Heitsch
Patentanwaltskanzlei
[4.065.02/WH] [Entwurf 01/11.09.02]
Messeinrichtung zum Erfassen von Radlasten von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen von statischen und/oder dynamischen Radlasten bzw. Radaufstandskräften von Schienenfahrzeugen.
Es ist bekannt, Radlasten bzw. Radaufstandskräfte von Schienenfahrzeugen zu erfassen. Diese Prüfarbeitsgänge sind nach genau festgelegten Kriterien in der Fahrzeuginstandhaltung durchzuführen und in der Lebenslaufakte eines jeden Schienenfahrzeuges zu dokumentieren. Durch diese Prüfungen wird der Nachweis zulässiger Rad- und Achslastdifferenzen eines Schienenfahrzeuges zur Vermeidung von Entgleisungen und der Verringerung von Schleuderneigungen erbracht.
Weiterhin ist bekannt, mit derartigen Prüfeinrichtungen das Gesamt- bzw. das Betriebsgewicht eines Schienenfahrzeuges zu ermitteln, um Überladungen, die zu einer Überbeanspruchung des Schienennetzes führen, zu vermeiden. Die bekannten Wäge- bzw. Messsysteme finden stationär und mobil Anwendung.
Aus der DE 32 10 410 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wiegen rollender Schienenfahrzeuge bekannt. Ein Wiegeabschnitt gemäß dieser Schrift besteht aus zwei nicht unterstützten Abschnitten von konventionellen Schienen, indem zwei nebeneinander liegende Schwellen entfernt sind. An der so entstandenen Schienenbrücke werden an deren Unterseite vier Dehnungsmesser, bestehend aus zwei Paaren von äußeren und inneren Messgeräten, in den jeweiligen Brückenhälften montiert. Die Ausgangssignale der vier Dehnungsmesser werden summiert, indem die Ausgangssignale der inneren Messgeräte addiert und die der äußeren Messgeräte subtrahiert werden. Diese Summe stellt einen konstanten Wert dar, der repräsentativ ist für die vom Gleis aufgenommene Last, während sich die Achslast zwischen den beiden inneren Messgeräten bewegt. Ein betätigter Begrenzungsschalter von einem Rad jeder Achse aktiviert einen Computer. Der Computer zählt eine Mehrzahl von Summenmessungen zusammen, während eine Achse sich
zwischen den beiden inneren Messgeräten bewegt, bildet Durchschnittswerte der Summenmessungen, um einen Durchschnittslastwert für jede Wagenachse zu produzieren und wandelt die zusammengezählten Durchschnittswerte in das Gewicht des Wagens um.
Aus DE 198 34 030 Al ist eine Messschwelle für Gleisfahrzeuge, welche aus Biegestäben besteht, die parallel zu den Gleisen angeordnet sind und über Montageplatten die Auflagekraft der Schienen ermittelt, bekannt. Die Kraft der Schiene wird durch zwei Biegestäbe links und rechts der Schiene eines Schienenpaares ermittelt. Die Biegestäbe sind durch Quertraversen miteinander verbunden, wobei die Quertraversen sich auf den Schienen oder auf einer Platte für die Schienenbefestigung abstützen bzw. verbunden sind.
In der DE 100 31 092 Al wird eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge beschrieben, die auf herkömmlichen standardisierten Betonschwellen befestigt ist. Die Betonschwellen tragen eine Kraftmessvorrichtung bzw. Wägezellen, auf denen wiederum die Schienen fest verbunden lagern. Die mit der Kraftmessvorrichtung bzw. den Wägezellen versehenen Betonschwellen sind in ein durch Schotterverklebung stabilisiertes Schotterbett eingeklebt. Mit der beschriebenen Wägevorrichtung ist sowohl das statische als auch das dynamische Gewicht von Schienenfahrzeugen oder -teilen ermittelbar.
Die beschriebenen Wäge- und Messvorrichtungen sind zwar demontierbar und insofern auch unter Umständen mobil einsetzbar, sind aber von ihrer Konstruktion und der Art und Weise ihrer Verbindung mit dem Schienenkörper für den stationären Betrieb gedacht und finden auch so ihre Anwendung.
