DE2119146A1 - Verfahren und Anordnung zur Er mittlung von Abflachungen der Rader an Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Verfahren und Anordnung zur Ermittlung von Abflachungen der Räder an Schienenfahrzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung von Abflachungen der aus elektrisch leitendem Material bestehenden Räder von Schienenfahrzeugen» insbesondere Eisenbahnwagen.

Nahfolt,end soll der Ausdruck "Abflachungen" Unregelmäßigkeiten oder Abflachungen der Radreifen der Räder von Eisenbahnwagen bezeichnen., Solche Abflachungen können beispielsweise hervorgerufen werden» wenn ein Had abgebremst wird und auf der das Rad tragenden Sohiene gleitet«, Zusätzlich zu dem durch das Rad ausgeübten konstanten Druck verursachen Abflaohungen der Räder auch eine Beanspruchung der Schiene durch dynamische Kräfte, durch Stoßbeanspruchungen, deren Größe von der Größe der Radabflaohung abhängig ist;, sowie von der Hasse

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und der Geschwindigkeit des Rades und dem darauf ruhenden Gewicht. Diese dynamischen Beanspruchungen können relativ hoch sein und führen in Ergebnis zu einer Beschädigung der Schienen» insbesondere im Winter bei niedrigen Temperaturen, wenn die Schienen spröde sind und hohen Zugspannungen ausgesetzt sind ο Radabflachungen können außerdem Beschädigungen des Rollmaterials bewirken.

Es iat deshalb außerordentlich wichtig, daß Radabflachungen so früh wie möglich entdeckt werden, damit jene Wagen» die Beschädigungen durch Radabflaohungen hervorgerufen haben» aus dem Verkehr gezogen und repariert werden könneno

Zur Ermittlung von Radabflaohungen wurden eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen.

Naoh einem bekannten Verfahren wird der von einem vorüb©L*£ahr@siäen Zug ausgehende Schall aufgezeichnet und der durch den Stoß zwischen einer Radabflachung und der das Rad tragenden Schiene hervorgerufene Ton ermittelt ₉ und zwar durch Ermittlung der Klangwirkung oder Frequenz dieses Tones₀ Bieees Verfahren stellt jedoch keine praktisch durchführbare Lösung dar„ Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin» die Beschleunigungen in der Schiene durch ein vorbeilaufendes Rad zu messen,, Palis ein Rad mit einer Radabflachung mit einer über einem gewissen wert liegenden ß®sehwindigkeit rotiert» wird das Rad dem der Abflachung gegenüberliegenden Teil der Schiene "freigeben"., Biese Freigabe verursacht Beschleunigungen in der Sohlen© mit unterschiedlichen Vorzeichen an beiden Enden d&s Albflaehung.

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Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin» daß die Änderungen der durch eine Radabflachung in der Schiene verursachten Kräfte mittels längs der Schienen angeordneter Spannungsmesser gemessen werden»

Diese weiteren bekannten Verfahren haben den Nachteil_p daß eine Anzahl von Fühlern, Spannungsmessern od_e dgl. längs der Schiene angeordnet sein muß,' um die Beschleunigungen und Kraftänderungen in der Schiene mit der nötigen Genauigkeit gemessen werden können, unabhängig davon, wo sich die Abflachung auf dem Radreifen befindete Dies erfordert außerdem eine komplizierte Auswertungseinrichtung.

nachfolgend noch ausführlicher erörtert werden wird, haben die vorstehend erwähnten bekannten Verfahren noch den Nachteil, daß die ermittelte Größe nicht nur mit der Größe der Radabflaohung veränderlich istρ sondern auch entsprechend dem Aohsdruok, d.h. der Belastung des Rades, so daß dadurch die Auswertung der erhaltenen Heßergebnisse beträchtlich kompliziert wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einem vollständig abweichenden Prinzip, wobei erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung von Abflachungen der aus elektrisch leitendem Material bestehenden Räder von Schienenfahrzeugen vorgeschlagen wird, das hauptsäohlioh darin besteht, daß ein Stromkreis ein erstes zu untersuchendes Rad und einen Teil einer ersten Schiene derart umfaßt, daß die BerUhrungsBtelle zwischen der Umfangsfläohe des Rades und der Schiene einen Teil des Stromkreises bildet, und daß die Stromunterbreohung aufgrund einer Abflachung des Rades als Anzeige dieser Abflachung ausgewertet wirdo

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Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die An·» Ordnung im wesentlichen darin besteht _? daß die eine Seite einer Spannungsquelle mit einer ersten Schiene eines Gleises und die andere Seite der Spannungsquelle mit einer zur ersten Sahiene parallelen zweiten Schiene verbunden ist ρ derart, daß der Stromkreis die Umfangsflache des zu prüfenden Eades mit umfaßt, wobei die Anschlußpunkte in Iä.ngsrichtung des Gleises um eine Entfernung versetzt ) sind ρ die geringer ist, als der kleinste auftretende Radstand der zu prüfenden Fahrzeuge₀

Sie Spannungsquelle kann eine Gleichstromquelle oder eine Vveohselstromquelle sein<> Wenn eine Weohselstromquelle benutzt wird, wird vorzugsweise mit dem Stromkreis eine Impedanz verbunden, so daß der Stromkreis einen Resonanzkreis bildet, der auf die Frequenz der Spannungsquelle abgestimmt ist_o

Eine Unterbrechung des Stromkreises als Ergebnis einer Radabflachung kann dadurch ermittelt werden^ daß der Spannungsabfall an einem Teil der Impedanz ermittelt wird oder durch induktive Ermittlung des Stromes im Stromkreise

Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung erreichter wichtiger Vorteil besteht darin, daß der Achsdruok im Vergleich zu den vorstehend erwähnten bekannten Verfahren einen beaohtlioh geringen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Außerdem kann die Ermittlung von Radabflaohungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung bei normalen Zuggeschwindigkeiten von 70 km/h und darüber stattfinden^ was beispielsweise nicht der Fall ist bei

