sensor als Schalter ausgebildet ist, dessen Betätigungsglied um eine zur Schienenoberflächen­ebene im wesentlichen normale oder eine zur Schienen­oberflächenebene im wesentlichen parallele und in Richtung der Winkel-Halbierenden des Herzstückes verlaufende kreuzende Achse schwenkbar gelagert ist. Ein derartiger einfacher Schalter kann durch Verschwenken des Betätigungsgliedes um seine jeweilige Schwenkachse betätigt werden und entsprechend robust ausgebildet werden, sowie von Störeinflüssen durch elektromagnetische Felder weitgehend freigehalten werden.
  • In besonders einfacher Weise kann das Betätigungsglied des Schalters konisch ausgebildet sein und sich von der Oberkante nach unten und vom Vorderende zur Herzstückspitze konisch erweitern. Solange kein übermäßiger Verschleiß auftritt, wird ein derartiges Betätigungsglied für den Schalter weder vom Spurkranz der Räder noch von den Laufflächen der Räder berührt und es wird daher der Schalter solange nicht be­tätigt, solange keine derartige Kollision des Spurkranzes bzw. der Lauffläche mit dem Betätigungsglied auftritt. Um Abweichungen in Höhenrichtung sicher zu erfassen, kann zusätzlich zu der Schwenkbarkeit des Betätigungsgliedes eine Verschiebbarkeit des Betätigungsgliedes in vertikaler Richtung zugelassen werden und es kann mit Vorteil die Ausbildung so getroffen sein, daß mit der Lagerung des Betätigungsgliedes ein weiterer Drucksensor zur Erfassung von Vertikalkräften verbunden ist.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform für einen im Bereich der theoretischen Herzstückspitze angeordneten Sensor ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß der Sensor von zwei miteinander unter Einschluß eines spitzen Winkels verbundenen Federblättern gebildet ist, an deren Seitenflächen Dehnungs­meßstreifen festgelegt sind und deren freien Enden an einer Basisplatte, insbesondere an einer Schwelle, festgelegt sind. Dadurch, daß der Sensor zwei unter Einschluß eines spitzen Winkels miteinander verbundene Federblätter aufweist, an deren Seitenflächen Dehnungsmeßstreifen festgelegt sind, kann sowohl die Richtung als auch das Ausmaß einer Abweichung des Radlaufes kontinuierlich erfaßt werden. Im besonderen kann eindeutig festgestellt werden, in welche Richtung der Sensor belastet wird, da in diesem Fall bei Anordnung von Dehnungs­meßstreifen an den Seitenflächen der Federblätter einer der Dehnungsmeßstreifen auf Zug und der andere auf Druck belastet wird. Wenn umgekehrt beide Dehnungsmeßstreifen gleichsinnig beaufschlagt sind, läßt sich daraus eine Abweichung des Radlaufes in Höhenrichtung ableiten. Bei einer theoretisch möglichen, exakt vertikalen Belastung der Federblätter ist kein Signal vom Sensor zu bekommen, da es zu einer gleich­sinnigen Änderung des Widerstandes der Dehnungsmeßstreifen kommt. Es muß immer zumindest eine horizontale Komponente der Belastung vorhanden sein, wobei dies durch die Schräge der Lauffläche der Räder der Schienenfahrzeuge gewährleistet ist, so daß auch Abweichungen in Höhenrichtung sicher feststellbar sind.
  • Mit einer derartigen Ausbildung des Sensors kann der Aufbau weiter vereinfacht werden und der Aufwand für die Auswertung der Sensorsignale verringert werden. Vor allen Dingen wird ermöglicht, mit einer möglichst geringen Anzahl von Sensoren möglichst vollständige Informationen über den Verschleiß­zustand zu erhalten und somit gleichzeitig Aussagen über unzulässige Abweichungen des Radlaufes in Seiten- und in Höhenrichtung zu machen. Weiters können derartige Abweichun­gen in ihrem Ausmaß erfaßt werden, um auf diese Weise die jeweils zulässigen Grenzwerte für die Abweichung unabhängig von der Ausgestaltung des Sensors lediglich über die Aus­werteschaltung zu definieren.
