DE10347812B4

DE10347812B4 - Force measuring device for detecting the rail load

Info

Publication number: DE10347812B4
Application number: DE2003147812
Authority: DE
Inventors: Prof. Dipl.-Ing. Dr. Techn. Grünbaum Peter
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: DE10347812A1

Abstract

Kraftmessvorrichtung zur Erfassung der Schienenbelastung, die zwischen mindestens einer Schiene und deren Schwelle angeordnet ist, und die aus mindestens einem Krafteinleitungsteil (2), das mit der Schiene verbindbar ist, und aus mindestens einem Kraftausleitungsteil (3), das mit der Schwelle verbindbar ist, besteht, wobei zwischen den Kraftein- (2) und Kraftausleitungsteilen (3) mindestens vier entgegengerichtete Aussparungen (4, 5) an mindestens einem balkenförmigen Verformungskörper (7) vorgesehen sind, und an dessen membranartigen Verbindungswänden (6) Dehnungsmessstreifen (9) appliziert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper (7) längs zur Schienenrichtung angeordnet ist und quer zur Schienenrichtung äußere (2) und mittlere Querfortsätze (3) als Kraftein- und Kraftausleitungsteile aufweist, wobei der dazwischen angeordnete Verformungskörper (7) in verschiedene Belastungsrichtungen (X, Y, Z) ausgerichtete Verbindungswände (6) mit Aussparungspaaren (4, 5) aufweist, die zur Messung von mindestens zwei Kraftkomponenten (Y, Z) dienen.Force measuring device for detecting the rail load, which is arranged between at least one rail and its sleeper, and which consists of at least one force introduction part (2) that can be connected to the rail, and of at least one force output part (3) that can be connected to the sleeper, consists, with at least four oppositely directed recesses (4, 5) being provided on at least one bar-shaped deformation body (7) between the force input (2) and force output parts (3), and strain gauges (9) being applied to its membrane-like connecting walls (6), characterized in that the deformation body (7) is arranged longitudinally to the rail direction and has outer (2) and central transverse extensions (3) as force input and output parts transversely to the rail direction, the deformation body (7) arranged in between in different loading directions (X, Y) , Z) has aligned connecting walls (6) with pairs of recesses (4, 5), which are used to measure at least two force components (Y, Z).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung zur Erfassung der Schienenbelastung, insbesondere durch ein rollendes Schienenfahrzeugrad, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a force measuring device for detecting the rail load, in particular by a rolling rail vehicle wheel, according to the preamble of patent claim 1.

Durch ein rollendes oder stehendes Rad eines Schienenfahrzeugs wird eine Kraft auf die Schiene ausgeübt, die für die verschiedensten Messaufgaben verwendbar ist. Die Schienenbelastung wurde vor wenigen Jahren nur zur Ermittlung der Achs- oder der Fahrzeuggewichte von schienengebundenen Fahrzeugen verwendet. Mittlerweile ist es für die Sicherheit des Bahnverkehrs bei immer höheren Zuggeschwindigkeiten zunehmend wichtiger, auch Unrundheiten und Flachstellen an den Fahrzeugrädern zu erkennen.A rolling or stationary wheel of a rail vehicle exerts a force on the rail which can be used for a wide variety of measuring tasks. The rail load was used only a few years ago to determine the axle or vehicle weights of rail vehicles. Meanwhile, it is increasingly important for the safety of rail traffic at ever higher train speeds to detect even roundness and flat spots on the vehicle wheels.

So besteht die Radaufstandskraft, die auf die Schiene wirkt, sowohl aus einer statischen Gewichtsbelastung und einem dynamischen Anteil, der mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigen kann. Dabei erhöht sich der dynamische Anteil der Radaufstandskraft, wenn das Rad unrund ist oder über Flachstellen verfügt. Der dynamische Anteil der Radaufstandskraft verteilt sich dabei nicht nur in vertikaler Richtung, sondern auch quer und längs zur Schienenrichtung. Insbesondere bei hohen Zuggeschwindigkeiten kann diese dynamische Radaufstandskraft bei Unrundheiten oder Flachstellen so groß werden, dass dadurch Schäden am Rad, an der Schiene oder am Gleisbau verursacht werden, die auch zu Zugunfällen führen können.Thus, the wheel contact force acting on the rail consists of both a static weight load and a dynamic portion that may increase with increasing speed. This increases the dynamic portion of the Radaufstandskraft when the wheel is out of round or has flats. The dynamic portion of the wheel contact force is distributed not only in the vertical direction, but also transversely and longitudinally to the rail direction. Especially at high speeds, this dynamic Radaufstandskraft Unrounded or flat spots can be so large that this damage to the wheel, caused on the rail or on the track, which can also lead to train accidents.