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Verfahren^ bei denen die Kraftänderungen in der Schiene gemessen werden«

Unter gewissen Voraussetzungen, einschleißlich einer gewissen Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeuges, kann die Zeit (t_a), während der das Rad den Kontakt mit der Schiene unter anderem aufgrund einer Radabflachung verliert ₉ durch die Formel ausgedrückt werden:

t 2— '

³ ν +Vk · μ

wobei 1 = die Länge der Abfalchung

ν - die Fahrzeuggeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit des Radmittelpunktes, M - den Achsdruok
K β r.g i + ' ■■■ bedeutet, wobei m das Gewicht

Iu C ^

der starren Aohsmasse₉ r den Radius und m das reduzierte Schienengewioht bedeutet«

Mit m« 1,5 Mp, m_r » 0,8 Mp und r = 0,5, was die normalen Werte dieser veränderlichen Größen in der Praxis sind, ergibt sioh

t = ' ' ■ ■

⁸ ν +V6,5 · M

Setzt man t « ~- ein, so wird das Verhältnis τ- « 1,5

bei einem Achsdruck von M= 16 Mp und einer Geschwindigkeit von 72 km/h, wobei sich das Verhältnis ^- um

Hh 6,8 ^ verändert^ wenn der Aohsdruok (M) sich zwischen

- 6 .,J4.984 5/ Ί 3 υ 5

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- 6 θ und 20 Hp änderte

»endet man das Verfahren an, bei dem die Länge der Radabflaohung indirekt durch eine Messung der Beschleunigung in der Schiene ermittelt wird, so wird gefundene daß bei den gleichen Zahlenwerten von m, m und r das Heßergebnis sich bei einer Geschwindigkeit von 72 km/h um + 22 ^ verändern wird, wenn sich der Achsdruok zwischen 8 und 20 Hp verändert.

Das Verfahren, bei dem die zusätzliche Energie in den Schienen ermittelt wird, besitzt außerdem den Nachteil, daß es in starkem Maße vom Achsdruck abhängig ist„ Bei einer beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens (Rangierteohnik, Nr₀ 27, 1967) wird der Aohsdruok deshalb über gesonderte Heßkanäle ermittelt und der gemessene Wert zur späteren Korrektur der abschließenden Messung der Radabflachung gespeichert. Es wird dabei jedoch angenommen, daß die Zuggeeohwindigkeit während des Heßvorganges im Gegensatz zum erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren auf 20 bis 40 km/h reduziert wird, während beim erfindungsgemäßen Verfahren normale Fahrgeschwindigkeiten von 70 km/h und mehr zulässig sind,

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeiohnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine sohematische Ansieht eines

Eisenbahngleises und zweier Radpaare eines Zuges,

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2A biß 2E eine AuofUhrungsform einer Anordnung zur Ermittlung von Radabflachungen mit beigegebenen Diagrammen der elektrischen Signale,

Figo 3A bis 3 F eine andere Ausführungsform mit

beigegebenen Piagrammen»

Figo 4A bis 4F eine weitere Ausführungsform mit

beigegebenen Diagrammen und

FSgo 5A bis 5D eine Ausführungsform mit einer

Hilfsschiene und beigegebenen

Diagrammen«

In Figo 1 ist schematisoh ein Eisenbahngleis geseigt, das aus zwei Schienen 10 und 11 besteht₀ Eine sioh über dae Gleis 10« 11 bewegende Zugeinheit ist durch zwei Radpaare 12, 13 und 15t 16 mit zugehörigen Achsen 14 und 17 angedeutete Zur Ermittlung einer Radabflaohung, vie ss»Β. der Abflachung 18 am Had 13* ist eine Spannungequelle 19 mit dem Gleis 10, 11 über eine Impedanz 20 derart verbunden, daß eine Seite der Spannungsquelle mit einer ersten Schiene 11 des Gleises am Ansohlußpunkt 21 verbunden ist, während die andere Seite mit der anderen Sohiene 10 des Gleises an einem Ansohlußpunkt 22 verbunden isto Eine Auswerteinriohtung 23 ist der Impedanz 20 oder einem Teil dieser Impedanz parallelgeschaltet₀

vie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, zeigt die Figo 1 nur eine von vielen brauchbaren Ausführungs formen einer Anordnung zur Ermittlung von Radabflachungen_t diese beispielsweise Ausfuhrungsform iBt jedoch besonders

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geeignet zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegen den

Die Anechlußpunkte 21 und 22 an den Schienen 11 bzw«, 10 sind gegeneinander in Längsrichtung der Schienen 10, 11 versetzt= Ein R&dpaar 12„ 13,, dae beispeilsweise in Figo nach rechte läuft ₉ nähert sich dem Anschlußpunkt 21 an der Schiene 11 und läuft an diesem vorbei_o Das Radpaar 12, 13 und die Achse H schließen dann den Kreis von der Spannungßquelle 19 über den AnachluSpunkt 21, die Schiene 11, das Rad 13» die Achse H, das Rad 12, die Schiene 10, den Anschlußpunkt 22 und die Impedanz 20. Dieser Kreis bleibt geschlossen, vorausgesetzt, daß keine Radabflaohung an einem der Räder 12 ₉ 13 vorhanden ist_o Falls jedoch eines der Räder 12 oder 13 mit einer Beschädigung behaftet ist, wie zs.B, einer Radabflaohung 1B₉ wird der Kreis zeitweilig unterbrochen als Ergebnis der "Freigabe" der Schiene 11 durch das Rad 13 im Bereich der Radabflachung 18_n Diese Unterbrechung des Stromkreises wird durch die Auswerfeinrichtung 23 in einer nachfolgend noch erläuterten Weise ermittelte

