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1. WO2007009132 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE RISK OF DERAILMENT OF RAILWAY VEHICLES

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung
der Entgleisungsgefahr von Schienenfahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Entgleisungsgefahr von Schienenfahrzeugen.
Ein kosteneffizienter und sicherer Bahnbetrieb ist nur durch genaue Kenntnis des Zustandes von Gleis und Fahrzeug möglich. Die Beurteilung der Fahrsicherheit spielt hierbei eine zentrale Rolle. Aus dem Fahrzeugverhalten können der resultierende Ressourcenverbrauch und Veränderungen am Oberbau abgeleitet werden. Es sind ortsfeste Meßstrecken zur Erfassung von Schienenbelastungen bekannt, die eine Wägestrecke in einem Gleisabschnitt umfassen. Die Schienen stützen sich auf Wägezellen ab, die z.B. in Wägeschwellen eingebaut sind, welche so ausgelegt sind, daß sie für Biegemomente und Querkräfte unempfindlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, mit denen auch Entgleisungsrisikofaktoren mit Hilfe einer ortsfesten Meßstelle zuverlässig erfaßt und ausgewertet werden können .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung der Ent-gleisungsgefahr mit Hilfe einer Meßstrecke aus einer Reihe von an den Schienen angebrachten Meßelementen, welche Krafteinwirkungen aufnehmen und entsprechende elektrische Signale einer elektronischen Signalauswerteeinrichtung zuführen, zeichnet sich dadurch aus, daß von am Schienenkopfaußenrand und auf beiden Schienenfußrändern angebrachten Meßelementen Signale abgeleitet werden, welche die Bewegung der Schiene in der Horizontalrichtung angeben, daß Meßelemente auf beiden Seiten des Schienensteges Schienenlängsspannungen aufnehmen, daß von einem den Schienenfuß abstützenden Meßelement auf die Schiene aufgebrachte, entsprechend dem RadaufStandspunkt in horizontaler Richtung wandernde Horizontal- und Vertikalkräfte aufgenommen werden, und daß sodann in der Auswerteeinrichtung aus den übermittelten Signalen ein kontinuierliches Informations-array gebildet wird, das Instabilitäten und Gleisverschiebungskräfte anzeigt .
Vorzugsweise wird ein Informationsarray aus mehreren Informationszellen derart gebildet, daß sich ihre Signalanteile stetig aneinanderfügen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Meßstrecke aus einer Reihe von an den Schienen angebrachten Meßelementen und einer mit diesen verbundenen elektronischen Signalauswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente am Schienen-kopfaußenrand, an beiden Schienenfußaußenrändern und auf beiden Seiten des Schienensteges in dessen neutralen Faser angebracht und als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sind, welche Horizontalverschiebungen und Schienenlängsspannungen aufnehmen, und daß der Schienenfuß von einem Meßelement abgestützt ist, welches die Horizontal- und Vertikalkräfte in einem in horizontaler Richtung wandernden RadaufStandspunkt aufnimmt.
Im Rahmen der Erfindung werden zweckmäßig als Meßelemente Dehnungsmeßstreifen aufgebracht. Dabei können am Schienensteg in der neutralen Faser Dehnungsmeßstreifen unter einem negati-ven und einem positiven 45° -Winkel zur neutralen Faser aufgebracht sein.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das den Schienenfuß abstützende Meßelement mindestens einen balkenförmigen Krafteinleitungsteil, der mit dem Schie-nenfuß verbindbar ist, und mindestens einen balkenförmigen Kraftausleitungsteil aufweist, der mit einer Schwelle verbindbar ist, wobei diese Teile parallel und horizontal übereinander angeordnet sind, und daß zwischen den Kraftein- und Kraft-ausleitungsteilen mindestens ein Meßsenkungspaar an mindestens einem Verformungskörper vorgesehen ist, wobei der Krafteinleitungsteil durch einen horizontalen Querspalt vom Kraftauslei-tungsteil beabstandet ist und beide Teile seitlich mit je einem zumindest teilweise vertikal ausgerichteten Verformungs-körper verbunden sind, in denen vertikal beabstandet mindestens je zwei Meßsenkungspaare vorgesehen sind, wobei das obere Meßsenkungspaar zur Erfassung der horizontalen und das untere Meßsenkungspaar zur Erfassung der Vertikalkräfte vorgesehen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Die Fig. Ia und Ib jeweils einen schematischen Querschnitt durch ein den zugehörigen Schienenfuß abstützendes Meßelement gemäß der Erfindung samt Meßanzeigediagramm, wobei unterschiedliche Krafteinleitungsfälle dargestellt sind, Fig. 2 eine schematische Teildarstellung der Schienenmeßstrecke, Fig. 3a eine schematische perspektivische Teildarstellung einer Schiene mit den an dieser aufgebrachten Meßelementen, und Fig. 3b ein Kräftediagramm.
