DE102019114288A1 - Method and device for localizing a singular flaw on the running surface of a wheel of a rail-bound vehicle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisierung einer singulären Fehlstelle (19) an der Lauffläche (13) eines Rades (7, 8) eines schienengebundenen Fahrzeugs beim Überfahren einer als Messstrecke (25) ausgebildeten Schiene (3, 4) in X-Richtung, wobei mit Hilfe einer Kraftmesseinrichtung (26) kontinuierlich die Aufstandskraft F des Rades (7, 8) über die Länge L der Messstrecke (25) erfasst wird und wobei mit Hilfe einer Entfernungsmesseinrichtung (20) der Abstand yndes Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) in einer parallel zur Radachse (9) verlaufenden Y-Richtung an mindestens einer in X-Richtung definierten Position innerhalb der Messstrecke (25) gemessen wird. Die Detektion der Fehlstelle (19) erfolgt dann durch Auswertung des Verlaufs der Radaufstandskraft F in einer elektronischen Auswerteeinheit (35), wobei zum Zeitpunkt des Auftretens der Fehlstelle (19) und auf Basis des erfassten Abstandes yndie Lage des Rad-Schiene-Kontakts auf der Lauffläche (13) des Rades (7, 8) in Y-Richtung ermittelt wird.The invention relates to a method and a device for localizing a singular defect (19) on the running surface (13) of a wheel (7, 8) of a rail-bound vehicle when driving over a rail (3, 4) designed as a measuring section (25) in X- Direction, whereby the contact force F of the wheel (7, 8) is continuously recorded over the length L of the measuring section (25) with the aid of a force measuring device (26) and the distance between the wheel (7, 8) and the distance measuring device (20). to the rail (3, 4) in a Y-direction running parallel to the wheel axis (9) at at least one position defined in the X-direction within the measuring section (25). The defect (19) is then detected by evaluating the course of the wheel contact force F in an electronic evaluation unit (35), with the position of the wheel-rail contact on the at the time the defect (19) occurs and on the basis of the detected distance yn Tread (13) of the wheel (7, 8) is determined in the Y direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisierung einer singulären Fehlstelle an der Lauffläche eines Rades eines schienengebundenen Fahrzeugs beim Überfahren einer als Messstrecke ausgebildeten Schiene, bei der zur Detektion der Fehlstelle der mittels einer Kraft- oder Beschleunigungsmesseinrichtung erfasste Verlauf der Aufstandskraft des Rades ausgewertet wird.The invention relates to a method and a device for localizing a singular flaw on the running surface of a wheel of a rail-bound vehicle when driving over a rail designed as a measuring section, in which the profile of the upright force of the wheel recorded by means of a force or acceleration measuring device is evaluated to detect the flaw .

Den Laufflächen der Räder schienengebundener Fahrzeuge kommt im Hinblick auf Fahrkomfort und Sicherheit des Schienenverkehrs eine entscheidende Bedeutung zu. Im Idealfall entspricht die Geometrie der Laufflächen einer die Radachse konzentrisch umlaufenden leicht konischen Mantelfläche, mit der die Räder auf den Schienen abrollen. Die Laufflächen bilden somit den rotierenden Teil des Rad-Schiene-Kontakts. Abweichungen von der Idealform werden als Unrundheiten bezeichnet, wozu beispielsweise eine Exzentrizität, Ovalität oder Polygonisation zählt, aber auch eine Flachstelle, Abplattung oder ein Materialauftrag. Vor allem bei hohen Fahrgeschwindigkeiten erhöhen Unrundheiten den dynamischen Anteil der vom Rad auf die Schiene ausgeübten Kraft, was auf Dauer zu Schäden am Schienenfahrzeug und Schienenfahrweg führt. Die damit einhergehenden Sicherheitsrisiken sind ebenso wie Lärmemissionen und Erschütterungen des Untergrunds unerwünscht.The running surfaces of the wheels of rail-bound vehicles are of decisive importance with regard to driving comfort and safety of rail traffic. In the ideal case, the geometry of the running surfaces corresponds to a slightly conical outer surface that runs concentrically around the wheel axis and with which the wheels roll on the rails. The running surfaces thus form the rotating part of the wheel-rail contact. Deviations from the ideal shape are referred to as out-of-roundness, which includes eccentricity, ovality or polygonization, but also a flat spot, flattening or an application of material. Especially at high driving speeds, out-of-roundness increases the dynamic portion of the force exerted by the wheel on the rail, which in the long term leads to damage to the rail vehicle and the rail track. The associated safety risks, as well as noise emissions and vibrations of the subsurface, are undesirable.

Zur Vermeidung solcher Auswirkungen hat es daher nicht an Bestrebungen gefehlt, von Unrundheiten betroffene Räder eines Schienenfahrzeugs möglichst frühzeitig zu identifizieren und zu ersetzen. Dies kann durch manuelles Abtasten des Radprofils mit Hilfe von Messlehren geschehen, wozu das Fahrzeug allerdings außer Betrieb genommen werden muss. Eine solche Vorgehensweise bietet sich daher vor allem im Zuge der Durchführung anderweitiger Instandsetzungsmaßnahmen an. Aufgrund des damit verbundenen Zeitaufwands erweist sich diese Vorgehensweise jedoch als nicht ausreichend wirtschaftlich.In order to avoid such effects, there has therefore been no lack of efforts to identify and replace wheels of a rail vehicle affected by out-of-roundness as early as possible. This can be done by manually scanning the wheel profile with the aid of measuring gauges, for which the vehicle must, however, be taken out of operation. Such a procedure is therefore particularly suitable in the course of carrying out other repair measures. However, because of the time involved, this approach proves to be insufficiently economical.

Aus der EP 1 212 228 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Radunrundheiten bereits beim Überfahren einer Messstrecke mittels einer geeigneten Messvorrichtung festgestellt werden können, also im laufenden Betrieb des Fahrzeugs. Die Messvorrichtung besitzt zwischen Schwelle und Schiene angeordnete Kraftaufnehmer, deren Kraftsignale an eine Auswertevorrichtung übermittelt werden. Aus den beim Überfahren der Messvorrichtung gewonnen Radaufstandskräften wird ein Mittelwert errechnet und mit den gemessenen radspezifischen Einzelwerten verglichen. Abweichungen, die einen vorbestimmten Grenzwert überschreiten, werden als Unrundheit erkannt. Bei dieser Vorrichtung entfällt somit die Außerbetriebnahme des Fahrzeugs und das aufwändige manuelle Abtasten des Radprofils, was eine schnelle und wirtschaftliche Möglichkeit der Erkennung von Radunrundheiten erlaubt.From the EP 1 212 228 B1 a device is known with which wheel irregularities can be determined by means of a suitable measuring device when driving over a measuring section, that is to say while the vehicle is in operation. The measuring device has force transducers arranged between the sleeper and the rail, the force signals of which are transmitted to an evaluation device. A mean value is calculated from the wheel contact forces obtained when driving over the measuring device and compared with the measured wheel-specific individual values. Deviations that exceed a predetermined limit value are recognized as out-of-roundness. With this device, there is no need to shut down the vehicle or manually scan the wheel profile, which allows a quick and economical way of recognizing wheel irregularities.