Wie aus Figo 1 ersichtlich ist, fließt der Strom auch durch benachbarte Radpaare, wie z.B. 15» 16, 17. Um einen Fremdeinfluß auf das Meßergebnis ₉ d.h. auf die Strom~ verhältnisse im Stromkreis 19, 21, 11, 13» H, 12, 10, und 20 und zurück nach 19 zu eliminieren* können die Schienen 10, 11 natürlich unterbrochen und mit Isolierverbindungen an den Ansohlußpunkten 22 und 21 versehen sein, obwohl dies eine unnötig aufwendige und unpraktische Lösung ist» Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der Anordnung zur Ermittlung von Radabflachungen erläutert wird, wird stattdessen eine Hilfsschiene verwendet, mit der Gleichspannung oder

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Wechselspannung benutet werden kann, oder es wird eine Wechselspannungsquelle relativ hoher Frequenz mit einer der in Figo 1 gezeigten Aueführungsform ähnlichen Anordnung verwendet, wobei die Impedanz 20 so eingestellt ist, daß der Stromkreis einschließlich der Sohienen 10, 11 und der Radpaare 12» 13* 14 einen Serienresonanzkreis mit der fraglichen Frequenz bildet. Es sollte hierbei festgehalten werden, daß der Stromkreis zwischen den Anschlußpunkten 21, 22 elektrisch nicht verändert wird, vorausgesetzt, daß sioh zwisohen den Ansohlußpunkten 21, 22 ein fehlerfreies Radpaar befindet, weil die Gesamtradlänge, über die der Strom fließt, konstant ist und gleich der Entfernung in Längsrichtung des Gleises zwisohen den Anschlußpunkten 21 und 22 ist. Sie Resonanzbedingung wird dadurch aufrechterhalten, so lange sich auf der Meßstreoke ein fehlerfreier Radsatz befindet, wobei als Heßstrecke jener !Teil des Gleises 10, 11 bezeichnet wird, der sioh zwisohen den Anschlußpunkten 21 und 22 befindet.

Die Induktivität in den Schienen 10 und 11 steigt relativ schnell außerhalb der Anschlußpunkte 21 und 22 an, woduroh der Einfluß der Stromverhältnisse benachbarter Radsätze, wie z.B. 15, 16, 17,beträchtlich verringert wird. Zusätzlich kann der Einfluß benachbarter Radsätze weiter dadurch verringert werden, daß nicht der zunächst in das Gleis eingespeiste Hoohfrequenzstrom für die Anzeige benutzt wird, sondern ein Strom, der in besonders vor-* gesehenen Spulen durch den in das Gleis eingespeisten Strom induziert wird.

Die Entfernung zwisohen den Ansohlußpunkten 21 und 22 muß in Längsrichtung des Gleises geringer sein, als der kleinste innerhalb des Zuges auftretende Aohsabstand,

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weil anderenfalls sioh gleichzeitig zwei Radsätze innerhalb der Meßstreoke befinden könnten,, wodurch mögliohe Beschädigungen des einen Radsatzes durch den anderen Radsatz "kurzgeschlossen" werden könnten. Bei mit Drehgestellen ausgerüsteten ^agen und beispielsweise bei Spezialwagen für Schwerstlasten» ist der kleinste Achsabstand oft geringer als der Radumfang und in diesem Falle muß die Meßstreoke in zwei oder mehr Teilstreoken unterteilt werden, die in Längeriohtung des Gleises gegeneinander versetzt derart angeordnet sind, daß einzelne t sioh vorzugsweise nicht überdeckende Absohnltte des Radumfanges duroh jede Teilstrecke überprüft werden.

Sie Art und Weise, In der die Meßstreoke in Teilstrecken aufgeteilt ist und der Abstand zwischen diesen Teilstrecken wird natürlich vorab unter Kenntnis des sich über den in Frage kommenden Abschnitt bewegenden Rollmaterials festgelegt.

Sie Räder von Eisenbahnwagen haben einen Umfang von etwa 3 m. Der Aohsabstand eines Drehgestells beträgt jedoch nur 2,5 m, so daß im Hinbliok auf Drehgestellwagen die Meßstrecke in zwei Teilstrecken von jeweils 1,5 m unterteilt werden muß, mit einem Zwischenraum von η · 3 m, wobei η eine ganze Zahl ist, die vorzugsweise gleich 0 oder gleich 1 ist.

Auf gewissen Gleissyatemen laufen Spezialwagen oder es wöflen Drehgestelle mit einem Achsabstand von 1,5 m benutzt und in diesem Falle muß die Meßstreoke in drei Teilstrecken von jeweils 1 m unterteilt werden. Der Zwischenraum zwischen den Teilstreoken kann auf verschiedene Weise gewählt werden, vorausgesetzt, daß ein

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Teilabschnitt des Radreifens durch jede dieser drei Teilstrecken überprüft wird. Pie Zwischenräume zwischen den Teilstrecken werden auch in diesem Fall vorzugsweise nach der Formel η · 3 m ermittelt, wobei η gleich einer ganzen Zahl, vorzugsweise gleioh O oder 1 ist.

Obwohl der Abstand zwischen den Anschlußpunkten 21 und vorzugsweise so gewählt wird, daß dieser Abstand die gleiohe Größenordnung beeitzt, wenn auch etwas geringer iet, als der kleinste bei einer Zugeinheit auftretende Aohsabstand, kann er geringer und sogar gleich Null gemacht werden» wodurch die Ansohlußpunkte 21 und 22 einander gegenüberliegen· Die Ermittlung möglicher Radabflachungen 18 wird in diesem Falle etwas schwieriger» obwohl als Vorteil erreicht wird, daß eine Anzahl von Ermittlungseinheiten 19 bis i>3» die beispielsweise getrennte Frequenzen benutzen, einander benachbart angeordnet werden können, wodurch der volle Radumfang auf einer Gleisstreoke überprüft werden kann, die annähernd der länge des Radumfanges entspricht und zwar unabhängig von den Aohsabständen.

Die Anordnung der MeßBtrecke in einem Gleisabschnitt ist natürlich wichtig. Der Zug sollte die Meßstrecke durchlaufen, ohne daß es erforderlich wird, in irgend einem wesentlichen Ausmaß zu bremsen oder zu beschleunigen, und die Meßstreoke sollte sich auf einem geraden Gleisabschnitt befinden, weil dann, wenn der Zug eine Kurve durchläuft, die Spurkränze oft an den Sohienen anliegen und auf diese Weise eine Radabflaohung "kurzschließen" könnten.

