DE10031092A1 - Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents
Wägevorrichtung für SchienenfahrzeugeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge, die in erster Linie auf herkömmlichen standardisierten Betonschwellen (2, 8) befestigt ist. Dazu sind die herkömmlichen Betonschwellen (2, 8) unter der Schienenüberführung mit Befestigungsplatten (22) versehen, auf denen die Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) bzw. Wägezellen befestigt sind. Als Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) sind solche mit Kraftrückführungselementen vorgesehen, die einerseits mit der Schwelle (2, 8) und andererseits mit den Schienen (7) verbunden sind. Die mit den Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) versehenen Betonschwellen (2, 8) sind in ein durch Schotterverklebung stabilisiertes Schotterbett (6) eingeklebt. Dabei sind Wägevorrichtungen mit einer oder bis zu vierzig mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwellen (2, 8) vorgesehen, durch die das Gewicht von Schienenfahrzeugen oder Teilen davon sowohl statisch als auch dynamisch ermittelbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung für Schienenfahr
zeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Wägen von Schienenfahrzeugen wurde noch vor Jahren mei
stens mit Hilfe von Brückenwaagen durchgeführt, bei welchen
das Gesamtgewicht eines einzelnen Eisenbahnwaggons statisch
ermittelt wurde. Bei diesen Brückenwaagen waren die Schienen
auf der Wägebrücke von den Fahrschienen der Gleisstrecke durch
Spalte vor und hinter der Wägebrücke getrennt. Die Wägebrücke
wurde auf mindestens vier Wägezellen gelagert und gegenüber
einem Fundament abgestützt. Hierzu waren Wägebrücken in Wag
gonlänge notwendig, die einen sehr aufwendigen Brückenunterbau
aus Beton- oder Stahlbauteilen erforderten.
Es sind aus der EP 0 500 971 A1 aber auch dynamische Wägever
fahren für Schienenfahrzeuge bekannt, die keinen aufwendigen
Gleisunterbau erfordern. Dazu wird die Schubspannung in der
neutralen Phase der Schiene erfaßt und ausgewertet. Hierzu
wird in das Fahrschienennetz eine mit Dehnungsmeßstreifen ap
plizierte Wägeschiene eingeschweißt, bei der zwischen den
Schwellen mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.
Das Waggongewicht wird dabei durch achsweise Addition der Ge
wichtssignale ermittelt. Da die Radlast aber eine Durchbiegung
der Schiene und der Schienenauflagerung bewirkt, bewegt sich
der Zug normalerweise in einer unter der durch die unbelastete
Schiene bestimmten Ebene gelegenen Ebene, während gleichzeitig
durch die Durchbiegung der Schienen zwischen den Schwellen
Schwingungen in vertikaler Ebene erzeugt werden. Dies führt
beim Wiegen eines in Bewegung befindlichen Zuges zu Verände
rungen der vertikalen Kräfte und damit zu Meßungenauigkeiten,
die nur durch eine größere Anzahl von Meßstellen zu vermeiden
sind. Im übrigen ist eine derartige Wägevorrichtung nur, schwer
zu kalibrieren, da hierzu statische Wägeeinrichtungen vorhan
den sein müssen, die heute meist nur in großer in räumlicher Ent
fernung vorhanden sind.
Aus der DE 44 44 337 A1 ist eine Wägeeinrichtung für Schienen
fahrzeuge zur statischen und dynamischen Gewichtsbestimmung
bekannt, bei der zwischen den Schienen und einem Querträger
Kraftmeßzellen angeordnet sind, durch die die Achslast eines
überfahrenden Eisenbahnwaggons ermittelt werden kann. Dabei
sind die Schienen jeweils mit drei hintereinander angeordneten
Aussparungen im Schienenfuß und -steg versehen, so daß sich
die Schienen gelenkig auf den Kraftmeßzellen abstützten. Auf
grund dieser gelenkigen Abstützung der beiden Teilstücke einer
jeden Schiene ist in jedem Fall ein aufwendiges Fundament oder
eine Rahmenkonstruktion erforderlich, die die Achslast gegen
über dem Untergrund aufnimmt. Im übrigen bestehen die Querträ
ger offensichtlich aus Doppel-T-förmigen Stahlträgern, die
nicht ohne größere Umbauarbeiten in das Schienennetz eingebaut
werden können.
Aus der EP 0 468 397 B1 ist eine Meßstrecke für Schienenfahr
zeuge bekannt, bei der die Meßeinrichtungen zur Feststellung
der auf die Schienen wirkenden Vertikalkräfte in die Schienen
schwellen eingelassen sind, ohne daß dabei ein Rahmen oder ein
spezielles Fundament vorgesehen ist. Die Meßeinrichtungen be
stehen dabei aus Druckaufnehmern, die in eine unterhalb der
Schienen in die Schwellen eingelassene Bohrung eingesetzt wer
den. Durch das unbestimmbare elastische Verhalten von Schotter
und Untergrund ist eine eindeutige Lastverteilung auf einzelne
Druckaufnehmer und Schwellen im Fahrbetrieb nicht möglich, so
daß eine dynamische Gewichtsfeststellung mit nicht unerhebli
chen Fehlern behaftet sein dürfte, die die Genauigkeitsanfor
derungen insbesondere an Gine eichfähige Gewichtsmessung nicht
erfüllen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wä
geeinrichtung für Schienenfahrzeuge zu schaffen, die nur ge
ringe bauliche Veränderungen im Schienennetz erfordert und mit
der trotzdem eine hohe Genauigkeit erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene
Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausfüh
rungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange
geben.