  • Um nun mit möglichst einfachen Dehnungsmeßstreifen auch bei geringen Verformungen hohe Ausgangssignale zu erhalten, ist mit Vorzug dabei die Ausbildung so getroffen, daß die freien Enden der Federblätter nach außen abgewinkelt sind und daß die Dehnungsmeßstreifen im Bereich dieser Abwinkelungen an den Seitenflächen angeordnet sind. Die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen im Bereich der Abwinkelungen der Seiten­fläche führt hiebei auch bei nur geringfügiger Verbiegung im Spitzenbereich des Sensors zu relativ großen Meßsignalen, so daß eine hohe Erfassungs- und Meßgenauigkeit gegeben ist. Zum Schutz der Dehnungsmeßstreifen gegen Witterungseinflüsse und unbeabsichtigte Beschädigung ist die Ausbildung hiebei bevorzugt so getroffen, daß die Dehnungsmeßstreifen an den einander zugewandten Innenflächen der Federblätter angeordnet sind.
  • Prinzipiell können die Federblätter selbst in einer Weise ausgebildet sein, daß ihre Außenseiten nicht mit den Seiten­flanken des Herzstückes fluchten, sondern vielmehr nach innen versetzt sind, wobei in solchen Fällen, um exakte Meßwerte zu erhalten, die Ausbildung so getroffen sein muß, daß an der Verbindungsstelle der Federblätter ein entsprechender Tast­kopf mit der geforderten Breite angeschlossen ist. Die Ausbildung kann hiebei mit Vorteil so getroffen sein, daß der Sensor im Bereich der Verbindung der Federblätter miteinander einen, insbesondere balligen Kopf aufweist.
  • Um die Gefahr einer Beschädigung des Sensors weiter herab­zusetzen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß der von den Federblättern eingeschlossene spitze Winkel bzw. der Winkel zwischen den Flanken des schwenkbaren Sensors dem Flankenwinkel der Herzstückspitze im wesentlichen entspricht.
  • Zum weiteren Schutz des Sensors und insbesondere der elek­trischen Anschlüsse an die Dehnungsmeßstreifen kann die Ausbildung mit Vorteil so weitergebildet sein, daß der zwischen den Federblättern ausgebildete Freiraum mit einer dauerelastischen Masse, insbesondere Kunstharz oder Schaum, verfüllt ist.
  • Der Bereich der theoretischen Herzstückspitze erstreckt sich prinzipiell von der tatsächlichen bzw. effektiven Herzstück­spitze bis über die mathematische Herzstückspitze hinaus, da ein derartiger Bereich nicht exakt begrenzt ist. Erfindungs­gemäß wird nun bevorzugt ein derartiger Sensor zwischen der mathematischen bzw. theoretischen Herzstückspitze und der effektiven Herzspitze angeordnet, wobei bei einer derartigen Anordnung die Möglichkeit geschaffen wird, einen wirksamen Schutz gegen unzulässige Deformation des Sensors zu verwirk­lichen. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß in Richtung zur theoretischen Herzstückspitze eine starre Schutzeinrichtung angeordnet ist. Auch diese starre Schutzeinrichtung muß, um den Belastungen Stand halten zu können, naturgemäß knapp vor der mathematischen bzw. theoretischen Herzstückspitze enden und es muß in jedem Falle sichergestellt werden, daß die erforderliche Rillenweite für den Durchtritt des Spurkranzes gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor berührungslos, insbesondere als IR-Sensor ausgebildet. Durch Verwendung eines derartigen berührungslos arbeitenden Sensors, insbesondere eines IR-Sensors, wird es in einfacher Weise möglich, den Abstand sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zwischen dem Sensor und dem Rad fest­zustellen, woraus bei Unterschreiten gewisser Grenzwerte für den Abstand auf einen Verschleiß der Schienen im Herzstück­bereich geschlossen werden kann.