Des Weiteren kann aus der Summe der Schienenbelastung auch auf den Gleiszustand geschlossen werden, der bei Erreichung einer vorgegebenen Gesamtbelastung Reparatur- oder Instandsetzungsarbeiten notwendig macht. Eine derartige Schienenbelastung soll in Zukunft bei einigen Gleisstreckenbetreibern auch zur Festsetzung einer Überfahrgebühr genutzt werden.Furthermore, from the sum of the rail load can also be concluded on the track condition, which makes repair or maintenance work necessary when a given total load. Such a rail load is to be used in the future in some track operator also to set a transfer fee.

Aus dem Dokument EP 0 500 971 A1 ist ein dynamisches Wägeverfahren für Schienenfahrzeuge bekannt, mit dem ein Großteil der Schienenbelastung beim überfahrenden Bahnverkehr erfassbar ist. Dazu wird die Schubspannung in der neutralen Phase der Schiene erfasst und ausgewertet. Hierzu wird in das Fahrschienennetz eine mit Dehnungsmessstreifen applizierte Wageschiene eingeschweißt, bei der zwischen den Schwellen mindestens zwei Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Das Waggongewicht wird dabei durch achsweise Addition der Gewichtssignale ermittelt. Mit einer derartigen Einrichtung kann aber die gesamte Schienenbelastung nicht ermittelt werden, wobei insbesondere eine sichere Flachstellenerkennung nicht möglich ist, da diese im Bereich der Schwellen nicht erfasst werden kann.From the document EP 0 500 971 A1 is a dynamic weighing method for rail vehicles known, with a large part of the rail load is detected in the crossing rail traffic. For this purpose, the shear stress in the neutral phase of the rail is recorded and evaluated. For this purpose, a rail track applied with strain gages is welded into the rail network, in which at least two strain gauges are arranged between the sleepers. The wagon weight is determined by axle-wise addition of the weight signals. With such a device, however, the entire rail load can not be determined, in particular, a secure flat spot detection is not possible, since this can not be detected in the field of thresholds.

Eine Vorrichtung zur Ermittlung unrunder Räder an Eisenbahnfahrzeugen ist bereits durch das Dokument DE 44 39 342 A1 vorbekannt. Bei dieser Vorrichtung sind auf einer Messstrecke am Schienenfuß im Bereich jeder Schwelle beidseitig jeweils zwei Sensoren aus Dehnungsmessstreifen appliziert, die die Schwellenreaktionskräfte erfassen. Weiterhin sind noch Schubkraftsensoren vorgesehen, die jeweils am Anfang und Ende der Messstrecke in der neutralen Phase der Schiene angeordnet sind. Mit einer derartigen Vorrichtung ist aber offensichtlich keine genaue Gewichtsbelastung bei überrollenden Fahrzeugrädern erfassbar.A device for detecting unround wheels on railway vehicles is already covered by the document DE 44 39 342 A1 previously known. In this device, two sensors of strain gauges are applied on both sides of a measuring section on the rail foot in the region of each threshold, which detect the threshold reaction forces. Furthermore, thrust sensors are provided, which are each arranged at the beginning and end of the measuring section in the neutral phase of the rail. With such a device, however, obviously no exact weight load is detectable in rolling vehicle wheels.

Aus dem Dokument DE 198 34 030 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Gewichtsbelastung auf der Schiene durch überfahrende Gleisfahrzeuge bekannt. Dazu werden im Bereich der Schwelle parallel zu jedem Gleis zwei Doppelbiegebalken angeordnet, die über seitliche Montageplatten mit der Schiene verbunden sind.From the document DE 198 34 030 A1 a device for determining the weight load on the rail by driving over track vehicles is known. For this purpose, two double bending beams are arranged in the area of the threshold parallel to each track, which are connected to the rail via lateral mounting plates.

Die Verbindung zwischen den Schienen und den beiden Doppelbiegebalken erfolgt dabei jeweils vor und hinter der Schwelle im sogenannten Schwellenfach. In der Mitte stützen sich die Doppelbiegebalken jeweils auf die Schwellen ab, so dass die auf die Schiene wirkenden Vertikalkräfte erfasst werden, mit der auch Unrundheiten und Flachstellen erkennbar sind. Allerdings erfordert eine sichere Flachstellen- oder Unrundheitserkennung die Erfassung auf mindestens einer Radumdrehung von ca. 3,5 m Messstrecke, wozu bei üblichen Schwellenfächern mindestens 28 Kraftaufnehmer notwendig sind. Da es sich bei den beiden Kraftaufnehmern um spezielle hochpräzise doppelseitige Doppelbiegebalken handelt, ist für eine Schienenbelastungsvorrichtung mit Flachstellenerkennung ein hoher apparativer Aufwand notwendig.The connection between the rails and the two double cantilevers takes place before and behind the threshold in the so-called threshold compartment. In the middle, the double bending beams are each based on the thresholds, so that the vertical forces acting on the rail are detected, with which also irregularities and flat spots are recognizable. However, a secure flat or non-roundness detection requires the detection of at least one wheel revolution of about 3.5 m measuring distance, including at least 28 force sensors are necessary in conventional threshold compartments. Since the two force transducers are special high-precision double-sided double bending beams, a high equipment outlay is necessary for a rail load device with flat-point detection.

