EP2386455B1

EP2386455B1 - Schienenprüfvorrichtung

Info

Publication number: EP2386455B1
Application number: EP11003757.9A
Authority: EP
Original assignee: Eurailscout Inspection & Analysis Bv
Current assignee: Eurailscout Inspection & Analysis Bv
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: DK2386455T3; EP2386455B2; DK2386455T4; DE202010006811U1; EP2386455A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Schienen, insbesondere Eisenbahnschienen, aber auch Straßenbahn- und U-Bahn-Schienen und ähnliches auf verdeckte Fehler wie Risse.
Bekannte Schienenprüfvorrichtungen sind in Schienenprüfzüge eingebaut, wie beispielsweise den Ultraschall-Schienenprüfzug UST96 der Anmelderin. Sie dienen dazu, verdeckte Fehler in Schienen aufzufinden, beispielsweise Risse und ähnliches. Die Prüfung erfolgt mit Ultraschall, der mittels einer Prüfvorrichtung von oberhalb der Schiene in diese eingebracht wird. Der Ultraschall wird an der Unterseite der Schiene reflektiert und ergibt in der Prüfvorrichtung ein Antwortsignal. Sind Risse vorhanden, so erfolgt die Reflexion des Ultraschalls bereits früher, nämlich zwischen Schienenoberkante und Unterseite der Schiene. Das Antwortsignal ist daher verschieden und kann detektiert und analysiert werden.
Für bestimmte Fehler sind Ultraschallprüfungen schwierig auszuwerten oder nicht ausreichend. Es werden daher auch Wirbelstromprüfungen der Schienen durchgeführt. Auch dies kann mit derartigen Schienenprüfzügen erfolgen. Bei der Wirbelstromprüfung werden die Messdaten der Sonden an einen Steuerrechner geleitet, wo weitere Daten wie GPS und Wegtakt-Informationen zusammengetragen werden. Hier erfolgt mittels einer speziellen Auswertesoftware eine Vorauswahl an Ereignissen von Oberflächenschädigungen. Alle Messdaten unterliegen hier der direkten Auswertung. Darüber hinaus kann eine detaillierte Auswertung durch einen Computer off-line erfolgen. Die Anzeigen werden auf dem Bildschirm als Amplituden über dem Fahrweg dargestellt.
Die Messungen werden bei Geschwindigkeiten bis zu 100 km/h durchgeführt. Dafür ist das Fahrzeug mit modernster Mess- und Computertechnik ausgerüstet. Bei der Ultraschallprüfung "sehen" sechzehn geführte Prüfköpfe je Schiene unter verschiedenen Winkeln in die Schienen hinein. Natürlich kann auch eine andere Zahl von Prüfköpfen verwendet werden. Die Steuerelektronik sorgt für eine permanente Optimierung der Signalpegel. Schienenprofile werden bei der Optimierung automatisch berücksichtigt. Die Prüfdaten der Prüfkanäle werden direkt mittels Auswertesoftware verarbeitet und auf dem Display des Prüfsystems dargestellt.
Bei herkömmlichen Schienenprüfvorrichtungen weisen die Schienenprüfzüge Messdrehgestelle auf, mit Radpaaren, die aufgespreizt, d.h. mittels Stellkraft gegen die Schieneninnenkanten gepresst werden. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Räder immer in derselben Position zur zugehörigen Schiene befinden. Über die Räder ist damit auch die Position der Prüfvorrichtung quer zur Schienenlängsrichtung festgelegt, so dass sichergestellt werden kann, dass die Ultraschallprüfung an der vorgesehenen Position erfolgt, nämlich im Bereich des Schienensteges und seiner Verlängerung in den Schienenkopf und den Schienenfuß. Nur dadurch ist sichergestellt, dass der Ultraschall durch die gesamte Schiene läuft und erst an deren Unterseite reflektiert wird, sofern keine Schäden vorhanden sind.
Bei bekannten Schienenprüfzügen der genannten Art sind die Prüfvorrichtungen am Wagenkasten oder Drehgestell aufgehängt. Da Wagenkasten und Drehgestell federnd gelagert sind, bewegt sich auch die Prüfvorrichtung verhältnismäßig stark. Dadurch kann keine eindeutige Lage der Prüfvorrichtung gegenüber der Schienenoberkante sichergestellt werden.
Diese Ausgestaltung der Schienenprüfzüge hat außerdem den Nachteil, dass Fehlauslösungen von Eisenbahnsignalen aufgrund der Gleisfreischaltmittel in den Schienen auftreten. Da unterschiedliche Zählprinzipien existieren, ist es schwierig, falsche Achszählungen und damit Fehlauslösungen zu vermeiden. Daraus entstehen bekanntermaßen gravierende Folgen bis hin zu Streckensperrungen, deren Aufhebung teilweise den Einsatz des Bundesgrenzschutzes erforderlich macht.