Aus der DE 40 14 529 A1 ist zwar schon bekannt, die Schotter
verklebetechnik im Gleisbau anzuwenden, bei dem mit einem Epo
xidharz die Stabilisierung des Schotterbetts erreicht wird.
Dabei wird das Epoxidharz mit einem Härter auf das Schotter
bett aufgespritzt, das durch seine Viskosität in dieses ein
dringt und die Berührungsflächen der Schottersteine miteinan
der verklebt. Diese Schotterverklebetechnik wird im Gleisbau
aber dazu vorgesehen, den Querverschiebewiderstand von Eisen
bahnschwellen zu vergrößern, um höhere Zuggeschwindigkeiten in
den Kurven zu ermöglichen. Es ist jedenfalls nicht bekannt,
diese Schotterverklebung zur Abstützung einer Wägebrücke vor
zusehen.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Kraftaufnehmer
auf einer nahezu standardisierten Betonschwelle unterhalb der
durchgehenden Schienen sowohl eine statische als auch eine dy
namische Gewichtsmessung von Schienenfahrzeugen ermöglicht
wird. Insbesondere ist eine derartige Wägeeinrichtung auf ein
fache Weise auch für dynamische Gewichtsermittlungen kali
brierbar, ohne daß dabei eine weit entfernte Brückenwaage he
rangezogen werden müßte.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die Wägevorrich
tung im Grunde auf einer standardisierten Betonschwelle aufge
baut wird, die dabei kostengünstig in Serienfertigung her
stellbar und auf einfachste Weise in das Schienennetz einbau
bar ist. Beim Einsatz einer derartigen standardisierten Beton
schwelle ist besonders vorteilhaft, daß die vorgespannte Ar
mierung in der Betonschwelle weitgehend ungeschwächt beibe
haltbar ist, so daß die Schwellen eine verwindungssteife Un
terlage bilden, die zu einer genauen Gewichtsmessung notwendig
ist. Gleichzeitig besitzen derartige Standard-Betonschwellen
vorteilhafterweise auch ein verhältnismäßig hohes Eigenge
wicht, so daß ein Eigenschwingen auf der Wägestrecke bei zügi
ger Fahrtwägung weitgehend gedämpft wird und dadurch vorteil
hafterweise eine hochgenaue dynamische Wägung bei verhältnis
mäßig hoher Fahrtgeschwindigkeit gestattet. Dabei hat sich bei
einer besonderen Ausbildung der Wägeeinrichtung der Einsatz
der größeren und schwereren standardisierten Weichenschwellen
als vorteilhaft erwiesen, da diese besonders verwindungssteif
und schwingungsdämpfend wirken und somit eine sehr genaue
eichfähige Fahrtwägung ermöglichen. Durch die Anordnung der
Kraftaufnehmer auf der Oberseite der Betonschwelle ist darüber
hinaus in vorteilhafter Weise ein seitlicher Austausch der
Kraftaufnehmer bei Reparatur- und Wartungsarbeiten möglich.
Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß die gesamte
Wägevorrichtung nur aus einer oder mehreren Schwellen mit dar
auf angeordneten Kraftaufnehmern besteht, die im normalen
Schottergleisbett wie andere Schwellen eingebaut werden. Dabei
entfallen notwendige Transportprobleme von langen Gleisstücken
oder von Beton- bzw. Stahlbauteilen, wie sie für statische
Brückenwaagen sonst notwendig sind.
Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, daß die gesamte Meß
technik auf weitgehend standardisierten Betonschwellen ohne
großen Aufwand vorgefertigt befestigt werden kann. Durch der
artig vorgefertigte Schwellen können dann auf einfache Art und
Weise variable Brückenlängen zusammengestellt werden mit bei
spielsweise einer Schwelle für eine Einachswägung oder mit
acht Schwellen für ein Dreiachsdrehgestell oder von vierzig
Schwellen für eine komplette hochgenaue Waggonwägung.
Weiterhin ist bei der Erfindung von Vorteil, daß die Schwelle
in einem stabilisierten Schotterbett eingeklebt wird, wobei
keinerlei Brückenkonstruktion mehr notwendig ist, wie sonst
bei Beton- oder Stahlbrücken. Insbesondere können bei einer
derartigen Stabilisierung des Untergrunds Steifigkeitssprünge
wie bei Beton- oder Stahlbrücken vermieden werden, da in einem
definierten An- und Abfahrbereich eine kontinuierliche Ver
steifungserhöhung bzw. -verminderung erfolgt, so daß die
gleislagebedingten Anregungen zu Waggonstörschwingungen wäh
rend des Wägevorgangs minimiert werden.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung mit Schubdeh
nungssensoren und/oder Aussparungen im Schienenfuß kann die
Kraftnebenschlußwirkung durch den unterbrechungsfreien Schie
nenstrang korrigiert bzw. reduziert werden. Dadurch werden
auch gleichzeitig Schienenschalter entbehrlich, die zur Fest
stellung des Waggontyps bei einer Fahrtwägung sonst notwendig
sind.