Aus dem Dokument EP 1 212 228 B1 ist eine spezielle Vorrichtung zur Feststellung von Unrundheiten und Flachstellen an schienengebundenen Fahrzeugrädern bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind zur Erfassung der Schienenbelastung bei überfahrenden Schienenfahrzeugrädern spezielle Messschwellen vorgesehen, in die quer zur Schienenrichtung Kraftaufnehmer eingelassen sind, auf denen sich die Schienen abstützen. Diese Kraftaufnehmer sind in ihrem Krafteinleitungsteil fest mit der Schiene und ihrem Kraftausleitungsteil fest mit der Schwelle verbunden. Zur Krafteinleitung sowie zur Kraftausleitung sind Kraftrückführungselemente vorgesehen, die die Kraft in einen balkenförmigen Dehnungskörper einleiten. In den Dehnungskörper sind zwei horizontale gegeneinander gerichtete Aussparungen vorgesehen, die in ihrer Mitte eine membranartige Verbindungswand belassen, an der Dehnungsmessstreifen in Form von Scherkraftaufnehmern appliziert sind. Diese Scherkraftaufnehmer befinden sich zentral in vertikaler Richtung unter der Schiene und erfassen dadurch lediglich vertikale Radaufstandskräfte. Mit einer derartigen Vorrichtung ist zwar eine sichere Erkennung von größeren Unrundheiten und Flachstellen feststellbar, aber nicht unbedingt ein Wert für die gesamte Gleisbelastung ermittelbar.From the document EP 1 212 228 B1 a special device for detecting Unrundheiten and flat spots on rail-bound vehicle wheels is known. In this device, special measuring thresholds are provided for detecting the rail load when traveling over rail vehicle wheels, in the transversely to the rail direction load cells are embedded, on which the rails are supported. These force transducers are firmly connected in their force introduction part with the rail and its Kraftausleitungsteil with the threshold. For force application and force discharge force return elements are provided which initiate the force in a bar-shaped expansion body. In the expansion body two horizontal mutually opposing recesses are provided, which leave in their midst a membrane-like connecting wall, are applied to the strain gauges in the form of Scherkraftaufnehmer. These shear force sensors are located centrally in the vertical direction under the rail and thereby capture only vertical Radaufstandskräfte. With such a device, although a reliable detection of major irregularities and flat spots can be determined, but not necessarily a value for the entire track load can be determined.

