WO2002003040A1 - Wägevorrichtung für schienenfahrzeuge - Google Patents

Wägevorrichtung für schienenfahrzeuge Download PDF

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WO2002003040A1
WO2002003040A1 PCT/EP2001/007280 EP0107280W WO0203040A1 WO 2002003040 A1 WO2002003040 A1 WO 2002003040A1 EP 0107280 W EP0107280 W EP 0107280W WO 0203040 A1 WO0203040 A1 WO 0203040A1
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WO
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rail
weighing device
force
concrete
weighing
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PCT/EP2001/007280
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Inventor
Peter Groll
Original Assignee
Schenck Process Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/02Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles
    • G01G19/04Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing railway vehicles
    • G01G19/045Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing railway vehicles for weighing railway vehicles in motion
    • G01G19/047Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing railway vehicles for weighing railway vehicles in motion using electrical weight-sensitive devices

Definitions

  • the invention relates to a weighing device for rail vehicles according to the preamble of patent claim 1.
  • EP 0 500 971 A1 also discloses dynamic weighing methods for rail vehicles which do not require a complex track substructure. For this purpose, the shear stress in the neutral phase of the rail is recorded and evaluated. For this purpose, a weighing rail, which is applied with strain gauges, is welded into the rail network, in which case between the
  • Thresholds are arranged at least two strain gauges.
  • the wagon weight is determined by adding the weight signals by axis.
  • the wheel load causes the rail and the rail support to deflect
  • the train normally moves in a plane below the plane defined by the unloaded rail, while at the same time the rail deflection generates vibrations in the vertical plane between the sleepers.
  • this leads to changes in the vertical forces and thus to measurement inaccuracies, which can only be avoided by a larger number of measuring points.
  • such a weighing device is difficult to calibrate, since static weighing devices must be available for this purpose, which today are usually only available at a great spatial distance.
  • a weighing device for rail vehicles for static and dynamic weight determination in which force measuring cells are arranged between the rails and a cross member, by means of which the axle load of an overriding railway wagon can be determined.
  • the rails are each provided with three recesses arranged one behind the other in the rail foot and web, so that the rails are supported in an articulated manner on the load cells. Due to this articulated support of the two sections of each rail, an elaborate foundation or frame construction is required in any case, which absorbs the axle load relative to the ground.
  • the cross members obviously consist of double-T-shaped steel girders, which cannot be installed in the rail network without major renovation work.
  • a measuring section for rail vehicles is known from EP 0 468 397 B1, in which the measuring devices for determining the vertical forces acting on the rails are embedded in the rail sleepers, without a frame or a special foundation being provided.
  • the measuring devices consist of pressure transducers which are inserted into a hole in the sleepers below the rails. Due to the indefinable elastic behavior of ballast and subsoil, a clear load distribution to individual pressure transducers and sleepers is not possible while driving, so that dynamic weight determination is likely to be associated with not inconsiderable errors that affect the accuracy requirements. not meet the requirements, especially for a calibratable weight measurement.
  • the invention is therefore based on the object of creating a weighing device for rail vehicles which requires only minor structural changes in the rail network and with which high accuracy can nevertheless be achieved.
  • ballast gluing technology in track construction, in which the ballast bed is stabilized with an epoxy resin.
  • the epoxy resin is sprayed onto the ballast bed with a hardener, which penetrates into it due to its viscosity and sticks together the contact surfaces of the ballast stones.
  • This ballast bonding technology is used in track construction to increase the lateral resistance of railway sleepers in order to enable higher train speeds in the curves. In any case, it is not known to provide this ballast bonding for supporting a weighing platform.
  • the invention has the advantage that both a static and a dynamic weight measurement of rail vehicles is made possible by the force transducers on an almost standardized concrete sleeper below the continuous rails.
  • a weighing device can be calibrated in a simple manner even for dynamic weight determinations, without the need to use a weighbridge that is far away.
  • the invention also has the advantage that the weighing device is basically built on a standardized concrete sleeper, which can be mass-produced inexpensively and can be easily installed in the rail network.