Bei einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung mit
Kraftmeßvorrichtungen mit einer Kraftrückführung wie bei soge
nannten S- oder Doppel-S-Wägezellen ist insbesondere vorteil
haft, daß durch diese Meßvorrichtung die Gewichtskraft auch
dann noch sehr genau ermittelt werden kann, wenn sich der
Krafteinleitungsschwerpunkt horizontal verschiebt und/oder zu
sätzliche Störkräfte und Störmomente - wie bei Gleisanlagen
üblich - übertragen werden müssen.
Bei einer weiteren besonderen Ausbildung der Erfindung ist
vorteilhafterweise beim Überfahren über die Wägestrecke durch
eine spezielle Auswertung des zeitlichen Meßsignalverlaufs
gleichzeitig auch die Unrundheit von Schienenfahrzeugrädern
feststellbar. Insbesondere können durch diese Ausbildung vor
teilhafterweise auch bei sehr schneller Überfahrtgeschwindig
keit Radreifenbrüche und Flachstellen an den Rädern festge
stellt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in
der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Wägevorrichtung mit auf zwei
Betonschwellen angeordneten Kraftaufnehmern, und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Betonschwelle mit ei
nem darauf angeordneten Kraftaufnehmer.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Wägevorrichtung für Schienen
fahrzeuge mit zwei eingeklebten standardisierten Betonschwel
len 2 als Querträger in einem verklebten Schotterbett 6 darge
stellt, wobei am Beginn und am Ende der Meßstrecke in jeder
Schiene 7 jeweils ein Meßauge als Schubspannungssensor 1, 11
zur Kraftnebenschlußkorrektur im Bereich des Schwellenfachs
vorgesehen ist.
Die beiden dargestellten Betonschwellen 2, 8 sind in einem
Schotterbett 6 angeordnet, wie es als Schienenfahrweg im Ei
senbahnbau üblich ist. In diesem Schotterbett 6 sind die bei
den Betonschwellen 2, 8 wie andere Schwellen quer zur Fahrt
richtung parallel nebeneinander angeordnet, wobei diese von
den das Schotterbett 6 darstellenden Steinen umgeben sind. Zur
Verfestigung sind die Schottersteine mit einem Zweikomponen
tenkleber auf Epoxidharzbasis mit Härter besprüht, so daß eine
Schotterverklebung durch den flüssigen in das Schotterbett 6
eindringenden Kleber entsteht. Dabei erfolgt ebenso eine Ver
klebung der Betonschwellen 2, 8 mit den Schottersteinen. Diese
Schotterverklebung ist bisher bei Gleisbauarbeiten zum Schutz
vor Schotterflug auf Hochgeschwindigkeitsstrecken und zur Sta
bilisierung an Übergangsbereichen zwischen Schotterfahrbahnen
und festen Fahrbahnen üblich. Vielfach wird eine derartige
Schotterverkletung auch bereits zur Stabilisierung in Kurven,
an Weichen und Fahrbahnrändern in Bahnhöfen vorgesehen.
Im Bereich der Wägevorrichtung hat sich eine Schotterverkle
bung als vorteilhaft erwiesen, die ca. eine Waggonlänge vor
und eine Waggonlänge nach der oder den Betonschwellen 2, 8
vorgenommen wird und je nach Belastung bis zu einer Tiefe von
0,5 m erfolgen soll. Dabei verkleben die Schottersteine an ih
ren Berührungspunkten oder Kanten miteinander, so daß ein fe
stes stabilisiertes Schotterbett 6 entsteht. Die Stabilisie
rung des Schotterbetts 6 ist dabei von der Menge und der Ein
dringtiefe des Zweikomponentenklebers sowie der Körnung der
Schottersteine abhängig, wobei insbesondere eine Körnung aus
kleinen Schottersteinen die Stabilisierung erhöht. Es sind so
mit unterschiedliche Stabilisierungsgrade des Schotterbetts 6
herstellbar, so daß insbesondere eine stetige Erhöhung der
Versteifung oder Verfestigung am Beginn und/oder eine stetige
Verringerung am Ende der Wägevorrichtung vorteilhaft ist. In
diesem stabilisierten Schotterbett 6 sind die Betonschwellen
2, 8 mit diesen verklebt, so daß auch eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen den Betonschwellen 2, 8 und dem Schotter
bett 6 entsteht.
Die Betonschwellen 2, 8 sind im wesentlichen wie standardi
sierte Betonschwellen, vorzugsweise wie Weichenschwellen aus
gebildet nur mit dem Unterschied, daß auf ihrer Auflageseite
Befestigungsplatten 22 eingegossen sind, auf denen die Kraft
aufnehmer 3, 10 bzw. die Wägezellen unter den Schienen 7 befe
stigt werden. Dies ist im einzelnen in Fig. 2 der Zeichnung
näher dargestellt. In Fig. 2 sind für gleiche Teile auch die
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Befesti
gungsplatten 22 sind aus einem verwindungssteifen Stahlblech
vorgesehen, das Armierungselemente 28 auf der Unterseite ent
hält, die fest irr den Betonkörper integriert sind. In diese
Befestigungsplatten 22 sind an vorgesehenen Stellen Gewinde
bohrungen 27 vorgesehen, durch die die Wägezellen 3, 10 kraft
schlüssig mit der Betonschwelle 2, 8 verbunden werden. Die Be
tonschwellen 2, 8 bestehen im übrigen vorzugsweise aus einem
armierten Beton und werden in einem Betongießverfahren unter
Zugbelastung der Stahlarmierung hergestellt. Die Schwellen
können aber auch aus anderen zur Herstellung von Schwellen ge
eigneten Werkstoffen gefertigt werden. Gleichzeitig sind die
Betonschwellen 2, 8 oberhalb der Befestigungsplatte 22 bis zum
Schienenfuß mit einer Abdeckung 4, 9 aus Stahlblech umgeben,
unter der die Kraftaufnehmer 3, 10 geschützt sind und die Ver
kabelung zwischen den Aufnehmern geführt wird. Unter dieser
Abdeckung 4, 9 befindet sich etwa in der Mitte der Schwelle
ein Schaltkasten 24, in dem die Verschaltung vorgenommen wird.
