WO2002003040A1

WO2002003040A1 - Wägevorrichtung für schienenfahrzeuge

Info

Publication number: WO2002003040A1
Application number: PCT/EP2001/007280
Authority: WO
Inventors: Peter Groll
Original assignee: Schenck Process Gmbh
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2002-01-10
Also published as: EP1337816A1; DE10031092A1; AU2001269094A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge, die in erster Linie auf herkömmlichen standardisierten Betonschwellen (2, 8) befestigt ist. Dazu sind die herkömmlichen Betonschwellen (2, 8) unter der Schienenüberführung mit Befestigungsplatten (22) versehen, auf denen die Kraftmessvorrichtungen (3, 10) bzw. Wägezellen befestigt sind. Als Kraftmessvorrichtungen (3, 10) sind solche mit Kraftrückführungselementen vorgesehen, die einerseits mit der Schwelle (2, 8) und andererseits mit den Schienen (7) verbunden sind. Die mit den Kraftmessvorrichtungen (3, 10) versehenen Betonschwellen (2, 8) sind in ein durch Schotterverklebung stabilisiertes Schotterbett (6) eingeklebt. Dabei sind Wägevorrichtungen mit einer oder bis zu vierzig mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwellen (2, 8)vorgesehen, durch die das Gewicht von Schienenfahrzeugen oder Teilen davon sowohl statisch als auch dynamisch ermittelbar ist.

Description

Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Wägen von Schienenfahrzeugen wurde noch vor Jahren mei- stens mit Hilfe von Brückenwaagen durchgeführt, bei welchen das Gesamtgewicht eines einzelnen Eisenbahnwaggons statisch ermittelt wurde. Bei diesen Brückenwaagen waren die Schienen auf der Wägebrücke von den Fahrschienen der Gleisstrecke durch Spalte vor und hinter der Wägebrücke getrennt. Die Wägebrücke wurde auf mindestens vier Wägezellen gelagert und gegenüber einem Fundament abgestützt. Hierzu waren Wägebrücken in Waggonlänge notwendig, die einen sehr aufwendigen Brückenunterbau aus Beton- oder Stahlbauteilen erforderten.

Es sind aus der EP 0 500 971 AI aber auch dynamische Wägeverfahren für Schienenfahrzeuge bekannt , die keinen aufwendigen Gleisunterbau erfordern. Dazu wird die Schubspannung in der neutralen Phase der Schiene erfaßt und ausgewertet . Hierzu wird in das Fahrschienennetz eine mit Dehnungsmeßstreifen ap- plizierte Wägeschiene eingeschweißt, bei der zwischen den

Schwellen mindestens zwei Dehnungsmeßstrei en angeordnet sind. Das Waggongewicht wird dabei durch achsweise Addition der Gewichtssignale ermittelt. Da die Radlast aber eine Durchbiegung der Schiene und der Schienenauflagerung bewirkt, bewegt sich der Zug normalerweise in einer unter der durch die unbelastete Schiene bestimmten Ebene gelegenen Ebene, während gleichzeitig durch die Durchbiegung der Schienen zwischen den Schwellen Schwingungen in vertikaler Ebene erzeugt werden. Dies führt beim Wiegen eines in Bewegung befindlichen Zuges zu Verände- rungen der vertikalen Kräfte und damit zu Meßungenauigkeiten, die nur durch eine größere Anzahl von Meßstellen zu vermeiden sind. Im übrigen ist eine derartige Wägevorrichtung nur schwer zu kalibrieren, da hierzu statische Wägeeinrichtungen vorhanden sein müssen, die heute meist nur in großer räumlicher Ent- fernung vorhanden sind.

Aus der DE 44 44 337 AI ist eine Wägeeinrichtung für Schienenfahrzeuge zur statischen und dynamischen Gewichtsbestimmung bekannt, bei der zwischen den Schienen und einem Querträger Kraftmeßzellen angeordnet sind, durch die die Achslast eines über ahrenden Eisenbahnwaggons ermittelt werden kann. Dabei sind die Schienen jeweils mit drei hintereinander angeordneten Aussparungen im Schienenfuß und -steg versehen, so daß sich die Schienen gelenkig auf den Kraftmeßzellen abstützten. Auf- grund dieser gelenkigen Abstützung der beiden Teilstücke einer jeden Schiene ist in jedem Fall ein aufwendiges Fundament oder eine Rahmenkonstruktion erforderlich, die die Achslast gegenüber dem Untergrund aufnimmt. Im übrigen bestehen die Querträger offensichtlich aus Doppel-T-förmigen Stahlträgern, die nicht ohne größere Umbauarbeiten in das Schienennetz eingebaut werden können.

Aus der EP 0 468 397 Bl ist eine Meßstrecke für Schienenfahrzeuge bekannt, bei der die Meßeinrichtungen zur Feststellung der auf die Schienen wirkenden Vertikalkräfte in die Schienenschwellen eingelassen sind, ohne daß dabei ein Rahmen oder ein spezielles Fundament vorgesehen ist. Die Meßeinrichtungen bestehen dabei aus Druckaufnehmern, die in eine unterhalb der Schienen in die Schwellen eingelassene Bohrung eingesetzt wer- den. Durch das unbestimmbare elastische Verhalten von Schotter und Untergrund ist eine eindeutige Lastverteilung auf einzelne Druckaufnehmer und Schwellen im Fahrbetrieb nicht möglich, so daß eine dynamische Gewichtsfeststellung mit nicht unerheblichen Fehlern behaftet sein dürfte, die die Genauigkeitsanfor- derungen insbesondere an eine eichfähige Gewichtsmessung nicht erfüllen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wä- geeinrichtung für Schienenfahrzeuge zu schaffen, die nur geringe bauliche Veränderungen im Schienennetz erfordert und mit der trotzdem eine hohe Genauigkeit erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .

Aus der DE 40 14 529 AI ist zwar schon bekannt, die Schotter- erklebetechnik im Gleisbau anzuwenden, bei dem mit einem Epoxidharz die Stabilisierung des Schotterbetts erreicht wird. Dabei wird das Epoxidharz mit einem Härter auf das Schotterbett aufgespritzt, das durch seine Viskosität in dieses eindringt und die Berührungsflächen der Schottersteine miteinan- der verklebt. Diese Schotterverklebetechnik wird im Gleisbau aber dazu vorgesehen, den Querverschiebewiderstand von Eisenbahnschwellen zu vergrößern, um höhere Zuggeschwindigkeiten in den Kurven zu ermöglichen. Es ist jedenfalls nicht bekannt, diese Schotterverklebung zur Abstützung einer Wägebrücke vor- zusehen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Kraftaufnehmer auf einer nahezu standardisierten Betonschwelle unterhalb der durchgehenden Schienen sowohl eine statische als auch eine dy- namische Gewichtsmessung von Schienenfahrzeugen ermöglicht wird. Insbesondere ist eine derartige Wägeeinrichtung auf einfache Weise auch für dynamische Gewichtsermittlungen kalibrierbar, ohne daß dabei eine weit entfernte Brückenwaage herangezogen werden müßte. Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil , daß die Wägevorrichtung im Grunde auf einer standardisierten Betonschwelle aufgebaut wird, die dabei kostengünstig in Serienfertigung herstellbar und auf einfachste Weise in das Schienennetz einbau- bar ist. Beim Einsatz einer derartigen standardisierten Betonschwelle ist besonders vorteilhaft, daß die vorgespannte Armierung in der Betonschwelle weitgehend ungeschwächt beibe- haltbar ist, so daß die Schwellen eine verwindungssteife Unterlage bilden, die zu einer genauen Gewichtsmessung notwendig ist. Gleichzeitig besitzen derartige Standard-Betonschwellen vorteilhafterweise auch ein verhältnismäßig hohes Eigengewicht, so daß ein Eigenschwingen auf der Wägestrecke bei zügiger Fahrtwägung weitgehend gedämpft wird und dadurch vorteilhafterweise eine hochgenaue dynamische Wägung bei Verhältnis- mäßig hoher Fahrtgeschwindigkeit gestattet . Dabei hat sich bei einer besonderen Ausbildung der Wägeeinrichtung der Einsatz der größeren und schwereren standardisierten Weichenschwellen als vorteilhaft erwiesen, da diese besonders verwindungssteif und schwingungsdämpfend wirken und somit eine sehr genaue eichfähige Fahrtwägung ermöglichen. Durch die Anordnung der

Kraftaufnehmer auf der Oberseite der Betonschwelle ist darüber hinaus in vorteilhafter Weise ein seitlicher Austausch der Kraftaufnehmer bei Reparatur- und Wartungsarbeiten möglich. Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß die gesamte Wägevorrichtung nur aus einer oder mehreren Schwellen mit darauf angeordneten Kraftaufnehmern besteht, die im normalen Schottergleisbett wie andere Schwellen eingebaut werden. Dabei entfallen notwendige Transportprobleme von langen Gleisstücken oder von Beton- bzw. Stahlbauteilen, wie sie für statische Brückenwaagen sonst notwendig sind.

Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, daß die gesamte Meßtechnik auf weitgehend standardisierten Betonschwellen ohne großen Aufwand vorgefertigt befestigt werden kann. Durch der- artig vorgefertigte Schwellen können dann auf einfache Art und Weise variable Brückenlängen zusammengestellt werden mit beispielsweise einer Schwelle für eine Einachswägung oder mit acht Schwellen für ein Dreiachsdrehgestell oder von vierzig Schwellen für eine komplette hochgenaue Waggonwägung .

Weiterhin ist bei der Erfindung von Vorteil, daß die Schwelle in einem stabilisierten Schotterbett eingeklebt wird, wobei keinerlei Brückenkonstruktion mehr notwendig ist, wie sonst bei Beton- oder Stahlbrücken. Insbesondere können bei einer derartigen Stabilisierung des Untergrunds Steifigkeitssprünge wie bei Beton- oder Stahlbrücken vermieden werden, da in einem definierten An- und Abfahrbereich eine kontinuierliche Versteifungserhöhung bzw. -Verminderung erfolgt, so daß die gleislagebedingten Anregungen zu Waggonstörschwingungen wäh- rend des Wägevorgangs minimiert werden.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung mit Schubdehnungssensoren und/oder Aussparungen im Schienenfuß kann die Kraftnebenschlußwirkung durch den unterbrechungsfreien Schie- nenstrang korrigiert bzw. reduziert werden. Dadurch werden auch gleichzeitig Schienenschalter entbehrlich, die zur Feststellung des Waggontyps bei einer Fahrtwägung sonst notwendig sind.