Eine Weiterentwicklung derartiger Vorrichtungen ist Gegenstand der DE 10 2015 002 517 A1 . Die dort beschriebene Diagnosevorrichtung zur Feststellung von Unrundheiten an Fahrzeugrädern von Schienenfahrzeugen umfasst ebenfalls zwischen Schwellen und Schiene angeordnete Kraftaufnehmer, deren aus den Radaufstandskräften abgeleiteter Kraftsignalverlauf in einer zugehörigen Auswertevorrichtung verarbeitet wird. Um bei der Auswertung der aufgenommenen Kraftsignalverläufe äußere Einflüssen wie Federsteifigkeiten der Bauteile und Konstruktion sowie Bettung des Gleises im Untergrund zu minimieren, wird der von einem Kraftaufnehmer an die Auswertevorrichtung übermittelte Kraftsignalverlauf über die Zeit integriert und so ein zugehöriger Kraftstoß ermittelt. Bei der Detektion einer Unrundheit wird auf diese Weise nicht allein die maximale Amplitude der Radaufstandskraft berücksichtigt, sondern auch deren Einwirkzeit. Bei einem Rad-Schiene-System mit hoher Federsteifigkeit liegt dem ermittelten Kraftstoß eine hohe Kraftamplitude mit kurzer Einwirkdauer zugrunde, bei einem weichen Rad-Schiene-System hingegen eine geringere Kraftamplitude über eine längere Einwirkdauer. Der Kraftstoß beider Systeme ist trotz unterschiedlicher Federsteifigkeiten gleich groß, so dass dieses Verfahren Unrundheiten weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Federsteifigkeiten zuverlässig erkennt.A further development of such devices is the subject of DE 10 2015 002 517 A1 . The diagnostic device described there for determining out-of-roundness on vehicle wheels of rail vehicles also includes force transducers arranged between sleepers and rail, the force signal curve of which, derived from the wheel contact forces, is processed in an associated evaluation device. In order to minimize external influences such as spring stiffness of the components and construction as well as the bedding of the track in the subsurface when evaluating the recorded force signal curves, the force signal curve transmitted by a force transducer to the evaluation device is integrated over time and an associated force impulse is determined. When an out-of-roundness is detected, not only the maximum amplitude of the wheel contact force is taken into account, but also its exposure time. In the case of a wheel-rail system with high spring stiffness, the determined impulse is based on a high force amplitude with a short duration of action, whereas in the case of a soft wheel-rail system, a lower force amplitude over a longer duration of action is the basis. The impulse of force of both systems is the same despite different spring stiffnesses, so that this method reliably detects out-of-roundness largely independent of external influences such as spring stiffnesses.

Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, dass bei der Überfahrt einer mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüsteten Messstrecke die für ein bestimmtes Rad ermittelten Amplitudenwerte bzw. Kraftstoßwerte unerwarteten Schwankungen unterliegen.However, it has been shown in practice that when driving over a measuring section equipped with such a device, the amplitude values or impulse values determined for a specific wheel are subject to unexpected fluctuations.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung schadhafter Räder schienengebundener Fahrzeuge im Hinblick auf die Aussagekraft der Messwerte weiter zu verbessern.Against this background, the invention is based on the object of further improving known methods and devices for recognizing defective wheels of rail-bound vehicles with regard to the informative value of the measured values.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a method with the features of patent claim 1 and a device with the features of patent claim 11.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Der Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Berührpartner beim Rad-Schiene-System zum einen von der Fahrfläche der Schiene und zum anderen von der Lauffläche des Rades gebildet werden, die zusammen den Rad-Schiene-Kontakt bilden. Bei der Gleisfahrt eines Schienenfahrzeugs bewirken die leicht konische Ausbildung der rotierenden Radlauffläche und die dementsprechende Neigung der Schienenfahrfläche in Grenzen eine Eigenstabilisierung des Schienenfahrzeugs in Fahrtrichtung, bei der Abweichungen von der Fahrtrichtung selbsttätig korrigiert werden. Dabei kommt zur Bewegung in Fahrtrichtung eine dazu quer gerichtete Pendelbewegung hinzu, was in der Summe zu einem Wellen- oder Sinuslauf der Räder eines Radsatzes auf der Schiene führt. Die maximale Pendelbewegung entspricht dem Spurspiel, das durch den gegenseitigen axialen Abstand der beiden Spurkränze eines Radsatzes und durch den etwas größeren Abstand der Schienenköpfe definiert ist. Dem Wellenlauf folgend pendelt der Rad-Schiene-Kontakt quer zur Fahrtrichtung auf der Lauffläche des Rades periodisch zwischen den Maximalwerten.The invention is based on the knowledge that the contact partners in the wheel-rail system are formed on the one hand by the running surface of the rail and on the other hand by the running surface of the wheel, which together make the wheel-rail contact form. When a rail vehicle is on the rails, the slightly conical design of the rotating wheel running surface and the corresponding inclination of the rail running surface cause the rail vehicle to self-stabilize in the direction of travel, in which deviations from the direction of travel are automatically corrected. In addition to the movement in the direction of travel, there is a transverse pendulum movement, which in total leads to a wave or sinusoidal movement of the wheels of a wheel set on the rail. The maximum pendulum motion corresponds to the track clearance, which is defined by the mutual axial distance between the two wheel flanges of a wheel set and by the slightly larger distance between the rail heads. Following the wave run, the wheel-rail contact oscillates transversely to the direction of travel on the running surface of the wheel periodically between the maximum values.

Erstreckt sich eine Unrundheit über die gesamte axiale Breite der Radlauffläche wie es bei einer Exzentrizität, Ovalität oder Polygonisation der Fall ist, so hat der Wellenlauf bei der Feststellung von Unrundheiten keinen Einfluss auf das Messergebnis, da die Unrundheit unabhängig von der momentanen relativen Lage des Rades gegenüber der Schiene im Laufe einer Radumdrehung den Rad-Schiene-Kontakts bildet und in diesem Moment eine dynamische Last auf die Schiene ausübt, die für einen charakteristischen Kraftsignalverlauf ursächlich ist.If an out-of-roundness extends over the entire axial width of the wheel running surface, as is the case with an eccentricity, ovality or polygonization, the shaft run has no influence on the measurement result when determining out-of-roundness, since the out-of-roundness is independent of the current relative position of the wheel forms the wheel-rail contact with respect to the rail in the course of a wheel revolution and at this moment exerts a dynamic load on the rail, which is the cause of a characteristic force signal curve.

Etwas anderes gilt für eine Unrundheit des Rades, die auf der Radlauffläche in axialer Richtung lokal begrenzt ist, sich also nur über einen Teil der axialen Breite der Lauffläche erstreckt. Eine solche Unrundheit wird im Weiteren als singuläre Fehlstelle bezeichnet. Bei singulären Fehlstellen ist eine Abhängigkeit des Kraftsignalverlaufs von der relativen axialen Lage des Rades auf der Schiene feststellbar. Fällt der Rad-Schiene-Kontakt mit dem Rand der Fehlstelle zusammen, so ist die Amplitude eines Kraftsignals geringer als bei einer vollständigen Überdeckung des Rad-Schiene-Kontakts mit der Fehlstelle. Diese Erkenntnis erklärt die beim Stand der Technik beobachteten Schwankungen im Kraftsignalverlauf.Something different applies to an out-of-roundness of the wheel, which is locally limited on the wheel running surface in the axial direction, that is to say extends only over part of the axial width of the running surface. Such an out-of-roundness is referred to below as a singular flaw. In the case of singular flaws, a dependency of the force signal curve on the relative axial position of the wheel on the rail can be determined. If the wheel-rail contact coincides with the edge of the flaw, the amplitude of a force signal is lower than when the wheel-rail contact is completely covered by the flaw. This finding explains the fluctuations in the force signal curve observed in the prior art.

Es ist das Verdienst der Erfindung, diese Zusammenhänge in einen Kontext gebracht und darauf aufbauend ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisierung einer singulären Fehlstelle an der Lauffläche eines Rades eines schienengebundenen Fahrzeugs beim Überfahren einer als Messstrecke ausgebildeten Schiene in X-Richtung entwickelt zu haben, die den Einfluss der relativen Lage des Rads auf der Schiene in zur Radachse paralleler Y-Richtung auf den Kraftsignalverlauf berücksichtigt.It is the merit of the invention to put these relationships into context and, based on this, to have developed a method and a device for localizing a singular flaw on the running surface of a wheel of a rail-bound vehicle when driving over a rail designed as a measuring section in the X-direction the influence of the relative position of the wheel on the rail in the Y-direction parallel to the wheel axis on the force signal curve is taken into account.