  • Prinzipiell wäre zur Feststellung des Abstandes auch der Einsatz von berührungslos arbeitenden Induktionsgebern denkbar, wobei auf Grund der durch Elektrolokomotiven ver­ursachten elektromagnetischen Streufelder ein hoher Auswerte­aufwand für die sichere Trennung eines Signales von Stör­effekten vorgenommen werden müßte.
  • Ein vollständiges Bild vom Funktionszustand der Weiche kann durch zusätzliche, teilweise an sich bekannte Sensoren erzielt werden. Bei derartigen zusätzlichen Sensoren, können konventionelle induktive oder kapazitive Näherungsschalter eingesetzt werden, da diese zusätzlichen Informationen lediglich im statischen Zustand, nicht aber während des Befahrens der Weiche gemessen werden müssen. Um frühzeitig einen Verschleiß erkennen zu können, ist es hiebei besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich in Abstand vom Zungenschienen­ende an sich bekannte Sensoren zur Überwachung des Mindest­abstandes der Backenschiene von der Zungenschiene vorgesehen sind. Derartige zusätzliche, in Abstand vom Zungenschienenende angeordnete Sensoren, ergeben Informationen über den engsten Durchgang, welcher bisher lediglich stichprobenweise kontrolliert wurde bzw. visuell überprüft wurde.
  • Neben der bekannten Überwachung der Zungenschienenendlagen durch Sensoren an einem Kontrollgestänge oder durch eine Anlageprüfung, bei welcher die Anlage der Zungenschiene als Endstellungssignal ausgewertet wird, ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Einrichtung, mit welcher eine Diagnose des Funktionszustandes ermöglicht werden soll, besonders vorteil­haft, wenn die Ausbildung so getroffen ist, daß mit der Stromversorgung des Weichenantriebes eine die Stromaufnahme registrierende Einrichtung, insbesondere ein Amperemeter, verbunden ist, deren Meßwerte über die Zeit des Stell­vorganges überwacht werden und in einer Anzeigevorrichtung angezeigt sind. Eine derartige kontinuierliche Überwachung der Stromaufnahme des Weichenantriebes während des Stell­vorganges läßt frühzeitig auf unzulässige Verschleiß­erscheinungen bzw. mangelnde Schmierung schließen. Wenn beispielsweise die Stromaufnahme atypisch absinkt, kann dies einen Zungenbruch oder Gestängebruch bedeuten und wenn die Stromaufnahme atypisch ansteigt, kann auf fehlende Schmierung, Vereisung oder mechanische Beschädigung ge­schlossen werden.
  • Ein vollständiges Bild des Betriebszustandes einer Weiche läßt sich nur dann erzielen, wenn auch die Verschraubung der Herzspitze mit den Flügelschienen beim Einsatz dieser Herz­type überwacht wird. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil die Ausbildung so geschaffen, daß zusätzliche Sensoren für die Überwachung der Festlegung der Herzstückschrauben, insbe­sondere zwischen Schraubenkopf und Beilagscheibe oder am Schraubenkopf angeordnet sind und über Meßleitungen mit einer Meßwertschaltung verbunden sind.
  • Die an sich bekannten Sensoren zur Überwachung der Endlage der Zungenschienen können im Rahmen einer Einrichtung zur Durchführung eines Weichendiagnoseverfahrens mit Vorteil so ausgebildet und eingesetzt werden, daß die Sensoren zur Überwachung der Endlage der Zungenschienen in an sich be­kannter Weise als berührungslose Sensoren, insbesondere als induktive Sensoren oder IR-Sensoren, ausgebildet sind und daß sowohl das Signal für die Anlage der Zungenschiene an einer Backenschiene als auch das einen Abstand von der Anlage­stellung anzeigende Signal einer Auswerteschaltung zugeführt sind. Dadurch, daß sowohl das Signal für die Anlage der Zungenschienen an einer Backenschiene als auch das einen Abstand von der Anlagestellung anzeigende Signal ausgewertet werden, läßt sich auch in diesem Bereich durch die Auswertung der Abstandsanzeige ein Verschleiß an der Zungenanlage bzw. die Einlage eines Fremdkörpers diagnostizieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausbildung so getroffen, daß durch Anordnung mechanischer Sensoren zur Überwachung der Zungenschienenanlage über die gesamte Länge durch Auswertung des Abstandes von der Anlegestellung Rück­schlüsse auf den Verschleißzustand bzw. das Eindringen von Fremdkörpern zwischen Backenschiene und Zungenschiene möglich ist, wodurch über einen weiten Bereich der Zungenschiene deren Zustand überwacht werden kann und die Erfassung des Verschleißes derselben nicht nur auf den Spitzenbereich beschränkt ist.