  • a standardized concrete sleeper it is particularly advantageous that the prestressed reinforcement in the concrete sleeper can be kept largely undamaged, so that the sleepers form a torsion-resistant underlay that is necessary for accurate weight measurement.
  • such standard concrete sleepers advantageously also have a relatively high dead weight, so that natural swinging on the weighing line is largely damped when the vehicle is moving rapidly, thereby advantageously permitting highly precise dynamic weighing at a relatively high speed.
  • the use of the larger and heavier standardized turnout sleepers has proven to be advantageous, since they have a particularly torsion-resistant and vibration-damping effect and thus enable a very accurate legal-for-trade weighing.
  • Force transducers on the top of the concrete sleeper is also advantageously a side exchange of the force transducers possible for repair and maintenance work. It is particularly advantageous in the invention that the entire weighing device consists of only one or more sleepers with force transducers arranged thereon, which are installed in the normal ballast track bed like other sleepers. This eliminates the necessary transport problems of long track sections or of concrete or steel components, as are otherwise necessary for static weighbridges.
  • the invention has the advantage that the entire measuring technology can be fastened prefabricated on largely standardized concrete sleepers without great effort. Such pre-made sleepers can then be used in a simple manner Variable bridge lengths can be put together with, for example, a sleeper for a single-axle weighing or with eight sleeper for a three-axle bogie or forty sleeper for a complete, highly accurate wagon weighing.
  • Another advantage of the invention is that the sleeper is glued into a stabilized ballast bed, with no bridge construction being necessary, as is otherwise the case with concrete or steel bridges.
  • jumps in stiffness such as with concrete or steel bridges, can be avoided, since in a defined approach and departure area there is a continuous increase or decrease in stiffening, so that the excitation of wagon interference caused by the track position is minimized during the weighing process.
  • the force shunt effect can be corrected or reduced by the uninterrupted rail track. This also eliminates the need for rail switches that are otherwise necessary to determine the type of wagon in a weighing vehicle.
  • Fig. 1 a schematic weighing device with two
  • a weighing device for rail vehicles with two glued-in standardized concrete sleepers 2 is shown as a cross member in a bonded ballast bed 6, with a measuring eye as a shear stress sensor 1, 11 for force shunt correction in the area at the beginning and end of the measuring section in each rail 7 the threshold compartment is provided.
  • the two concrete sleepers 2, 8 shown are arranged in a ballast bed 6, as is customary as a rail track in railway construction.
  • the two concrete sleepers 2, 8, like other sleepers are arranged parallel to one another transversely to the direction of travel, these being surrounded by the stones representing the ballast bed 6.
  • the ballast stones are sprayed with a two-component epoxy resin-based adhesive with hardener, so that ballast bonding occurs due to the liquid adhesive penetrating into the ballast bed 6.
  • the concrete sleepers 2, 8 are also glued to the ballast stones.
  • This ballast bonding has so far been used to protect track construction work before gravel flight on high-speed routes and for stabilization at transition areas between gravel roads and permanent roads. In many cases, such ballast bonding is already provided for stabilization in curves, on switches and on the edges of roads in train stations.
  • ballast bonding has proven to be advantageous, which is carried out approx.
  • One wagon length before and one wagon length after the one or more concrete sleepers 2, 8 and, depending on the load, is to be carried out to a depth of 0.5 m.
  • the ballast stones stick together at their points of contact or edges so that a firm, stabilized ballast bed 6 is formed.
  • the stabilization of the ballast bed 6 is dependent on the amount and penetration depth of the two-component adhesive and the grain size of the ballast stones, a grain size of small ballast stones in particular increasing the stabilization.
  • ballast bed 6 Different degrees of stabilization of the ballast bed 6 can thus be produced, so that in particular a steady increase in stiffening or strengthening at the beginning and / or a steady decrease in the end of the weighing device is advantageous.
  • the concrete sleepers 2, 8 are glued to them, so that a non-positive connection between the concrete sleepers 2, 8 and the ballast bed 6 is also produced.