Aus dem Dokument WO 02/03040 A1 ist eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge bekannt, bei der zwischen der Schiene und herkömmlichen Schwellen quer angeordnete Kraftaufnehmer vorgesehen sind. Die Kraftaufnehmer sind sowohl an der Schiene als auch an der Schwelle befestigt. Zur Kraftein- und Ausleitung sind jeweils zwei Kraftrückführungselemente vorgesehen, zwischen denen zwei balkenförmige Verformungskörper angeordnet sind. Die Verformungskörper sind symmetrisch zu einer senkrechten Mittellinie zum Schienenmittelpunkt angeordnet. Symmetrisch und quer im balkenförmigen Verformungskörper sind gegeneinander jeweils zwei Aussparungen vorgesehen, zwischen denen eine membranartige Verbindungswand belassen ist, an der jeweils die Dehnungsmessstreifen in Form von Scherkraftaufnehmern angeordnet sind. Zur Erfassung der Schienenbelastung auf einer Strecke sind mindestens auf der Länge einer Radumdrehung sieben Kraftmessvorichtungen als Messstrecke vorgesehen, mit der bei langsamer Überfahrt eine sehr genaue Gewichtsermittlung durch Erfassung der vertikalen Radaufstandskräfte möglich ist. Zusätzlich sind am Anfang und Ende der Messstrecke in der neutralen Phase des Schienensteges noch Schubkraftaufnehmer vorgesehen, die die axiale Kraftnebenschlusskopplung während der Überfahrt ermitteln und rechnerisch bei der Gewichtsermittlung berücksichtigen. Bei dieser Vorrichtung ist gleichzeitig noch vorgesehen, die Vertikalkraftsignale jeder Kraftmessvorichtung bei der Überfahrt miteinander zu vergleichen und bei einer vorgegebenen Abweichung als Unrundheit bzw. Flachstelle zu signalisieren oder anzuzeigen. Durch die ausschließlich vertikale Kraftkomponentenerfassung ist insbesondere bei einer schnelleren Überfahrt zumindest eine genaue Angabe über die Größe der Unrundheit und Flachstellenausbildung nicht möglich.From the document WO 02/03040 A1 is a weighing device for rail vehicles is known, are provided in the between the rail and conventional thresholds transversely arranged force transducer. The load cells are attached to both the rail and the threshold. For force input and discharge two force return elements are provided, between which two bar-shaped deformation body are arranged. The deformation bodies are arranged symmetrically to a vertical center line to the rail center. Symmetrically and transversely in the beam-shaped deformation body, two recesses are provided against each other, between which a membrane-like connecting wall is left, on each of which the strain gauges are arranged in the form of Scherkraftaufnehmern. To detect the rail load on a route seven force measuring devices are provided as a test section at least over the length of a Radumdrehung, with the slower passage a very accurate determination of weight by detecting the vertical Radaufstandskräfte is possible. In addition, thrust loaders are still provided at the beginning and end of the measuring section in the neutral phase of the rail web, which determine the axial Kraftnebenschlusskopplung during the crossing and mathematically considered in the weight determination. In this device, it is also provided at the same time to compare the vertical force signals of each force measuring device during the crossing with each other and signal or display at a predetermined deviation as out of roundness or flat. Due to the exclusively vertical force component detection is at least a precise indication of the size of the out-of-roundness and flattening training is not possible especially at a faster crossing.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung verschiedener Schienenbelastungen während der Überfahrt schienengebundener Fahrzeuge zu schaffen, die insbesondere bei einer dynamischen Schienenbelastung möglichst alle in die Schiene eingeleiteten Kräfte berücksichtigt.The invention is therefore an object of the invention to provide a device for measuring various rail loads during the crossing rail-bound vehicles, which takes into account all possibly introduced into the rail forces, especially in a dynamic rail load.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention defined in claim 1. Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Messung nicht nur der vertikalen Kraftkomponente, sondern mindestens auch der dazu orthogonalen Querkraftkomponente eine genaue Schienenbelastungsmessung möglich ist. Insbesondere durch die separate Messung der einzelnen Kraftkomponenten können diese in den Biegerichtungen mit den höchsten Dehnungsbereichen erfasst werden, sodass dadurch nur geringe Störanteile im Messsignal enthalten sind. Da mit solchen Kraftmessvorrichtungen separat alle Kraftkomponenten im dreidimensionalen Raum erfasst werden können, kann vorteilhafterweise ein vollständiges Belastungsbild bei der Überfahrt von Gleisfahrzeugen ermittelt werden. Derartige Kraftkomponentenmessungen können deshalb in einer Messstrecke vorteilhaft zur gehauen Gewichts-, Unrundheit- und Flachstellenmessung genutzt werden.The invention has the advantage that an accurate rail load measurement is possible by measuring not only the vertical force component, but at least also the orthogonal transverse force component. In particular, by the separate measurement of the individual force components, these can be detected in the bending directions with the highest strain ranges, so that thereby only small noise components are included in the measurement signal. Since with such force measuring devices separately all force components can be detected in three-dimensional space, advantageously a complete load pattern can be determined during the passage of track vehicles. Such force component measurements can therefore be used advantageously in a measuring section for hacked weight, out-of-roundness and flat spot measurement.

Durch den Längseinbau direkt unter der Schiene wird vorteilhafterweise die natürliche vertikale Biegelinie der Schiene durch den Einbau kaum gestört, sodass an diesen Messstellen auch bei schneller Überfahrt weder der Fahrbetrieb nennenswert gestört wird, noch mit erhöhtem Verschleiß an den Messstrecken zu rechnen ist.Due to the longitudinal installation directly under the rail, the natural vertical bending line of the rail is advantageously hardly disturbed by the installation, so that at these measuring points, even at fast crossing neither the operation is disturbed appreciably, nor is expected to increase wear on the measuring sections.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

1: einen Kraftaufnehmer in Einbaulage von oben betrachtet; 1 : a load cell in installation position viewed from above;

2: einen Kraftaufnehmer von unten betrachtet und 2 : a load cell viewed from below and

3: ein Schnittbild des Kraftaufnehmers in Draufsicht. 3 : A sectional view of the force transducer in plan view.