Bei einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung mit Kraftmeßvorrichtungen mit einer Kraftrückführung wie bei sogenannten S- oder Doppel-S-Wägezellen ist insbesondere vorteilhaft, daß durch diese Meßvorrichtung die Gewichtskraft auch dann noch sehr genau ermittelt werden kann, wenn sich der Krafteinleitungsschwerpunkt horizontal verschiebt und/oder zusätzliche Störkräfte und Störmomente - wie bei Gleisanlagen üblich - übertragen werden müssen.

Bei einer weiteren besonderen Ausbildung der Erfindung ist vorteilhafterweise beim Überfahren über die Wägestrecke durch eine spezielle Auswertung des zeitlichen Meßsignalverlaufs gleichzeitig auch die Unrundheit von Schienenfahrzeugrädern feststellbar. Insbesondere können durch diese Ausbildung vorteilhafterweise auch bei sehr schneller Überfahrtgeschwindigkeit Radreifenbrüche und Flachstellen an den Rädern festgestellt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Wägevorrichtung mit auf zwei

Betonschwellen angeordneten Kraftaufnehmern, und

Fig. 2: einen Ausschnitt aus einer Betonschwelle mit einem darauf angeordneten Kraftaufnehmer.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge mit zwei eingeklebten standardisierten Betonschwellen 2 als Querträger in einem verklebten Schotterbett 6 dargestellt, wobei am Beginn und am Ende der Meßstrecke in jeder Schiene 7 jeweils ein Meßauge als Schubspannungssensor 1, 11 zur Kraftnebenschlußkorrektur im Bereich des Schwellenfachs vorgesehen ist .

Die beiden dargestellten Betonschwellen 2, 8 sind in einem Schotterbett 6 angeordnet, wie es als Schienenfahrweg im Eisenbahnbau üblich ist. In diesem Schotterbett 6 sind die beiden Betonschwellen 2, 8 wie andere Schwellen quer zur Fahrtrichtung parallel nebeneinander angeordnet, wobei diese von den das Schotterbett 6 darstellenden Steinen umgeben sind. Zur Verfestigung sind die Schottersteine mit einem Zweikomponentenkleber auf Epoxidharzbasis mit Härter besprüht, so daß eine Schotterverklebung durch den flüssigen in das Schotterbett 6 eindringenden Kleber entsteht. Dabei erfolgt ebenso eine Verklebung der Betonschwellen 2, 8 mit den Schottersteinen. Diese Schotterverklebung ist bisher bei Gleisbauarbeiten zum Schutz vor Schotterflug auf Hochgeschwindigkeitsstrecken und zur Stabilisierung an Übergangsbereichen zwischen Schotterfahrbahnen und festen Fahrbahnen üblich. Vielfach wird eine derartige Schotterverklebung auch bereits zur Stabilisierung in Kurven, an Weichen und Fahrbahnrändern in Bahnhöfen vorgesehen.

Im Bereich der Wägevorrichtung hat sich eine Schotterverklebung als vorteilhaft erwiesen, die ca. eine Waggonlänge vor und eine Waggonlänge nach der oder den Betonschwellen 2, 8 vorgenommen wird und je nach Belastung bis zu einer Tiefe von 0,5 m erfolgen soll. Dabei verkleben die Schottersteine an ihren Berührungspunkten oder Kanten miteinander, so daß ein festes stabilisiertes Schotterbett 6 entsteht. Die Stabilisierung des Schotterbetts 6 ist dabei von der Menge und der Ein- dringtiefe des Zweikomponentenklebers sowie der Körnung der Schottersteine abhängig, wobei insbesondere eine Körnung aus kleinen Schottersteinen die Stabilisierung erhöht. Es sind somit unterschiedliche Stabilisierungsgrade des Schotterbetts 6 herstellbar, so daß insbesondere eine stetige Erhöhung der Versteifung oder Verfestigung am Beginn und/oder eine stetige Verringerung am Ende der Wägevorrichtung vorteilhaft ist . In diesem stabilisierten Schotterbett 6 sind die Betonschwellen 2, 8 mit diesen verklebt, so daß auch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Betonschwellen 2, 8 und dem Schotter- bett 6 entsteht.

