EP1926981A1 - Device and method for checking the loading on a wheel set shaft - Google Patents

Device and method for checking the loading on a wheel set shaft

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Publication number
EP1926981A1
EP1926981A1 EP06791322A EP06791322A EP1926981A1 EP 1926981 A1 EP1926981 A1 EP 1926981A1 EP 06791322 A EP06791322 A EP 06791322A EP 06791322 A EP06791322 A EP 06791322A EP 1926981 A1 EP1926981 A1 EP 1926981A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
wheelset
transmission element
shaft
wheelset shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP06791322A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen KLOCK
Sven Dostal
Martin Grosse-Hovest
Gerhard Fischer
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1926981A1 publication Critical patent/EP1926981A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for load testing a wheelset, with a holding device in which the wheelset shaft can be rotatably mounted in the region of both ends, a drive means for a rotary drive of the axle in the holding device and a load device for the wheelset.
  • EP 0 232 855 B1 discloses a method and a device for testing rail vehicle wheels with which the load conditions occurring in practice in a rail vehicle wheel set can be simulated and thus rail vehicle wheel sets can be tested.
  • the device proposed in this document has a drum bearing with rail ring for driving the wheels of the wheelset and at least two radial loading devices.
  • the drum bearing is designed as a load drum for a targeted axial load of the wheelset during rotation of the axle.
  • the radial loading devices engage at one of the two free ends of the wheelset shaft via one of the two Wheelset bearings in which the shaft is supported.
  • the loading device described in the publication is very expensive due to the required load drum with rail ring. Furthermore, only the complete wheelsets, ie the
  • Wheelsets are checked with the attached wheels in this loading device.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for
  • the present device for load testing a wheel set shaft comprises a holding device in which the wheelset shaft can be rotatably mounted in the region of both ends, acting on the wheelset drive means for a rotary drive of the axle in the holding device and a loading device for the wheelset.
  • Loading device in the present device has a force transmission element and two forces connected to the force transmission element on line units.
  • the power transmission element which preferably comprises a roller bearing assembly for coupling to the wheelset shaft, encloses a wheel set shaft mounted in the holding device at one location and permits rotation of the axle set shaft in the holding device.
  • a first of the two force introduction units can exert a force acting vertically to the wheelset shaft on the axle.
  • a second of the two force introduction units can exert a force acting parallel to the wheelset shaft force at a distance to the axle on the force transmission element, so that with this acting parallel to the wheelset shaft force on the power transmission element, a bending moment can be exerted on the wheelset.
  • the force introduction units are preferably connected via joints with the power transmission element.
  • the loading forces comprise at least one force perpendicular to the gearset shaft, hereinafter referred to as vertical force F 2 , and a force acting parallel to the wheelset shaft on the force transmission element, hereinafter referred to as side force F ⁇ .
  • the vertical force is introduced directly into the examination cross-section, which is determined by the position of the power transmission element on the wheelset shaft.
  • the lateral force is introduced via a load lever in the wheelset shaft, which is determined by the distance from the center axis of the axle, in which the side force on Power transmission element attacks. This distance is preferably chosen so that it corresponds to the real rolling radius when using the wheelset shaft, ie with mounted wheels.
  • the present device and the present method can be generated in a simple manner from the vertical force and the lateral force resulting bending moment loads in defined cross sections of the axle.
  • this load can be simulated as on the real rail wheel.
  • the device has a simplified design compared with the device of the prior art mentioned in the introduction, with which nevertheless a simulation of the operating loads of a wheel set shaft is possible.
  • the device and the associated method can be targeted in highly stressed areas of axles of rail vehicles investigations for
  • Power transmission element arranged at the location of the wheel seat of the axle.
  • the torsion can be supplemented by additional arrangement of a drive and / or braking device.
  • a suitable control unit through which the different force introduction units and possibly braking and / or drive means are controlled, the forces acting on a complete wheel set loads can be simulated in the operational use.
  • These stresses result from the various load cases, such as. Bogenfahrt, straight ahead and points crossings and brakes and drive.
  • the present device and the associated method it is possible to perform targeted investigations in highly stressed, critical areas, for example, for crack propagation behavior, under similar loads. It can be specifically registered and evaluated with an operation-like load program, the emergence and development, especially the growth of fatigue cracks with increasing load cycles / number of revolutions of the wheelset.
  • the phase between the first crack, which can be detected, for example, by means of ultrasound during regular inspection, and the fracture of the shaft is an important parameter used to determine inspection intervals, for example during operation torn waves, is needed.
  • investigations into the proof of operational strength can be carried out up to the crack.
  • the contact fatigue can be simulated by adjusting the surface pressure corresponding to the original seat by means of the adjustable force transmission element and the choice of material pairing.