In diesem Schaltkasten 24 können auch gleichzeitig elektroni
sche Schaltungen zur Meßwertverarbeitung und Stromversorgung
untergebracht sein. Jeder Schaltkasten 24 einer Schwelle 2 ist
mit den anderen Schwellen 8 über einen Verbindungskanal 5 ver
bunden, der diese Einrichtungen an eine zentrale Auswertevor
richtung 12 heranführt.
Die auf der Befestigungsplatte 22 vorgesehenen Kraftmeßvor
richtungen bzw. Wägezellen 3, 10 sind an ihrer Oberseite mit
Verbindungselementen versehen, die mit der darüberliegenden
Schiene 7 eine feste Verbindung herstellen. Vorzugsweise ist
hierzu eine Adapterplatte 15 mit Klemmverbindungen 14 vorgese
hen, wobei die Klemmverbindung so ausgebildet ist, wie sie
auch zur Verbindung der Schienen 7 an den übrigen Schwellen
üblich sind. Die Adapterplatte 15 stellt dabei ein Verbin
dungselement dar, das fest oder lösbar (Schraubverbindung) mit
der Kraftmeßvorrichtung bzw. Wägezelle 3, 10 verbunden ist und
eine Adaptierung von unterschiedlichen Schienen bzw. Schienen
fußausbildungen zuläßt. Allerdings können auch andere Verbin
dungselemente vorgesehen werden, wenn dies aufgrund der Kon
struktion der Kraftmeßvorrichtungen notwendig oder vorteilhaft
ist.
Die Schienen 7 sind im Bereich der Wägevorrichtung unterbre
chungsfrei ausgebildet und stellen übliche Fahrschienen dar.
Die gesamte Wägevorrichtung wird vorzugsweise aus sechs bis
acht Schwellen mit darauf befindlichen Wägeeinrichtungen ge
bildet, die zur Wägung von Eisenbahnwaggons oder anderen
Schienenfahrzeugen mit bis zu dreiachsigen Drehgestellen ge
eignet sind und eine Meßstrecke von vier bis fünf Metern um
fassen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind aus
Gründen der Übersichtlichkeit allerdings nur zwei mit Wägeein
richtungen 3, 10 versehene Schwellen 2, 8 dargestellt. Zur Ge
wichtsermittlung von Schienenfahrzeugen mit nur zwei Achsen
wären allerdings auch Wägevorrichtungen auf nur einer Schwelle
2 ausreichend. Bei besonderen Genauigkeitsanforderungen und
zur statischen Wägung von kompletten Eisenbahnwaggons können
aber auch Wägevorrichtungen auf vierzig Schwellen bei einer
Meßstrecke von 25 m vorgesehen werden.
Zur Korrektur der Kraftnebenschlußwirkung ist am Anfang
und/oder am Ende der Meßstrecke in der Mitte zwischen der er
sten bzw. letzten mit Wägeeinrichtungen versehenen Schwelle 2,
8 und der benachbarten Schwelle ein sogenanntes Meßauge als
Schubspannungssensor 1, 11 in der neutralen Faser jeder Schie
ne 7 vorgesehen. Durch ein derartiges Meßauge 1, 11 ist auf
einfache Art und Weise die Schubspannung meßbar, die beim
Überrollen einer Fahrzeugachse in der neutralen Faser jeder
Schiene 7 auftritt. Dabei haben sich derartige Meßaugen 1, 11
als vorteilhaft erwiesen, da sie als kreisförmige Aufnehmer
einheit mit Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sind. Diese Meßau
gen 1, 11 können vorteilhafterweise in einer Bohrung in der
neutralen Faser jeder Schiene 7 auf einfache Art befestigt
werden. Derartige Schubspannungsaufnehmer können aber auch an
ders ausgebildet sein, beispielsweise können sie auch direkt
am Schienensteg appliziert werden.
Diese Schubspannungsaufnehmer 1, 11 erfassen eine Kraft beim
Überfahren der Achse eines Schienenfahrzeugs entsprechend der
Kraftnebenschlußwirkung, die das Wägeergebnis verfälscht, das
durch die Kraftmeßvorrichtung auf den Schwellen 2, 8 gemessen
wird. Diese Verfälschung durch die Kraftnebenschlußwirkung ist
um so größer, je stärker diese Kopplung zur Kraftmeßvorrich
tung 3, 10 ist. Soweit nur eine Wägeeinrichtung 3 auf nur ei
ner Schwelle 2 vorgesehen ist, entsteht ein relativ großer
Kraftnebenschlußfehler. Bei einer Wägevorrichtung mit Wägeein
richtungen 3 auf mehreren Schwellen 2, 8 verringert sich die
ser Kraftnebenschlußfehler entsprechend.