Der Grundgedanke der Erfindung sieht in Abkehr vom Stand der Technik vor, zur Feststellung von Radunrundheiten nicht nur die Abweichungen des Kraftsignalverlaufs von einem Grenzwert oder Referenzkraftverlauf heranzuziehen, sondern die für eine Fehlstelle signifikanten Kraftsignale mit Zusatzinformationen über die relative Lage des Rades in Bezug auf die Schiene zu verknüpfen. Dabei wird jedem signifikanten Kraftsignal ein axiales Versatzmaß zugeordnet, das den axialen Abstand des Rades zur Schiene zum Zeitpunkt des Auftretens des signifikanten Kraftsignals beschreibt.The basic idea of the invention, as a departure from the prior art, provides not only to use the deviations of the force signal curve from a limit value or reference force curve, but also the force signals that are significant for a defect with additional information about the relative position of the wheel in relation to the rail to determine wheel irregularities to link. Each significant force signal is assigned an axial offset that describes the axial distance between the wheel and the rail at the time the significant force signal occurs.

Erst durch die Berücksichtigung des axialen Versatzes werden unterschiedliche Kraftsignalverläufe eines Rades vergleichbar, da dem Vergleich identische Rahmenbedingen zugrunde liegen. Durch die Auswertung unterschiedlicher Kraftsignalverläufe sind Fehlstellen auf der Radlauffläche lokalisierbar und in Form und Größe bewertbar. Ein Vergleich zeitlich beabstandeter Kraftsignalverläufe lässt Tendenzen über die weitere Entwicklung einer Fehlstelle, erkennen was für eine verlässliche Planung und Durchführung von Reparaturmaßnahmen unabdingbar ist.Different force signal curves of a wheel can only be compared when the axial offset is taken into account, since the comparison is based on identical framework conditions. By evaluating different force signal curves, imperfections on the wheel running surface can be localized and their shape and size can be assessed. A comparison of temporally spaced force signal curves reveals tendencies regarding the further development of a defect, which is essential for reliable planning and implementation of repair measures.

Vorzugsweise wird die Aufstandskraft F über die Zeit der Überfahrt über die Messstrecke kontinuierlich gemessen und als Kraftsignalverlauf gespeichert. Die Auswertung der Messergebnisse kann demzufolge bereits grobsinnlich durch einen optischen Vergleich von Verläufen erfolgen, was sehr schnell und einfach geschehen kann.The contact force F is preferably continuously measured over the time it is passed over the measuring section and stored as a force signal curve. The evaluation of the measurement results can therefore already be carried out in a coarse-sensual manner by an optical comparison of courses, which can be done very quickly and easily.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird der axiale Abstand zwischen Rad und Schiene, also der axiale Versatz des Rades zur Schiene, spätestens nach jeder vollen Radumdrehung eines Rades innerhalb der Messstrecke gemessen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Auftreten einer Fehlstelle und die dazugehörige Abstandsmessung verhältnismäßig eng beieinanderliegen. Durch noch engere Abstände der Messungen in X-Richtung kann die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter gesteigert werden.In an advantageous further development of the invention, the axial distance between the wheel and the rail, that is to say the axial offset of the wheel from the rail, is measured at the latest after each full wheel revolution of a wheel within the measuring section. In this way it is ensured that the occurrence of a defect and the associated distance measurement are relatively close to one another. The accuracy of the method according to the invention can be increased further by means of even closer spacings between the measurements in the X direction.

Gemäß einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist eine Entfernungsmesseinrichtung in einer ersten definierten axialen Entfernung zur Schiene starr montiert, beispielsweise auf einer Schwelle. Diese gleichbleibende erste Entfernung bildet die Basis für die Ermittlung des axialen Versatzes.According to a simple embodiment of the invention, a distance measuring device is rigidly mounted at a first defined axial distance from the rail, for example on a sleeper. This constant first distance forms the basis for determining the axial offset.

Demgegenüber bevorzugt ist es jedoch, diese erste Entfernung ebenfalls mit Hilfe der Entfernungsmesseinrichtung zu erfassen. Das hat den Vorteil, dass eine anfängliche Fehlpositionierung der Entfernungsmesseinrichtung oder eine spätere Positionsveränderung keinen Einfluss auf die Ermittlung des axialen Versatzmaßes haben. Die Montage und Wartung einer erfindungsgemäßen Entfernungsmesseinrichtung wird dadurch wesentlich erleichtert.In contrast, however, it is preferred to also detect this first distance with the aid of the distance measuring device. This has the advantage that an initial incorrect positioning of the distance measuring device or a later change in position have no influence on the determination of the axial offset. The assembly and maintenance of a distance measuring device according to the invention is thereby made much easier.

Basis für die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die kontinuierliche Erfassung der Radaufstandkraft F eines die Messstrecke passierenden Rades. Ein unerwartet starkes Abweichen der der Radaufstandskraft F von einem Grenzwert oder Referenzkraftverlaufs weist auf eine Fehlstelle hin. Um ein erfindungsgemäßes Verfahren unabhängig von Federsteifigkeiten der Konstruktion und des Untergrunds zu machen, wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Kraftverlauf über die Zeit integriert und so ein Kraftstoß ermittelt, der als Basis für die weitere Auswertung herangezogen wird.The basis for the application of a method according to the invention is the continuous detection of the wheel contact force F of a wheel passing the measuring section. An unexpectedly large deviation of the wheel contact force F from a limit value or reference force curve indicates a fault. In order to make a method according to the invention independent of the spring stiffness of the construction and the subsurface, according to a preferred embodiment of the invention the force curve is integrated over time and a force impulse is determined, which is used as the basis for further evaluation.

Da gemäß der Erfindung jeder Fehlstelle ein axiales Versatzmaß zugeordnet wird, genügt es für eine qualifizierte Erfassung und Beuteilung der Fehlstelle, wenn die minimale Länge der Messstrecke dem einfachen Umfang eines Rades entspricht. Ein mehrmaliges Erfassen einer Fehlstelle ist nicht notwendig, so dass eine erfindungsgemäße Messstrecke vergleichsweise kurz ausgebildet sein kann. Das führt zunächst zu wirtschaftlichen Vorteilen, da der Investitionsbedarf beim Bau einer Messstrecke geringer ist. Darüber hinaus lassen sich kürzere Messstrecken problemloser in ein bestehendes Schienennetz integrieren, was deren Planung erleichtert.Since, according to the invention, an axial offset is assigned to each flaw, it is sufficient for a qualified detection and assessment of the flaw if the minimum length of the measuring section corresponds to the simple circumference of a wheel. Multiple detection of a defect is not necessary, so that a measuring section according to the invention can be made comparatively short. This initially leads to economic advantages, since the investment required for building a measuring section is lower. In addition, shorter measuring distances can be integrated into an existing rail network more easily, which makes planning easier.

Vorzugsweise sind in der elektronischen Auswerteeinheit die geometrischen Kenngrößen des vorhandenen Radprofils und Schienenprofils hinterlegt, so dass bei der Auswertung der Messergebnisse auf diese Daten zurückgegriffen werden kann.The geometric parameters of the existing wheel profile and rail profile are preferably stored in the electronic evaluation unit, so that these data can be used when evaluating the measurement results.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Soweit zweckdienlich, werden in den unterschiedlichen Figuren für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale gleichlautende Bezugszeichen verwendet.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing, further features and advantages of the invention becoming apparent. As far as expedient, identical reference symbols are used in the different figures for identical or functionally identical features.