Eine Reihe von Ausführungsformen der zur Ermittlung von Radabflachungen dienenden Einrichtungen werden nun

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unter Bezugnahme auf die Fig_e 2 bis 5 im einzelnen erläutert.

Sie Fig. 2A zeigt eine Ausführung eines solchen Ermittlungseyatems, während die Figo 2B bis 2E Diagramme der Funktionsweise des Systems naoh Figo 2A zeigen» bei dem die elektrischen Signale als Funktion der Lage der Radachse b-e auf dem Gleis 10» 11 auftreten«

Die Signalspannung eines Spannungagenerators 30 besitzt eine Frequenz f, die in einem Verstärker 31 verstärkt und über ein Kabel 32 und einen Transformator 33 einem Serienresonanzkreis zugeführt wird» der aus einer Sekundärinduktivität 11 des Transformators, einer Impedanz 34 und der Impedanz im Strompfadabschnitt zwischen den Punkten a und b (Schiene)» b und ο (die Radachse und Übergangswiderstand zwischen Had und Schiene), ο und d (Schiene)» sowie der Impedanz in den Anschlußleitungen besteht«, Da die Anschluß punkte a und d in Längsrichtung des Gleises 10, 11 gegeneinander versetzt sind, ist bei einem fehlerfreien Rad die Impedanz im Serienresonanz» kreis nicht von der Lage der Radachse bc innerhalb der Heßstrecke abhängig, die durch die Linien ah und dg begrenzt wird· Der Strom durch L und dadurch die Spannung an der Impedanz 34- haben ihren Maximalwert als Reihenwiderstand, wenn eine Radachse b,o sich innerhalb der Neßstreoke befindet und die beiden Räder in Kontakt mit den Schienen 10 bzw„ 11 stehen.

Eine Teilspannung wird von der Impedanz 34 abgegriffen, in Verstärker 35 verstärkt, in einem Gleichrichter 36 gleichgerichtet, dessen Ausgangsspannung durch die Bezugsspannung U·^ ermittelt und durch einen Schmitt-trigger oder Begrenzer 37 ermittelt v.ird, der ausgelöst wird»

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wenn der Radsatz b,c die Maßetrecke (FIg₀ 2B und 2C) erreicht. Falls ein Had mit einer Abflachung sich innerhalb der Heßstrecke befindet, wird der Kontakt zwischen Bad und Schiene kurz durch die Abflachung unterbrochen und die Spannung U₁ fällt unter den Schwellenwert des Schmitt-triggere.

Schienenkontakt« SKI und SK2₉ die durch eines der Räder des Radsatzes betätigbar sind, sind an den Punkten h und d angeordnet und Übertragen Signale zum Einschalten und Ausschalten der Auswerteinrichtung 38„ Die Durchlaufzeit, die der strecke ah-gd entspricht, kann für den ganzen Radumfang oder den zu überprüfenden Teil des Radumfanges (z.B. den halben Radumfang) in der Einrichtung bestimmt werden (siehe Fig. 2D). Die Durchlaufzeit kann in der Auswerteinrichtung 38 mittels eines geeigneten logischen Schaltkreises zusammen mit der ^eIt ermittelt werden, während welcher die Spannung U₁, als Ergebnis einer Radabflachung (Fig. 2E) während des Durchlaufes eines Rades unter den Schwellenwert gefallen ist.

Falls der Quotient zwischen dieser Zeit (Figo 2E) und der ^eit für den überprüften Abschnitt (FIg₀ 2D) einen gewissen, mit einem zulässigen maximalen Radfehler übereinstimmenden Grenzwert überschreitet» wird ein Warnsignal,, z.B. ein akustisches und/oder visuelles Signal

von einem Alarmanzeiger 39 übertragen. Dieser Quotient s ion

wird/mit der Geschwindigkeit ν des Zuges nicht verändern, er hängt nur von der Größe der Radabflachung und - wie vorstehend erwähnt - in einem gewissen Ausmaße vom Achsdruok ab. Der Alarmanzeiger 39 kann in einem Abstand von der übrigen Meßeinrichtung angeordnet sein, ZeBo imiScbsten Stellwerk. Nachdem von der Auswerteinrichtung 38 ein Signal erhalten worden ist, das an-

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daß ein Had eine den zulässigen Wert übersohreitende Abflachung besitzt, kann von der Einheit 38 ein Signal von und unter Einschluß des beschädigten Rades an die Anzeigeeinheit 39 für jeden vorbeilaufenden Radabsohnitt Übertragen werden, welche Einheit 39 daduroh außerdem die Anzahl der Achsen bis zum Ende des Zuges anzeigt, wodurch die Möglichkeit geboten wird, die Lage des beschädigten Hades innerhalb des Zuges festzustellen«. Die Anzeigeeinheit 39 ist mit einer ausreichenden Anzahl von registrierenden Zählwerken versehen, so daß verechiedene Hadabflaohungen im gleichen Zug ermittelt werden können₀

In die Auswerteinheit 36 kann ein Oszillator mit einbezogen sein, um als Bezugseinheit für die dort bewirkte Zeitmessung zu dienen. Alternativ kann dae Signal vom Generator 30 als Bezugsgröße benutzt werden·

Wie vorstehend erwähnt wurde, müssen für einen möglicherweise vorbleibenden Abschnitt oder verbleibende Abschnitte des Radumfangeβ identische Einrichtungen in entsprechendem Abstand vorgesehen sein, wobei der Abstand so bemessen ist, daß jeder Absohnitt für sich ohne Überlappung der einzelnen Abschnitte überprüft wird.