In 1 der Zeichnung ist ein einzelner Kraftaufnehmer in Einbaulage dargestellt, wie er zwischen einer Schiene und einer Schwelle längsgerichtet angeordnet ist, der im Wesentlichen aus einem Biegebalken 1 mit Querfortsätzen 2, 3 besteht, zwischen denen jeweils mindestens zwei entgegengerichtete Aussparungen 4, 5 in vertikaler und in horizontaler Richtung vorgesehen und an dessen Verbindungswänden 6 Dehnungsmessstreifen 9 appliziert sind.In 1 The drawing shows a single load cell in the installed position, as it is longitudinally arranged between a rail and a threshold, consisting essentially of a bending beam 1 with transverse processes 2 . 3 between each of which at least two opposing recesses 4 . 5 provided in the vertical and in the horizontal direction and at the connecting walls 6 Strain gauges 9 are applied.

Der Kraftaufnehmer ist im Wesentlichen als langgestreckter Biegebalken 1 ausgebildet, der in Längsrichtung unter der Schiene angeordnet wird, und der als Krafteinleitungsteile an seinen beiden Endbereichen jeweils zwei äußere Querfortsätze 2 aufweist. Der Kraftaufnehmer ist vorzugsweise ca. 400 mm lang, 100 mm hoch und ca. 90 mm breit. Dabei besitzen die beiden Querfortsätze 2 an den Endbereichen vorzugsweise eine Gesamtbreite von ca. 215 mm, an denen jeweils noch zwei Durchgangsbohrungen 8 zur Befestigung des Kraftaufnehmers am Gleisfuß vorgesehen sind. Die zur Krafteinleitung dienenden äußeren Querfortsätze 2 überragen die obere Deckfläche 13 des Mittelteils des Aufnehmers in ihrer Höhe h um vorzugsweise ca. 10 mm, sodass die Schiene nur an den äußeren Querfortsätzen 2 auf dem Kraftaufnehmer aufliegt.The force transducer is essentially an elongated bending beam 1 formed, which is arranged in the longitudinal direction below the rail, and as the force introduction parts at its two end regions in each case two outer transverse extensions 2 having. The force transducer is preferably about 400 mm long, 100 mm high and about 90 mm wide. The two have transverse processes 2 at the end regions preferably has a total width of about 215 mm, at each of which two more Through holes 8th are provided for attachment of the force transducer on the track base. The outer transverse processes serving for the introduction of force 2 surmount the upper deck area 13 The height of the central portion of the pick-up h is preferably about 10 mm, so that the rail only on the outer transverse processes 2 rests on the load cell.

Zur Befestigung des Kraftaufnehmers auf der Schwelle sind als Kraftausleitungsteile die in der Mitte des Kraftaufnehmers angeordneten mittleren Querfortsätze 3 vorgesehen, deren Gesamtbreite in Querrichtung vorzugsweise 290 mm beträgt. Zur Befestigung des Kraftaufnehmers sind auch an diesen mittleren Querfortsetzen 3 zwei Durchgangsbohrungen 12 angeordnet, mit denen der Kraftaufnehmer mit der Schwelle kraftschlüssig verschraubt wird.To attach the force transducer on the threshold are arranged as Kraftausleitungsteile arranged in the middle of the force transducer middle transverse processes 3 provided, the total width in the transverse direction is preferably 290 mm. For attachment of the force transducer are also at this middle transverse continuation 3 two through holes 12 arranged, with which the force transducer is bolted to the threshold frictionally.

In 2 der Zeichnung ist der Kraftaufnehmer von unten betrachtet dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass die mittleren Querfortsätze 3 die untere äußere Aufnehmerfläche 14 in ihrer Höhe h vorzugsweise um ca. 10 mm überragen. Dadurch liegt der Kraftaufnehmer in Einbaulage nur mit seinen mittleren Querfortsätzen 3 auf der Schwelle auf und gestattet eine belastungsabhängige Durchbiegung in alle räumlichen Krafteinleitungsrichtungen. Der Kraftaufnehmer ist insgesamt zu den mittleren Querfortsätzen 3 symmetrisch ausgebildet und besteht deshalb in Längsrichtung aus zwei gleichartigen Aufnehmerhälften. Zwischen den mittleren Querfortsätzen 3 und den äußeren Querfortsätzen 2 erstreckt sich ein etwa quadratischer Biegebalkenteil, der in jeder Aufnehmerhälfte einen separaten Verformungskörper 7 bildet. Diese beiden Verformungskörper 7 können aber auch rechteckig, rund oder eine andere symmetrische Form aufweisen. In jeder Kraftaufnehmerhälfte sind im Verformungskörper 7 jeweils mindestens zwei gegeneinander gerichtete horizontale Aussparungen 4 und mindestens zwei gegeneinander gerichtete vertikale Aussparungen 5 vorgesehen, wobei zwischen jedem Aussparungspaar 4, 5 vorzugsweise eine 2 mm dicke Verbindungswand 6 vorgesehen ist.In 2 The drawing shows the force transducer is viewed from below, from which it can be seen that the middle transverse processes 3 the lower outer transducer surface 14 in their height h preferably project by about 10 mm. As a result, the load cell is in the installed position only with its central transverse processes 3 on the threshold and allows a load-dependent deflection in all spatial directions of force introduction. The force transducer is in total to the middle transverse processes 3 formed symmetrically and therefore consists in the longitudinal direction of two similar receiving halves. Between the middle transverse processes 3 and the outer transverse processes 2 extends about an approximately square bending beam part, which has a separate deformation body in each pickup half 7 forms. These two deformation bodies 7 but may also have rectangular, round or another symmetrical shape. In each load cell half are in the deformation body 7 in each case at least two mutually facing horizontal recesses 4 and at least two mutually facing vertical recesses 5 provided, between each pair of recess 4 . 5 preferably a 2 mm thick connecting wall 6 is provided.