  • Eine weitere Überprüfungsmöglichkeit ergibt sich bei einer bevorzugten Ausbildung dadurch, daß durch Anordnung eines berührungslosen bzw. mechanischen Sensors im Bereich des engsten Durchganges zwischen Backenschiene und Zungenschiene eine Unterschreitung des Grenzwertes für den Abstand im laufenden Betrieb erkannt wird und durch rechtzeitiges Einleiten von Maßnahmen eine Beschädigung der Komponenten verhindert werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­läutert. In dieser zeigen:
    • Fig.1 eine schematische Gesamt­anordnung einer erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung;
    • Fig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Weichenherzstückes in dessen Spitzenbereich ein erfindungsgemäßer Schalter ange­ordnet ist;
    • Fig.3 einen Schnitt in Richtung der Winkel-­ -Halbierenden des Herzstückes durch eine erste Ausführungs­form eines erfindungsgemäßen Sensors bei abgenommenem Betätigungsglied;
    • Fig.4 eine Ansicht in Schienenlängsrichtung auf den Schalter nach Fig.3 mit dem Betätigungsglied im Bereich der Herzspitze;
    • Fig.5 in vergrößerter Darstellung eine Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des erfin­dungsgemäßen Sensors, und
    • Fig.6 eine Seitenansicht auf den Sensor gemäß Fig.5 in Richtung des Pfeiles VI mit einer unmittelbar benachbart angeordneten Schutzeinrichtung.
  • In Fig.1 ist eine Weiche 1 angedeutet, deren Zungenschienen 2 in einer das geradlinig weiterverlaufende Geleise 3 frei­gebenden Lage gezeichnet sind. Im Bereich der Zungenschienen­enden greift der konventionelle Weichenantrieb sowie die bekannten Sicherungseinrichtungen an. In diesem Bereich können Sensoren für die Zungenlage sowie den kleinsten Durchgang im Abstand vom Zungenschienenende vorgesehen sein. Die zugehörige Signalleitung ist schematisch mit 4 bezeichnet und mit einer Auswerteschaltung 5 verbunden. Die Umstellkraft des Weichenantriebes und insbesondere der Stromverbrauch des Weichenantriebes kann gleichfalls über die Auswerteschaltung 5 erfaßt werden, wobei die zugehörigen Steuerleitungen mit 6 bezeichnet sind. Darüberhinaus ist mit einer Signalleitung 7 schematisch eine Fernüberwachung des Isolierstoßes oder gegebenenfalls einer Weichenheizung angedeutet.
  • Die in diesem Bereich eingesetzten Sensoren sind durchwegs konventioneller Natur und ausführlich in der Literatur beschrieben, so daß an dieser Stelle eine detaillierte Darstellung entfallen kann.
  • Im Bereich des Herzstückes 8 kann über Signalleitungen 9 die Leitweite, die Radlenkerrille bzw. der Höhenverschleiß erfaßt werden, wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird. Über eine Signalleitung 10 können Meßwerte für die korrekte Verschraubung des Herzstückes an die Auswerteschaltung 5 geleitet werden. Die Signale der Auswerteschaltung 5 können in einem Leitrechner 11 verarbeitet werden und erforder­lichenfalls über eine Anzeigevorrichtung 12 angezeigt oder aufgezeichnet werden.