In der WO 01/18505 Al wird eine mobile Radlastmessvorrichtung beschrieben, bei der eine oder mehrere Wägezellen in einem kompakten, länglich trogförmigen, im Schnitt etwa u-förmigen und starren Metallkörper verschraubt ist. Jeweils zwei derartige Metallkörper werden mittels zweier Spannstreben in einem durch benachbarte Schwellen gebildeten Gleisfach an die Innenseiten der beiden Schienenstege gepresst, wobei die Spannstreben über Rohrstutzen an den Enden der Metallkörper starr angreifen. Durch fest verschraubte Rampen, die jeweils vor und nach der eigentlichen Messvorrichtung angeordnet sind, wird jeweils ein heranrollendes und zu messendes Rad von der Fahrfläche der Schiene abgehoben und ruht während der Messung mit dem Spurkranz
auf der Messvorrichtung. Die Radlast bzw. die Radaufstandskräfte werden über den Spurkranz auf die Messvorrichtung mit innenliegendem Dehnungsmessstreifen übertragen.
Im Gegensatz zu stationären Radlastmessvorrichtungen, deren Aufbau meist mit erheblichen Investitionskosten verbunden ist, stellen mobile Einrichtungen eine wesentlich preisgünstigere Lösung dar. Sie lassen sich nach der Durchführung der Messungen wieder entfernen, so dass ein durch keinerlei Einbauten behinderter Fahrbetrieb gewährleistet ist. Für mobile Einrichtungen spricht auch, dass sie an beliebigen Gleisabschnitten mit einer bestimmten Schienenüberhöhung bzw. Gleiskrümmung eingesetzt werden können, sofern die Notwendigkeit einer Messung der Radlasten unter derartigen Bedingungen gefordert ist.
Als nachteilig hat sich bei der Radlastmessvorrichtung nach der WO 01/18505 Al erwiesen, dass sich die Radlastmessvorrichtung während der Montage nicht mehr der aktuellen Einbausituation, die auf Grund von Fertigungstoleranzen im Gleisbau und im Herstellungsprozess der Schiene auftreten, anpassen kann. Dadurch kommt es zu Kipp- und Anhebeerscheinungen der Wägebrücken unter Last, was zu Messwertverfälschungen führt. Will man das durch Anwendung erhöhter Spannkraft vermeiden, treten Deformationen des Metallkörpers ein. Auch ist es von Nachteil, dass sich die Radlastmessvorrichtung in Folge ihrer Gestalt nur zwischen zwei benachbarten Gleisklammern anbringen lässt. Das ist aber in dem Fall hinderlich, wenn bei der Messung, beispielsweise an einem mehrachsigen Drehgestell, eine der Achsen über einer Schwelle mit Gleisklammern steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgezeigten Nachteile zu überwinden, eine mobile Vorrichtung vorzuschlagen, um eine schnellere und einfachere Montage und Demontage unter gleichzeitiger Verringerung des Gewichts der Messeinrichtung zu erreichen. Mit der vorzuschlagenden Vorrichtung sind Verkantungen und Verspannungen der Wägebzw. Messzelle und damit einhergehende Messwertfehler, insbesondere in problematischen Einbausituationen, auszuschließen. Die vorzuschlagende Vorrichtung ist in allen Schienenprofilen und Spurweiten und bei geringfügig gekrümmten Gleisabschnitten und bei einer Schräglage des Gleisprofils einsetzbar, wobei die Messeinrichtung so gestaltet ist, dass sie auch dauerhaft im stationären Einbau einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Figur 1 Draufsicht mit Teilschnitten der Messeinrichtung im demontierten Zustand,
Figur 2 Seitenansicht mit Teilschnitten der Messeinrichtung im montierten Zustand zwischen den Schienen,
Figur 3 Draufsicht mit Teilschnitten auf einen Block einer Messeinrichtung,
Figur 4 vereinfachter Schnitt A-A nach Fig. 1 mit aufgesetztem Spurkranz,
Figur 5 Draufsicht auf eine kombinierte Messvorrichtung für drei Achsen im montierten
Zustand zwischen den Schienen,
In Figur 1 ist eine Messeinrichtung in Draufsicht im demontierten Zustand dargestellt. Sie besteht aus zwei Lastaufnahmeblöcken mit einem innenliegenden Messabschnitt und Elementen zum Halten und Verspannen. Zur Vorbereitung des Messvorganges werden die beiden Lastaufnahmeblöcke außerhalb des Gleisbettes mittels der Elemente zum Halten und Verspannen vormontiert, danach zwischen die Schienen 4 verbracht und durch weiteres Verspannen zwischen den Schienen 4 fest arretiert (Figur 2).