Durch die vorgenannte Ermittlung der Schubspannung kann dieser
Fehler aber durch eine entsprechende Kalibrierung korrigiert
werden. Dazu werden sowohl die Signale der Schubspannungssen
soren 1, 11 als auch der Kraftmeßvorrichtungen 3, 10 jeder
Schwelle einer zentralen Auswertevorrichtung 12 zugeführt. Mit
Hilfe einer oder mehrerer bekannter Referenzmassen oder Refe
renzkraftwirkungen (z. B. durch ein Prüfgerät) kann die Wäge
vorrichtung 3, 10 zunächst statisch kalibriert werden. Dabei
erfolgt auch die Erfassung der ortsabhängigen Kraftneben
schlußwirkung mittels der Schubspannungssensoren 1,11. Hierzu
wird eine Referenzmasse oder das Prüfgerät an verschiedenen
Positionen der Meßstrecke aufgesetzt. Alternativ kann dieser
Vorgang auch mit bewegter Referenzmasse automatisiert durchge
führt werden. In der zentralen Auswertevorrichtung 12 werden
die aus den Schubspannungsmessungen des Kalibriervorgangs ab
geleiteten Korrekturfunktionen abgespeichert. Nachfolgend kön
nen für unbekannte Massen die statischen Gewichte ermittelt
werden. Mit diesen Gewichten wiederum kann die Wägevorrichtung
3, 10 dynamisch kalibriert werden. Die dabei ermittelten
dynamischen Korrekturfunktionen werden ebenfalls in der
zentralen Auswertevorrichtung 12 gespeichert. Es ist also
Auswertevorrichtung 12 gespeichert. Es ist also möglich, eine
derartige Wägevorrichtung auf einfache Art und Weise mit be
kannten Referenzmassen oder einem Prüfgerät, sowie weiteren
unbekannten Massen statisch und dynamisch zu kalibrieren. Das
so kalibrierte Wägesignal in der zentralen Auswerteeinrichtung
12 kann an dessen Ausgang 13 zur Weiterverarbeitung oder zur
Anzeige von einer weiteren Einrichtung abgefragt oder ange
zeigt werden.
Allerdings ist die Kraftnebenschlußwirkung auch durch eine
Aussparung im Schienenfuß und -steg so weit verringerbar, daß
deren Einfluß auf das Meßergebnis nur unwesentlich ist. Dazu
wird vor der ersten mit Wägeeinrichtungen versehenen Schwelle
2 eine Aussparung im Schienenfuß und -steg eingearbeitet, der
den Überfahrteil aber nicht unterbricht, so daß eine gelenkige
Ankopplung entsteht. Dabei ist die Kraftnebenschlußwirkung um
so geringer, je weiter dieses Gelenk von der ersten Meßein
richtung 3 lagerfrei entfernt ist und je weniger Biegespannung
durch das Gelenk übertragen wird. Da in diesem Gelenk aber ei
ne bestimmte Scherspannung nicht überschritten werden darf, um
beim Überfahren mit einer zulässigen Last nicht beschädigt zu
werden, kann eine bestimmte Kraftnebenschlußwirkung nicht ver
hindert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich deshalb
herausgestellt, zusätzlich zur Erfassung der Schubspannung in
jeder Schiene 7 auch eine Aussparung vorzusehen, damit insbe
sondere bei kleinen überfahrlasten noch eine genaue Fahrtwä
gung bei möglichst geringer Brückenlänge erreichbar ist. Dabei
kann das Meßergebnis insbesondere noch dadurch verbessert wer
den, daß sowohl am Anfang als auch am Ende der Meßstrecke eine
Aussparung und eine Schubspannungsmessung vorgenommen wird.
Die Schubspannungssensoren 1, 11 werden gleichzeitig als
Schienenschalter verwandt. Dazu wird mit Hilfe vorgegebener
Achsabstände bekannter Schienenfahrzeuge durch die zentrale
Auswertevorrichtung 12 jeweils der Anfang und das Ende eines
überfahrenden Fahrzeugs bestimmt. Aus den bekannten und gemes
senen Achsabständen ist dann in der Auswertevorrichtung 12 das
Fahrzeuggewicht bestimmbar.
Neben dem Fahrzeuggewicht oder der Achsbelastung ist in der
Auswertevorrichtung 12 gleichzeitig die Feststellung von Un
rundheiten und Flachstellen an Rädern der überfahrenden Schie
nenfahrzeuge möglich. Dazu werden in der Auswertevorrichtung
12 die Wägesignale über Filterschaltungen von bekannten Stör
anteilen wie beispielsweise Waggonschwingungen oder den Sinus
lauf getrennt und Waggonweise aufsummiert. Vorteilhafterweise
wird der durch die Schubspannungsaufnehmer 1, 11 ermittelte
Kraftnebenschlußfehler berücksichtigt, so daß diese Summe der
Signalanteile dem Gewicht des Waggons bzw. Fahrzeugs ent
spricht und als solches anzeigbar ist.
Durch die Aufsummierung der erfaßten Radaufstandskraftsignale
beim überfahren der Meßstrecke bildet die Auswertevorrichtung
12 einen Mittelwert, der dem Signalverlauf eines exakt runden
Rades auf der Schiene entsprechen würde. Da hingegen ein un
rundes Rad oder ein Flachstellenrad beim Überfahren einer Meß
strecke periodische Vertikalkraftschwankungen verursacht, wer
den in der Auswertevorrichtung 12 die Vertikalkraftschwankun
gen mit dem ermittelten Mittelwert ins Verhältnis gesetzt. So
weit im Mittelwert bereits regelmäßige Abweichungen wie bei
spielsweise Waggonschwingungen, Sinuslauf und vergleichbare
Störanteile berücksichtigt wurden, stellt die Abweichung ein
Maß der Unrundheit des beurteilten Rades dar. Diese Unrundheit
kann dann angezeigt oder als Unrunddefekt signalisiert werden,
soweit ein vorgegebener Grenzwert überschritten wird.