In 3 der Zeichnung ist ein Schnittbild in Draufsicht des Kraftaufnehmers dargestellt, aus der die horizontalen Aussparungen 4 mit den vertikalen Verbindungswänden 6 ersichtlich sind. An diesen membranartigen Verbindungswänden 6 sind Dehnungsmessstreifen 9 appliziert, wobei vorzugsweise Scherkraftausführungen vorgesehen sind. Die Aussparungen 6 sind dabei als Sackbohrungen ausgeführt, die an ihren Enden eine flache ebene Verbindungsfläche bilden, auf der die Dehnungsmessstreifen 9 appliziert werden. Die Aussparungen 6 können aber auch quadratisch, rechteckig oder polygon ausgebildet sein, wobei die gegeneinander gerichteten Aussparungspaare 5, 6 vorzugsweise die gleiche Tiefe aufweisen und somit symmetrisch zu einer vertikalen längsgerichteten Mittelebene 10 verlaufen. Die beiden vertikalen Verbindungswände 6 sind zu einer quer gerichteten Mittellinie 11 neben den mittleren Querfortsätzen 3 symmetrisch angeordnet. Diese Verbindungswände können zu dieser Mittellinie 11 aber auch asymmetrisch angeordnet sein, wodurch sich eine Verbesserung der Integration des Messdehnungsfeldes ergeben kann. Die beiden vertikalen Verbindungswände 6 dienen zur Messung der vertikalen Kraftkomponente in Z-Richtung, wobei die Dehnungsmessstreifen 9 der beiden vertikalen Verbindungswände vorzugsweise additiv zu einer Wheatstone'schen Vollbrücke verschaltet werden, um diese Kraftkomponente Z bei der Überfahrt eines Fahrzeugrades separat zu erfassen.In 3 the drawing is a sectional view in plan view of the force transducer shown, from which the horizontal recesses 4 with the vertical connecting walls 6 can be seen. At these membrane-like connecting walls 6 are strain gauges 9 applied, preferably shearing force designs are provided. The recesses 6 are designed as blind holes, which form at their ends a flat flat connecting surface on which the strain gauges 9 be applied. The recesses 6 but may also be square, rectangular or polygonal, with the mutually facing recess pairs 5 . 6 preferably have the same depth and thus symmetrical to a vertical longitudinal center plane 10 run. The two vertical connecting walls 6 are to a transverse centerline 11 next to the middle transverse processes 3 arranged symmetrically. These connecting walls can to this center line 11 but also be arranged asymmetrically, which may result in an improvement of the integration of the measuring strain field. The two vertical connecting walls 6 are used to measure the vertical force component in the Z direction, with the strain gauges 9 the two vertical connecting walls are preferably connected in an additive manner to a Wheatstone full bridge in order to detect this force component Z separately when crossing a vehicle wheel.