Die Lastaufnahmeblöcke sind als linker und rechter Messblock 51 ausgebildet und nehmen jeweils einen innenliegenden Messabschnitt auf. Der Messabschnitt ist beispielsweise eine stabförmige bzw. balkenförmige Wägebrücke 2, die zwischen zwei Stützmitteln eingehangen ist. Die Stützmittel sind als klauenfbrmige Auflagefüße 8 ausgebildet und übertragen das Eigengewicht der Messeinrichtung und die Verspannkräfte auf die Schiene 4. Der Messblock 51 besteht aus einer Brücke 55, die in x-Richtung seitlich parallel zur Wägebrücke 2 angeordnet ist und die klauenförmigen Auflagefüße 8 des Messblockes 51 verbindet. Die Brücke 55 besteht aus einer Platte, die an ihren Enden im Bereich 57 an je einem Auflagefuß 8 mittels Verschraubung angeflanscht ist.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, weist der Auflagefuß 8 eine innere Wange 38 und eine äußere Wange 39 auf, wobei in dem Freiraum zwischen den Wangen 38; 39 die Wägebrücke 2 auf ihren Endstücken lagert. Oberhalb jeden Endstückes der Wägebrücke 2 ist ein kraftumleitendes Verschlussstück 34 zwischen den Wangen 38; 39 eingelegt.
An dem Auflagefuß 8 sind mindestens zwei streifenförmige Auflageadapter 9 angeordnet, die eine Anpassung an die aktuelle Einbausituation am Schienensteg 10 und am Schienenfuß 11 gewährleisten. Eine solche Anpassung ist erforderlich, um herstellungsbedingte Unebenheiten an den Schienen 4 auszugleichen und um simulierte Extrembeanspruchungen zu messen. Alternativ können die Auflageadapter 9 mehrteilig oder punktförmig angeordnet werden.
Der Messblock 51, der wie ausgeführt zwei Auflagefüße 8 enthält, nimmt in x-Richtung, also horizontal längs zur Schiene 4, zwischen den beiden Wangen 38; 39 der Auflagefüße 8 die Endstücke der Wägebrücke 2 auf. Die Wägebrücke 2 ist zwischen zwei Auflagefüßen 8 in schwimmender Ausführung, wie in dem deutschen Gebrauchsmuster 202 10 173 beschrieben, eingehangen.
Bei den Wägebrücken 2 handelt es sich um wägetechnische Elemente, welche bei Verformung infolge einer äußeren Krafteinwirkung ihre Ausgangsspannung proportional zur eingebrachten Kraft verändern. Die Messung von statischen und/oder dynamischen Radlasten bzw. Radaufstandskräften von Schienenfahrzeugen erfolgt auf dem stabförmigen bzw. balkenförmigen Lastenaufnehmer also freihängend. Während des Wäge- bzw. Messvorganges verbiegt sich die stabförmige bzw. balkenförmige Wägebrücke 2 über je ein unter ihren Endstücken angeordnetes Biegelager nach unten. Die Messgrößen oder der Verformungsweg aus einer Radaufstandsmessung werden über Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren, Distanzsensoren, optische Sensoren oder andere Messmittel erfasst und ausgewertet. Die linken und rechten Radaufstandskräfte werden addiert und ergeben die Achsaufstandskraft.
