AT396843B - Einrichtung zum erfassen des zustandes von schienenweichen oder kreuzungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen mit Sensoren zur Überwachung der Endlage von Zungenschienen, insbesondere zur Diagnose des Verschleißes und zur Festlegung von Wartungsintervallen. Überwachungseinrichtungen für die räumliche Lage von schwenkbaren Schienen sind beispielsweise der AT-PS 358 625 zu entnehmen. Die bekannten Überwachungseinrichtungen, welche im Zusammenhang mit Schienenweichen und Kreuzungen Verwendung fanden, beschränkten sich darauf die Endlagen schwenkbarer Schienen rflckzumelden, so daß nach Meldung der korrekten Endlage der schwenkbaren Schienen das Gleis freigegeben werden kann. Derartige Einrichtungen wurden in erster Linie in Femstelleinrichtungen bzw. Stellwerken oder Ortsstelleinrichtungen eingesetzt und aus der EP-A 153 900 ist es bereits bekannt geworden, in die Endlagenüberwachung auch die Überwachung des Weichenantriebes miteinzubeziehen. Vorzeitiger Verschleiß von Weichenteilen kann mit derartigen Einrichtungen nur ungenügend erkannt werden und es ist insbesondere nicht möglich mit den bekannten Einrichtungen ein Diagnosesystem zu erstellen, welches betriebswichtige Daten einer Weiche in Abstand vom eigentlichen Weichenantrieb bzw. den Zungenschienenenden und insbesondere den vorzeitigen Verschleiß erfassen kann.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es zusätzlich möglich wird, Daten für den Zustand der Weiche, insbesondere den Verschleiß der Weiche, zu erfassen. Zur Lösung dies»: Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß im Bereich der theoretischen Herzstückspitze der Weiche oder Kreuzung ein Sensor zur Erfassung von Abweichungen des Radlaufes in seitlicher Richtung und/oder in Höhenrichtung angeordnet ist. Dadurch, daß im Bereich der theoretischen Herzstückspitze der Weiche oder Kreuzung ein Sensor zur Erfassung von Abweichungen des Radlaufes in seitlicher und/oder in Höhenrichtung vorgesehen ist, wird es nun ermöglicht, unzulässigen Verschleiß bzw. Veränderungen der Leitweite zu erfassen welche zu einer vorzeitigen Abnützung des Herzstückes führen können. Während die bekannten Sensoren zum Erfassen der Endlage der Zungenschienen in konventioneller Weise als induktive Näherungsschalter ausgebildet sein können, da die einmal erfolgte Meldung über das Erreichen der Endlage für die Freigabe des Gleises ausreicht und nicht während des Befahrens der Weiche überprüft werden muß, muß ein derartiger im Bereich der theoretischen Herzstückspitze angeordneter Sensor in einer Weise ausgebildet werden, daß er zuverlässige Signale auch dann ergibt wenn die Weiche gerade befahren wird. In besonders einfacher Weise ist daher die erfindungsgemäße Ausbildung so getroffen, daß der Sensor als Schalter ausgebildet ist, dessen Betätigungsglied um eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen normale oder eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen parallele und in Richtung der Winkel-Halbierenden des Herzstückes verlaufende kreuzende Achse schwenkbar gelagert ist. Ein derartiger einfacher Schalter kann durch Verschwenken des Betätigungsgliedes um seine jeweilige Schwenkachse betätigt werden und entsprechend robust ausgebildet werden, sowie von Störeinflüssen durch elektromagnetische Felder weitgehend freigehalten werden.

In besonders einfacher Weise kann das Betätigungsglied des Schalters konisch ausgebildet sein und sich von der Oberkante nach unten und vom der Herzstückspitze abgewandten Ende zur Herzstückspitze konisch erweitern. Solange kein übermäßiger Verschleiß auftritt, wird ein derartiges Betätigungsglied für den Schalt»: weder vom Spurkranz der Räder noch von den Laufflächen der Räder berührt und es wird daher der Schalter solange nicht betätigt, solange keine derartige Kollision des Spurkranzes bzw. der Lauffläche mit dem Betätigungsglied auftritt. Um Abweichungen in Höhenrichtung sicher zu erfassen, kann zusätzlich zu der Schwenkbarkeit des Betätigungsgliedes eine Verschiebbarkeit des Betätigungsgliedes in vertikaler Richtung zugelassen werden und es kann die Ausbildung so getroffen sein, daß mit der Lagerung des Betätigungsgliedes ein weiterer Drucksensor zur Erfassung von Vertikalkräften verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor berührungslos, insbesondere als IR-Sensor ausgebildet. Durch Verwendung eines derartigen berührungslos arbeitenden Sensors, insbesondere eines IR-Sensors wird es in einfacher Weise möglich, den Abstand sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zwischen dem Sensor und dem Rad festzustellen, woraus bei Unterschreiten gewisser Grenzwerte für den Abstand auf einen Verschleiß der Schienen im Herzstückbereich geschlossen werden kann.