Problematisch ist auch das Weichenfahren, da im Herzstück der Weiche ein führungsloser Bereich existiert, der aufgrund der aufgespreizten Räder nicht ohne weiteres überfahren werden kann. Hinzu kommt, dass ein Entgleisungsschutz vorgesehen werden muss, der nicht nur eine erhebliche Gewichtserhöhung mit sich bringt, sondern auch Risiken beim Betrieb des Schienenprüfzugs.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu vermeiden. Insbesondere soll eine verbesserte Schienenprüfvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zumindest im Wesentlichen starr mit mindestens einer Achse des Schienenfahrzeugs verbunden und von dieser oder diesen Achsen getragen ist.
Anders als bei bekannten Prüfvorrichtungen ist diese also nicht am Wagenkasten oder Drehgestell und damit nicht federnd gelagert, sondern wird von den Achsen getragen, die gegenüber der Schiene nicht gefedert sind. Die Prüfvorrichtung weist dadurch eine eindeutige Lage gegenüber der Schienenoberkante auf, so dass es zu keiner Verfälschung der Messergebnisse kommt. Eine leicht federnde Lagerung der Prüfvorrichtung gegenüber den Achsen ist dabei grundsätzlich möglich, solange sichergestellt ist, dass die zugelassene Relativbewegung zu keiner Verfälschung der Messergebnisse führt. Eine völlig starre Verbindung ist jedoch bevorzugt.
Die Prüfvorrichtung ist insbesondere über seitlich nach außen überstehende Abschnitte der Radachsen an diesen aufgehängt. Dies hat sich für die Anordnung der Prüfvorrichtung als besonders vorteilhaft herausgestellt. Grundsätzlich wäre aber auch eine Aufhängung in einem zwischen den Rädern gelegenen Achsbereich möglich.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung umfasst bevorzugt einen Rahmen, der die Messeinrichtungen trägt und seinerseits starr mit mindestens einer Radachse verbunden ist. Über dem Rahmen können die Messeinrichtungen in geeigneter Weise getragen werden. Dabei kann der Rahmen auch mehrere Messeinrichtungen aufnehmen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Prüfvorrichtung an zwei benachbarten Radachsen aufgehängt ist und bevorzugt eine Torsionsausgleichseinrichtung aufweist. Dadurch ergibt sich eine Aufhängung an vier Punkten, die besonders stabil ist. Über die Torsionsausgleichseinrichtung kann verhindert werden, dass die Prüfvorrichtung die Torsionseigenschaften des Drehgestells verändert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Prüfvorrichtung in Schienenlängsrichtung hintereinander angeordnet, insbesondere auch voneinander verschiedene Prüfvorrichtungen wie Ultraschallprüfvorrichtung und induktive Prüfvorrichtung, beispielsweise Wirbelstromprüfvorrichtung. Aufgrund der Aufhängung der Prüfvorrichtungen an den Radachsen wird gegenüber bekannten Prüfvorrichtungen so viel Platz gewonnen, dass zwei Prüfvorrichtungen problemlos in Längsrichtung hintereinander angeordnet werden können. Damit können mit einem einzigen Messdrehgestell zwei unterschiedliche Messungen gleichzeitig durchgeführt werden.
Die Messeinrichtungen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung sind bevorzugt quer zur Schienenlängsrichtung verschiebbar gelagert, insbesondere gegenüber dem Rahmen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich die Messeinrichtungen in der optimalen Position zur Schiene befinden, um die Messungen durchzuführen. Die Verstellung der Messeinrichtungen kann beispielsweise durch Schrittmotoren erfolgen und in bekannter Weise geregelt sein.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die auch für sich beansprucht wird, weist die Prüfvorrichtung Messeinrichtungen auf, die quer zur Längserstreckung der Schienen verschiebbar gelagert sind, wobei Mittel zur Positionierung der Messeinrichtungen relativ zur Schiene vorgesehen sind, die ohne Kontakt zur Schiene arbeiten.