  • Die im Bereich des Herzstückes 8 vorgesehene Sensoranordnung ist in Fig.2 detaillierter dargestellt. In Fig.2 ist der Bereich des Herzstückes vergrößert dargestellt, wobei auch in nicht maßstabsgetreuer Darstellung ein Bereich der außen­liegenden Fahrschiene mit einem Radlenker 13 angedeutet ist. Dem Herzstück 8 benachbart liegt eine Knieschiene 15, wobei zwischen Herzstück und Knieschiene zunächst eine Fangöffnung 14 vorgesehen ist, welche sich auf die Einlaufweite a ver­jüngt. Die Rillenweite zwischen Herzspitze und Knieschiene ist mit b bezeichnet. Die effektive Herzspitze 16 liegt jeweils in Abstand von der theoretischen mathematischen Herzspitze 17, welche den Schnittpunkt der gedachten Verlän­gerungen der Flanken der Herzstückspitze darstellt. Zwischen effektiver Herzspitze 16 und mathematischer Herzspitze 17 ist nun ein Sensor 18 angeordnet, welcher Informationen über einen unzulässigen Verschleiß liefert. Dem Sensor 18 ist in Richtung zur mathematischen bzw. theoretischen Herzspitze 17 eine Schutzeinrichtung 30 unmittelbar benachbart angeordnet.
  • Eine erste Ausführungsform des Sensors 18 weist, wie in Fig.3 und 4 dargestellt, ein um eine Achse 19 schwenkbares Betätigungsglied 20 auf. Die Schwenkachse 19 liegt parallel zur Winkel-Halbierenden 21 des Herzstückes 8, wie dies in Fig.2 dargestellt ist. Der Trägerteil 22, an welchem das Betätigungsglied 20 schwenkbar angelenkt ist, trägt eine Aufnahmeöffnung 23 für einen Schalter, welcher durch Ver­schwenken des Betätigungsgliedes 20 betätigt wird. Zusätzlich kann, wie in Fig.3 und 4 dargestellt, eine Verschiebbarkeit des Trägers 22 in im wesentlichen vertikaler Richtung im Sinne des Doppelpfeiles 24 vorgesehen sein, um Abweichungen in Höhenrichtung und insbesondere eine Kollision der Rad­ lauffläche mit dem Schalter sicher zu erfassen. Zu diesem Zweck ist der Träger 22 über eine Feder 25 federbelastet und es ist unterhalb des Trägers ein weiterer Drucksensor 26 vorgesehen, welcher bei einem Auftreffen der Radlauffläche auf die Oberkante 27 des Betätigungsgliedes anspricht. Übermäßiger Verschleiß bzw. nicht tolerierbares Unter­schreiten der Leitweite 29, welche durch den Abstand zwischen dem Radlenker 13 und dem Herzstück 8 definiert ist, wird auch dann signalisiert, wenn der Spurkranz eines Rades mit den Seitenflanken 28 des Betätigungsgliedes 20 in Kollision gerät, da in diesem Falle das Betätigungsglied um die Achse 19 ausgelenkt wird, wodurch der Schalter in der Aufnahme­öffnung 23 betätigt wird. Bei dieser Ausführungsform ist dabei eine Schutzeinrichtung nicht dargestellt.
  • Eine abgewandelte Ausführungsform des Sensors 18, welcher in Fig.5 in einer Ansicht vergrößert dargestellt ist, wird von zwei, einen spitzen Winkel α miteinander einschließenden Federblättern 31 gebildet, an deren innenliegenden Seiten­flächen Dehnungsmeßstreifen 32 angeordnet sind. Die freien Enden der Federblätter 31 sind nach außen abgewinkelt ausge­bildet und es liegen die Dehnungsmeßstreifen im Bereich der Abwinkelungen, wobei die freien Enden 33 der Federblätter auf einer Basisplatte 34 beispielsweise über Verschraubungen 35 festgelegt sind. Der von den Federblättern 31 eingeschlossene spitze Winkel entspricht dabei im wesentlichen dem Flanken­winkel der Herzstückspitze, wobei die Flanken des Herzstückes in Fig.3 schematisch durch die strichlierten Linien 36 angedeutet sind. Einen ähnlichen Umriß weist dabei die dem Sensor 18 benachbart in Richtung zur mathematischen Herz­spitze liegende Schutzeinrichtung 30 auf. Weiters ist aus Fig.5 der im Bereich der Verbindung der Federblätter 31 vorgesehene ballige Kopf 37 ersichtlich.