  • Fig. 1 shows an example of an embodiment of the present device
  • the original wheel set shaft 1 to be examined here is mounted in a holding device 3 which has two bearings mounted on a base plate.
  • Bearings may be the original wheelset bearings of axlebox 1 or replacement bearings.
  • the Wheelset 1 is driven by means of a drive motor 4 via drive belt 5.
  • the introduction of force takes place via a force transmission element with a roller bearing assembly 2 in order to load the section to be examined in a realistic manner.
  • this roller bearing assembly 2 engages the wheel seat to examine the load at this point.
  • the rolling bearing assembly 2 is adjustable in order to exert different pressing forces on the wheelset shaft 1.
  • the force generators 6, 7 are fastened to the frame 11 or to a cover plate connected to the frame 11.
  • the force generator 6 for vertical force introduction is in this example a hydropulse cylinder, as well as the force generator 7 for side force introduction.
  • the forces are measured by force transducers 8, 9 and controlled and controlled by a control unit, not shown, which receives the instantaneous measured values from the force transducers 8, 9 and the force generator 6, 7 controls suitable.
  • the control unit not shown controls and controls the speed of the shaft.
  • a torsion cylinder 13 is provided, which is connected to one end of the wheelset shaft 1 to exert drive or braking forces on the shaft, the lead to a torsional load. Also, this torsion cylinder 13 is controlled via the control unit to generate different loads.
  • any combinations of vertical and lateral forces corresponding to the operational use can be simulated in a simple manner.
  • the load on defined sections can be simulated. These sections can be real sections derived from measurements, but also synthetically based on existing load assumptions and route descriptions.
  • Figure 2 shows an example of the time course of the vertical force F z , the side force F ⁇ and the torsion T, as with the present device and the associated method for loading the axle in different sections can be simulated. Simulated stresses arise, for example, from the following load cases:
  • Rollers with static wheel load - Straight ahead with high vertical forces and side forces changing in both directions, points crossings with high vertical peak loads and changing lateral forces, left and right arches with corresponding vertical forces and inward and outward lateral forces, or torsional load from brakes and drive.
  • Figure 2 shows this the load cases of rolling with static wheel load (A), the straight spout (B), the bow trip in the left bend (Di) and the arc run in the right arc (D 2 ).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

The present invention relates to a device and a method for checking the loading on a wheel set shaft. The device comprises a holding device (3) for the wheel set shaft (1), a drive device (4, 5) for a rotational drive of the wheel set shaft (1) in the holding device (3) and a loading device (2, 6, 7) for the wheel set shaft (1). The loading device comprises a force transmitting element (2) which surrounds, at one location, a wheel set shaft (1) mounted in the holding device (3), and permits the wheel set shaft (1) to rotate in the holding device (3), and said loading device comprises two force application units (6) which are connected to the force transmitting element (2), the first of which can exert on the wheel set shaft (1) a force which acts vertically with respect to the wheel set shaft, and the second of which can exert on the force transmitting element (2) a force which acts parallel to the wheel set shaft at a distance from the wheel set shaft (1). The present device has a simple design and permits a wheel set shaft to be loaded in a simulation close to real conditions.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle Device and method for load testing a wheelset shaft
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle, mit einer Halteeinrichtung, in der die Radsatzwelle im Bereich beider Enden rotierbar gelagert werden kann, einer Antriebseinrichtung für einen rotatorischen Antrieb der Radsatzwelle in der Halteeinrichtung und einer Belastungseinrichtung für die Radsatzwelle.The present invention relates to a device and a method for load testing a wheelset, with a holding device in which the wheelset shaft can be rotatably mounted in the region of both ends, a drive means for a rotary drive of the axle in the holding device and a load device for the wheelset.
