DE2105869A1 - Verfahren zur Laufschadenerkennung an Eisenbahnrädern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Laufschadenerkennung an Eisenbahnrädern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufschadenerkennung an Eisenbahnrädern.
• Um die Betriebssicherheit des Eisenbahnbetriebes bei erhöhten Zuggeschwindigkeiten zu gewährleisten, ist die Erkennung von Schäden an den Radlaufflächen und von unzulässigen Temperaturen an den Achslagern erforderlich.
• Die Schäden an den Laufflächen werden überwiegend durch Bremsvorgänge ausgelöst. Uberhitzungserscheinungen der gußeisernen Bremsklötze und der Räder führen zu Naterialaufschweißungen auf die Radlaufflächen. Das Erkennen derartiger Schäden ist besonders schwierig, da das Rad vollkommen undefiniert abrollt.
• Weiter gibt es Flachstellen, wie sie beim Festbremsen des Rades und Schleifen auf der Schiene entstehen sowie Laufflächenschäden durch rumpf ende Bremsen über den Umfang, Radkransschäden sowie Lagerschäden, ausgelöst durch verschiedene Ursachen.
• Es sind bereits stationäre Flachstellenxeßgeräte bekannt, welche die periodisch auftretenden Knallgeräusche der Flachstellen akustisch registrieren. Diese von Flachstellen verursachten Geräusche heben sich jedoch nur geringfügig von dem übrigen Geräuschspektrum ab. Geräuschspitzen von klappernden Fußbodenbohlen, Türen, schlagenden Kupplungen, Schienenstößen und von benachbarten Wagen mit Flachstellen verhindern ein einwandfreies Ausfiltern der gewünschten Signale. Bei Geschwindigkeiten >30 km/h schwellen die Störgeräusche derart an, das die Enallgeriusche der Flachstellen darin untergehen.
• Die Aufgabe besteht darin, Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern schnell und zuverlässig zu erkennen und gleichzeitig eine frühzeitige Entdeckung von Heißläufern zu ermöglichen. Die Lösung S t auf der Erkenntnis, daß ein Rad, das eine Flachstelle besitzt, bei Erreichen der Flachstelle den Kontakt mit der Schiene verliert. Es beschreibt die Kurve eines frei fallenden Körpers und schlägt nach einer gewissen Zeit wieder auf die Schiene auf. Dabei erfährt es eine Beschleunigung. Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Erkennung von Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern dadurch gelöst, daß von an den Achslagern befestigten fleßfühlern Beschleunigungen, die beim Abrollen eines mit Laufflächenschäden behafteten Eisenbnhnrades auf die Schiene senkrecht zu ihr auftreten, gemessen, in elektrische Signale umgewand-lt und einer Diskriminatorschaltung zugeführt werden, welche die von Laufflächenschäden herrührenden Signale aus dem Gesamtsignalspektrum ausfiltert und die ausgefilterten Signale einer Anzeigeeinrichtung zuleitet.
• Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel mittels Zeichnungen naher erläutert. Von einem in Fig. 1 dargestellten piezoelektrischen Meßfühler 1 am Achslagerdeckel wird die Spannung über zwei Steckverbindungen 2 und ein Koaxialkabel zu einer am Wagenfahrgestell befestigten zentralen Schaltungseinheit übertragen. ueber eine Diode 3 gelangen nur positive Spannungsspitzen >0,5 V an den Eingang eines Operationsverstärkers 4. Dieser Verstärker hat eine veränderliche Gegenkopplung, die die Empfindlichkeit bei steigender Geschwindigkeit und Eingangsamplitude reduziert.
• Die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 stößt einen monostabilen Multivibrator 5 für kurze Zeit aus der stabilen Lage. Während dieser Zeit sperren seine Ausgänge 6 und 7 über Dioden 8, 9 die Eingänge des Verstärkers 4, so daß keine Signale vom Meßfühler 1 wahrgenommen werden. Dieser monostabile Nultivibrator 5 stößt einen weiteren monostabilen Nultivibrator 10 an. Dieser verharrt kurz im instabilen Zustand und sperrt den Transistor 11 über den Widerstand 12. Wahrend dieser Zeit fließt über die Diode 13 und den Widerstand 14 Ladung in den Kondensator 15.
• Dieser Vorgang widerholt sich bei Jeder vom Meßfühler 1 wahrgenommenen Beschleunigung0 Die Zah"-lschal ;wg 56 zählt eine Anzahl derartiger Ladevorgänge und schlie@ dem Uberschreiten dieser Zahl über die zweifache KonJIan.ktion 7 und den Transistor 18 d@ kondensator 15 kurz.