Die Auswertevorrichtung 12 kann aber auch so ausgebildet sein,
daß aus den erfaßten und gespeicherten Vertikalkraftsignalen
ein Referenzsignalverlauf ermittelt wird. Ein derartiger Refe
renzsignalverlauf könnte durch die Anwendung der Regeln der
nichtlinearen Dynamik mit. Hilfe von Rechenschaltungen erfol
gen. Durch Vergleich des Referenzsignalverlaufs mit dem tat
sächlichen Signalverlauf eines Rades kann die Auswertevorrich
tung 12 dann eine Unrundheit oder eine Flachstelle ermitteln
und anzeigen. Dabei kann die Auswertevorrichtung 12 zusätzlich
auch die parallel über die beiden Schienen 7 rollenden Räder
signalmäßig miteinander vergleichen und bewerten, um die Fest
stellgenauigkeit der Unrundheit zu erhöhen. So treten bei
spielsweise Schwerpunktverlagerungen auf einer Achse auf, so
weit ein Rad eine Unrundheit aufweist. Derartige Kriterien
könnten zur Beurteilung der Unrundheiten zusätzlich herangezo
gen werden.
Je nach den Genauigkeitsanforderungen ist die Länge der Meß
strecke oder die Überfahrgeschwindigkeit festzulegen. Bei ho
hen Überfahrgeschwindigkeiten können Unrundheiten oder Flach
stellen von Rädern bereits von Meßstrecken mit nur einem Meß
wertaufnehmer ermittelt werden. Eine derartige Vorrichtung zur
Feststellung von Unrundheiten und Flachstellen könnte mit ei
ner Wägeeinrichtung so kombiniert sein, daß diese mit normalen
Fahrgeschwindigkeiten zur Unrundheit und bei langsamen Über
fahrgeschwindigkeiten zur Wägung genutzt wird.
Werden hingegen längere Meßstrecken, die mindestens eine Rad
umdrehungslänge oder eine Drehgestellänge erfassen können vor
gesehen, so kann auch schon bei geringen Überfahrgeschwindig
keiten die Unrundheit bzw. die Flachstelle erkannt und gleich
zeitig auch eine Wägung durchgeführt werden. Mit einer derar
tigen Vorrichtung könnte auch gleichzeitig eine Überlastkon
trolle und eine Schwerpunktkontrolle erfolgen. Dabei müßten
der Auswertevorrichtung 12 Grenzlastbereiche für bestimmte
Waggontypen vorgegeben werden, die nach dessen Identifizierung
mit dem gemessenen Gewicht verglichen würden und eine festge
stellte Überlast signalisierbar oder anzeigbar wäre. Bei der
Schwerpunktkontrolle könnte die Auswertevorrichtung 12 über
die gemessenen Achslasten und nach Identifizierung des Waggon
typs mit Hilfe der vorgegebenen Achsabstände den Schwerpunkt
errechnen und beim Abweichen der Schwerpunktslage von einem
vorgegebenen Bereich dieses ebenfalls signalisieren oder an
zeigen.
In Fig. 2 der Zeichnung ist eine Kraftmeßvorrichtung als
Schnittbild eines Ausschnitts einer Schwelle 2 mit darauf an
geordneter Wägezelle 3 unterhalb einer Schiene 7 näher darge
stellt. Die Schwelle 2, auf der die Wägezelle 3 angeordnet
ist, stellt dabei eine nahezu standardisierte Betonschwelle
dar, wie sie üblicherweise als Unterlage der Schienen 7 in ei
nem Schotterbett 6 verlegt werden. Wegen der größeren Auflage
fläche und des höheren Eigengewichts wird vorteilhafterweise
eine standardisierte Weichenschwelle verwendet, deren Breite
etwas größer und deren Gewicht etwas höher ist als das der
herkömmlichen Schienenschwellen. Diese Schwellen 2 sind mit
Spannarmierungselementen ausgestattet, wie sie üblicherweise
auch in Weichenschwellen angeordnet sind. Hierdurch wird eine
besonders verwindungssteife Bauart erreicht.
Gegenüber einer herkömmlichen Weichenschwelle unterscheidet
sich die verwendete Schwelle 2 lediglich durch eine vorgesehe
ne Befestigungsplatte 22, die im Bereich der Schienenbefesti
gung vorgesehen ist. Diese Befestigungsplatte 22 enthält an
ihrer Unterseite Armierungselemente 28, die auf der Oberseite
der Betonschwelle 2 eingegossen sind. Diese Befestigungsplatte
22 stellt in der Regel eine ebene Stahlblechplatte dar, die
eine besonders ebene und genaue Befestigungsplattform unter
der Schiene 7 darstellt und die Befestigungselemente enthält,
mit der die Schiene 7 oder unterhalb der Schiene 7 angeordnete
Wägezellen 3 an der Schwelle 2 befestigt werden können. Diese
Befestigungselemente können in einfachster Form Gewindebohrun
gen 27 darstellen, mit denen die Wägezelle 3 fest an der Befe
stigungsplatte 22 angebracht ist. Dabei schließt die Oberflä
che der Befestigungsplatte 22 etwa mit der Oberkante der obe
ren Auflagefläche der Schwelle 2 ab. Diese Befestigungsplatte
22 kann aber auch geringfügig in die Oberfläche der Schwelle 3
eingelassen werden, um zusätzlichen Montageraum unter der
Schiene 7 zu gewinnen. Allerdings ist diese Absenkung der Be
festigungsplatte 22 nur soweit möglich, daß die Spannarmierung
innerhalb der Betonschwelle 2 nicht geschwächt wird, damit die
Verwindungssteifigkeit der Schwelle 2 erhalten bleibt.