Im Verformungskörper 7 sind seitlich neben den horizontalen Aussparungen 4 und symmetrisch zur Mittellinie 11 und neben den äußeren Querfortsätzen 2 die vertikalen Aussparungen 5 mit ihren nicht dargestellten horizontalen Verbindungswänden angeordnet, die zur Messung der horizontalen Kraftkomponente in Y-Richtung dienen. An den horizontalen Verbindungswänden sind ebenfalls Dehnungsmessstreifen vorzugsweise auch als Scherkraftausführungen appliziert. Dabei haben sowohl die horizontalen Aussparungen 4 als auch die vertikalen Aussparungen 5 die gleichen Durchmesser von vorzugsweise 55 mm. Die Dicke der Verbindungswände 6 und die Größe der Bohrung sind jeweils auf die vorgesehene Empfindlichkeit und die maximalen Belastungsgrößen abstimmbar. Mit einem derartigen Kraftaufnehmer sind nicht nur die vertikalen, sondern auch die dazu orthogonal ausgerichteten Kraftkomponenten in Y-Richtung separat erfassbar. Die einzelnen Kraftaufnehmer stellen im eingebauten Zustand eine Kraftmessvorichtung für ein Fahrzeugrad dar und paarweise für eine überfahrende Fahrzeugachse. Kraftmessvorichtungen mit ca. sieben Kraftaufnehmern unter jeder Schiene bilden eine Messstrecke für Belastungsmessung von Drehgestellen und einer Radumdrehung zur Unrundheitsermittlung.In the deformation body 7 are laterally next to the horizontal recesses 4 and symmetrical to the midline 11 and next to the outer transverse processes 2 the vertical recesses 5 arranged with their horizontal connecting walls, not shown, which serve to measure the horizontal force component in the Y direction. Strain gauges are also preferably applied as shearing force versions to the horizontal connecting walls. There are both the horizontal recesses 4 as well as the vertical recesses 5 the same diameter of preferably 55 mm. The thickness of the connecting walls 6 and the size of the hole are each tunable to the intended sensitivity and the maximum load sizes. With such a force transducer not only the vertical, but also the orthogonally oriented force components in the Y direction can be detected separately. When installed, the individual force transducers represent a force measuring device for a vehicle wheel and in pairs for a vehicle axle passing over. Force measuring devices with approximately seven force transducers under each rail form a measuring section for load measurement of bogies and one wheel revolution for non-circularity determination.

Insbesondere bei der dynamischen Krafteinleitung bei einem überfahrenden Schienenfahrzeug kann durch die zweidimensionale Krafterfassung ein besseres Belastungsbild der Gleisstrecke erstellt werden. Dabei kann durch die Messung der einzelnen Krafteinleitungskomponenten in den dafür vorgesehenen maximalen Dehnungszonen diese Kraftkomponente durch andere Krafteinleitungskomponenten wenig gestört werden. Deshalb können auch Aussparungspaare 4, 5 vorgesehen werden, die nicht unbedingt in horizontaler oder vertikaler Richtung ausgeführt sind, sondern können auch in beliebigen anderen Richtungen vorgesehen werden, deren Kraftkomponenten vorzugsweise erfasst werden sollen oder in denen maximale Dehnungszonen verlaufen.In particular, in the dynamic application of force in a traveling rail vehicle, a better load pattern of the track can be created by the two-dimensional force detection. It can be disturbed by other force introduction components little by the measurement of the individual force introduction components in the designated maximum strain zones this force component. Therefore, also pairs of savings can 4 . 5 may be provided, which are not necessarily carried out in the horizontal or vertical direction, but may also be provided in any other directions, the force components are preferably to be detected or in which extend maximum strain zones.

Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, dass die mittleren 3 oder die äußeren 2 oder alle Querfortsätze 2, 3 nicht nur der Befestigung dienen, sondern auch selbst jeweils günstig angeordnete Aussparungspaare mit Dehnungsmessstreifen an den Verbindungswänden aufweisen. Die Querfortsätze erhalten dann an die entsprechenden Kraftgrößen angepasste Querschnitte und tragende Verbindungswänden, sodass es möglich wird, mindestens eine dritte Kraftkomponente vorzugsweise in X-Richtung zu messen. Mit einer derartigen Ausgestaltung sind dann Kraftkomponenten in jeder Richtung des dreidimensionalen Raumes interferenzarm messbar, was insbesondere für umfassende Untersuchungen des Rad-Schiene-Kontaktes vorteilhaft ist.Likewise, it is possible according to the invention that the middle 3 or the outer 2 or all transverse processes 2 . 3 not only serve the attachment, but also each have conveniently arranged Aussparungspaare with strain gauges on the connecting walls. The transverse processes then receive cross sections adapted to the corresponding forces and supporting connecting walls, so that it is possible to measure at least a third force component, preferably in the X direction. With such a configuration, force components in each direction of the three-dimensional space can then be measured with low interference, which is advantageous, in particular, for comprehensive examinations of the wheel-rail contact.

Für jede Biegebalkenhälfte sind auch mehrere Aussparungspaare 4, 5 mit entsprechenden Verbindungswänden 6 für eine vorgesehene Kraftrichtung denkbar, wodurch eine Verbesserung der Restinterferenz der Schubfeldmessung erreichbar ist.For each bending beam half are also several Aussparungspaare 4 . 5 with corresponding connecting walls 6 conceivable for an intended direction of force, whereby an improvement of the residual interference of the shear field measurement can be achieved.