• Zwischen den Ladezeiten fließt ein Teil der Ladung des gondensators 15 über den Widerstand 19 ab. Die Entladungszeitkonstante ist so bemessen, daß bei einer Folgefrequenz von 1 Hz Ladung und Entladung gleich groß sind. Erst bei höheren Frequenzen überwiegt die Ladung, und die Spannung am Kondensator kann bei periodischer Folge der Ladeimpulse langsam ansteigen.
• Die gomparatorschaltung 20 ist eingangsseitig so eingestellt, daß sie erst bei einer Impulsfolgefrequenz >4 Hz, das entspricht bei einem Raddurchmesser von 1000 mm einer Fahrgeschwindigkeit von 45 km/h, und einer Eingangsspannung >3 V schaltet. Die Ausgangsspannung von 20 lädt über die Diode 21 den Kondensator 22 auf, dessen Spannung einer Anzeigeeinrichtung 23 zugeleitet wird.
• Die Schaltung enthält auch die Erkennung eines Vberschreitens der maximal zulässigen Achslagertemperatur durch einen PTC-Widerstand 24. Dieser Widerstand wird über den Widerstand 25 von einem konstanten Strom durchflossen. Im Temperaturbereich von z. B. 70 bis 7500 erhöht der PTC-Widerstand seinen Wert um mehrere Zehnerpotenzen. Gleichzeitig steigt die Spannung an ihm steil an und führt zum Ansprechen des Spannungskomparators 26. Eine vorhandene Ausgangsspannung ist dann das Kriterbium für eine unzulässig hohe Temperatur des betreffenden Ac@@lagers. Die Signalpegel "Schadenstelle AF" und "Heißläufer A@" werden über die Disjunktion 27 zu einem Fehlerausgangssignal AF , zusammengefaßt.
• Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung. Am Achslager des zu überwachenden Eisenbahnrades ist ein Meßfühler und ein z.B. 18-poliger permanenterregter Wechselspannungsgenerator 28 angebaut. Befindet sich in der Lauffläche des Eisenbahnrades z. B. eine Flachstelle, so wandelt der Meßfühler die beim Aufschlagen des Rades auf die Schiene in Bereich der Flachstelle auftretenden vertikalen Beschleunigungen in elektrische Signale um. Der Gleichrichter 3 führt nur positive Spannungen an den Eingang des exponentiell gegengekoppelten Verstärkers 4. Die Torschaltung 29 läßt das verstärkte Signal durch, wenn der Speicher 30 gesetzt ist.
• In dem monostabilen Multivibrator 10 werden zeitkonstante Impulse erzeugt, die den Impulsuntersetzer 16 durchlaufen.
• Nach Jedem 16. Impuls wird der Integrator 11, 13, 15, 18 über die Impulsstufe 18 auf Null gesetzt. Während der Zeit zwischen Impuls 1 und 15 summiert die Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 die zeitkonstanten Impulse vom Nultivibrator 10. Außerdem wird die Integratorschaltung während dieser Zeit durch einen konstanten Strom über Widerstand 19 entladen. Diese Konstantstromentladung der Integratorschaltung verhindert ein Steigen ihrer Ausgangsspannung bei von den Schienen kommenden Störbeschleunigungen des Rades, die in wesentlich größeren Zeitabständen kommen als die periodisch auftretenden Flaohstellen.
• In der Komparatorschaltung 20 wird der Ausgangspegel der Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 mit eines Sollwert verglichen.
• Dieser Sollwert ist so eingestellt, daß die Busgangaapannung den Sollwert bei einer Geschwindigkeit von 30 kmn und einer Flachstelle in einem Rad mit einem Durchmesser von 1000 mm sowie Summierung von 12 zeitkonstanten Impulsen in der Integratorschaltung 11, 13, 15, 18 erreicht. Beim Uberschreiten des Sollwertes schaltet die Komparatorschaltung 20. Ein Integrator 21, 22, 23 speichert dieses Flachstellsignal ungefähr eine Minute.
• Beim Auftreten eines Flachstellensignals am Multivibrator 10 wird über die Impulsformerstufe 31 ein Zähler-Hullsetzbefehl an eine Zählschaltung 32 und ein Speicher-Löschbefehl an einen Speicher 30 gegeben. Der Speicher 30 sperrt daraufhin das Tor 29 und unterbricht den Signalfluß vom Meßfühler 1 zur Integratorschaltung 11, 13, 15, 18.