Es zeigt

• 1 in schematischer Darstellung eine Ansicht auf ein Gleis in Gleisrichtung mit darauf angeordnetem Radsatz eines Schienenfahrzeugs,
• 2 eine Teilansicht auf den den Rad-Schiene-Kontakt bildenden Bereich des in 1 dargestellten Rades in größerem Maßstab,
• 3 einen Längsschnitt durch einen als Messstrecke ausgebildeten Gleisabschnitt,
• 4 einen Teilquerschnitt durch den in 3 gezeigten Gleisabschnitt entlang der dortigen Linie IV - IV,
• 5 in schematischer Darstellung die in 3 dargestellte Messstrecke mit darauf abrollendem Rad,
• 6 den zeitabhängigen Verlauf der Aufstandskraft eines Rades über die Länge der in 5 dargestellten Messstrecke, und
• 7 den zeitabhängigen Verlauf der relativen Lage des Rades in Y-Richtung gegenüber der Schiene über die Länge der in 5 dargestellten Messstrecke.

It shows

• 1 a schematic representation of a view of a track in the track direction with a wheel set of a rail vehicle arranged thereon,
• 2 a partial view of the wheel-rail contact forming area of FIG 1 shown wheel on a larger scale,
• 3 a longitudinal section through a track section designed as a measuring section,
• 4th a partial cross-section through the in 3 shown track section along the local line IV - IV,
• 5 in a schematic representation the in 3 the measuring section shown with the wheel rolling on it,
• 6th the time-dependent course of the vertical force of a wheel over the length of the in 5 measuring section shown, and
• 7th the time-dependent course of the relative position of the wheel in the Y direction with respect to the rail over the length of the in 5 shown measuring section.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht in Fahrtrichtung auf ein Gleis 1 mit darauf angeordnetem Radsatz 2 eines nicht weiter dargestellten Schienenfahrzeugs. Das Gleis 1 wird gebildet von einer in der Darstellungsebene linken Schiene 3 und rechten Schiene 4, die auf einer mit der Linie 5 angedeuteten Schwelle in zueinander achsparallelen Lage befestigt sind. Der gegenseitige lichte Abstand der Schienen 3 und 4 im Bereich der Schienenköpfe 6 ist als Spurweite S bezeichnet. 1 shows a schematic representation of a view in the direction of travel onto a track 1 with wheelset arranged on it 2 of a rail vehicle not shown. The track 1 is formed by a rail on the left in the display plane 3 and right rail 4th that are on one with the line 5 indicated threshold are attached in mutually axially parallel position. The mutual clearance between the rails 3 and 4th in the area of the rail heads 6th is designated as gauge S.

Der Radsatz 2 besteht aus einem der linken Schiene 3 zugeordneten linken Rad 7 und einem der rechten Schiene 4 zugeordneten rechten Rad 8, die über eine Radsatzwelle 9 starr miteinander verbunden sind. Die Rotationsachse 10 der Räder 7, 8 bzw. Radsatzwelle 9 definiert die Y-Richtung eines orthogonalen Koordinatensystems, die dazugehörige X-Richtung weist in Richtung der Gleislängsachse und die Z-Richtung steht senkrecht auf die X- und Y-Richtung, was im Wesentlichen der Richtung der von den Rädern 7, 8 auf die Schienen 3, 4 ausgeübten Aufstandskraft entspricht. Begriffe, die sich auf die Achse 10 beziehen wie beispielsweise „axial“, „Achsversatz“, „Achsrichtung“ und dergleichen, beziehen sich auf die oben definierte Y-Richtung.The wheelset 2 consists of one of the left rails 3 assigned left wheel 7th and one of the right rail 4th assigned right wheel 8th that have a wheelset shaft 9 are rigidly connected to each other. The axis of rotation 10 of the wheels 7th , 8th or wheelset shaft 9 defines the Y direction of an orthogonal coordinate system, the associated X direction points in the direction of the track's longitudinal axis and the Z direction is perpendicular to the X and Y directions, which is essentially the direction of the wheels 7th , 8th on the rails 3 , 4th corresponds to the vertical force exerted. Terms that relate to the axis 10, such as, for example, “axial”, “axial offset”, “axial direction” and the like, relate to the Y direction defined above.

Die einander zugewandten Seiten der Räder 3, 4 bilden jeweils eine Radrückenfläche 11, die einander abgewandten Seiten jeweils eine Radstirnfläche 12. Der Außenumfang eines jeden Rades 7, 8 ist in axialer Richtung untergliedert in eine breitere Lauffläche 13, mit der ein Rad 7, 8 auf der Fahrfläche einer Schiene 3, 4 abrollt, und einem daran anschließenden schmäleren Spurkranz 14 mit gegenüber der Lauffläche 13 größerem Durchmesser. Den Übergang von den Laufflächen 13 zu den Spurkränzen 14 bildet die Spurkranzflanken 15, deren gegenseitiger axialer Abstand das Spurmaß S_R definiert. Die Längendifferenz zwischen Spurweite S und Spurmaß S_R entspricht dem Spurspiel σ, das im vorliegenden Fall 18 mm beträgt, in Abhängigkeit des Schienenprofils und Radprofils aber auch davon abweichen kann. Innerhalb des Spurspiels σ ist eine Pendelbewegung des Radsatzes 2 in Y-Richtung möglich, die zusammen mit der Fahrbewegung in X-Richtung einen Wellen- oder Sinuslauf des Radsatzes 2 auf dem Gleis 1 ergibt.The facing sides of the wheels 3 , 4th each form a wheel back surface 11 , the sides facing away from each other each have a wheel face 12th . The outer circumference of each wheel 7th , 8th is subdivided in the axial direction into a wider running surface 13 with which a wheel 7th , 8th on the runway of a rail 3 , 4th rolls off, and an adjoining narrower flange 14th with opposite the tread 13 larger diameter. The transition from the treads 13 to the wheel flanges 14th forms the flange flanks 15th whose mutual axial distance is the gauge S _R Are defined. The difference in length between gauge S and gauge S _R corresponds to the track play σ, which in the present case is 18 mm, but can also differ depending on the rail profile and wheel profile. Within the track play σ there is a pendulum movement of the wheelset 2 possible in the Y direction, which together with the travel movement in the X direction results in a wave or sinusoidal run of the wheelset 2 on the track 1 results.

2 zeigt den unteren Teilbereich des Rades 8 in größerem Maßstab. Man sieht die zur oben beschriebenen Radrückenfläche 11 und Radstirnfläche 12 planparallel verlaufende Messkreisebene 16 des Radprofils, die gemäß Normung einer Lotebene auf die Achse 10 in einem axialen Abstand von 70 mm zur Radrückenfläche 11 entspricht. 2 shows the lower part of the wheel 8th on a larger scale. You can see the wheel back surface described above 11 and Wheel face 12th plane-parallel measuring circle plane 16 of the wheel profile, which, according to standardization, has a perpendicular plane on the axis 10 at an axial distance of 70 mm from the wheel back surface 11 corresponds.

Ferner ist mit den beiden Umfangslinien 17 und 18 die axiale Breite der Lauffläche 13 gekennzeichnet, die beim Abrollen des Rades 8 auf der Schienenfahrfläche aufgrund des vorhandenen Spurspiels maximal zur Verfügung steht. Die Umfangslinien 17 und 18 stellen somit Begrenzungslinien dar, zwischen denen der Rad-Schiene-Kontakt im Fahrbetrieb pendelt.Furthermore, with the two circumferences 17th and 18th the axial width of the tread 13 marked when rolling the wheel 8th is maximum available on the rail track due to the existing track clearance. The perimeter lines 17th and 18th thus represent boundary lines between which the wheel-rail contact oscillates during driving.