Die Betonschwellen 2, 8 sind im wesentlichen wie standardisierte Betonschwellen, vorzugsweise wie Weichenschwellen ausgebildet nur mit dem Unterschied, daß auf ihrer Auflageseite Befestigungsplatten 22 eingegossen sind, auf denen die Kraftaufnehmer 3, 10 bzw. die Wägezellen unter den Schienen 7 befestigt werden. Dies ist im einzelnen in Fig. 2 der Zeichnung näher dargestellt. In Fig. 2 sind für gleiche Teile auch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Befesti- gungsplatten 22 sind aus einem verwindungssteifen Stahlblech vorgesehen, das Armierungselemente 28 auf der Unterseite enthält, die fest in den Betonkörper integriert sind. In diese Befestigungsplatten 22 sind an vorgesehenen Stellen Gewindebohrungen 27 vorgesehen, durch die die Wägezellen 3, 10 kraft- schlüssig mit der Betonschwelle 2, 8 verbunden werden. Die Betonschwellen 2, 8 bestehen im übrigen vorzugsweise aus einem armierten Beton und werden in einem Betongießverfahren unter Zugbelastung der Stahlarmierung hergestellt . Die Schwellen können aber auch aus anderen zur Herstellung von Schwellen ge- eigneten Werkstoffen gefertigt werden. Gleichzeitig sind die Betonschwellen 2, 8 oberhalb der Befestigungsplatte 22 bis zum Schienenfuß mit einer Abdeckung 4, 9 aus Stahlblech umgeben, unter der die Kraftaufnehmer 3, 10 geschützt sind und die Verkabelung zwischen den Aufnehmern geführt wird. Unter dieser Abdeckung 4, 9 befindet sich etwa in der Mitte der Schwelle ein Schaltkasten 24, in dem die Verschaltung vorgenommen wird. In diesem Schaltkasten 24 können auch gleichzeitig elektronische Schaltungen zur Meßwert erarbeitung und Stromversorgung untergebracht sein. Jeder Schaltkasten 24 einer Schwelle 2 ist mit den anderen Schwellen 8 über einen Verbindungskanal 5 verbunden, der diese Einrichtungen an eine zentrale Auswertevorrichtung 12 heranführt.

Die auf der Befestigungsplatte 22 vorgesehenen Kraftmeßvor- richtungen bzw. Wägezellen 3, 10 sind an ihrer Oberseite mit Verbindungselementen versehen, die mit der darüberliegenden Schiene 7 eine feste Verbindung herstellen. Vorzugsweise ist hierzu eine Adapterplatte 15 mit Klemmverbindungen 14 vorgesehen, wobei die Klemmverbindung so ausgebildet ist, wie sie auch zur Verbindung der Schienen 7 an den übrigen Schwellen üblich sind. Die Adapterplatte 15 stellt dabei ein Verbindungselement dar, das fest oder lösbar (Schraubverbindung) mit der Kraftmeßvorrichtung bzw. Wägezelle 3, 10 verbunden ist und eine Adaptierung von unterschiedlichen Schienen bzw. Schienen- fußausbildüngen zuläßt. Allerdings können auch andere Verbin- dungselemente vorgesehen werden, wenn dies aufgrund der Konstruktion der Kraftmeßvorrichtungen notwendig oder vorteilhaft ist .

Die Schienen 7 sind im Bereich der Wägevorrichtung unterbrechungsfrei ausgebildet und stellen übliche Fahrschienen dar. Die gesamte Wägevorrichtung wird vorzugsweise aus sechs bis acht Schwellen mit darauf befindlichen Wägeeinrichtungen gebildet, die zur Wägung von Eisenbahnwaggons oder anderen Schienenfahrzeugen mit bis zu dreiachsigen Drehgestellen geeignet sind und eine Meßstrecke von vier bis fünf Metern umfassen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit allerdings nur zwei mit Wägeeinrichtungen 3, 10 versehene Schwellen 2, 8 dargestellt. Zur Ge- wichtsermittlung von Schienenfahrzeugen mit nur zwei Achsen wären allerdings auch Wägevorrichtungen auf nur einer Schwelle 2 ausreichend. Bei besonderen Genauigkeitsanforderungen und zur statischen Wägung von kompletten Eisenbahnwaggons können aber auch Wägevorrichtungen auf vierzig Schwellen bei einer Meßstrecke von 25 m vorgesehen werden.

Zur Korrektur der Kraftnebenschlußwirkung ist am Anfang und/oder am Ende der Meßstrecke in der Mitte zwischen der ersten bzw. letzten mit Wägeeinrichtungen versehenen Schwelle 2, 8 und der benachbarten Schwelle ein sogenanntes Meßauge als

Schubspannungssensor 1, 11 in der neutralen Faser jeder Schiene 7 vorgesehen. Durch ein derartiges Meßauge 1, 11 ist auf einfache Art und Weise die Schubspannung meßbar, die beim Überrollen einer Fahrzeugachse in der neutralen Faser jeder Schiene 7 auftritt. Dabei haben sich derartige Meßaugen 1, 11 als vorteilhaft erwiesen, da sie als kreisförmige Aufnehmereinheit mit Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sind. Diese Meßaugen 1, 11 können vorteilhafterweise in einer Bohrung in der neutralen Faser jeder Schiene 7 auf einfache Art befestigt werden. Derartige Schubspannungsaufnehmer können aber auch an- ders ausgebildet sein, beispielsweise können sie auch direkt am Schienensteg appliziert werden.

Diese Schubspannungsaufnehmer 1, 11 erfassen eine Kraft beim Überfahren der Achse eines Schienenfahrzeugs entsprechend der Kraftnebenschlußwirkung, die das Wägeergebnis verfälscht, das durch die Kraftmeßvorrichtung auf den Schwellen 2, 8 gemessen wird. Diese Verfälschung durch die Kraftnebenschlußwirkung ist um so größer, je stärker diese Kopplung zur Kraftmeßvorrich- tung 3, 10 ist. Soweit nur eine Wägeeinrichtung 3 auf nur einer Schwelle 2 vorgesehen ist, entsteht ein relativ großer Kraftnebenschlußfehler. Bei einer Wägevorrichtung mit Wägeeinrichtungen 3 auf mehreren Schwellen 2, 8 verringert sich dieser Kraftnebenschlußfehler entsprechend.