Diese verschiebbare Lagerung und Positioniereinrichtung kann auch bei herkömmlichen Prüfvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen die Prüfvorrichtung am Drehgestell oder am Wagenkasten aufgehängt ist. Dabei wird jedoch auf das Aufspreizen der Radpaare verzichtet und stattdessen die Position der Prüfvorrichtung, insbesondere der Räder des Messdrehgestells relativ zur Schiene ermittelt. Über eine Regeleinrichtung kann die Position der Prüfvorrichtung in gewünschter Weise eingestellt werden, beispielsweise wieder über Schrittmotoren oder dergleichen. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung weist dabei insbesondere Mittel zum Positionieren des Messkopfes, Mittel zum Messen des Abstandes zwischen Messkopf und Schiene sowie Mittel zum Bewegen des Messkopfes relativ zur Schiene auf. Die Abstandsmessung kann dabei mittels Laser, Radar, Wirbelstrom, Ultraschall oder mechanisch erfolgen.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass keine Aufspreizmittel vorgesehen werden müssen und dass die mit dem Aufspreizen verbundenen Nachteile nicht mehr auftreten. Insbesondere können Weichen ohne weiteres überfahren werden, und es ist kein Entgleisungsschutz notwendig.
Die Erfindung kann insbesondere dadurch weitergebildet werden, dass die Räder aus Kunststoff hergestellt werden und/oder keinen Spurkranz aufweisen. Durch die Verwendung von Kunststoff können falsche Achszählungen vermieden werden, und der Verzicht auf einen Spurkranz bei den Rädern vergrößert wiederum die Entgleisungssicherheit der Vorrichtung beim Überfahren von Weichen.
Ein erfindungsgemäßer Schienenprüfzug kann mehrere derartige Schienenprüfvorrichtungen aufweisen. Insbesondere können mehrere Paare derartiger Schienenprüfvorrichtungen mit jeweils einer Prüfvorrichtung für jede Schiene vorgesehen sein. Dabei können jeweils zwei Paare an einem Gestell mit zwei Radpaaren angeordnet und zwei oder mehr Gestelle hintereinander vorhanden sein.
Die Abstandsmessung erfolgt zwischen der Schiene und der zugehörigen Prüfvorrichtung selbst bzw. einem mit dieser starr verbundenen Teil der Schienenprüfvorrichtung, bevorzugt dem zugehörigen Rad der Schienenprüfvorrichtung, so dass in jedem Falle die Relativposition zwischen Schiene und zugehöriger Prüfvorrichtung festgestellt werden kann. Die Messung kann durch Laser, Radar, Wirbelstrom, mechanische Mittel, Ultraschall oder in sonstiger Weise erfolgen. Die Messung kann kontinuierlich oder in Abständen erfolgen. Die Verstellung der Räder und damit der Prüfvorrichtung gegenüber der Schiene erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise durch Stellmotoren. Die erfindungsgemäße Schienenprüfvorrichtung kann auch in ein normales Drehgestell integriert werden.
Der Abstand kann auch dadurch gemessen werden, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche ein Laserschnittprofil der Schiene erstellbar ist, Mittel zum Erkennen des Schienentyps anhand des Schnittprofils, Mittel zum Messen eines Punktes an der Schiene sowie Mittel zum Bestimmen der Position des Schienensteges anhand dieser Daten. Anhand des festgestellten Laserschnittprofils kann der Schienentyp ermittelt werden. Mit Hilfe des Schienentyps und dem gemessenen Punkt kann dann die Position des Steges bestimmt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei Eckpunkte des Schienenkopfes zu erfassen und über den Mittelwert der Abstände der beiden Eckpunkte die Position des Schienensteges zu bestimmen.
Die Mittel zur Positionierung der Messeinrichtungen sind bevorzugt von den Messeinrichtungen selbst beabstandet angeordnet. Dadurch kann eine Störung der Abstandsmessung durch die Schienenprüfung vermieden werden. Beispielsweise bei Ultraschallmessungen wird ein Wasserfilm verwendet, der eine Abstandslasermessung stören würde.
Zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Laserabstandsmessung kann eine Lasertriangulationsmessung oder eine Laserphasenverschiebungsmessung durchgeführt werden, bei welcher der Laser auf eine Schienenkante gerichtet ist. Dadurch können schnelle Änderungen des Abstandes erfasst werden, und es kann auch eine Änderung oder ein unterschiedlicher Abstand in einem vorderen Bereich und einem hinteren Bereich der Prüfvorrichtung festgestellt werden. Über Stellsysteme kann ein solcher Unterschied ausgeglichen werden. Für die Aufnahme der Triangulationspunkte reicht grundsätzlich eine so genannte Line-Scan-Kamera aus.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt, als einzige Figur in schematischer Darstellung