Stand der TechnikState of the art
Radsätze von Schienenfahrzeugen werden in Versuchseinrichtungen geprüft, um bspw. Rückschlüsse auf die Ermüdungsfestigkeit der Radsatzwellen zu erhalten. So sind aus der EP 0 232 855 Bl ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern bekannt, mit denen die in der Praxis bei einem Schienenfahrzeugradsatz auftretenden Belastungs- verhältnisse simuliert und somit Schienenfahrzeugradsätze geprüft werden können. Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Vorrichtung weist ein Trommellager mit Schienenring für den Antrieb der Räder des Radsatzes sowie zumindest zwei Radialbelastungseinrichtungen auf. Das Trommellager ist als Belastungstrommel für eine gezielte Axialbelastung des Radsatzes während der Rotation der Radsatzwelle ausgebildet. Die Radialbelastungseinrichtungen greifen an einem der beiden freien Enden der Radsatzwelle über je eines der beiden Radsatzlager an, in denen die Welle gehaltert ist. Die in der Druckschrift beschriebene Belastungsvorrichtung ist jedoch aufgrund der erforderlichen Belastungstrommel mit Schienenring sehr aufwendig. Weiterhin können nur die kompletten Radsätze, d. h. dieWheel sets of rail vehicles are tested in test facilities to obtain, for example, conclusions about the fatigue strength of the wheelset shafts. For example, EP 0 232 855 B1 discloses a method and a device for testing rail vehicle wheels with which the load conditions occurring in practice in a rail vehicle wheel set can be simulated and thus rail vehicle wheel sets can be tested. The device proposed in this document has a drum bearing with rail ring for driving the wheels of the wheelset and at least two radial loading devices. The drum bearing is designed as a load drum for a targeted axial load of the wheelset during rotation of the axle. The radial loading devices engage at one of the two free ends of the wheelset shaft via one of the two Wheelset bearings in which the shaft is supported. However, the loading device described in the publication is very expensive due to the required load drum with rail ring. Furthermore, only the complete wheelsets, ie the
Radsatzwellen mit den daran befestigten Rädern in dieser Belastungsvorrichtung geprüft werden.Wheelsets are checked with the attached wheels in this loading device.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zurThe object of the present invention is to provide a device and a method for
Belastungsprüfung einer Radsatzwelle anzugeben, die einen geringeren konstruktiven Aufwand erfordert und eine Prüfung von Radsatzwellen ohne daran angebrachte Räder ermöglicht.Specify load test of a wheelset that requires less design effort and allows a test of axles without attached wheels.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The object is achieved with the device and the method according to claims 1 and 9. Advantageous embodiments of the device and the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.
Die vorliegende Vorrichtung zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle umfasst eine Halteeinrichtung, in der die Radsatzwelle im Bereich beider Enden rotierbar gelagert werden kann, eine an der Radsatzwelle angreifende Antriebseinrichtung für einen rotatorischen Antrieb der Radsatzwelle in der Halteeinrichtung und eine Belastungseinrichtung für die Radsatzwelle. DieThe present device for load testing a wheel set shaft comprises a holding device in which the wheelset shaft can be rotatably mounted in the region of both ends, acting on the wheelset drive means for a rotary drive of the axle in the holding device and a loading device for the wheelset. The
Belastungseinrichtung weist bei der vorliegenden Vorrichtung ein Kraftübertragungselement und zwei mit dem Kraftübertragungselement verbundene Kraftein- leitungseinheiten auf. Das Kraftübertragungselement, das vorzugsweise einen Wälzlagerverbund für die Ankopplung an die Radsatzwelle umfasst, umschließt eine in der Halteeinrichtung gelagerte Radsatzwelle an einer Stelle und lässt eine Rotation der Radsatzwelle in der Halteeinrichtung zu. Eine erste der beiden Krafteinleitungseinheiten kann eine vertikal zur Radsatzwelle wirkende Kraft auf die Radsatzwelle ausüben. Eine zweite der beiden Kraft- einleitungseinheiten kann eine parallel zur Radsatzwelle wirkende Kraft in einem Abstand zur Radsatzwelle auf das Kraftübertragungselement ausüben, so dass mit dieser parallel zur Radsatzwelle wirkenden Kraft über das Kraftübertragungselement eine Biegemoment auf die Radsatzwelle ausgeübt werden kann. Die Krafteinleitungseinheiten sind dabei vorzugsweise über Gelenke mit dem Kraftübertragungselement verbunden.Loading device in the present device has a force transmission element and two forces connected to the force transmission element on line units. The power transmission element, which preferably comprises a roller bearing assembly for coupling to the wheelset shaft, encloses a wheel set shaft mounted in the holding device at one location and permits rotation of the axle set shaft in the holding device. A first of the two force introduction units can exert a force acting vertically to the wheelset shaft on the axle. A second of the two force introduction units can exert a force acting parallel to the wheelset shaft force at a distance to the axle on the force transmission element, so that with this acting parallel to the wheelset shaft force on the power transmission element, a bending moment can be exerted on the wheelset. The force introduction units are preferably connected via joints with the power transmission element.