Durch die vorgenannte Ermittlung der Schubspannung kann dieser Fehler aber durch eine entsprechende Kalibrierung korrigiert werden. Dazu werden sowohl die Signale der Schubspannungssensoren 1, 11 als auch der Kraftmeßvorrichtungen 3, 10 jeder Schwelle einer zentralen Auswertevorrichtung 12 zugeführt . Mit Hilfe einer oder mehrerer bekannter Referenzmassen oder Refe- renzkraftwirkungen (z. B. durch ein Prüfgerät) kann die Wägevorrichtung 3, 10 zunächst statisch kalibriert werden. Dabei erfolgt auch die Erfassung der ortsabhängigen Kraftneben- Schlußwirkung mittels der Schubspannungssensoren 1,11. Hierzu wird eine Referenzmasse oder das Prüfgerät an verschiedenen Positionen der Meßstrecke aufgesetzt. Alternativ kann dieser Vorgang auch mit bewegter Referenzmasse automatisiert durchgeführt werden. In der zentralen Auswertevorrichtung 12 werden die aus den Schubspannungsmessungen des Kalibriervorgangs abgeleiteten Korrekturfunktionen abgespeichert. Nachfolgend können für unbekannte Massen die statischen Gewichte ermittelt werden. Mit diesen Gewichten wiederum kann die Wägevorrichtung 3, 10 dynamisch kalibriert werden. Die dabei ermittelten dynamischen Korrekturfunktionen werden ebenfalls in der zentralen Auswertevorrichtung 1₁₀ gespeichert . Es ist also Auswertevorrichtung 12 gespeichert. Es ist also möglich, eine derartige Wägevorrichtung auf einfache Art und Weise mit bekannten Referenzmassen oder einem Prüfgerät, sowie weiteren unbekannten Massen statisch und dynamisch zu kalibrieren. Das so kalibrierte Wägesignal in der zentralen Auswerteeinrichtung 12 kann an dessen Ausgang 13 zur Weiterverarbeitung oder zur Anzeige von einer weiteren Einrichtung abgefragt oder angezeigt werden.

Allerdings ist die Kraftnebenschlußwirkung auch durch eine

Aussparung im Schienenfuß und -steg so weit verringerbar, daß deren Einfluß auf das Meßergebnis nur unwesentlich ist. Dazu wird vor der ersten mit Wägeeinrichtungen versehenen Schwelle 2 eine Aussparung im Schienenfuß und -steg eingearbeitet, der den Überfahrteil aber nicht unterbricht, so daß eine gelenkige Ankopplung entsteht. Dabei ist die Kraftnebenschlußwirkung um so geringer, je weiter dieses Gelenk von der ersten Meßeinrichtung 3 lagerfrei entfernt ist und je weniger Biegespannung durch das Gelenk übertragen wird. Da in diesem Gelenk aber ei- ne bestimmte Scherspannung nicht überschritten werden darf, um beim Überfahren mit einer zulässigen Last nicht beschädigt zu werden, kann eine bestimmte Kraftnebenschlußwirkung nicht verhindert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich deshalb herausgestellt, zusätzlich zur Erfassung der Schubspannung in jeder Schiene 7 auch eine Aussparung vorzusehen, damit insbesondere bei kleinen Überfahrlasten noch eine genaue Fahrtwägung bei möglichst geringer Brückenlänge erreichbar ist. Dabei kann das Meßergebnis insbesondere noch dadurch verbessert werden, daß sowohl am Anfang als auch am Ende der Meßstrecke eine Aussparung und eine Schubspannungsmessung vorgenommen wird.

Die Schubspannungssensoren 1, 11 werden gleichzeitig als Schienenschalter verwandt. Dazu wird mit Hilfe vorgegebener Achsabstände bekannter Schienenfahrzeuge durch die zentrale Auswertevorrichtung 12 jeweils der Anfang und das Ende eines überfahrenden Fahrzeugs bestimmt. Aus den bekannten und gemessenen Achsabständen ist dann in der Auswertevorrichtung 12 das Fahrzeuggewicht bestimmbar.

Neben dem Fahrzeuggewicht oder der Achsbelastung ist in der Auswertevorrichtung 12 gleichzeitig die Feststellung von Un- rundheiten und Flachstellen an Rädern der überfahrenden Schienenfahrzeuge möglich. Dazu werden in der Auswertevorrichtung 12 die Wägesignale über Filterschaltungen von bekannten Stör- anteilen wie beispielsweise Waggonschwingungen oder den Sinus- lauf getrennt und Waggonweise aufsummiert . Vorteilhafterweise wird der durch die Schubspannungsaufnehmer 1,11 ermittelte Kraftnebenschlußfehler berücksichtigt, so daß diese Summe der Signalanteile dem Gewicht des Waggons bzw. Fahrzeugs ent- spricht und als solches anzeigbar ist.