Im Idealfall verläuft die Lauffläche 13 über ihren gesamten Umfang konzentrisch zur Achse 10. Abweichungen von der Idealform stellen Unrundheiten dar und können sich über die gesamte axiale Breite der Lauffläche 13 oder lediglich einen Teil erstrecken. Letzteres ist in 2 mit der punktierten Linie dargestellt, die eine singuläre Fehlstelle 19 kennzeichnet. Im Rahmen der Erfindung wird darunter also ein in Umfangsrichtung und axialer Richtung lokal begrenzter Fehler auf der Lauffläche 13 eines Rades 7, 8 bezeichnet. Eine singuläre Fehlstelle 19 kann wie im vorliegenden Beispiel eine lokale Vertiefung in der Lauffläche 13 sein, beispielsweise eine Materialausbröckelung oder Abplattung, oder aber eine lokale Erhebung aus der Lauffläche 13 wie zum Beispiel eine Materialauftragung. Befinden sich derartige Fehlstellen 19 beim Abrollen auf der Schiene 3, 4 im Bereich des Rad-Schiene-Kontakts, dann erhöhen sie den statischen Lastanteil der Radaufstandskraft um einen dynamischen Lastanteil, was unter 6 im Einzelnen erläutert wird.Ideally, the running surface runs smoothly 13 concentric to the axis over its entire circumference 10 . Deviations from the ideal shape represent out-of-roundness and can extend over the entire axial width of the tread 13 or extend only a part. The latter is in 2 shown with the dotted line, which is a singular defect 19th indicates. In the context of the invention, a locally limited defect in the circumferential direction and axial direction on the running surface is underneath 13 of a wheel 7th , 8th designated. A singular flaw 19th can, as in the present example, be a local depression in the tread 13 be, for example, a material chipping or flattening, or a local elevation from the tread 13 such as a material application. Are there such defects 19th when rolling on the rail 3 , 4th in the area of the wheel-rail contact, they increase the static load component of the wheel contact force by a dynamic load component, which is below 6th will be explained in detail.

Zur Erfassung der von einem Rad 7, 8 auf eine Schiene 3, 4 ausgeübten statischen und dynamischen Last dient gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in den 3 und 4 dargestellt. Die Vorrichtung entspricht im Wesentlichen einer von einem Gleisabschnitt gebildeten Messstrecke 25, deren Länge mindestens dem einfachen Umfang der Räder 7, 8 entspricht. Die Messstrecke 25 umfasst Schienen 3, 4, von denen in den 3 und 4 lediglich der in Fahrtrichtung rechte Schienenstrang dargestellt ist. Die Schienen 3, 4 liegen mittelbar über Kraftmesseinrichtungen 26 auf Schwellen 5 auf, die wiederum in das Schotterbett 27 eines Gleisoberbaus eingebettet sind. Die Kraftmesseinrichtungen 26 sind in Aussparungen 28 an der Oberseite der Schwellen 5 eingesetzt und besitzen an ihrer Oberseite jeweils eine Aufnahme 29 für eine Schiene 3, 4. Beispielsweise kann in jeder Schwelle 5 der Messstrecke 25 oder in jeder zweiten oder dritten Schwelle 5 eine Kraftmesseinrichtung 26 vorgesehen sein. Mittels Befestigungsmittel 30 ist der Schienenfuß 31 der Schienen 3, 4 gegen Lagerfläche der Aufnahme 29 gespannt. Der Schienenkopf 6 bildet mit seiner Oberseite die Schienenfahrfläche für die Räder 7, 8.To capture the from a wheel 7th , 8th on a rail 3 , 4th static and dynamic load exerted is used in accordance with the present exemplary embodiment a device as in FIG 3 and 4th shown. The device essentially corresponds to a measuring section formed by a track section 25th whose length is at least the simple circumference of the wheels 7th , 8th corresponds. The measuring section 25th includes rails 3 , 4th , of those in the 3 and 4th only the right track in the direction of travel is shown. The rails 3 , 4th lie indirectly via force measuring devices 26th on sleepers 5 on that in turn in the gravel bed 27 of a track superstructure are embedded. The force measuring devices 26th are in recesses 28 at the top of the sleepers 5 used and each have a recording on their top 29 for a rail 3 , 4th . For example, in every threshold 5 the measuring section 25th or in every second or third threshold 5 a force measuring device 26th be provided. By means of fasteners 30th is the rail foot 31 the rails 3 , 4th against storage area of the recording 29 curious; excited. The rail head 6th forms with its upper side the rail running surface for the wheels 7th , 8th .

Vor der in Fahrtrichtung ersten Schwelle 5 und nach der letzten Schwelle 5 der Messstrecke 25 ist im Stegbereich der Schienen 3, 4 jeweils ein Schubspannungsaufnehmer 23 angeordnet, der über elektrische Leitungen 24 mit einer elektronischen Auswerteeinheit 35 verbunden ist, und dessen Messwerte bei durchgehenden Schienensträngen zur Kraftnebenschlusskorrektur herangezogen werden können. Im Übrigen können die Schubspannungsaufnehmer 23 auch als Schalter für den Messvorgang dienen.Before the first threshold in the direction of travel 5 and after the last threshold 5 the measuring section 25th is in the web area of the rails 3 , 4th one shear stress transducer each 23 arranged over electrical lines 24 with an electronic evaluation unit 35 is connected, and whose measured values can be used for force shunt correction in the case of continuous rail tracks. In addition, the shear stress transducers 23 also serve as a switch for the measurement process.

Wie vor allem aus 4 hervorgeht umfasst die Kraftmesseinrichtung 26 mindestens einen Kraftaufnehmer 32, beispielsweise in Form einer Wägedisc, eines Wägebalkens oder dergleichen, die zur Erfassung von Verformungen mit Dehnmessstreifen 33 ausgerüstet sind. Eine durch die Radaufstandskraft hervorgerufene Verformung des Kraftaufnehmers 32 verändert den elektrischen Widerstand der Dehnmessstreifen 33, wobei die Widerstandsänderung in ein der Kraft proportionales Kraftsignal umgewandelt wird. Zur Auswertung der Messdaten der Kraftmesseinrichtung 25 sind die Kraftaufnehmer 32 über elektrische Leitungen 34 mit der elektronischen Auswerteeinheit 35 (3) verbunden.Like especially from 4th shown includes the force measuring device 26th at least one force transducer 32 , for example in the form of a weighing disc, a weighing beam or the like, which are used to detect deformations with strain gauges 33 are equipped. A deformation of the force transducer caused by the wheel contact force 32 changes the electrical resistance of the strain gauges 33 , the change in resistance being converted into a force signal proportional to the force. For evaluating the measurement data from the force measuring device 25th are the force transducers 32 via electrical lines 34 with the electronic evaluation unit 35 ( 3 ) connected.

Über die Länge L der Messstrecke 25 sind an definierten Punkten wie zum Beispiel am Anfang der Messstrecke 25 und/oder an deren Ende und/oder dazwischen Entfernungsmesseinrichtungen 20 mit einem oder mehreren berührungslos arbeitenden Entfernungssensoren 21 vorgesehen, die jeweils den axialen Abstand y_n der Entfernungsmesseinrichtung 20 zum Rad 8, 9 erfassen und das Messergebnis über die elektrische Leitung 22 an die Auswerteeinheit 35 ausgeben. Die 3 und 4 zeigen eine Anordnung der Entfernungsmesseinrichtungen 20 auf den Schienen 5, wodurch ein dauerhaft gleichbleibender Abstand an der Entfernungsmesseinrichtung 20 gewährleistet ist. Der axiale Abstand an jeder Entfernungsmesseinrichtung 20 zur Schiene 3, 4 ist durch einmaliges Einmessen der Entfernungsmesseinrichtung 20 nach erfolgter Montage definiert. Alternativ ist es auch möglich den Abstand an der Entfernungsmesseinrichtung 20 zur Schiene 3, 4 bei jedem Messvorgang mit einem zweiten Entfernungssensor 21' zu ermittelt.Over the length L of the measuring section 25th are at defined points such as at the beginning of the measuring section 25th and / or at their end and / or distance measuring devices between them 20th with one or more non-contact distance sensors 21st provided, each of the axial distance y _n the distance measuring device 20th to the wheel 8th , 9 and record the measurement result via the electrical line 22nd to the evaluation unit 35 output. The 3 and 4th show an arrangement of the distance measuring devices 20th on the rails 5 , resulting in a permanently constant distance on the distance measuring device 20th is guaranteed. The axial distance at each range finder 20th to the rail 3 , 4th is by measuring the distance measuring device once 20th defined after assembly. Alternatively, it is also possible to determine the distance on the distance measuring device 20th to the rail 3 , 4th with each measurement process with a second distance sensor 21 ' too determined.