Wie aus Figo 2B ersichtlich ist, fällt das Signal U₁ nicht auf Null,wenn eine Radabflaohung vorhanden 1st, und zwar durch die Kurzsohlußwirkung der benachbarten Radsätze» Der Schwellenwert oder das Sohaltniveau des Sohmitt-trlggers 37 kann jedooh so eingestellt werden, daß der duroh den Kuresohlußeffekt ausgeübte Einfluß nioht die Auswerteinheit 36 erreichte Der duroh den Kurzsohlußeffekt ausgeübte Einfluß benachbarter Radsätze kann außerdem daduroh verringert werden, daß

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der Q-Wert des Serienresonanzkreiees L, abcdg, 34 verringert wird, was durch eine geeignete Auswahl der Bestandteile bewirkt werden kann·

Weil die Frequenz f des Generators 30 relativ hooh 1st» vorzugsweise in der Größenordnung von 100 KHz, werden störungen von der Stromversorgung des Schienenfahrzeuges (16 2/3 Hs) und andere Miederfrequenzsignale, z.B. aus Haushaltsnetzen (50 Hz),unterdrückt. Die Frequenz f wird außerdem auf die Induktivitäten eingestellt« die im Stromkreis L, 34» abodg in Erscheinung treten·

Die Fig, 3A bis 3F zeigen eine andere AusfUhrungsform eines Systems zur Ermittlung von Radabflachungen, wobei entsprechende Einheiten durch gleiche Bezugszelohen wie in Fig, 2A gekennzeichnet sind.

Eine Signalspannung aus dem Generator 30 mit einer Frequenz f wird dem Gleis in gleicher Weise zugeführt wie bei dem in Figo 2 gezeigten System. Die Summe der Spannung U₂ an der Impedanz 34' ist eine Funktion der Lage eines Radsatzes in dem durch die Linien o-j und i-k (FIg₀ 3B) begrenzten Bereiches.

Vier Spulen Sp1, Sp2, Sp3, Sp4 sind zur Ermittlung der Strombedinguntsen im Kreis L, abcd, 34 angeordnet, wobei die Spulen längs der Sohienen 10, 11 angeordnet sind und ihre windungen in horizontaler Richtung verlaufene In den Spulen werden Spannungen induziert, wenn ein Strom durch den Sohienenabsohnitt fließt, längs dem die Spulen angeordnet sind«, Die Spulen Sp2 und Sp3 liegen längs des gesamten Sohienenabsohnittes im Meßbereich, der duroh die Linien ah und dg begrenzt wird«. Sie Spulen Sp 1 und

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Sp4 sind verhältnismäßig kurz und liegen außerhalb der Meßstrecke ah-dg an den Punkten h und g„

Wie im unteren Teil der Figo 3A gezeigt ist₀ sind die Spulen Sp1 bis Sp4 in Reihe geschaltet, und die resultierende induzierte Spannung e-j+eg+e^+e, ^eI _{der e} die in der Spule 1 induzierte Spannung iBt* e₂ die in der Spule 2 induzierte Spannung usw., wiafiim Verstärker 35 verstärkt, im Sieichrichter 36 gleichgerichtete dessen Außgangsspannung durch U, (Fig* 3C) dargestellt ist_p und wird durch den Schmitt-trigger 37 "abgetastet". Die Summe aus e^, e₂» e* und e, ist längs der gesamten Spule für den gleichen in den Schienen 10 und 11 induzierten Strom gleich groß« Überdies sind die Spulen Sp1 bis Sp4 derart in Reihe geschaltet, daß bei gleicher Richtung des induzierten Stromes e^ entgegengesetzt gerichtet zu e₂ ist und e~ entgegengesetzt gerichtet zu e,» Für alle Acteen, die sich in Positionen außerhalb der Meßstrecke ah~dg in beliebiger Entfernung davon befinden, wird keine resultierende Kombination (£e = 0) aufgrund des vom Generator G in das Gleis eingespeisten und über die Achsen fließenden Stromes erhaltene Falls sich beispielsweise ein Radsatz bei ο3 in Fig. 3A befindet, wird der über den Radsatz fließende Strom die gesamten Spulen Sp1 und Sp2 der Schienen 10 durchfließen« jedoch nicht einen Teil der Spulen Sp3 und Sp4» Der induzierte Strom liegt deshalb nahe bei KuIl und is theoretisch gleich Hull, weil die Spulen Sp1 und Sp2 entgegengesetzt gerichtet sind und in den Spulen Sp3 und Sp4 kein Strom induziert wird₀ In einer entsprechenden weise ist der gesamte in den Spulen Sp1 und Sp2, Sp3, Sp4 induzierte Strom nahe bei WuIl, wenn sich Radsätze reohts der Linie dj (Fig. 3A) befinden, beispielsweise bei ak, weil sich

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die Spulen Sp3 und Sp4 gegenseitig ausgleichen Andererseits wird eine konstante Spannung durch eine Achse eines fehlerhaften Hausatzes innerhalb der Meßstrecke erhalten» unabhängig von ihrer Lage zwischen ah und dg,weil dann kein Beitrag von Sp1 und Sp4 erhalten wird und e₂+e-,=konstant (e₂«k · ab, e~« k-cd). Die beiden gegeneinandergeschalteten Spulen Sp1 und Sp4 werden für die tatsächliche Ermittlung der Strombedingungen im Stromkreis L, abcd, 34 nioht benötigt, wie jedoch aus der achaubildliohen Darstellung der Spannung U* nach dem Gleichrichter 36 (Hg. 3C) ersichtlich ist, wird der durch außerhalb der Meßstrecke ah-dg befindliche Radsätze ausgeübte Einfluß praktisch mittels der Spulen Sp1 und Sp4 auf Null reduziert, wodurch die Zuverlässigkeit der in Betrieb befindlichen Anordnung beträchtlich erhöht wird ο

Das Signal erreicht die Ansprechschwelle des Schmitttriggers 37»gerade bevor das Rad SRI passiert hat, und fällt unter diese Schwelle ab, wenn das Rad SK2 passiert hat, wie aus Figo 3D ersichtlioh ist_Q Falls ein Rad mit einer Abflachung die Meßstrecke durohläuft, wird der Kontakt zwischen den Sohienen als Ergebnis der Abflachung unterbrochen und die Spannung IU fällt unter die Rücksohaltschwelle des Triggers,