Durch die Aufsummierung der erfaßten Radaufstandskraftsignale beim Überfahren der Meßstrecke bildet die Auswertevorrichtung 12 einen Mittelwert, der dem Signalverlauf eines exakt runden Rades auf der Schiene entsprechen würde. Da hingegen ein unrundes Rad oder ein Flachstellenrad beim Überfahren einer Meßstrecke periodische Vertikalkraftschwankungen verursacht, werden in der Auswertevorrichtung 12 die Vertikalkraftschwankungen mit dem ermittelten Mittelwert ins Verhältnis gesetzt. So- weit im Mittelwert bereits regelmäßige Abweichungen wie beispielsweise Waggonschwingungen, Sinuslauf und vergleichbare Störanteile berücksichtigt wurden, stellt die Abweichung ein Maß der Unrundheit des beurteilten Rades dar. Diese Unrundheit kann dann angezeigt oder als Unrunddefekt signalisiert werden, soweit ein vorgegebener Grenzwert überschritten wird.

Die Auswertevorrichtung 12 kann aber auch so ausgebildet sein, daß aus den erfaßten und gespeicherten Vertikalkraftsignalen ein Referenzsignalverlauf ermittelt wird. Ein derartiger Refe- renzsignalverlauf könnte durch die Anwendung der Regeln der nichtlinearen Dynamik mit Hilfe von Rechenschaltungen erfolgen. Durch Vergleich des Referenzsignalverlaufs mit dem tatsächlichen Signalverlauf eines Rades kann die Auswertevorrichtung 12 dann eine Unrundheit oder eine Flachstelle ermitteln und anzeigen. Dabei kann die Auswertevorrichtung 12 zusätzlich auch die parallel über die beiden Schienen 7 rollenden Räder signalmäßig miteinander vergleichen und bewerten, um die Fest- stellgenauigkeit der Unrundheit zu erhöhen. So treten beispielsweise Schwerpunktverlagerungen auf einer Achse auf, so- weit ein Rad eine Unrundheit aufweist . Derartige Kriterien könnten zur Beurteilung der Unrundheiten zusätzlich herangezogen werden.

Je nach den Genauigkeitsanforderungen ist die Länge der Meß- strecke oder die Überfahrgeschwindigkeit festzulegen. Bei hohen Überfahrgeschwindigkeiten können Unrundheiten oder Flachstellen von Rädern bereits von Meßstrecken mit nur einem Meßwertaufnehmer ermittelt werden. Eine derartige Vorrichtung zur Feststellung von Unrundheiten und Flachstellen könnte mit ei- ner Wägeeinrichtung so kombiniert sein, daß diese mit normalen Fahrgeschwindigkeiten zur Unrundheit und bei langsamen Überfahrgeschwindigkeiten zur Wägung genutzt wird.

Werden hingegen längere Meßstrecken, die mindestens eine Rad- umdrehungslänge oder eine Drehgestellänge erfassen können vorgesehen, so kann auch schon bei geringen Überfahrgeschwindigkeiten die Unrundheit bzw. die Flachstelle erkannt und gleichzeitig auch eine Wägung durchgeführt werden. Mit einer derartigen Vorrichtung könnte auch gleichzeitig eine Überlastkon- trolle und eine Schwerpunktkontrolle erfolgen. Dabei müßten der Auswertevorrichtung 12 Grenzlastbereiche für bestimmte Waggontypen vorgegeben werden, die nach dessen Identi izierung mit dem gemessenen Gewicht verglichen würden und eine festgestellte Überlast signalisierbar oder anzeigbar wäre. Bei der Schwerpunktkontrolle könnte die Auswertevorrichtung 12 über die gemessenen Achslasten und nach Identifizierung des Waggontyps mit Hilfe der vorgegebenen Achsabstände den Schwerpunkt errechnen und beim Abweichen der Schwerpunktslage von einem vorgegebenen Bereich dieses ebenfalls signalisieren oder an- zeigen.

In Fig. 2 der Zeichnung ist eine Kraftmeßvorrichtung als Schnittbild eines Ausschnitts einer Schwelle 2 mit darauf angeordneter Wägezelle 3 unterhalb einer Schiene 7 näher darge- stellt. Die Schwelle 2, auf der die Wägezelle 3 angeordnet ist, stellt dabei eine nahezu standardisierte Betonschwelle dar, wie sie üblicherweise als Unterlage der Schienen 7 in einem Schotterbett 6 verlegt werden. Wegen der größeren Auflagefläche und des höheren Eigengewichts wird vorteilhafterweise eine standardisierte Weichenschwelle verwendet, deren Breite etwas größer und deren Gewicht etwas höher ist als das der herkömmlichen Schienenschwellen. Diese Schwellen 2 sind mit Spannarmierungselementen ausgestattet, wie sie üblicherweise auch in Weichenschwellen angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders verwindungssteife Bauart erreicht.