Prinzipiell wäre zur Feststellung des Abstandes auch der Einsatz von berührungslos arbeitenden Induktionsgebem denkbar, wobei aufgrund der durch Elektrolokomotiven verursachten elektromagnetischen Streufelder ein hoher Auswerteaufwand für die sichere Trennung eines Signales von Störeffekten vorgenommen werden muß.

Ein vollständiges Bild vom Funktionszustand der Weiche kann durch zusätzliche, teilweise an sich bekannte Sensoren erzielt werden. Bei derartigen zusätzlichen Sensoren, können konventionelle induktive oder kapazitive Näherungsschalter eingesetzt werden, da diese zusätzlichen Informationen lediglich im statischen Zustand, nicht aber während des Befahrens der Weiche gemessen werden müssen. Um frühzeitig einen Verschleiß erkennen zu können, ist es hiebei besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich in Abstand vom Zungenschienenende an sich bekannte Sensoren zur Überwachung des Mindestabstandes der Backenschiene von der Zungenschiene vorgesehen sind. Derartige zusätzliche, in Abstand vom Zungenschienenende angeordnete Sensoren, ergeben Informationen über den engsten Durchgang, welcher bisher lediglich stichprobenweise kontrolliert wurde bzw. visuell überprüft wurde.

Neben der bekannten Überwachung der Zungenschienenendlagen durch Sensoren an einem Kontrollgestänge -2-

AT396 843B oder durch eine Anlageprüfung, bei welcher die Anlage der Zungenschiene als Endstellungssignal ausgewertet wird, ist es im Rahmen der eifindungsgemäßen Einrichtung, mit welcher eine Diagnose des Funktionszustandes ermöglicht werden soll, günstig, wenn die Ausbildung so getroffen ist, daß mit der Stromversorgung des Weichenantriebes eine die Stromaufnahme registrierende Einrichtung, insbesondere ein Amperemeter, verbunden ist, deren Meßwerte über die Zeit des Stell Vorganges überwacht werden und in einer Anzeigevorrichtung angezeigt sind. Eine derartige kontinuierliche Überwachung der Stromaufnahme des Weichenantriebes während des Stellvorganges läßt frühzeitig auf unzulässige Verschleißerscheinungen bzw. mangelnde Schmierung schließen. Wenn beispielsweise die Stromaufnahme atypisch absinkt, kann dies einen Zungenbruch oder Gestängebruch bedeuten und wenn die Stromaufnahme atypisch ansteigt, kann auf fehlende Schmierung, Vereisung oder mechanische Beschädigung geschlossen werden.

Ein vollständiges Bild des Betriebszustandes einer Weiche läßt sich nur dann erzielen, wenn auch die Verschraubung der Herzspitze mit den Flügelschienen beim Einsatz dieser Herztype überwacht wird. Zu diesem Zweck kann die Ausbildung so geschaffen sein, daß zusätzliche Sensoren für die Überwachung der Festlegung der Herzstückschrauben, insbesondere zwischen Schraubenkopf und Beilagscheibe oder am Schraubenkopf angeordnet sind und über Meßleitungen mit einer Meßwertschaltung verbunden sind.

Die an sich bekannten Sensoren zur Überwachung der Endlage der Zungenschienen können im Rahmen einer Einrichtung zur Durchführung eines Weichendiagnoseverfahrens so ausgebildet und eingesetzt werden, daß die Sensoren zur Überwachung der Endlage der Zungenschienen in an sich bekannter Weise als berührungslose Sensoren, insbesondere als induktive Sensoren oder IR-Sensoren, ausgebildet sind und daß sowohl das Signal für die Anlage der Zungenschiene an einer Backenschiene als auch das einen Abstand von der Anlagestellung anzeigende Signal einer Auswerteschaltung zugeführt sind. Dadurch, daß sowohl das Signal für die Anlage der Zungenschienen an einer Backenschiene als auch das einen Abstand von der Anlagestellung anzeigende Signal ausgewertet werden, läßt sich auch in diesem Bereich durch die Auswertung der Abstandsanzeige ein Verschleiß an der Zungenanlage bzw. die Einlage eines Fremdkörpers diagnostizieren.