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Drehgestells mit erfindungsgemäßer Prüfvorrichtung.

Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Schienenfahrzeug weist ein Drehgestell 1 auf, welches als spezielles Messdrehgestell ausgebildet sein kann, aber nicht muss. Das Drehgestell umfasst zwei Achsen 2, die jeweils in bekannter Weise zwei Räder 3 tragen, die auf Schienen 4 eines Gleises abrollen.
Zwischen den beiden Achsen 2 ist eine Fahrgestellaufnahme 5 angeordnet, die über Dämpfungs- und Federeinrichtungen 6 auf den Achsen 2 abgestützt ist. Ebenfalls von den Achsen 2 getragen ist ein Rahmen 7, der jedoch gegenüber den Achsen 2 nicht federnd gelagert sondern mit diesen zumindest im Wesentlichen starr verbunden ist. Der von den Achsen 2 getragene Rahmen 7 trägt seinerseits zwei Prüfvorrichtungen 8, die in Schienenlängsrichtung hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind. Jede der Schienenprüfvorrichtungen 8 stellt ein eigenes Prüfsystem dar, wobei die Art der Prüfung zwischen den beiden Schienenprüfvorrichtungen 8 verschieden sein kann. Selbstverständlich kann auch nur eine Schienenprüfvorrichtung 8 oder mehr als zwei Schienenprüfvorrichtungen 8 an dem Rahmen 7 angeordnet sein.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ist der Rahmen 7 an seitlich nach außen über die Räder 3 überstehenden Abschnitten der beiden Achsen 2 aufgehängt. Durch die insgesamt vier Aufhängpunkte ergibt sich so eine besonders stabile Aufhängung der Prüfvorrichtungen 8. Da diese ihrerseits starr mit dem Rahmen 7 verbunden sind, ist der Abstand der Prüfvorrichtungen 8 gegenüber der Oberkante 9 der Schiene praktisch fest. Es können daher keine Verfälschungen durch Vertikalbewegungen der Schienenprüfvorrichtungen 8 gegenüber der Schienenoberkante 9 auftreten.
Die Schienenprüfvorrichtungen 8 sind auf nicht dargestellte Weise quer zur Längsrichtung der Schienen 4 verschiebbar mit dem Rahmen 7 verbunden. Über entsprechende Stellmittel wie Schrittmotoren und Regeleinrichtungen können die Prüfvorrichtungen daher in geeignete Position in Bezug auf die Querrichtung der Schienen gebracht werden. Damit kann sichergestellt werden, dass beispielsweise eine Ultraschallmessung im Bereich des Steges 10 der Schienen 4 erfolgt.
Zur Bestimmung der Position der Schienenprüfvorrichtungen 8 relativ zur Schiene 4 quer zu ihrer Längsrichtung kann insbesondere eine Abstandsmessung verwendet werden. Die Abstandsmessung erfolgt dabei insbesondere berührungslos, beispielsweise mittels Laser, Radar, Wirbelstrom, Ultraschall oder mechanisch. Besonders bevorzugt ist eine Abstandsbestimmung über die Erstellung eines Laserschnittprofils und erkennen des Schienentyps.