  • the concrete sleepers 2, 8 are essentially designed like standardized concrete sleepers, preferably like switch sleepers, only with the difference that fastening plates 22 are cast on their support side, on which the force transducers 3, 10 or the load cells are fastened under the rails 7. This is shown in more detail in Fig. 2 of the drawing. In Fig. 2, the same reference numerals as in Fig. 1 are used for the same parts.
  • the fastening plates 22 are made of a torsionally rigid steel sheet provided that contains reinforcing elements 28 on the underside, which are firmly integrated into the concrete body. In these fastening plates 22, threaded bores 27 are provided at the provided locations, through which the load cells 3, 10 are non-positively connected to the concrete sleeper 2, 8.
  • the concrete sleepers 2, 8 are preferably made of reinforced concrete and are manufactured in a concrete casting process under tensile loading of the steel reinforcement. However, the sleepers can also be made from other materials suitable for producing sleepers.
  • the concrete sleepers 2, 8 are surrounded above the mounting plate 22 up to the rail base with a cover 4, 9 made of sheet steel, under which the force transducers 3, 10 are protected and the cabling is carried out between the transducers.
  • Each switch box 24 of a threshold 2 is connected to the other thresholds 8 via a connection channel 5 which leads these devices to a central evaluation device 12.
  • the force measuring devices or load cells 3, 10 provided on the fastening plate 22 are provided on their upper side with connecting elements which establish a firm connection with the rail 7 lying above.
  • an adapter plate 15 with clamping connections 14 is preferably provided, the clamping connection being designed in the same way as is also common for connecting the rails 7 to the other sleepers.
  • the adapter plate 15 represents a connecting element, which is fixed or detachable (screw connection) to the force measuring device or load cell 3, 10 and permits adaptation of different rails or rail foot designs.
  • other connections tion elements are provided if this is necessary or advantageous due to the design of the force measuring devices.
  • the rails 7 are designed without interruption in the area of the weighing device and represent conventional travel rails.
  • the entire weighing device is preferably formed from six to eight sleepers with weighing devices located thereon, which are suitable for weighing railway wagons or other rail vehicles with up to three-axis bogies and a measuring section of four to five meters. For reasons of clarity, however, only two sleepers 2, 8 provided with weighing devices 3, 10 are shown in the exemplary embodiment described. To determine the weight of rail vehicles with only two axles, however, weighing devices on only one threshold 2 would also be sufficient. For special accuracy requirements and for the static weighing of complete railway wagons, weighing devices can also be provided on forty sleepers with a measuring distance of 25 m.
  • a so-called measuring eye is at the beginning and / or at the end of the measuring section in the middle between the first or last threshold 2, 8 provided with weighing devices and the neighboring threshold
  • Shear stress sensor 1, 11 provided in the neutral fiber of each rail 7. With such a measuring eye 1, 11, the shear stress that occurs when a vehicle axle rolls over in the neutral fiber of each rail 7 can be measured in a simple manner.
  • Such measuring eyes 1, 11 have proven to be advantageous since they are designed as a circular pickup unit with strain gauges.
  • These measuring eyes 1, 11 can advantageously be fastened in a bore in the neutral fiber of each rail 7 in a simple manner.
  • Such shear stress transducers can also be be be designed, for example, they can also be applied directly to the rail web.
  • shear stress sensors 1, 11 detect a force when crossing the axis of a rail vehicle in accordance with the force shunt effect, which falsifies the weighing result that is measured by the force measuring device on the sleepers 2, 8. This falsification by the force shunt effect is greater, the stronger this coupling to the force measuring device 3, 10 is. If only one weighing device 3 is provided on only one threshold 2, a relatively large force bypass error arises. In a weighing device with weighing devices 3 on several sleepers 2, 8, this force shunt error is reduced accordingly.
  • both the signals of the shear stress sensors 1, 11 and the force measuring devices 3, 10 of each threshold are fed to a central evaluation device 12.
  • the weighing device 3, 10 can first be statically calibrated.