Zusätzlich kann die Ausbildung so getroffen sein, daß durch Anordnung mechanischer Sensoren zur Überwachung der Zungenschienenanlage über die gesamte Länge durch Auswertung des Abstandes von der Anlegestellung Rückschlüsse auf den Verschleißzustand bzw. das Eindringen von Fremdkörpern zwischen Backenschiene und Zungenschiene möglich ist, wodurch über einen weiten Bereich der Zungenschiene deren Zustand überwacht werden kann und die Erfassung des Verschleißes derselben nicht nur auf den Spitzenbereich beschränkt ist.

Eine weitere Übeiprüfungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß durch Anordnung eines berührungslosen, bzw. mechanischen Sensors im Bereich des engsten Durchganges zwischen Backenschiene und Zungenschiene eine Unterschreitung des Grenzwertes für den Abstand im laufenden Betrieb erkannt wird und durch rechtzeitiges Einleiten von Maßnahmen eine Beschädigung der Komponenten verhindert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Gesamtanordnung einer eifindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Weichenherzstückes, in dessen Spitzenbereich der erfindungsgemäße Schalter angeordnet ist; Fig. 3 einen Schnitt in Richtung der Winkel-Halbierenden des Herzstückes durch den Sensor bei abgenommenem Betätigungsglied und Fig. 4 eine Ansicht in Schienenlängsrichtung auf den Schalter mit dem Betätigungsglied im Bereich der Herzspitze.

In Fig. 1 ist eine Weiche (1) angedeutet, deren Zungenschienen (2) in einer das geradlinig weiterverlaufende Geleise (3) freigebenden Lage gezeichnet sind. Im Bereich der Zungenschienenenden greift der konventionelle Weichenantrieb sowie die bekannten Sicherungseinrichtungen an. In diesem Bereich können Sensoren für die Zungenlage sowie den kleinsten Durchgang im Abstand vom Zungenschienenende vorgesehen sein. Die zugehörige Signalleitung ist schematisch mit (4) bezeichnet und mit einer Auswerteschaltung (5) verbunden. Die Umstellkraft des Weichenantriebes und insbesondere der Stromverbrauch des Weichenantriebes kann gleichfalls über die Auswerteschaltung (5) erfaßt werden, wobei die zugehörigen Steuerleitungen mit (6) bezeichnet sind. Darüberhinaus ist mit einer Signalleitung (7) schematisch eine Fernüberwachung des Isolierstoßes oder gegebenenfalls einer Weichenheizung angedeutet.

Die in diesem Bereich eingesetzten Sensoren sind durchwegs konventioneller Natur und ausführlich in der Literatur beschrieben, so daß an dieser Stelle eine detaillierte Darstellung entfallen kann.

Im Bereich des Herzstückes (8) kann über Signalleitungen (9) die Leitweite, die Radlenkerrille bzw. der Höhenverschleiß erfaßt werden, wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird. Über eine Signalleitung (10) können Meßwerte für die korrekte Verschraubung des Herzstückes an die Auswerteschaltung (5) geleitet werden. Die Signale der Auswerteschaltung (5) können in einem Leitrechner (11) verarbeitet werden und erforderlichenfalls über eine Anzeigevorrichtung (12) angezeigt oder aufgezeichnet werden.

Die im Bereich des Herzstückes (8) vorgesehene Sensoranordnung ist in Fig. 2 bis 4 detaillierter dargestellt. In Fig. 2 ist der Bereich des Herzstückes vergrößert daigestellt, wobei auch in nicht maßstabsgetreuer Darstellung ein Bereich der außenliegenden Fahrschiene mit einem Radlenker (13) angedeutet ist Dem Herzstück (8) benachbart liegt eine Knieschiene (15), wobei zwischen Herzstück (8) und Knieschiene (15) zunächst eine Fangöffnung (14) vorgesehen ist, welche sich auf die Einlaufweite (a) verjüngt Die Rillenweite zwischen Herzspitze und Knieschiene ist mit (b) bezeichnet Die effektive Herzspitze (16) liegt jeweils in -3-

Claims (5)