Auf diese Befestigungsplatte 22 wird eine Montageplatte 29
aufgeschraubt, an der die Kraftmeßeinrichtung als Wägezelle 3
befestigt ist. Die Wägezelle 3 ist quer unter der Schiene 7
vorgesehen, so daß sich die Schiene 7 auf der Wägezelle 3 ab
stützt. Diese Wägezelle 3 enthält ein Krafteinleitungsteil 18,
einen Verformungskörper 17, an den Dehnungsmeßstreifen 20 ap
pliziert sind und einen Kraftausleitungsteil 21, der fest mit
der Montageplattform 29 verbunden ist. Die Wägezelle 3 ist
doppel-S-förmig ausgebildet, so daß die Krafteinleitungsteile
18 und die Kraftausleitungsteile 21 gleichzeitig als Kraft
rückführungselemente vorgesehen sind. Dabei werden das Kraft
einleitungs- 18 und das Kraftausleitungselement 21 durch zwei
horizontale Schlitze 16, 26 vom Verformungsteil getrennt. Das
Verformungsteil 17 enthält spiegelbildlich zu einer Mittelli
nie vier entgegengerichtete horizontale Sackbohrungen 19, so
daß zwischen den vier Bohrungen 19 zwei separate vertikale
Verformungsflächen verbleiben, an denen die Dehnungsmeßstrei
fen 20 appliziert sind. Diese erzeugen ein dem Gewicht auf der
Schiene 7 proportionales Signal. Die Wägezelle 3 könnte auch
als einfache S-förmige Wägezelle ausgebildet sein, sofern et
was geringere Genauigkeitsanforderungen ausreichend sind oder
eine größere Anzahl an Wägezellen vorgesehen ist.
Am Krafteinleitungsteil 18 sind Stege mit Klemmverbindungen 14
vorgesehen, zwischen denen die Schiene 7 quer zur Wägezelle 3
verläuft. Die Klemmverbindung 14 ist Teil eines Verbindungs
elementes, das als separate Adapterplatte ausgebildet ist. Die
Adapterplatte 15 ist jeweils für einen bestimmten Schienentyp
vorgesehen und ist über eine Schraubverbindung kraftschlüssig
mit dem Krafteinleitungsteil 18 der Wägezelle 3 verbunden. Da
bei sind vorteilhafterweise Wägezellen 3 mit Kraftrückfüh
rungselementen vorgesehen, da bei diesen die gemessene Kraft
weitgehend unabhängig vom Krafteinleitungsort ist, so daß
Schwerpunktverschiebungen auf der Schiene 7 keinen Einfluß auf
das Meßergebnis haben. Es sind deshalb vorteilhafterweise auch
Wägebalken mit Kraftrückführungselementen verwendbar, wobei
die Schiene 7 an einem oberen Kraftrückführungselement befe
stigt würde, während ein unteres Kraftrückführungselement fest
auf der Oberfläche der Befestigungsplatte 22 zu verbinden wä
re.
Oberhalb der Schwellen 2 und in Höhe der Kraftmeßvorrichtung 3
ist zum Schutz der Wägeeinrichtung ein Stahlblechgehäuse als
Schutzabdeckung 4, 9 vorgesehen, das die Wägezellen 3, 10 und
die zugehörigen Auswertevorrichtungen auf der Fläche der
Schwellenoberseite umgibt. Dieses Schutzgehäuse 4, 9 verläuft
in jedem Fall unterhalb der Schienenunterkante und kann für
Reparatur- und Serviceaufgaben entfernt werden. In der Mitte
der Schwelle 2 ist noch ein zusätzliches Schaltgehäuse 24 an
geordnet, in das die Verbindungskabel der Kraftaufnehmer 3, 10
und der Meßaugen 1, 11 beschädigungssicher geführt werden. In
diesem Schaltkasten 24 sind zusätzlich noch elektrische
Schaltkreise angeordnet, die zur Speisung und entfernungsunab
hängigen Signalumwandlung (A/D-Wandler) dienen.
In diesem Schaltkasten 24 ist oberhalb des Schotterbettes 6 in
Schienenrichtung ein rohrförmiger Verbindungskanal 5 vorgese
hen, durch den die mit Wägezellen 3, 10 versehenen einzelnen
Schwellen 2, 8 mit einander und mit der zentralen Auswertevor
richtung 12 elektrisch verbunden sind.
Claims (20)
1. Wägevorrichtung für Schienenfahrzeuge mit mindestens ei
nem Querträger, der als Unterlage für ein Paar Schienen
(7) dient und mit mindestens einer Kraftmeßvorrichtung
(3, 10) für jede Schiene (7), wobei die Kraftmeßvorrich
tung zwischen der betreffenden Schiene und dem Querträger
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträ
ger als Betonschwelle (2, 8) ausgebildet ist, auf die die
Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) angeordnet sind und die Be
tonschwelle (2, 8) unmittelbar in einer Schotterfahrbahn
(6) für Fahrtschienen gelagert ist, wobei die
Schotterfahrbahn (6) mindestens im Bereich der
Betonschwelle (2, 8) durch eine Schotterverklebung
stabilisiert ist.