Fig. 1 zeigt im Schnitt ein unterhalb der Schiene S angeordnetes Y/Q-Kraftmeßelement, das es ermöglicht, Kräfte in Y und Q-Richtung aufzuzeichnen, die von einem Rad stammen und über die Schiene S eingeleitet werden. Der Fuß des Meßelementes entspricht im Bereich der Schienenbefestigung beispiels-weise exakt jenem eines „UIC-60" Schienenquerschnittes. Zur Befestigung des Meßelementes an der Schiene werden Standard-Schienenbefestigungselemente (Spannklemme, elastische Zwischenlage, Winkelführungsplatte) einer Stahltrogschwelle oder eines Adapters in fester Fahrbahn verwendet .
Das den Schienenfuß abstützende Meßelement weist mindestens einen balkenförmigen Krafteinleitungsteil, der mit dem Schienenfuß verbindbar ist, und mindestens einen balkenförmigen Kraftausleitungsteil auf, der mit einer Schwelle verbindbar ist. Diese Teile sind parallel und horizontal übereinander angeordnet. Zwischen dem Krafteinleitungsteil- und dem Kraft-ausleitungsteil ist mindestens ein Meßsenkungspaar an mindestens einem Verformungskörper vorgesehen. Der Krafteinleitungsteil ist durch einen horizontalen Querspalt vom Kraftaus-leitungsteil beabstandet, und beide Teile sind seitlich mit je einem zumindest teilweise vertikal ausgerichteten Verformungskörper verbunden, in dem vertikal beabstandet mindestens je zwei Meßsenkungspaare vorgesehen sind. Das obere Meßsenkungspaar ist zur Erfassung der horizontalen und das untere Meßsen-kungspaar zur Erfassung der Vertikalkräfte vorgesehen.
Im Betrieb wandert der Angriffspunkt der Q-Kraft infolge Bewegungen des Rades R z.B. um +• 10 mm in Y-Richtung. Im Falle der Fig. Ia erfolgte die Q-Krafteinleitung mittig, im Falle der Fig. Ib erfolgte eine Verschiebung des Kraftangriffspunk-tes in horizontaler Richtung um etwa 10 mm. Die nicht zentrische Krafteinleitung ergibt im Meßdiagramm einen Spannungsanstieg des lastseitigen unteren Meßsenkungskörpers um etwa 0,2 mV/V.
Nach den Fig. 3a und 3b sind in der Meßstrecke außerdem an den Schienen S Dehnungsmeßstreifen am Schienenkopfaußenrand SKR zur Aufnahme von Horizontalverschiebungen, auf beiden Seiten des Schienensteges STL in der neutralen Faser zur Aufnahme von traktionsverursachten LängsSpannungen, und an den beiden Außenrändern des Schienenfußes SFR zur Aufnahme von Horizon-talverschiebungen angebracht. Die gemessenen Signale werden in einer nicht gezeigten elektronischen Auswerteeinrichtung nach vorbestimmten Programmen ausgewertet, wobei eine kontinuierliche Signalauswertung vorgenommen wird, indem in einer nichtlinearen Parametervariation mit problemangepaßten Ansatzfunktio-nen die Meßdaten approximiert werden. Damit werden die diskreten Daten im Zeit- und Wegbereich kontinuisiert . Die Kräfte werden als dynamisches Signal bei der Überfahrt einer Achse über den gesamten Meßbereich errechnet. Zusätzlich kann der Mittelwert der Bettungssteifigkeit angegeben werden. Sicher- heitsrelevante Entscheidungen werden so auf eine obj ektive und zeitnahe Basis gestellt . Das System ist redundant , weil es ein durch mindestens zwei unterschiedliche Einzelmeßsysteme abgesichertes Meß- und Auswerteverfahren umfaßt . Durch Hochfre-quenz-Simulationsunterstützung eines elastischen Fahrweg- und Radsatzmodells wird außerdem ein lernfähiges System ermöglicht . Im Rahmen der Erfindung sind eindeutige und reproduzierbare Meßergebnisse bereits bei Radabständen > 0 , 7 m möglich .