Bei dem zugehörigen Verfahren zur Belastungs- prüfung einer Radsatzwelle werden somit über dasIn the associated method for load testing a wheel set shaft are thus on the
Kraftübertragungselement Belastungskräfte auf die Radsatzwelle ausgeübt. Die Belastungskräfte umfassen hierbei zumindest eine Kraft senkrecht zur Radsatz- welle, im Folgenden als Vertikalkraft F2 bezeichnet, und eine parallel zur Radsatzwelle auf das Kraftübertragungselement wirkende Kraft, im Folgenden als Seitenkraft Fγ bezeichnet. Die Vertikalkraft wird direkt in den Untersuchungsquerschnitt eingeleitet, der durch die Position des Kraftübertragungselementes an der Radsatzwelle vorgegeben wird. Die Seitenkraft wird über einen Belastungshebel in die Radsatzwelle eingeleitet, der durch den Abstand von der Mittenachse der Radsatzwelle bestimmt wird, in dem die Seitenkraft am Kraftübertragungselement angreift. Dieser Abstand wird vorzugsweise so gewählt, dass er dem realen Rollradius beim Einsatz der Radsatzwelle, d. h. mit montierten Rädern, entspricht.Power transmission element exerted load forces on the axle. In this case, the loading forces comprise at least one force perpendicular to the gearset shaft, hereinafter referred to as vertical force F 2 , and a force acting parallel to the wheelset shaft on the force transmission element, hereinafter referred to as side force F γ . The vertical force is introduced directly into the examination cross-section, which is determined by the position of the power transmission element on the wheelset shaft. The lateral force is introduced via a load lever in the wheelset shaft, which is determined by the distance from the center axis of the axle, in which the side force on Power transmission element attacks. This distance is preferably chosen so that it corresponds to the real rolling radius when using the wheelset shaft, ie with mounted wheels.
Mit der vorliegenden Vorrichtung und dem vorliegenden Verfahren lassen sich in einfacher Weise aus der Vertikalkraft und der Seitenkraft resultierende Biegemomentbelastungen in definierten Querschnitten der Radsatzwelle erzeugen. Durch die oben beschriebene Wahl des Abstandes, mit dem die Seitenkraft am Kraftübertragungselement angreift, lässt sich diese Belastung wie am realen Schienenrad simulieren. Die Vorrichtung weist gegenüber der in der Einleitung genannten Vorrichtung des Standes der Technik einen vereinfachten Aufbau auf, mit dem dennoch eine Simulation der Betriebsbelastungen einer Radsatzwelle möglich ist. Mit der Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren lassen sich gezielt in hoch beanspruchten Bereichen von Radsatzwellen von Schienenfahrzeugen Untersuchungen zurWith the present device and the present method can be generated in a simple manner from the vertical force and the lateral force resulting bending moment loads in defined cross sections of the axle. By the above-described choice of the distance with which the side force acts on the power transmission element, this load can be simulated as on the real rail wheel. The device has a simplified design compared with the device of the prior art mentioned in the introduction, with which nevertheless a simulation of the operating loads of a wheel set shaft is possible. With the device and the associated method can be targeted in highly stressed areas of axles of rail vehicles investigations for
Ermüdungsfestigkeit und zum Rissfortschrittsverhalten durchführen.Fatigue strength and crack propagation behavior.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sowie des Verfahrens ist bzw. wird dasIn an advantageous embodiment of the device and the method is or will
Kraftübertragungselement an der Stelle des Radsitzes der Radsatzwelle angeordnet. Durch Verwendung eines Kraftübertragungselementes mit einstellbarer Presskraft beim Umschließen der Welle, beispielsweise mit einem einstellbaren Wälzlagerverbünd, kann damit der Pressverband zwischen Rad und Welle im Presssitz erzeugt werden. Für die Belastungsprüfung werden hierbei weder die großen Originalradsätze und Räder noch aufwendige Versuchseinrichtungen mit Belastungstrommel und Schienenring benötigt. Dadurch reduziert sich der Aufwand zum Bau und zum Betreiben der Vorrichtung, wodurch sich auch ein geringerer Energieverbrauch ergibt .Power transmission element arranged at the location of the wheel seat of the axle. By using a force transmission element with adjustable pressing force when enclosing the shaft, for example with an adjustable Wälzlagerverbünd, so that the interference fit between the wheel and shaft can be produced in a press fit. For the load test, neither the large original wheelsets and wheels are complex Test facilities with load drum and rail ring needed. This reduces the effort to build and operate the device, which also results in a lower energy consumption.
Zur überlagerten Simulation von Torsionsmomenten aus Brems- und Antriebskräften kann die Torsion durch zusätzliche Anordnung einer Antriebs- und/oder Bremseinrichtung ergänzt werden.For the superimposed simulation of torsional moments from braking and driving forces, the torsion can be supplemented by additional arrangement of a drive and / or braking device.