Die Zeit, die benötigt wird, um dem überprüften Teil des Radumfanges den Durchlauf zu gestatten, d.h. die für die Bewegung von SK1 nach SK2 in Fig. 31S benötigte Zeit, und die Zeit,während der der Kreis duroh die Abflachung unterbrochen ist (Figo 3F)»werden in der Auswerteinheit 38 miteinander verglichen, wie dies auoh bei der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 2A bie 2E gezeigten Ausführungsform der Fall ist, wobei mögliche

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- 18 Fehler duroh eine Alarmeinriohtung 39 angezeigt werden«,

Wie bei der vorherigen AuBführungsform müssen gleichartige Einrichtungen in Abständen von-einander für die möglicherweise verbleibenden Teilbereiche des Radumfanges angeordnet werden* wobei der Abstand so bemessen ist, daß jeder Abschnitt allein und ohne gegenseitige Überlappung überprüft wird.

Ein weiteres System zur Ermittlung von Radabflachungen ) ist in den Figo 4A bis 4E gezeigt, wobei gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind»

Die Signalspannung aus dem Generator 30 mit der Frequenz f wird dem Gleis in gleicher Weise eingespeist, wie bei den Ausführungsformen nach den Figo 2 und 3 ο Die Summe der Spannung U_ an der Impedanz 34 als Funktion der Position eines Radsatzes zwischen den Begrenzungslinien o~j und i-k ist in Fig· 4B gezeigt.

Die Spule Sp5, deren Windungen in einer vertikalen Ebene angeordnet sind, ist so lang wie die Meßstreoke, die duroh aie Linien ah und dg begrenzt wird,und liegt in der Mitte ™ zwischen den Schienen 10 und 11. Die Spannung e,- wird in der Spule duroh einen Strom induziert, der duroh die Radsatzachse bc fließt, wenn ein Radsatz sich in der Nähe und innerhalb der Meßstreoke ah-dg befindete Die Spannung er wird im Verstärker 35 verstärkt, im Gleichrichter 36 gleichgerichtet, dessen Ausgangsspannung U^ ist (Figo 4C),und wird durch den Schmitt-trigger 37 "erfühlt".

Das Signal erreicht die Ansprechsohwelle des Sohmitttriggers 37 gerade bevor das Rad an SK1 vorbeiläuft

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und fällt unter diese Schwelle, nachdem das Rad an SK2 vorbeigelaufen ist (Figo 4C und 4D).

Der durch außerhalb der Meßstreoke ah-dg befindliche Radsätze ausgeübte Einfluß kann ebenfalls beim Ausführungsbeispiel durch zusätzliche Spulen» wie z.B, die Spulen Sp6 und Sp7» die in Mg. 4A duroh unterbrochene Linien gezeigt sind? reduziert werden, wobei diese zusätzlichen Spulen außerhalb der Spulen Sp5 angeordnet sind, wenn man in Längsrichtung des Gleises 10» 11 blickt, und wobei diese Spulen mit der Spule Sp5 in Reihe zum Eingang des Verstärkers 35 derart geschaltet sind, daß die in den Spulen Sp6 und Sp7 aufgrund eines Stromes in der gezeigten Radsatzachse induzierten Spannungen in ihrer Richtung der durch den gleichen Strom in der Spule Sp5 induzierten Spannung β. entgegengesetzt gerichtet sindo

Wenn ein Rad mit einer Abflachung die Meßstreoke durchläuft, wird der Kontakt mit der Schiene durch die Abflachung unterbrochen und die in der Spule Sp5 induzierte Spannung fällt unter die Ansprechschwelle,

In der Auswerteinheit 38 wird die vom überprüften Abschnitt des Hadumfanges zum Durchlaufen des Abschnittes SK1, SK2 (Figo 4E) benötigte Zeit und die Zeit, während welcher der Stromkreis durch die Abflachung unterbrochen ist (Figo 4F)₁ in der gleichen weise verglichen, wie dies unter Bezugnahme auf die Ausführungeformen naoh den Figo 2 und 3 beschrieben worden ist₀

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen müssen gleiche Einrichtungen mit Abstand voneinander für einen

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möglicherweise verbleibenden Absohnitt oder verbleibende Abschnitte des Radumfangee vorgesehen werden» wobei der Abstand so bemessen ist« daß jeder Absohnitt des Radumfanges einzeln und ohne Überlappung geprüft wird.

Auf diese Weise wird durch die gezeigte AusfUhrungeform ein Strom überprüft, der rechtwinklig zur Längsrichtung dee Gleises 10» 11 fließt· Dies hat den Vorteil» daß der Einfluß von störenden Strömen verringert wird, die si oh. parallel zu den Sohienen 10» 11 bewegen, obwohl der Einfluß des Stromes in den Versorgungsleitungen zu den Funkten a und b an den Sohienen 11 bzw«. 10 und zu den Spulen Sp5, Sp6, Sp7 eliminiert werden muß«· Biese Versorgungsleitungen, die als Magnetfelder erzeugende Ströme angesehen werden, liegen in wenigstens einem Abschnitt prallel zur Radachse b, ο und die Ströme in den Leitungen können unliebsame Störungen hervorrufen. Ein Verfahren *ur Reduzierung dieser Störungen besteht darin, .solche Leitungsabsohnitte, die sich parallel zur Radachse erste ok en, in großem Abstand von der Meßstrecke ah-dg anzuordnen» Eis,© andere Möglichkeit besteht darin ₉ wenigstens die Abschnitte der Versorgungsleitungen

magnetisch zu isolieren« die parallel zur Radachse verlaufen»