  • Aus Fig.5 und 6 ist die gemeinsame Festlegung des Sensors 18, welcher von den zwei Federblättern mit den daran angeordneten Dehnungsmeßstreifen gebildet wird, auf der gemeinsamen Basisplatte 34 näher dargestellt. Die Festlegung der freien Enden der Federblätter 31 erfolgt dabei in Bohrungen 38 der Basisplatte 34, während die Schutzeinrichtung 30 mit der Basisplatte 34 verschweißt wird.
  • Für einen Schutz der Federblätter 31 und insbesondere der an der Innenseite im abgewinkelten Bereich derselben ange­ordneten Dehnungsmeßstreifen 32 ist der zwischen den Feder­blättern 31 ausgebildete Freiraum mit einer dauerelastischen Masse, insbesondere Kunstharz oder Schaum verfüllt.
  • Zusätzlich zu diesen Basisinformationen über den Verschleiß­zustand von Radlenker bzw. Knieschiene und Herzstück, kann über die anderen, schematisch in Fig.1 angedeuteten Sensoren und insbesondere über zwischen den Beilagscheiben und den Köpfen der Herzstückschrauben angeordnete Druckmeßdosen eine weitgehend vollständige Überwachung der Funktionssicherheit einer Weiche erzielt werden und insbesondere auf Grund der kontinuierlichen Überwachung des Weichenstellantriebes und auf Grund einer analogen Auswertung der tatsächlichen Abstände, welche auch bei abliegender Zungenschiene einge­halten werden, läßt sich frühzeitig vorherbestimmen, wenn die nächste Wartung einer auf diese Weise überwachten Weiche stattzufinden hat. Insbesondere die kontinuierliche Messung der Leitweite mittels berührender und berührungsloser Meß­mittel ergibt hiebei zusätzliche Informationen, welche bei Verwendung ausschließlich berührungsloser Meßmittel nicht ohne weiteres erhalten werden können. Vor allem die Über­wachung definierter Grenzwerte und Leitwerte während des Befahrens der Weichen erlaubt es, frühzeitig- unzulässige Belastungen der Herzspitze zu erkennen. Durch die kontinuier­liche Überwachung und Überprüfung der Vorspannkräfte der Schraubverbindungen mittels Druckmeßdosen oder Dehnungs­meßstreifen wird bei Unterschreiten eines definierten Grenz­wertes ein selbständiges Lösen von Schraubverbindungen rechtzeitig erkannt. Auch aus den konventionellen Über­wachungen der Zungenanlage, des Zungenbruches und der Zungen­öffnung mit Magnet- oder Induktionsfeldern oder auch mit Infrarotsensoren läßt sich bei kontinuierlicher Überwachung und Erfassung eine Veränderung des Anlageverhaltens bzw. eine unzulässige Grenzwertunterschreitung bei Oberflächen­verschleiß der Zungenschienen frühzeitig erkennen. Die kontinuierliche Überwachung der Umstellkräfte über die Stromaufnahme des Antriebsmotors läßt frühzeitig erkennen, wann neuerlich geschmiert werden muß, und es kann auf diese Weise der Schmiermittelbedarf reduziert werden und die durch übermäßigen Schmiermitteleinsatz hervorgerufene Umwelt­verschmutzung reduziert werden.