Durch eine geeignete Steuereinheit, durch die die unterschiedlichen Krafteinleitungseinheiten sowie ggf. Brems- und/oder Antriebseinrichtungen angesteuert werden, können die im Betriebseinsatz an einem kompletten Radsatz wirkenden Beanspruchungen simuliert werden. Diese Beanspruchungen resultieren aus den verschiedenen Lastfällen, wie bspw. Bogenfahrt, Geradeausfahrt und Weichenüberfahrten sowie Bremsen und Antrieb. Mit der vorliegenden Vorrichtung und dem zughörigen Verfahren ist es möglich, gezielt in hoch beanspruchten, kritischen Bereichen Untersuchungen, bspw. zum Rissfortschrittsverhalten, unter betriebsähnlichen Belastungen durchzuführen. Dabei kann mit einem betriebsähnlichen Belastungsprogramm gezielt die Entstehung und Entwicklung, insbesondere das Wachstum, von Ermüdungsrissen mit zunehmender Lastspiel- /Umdrehungszahl der Radsatzwelle registriert und bewertet werden. Die Phase zwischen erstem Anriss, der bspw. mittels Ultraschall bei regelmäßiger Inspektion festgestellt werden kann, und dem Bruch der Welle ist eine wichtige Kenngröße, die zur Festlegung von Inspektionsintervallen, bspw. beim Betreiben angerissener Wellen, benötigt wird. Darüber hinaus können auch Untersuchungen zum Betriebsfestigkeits- nachweis bis zum Anriss durchgeführt werden. In Press- sitzen lässt sich die Kontaktermüdung durch Einstellung der dem Originalsitz entsprechenden Flächenpressung durch das diesbezüglich einstellbare Kraftübertragungs- element und die Wahl der Materialpaarung nachbilden.By a suitable control unit, through which the different force introduction units and possibly braking and / or drive means are controlled, the forces acting on a complete wheel set loads can be simulated in the operational use. These stresses result from the various load cases, such as. Bogenfahrt, straight ahead and points crossings and brakes and drive. With the present device and the associated method, it is possible to perform targeted investigations in highly stressed, critical areas, for example, for crack propagation behavior, under similar loads. It can be specifically registered and evaluated with an operation-like load program, the emergence and development, especially the growth of fatigue cracks with increasing load cycles / number of revolutions of the wheelset. The phase between the first crack, which can be detected, for example, by means of ultrasound during regular inspection, and the fracture of the shaft is an important parameter used to determine inspection intervals, for example during operation torn waves, is needed. In addition, investigations into the proof of operational strength can be carried out up to the crack. In press fits, the contact fatigue can be simulated by adjusting the surface pressure corresponding to the original seat by means of the adjustable force transmission element and the choice of material pairing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Vorrichtung sowie das zughörige Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The present device and the associated method will be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Hereby show:
Fig. 1 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung; undFig. 1 shows an example of an embodiment of the present device; and
Fig. 2 ein Beispiel für den Verlauf der Belastungs- kräfte zur Simulation realer Streckenabschnitte .2 shows an example of the course of the loading forces for the simulation of real sections.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle. Die zu untersuchende Original-Radsatzwelle 1 ist hierbei in einer Halteeinrichtung 3 gelagert, die zwei auf einer Grundplatte befestigte Lager aufweist. Bei diesen1 shows an example of a possible embodiment of the present device for load testing a wheelset shaft. The original wheel set shaft 1 to be examined here is mounted in a holding device 3 which has two bearings mounted on a base plate. In these
Lagern kann es sich um die Original-Radsatzlager der Radsatzwelle 1 oder auch um Ersatzlager handeln. Die Radsatzwelle 1 wird mittels eines Antriebsmotors 4 über Antriebsriemen 5 angetrieben.Bearings may be the original wheelset bearings of axlebox 1 or replacement bearings. The Wheelset 1 is driven by means of a drive motor 4 via drive belt 5.
Die Krafteinleitung erfolgt über ein Kraftüber- tragungselement mit einem Wälzlagerverbund 2, um den zu untersuchenden Querschnitt realitätsnah zu belasten. Im vorliegenden Beispiel greift dieser Wälzlagerverbund 2 am Radsitz an, um die Belastung an dieser Stelle zu untersuchen. Der Wälzlagerverbund 2 ist einstellbar, um unterschiedliche Presskräfte auf die Radsatzwelle 1 auszuüben.The introduction of force takes place via a force transmission element with a roller bearing assembly 2 in order to load the section to be examined in a realistic manner. In the present example, this roller bearing assembly 2 engages the wheel seat to examine the load at this point. The rolling bearing assembly 2 is adjustable in order to exert different pressing forces on the wheelset shaft 1.