Gegenüber einer herkömmlichen Weichenschwelle unterscheidet sich die verwendete Schwelle 2 lediglich durch eine vorgesehene Befestigungsplatte 22, die im Bereich der Schienenbefesti- gung vorgesehen ist. Diese Befestigungsplatte 22 enthält an ihrer Unterseite Armierungselemente 28, die auf der Oberseite der Betonschwelle 2 eingegossen sind. Diese Befestigungsplatte 22 stellt in der Regel eine ebene Stahlblechplatte dar, die eine besonders ebene und genaue Befestigungsplattform unter der Schiene 7 darstellt und die Befestigungselemente enthält, mit der die Schiene 7 oder unterhalb der Schiene 7 angeordnete Wägezellen 3 an der Schwelle 2 befestigt werden können. Diese Befestigungselemente können in einfachster Form Ge.windebohrun- gen 27 darstellen, mit denen die Wägezelle 3 fest an der Befe- stigungsplatte 22 angebracht ist. Dabei schließt die Oberflä- ehe der Befestigungsplatte 22 etwa mit der Oberkante der oberen Auflagefläche der Schwelle 2 ab. Diese Befestigungsplatte 22 kann aber auch geringfügig in die Oberfläche der Schwelle 3 eingelassen werden, um zusätzlichen Montageraum unter der Schiene 7 zu gewinnen. Allerdings ist diese Absenkung der Befestigungsplatte 22 nur soweit möglich, daß die Spannarmierung innerhalb der Betonschwelle 2 nicht geschwächt wird, damit die Verwindungssteifigkeit der Schwelle 2 erhalten bleibt.

Auf diese Befestigungsplatte 22 wird eine Montageplatte 29 aufgeschraubt, an der die Kraftmeßeinrichtung als Wägezelle 3 befestigt ist. Die Wägezelle 3 ist quer unter der Schiene 7 vorgesehen, so daß sich die Schiene 7 auf der Wägezelle 3 abstützt. Diese Wägezelle 3 enthält ein Krafteinleitungsteil 18, einen Verformungskörper 17, an den Dehnungsmeßstreifen 20 appliziert sind und einen Kraftausleitungsteil 21, der fest mit der Montageplattform 29 verbunden ist. Die Wägezelle 3 ist doppel-S-förmig ausgebildet, so daß die Krafteinleitungsteile 18 und die Kraftausleitungsteile 21 gleichzeitig als Kraft- ruckfuhrungselemente vorgesehen sind. Dabei werden das Kraf- teinleitungs- 18 und das Kraftausleitungselement 21 durch zwei horizontale Schlitze 16, 26 vom Verformungsteil getrennt. Das Verformungsteil 17 enthält spiegelbildlich zu einer Mittellinie vier entgegengerichtete horizontale Sackbohrungen 19, so daß zwischen den vier Bohrungen 19 zwei separate vertikale

Verformungsflächen verbleiben, an denen die Dehnungsmeßstreifen 20 appliziert sind. Diese erzeugen ein dem Gewicht auf der Schiene 7 proportionales Signal. Die Wägezelle 3 könnte auch als einfache S-förmige Wägezelle ausgebildet sein, sofern et- was geringere Genauigkeitsanforderungen ausreichend sind oder eine größere Anzahl an Wägezellen vorgesehen ist .

Am Krafteinleitungsteil 18 sind Stege mit Klemmverbindungen 14 vorgesehen, zwischen denen die Schiene 7 quer zur Wägezelle 3 verläuft. Die Klemmverbindung 14 ist Teil eines Verbindungs- elementes, das als separate Adapterplatte ausgebildet ist. Die Adapterplatte 15 ist jeweils für einen bestimmten Schienentyp vorgesehen und ist über eine Schraubverbindung kraftschlüssig mit dem Krafteinleitungsteil 18 der Wägezelle 3 verbunden. Da- bei sind vorteilhafterweise Wägezellen 3 mit Kraftrückführungselementen vorgesehen, da bei diesen die gemessene Kraft weitgehend unabhängig vom Krafteinleitungsort ist, so daß Schwerpunktverschiebungen auf der Schiene 7 keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Es sind deshalb vorteilhafterweise auch Wägebalken mit Kraftruckfuhrungselementen verwendbar, wobei die Schiene 7 an einem oberen Kraftrückführungselement befestigt würde, während ein unteres Kraftrückführungselement fest auf der Oberfläche der Befestigungsplatte 22 zu verbinden wäre .

Oberhalb der Schwellen 2 und in Höhe der Kraftmeßvorrichtung 3 ist zum Schutz der Wägeeinrichtung ein Stahlblechgehäuse als Schutzabdeckung 4, 9 vorgesehen, das die Wägezellen 3, 10 und die zugehörigen Auswertevorrichtungen auf der Fläche der Schwellenoberseite umgibt. Dieses Schutzgehäuse 4, 9 verläuft in jedem Fall unterhalb der Schienenunterkante und kann für Reparatur- und Serviceaufgaben entfernt werden. In der Mitte der Schwelle 2 ist noch ein zusätzliches Schaltgehäuse 24 angeordnet, in das die Verbindungskabel der Kraftaufnehmer 3, 10 und der Meßaugen 1, 11 beschädigungssicher geführt werden. In diesem Schaltkasten 24 sind zusätzlich noch elektrische Schaltkreise angeordnet, die zur Speisung und entfernungsunabhängigen Signalumwandlung (A/D-Wandler) dienen.

In diesem Schaltkasten 24 ist oberhalb des Schotterbettes 6 in Schienenrichtung ein rohrförmiger Verbindungskanal 5 vorgesehen, durch den die mit Wägezellen 3,10 versehenen einzelnen Schwellen 2, 8 mit einander und mit der zentralen Auswertevorrichtung 12 elektrisch verbunden sind.