• Der 18-polige Wechselspannungsgenerator 28 erzeugt über einen Trigger 33 und einen Impulsformer 34 achtzehn Impulse Je Radumdrehung. Da die binäre Zählschaltung 32 mit 4 bit Inhalt unmittelbar nach einem Flachstellensignal durch einen Multivibrator 31 auf Null gesetzt wurde, zählt sie 16 Impulse vom Wechselspannungsgenerator und setzt dann über eine Ispulsforierstufe 35 den Speicher 30, der darauf wieder das Tor 29 für Flachstellensignale öffnet.
• Das Tor 29 bleibt also nach einem Flachstellensignal während 16/18 einer Radumdrehung gesperrt und öffnet wahrend 2/18 einer Undrehung vor dem nächsten periodisch zu erwartenden Flachstellensignal. Störsignale von der Schiene werden während 7/8 einer Umdrehung eliminiert. Diese Gegebenheiten sind in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung unabhängig von der Traktionsgeschwindigkeit und dem Raddurchmesser.
• Durch die Erhöhung der Polzahl des Wechselspannungsgenerators 28 von z.B. 18 auf 66 und des Zählvermögens der Zählschaltung 32 von 16 auf 64 bleibt das Tor während 64/66 einer Umdrehung gesperrt und öffnet während 2/66. Das entspricht einem wirksamen Signalflußwinkel von nur 360#10° pech. Es werden auf 33 diese Weise winkelselektiv im Verhältnis 1:33 Störsignale von den periodisch wiederkehrenden Flachstellensignalen gefiltert.
• Der Wechselspannungs-generator 28 kann in seiner Ausgangsleistung so ausgelegt werden, daß er die für die beschriebene Schaltung notwendige elektrische Leistung bei Traktionsgeschwindigkeiten >20 'm,th bei einem Raddurchmesser von 1000 » erzeugte Das Verfähren eignet sich sowohl für eine Fehleranzeige an jedem Wagen als auch für eine gemeinsame Fehleranzeige auf der Lokomotive für alle Wagen eines Zuges nach einer Adressierung der Wagen und Inforaationsübermittlung innerhalb des Zuges.
• 7 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen z1t 2 Fig.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   Verfahren zur Erkennung von Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß von an den Achslagern befestigten Meßfühlern Beschleunigungen, die beim Abrollen eines mit Laufflächenschäden behafteten Eisenbihnrades auf die Schiene senkrecht zu ihr auftreten, gemessen, in elektrische Signale umgewandelt und einer Diskriminatorschaltung zugeführt werden, welche die von Laufflächenschäden herrührenden Signale aus dem Gesamtsignalspektrum ausfiltert und die ausgefilterten Signale einer Anzeigeeinrichtung zuleitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung von Heißläufern weitere Meßfühler an den Achslagern dienen, deren Signale an die inzeigeeinrichgegeben werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler am Achslager ein piezoelektrischer Wandler ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler am Achslager ein induktiver Wandler ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale eines eßfühlers im Verstärker mit veränderbarer Gegenkopplung, die von der Amplitude der Eingangssignale abhängt, und die verstärkten Signale einem monostabilen Nultivibrator zugeleitet werden, der zeitkonstante Impulse abgibt, deren Dauer abhängig ist vom Geschwindigkeitsbereich, in dem die Messung erfolgt, und die einen zweiten monostabilen Multivibrator steuern, dessen zeit- und amplitudenkonstante Impulse in einer Integratorschaltung summiert und gespeichert werden, und daß die Ausgangsspannung der Integratorschaltung nach dem Durchgang einer bestimmten Anzahl von Impulsen und nach dem Uberschreiten einer bestimmten Radumlauffrequenz einen eingestellten Sollwert in einer Eomparator- und Speicherschaltung eine Meldung bewirkt, wobei die Integratorschaltung mit Hilfe einer vom zweiten monostabilen Multivibrator gesteuerten Zählschaltung nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen jeweils in den Anfangszustand zurückversetzt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gokonnzeichnot, daß ein mit der Radachse gekoppelter Wechselstroigenerator vorgesehen ist, der über Impulsformerstufen ehe bestinte Anzahl von Impulsen abgibt, die in einer Zählschaltun ezählt werden, wobei die Anzahl der Impulse des Wchselstromgenerators während eines Radumiaufs größer ist als das Zählvermögen der Zählschaltung und die mit der Diskriminatorschaltung verbunden ist, in der ein Tor eingefügt ist, das den Signalfluß in der Diskriminatorschaltung nach Vorliegen eines Laufflachenschadensignals fU die Dauer des Zählvermögens der Zählschaltung sperrt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator auch für die Eigenstromversorgung der gesamten Anordnung benutzt werden kann.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler und der Wechselstromgenerator in einem konstruktiv veränderten Achslagerdeckel vereinigt sind.