Bei der Belastungsprüfung werden zweiaxial wirkende Kräfte, die Vertikalkraft Fz sowie die Seiten- kraft Fγ, über zugehörige Krafterzeuger 6, 7 und Gelenke 10 in die Radsatzwelle 1 eingeleitet. Die Krafterzeuger 6, 7 sind am Rahmen 11 bzw. an einer mit dem Rahmen 11 verbundenen Deckplatte befestigt. Der Krafterzeuger 6 zur Vertikalkrafteinleitung ist in diesem Beispiel ein Hydropulszylinder, ebenso wie der Krafterzeuger 7 zur Seitenkrafteinleitung. Die Kräfte werden mittels Kraftaufnehmern 8, 9 gemessen und über eine nicht dargestellte Steuereinheit kontrolliert und gesteuert, die die momentanen Messwerte von den Kraftaufnehmern 8, 9 erhält und die Krafterzeuger 6, 7 geeignet ansteuert. Die nicht dargestellte Steuereinheit steuert und kontrolliert die Drehzahl der Welle.In the load test, two axial forces, the vertical force F z and the lateral force F γ , are introduced into the wheel set shaft 1 via associated force generators 6, 7 and joints 10. The force generators 6, 7 are fastened to the frame 11 or to a cover plate connected to the frame 11. The force generator 6 for vertical force introduction is in this example a hydropulse cylinder, as well as the force generator 7 for side force introduction. The forces are measured by force transducers 8, 9 and controlled and controlled by a control unit, not shown, which receives the instantaneous measured values from the force transducers 8, 9 and the force generator 6, 7 controls suitable. The control unit, not shown controls and controls the speed of the shaft.
Im vorliegenden Beispiel ist ergänzend zu denIn the present example, in addition to the
Krafterzeugern 6, 7 ein Torsionszylinder 13 vorgesehen, der mit einem Ende der Radsatzwelle 1 verbunden ist, um Antriebs- oder Bremskräfte auf die Welle auszuüben, die zu einer Torsionsbelastung führen. Auch dieser Torsionszylinder 13 wird über die Steuereinheit zur Erzeugung unterschiedlicher Belastungen angesteuert.Force generators 6, 7 a torsion cylinder 13 is provided, which is connected to one end of the wheelset shaft 1 to exert drive or braking forces on the shaft, the lead to a torsional load. Also, this torsion cylinder 13 is controlled via the control unit to generate different loads.
Aus der Figur 1 ist ersichtlich, dass dieFrom Figure 1 it can be seen that the
Vertikalkraft Fz über den Wälzlagerverbund 2 direkt in den zu untersuchenden Querschnitt der Radsatzwelle 1 eingeleitet wird. Die Seitenkraft Fy greift in einem Abstand von der Mittenachse der Radsatzwelle 1 an dem Kraftübertragungselement an. Hierdurch wird die Seitenkraft Fγ über den Belastungshebel 12, im vorliegenden Fall im Abstand des Rollradius wie am realen Schienenrad, auf den Untersuchungsquerschnitt übertragen. Damit kann eine Biegemomentbelastung simuliert werden, wie sie im realen Betrieb der Radsatzwelle auftritt.Vertical force F z is introduced via the rolling bearing assembly 2 directly into the cross section of the wheelset shaft 1 to be examined. The side force F y engages the power transmission element at a distance from the center axis of the wheel set shaft 1. As a result, the side force F γ is transmitted to the examination cross section via the loading lever 12, in the present case at a distance of the rolling radius as on the real rail wheel. Thus, a bending moment load can be simulated, as occurs in real operation of the wheelset shaft.
Mit der vorliegenden Vorrichtung lassen sich beliebige, dem Betriebseinsatz entsprechende Kombinationen der Vertikal- und Seitenkräfte auf einfache Weise simulieren. Durch Wahl eines geeigneten Belastungsprogramms in der Steuereinheit kann die Belastung auf definierten Streckenabschnitten simuliert werden. Diese Streckenabschnitte können reale Strecken, abgeleitet aus Messungen sein, aber auch synthetisch aufgrund vorhandener Lastannahmen und Streckenbeschreibungen erstellt werden.With the present device, any combinations of vertical and lateral forces corresponding to the operational use can be simulated in a simple manner. By selecting a suitable load program in the control unit, the load on defined sections can be simulated. These sections can be real sections derived from measurements, but also synthetically based on existing load assumptions and route descriptions.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der Vertikalkraft Fz, der Seitenkraft Fγ sowie der Torsion T, wie sie mit der vorliegenden Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren zur Belastung der Radsatzwelle in unterschiedlichen Streckenabschnitten simuliert werden können. Simulierbare Beanspruchungen ergeben sich bspw. aus den folgenden Lastfällen:Figure 2 shows an example of the time course of the vertical force F z , the side force F γ and the torsion T, as with the present device and the associated method for loading the axle in different sections can be simulated. Simulated stresses arise, for example, from the following load cases:
Rollen mit statischer Radlast, - Geradeausfahrt mit hohen Vertikalkräften und in beide Richtungen wechselnde Seitenkräfte, Weichenüberfahrten mit hohen vertikalen Spitzenlasten und wechselnden Seitenkräften, Bogenfahrten in Links- und Rechtsbögen mit entsprechenden Vertikalkräften und nach innen und außen wirkenden Seitenkräften, oder Torsionsbelastung aus Bremsen und Antrieb.Rollers with static wheel load, - Straight ahead with high vertical forces and side forces changing in both directions, points crossings with high vertical peak loads and changing lateral forces, left and right arches with corresponding vertical forces and inward and outward lateral forces, or torsional load from brakes and drive.