  • the location-dependent secondary force effect is also detected by means of the shear stress sensors 1, 11.
  • a reference mass or the test device is placed at different positions on the measuring section.
  • this process can also be carried out automatically with a moving reference mass.
  • the correction functions derived from the shear stress measurements of the calibration process are stored in the central evaluation device 12.
  • the static weights can then be determined for unknown masses.
  • the weighing device 3, 10 can in turn be dynamically calibrated using these weights.
  • the thus determined dynamic correction functions are also stored in the central evaluation device 1 10th So it is Evaluation device 12 stored. It is therefore possible to calibrate such a weighing device statically and dynamically in a simple manner using known reference masses or a test device, as well as other unknown masses.
  • the weighing signal calibrated in this way in the central evaluation device 12 can be queried or displayed at its output 13 for further processing or for display by another device.
  • Recess in the rail foot and web can be reduced so far that their influence on the measurement result is only insignificant.
  • a recess is made in the rail foot and web in front of the first threshold 2 provided with weighing devices, but this does not interrupt the drive-over part, so that an articulated coupling is produced.
  • the force shunt effect is less, the further this joint is removed from the first measuring device 3 without bearings and the less bending stress is transmitted through the joint.
  • a certain shear stress must not be exceeded in this joint in order not to be damaged when driving over a permissible load, a certain force bypass effect cannot be prevented.
  • the shear stress sensors 1, 11 are also used as rail switches. For this purpose, with the help of predetermined center distances of known rail vehicles by the central evaluation device 12, the beginning and the end of each driving vehicle determined. The vehicle weight can then be determined in the evaluation device 12 from the known and measured center distances.
  • the evaluation device 12 determines non-roundness and flat spots on the wheels of the rail vehicles traveling over.
  • the weighing signals are separated from known interference components such as, for example, wagon vibrations or the sinusoidal movement in filter device 12 in filter device 12, and the wagons are added up.
  • the force shunt error determined by the shear stress transducers 1.11 is advantageously taken into account so that this sum of the signal components corresponds to the weight of the wagon or vehicle and can be displayed as such.
  • the evaluation device 12 By summing up the detected wheel contact force signals when crossing the measuring section, the evaluation device 12 forms an average value which would correspond to the signal curve of an exactly round wheel on the rail.
  • the vertical force fluctuations are related to the determined mean value in the evaluation device 12. Insofar as regular deviations such as wagon vibrations, sinus movement and comparable disturbance components have already been taken into account in the mean value, the deviation represents a measure of the out-of-roundness of the wheel being assessed. This out-of-roundness can then be displayed or signaled as an out-of-round defect if a predetermined limit value is exceeded.
  • the evaluation device 12 can also be designed so that a reference signal curve is determined from the detected and stored vertical force signals. Such a reference signal curve could be implemented by applying the rules of nonlinear dynamics with the help of arithmetic circuits. By comparing the reference signal curve with the actual signal curve of a wheel, the evaluation device 12 can then determine and display an out-of-roundness or a flat spot. In this case, the evaluation device 12 can also compare and evaluate the wheels rolling in parallel over the two rails 7 in order to increase the detection accuracy of the out-of-roundness. For example, there is a shift in the center of gravity on an axle if a wheel is out of round. Such criteria could also be used to assess the out-of-roundness.
  • the length of the measuring section or the overrun speed must be specified.
  • out-of-roundness or flat spots on wheels can already be determined from measuring sections with only one sensor.
  • Such a device for determining out-of-roundness and flat spots could be combined with a weighing device in such a way that it is used for non-roundness at normal driving speeds and for weighing at slow driving speeds.
  • the evaluation device would have to be given 12 limit load ranges for certain wagon types, which would be compared to the measured weight after its identification and a determined overload would be signalable or displayable.
  • the evaluation device 12 could be calculate the center of gravity of the measured axle loads and, after identifying the type of wagon, using the specified center distances and, if the center of gravity deviates from a specified range, also signal or display this.