Die Schienenkontakt© SKI und SK2, die bei den in den Pig« 2A_f 3A und 4A gezeigten Ausführun<äSformen verwendet werden und die auch bei der Ausführun&sform nach Fig» 5A benutzt werden können, um die Auswerteinriohtung zu- und abzuschalten und um die Zeitspanne zu ermitteln, während der sich das Rad innerhalb der Meßstreoke ah-dg befindet, können die Form von mechanisch betätigten Kontakten besitzen, oder sie können elektrisch duroh das vorbeilaufende Rad betätigt werden· Ks ist außerdem

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möglich, zusätzliche Spulen zu verwenden, die auf den Linien ah bzw«, dg angeordnet sind, beispielsweise den Spulen Sp1, Sp4 oder den Spulen Sp6, Sp7 benachbart oder an Stelle uieser Spulen, die den duroh den vorbeilaufenden Radsatz fließenden Strom "erfühlen". Die in den zusätzlichen Spulen induzierten Spannungen können beispielsweise Schmitt-trigger oder Begrenzer steuern, die so eingestellt sind» daß die Auswerteinheit 38 zu- und abgeschaltet wird, wenn der Radsatz die Linien ah bzw«, dg überquerte

Die Pig. 5A bis 5D zeigen eine Ausführungsform einer Anordnung zur Ermittlung von Radabflachungen, bei der an jeder Schiene, 10» 11 eine elektrisch leitende Hilfsschiene 40 bzw» 41 befestigt ist, die dazu dienen» die beiden Räder 43, 44 jedes Radsatzes "abzufühlen'O

Die Pigc 5B ist eine sohematisohe Schnittansioht der Schienen 10 bzw_o 11, der Räder 43 bzw. 44 und der Schienen 40 bzw« 41« Die Schiene 40_p 41 ist isoliert und vorzugsweise nachgiebig an der Schiene 10, 11 durch Gummistützen 42 od. dgl. befestigt₀

Spannungsquellen für Wechselstrom oder Gleichstrom 51 und 52 sind zwischen den Schienen 10 und 11 und den außerhalb der Schienen 10, 11 angeordneten Hilfsschienen 40 bzw. 41 angeschlossen.

Der duroh den die Radreifen der Räder 43 bzw„ 44 einschließenden Stromkreis fließende Strom wird am leiohtesten über eine Impedanz 53 bzw_a 54 gemessen, die mit den Schienen und Hilfssohienen in Reihe geschaltet ist, obwohl eine induktive Ermittlung des Stromes in diesem Zusammenhang ebenfalls anwendbar ist.

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Die Figo 5C und 5D zeigen die Spannungen Ur, und TJg an den Impedanzen 53 und 54» wenn ein fehlerhaftes bzw· ein fehlerfreies Rad die Meßstrecke durchlaufen. Im ersteren Falle wird der Stromkreis duroh die Abflachung unterbrochen und der Strom fällt zeitv/eilig auf Null ab (Pig«, 50),

Die für das liad oder einen bestimmten !Teil des Hades zum Durchlauf benötigte Zelt und die Zeit, während welcher der Stromkreis duroh die Abflachung unterbrochen 1st» werden in der Auswerteinheit 38 miteinander verglichen. Falls die Größe der Abflachung vorgegebene Grenzen überschreitet» überträgt der Fehleranzeiger 39 ein akustisches und/oder visuelles Alarmsignal,und die Postition der Aohse innerhalb des Zuges wird duroh eine Zählvorrichtung festgehalten.

Bei dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Anschlußpunkten ämi Schiene 10 und 11 und den Hilfsschienen 40 und 41 natürlich nicht kritisch» weil die Meßentfernung vollständig duroh die Hilfsschienen 40» 41» SKI, SK2 bestimmt wird.

w wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen müssen gleichartige Einrichtungen mit Abstand voneinander für einen möglicherweise verbleibenden Abschnitt oder für möglicherweise verbleibende Abschnitte des Kadumfanges angeordnet werden, wobei der Abstand so bemessen wird, daß jeder Abschnitt des Radumfanges einzeln ohne Überlappung geprüft wird.

Schienenkontakte, die den Kontakten SK1 und SK2 der Ausführun^aforraen nach den Figo 2 bis 4 ähnlioh sind,

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BAD ORIGINAL

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können auch mit Vorteil bei der Ausführungsform naoh den Figo 5A bis 5D verwendet werden« und zwar an den Endpunkten der Weßstrecke zum Zu- und Abschalten der Auswerteinrichtung 55, 56, Es können sich dann die Hilfsschienen 40, 41 über die Meßstrecke hinaus erstrecken, so daß der Kontakt zwischen einem Had 43, 44 und einer Hilfsschiene 40« 41 stabil ist_f wenn die Messung durchgeführt wird.

Die in den Figo 1 bis 5 gezeigten AusfUhrun^sformen stellen somit bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Ermittlung von Radabflaohungen dar. Ss ist jedoch ersichtlich, daß nur eine geringfügige Abänderung der Auswerteinheiten und der Alarmeinrichtungen bei den beschriebenen Anordnungen erforderlich ist, um die gleichzeitige Anwendung als Aohsenzähler zu ermöglichen· Sie Verringerung des durch die benachbarten Radsätze ausgeübten Einflusses, die durch die vorstehenden Anordnungen erhalten wird_E ist in diesem Pail ein großer Vorteil. Das erfindungsgemäße System kann auch allein als Achsenzähler benutzt werden, wobei die Meßstrecke 21 bis 22, ah-dg vorzugsweise kurz gehalten wird, so daß Störungen von benachbarten Radsätzen und Achsen weiter reduziert werden«

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Pa t e nt an s ρ r ti ο h e :

   /1 ο Afe r fahr en zur Ermittlung von Abflaohungen der aus V^Iektrisch leitendem Material bestehenden Räder von Schienenfahrzeugen_P dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromkreis ein erstes zu untersuchendes Had und einen Teil einer ersten Schiene derart umfaßt, daß die Berührungsstelle zwischen der Umfangsfläche des Rades und der Sohiene einen Teil des Stromkreises bildet, ) und daß die Stromunterbreohung aufgrund einer Abflachung des Hades als Anzeige dieser Abflachung ausgewertet wird,

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis derart angeordnet wird, daß er auch ein zweites Had eines Radsatzes, die Achse zwischen den Kadern und einen Teil der zweiten Schiene umfaßte

   3 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2₉ dadurch gekennzeichnet_f daß die Stromverhältnisse im Stromkreis induktiv ermittelt werden.