Figur 2 zeigt hierzu die Lastfälle des Rollens mit statischer Radlast (A) , des Geradeauslaufs (B) , der Bogenfahrt im Linksbogen (Di) und der Bogenfahrt im Rechtsbogen (D2) . Figure 2 shows this the load cases of rolling with static wheel load (A), the straight spout (B), the bow trip in the left bend (Di) and the arc run in the right arc (D 2 ).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
I Radsatzwelle 2 WälzlagerverbundI Wheel set shaft 2 Rolling bearing assembly
3 Halteeinrichtung3 holding device
4 Antriebsmotor4 drive motor
5 Antriebsriemen5 drive belts
6 Krafterzeuger für Vertikalkraft 7 Krafterzeuger für Seitenkraft6 Force generator for vertical force 7 Force generator for lateral force
8 Kraftaufnehmer8 force transducers
9 Kraftaufnehmer9 force transducers
10 Gelenke10 joints
I1 Rahmen 12 BelastungshebelI1 frame 12 load lever
13 Torsionszylinder 13 torsion cylinders

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle, mit1. Apparatus for load testing a wheelset, with
- einer Halteeinrichtung (3) , in der die Radsatz- welle (1) im Bereich beider Enden rotierbar gelagert werden kann,a holding device (3) in which the wheelset shaft (1) can be rotatably mounted in the region of both ends,
- einer an der Radsatzwelle (1) angreifenden Antriebseinrichtung (4, 5) für einen rotatorischen Antrieb der Radsatzwelle (1) in der Halte- einrichtung (1) , und- One on the Radsatzwelle (1) acting drive means (4, 5) for a rotary drive of the wheelset shaft (1) in the holding device (1), and
- zumindest einer Belastungseinrichtung (2, S1 7) für die Radsatzwelle (1) ,- At least one loading device (2, S 1 7) for the wheelset shaft (1),
- wobei die Belastungseinrichtung ein Kraftübertragungselement (2) , das eine in der Halte- einrichtung (3) gelagerte Radsatzwelle (1) an einer Stelle umschließt und eine Rotation der Radsatzwelle (1) in der Halteeinrichtung (3) zulässt, und zwei mit dem Kraftübertragungselement (2) verbundene Krafteinleitungseinheiten (6) umfasst, von denen eine erste Krafteinleitungseinheit (6) eine vertikal zur Radsatzwelle (3) wirkende Kraft auf die Radsatzwelle (1) und eine zweite Krafteinleitungseinheit (7) eine parallel zur Radsatzwelle (1) wirkende Kraft in einem Abstand zur Radsatzwelle (1) auf das Kraftübertragungselement (2) ausüben können.- Wherein the loading means a force transmission element (2), the one in the holding device (3) mounted wheelset shaft (1) encloses at one point and a rotation of the wheelset shaft (1) in the holding device (3) permits, and two with the force transmission element (2) connected force introduction units (6), of which a first force introduction unit (6) acting vertically to the wheelset shaft (3) force on the wheelset (1) and a second force introduction unit (7) a parallel to the wheelset shaft (1) acting force in a distance to the wheelset shaft (1) on the power transmission element (2) can exercise.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (2) einen2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the force transmission element (2) has a
Wälzlagerverbund umfasst. Rolling bearing composite includes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungseinheiten (6, 7) über Gelenke (10) mit dem Kraftübertragungselement (2) verbunden sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the force introduction units (6, 7) via joints (10) are connected to the force transmission element (2).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Krafteinleitungseinheiten (6, 7) und dem Kraftübertragungselement (2) Kraftaufnehmer (8, 9) angeordnet sind, mit denen die über die Krafteinleitungseinheiten (6, 7) auf die Radsatzwelle (1) oder das Kraftübertragungselement (2) ausgeübten Kräfte messbar sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the force introduction units (6, 7) and the force transmission element (2) force transducers (8, 9) are arranged, with which via the force introduction units (6, 7) the wheelset shaft (1) or the force transmission element (2) applied forces are measurable.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (2) in einem Abstand von einer Mittenachse der Radsatzwelle (1) mit der zweiten Krafteinleitungseinheit (7) verbunden ist, der einem Rollradius von an der Radsatzwelle (1) im Einsatz angebrachten Rädern entspricht .5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the force transmission element (2) at a distance from a center axis of the axle (1) with the second force introduction unit (7) is connected to a rolling radius of the wheelset shaft (1 ) in use mounted wheels corresponds.