Der axiale Versatz Δy des Rades 7, 8 gegenüber der Schiene 3, 4 ergibt sich dann aus der Beziehung: $$\Delta {\text{y = a}}_{\text{n}}-{\text{y}}_{\text{n}}$$

The axial offset Δy of the wheel 7th , 8th opposite the rail 3 , 4th then results from the relationship: $$\Delta {\text{y = a}}_{\text{n}}-{\text{y}}_{\text{n}}$$

Anhand der 5 bis 7 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. In 5 ist entlang der Achse X die Länge L der Messstrecke 25 aufgetragen. Die Achse X entspricht somit den Schienen 3, 4. Die Länge L der Messstrecke 25 beträgt dem 3-fachen Radumfang, wodurch sich eine Untergliederung der Messstrecke 25 in drei Teilabschnitte A, B, C mit einer Abschnittslänge von jeweils 1/3 L ergibt. Im ersten Teilabschnitt A ist das Rad mit dem Bezugszeichen 7, 8 versehen, im mittleren Teilabschnitt B mit 7', 8' und im letzten Teilabschnitt C mit 7", 8". Bei einem üblichen Raddurchmesser von 1250 mm ergeben sich Teilabschnitte A, B, C mit einer Abschnittslänge von etwa 4 m, die Länge L der Messstrecke 25 beträgt demnach etwa 12 m. Da sich ein Schienenfahrzeug im Bereich der Messstrecke 25 mit konstanter Geschwindigkeit v bewegt, kann über die Beziehung $$\text{t = x/v}$$

zu jeder Position des Rades 7, 8 auf der Messstrecke 25 der jeweilige Zeitpunkt t ermittelt werden.Based on 5 to 7th the method according to the invention is explained below. In 5 is the length L of the measuring section along the X axis 25th applied. The axis X thus corresponds to the rails 3 , 4th . The length L of the measuring section 25th is 3 times the wheel circumference, which breaks down the measuring distance 25th in three sections A, B, C with a section length of 1/3 L each. In the first section A, the wheel is denoted by the reference number 7th , 8th provided, in the middle section B with 7 ' , 8th' and in the last section C with 7 " , 8th" . With a usual wheel diameter of 1250 mm, sections A, B, C with a section length of about 4 m result, the length L of the measuring section 25th is therefore about 12 m. Since there is a rail vehicle in the area of the measuring section 25th moving at constant speed v, can have the relationship $$\text{t = x / v}$$

to any position of the wheel 7th , 8th on the measuring section 25th the respective point in time t can be determined.

Beim Abrollen eines Rades 7, 8 auf der Messstrecke 25 kommt ein Punkt auf der Lauffläche 13 im Laufe einer Radumdrehung maximal einmal in Kontakt mit der Fahrfläche der Schiene 3, 4 und verkörpert in diesem Moment den radseitigen Teil des Rad-Schiene-Kontakts. Weist die Lauffläche 13 des Rads 7, 8 in diesem Bereich eine Fehlstelle 19 auf, so wird beim Kontakt der Fehlstelle 19 mit der Fahrfläche der Schiene 3, 4 die Radaufstandskraft F für einen kurzen Moment um einen dynamischen Lastanteil vergrößert, was in 6 dargestellt ist.When rolling a wheel 7th , 8th on the measuring section 25th comes a point on the tread 13 in the course of a wheel revolution a maximum of once in contact with the running surface of the rail 3 , 4th and at this moment embodies the wheel-side part of the wheel-rail contact. Has the tread 13 of the wheel 7th , 8th a defect in this area 19th on, so when contacting the defect 19th with the running surface of the rail 3 , 4th the wheel contact force F is increased by a dynamic load component for a brief moment, which is shown in 6th is shown.

In 6 ist an der Abszisse die Zeit t angetragen, während der sich das Rad 7, 8 im Bereich der Messstrecke 25 befindet, und an der Ordinate die Radaufstandkraft F, die ein Rad 7, 8 dabei auf eine Schiene 3, 4 ausübt. Mit t₀ ist der Beginn der Kraftmessung bezeichnet, mit t₃ das Messende; der Verlauf zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₃ stellt den Kraftsignalverlauf 36 dar.In 6th the time t is plotted on the abscissa during which the wheel 7th , 8th in the area of the measuring section 25th is, and on the ordinate the wheel contact force F, which a wheel 7th , 8th doing it on a rail 3 , 4th exercises. The beginning of the force measurement is designated with t ₀ , the end of the measurement with t ₃ ; the curve between times t ₀ and t ₃ represents the force signal curve 36 represent.

Über annähernd die gesamte Länge L der Messstrecke 25 weist der Kraftsignalverlauf 36 einen konstanten Wert Fstat auf, der im Wesentlichen der Gewichtskraft entspricht. Zum Zeitpunkt t_a, der einer Position des Rades 7, 8 im Punkt x_a entspricht, besitzt der Kraftsignalverlauf 36 eine signifikante Abweichung in Form eines kurzeitigen sprunghaften Anstiegs der Amplitude auf den Wert F_dyn,a. Der sprunghafte Anstieg ist auf eine Fehlstelle 19 im Bereich des Rad-Schiene-Kontakts zurückzuführen, wobei die Höhe der Amplitude proportional zum Ausmaß der Fehlstelle 19 ist.Over almost the entire length L of the measuring section 25th shows the force waveform 36 has a constant value Fstat which essentially corresponds to the weight force. At time t _a , the one position of the wheel 7th , 8th corresponds to at point x _a , has the force signal curve 36 a significant deviation in the form of a brief sudden increase in the amplitude to the value F _{dyn, a} . The sudden increase is due to a gap 19th in the area of the wheel-rail contact, the magnitude of the amplitude being proportional to the extent of the defect 19th is.

Der Zeitpunkt t_b im zweiten Teilabschnitt B der Messstrecke 25 entspricht einer Bewegung des Rades 7', 8' in X-Richtung um den Betrag einer Radumdrehung. Der von der Fehlstelle 29 betroffene Umfangsabschnitt der Lauffläche 13 bildet dabei erneut den Rad-Schiene-Kontakt und verursacht eine charakteristische Abweichung im Kraftsignalverlauf 36 mit dem Amplitudenwert F_dyn,b, der im Vergleich zum Amplitudenwert F_{dyn, a} deutlich niedriger ausfällt.The time t _b in the second section B of the measurement section 25th corresponds to a movement of the wheel 7 ' , 8th' in the X direction by the amount of one wheel revolution. The one from the missing spot 29 affected circumferential section of the tread 13 forms the wheel-rail contact again and causes a characteristic deviation in the force signal curve 36 with the amplitude value F _{dyn, b} , which is significantly lower than the amplitude value F _{dyn, a} .

Im dritten Teilabschnitt C hat sich das Rad 7", 8" zum Zeitpunkt t_c um eine weitere Radumdrehung in X-Richtung fortbewegt bis die Position x_c erreicht ist. Die Fehlstelle 19 hat im Teilabschnitt C keinen Einfluss auf den Kraftsignalverlauf 36.In the third section C, the wheel 7 " , 8th" at point in time t _c moved forward by one more wheel revolution in the X direction until position x _{c is} reached. The flaw 19th has no influence on the force signal curve in section C. 36 .