Oberhalb der Wägebrücke 2 ist eine Auffahrfläche 12 angeordnet. Längs auf der Auffahrfläche 12 befindet sich eine wulstförmige Aufbordung 30. Diese dient der Stabilität der Auffahrfläche 12 und deren Kraftaufhahmevermögen sowie der exakten Führung des Spurkranzes 31 (Fig. 4). Unter die plattenförmige Auffahrfläche 12 oder auf diese werden für die unterschiedlichen An-
Wendungsbereiche der Messeinrichtung Distanzplatten gelegt, so dass ein auf die Auffahrfläche 12 mit dem Spurkranz 31 aufgefahrenes Rad eines Schienenfahrzeuges gegenüber der Fahrfläche der Schiene 4 größer beabstandet ist. Es kann somit dem Abnutzungsgrad der Lauffläche der Räder eines Schienenfahrzeuges und der damit einher gehenden Vergrößerung des Abstandes zwischen Lauffläche der Räder und Spurkranzkuppe entsprochen werden.
In x-Richtung sind der Auffahrfläche 12 je eine Rampenplatte 13 vor- bzw. nachgelagert. Diese sind auf dem Verschlussstück 34 des Auflagefußes 8 auswechselbar aufgesteckt. In x-Richtung verläuft eine Rampenplatte 13 schräg aufwärts zur Höhe der Auffahrfläche 12 und eine Rampenplatte 13 schräg von der Höhe der Auffahrfläche 12 abwärts. Die Rampenplatten 13 sind in Auf- und Abfahrtrichtung angefast. Auch auf oder unter die Rampenplatten 13 können je nach Bedarf Distanzplatten aufgelegt werden, um einen entsprechenden Höhenausgleich für das Auflegen von zusätzlichen Distanzplatten im Bereich der Auffahrfläche 12 zu erhalten.
Es liegt im Bereich der Erfindung, die Auffahrflächen 12 so zu gestalten, dass sie in der jeweiligen Auf- und Abfahrtrichtung angefast sind und somit die Rampenplatten 13 entfallen können. Zur Arretierung der Auffahrflächen 12 und der Rampenplatten 13 an ihren jeweiligen Unterlagen werden diese vorzugsweise an ihren Unterseiten mit entsprechend starken Zylinderstiften versehen, die in zylindrische Öffnungen der balkenförmigen Wägebrücke 2 bzw. in dem Verschlussstück 34 der Auflagefüße 8 eingreifen (nicht in Fig. dargestellt).
Zwischen der Brücke 55 und der unter der Auffahrfläche 12 angeordneten Wägebrücke 2 ist ein Kabelschutz 33 zur Aufnahme der Verbindungskabel der Wägebrücke 2 angeordnet.
Die Brücke 55 ist, wie oben erwähnt, im Bereich 57 (Fig. 3) an je einem Auflagefuß 8 mittels Verschraubung angeflanscht. Auf der gegenüberliegenden Außenseite 56 der Brücke 55 ist mittig ein noch näher zu beschreibendes Aufnahmeelement 66 angeordnet, vorzugsweise angeschweißt. Links- und rechtsseitig mit diesem Aufnahmeelement 66 verschweißt, verlaufen horizontal Versteifungsplatten 76 etwa bis zu den Außenkanten der Brücke 55. Die Versteifungsplatten 76 sind mit einer Kante mit der Brücke 55, mit einer zweiten Kante an dem Aufhahmeelement 66 und mit einer dritten Kante mit je einem Haltegriff 65 fest verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Versteifungsplatten 76 geben in Verbindung mit den Haltegriffen 65 der Gesamtkonstruktion die
erforderliche Kompaktheit, dienen dem Versteifen der Einzelelemente und verhindern somit Torsionen.