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungseinrichtung (2, 6, 7) so angeordnet ist oder positioniert werden kann, dass das Kraftübertragungselement (2) die Radsatzwelle (1) am Radsitz umschließt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the loading device (2, 6, 7) is arranged or can be positioned so that the force transmission element (2) surrounds the wheelset shaft (1) on the wheel seat.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Krafteinleitungseinheit (13) vorgesehen ist, mit der eine zusätzliche Antriebsoder Bremskraft auf die Radsatzwelle (1) ausgeübt werden kann.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized a third force introduction unit (13) is provided with which an additional drive or braking force can be exerted on the wheel set shaft (1).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Krafteinleitungseinheiten (6, 7, 13) und die Antriebseinrichtung (4, 5) nach einem vorgegebenen Programm zur Simulation bestimmter Belastungssituationen ansteuern kann.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a control device is provided which can control the force introduction units (6, 7, 13) and the drive means (4, 5) according to a predetermined program for the simulation of certain load situations.
9. Verfahren zur Belastungsprüfung einer Radsatzwelle, bei dem9. A method for load testing a wheelset, in which
- die Radsatzwelle (1) in einer Halteeinrichtung (3) an beiden Enden rotierbar gelagert wird,- The wheelset shaft (1) is rotatably mounted in a holding device (3) at both ends,
- in der Halteeinrichtung (3) rotierend angetrieben wird, und - mit einer Belastungseinrichtung (2, 6, 7) über ein Kraftübertragungselement (2) , das die Radsatzwelle (1) an einer Stelle umschließt und die Rotation der Radsatzwelle (1) in der Halteeinrichtung (3) zulässt, Belastungskräfte auf die Radsatzwelle (1) ausgeübt werden,- In the holding device (3) is driven in rotation, and - with a loading device (2, 6, 7) via a power transmission element (2) which surrounds the wheelset shaft (1) at one point and the rotation of the wheelset shaft (1) in the Holding device (3) allows loading forces to be exerted on the wheelset shaft (1),
- wobei die Belastungskräfte zumindest eine Kraft senkrecht zur Radsatzwelle (3) und eine in einem Abstand parallel zur Radsatzwelle (1) auf das Kraftübertragungselement (2) wirkende Kraft umfassen.- Wherein the loading forces comprise at least one force perpendicular to the Radsatzwelle (3) and at a distance parallel to the Radsatzwelle (1) on the force transmission element (2) acting force.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte über einen Wälzlagerverbund als Teil des Kraftübertragungselements (2) auf die Radsatzwelle (1) ausgeübt werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the forces are exerted on the wheel set shaft (1) via a roller bearing assembly as part of the force transmission element (2).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zur Radsatzwelle (1) auf das Kraftübertragungselement (2) wirkende Kraft in einem Abstand von einer Mittenachse der Radsatzwelle (1) auf das Kraftübertragungselement (2) ausgeübt wird, der einem Rollradius von an der Radsatzwelle (1) im Einsatz angebrachten Rädern entspricht.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that parallel to the wheelset shaft (1) on the force transmission element (2) acting force at a distance from a center axis of the axle (1) on the force transmission element (2) is exercised, the one Rolling radius of wheels attached to the wheelset shaft (1) in use corresponds.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskräfte im Bereich des Radsitzes auf die Radsatzwelle (1) ausgeübt werden.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the loading forces in the region of the wheel seat on the wheelset shaft (1) are exercised.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Antriebs- oder Bremskraft auf die Radsatzwelle (1) ausgeübt wird.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that an additional drive or braking force is exerted on the wheelset shaft (1).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch zeitliche Variation der Belastungskräfte und gegebenenfalls der zusätzlichen Antriebs- und Bremskraft die Belastungen realer Fahrsituationen eines mit der Radsatzwelle (1) ausgestatteten14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that by temporal variation of the loading forces and optionally the additional drive and braking forces, the loads real driving situations with the wheelset (1) equipped
Schienenfahrzeugs an der Radsatzwelle (1) simuliert werden. Rail vehicle on the wheelset shaft (1) are simulated.
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