   4ο Anordnung zur Ermittlung von Abflaohungen der aus " elektrisch leitendem Material bestehenden Räder von Schienenfahrzeugen nach dem Verfahren nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite einer Spannungsquelle (19) mit einer ersten Sohiene (10) eines Gleises und die andere Seite der Spannungsquelle mit einer zur ersten Schiene parallelen zweiten Sohiene (11) verbunden ist, derart, daß der Stromkreis die Umfangsfläche des zu prüfenden Hades (12, 13) mit umfaßt, wobei die Anschluß punkte (21, 22) in Längsrichtung des Gleises um eine Entfernung versetzt sind_P die geringer ist, als der kleinste auftretende Radstand der zu prüfenden Fahrzeuge»

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   So Anordnung nach Anspruoh 4« daduroh gekennseiohnet, daß die zweite Schiene (11) die zweite Schiene des Gleises ist und der Stromkreis duroh die beiden Räder (12» 13) und die zugehörige Achse (14) eines Radsatzes geschlossen wird«

   6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Ansohlußpunkten (21, 22) der Spannungsquelle (19) in Längsrichtung des Gleises (10» 11) höchstens gleich dem Radumfang ist.

   7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6_y daduroh gekennzeichnetι daß die Spannungsquelle (19) eine Weohselstromquelle ist und daß der Stromkreis eine Impedanz

   (20) umfaßt, die so eingestellt ist, daß der die Impedanz enthaltende Kreis, die Schienen (10, 11), die Achse (14) und die Hader (12, 13) einen Resonanzkreis bilden, der auf die Frequenz der Spannungsquelle abgestimmt ist·

   8ο Anordnung nach Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteinrichtung (23) einem Teil der Impedanz (20) parallelgesehaltet ist, um die Spannungsänderun^en zu ermitteln, die als Ergebnis einer Radabflachung, d.h. einer Unterbrechung des Stromkreises, auftreten.

   9ο Anordnung nach einem der Ansprüche 4 biü 7, daduroh gekennzeichnet, daß eine Spule angeordnet ist, um induktiv den Strom im Stromkreis zu ermitteln, wobei das in der Spule erzeugte Signal einer Auswerteinriohtung zugeführt wird»

   10. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 9» daduroh gekennzeichnet, daß die Spule (Sp5) zwischen den Sohienen

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   (10» 11) in Längsrichtung des Gleises derart angeordnet ist, daß sie durch das Feld erregt wird, das durch den die Radachsen durchfließenden Strom erzeugt wird.

   11. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 9, dadurch gekennzeichnet» daß die Spule zwei im wesentlichen identische, in Serie geschaltete Spulen (Sp2, Sp3) umfaßt, die ihren zugeordneten Schienen (10» 11) benaohbart und zu diesen parallel zwischen den Ansohlußpunkten Jk (a, ά) derart angeordnet sind» daß sie von dem durch den in den Schienen fließenden Strom erzeugten Feld erregbar sind» wobei die Uindungerichtung der Spulen so gewählt ist» daß die in den Spulen erzeugten Spannungen mit gleichem Vorzeichen addiert werden«»

   12ο Anordnung nach den Ansprüchen 9 bis 11» dadurch gekennzeichnet*, daß außerhalb der Fühlerspule (Sp5)oder der Spulen (Sp2, Sp3) in Längsrichtung des Gleises zwei zusätzliche Spulen (Sp6, Sp7; Sp1» Sp4) angeordnet sind, wobei diese zusätzlichen Spulen mit der Auswerteinrichtung derart verbunden sind, daß die in diesen zusätzlichen Spulen durch den durch ein außerhalb der Anschlußpunkte (a, d) befindliches Had induzierten Strom erzeugten Spannungen der in den Fühlerspulen induzierten Spannung entgegengesetzt sind.

   13. Anordnung nach Anspruoh 12» daduroh gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Spulen Verlängerungen der Fühlerspulen umfassen, die entgegengesetzt zu letzteren gewickelt sind.

   14. Anordnung nach den Ansprüchen 8 bis 13» daduroh gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung mit einer

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   Zeitzähleinrichtung versehen ist, die die Länge der Unterbrechung des Stromkreises aufgrund einer Radabflaohung ermitteln kann, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Zeit festzustellen, während der sioh ein Rad zwisohen den Anschlußpunkten (a, d) befindet, so daß die Größe der möglicherweise vorhandenen Radabf X&ohung unabhängig von der Pahrzeuggesohwindigkeit ermittelbar ist ο

   15o Anordnung naoh den Ansprüchen 4 bio 6, daduroh gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle eine Gleiohspannungsquelle ist und daß ein Widerstand in den Stromkreis einbezogen ist, wobei der Spannungsabfall am Widerstand auf die Auswerteinrichtung zur Ermittlung der Unterbrechungen des Stromkreises Übertragen wird.

   16. Anordnung nach den Ansprüchen 8 bis 15, daduroh gekennzeichnet, daß zwei Kontakte (SK1, SK2) mit Abstand voneinander vorzugsweise an den Anschlußpunkten (a, d) angeordnet und durch ein vorbeilaufendes Rad betätigbar sind, wobei diese Kontakte geeignet sind, die Auswerteinrichtung zu- bzw. abzuschalten.

   17· Anordnung naoh den Ansprüchen 1 bis 12, daduroh gekennzeichnet, daß vorzugsweise an den Anschlußpunkten (a, d) zwei zusätzliche Spulen mit Abstand voneinander angeordnet sind, und daß der durch das zu prüfende Rad fließende Strom eine Spannung hervorrufen kann, die zum Zu- und Abschalten der Auswerteinrichtung benutzbar 1st.

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