Das auf der Außenseite 56 der Brücke 55 mittig angeordnete Aufnahmeelement 66 ist von etwa rohrförmiger Gestalt und dient der Aufnahme von Elementen zum Halten und Verspannen, beispielsweise eines Kupplungsteils einer einarmigen Verspannvorrichtung 3, deren zweites Kupplungsteil bei der Montage der Messeinrichtung wiederum in ein Aufnahmeelement 66 eines gegenüberliegenden Messblockes 51 einsteckbar ist. Damit die Kupplungsteile der einarmigen Verspannvorrichtung 3 mit dem Aufnahmeelement 66 im montierten Zustand korrespondieren, ist in y-Richtung das Aufhahmeelement 66 in Form einer Kugelzone als Einstecköffnung 52 aufgebohrt. Diese kugelzonenförmige Einstecköffhung 52 geht nach innen in eine konische Vertiefung 67 über. Die konische Vertiefung 67 dient im Wesentlichen der Einführung des Kupplungsteiles der Verspannvorrichtung 3, während die Einstecköffnung 52 von der Form einer Kugelzone als abstützende und kraftübertragende Zone vorgesehen ist und durch ihre bombierte Ausführung in der Lage ist, etwaige Toleranzen bei der optimalen Anpassung an die aktuelle Einbausituation auszugleichen. Dementsprechend ist das konische Führungsstück 18 (Fig. 1) der Verspannvorrichtung 3 nicht passgerecht zur konischen Vertiefung 67gefertigt.
In dem Aufnahmeelement 66 ist vertikal verlaufend eine rechteckige Öffnung 59 eingelassen, in welche bei der Demontage erforderlichenfalls ein Keil - in den Figuren nicht dargestellt - eingeschlagen werden kann, um die einarmige Verspannvorrichtung 3 am konischen Führungsstück 18 zu lösen.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, bilden zwei Verspannhülsen 19, die im Inneren ein gegenläufiges Gewinde aufweisen, in welches jeweils eine Schraubverspannung 20, versehen mit Kontermuttern, eingeschraubt ist, die einarmige Verspannvorrichtung 3.
Der Begriff einarmige Verspannvorrichtung 3 wurde hier zur Abgrenzung gegenüber dem Stand der Technik gewählt, weil, wie bereits ausgeführt, bekannte Messeinrichtungen mit zwei Elementen zum Verspannen (zweiarmig), zum Verklemmen und Verkanten der Messzellen führen.
An den beiden den Schienen 4 zugewandten Enden gehen die beiden Verspannhülsen 19 in bombierte Verjüngungen in Form einer Kugelzone 21 (Fig. 1) über. Auf der Kugelzone 21 ist jeweils ein bereits erwähntes konisches Führungsstück 18 aufgesetzt, wobei das konische Führungsstück 18 mit einer Gewindebohrung (in den Fig. nicht dargestellt) versehen ist. Während der Montage der Messeinrichtung, also der Verbindung der beiden Messblöcke 51 mit der einarmigen Verspannvorrichtung 3, wird eine Verriegelung 22 mit einem Gewindezapfen durch ein Langloch 58 in dem Aufnahmeelement 66 in das konische Führungsstück 18 der Verspannvorrichtung 3 eingeschraubt. Diese Arretierung erfolgt lediglich zur Halterung der Verspannvorrichtung 3 während der Montage bzw. Demontage. Das Langloch 58 ist entsprechend groß dimensioniert, damit es während der Montage beim Verspannen der beiden Messblöcke 51 nicht zu einem Abscheren des Gewindezapfens der Verriegelung 22 kommt.
Die von der Verspannvorrichtung 3 ausgehende Kraft wird über das mittig an der Brücke 55 angeordnete Aufnahmeelement 66, die Einstecköffnung 52 und auf die horizontal verlaufenden Versteifungsplatten 76, über den angeflanschten Bereich 57 und somit auf die Auflagefüße 8 und die Auflageadapter 9 an die jeweilige Schiene 4 übertragen. Erwähnt wurde bereits die klauenförmige Gestalt des Auflagefußes 8, in dessen Freiraum zwischen der inneren Wange 38 und der äußeren Wange 39 ein Endstück der Wägebrücke 2 lagert und oberhalb des Endstückes ein kraftumleitendes Verschlussstück 34 eingelegt ist. Dieses Verschlussstück 34 leitet gleichermaßen Kraft weiter wie die unter dem Endstück der Wägebrücke 2 konstruktive Ausgestaltung des Auflagefußes 8, so dass eine gleichmäßige Kraftübertragung oberhalb und unterhalb um das Endstück der Wägebrücke 2 erfolgt. Es ist damit ein Verklemmen oder eine sonstige negative Beeinflussung eines stabförmigen bzw. balkenförmigen Lastenaufnehmers als Wäge- bzw. Messzelle vollständig ausgeschlossen.