2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wägevorrichtung aus mindestens einer Betonschwel
le (2, 8) mit darauf angeordneten Kraftmeßvorrichtungen
(3, 10) oder einer Vielzahl von Betonschwellen (2, 8) mit
Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) besteht.
3. Wägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Betonschwelle (2, 8) aus armiertem Be
ton oder einem anderen zur Herstellung von Betonschwellen
vorgesehenen Werkstoffen besteht.
4. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Betonschwelle (2, 8) an
ihrer Oberseite im Bereich der Schienenauflagerpunkte
zwei Befestigungsplatten (22) enthält, die in die Beton
schwellen (2, 8) unterhalb der Schienenlagerung fest ein
gegossen sind.
5. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Schienen (7)
Kraftmeßvorrichtungen (3, 10) angeordnet sind, deren
Krafteinleitungsteil (18) mit der Schiene (7) und deren
Kraftausleitungsteil (21) kraftschlüssig und momen
tenschlüssig mit der Befestigungsplatte (22) der Schwelle
(2, 8) verbunden ist.
6. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatte (22)
als ebenes rechteckiges oder rundes Blechteil ausgebildet
ist, das auf seiner der Schiene (7) zugewandten Seite Be
festigungselemente (27) enthält, mit deren Hilfe die
Kraftaufnehmer (3, 10) durch eine lösbare Verbindung auf
der Betonschwelle (2, 8) zu befestigen sind.
7. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßvorrichtung (3,
10) als Wägezelle mit Kraftrückführungselementen ausge
bildet ist.
8. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wägesignale der Kraftmeß
vorrichtungen (3, 10) jeder Schwelle (2, 8) so miteinan
der verknüpft sind, daß aus den Meßsignalen das Gewicht
der Schienenfahrzeuge oder Teile davon ermittelbar sind.
9. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten mit Kraftauf
nehmern (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) in minde
stens einer Schiene (7) mindestens ein Schubspannungssen
sor (1, 11) angeordnet ist, dessen Meßsignale zur Korrek
tur der Kraftnebenschlußkopplung und/oder als Schienen
schalter dienen.
10. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor der ersten
oder vor der ersten und nach der letzten mit Wägezellen
(3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) ein Schubspan
nungssensor (1, 11) vorgesehen ist, wobei der Schubspan
nungssensor in der neutralen Phase der Schiene (7)
angeordnet ist.
11. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Schubspannungs
messung und einer statischen Kalibrierung in einer zen
tralen Auswertevorrichtung (12) eine ortsabhängige Kor
rekturfunktion gebildet und gespeichert wird, die bei der
dynamischen Wägung zur Berücksichtigung der Kraftneben
schlußkopplung dient.
12. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Schubspannungs
signals in der zentralen Auswertevorrichtung (12) und mit
Hilfe vorgegebener Achsabstände ein Waggonanfang und
-ende oder ein Drehgestellanfang oder -ende bestimmt wird.
13. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß der Schubspannungssensor (1,
11) als Meßauge ausgebildet ist, das in einer Bohrung der
Schiene (7) angeordnet ist oder durch direkt applizierte
Dehnungsmeßstreifen gebildet wird.
14. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor der ersten mit
Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) im
Schienenfuß eine vertikale oder schräge nach unten offene
Aussparung vorgesehen ist, die die Fahrschiene (7) gelen
kig mit der oder den mit Wägezellen (3, 10) versehenen
Schwellen (2, 8) verbindet.
15. Wägevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens vor der ersten und/oder der letzten mit
Wägezellen (3, 10) versehenen Schwelle (2, 8) eine verti
kale oder schräge nach unten offene Aussparung im Schie
nenfuß vorgesehen ist, die die Fahrschiene (7) gelenkig
mit der oder den mit Wägezellen (3, 10) versehenen
Schwellen (2, 8) verbindet.
16. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Schotterverklebung in
Fahrtrichtung in bestimmtem Abstand vor und bis nach der
ersten oder vor der ersten und bis nach der letzten mit
Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) vorge
sehen ist.
17. Wägevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwellen
(2, 8) mit dem Schotterbett (6) verklebt sind.
18. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung durch die
Schotterverklebung je nach Nennlast der Wägezellen (3,
10) und/oder der zulässigen Überfahrgeschwindigkeit vor
gesehen ist.
19. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schotterverklebung im An
fahrbereich vor der ersten mit Wägezellen (3, 10) verse
henen Betonschwelle (2, 8) mit stetig zunehmender Ver
steifung und/oder im Abfahrbereich nach der letzten mit
Wägezellen (3, 10) versehenen Betonschwelle (2, 8) mit
stetig abnehmender Versteifung vorgesehen ist.
20. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (12)
die beim überfahren der Meßstrecke aus den Vertikalkraft
signalen der Wägezellen (3, 10) gewonnen Werte eine mitt
lere Gewichtsbelastung bildet und diese mit dem zeitli
chen Signalverlauf vergleicht und beim überschreiten ei
ner vorgegebenen Abweichung als Unrundheit bzw. Flach
stelle signalisiert oder anzeigt.
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