Bezugszeichenliste

1: Drehgestell
2: Achse
3: Rad
4: Schiene
5: Fahrgestellaufnahme
6: Dämpfungs- und Federungseinrichtung
7: Rahmen
8: Prüfvorrichtung
9: Schienenoberkante
10: Schienensteg
11: Schienenkopf

Claims

Vorrichtung zur Prüfung von Schienen (4), insbesondere Eisenbahnschienen, auf verdeckte Fehler wie Risse, welche an einem Schienenfahrzeug angeordnet und längs der Schiene (4) verfahrbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfvorrichtung (8) zumindest im Wesentlichen starr mit mindestens einer Achse (2) des Schienenfahrzeugs verbunden und von dieser oder diesen Achsen (2) getragen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufhängung der Prüfvorrichtung (8) an nach seitlich außen überstehenden Abschnitten mindestens einer Radachse (2) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfvorrichtung (8) einen Rahmen (7) umfasst, der die Messeinrichtungen trägt und seinerseits starr mit mindestens einer Radachse (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfvorrichtung (8) an zwei benachbarten Radachsen (2) aufgehängt ist und bevorzugt eine Torsionsausgleichseinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Prüfvorrichtungen (8) in Schienenlängsrichtung hintereinander angeordnet sind, insbesondere auch voneinander verschiedene Prüfvorrichtungen, wie Ultraschallprüfvorrichtung und induktive Prüfvorrichtung, beispielsweise Wirbelstromprüfvorrichtung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Messeinrichtungen quer zur Schienenlängsrichtung verschiebbar gelagert sind, insbesondere gegenüber dem Rahmen (7).
Vorrichtung zur Prüfung von Schienen (4), insbesondere Eisenbahnschienen, welche an einem Schienenfahrzeug angeordnet und längs der Schiene (4) verfahrbar ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfvorrichtung (8) Messeinrichtungen aufweist, die quer zur Längserstreckung der Schienen (4) verschiebbar gelagert sind, und dass Mittel zur Positionierung der Messeinrichtungen relativ zur Schiene (4) vorgesehen sind, die ohne Kontakt zur Schiene (4) arbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zum Positionieren der Messeinrichtungen, Mittel zum Messen des Abstandes zwischen der Messeinrichtung und der Schiene (4) sowie Mittel zum Bewegen der Messeinrichtung relativ zur Schiene (4) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstandsmessung mittels Laser, Radar, Wirbelstrom, Ultraschall oder mechanisch erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel vorgesehen sind, durch welche ein Laserschnittprofil der Schiene (4) erstellbar ist, Mittel zum Erkennen des Schienentyps anhand dieses Profils, Mittel zum Messen eines Punktes an der Schiene (4) und Mittel zum Bestimmen der Position des Steges (10) der Schiene (4) anhand dieser Daten.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel vorgesehen sind zum Bestimmen zweier Eckpunkte des Kopfes (11) der Schiene (4) und Mittel zum Bestimmen der Position des Steges (10) der Schiene (4) anhand des Mittelwerts der Abstände der beiden Eckpunkte.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Positionierung der Messeinrichtungen von den Messeinrichtungen beabstandet angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zur Durchführung einer Lasertriangulationsmessung oder einer Laserphasenverschiebungsmessung an der Schiene (4) vorgesehen sind, bei welcher Messung der Laser auf eine Schienenkante gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel an einem vorderen und einem hinteren Endbereich der Prüfvorrichtung (8), in Schienenlängsrichtung betrachtet, angeordnet sind und dass Mittel vorgesehen sind, durch welche Abstandsdifferenzen zwischen dem vorderen Endbereich und dem hinteren Endbereich der Prüfvorrichtung (8) ausgleichbar sind.