Claims (19)

1. Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienen­weichen oder Kreuzungen mit Sensoren (18) zur Überwachung der Endlage von Zungenschienen (2), insbesondere zur Diagnose des Verschleißes und zur Festlegung von Wartungsintervallen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der theoretischen Herzstückspitze (17) ein Sensor (18) zur Erfassung von Abweichungen des Radlaufes in seitlicher Richtung und/oder in Höhenrichtung angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) als Schalter ausgebildet ist, dessen Betätigungsglied (20) um eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen normale oder eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen parallele und in Richtung der Winkel-Halbie­renden des Herzstückes verlaufende kreuzende Achse (19) schwenkbar gelagert ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Betätigungsglied (20) des Schalters konisch ausgebildet ist und sich von der Oberkante nach unten und vom Vorderende zur Herzstückspitze (8) konisch erweitert.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß mit der Lagerung des Betätigungsgliedes (20) ein weiterer Drucksensor (26) zur Erfassung von Vertikal­kräften verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) von zwei miteinander unter Einschluß eines spitzen Winkels ( α ) verbundenen Federblättern (31) gebildet ist, an deren Seitenflächen Dehnungsmeßstreifen (32) fest­gelegt sind und deren freien Enden (33) an einer Basisplatte (34), insbesondere an einer Schwelle, festgelegt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (33) der Federblätter (31) nach außen abgewinkelt sind und daß die Dehnungsmeßstreifen (32) im Bereich dieser Abwinkelungen an den Seitenflächen angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (32) an den einander zugewandten Innenflächen der Federblätter (31) angeordnet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Sensor (18) im Bereich der Verbindung der Federblätter (31) miteinander einen, insbesonderen balligen, Kopf (37) aufweist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Federblättern (31) ausgebildete Freiraum mit einer dauerelastischen Masse, insbesondere Kunstharz oder Schaum, verfüllt ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Federblättern (31) einge­schlossene spitze Winkel (α) bzw. der Winkel zwischen den Flanken (28) des schwenkbaren Sensors (18) dem Flankenwinkel der Herzstückspitze im wesentlichen entspricht.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) zwischen theoretischer Herzstückspitze (17) und effektiver Herzspitze (16) ange­ordnet ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung zur theoretischen Herzstück­spitze (17) eine starre Schutzeinrichtung (30) angeordnet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 1, 11 oder 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Sensor berührungslos, insbesondere als IR-Sensor, ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich an sich bekannte Sensoren zur Überwachung des Mindestabstandes des Radlenkers (13) von der Zungenschiene (2) in Abstand vom Zungenschienenende vorge­sehen sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Stromversorgung des Weichen­antriebes eine die Stromaufnahme registrierende Einrichtung, insbesondere ein Amperemeter, verbunden ist, deren Meßwerte über die Zeit des Stellvorganges überwacht werden und in einer Anzeigevorrichtung (12) angezeigt sind.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Drucksensoren für die Über­wachung der Festlegung der Herzstückschrauben, insbesondere zwischen Schraubenkopf und Beilagscheiben, angeordnet sind und über Meßleitungen mit einer Auswerteschaltung (5) ver­bunden sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren zur Überwachung der Endlage der Zungenschienen (2) in an sich bekannter Weise als berüh­rungslose Sensoren, insbesondere als induktive Sensoren oder IR-Sensoren, ausgebildet sind und daß sowohl das Signal für die Anlage der Zungenschiene an einer Backenschiene als auch das einen Abstand von der Anlagestellung anzeigende Signal einer Auswerteschaltung (5) zugeführt wird.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung mechanischer Sensoren zur Überwachung der Zungenschienenanlage über die gesamte Länge durch Auswertung des Abstandes von der Anlagestellung Rück­schlüsse auf den Verschleißzustand bzw. das Eindringen von Fremdkörpern zwischen Backenschiene und Zungenschiene (2) möglich ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung eines berührungslosen bzw. mechanischen Sensors im Bereich des engsten Durchganges zwischen Backenschiene und Zungenschiene (2) eine Unter­schreitung des Grenzwertes für den Abstand im laufenden Betrieb erkannt wird und durch rechtzeitiges Einleiten von Maßnahmen eine Beschädigung der Komponenten verhindert werden kann.
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