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zu jedem Amplitudenwert Fdyn die relative Lage des Rades 7, 8 gegenüber der Schiene 3, 4 in Y-Richtung zu erfassen, also den jeweiligen axialen Versatz Δy des Rades 7, 8 gegenüber der Schiene 3, 4 zu bestimmen. Wie aus 7 hervorgeht wird zu diesem Zweck an definierten Messpunkten entlang der Messstrecke 25 der axiale Abstand y_n der Radrückenfläche 11 des Rades 7, 8 zu einer Entfernungsmesseinrichtung 20 gemessen. Im vorliegenden Beispiel liegen die Messpunkte am Anfang und Ende der Messstrecke 25 sowie dazwischen in den Drittelspunkten. Der axiale Abstand a der Entfernungsmesseinrichtung 20 zur Schiene 3, 4 ist bekannt, so dass sich der axiale Versatz Δy im Bereich einer Entfernungsmesseinrichtung 20 aus der Differenz des Abstandes a und des Abstandes y_n berechnen lässt.According to the invention, the relative position of the wheel is provided for each amplitude value Fdyn 7th , 8th opposite the rail 3 , 4th to detect in the Y direction, i.e. the respective axial offset Δy of the wheel 7th , 8th opposite the rail 3 , 4th to determine. How out 7th is shown for this purpose at defined measuring points along the measuring section 25th the axial distance y _n the wheel back surface 11 of the wheel 7th , 8th to a distance measuring device 20th measured. In this example, the measuring points are at the beginning and the end of the measuring section 25th as well as in between in the third points. The axial distance a of the distance measuring device 20th to the rail 3 , 4th is known, so that the axial offset Δy is in the area of a distance measuring device 20th from the difference between the distance a and the distance y _n can calculate.

Da im Regelfall der für eine Fehlstelle 19 charakteristische Amplitudenverlauf Fdyn nicht zeitgleich mit einer Messung der Entfernungsmesseinrichtungen 20 auftritt, wird aus den ermittelten Versatzmaßen Δy näherungsweise ein mittleres Versatzmaß rechnerisch bestimmt. Im einfachsten Fall wird angenommen, dass das mittlere Versatzmaß dem vor oder nach dem Auftreten des Amplitudenwerts Fdyn ermittelten Versatz Δy entspricht. Zur Erzielung hoher Genauigkeiten sieht die Erfindung vor, das mittlere Versatzmaß durch Interpolation aus zwei oder drei oder mehreren einzelnen Versatzmaßen Δy zu bestimmen.As usually the one for a defect 19th characteristic amplitude curve Fdyn not at the same time as a measurement by the distance measuring devices 20th occurs, an average offset amount is determined by calculation from the determined offset dimensions Δy. In the simplest case, it is assumed that the mean offset measure corresponds to the offset Δy determined before or after the occurrence of the amplitude value Fdyn. In order to achieve high levels of accuracy, the invention provides for the average amount of offset to be determined by interpolation from two or three or more individual amounts of offset Δy.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Gleistrack

22

RadsatzWheelset

33

Linke SchieneLeft rail

44th

Rechte SchieneRight rail

55

Schwellethreshold

66th

SchienenkopfRail head

77th

Linkes RadLeft wheel

88th

Rechtes RadRight wheel

99

RadsatzachseWheelset axle

1010

RotationsachseAxis of rotation

1111

RadrückenflächeWheel back surface

1212

RadstirnflächeWheel face

1313

LaufflächeTread

1414th

SpurkranzWheel flange

1515th

SpurkranzflankeFlange flank

1616

MesskreisebeneMeasuring circle level

1717th

UmfangsliniePerimeter

1818th

UmfangsliniePerimeter

1919th

Singuläre FehlstelleSingular defect

2020th

EntfernungsmesseinrichtungDistance measuring device

2121st

EntfernungssensorDistance sensor

2222nd

Elektrische LeitungElectrical line

2323

SchubspannungsaufnehmerShear stress transducer

2424

Elektrische LeitungElectrical line

2525th

MessstreckeMeasuring section

2626th

KraftmesseinrichtungForce measuring device

2727

SchotterbettGravel bed

2828

AussparungRecess

2929

Aufnahmeadmission

3030th

BefestigungsmittelFasteners

3131

SchienenfußRail foot

3232

KraftaufnehmerForce transducers

3333

DehnmessstreifenStrain gauges

3434

Elektrische LeitungElectrical line

3535

Elektronische AuswerteeinheitElectronic evaluation unit

3636

KraftsignalverlaufForce waveform

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• EP 1212228 B1 [0004]EP 1212228 B1 [0004]
• DE 102015002517 A1 [0005]DE 102015002517 A1 [0005]

Claims (18)