Um den Mess- bzw. Wägeprozess von Schienenfahrzeugen mit mehreren unmittelbar nebeneinander liegenden Achsen zu rationalisieren, wird gemäß der Erfindung eine Mehrfachmesseinrichtung 86 vorgeschlagen. An Hand der Darstellung einer Mehrfachmesseinrichtung 86 (in Fig. 5) wird die Messung von Radaufstandkräften für ein dreiachsiges Drehgestell erläutert. In Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Mehrfachmesseinrichtung 86 im montierten Zustand im Gleisbett dargestellt. Die Mehrfachmesseinrichtung 86 besteht aus drei Messeinrichtungen, wie sie oben näher
beschrieben sind. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt durch Addition der Radlasten einer Achse und nachfolgender Addition von drei Achsen zum Gewicht des Drehgestells.
Um ein Überfahren über die drei kombinierten Messeinrichtungen zu gewährleisten, sind zwischen den einzelnen Messeinrichtungen Verbindungsbrücken 37 aufgelegt. Diese Verbindungsbrücken 37 liegen wiederum auf jeweils zwei Verschlussstücken 34 auf, wobei die Verschlussstücke 34, wie oben beschrieben, auf den Endstücken einer Wägebrücke 2 aufliegen. Es liegt im Bereich der Erfindung, zwischen zwei benachbarten Messeinrichtungen einen Abstand zu lassen, um unterschiedlichen Achsabständen verschiedenster Drehgestelle zu entsprechen. Aus der Beabstandung von zwei benachbarten Messeinrichtungen ergibt sich eine Verlängerung der zwischenliegenden Verbindungsbrücke 37.
Die Montage und Demontage der kompletten Mehrfachmesseinrichtung 86 erfolgt für jede Messeinrichtung einzeln, wobei lediglich an Stelle von Rampenplatten 13 zwischen benachbarte Mehrfachmesseinrichtungen 86 die erwähnten Verbindungsbrücken 37 eingelegt werden. Es versteht sich dabei von selbst, dass an der ersten bzw. letzten Messeinrichtung zum Auf- bzw. Abfahren Rampenplatten 13 auf den jeweiligen Verschlussstücken 34 angeordnet sind.
Durch die Gesamtkonstruktion der Messblöcke 51, insbesondere durch die kraftumleitenden Elemente und die am Schienensteg 10 und Schienenfuß 11 anliegenden Auflageadapter 9 sowie der Kupplungskonstruktion mit Aufnahmeelement 66 und Kugelzone 21 an der einarmigen Verspannvorrichtung 3 wird ein internes Verkanten der Gesamtkonstruktion im Montage- und Demontageprozess und vor allem während des Messvorganges ausgeschlossen. Durch die bombierte Ausführung der Kugelzone 21 an den beiden Endstücken der einarmigen Verspannvorrichtung 3 kann eine optimale Anpassung an die aktuelle Einbausituation gewährleistet werden, so dass Kipp- und Anhebeerscheinungen der gesamten Messeinrichtung unter Last ausgeschlossen sind.
Die beschriebene Erfindung kann unabhängig von dem hier näher ausgeführten Beispiel mit alternativen Abwandlungen auch verwendet werden zur Gewichtsmessung bei anderen Fahrzeugen. So ist es denkbar, die Messvorrichtung in eine definierte Spur einzubringen und zu verspannen und an Stelle der lasttragenden Auffahrflächen 12 muldenförmige, den Fahrzeugrädern entsprechend angepasste Elemente, aufzulegen.