  • the threshold 2 of the drawing shows a force measuring device as a sectional view of a section of a threshold 2 with a load cell 3 arranged thereon below a rail 7.
  • the threshold 2, on which the load cell 3 is arranged represents an almost standardized concrete sleeper, as is usually installed as a base for the rails 7 in a ballast bed 6. Because of the larger contact surface and the higher dead weight, a standardized turnout sleeper is advantageously used, the width of which is somewhat larger and the weight of which is somewhat higher than that of conventional rail sleepers.
  • These sleepers 2 are equipped with tension reinforcement elements, as are usually also arranged in turnout sleepers. This results in a particularly torsionally rigid design.
  • the threshold 2 used only differs in that it has a fastening plate 22 which is provided in the region of the rail fastening.
  • This fastening plate 22 contains reinforcement elements 28 on its underside, which are cast in on the top of the concrete sleeper 2.
  • This mounting plate 22 generally represents a flat steel plate, which represents a particularly flat and precise mounting platform under the rail 7 and contains the fastening elements with which the rail 7 or load cells 3 arranged below the rail 7 can be fastened to the sleeper 2.
  • these fastening elements can represent threaded bores 27 with which the load cell 3 is firmly attached to the fastening plate 22. The surface closes before the mounting plate 22 approximately with the upper edge of the upper contact surface of the threshold 2.
  • This mounting plate 22 can also be slightly embedded in the surface of the threshold 3 in order to gain additional mounting space under the rail 7. However, this lowering of the mounting plate 22 is only possible to the extent that the tensioning reinforcement within the concrete sleeper 2 is not weakened, so that the torsional rigidity of the sleeper 2 is maintained.
  • a mounting plate 29 is screwed onto this mounting plate 22, to which the force measuring device is attached as a load cell 3.
  • the load cell 3 is provided transversely under the rail 7, so that the rail 7 is supported on the load cell 3.
  • This load cell 3 contains a force introduction part 18, a deformation body 17, to which strain gauges 20 are applied, and a force discharge part 21, which is firmly connected to the assembly platform 29.
  • the load cell 3 is double S-shaped, so that the force introduction parts 18 and the force discharge parts 21 are simultaneously provided as force feedback elements.
  • the force introduction element 18 and the force discharge element 21 are separated from the deformation part by two horizontal slots 16, 26.
  • the deformation part 17 contains a mirror image of a center line four opposite horizontal blind bores 19, so that between the four bores 19 two separate vertical ones
  • the load cell 3 could also be designed as a simple S-shaped load cell, provided that lower accuracy requirements are sufficient or a larger number of load cells is provided.
  • clamp connection 14 is part of a connection element, which is designed as a separate adapter plate.
  • the adapter plate 15 is provided for a particular type of rail and is non-positively connected to the force introduction part 18 of the load cell 3 via a screw connection.
  • Load cells 3 with force feedback elements are advantageously provided, since in these the measured force is largely independent of the force introduction location, so that shifts in the center of gravity on the rail 7 have no influence on the measurement result. It is therefore advantageously also possible to use weighing beams with force feedback elements, the rail 7 being fastened to an upper force feedback element, while a lower force feedback element would have to be firmly connected to the surface of the fastening plate 22.
  • a sheet steel housing is provided as a protective cover 4, 9 above the sleepers 2 and at the level of the force measuring device 3, which surrounds the load cells 3, 10 and the associated evaluation devices on the surface of the upper side of the sleepers.
  • This protective housing 4, 9 runs in any case below the lower edge of the rail and can be removed for repair and service tasks.
  • an additional switch housing 24 into which the connecting cables of the force transducers 3, 10 and the measuring eyes 1, 11 are guided so as to prevent damage.
  • this switch box 24 there are also additional electrical circuits which are used for feeding and distance-independent signal conversion (A / D converter).
  • a tubular connection channel 5 is provided above the ballast bed 6 in the rail direction, through which the individual sleepers 2, 8 provided with load cells 3, 10 are electrically connected to one another and to the central evaluation device 12.

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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 .
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