Verfahren zur Lokalisierung einer singulären Fehlstelle (19) an der Lauffläche (13) eines Rades (7, 8) eines schienengebundenen Fahrzeugs beim Überfahren einer als Messstrecke (25) ausgebildeten Schiene (3, 4) in X-Richtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Kontinuierliches Erfassen der Aufstandskraft F des Rades (7, 8) über die Länge L der Messstrecke (25), b) Erfassen des Abstandes y_n des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) in einer parallel zur Radachse (9) verlaufenden Y-Richtung an mindestens einer in X-Richtung definierten Position innerhalb der Messstrecke (25), c) Detektion der Fehlstelle (19) durch Auswertung des unter Schritt a) erfassten Verlaufs der Radaufstandskraft F, d) Ermitteln der Lage des Rad-Schiene-Kontakts auf der Lauffläche (13) des Rades (7, 8) in Y-Richtung zum Zeitpunkt des Auftretens der in Schritt c) detektierten Fehlstelle (19) auf Basis des in Schritt b) erfassten Abstandes y_n.Method for localizing a singular flaw (19) on the running surface (13) of a wheel (7, 8) of a rail-bound vehicle when driving over a rail (3, 4) designed as a measuring section (25) in the X direction, characterized by the following steps: a) Continuous recording of the contact force F of the wheel (7, 8) over the length L of the measuring section (25), b) Recording of the distance y _{n of} the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) in a parallel to the wheel axis (9) running Y-direction at at least one position defined in X-direction within the measurement section (25), c) detection of the defect (19) by evaluating the profile of the wheel contact force F recorded under step a), d) determining the position of the Wheel-rail contact on the running surface (13) of the wheel (7, 8) in the Y direction at the time of the occurrence of the defect (19) detected in step c) on the basis of the distance y _n detected in step b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstandskraft F mit mindestens einem Kraftaufnehmer (32) ermittelt wird, wobei die Messwerte als zeitabhängiger Kraftsignalverlauf (36) gespeichert werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the contact force F is determined with at least one force transducer (32), the measured values being stored as a time-dependent force signal curve (36). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand y_n des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) jeweils nach einer Strecke in X-Richtung erfasst wird, die dem einfachen Umfang des Rades (7, 8) oder weniger, vorzugsweise dem halben Umfang des Rades (7, 8) oder weniger, höchstvorzugsweise einem Drittel des Umfangs des Rades (7, 8) oder weniger entspricht.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the distance y _{n of} the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) is detected after a distance in the X direction that corresponds to the simple circumference of the wheel (7, 8) or less, preferably the half the circumference of the wheel (7, 8) or less, most preferably one third of the circumference of the wheel (7, 8) or less. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand Δy des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) mittels einer Entfernungsmesseinrichtung (20) erfasst wird, die in einer ersten definierten Entfernung an in y-Richtung zur Schiene (3, 4) angeordnet ist und die eine zweite Entfernung y_n der Entfernungsmesseinrichtung (20) zum Radrücken (11) misst, wobei der Abstand Δy des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) aus der Differenz der ersten definierten Entfernung an und zweiten Entfernung y_n ermittelt wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the distance Δy of the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) is detected by means of a distance measuring device (20) which is arranged at a first defined distance in the y-direction to the rail (3, 4) and which measures a second distance y _{n of} the distance measuring device (20) to the back of the wheel (11), the distance Δy of the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) from the difference between the first defined distance and the second distance y _{n is} determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand Δy des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) mittels einer Entfernungsmesseinrichtung (20) erfasst wird, die eine erste Entfernung an der Entfernungsmesseinrichtung (20) zum Schienenkopf (6) misst und eine zweite Entfernung y_n der Entfernungsmesseinrichtung (20) zum Radrücken (11), wobei der Abstand Δy des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) aus der Differenz der ersten Entfernung an und zweiten Entfernung y_n ermittelt wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the distance Δy of the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) is detected by means of a distance measuring device (20), which measures a first distance on the distance measuring device (20) to the rail head (6) and a second Distance y _{n of} the distance measuring device (20) to the back of the wheel (11), the distance Δy of the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) being determined from the difference between the first distance and the second distance y _n . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Radaufstandskraft F zur Detektion der Fehlstelle (19) durch einen Vergleich des Verlaufs mit einem definierten Referenzverlauf erfolgt, wobei eine einen Grenzwertwert überschreitende Abweichung als Fehlstelle (19) interpretiert wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the evaluation of the time profile of the wheel contact force F for the detection of the defect (19) is carried out by comparing the curve with a defined reference curve, a deviation exceeding a limit value being interpreted as a defect (19). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Radaufstandskraft F zur Detektion der Fehlstelle (19) die Radaufstandskraft F durch Integration der Radaufstandskraft F über die Zeit erfolgt, der so ermittelte Kraftstoß mit einem Referenzkraftsstoß verglichen wird, wobei eine einen Grenzwertwert überschreitende Abweichung als Fehlstelle (19) interpretiert wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the evaluation of the temporal course of the wheel contact force F for the detection of the defect (19) the wheel contact force F is carried out by integrating the wheel contact force F over time, the force impulse determined in this way is compared with a reference force impulse, with a deviation exceeding a limit value as Defect (19) is interpreted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage des Rad-Schiene-Kontakts auf der Lauffläche (13) des Rades (7, 8) in Y-Richtung auf Basis eines einzelnen unter Schritt b) erfassten Abstandes y_n und unter Berücksichtigung der geometrischen Kenngrößen des Radprofils und des Schienenprofils erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the determination of the position of the wheel-rail contact on the running surface (13) of the wheel (7, 8) in the Y-direction on the basis of an individual distance y _n recorded under step b) and taking into account the geometric parameters the wheel profile and the rail profile takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage des Rad-Schiene-Kontakts auf der Lauffläche (13) des Rades (7, 8) in Y-Richtung durch Interpolation mehrerer unter Schritt b) erfasster Abstände y_n und unter Berücksichtigung der bekannten geometrischen Kenngrößen des Radprofils und des Schienenprofils erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the determination of the position of the wheel-rail contact on the running surface (13) of the wheel (7, 8) in the Y direction by interpolating several distances y _n recorded under step b) and taking into account the known geometric parameters the wheel profile and the rail profile takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messstrecke (25) mindestens über den einfachen Umfang des Rades (7, 8) erstreckt, vorzugsweise mindestens über den zweifachen Umfang des Rades (7, 8), höchstvorzugsweise mindestens über den dreifachen Umfang des Rades (7, 8).Method according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the measuring section (25) extends at least over the single circumference of the wheel (7, 8), preferably at least over twice the circumference of the wheel (7, 8), most preferably over at least three times the circumference of the wheel (7, 8th). Vorrichtung zur Lokalisierung einer singulären Fehlstelle (19) an der Lauffläche (13) eines Rades (7, 8) eines schienengebundenen Fahrzeugs beim Überfahren einer als Messstrecke (25) ausgebildeten Schiene (3, 4) in X-Richtung mit - einer Kraftmesseinrichtung (26) zum kontinuierlichen Erfassen der Aufstandskraft F des Rades (7, 8) über die Länge L der Messstrecke (25) und - einer elektronischen Auswerteeinheit (35) zur Detektion der Fehlstelle (19) durch Auswertung des mit der Kraftmesseinrichtung (26) erfassten zeitlichen Verlaufs der Radaufstandskraft F, gekennzeichnet, durch - eine Entfernungsmesseinrichtung (20) zum Erfassen des Abstandes y_n des Rades (7, 8) zur Schiene (3, 4) in einer parallel zur Radachse verlaufenden Y-Richtung an mindestens einer in X-Richtung definierten Position innerhalb der Messstrecke (25), - wobei die elektronische Auswerteeinheit (35) ausgelegt ist, durch Auswertung des Abstandes y_n, die Lage des Rad-Schiene-Kontakts auf der Lauffläche (13) des Rades (7, 8) in Y-Richtung zum Zeitpunkt des Detektion der Fehlstelle (19) zu bestimmen.Device for localizing a singular flaw (19) on the running surface (13) of a wheel (7, 8) of a rail-bound vehicle when driving over a rail (3, 4) designed as a measuring section (25) in the X direction with a force measuring device (26) ) for continuously recording the contact force F of the wheel (7, 8) over the length L of the measuring section (25) and - an electronic evaluation unit (35) for detecting the defect (19) by evaluating the time curve recorded by the force measuring device (26) the wheel contact force F, characterized by - a distance measuring device (20) for detecting the distance y _{n of} the wheel (7, 8) to the rail (3, 4) in a Y-direction running parallel to the wheel axis at at least one position within the measuring section (25) defined in the X-direction, - The electronic evaluation unit (35) is designed, by evaluating the distance y _n , the position of the wheel-rail contact on the running surface (13) of the wheel (7, 8) in the Y-direction at the time of the detection of the defect ( 19) to be determined. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (26) mindestens einen Kraftaufnehmer (32) besitzt.Device according to Claim 11 , characterized in that the force measuring device (26) has at least one force transducer (32). Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (26) mehrere Kraftaufnehmer (32) besitzt und der maximale Abstand der Kraftaufnehmer (32) in X-Richtung dem Umfang des Rades (7, 8) entspricht, vorzugsweise dem halben Umfang des Rades (7, 8).Device according to Claim 11 or 12th , characterized in that the force measuring device (26) has several force transducers (32) and the maximum distance between the force transducers (32) in the X direction corresponds to the circumference of the wheel (7, 8), preferably half the circumference of the wheel (7, 8) ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmesseinrichtung (20) mindestens einen berührungslos messenden Entfernungssensor (21) besitzt, beispielsweise einen induktiven Sensor, Wirbelstromsensor, Mikrowellensensor, Ultraschallsensor, FMCW-Radarsensor, Lasersensor.Device according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the distance measuring device (20) has at least one contactless measuring distance sensor (21), for example an inductive sensor, eddy current sensor, microwave sensor, ultrasonic sensor, FMCW radar sensor, laser sensor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmesseinrichtung (20) mehrere berührungslos messenden Entfernungssensoren (21) besitzt und der Abstand der Entfernungssensoren (21) in X-Richtung dem Umfang des Rades (7, 8) oder weniger entspricht, vorzugsweise dem halben Umfang des Rades (7, 8) oder weniger, höchstvorzugsweise einem Drittel des Umfangs des Rades (7, 8) oder weniger.Device according to one of the Claims 11 to 14th , characterized in that the distance measuring device (20) has several contactless measuring distance sensors (21) and the distance between the distance sensors (21) in the X direction corresponds to the circumference of the wheel (7, 8) or less, preferably half the circumference of the wheel ( 7, 8) or less, most preferably one third of the circumference of the wheel (7, 8) or less. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Entfernungssensor (21) in einem definierten Abstand an in Y-Richtung zur Schiene (3, 4) angeordnet ist.Device according to Claim 14 or 15th , characterized in that the at least one distance sensor (21) is arranged at a defined distance in the Y direction from the rail (3, 4). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schiene (3, 4) am Anfang und am Ende des Messstrecke (25) ein Schubspannungsaufnehmer (23) angeordnet ist.Device according to one of the Claims 11 to 16 , characterized in that a shear stress transducer (23) is arranged on the rail (3, 4) at the beginning and at the end of the measuring section (25). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Messtrecke (25) mindestens dem einfachen Umfang des Rades (7, 8) entspricht, vorzugsweise mindestens dem zweifachen Umfang des Rades (7, 8), höchstvorzugsweise mindestens dem dreifachen Umfang des Rades (7, 8).Device according to one of the Claims 11 to 17th , characterized in that the length of the measuring section (25) corresponds to at least the single circumference of the wheel (7, 8), preferably at least twice the circumference of the wheel (7, 8), most preferably at least three times the circumference of the wheel (7, 8) .

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