Derartige Kraftaufnehmer, die in Längsrichtung unter der Schiene angeordnet werden, können für jede Kraftkomponente additiv zu Messstrecken zusammengeschaltet werden und eine Kraftmessvorichtung bilden. Solche Kraftmessvorichtungen bestehen vorzugsweise aus sieben hintereinander angeordneten mit Kraftaufnehmern bestückten Schwellen, die zur Erfassung der Belastung eines Drehgestells eines Eisenbahnwaggons oder mindestens einer Radumdrehung eines Eisenbahnrades geeignet sind. Dabei können die einzelnen Kraftkomponenten in einer elektronischen Auswerteeinrichtung beliebig miteinander verknüpft werden, um eine Vielzahl von Belastungsparametern zu erzielen. Es sind aber auch Kraftmessvorichtungen bzw. Messstrecken mit Längen von 30 m denkbar, die in der Regel aus 45 Messschwellen bestehen und zur Belastungserfassung ganzer Eisenbahnwaggons verwendet werden können. Bei entsprechender Zusammenschaltung und Auswertung der elektrischen Belastungssignale, die bei einem Überrollen der Fahrzeugräder in die Kraftaufnehmer entstehen, sind nicht nur die genauen Gewichtsbelastungen, sondern auch ein präzises Bild von Unrundheiten und Flachstellen an den überrollenden Achsen feststellbar. Aus der Kombination dieser Messsignale lässt sich für eine Gleisstrecke auch ein Gesamtbelastungsbild erstellen, das zugweise oder zeitabschnittsweise gebildet wird, wonach Überfahrgebühren oder Wartungsarbeiten festgelegt werden können.Such force transducers, which are arranged longitudinally below the rail, can be connected in an additive manner to measuring sections for each force component and form a force measuring device. Such force measuring devices preferably consist of seven successively arranged equipped with load cells thresholds, which are suitable for detecting the load of a bogie of a railway car or at least one Radumdrehung a railway wheel. In this case, the individual force components in an electronic evaluation device can be arbitrarily linked with one another in order to achieve a multiplicity of load parameters. But there are also force measuring devices or measuring sections with lengths of 30 m conceivable, which usually consist of 45 measuring thresholds and can be used to detect the load of entire railway wagons. With appropriate interconnection and evaluation of the electrical load signals that arise when rolling over the vehicle wheels in the load cell, not only the exact weight loads, but also a precise picture of irregularities and flat spots on the rollers overrolling are detected. From the combination of these measurement signals can be created for a track section and a total load image that is formed by train or time-wise, after which overrun charges or maintenance can be specified.

Claims

Force measuring device for detecting the rail load, which is arranged between at least one rail and its threshold, and from at least one force introduction part ( 2 ), which is connectable to the rail, and at least one force output part ( 3 ), which is connectable to the threshold exists, wherein between the force ( 2 ) and force extraction parts ( 3 ) at least four opposing recesses ( 4 . 5 ) on at least one beam-shaped deformation body ( 7 ) are provided, and at the membrane-like connecting walls ( 6 ) Strain gages ( 9 ) are applied, characterized in that the deformation body ( 7 ) is arranged along the rail direction and transverse to the rail direction outer ( 2 ) and middle transverse processes ( 3 ) as force and Kraftausleitungsteile, wherein the interposed deformation body ( 7 ) in different loading directions (X, Y, Z) aligned connecting walls ( 6 ) with recess pairs ( 4 . 5 ), which serve to measure at least two force components (Y, Z).

Force measuring device according to claim 1, characterized in that each deformation body ( 7 ) at least two Aussparungspaare ( 4 . 5 ), wherein at least one pair of recesses ( 5 ) in the vertical direction and at least one other recess pair ( 4 ) is provided in the horizontal direction (Y), wherein the horizontal recess pair ( 4 ) with its vertical connecting wall ( 6 ) for measuring the vertical force component (Z) and the vertical recess pair ( 5 ) with its horizontal connecting wall to a measurement of the transverse force component (Y) in the threshold direction is used.

Force measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of two symmetrical to the central transverse processes ( 3 ) formed deformation bodies ( 7 ) formed by two outer symmetrically arranged transverse processes ( 2 ) are limited.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the outer transverse processes ( 2 ) in relation to the middle transverse processes ( 3 ) are arranged offset in the vertical height, in such a way that the rail only on the outer transverse processes ( 2 ) and the threshold only on the middle transverse processes ( 3 ) rests.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in the transverse processes ( 2 . 3 ) additional recess pairs are provided with arranged on the connecting walls strain gauges, which serve to measure a third force component (X) in three-dimensional space.

Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two recess pairs ( 4 ) for vertical force measurement (Z) asymmetric to a center line ( 11 ) are arranged.

Force measuring device according to claims 1 to 6, characterized in that it consists of at least four force sensors on at least two successively arranged thresholds, which form a measuring section and from the separately determined force components (Y, Z) of different spatial directions, a value for the entire track load and / or determine the respective axle weight, wagon weight and / or a wheel runout and / or a flat spot size of a traveling track vehicle.