Claims

Patentansprüche

1. Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge mit mindestens einem Querträger, der als Unterlage für ein Paar Schienen

(7) dient und mit mindestens einer Kraftmeßvorrichtung (3, 10) für jede Schiene (7), wobei die Kraftmeßvorrich- tung zwischen der betreffenden Schiene und dem Querträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger als Betonschwelle (2, 8) ausgebildet ist, auf die die Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) angeordnet sind und die Betonschwelle (2, 8) unmittelbar in einer Schotterfahrbahn (6) für Fahrtschienen gelagert ist, wobei die Schotterfahrbahn (6) mindestens im Bereich der Betonschwelle (2, 8) durch eine Schotterverklebung stabilisiert ist.

2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wägevorrichtung aus mindestens einer Betonschwelle (2, 8) mit darauf angeordneten Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) oder einer Vielzahl von Betonschwellen (2, 8) mit Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) besteht.

3. Wägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Betonschwelle (2, 8) aus armiertem Beton oder einem anderen zur Herstellung von Betonschwellen vorgesehenen Werkstoffen besteht.

4. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Betonschwelle (2, 8) an ihrer Oberseite im Bereich der Schienenauflagerpunkte . zwei Befestigungsplatten (22) enthält, die in die Betonschwellen (2, 8) unterhalb der Schienenlagerung fest ein- gegossen sind.

5. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb der Schienen (7) Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) angeordnet sind, deren Krafteinleitungsteil (18) mit der Schiene (7) und deren Kraftausleitungsteil (21) kraftschlüssig und momen- tenschlüssig mit der Befestigungsplatte (22) der Schwelle (2, 8) verbunden ist.

6. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatte (22) als ebenes rechteckiges oder rundes Blechteil ausgebildet ist, das auf seiner der Schiene (7) zugewandten Seite Befestigungselemente (27) enthält, mit deren Hilfe die Kraftaufnehmer (3, 10) durch eine lösbare Verbindung auf der Betonschwelle (2, 8) zu befestigen sind.

7. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßvorrichtung (3, 10) als Wägezelle mit Kraftrückführungselementen ausgebildet ist.

8. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägesignale der Kraftmeß- Vorrichtungen (3, 10) jeder Schwelle (2, 8) so miteinander verknüpft sind, daß aus den Meßsignalen das Gewicht der Schienen ahrzeuge oder Teile davon ermittelbar sind.

9. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten mit Kraftauf- nehmern (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) in mindestens einer Schiene (7) mindestens ein Schubspannungssensor (1, 11) angeordnet ist, dessen Meßsignale zur Korrektur der Kraftnebenschlußkopplung und/oder als Schienen- Schalter dienen.

10. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor der ersten oder vor der ersten und nach der letzten mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) ein Schubspannungssensor (1, 11) vorgesehen ist, wobei der Schubspannungssensor in der neutralen Phase der Schiene (7) angeordnet ist.

11.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Schubspannungs- messung und einer statischen Kalibrierung in einer zentralen Auswertevorrichtung (12) eine ortsabhängige Korrekturfunktion gebildet und gespeichert wird, die bei der dynamischen Wägung zur Berücksichtigung der Kraftnebenschlußkopplung dient.

12.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Schubspannungs- signals in der zentralen Auswertevorrichtung (12) und mit Hilfe vorgegebener Achsabstände ein Waggonanfang und - ende oder ein Drehgestellanfang oder -ende bestimmt wird.

13.WägeVorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da- durch gekennzeichnet, daß der Schubspannungssensor (1,

11) als Meßauge ausgebildet ist, das in einer Bohrung der Schiene (7) angeordnet ist oder durch direkt applizierte Dehnungsmeßstreifen gebildet wird.

14.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor der ersten mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) im Schienenfuß eine vertikale oder schräge nach unten offene Aussparung vorgesehen ist, die die Fahrschiene (7) gelen- kig mit der oder den mit Wägezellen (3, 10) versehenen Schwellen (2, 8) verbindet.

15. ägevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor der ersten und/oder der letzten mit

Wägezellen (3, 10) versehenen Schwelle (2, 8) eine vertikale oder schräge nach unten offene Aussparung im Schienenfuß vorgesehen ist, die die Fahrschiene (7) gelenkig mit der oder den mit Wägezellen (3, 10) versehenen Schwellen (2, 8) verbindet.

16.Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Schotterverklebung in Fahrtrichtung in bestimmtem Abstand vor und bis nach der ersten oder vor der ersten und bis nach der letzten mit

Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) vorgesehen ist .

17.Wägevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwellen (2, 8) mit dem Schotterbett (6) verklebt sind.

18.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung durch die Schotterverklebung je nach Nennlast der Wägezellen (3,

10) und/oder der zulässigen Überfahrgeschwindigkeit vorgesehen ist.

19.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schotterverklebung im An- fahrbereich vor der ersten mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) mit stetig zunehmender Versteifung und/oder im Abfahrbereich nach der letzten mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) mit stetig abnehmender Versteifung vorgesehen ist .

0.Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die AuswerteVorrichtung (12) die beim Überfahren der Meßstrecke aus den Vertikalkraft- Signalen der Wägezellen (3, 10) gewonnen Werte eine mittlere Gewichtsbelastung bildet und diese mit dem zeitlichen Signalverlauf vergleicht und beim Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung als Unrundheit bzw. Flachstelle signalisiert oder anzeigt .