1. AT396843B Abstand von der theoretischen mathematischen Herzspitze (17), welche den Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen der Flanken der Herzstückspitze darstellt. Zwischen effektiver Herzspitze (1$) und mathematischer Herzspitze (17) ist nun ein Sensor (18) angeordnet, welcher Informationen über einen unzulässigen Verschleiß liefert. Dieser Sensor (18) weist, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, ein um eine Achse (19) schwenkbares Betätigungsglied (20) auf. Die Schwenkachse (19) liegt parallel zur Winkel-Halbierenden (21) des Herzstückes (8), wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der Trägerteil (22), an welchem das Betätigungsglied (20) schwenkbar angelenkt ist, trägt eine Aufnahmeöffnung (23) für einen Schalter, welcher durch Verschwenken des Betätigungsgliedes (20) betätigt wird. Zusätzlich kann, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, eine Verschiebbarkeit des Trägers (22) in im wesentlichen vertikaler Richtung im Sinne des Doppelpfeiles (24) vorgesehen sein, um Abweichungen in Höhenrichtung und insbesondere eine Kollision der Radlauffläche mit dem Schalter sicher zu erfassen. Zu diesem Zweck ist der Träger (22) über eine Feder (25) federbelastet und es ist unterhalb des Trägers ein weiterer Drucksensor (26) vorgesehen, welcher bei einem Aufireffen der Radlauffläche auf die Oberkante (27) des Betätigungsgliedes anspricht. Übermäßiger Verschleiß bzw. nicht tolerierbares Unterschreiten der Leitweite (29), welche durch den Abstand zwischen dem Radlenker (13) und dem Herzstück (8) definiert ist, wird auch dann signalisiert, wenn der Spurkranz eines Rades mit den Seitenflanken (28) des Betätigungsgliedes (20) in Kollision gerät und in diesem Falle lenkt das Betätigungsglied (20) um die Achse (19) aus, wodurch der Schalter in der Aufhahmeöffnung (23) betätigt wird. Zusätzlich zu diesen Basisinfonnationen über den Verschleißzustand von Radlenker bzw. Knieschiene und Herzstück, kann über die anderen, schematisch in Fig. 1 angedeuteten Sensoren und insbesondere über zwischen den Beilagscheiben und den Köpfen der Herzstückschrauben angeordnete Druckmeßdosen eine weitgehend vollständige Überwachung der Funktionssicherheit einer Weiche erzielt werden und insbesondere auf Grund der kontinuierlichen Überwachung des Weichenstellantriebes und auf Grund einer analogen Auswertung der tatsächlichen Abstände, welche auch bei abliegender Zungenschiene eingehalten werden, läßt sich frühzeitig vorherbestimmen, wann die nächste Wartung einer auf diese Weise überwachten Weiche stattzufinden hat. Insbesondere die kontinuierliche Messung der Leitweite mittels berührender und berührungsloser Meßmittel ergibt hiebei zusätzliche Informationen, welche bei Verwendung ausschließlich berührungsloser Meßmittel nicht ohne weiteres erhalten werden können. Vor allem die Überwachung definierter Grenzwerte und Leitwerte während des Befahrens der Weichen erlaubt es frühzeitig, unzulässige Belastungen der Herzspitze zu erkennen. Durch die kontinuierliche Überwachung und Überprüfung der Vorspannkräfte der Schraubverbindungen mittels Druckmeßdosen oder Dehnungsmeßstreifen wird bei Unterschreiten eines definierten Grenzwertes ein selbständiges Lösen von Schraubverbindungen rechtzeitig erkannt Auch aus den konventionellen Überwachungen der Zungenanlage, des Zungenbruches und der Zungenöffnung mit Magnetoder Induktionsfeldem oder auch mit Infrarotsensoren läßt sich bei kontinuierlicher Überwachung und Erfassung eine Veränderung des Anlageverhaltens bzw. eine unzulässige Grenzwertunterschreitung bei Oberflächenverschleiß der Zungenschienen frühzeitig erkennen. Die kontinuierliche Überwachung der Umstellkräfte über die Stromaufnahme des Antriebsmotors läßt frühzeitig erkennen, wann neuerlich geschmiert werden muß und es kann auf diese Weise der Schmiermittelbedarf reduziert werden und die durch übermäßigen Schmiermitteleinsatz hervorgerufene Umweltverschmutzung reduziert werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zum Erfassen des Zustandes von Schienenweichen oder Kreuzungen mit Sensoren zur Überwachung der Endlage von Zungenschienen, insbesondere zur Diagnose des Verschleißes und zur Festlegung von Wartungsintervallen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der theoretischen Herzstückspitze (17) der Weiche (1) oder Kreuzung ein Sensor (18) zur Erfassung von Abweichungen des Radlaufes in seitlicher Richtung und/oder in Höhenrichtung angeordnet ist
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) als Schalter ausgebildet ist, dessen Betätigungsglied (20) um eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen normale oder eine zur Schienenoberflächenebene im wesentlichen parallele und in Richtung der Winkel-Halbierenden des Herzstückes (17) varlaufende kreuzende Achse (19) schwenkbar gelagert ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (20) des Schalters (18) konisch ausgebildet ist und sich von der Oberkante nach unten und vom der Herzstückspitze (17) abgewandten Ende zur Herzstückspitze (17) konisch erweitert. -4- AT396843B
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Lagerung des Betätigungsgliedes (20) ein weiterer Drucksensor (26) zur Erfassung von Vertikalkräften verbunden ist
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) berührungslos, insbesondere als 5 IR-Sensor ausgebildet ist 10 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen