DE3522809A1 - Verfahren und messanlage zur durchmesserbestimmung der raeder von radsaetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchmesser­ bestimmung der Räder von Radsätzen sowie eine Meßan­ lage hierzu.

Es sind im Stand der Technik vielerlei Einrichtungen und Verfahren zur Bestimmung des Durchmessers der Räder von Radsätzen bekannt und es ist hierbei immer notwendig, die zu vermessenden Radsätze zur Durchfüh­ rung des Meßverfahrens aus dem Fahrzeug auszubauen und in einen entsprechenden Meßstand einzubringen. Soweit ein Ausbau des Radsatzes im Rahmen vorgeschriebener Wartungsarbeiten erfolgen kann, ist der notwendige Ausbau eines zu vermessenden Radsatzes nicht störend.

In vielen Fällen muß jedoch eine Durchmesserbestimmung außerhalb des Zeitraums der beschriebenen Wartungsar­ beiten durchgeführt werden, beispielsweise um im Rahmen prophylaktischer Untersuchungen die Durchmes­ sergleichheit der Räder eines Radsatzes oder der Räder der Radsätze eines Drehgestells zu bestimmen oder aber um Einstelldaten für eine Unterflurreprofilierungsma­ schine zu liefern, die ja eine Reprofilierung ohne den Ausbau der Radsätze durchführen kann. Bei der Durch­ messerbestimmung als Vorbereitung für eine Reprofi­ lierung auf einer Unterflurreprofilierungsmaschine und bei der genannten prophylaktischen Durchmesserbe­ stimmung zur Überprüfung, ob die gewünschte oder notwendige Durchmessergleichheit noch vorliegt, wurde es als vorteilhaft erkannt, wenn die Durchmesserbe­ stimmung mindestens am langsam fahrenden Fahrzeug durchgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Meßanlage vorzuschlagen zur Er­ möglichung einer Durchmesserbestimmung an Rädern von eingebauten Radsätzen während der Fahrt des Fahr­ zeuges.

Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Radsatz mit zu vermessenden Rädern auf je einer Schiene, die eine Laufebene bilden, abgerollt und deren Rollgeschwindigkeit be­ stimmt wird, daß in einer lateral vorbestimmten Meßebene das zeitliche und räumliche Erreichen von in dieser Ebene in einem bekannten Abstand zueinander und zu mindestens einem Referenzpunkt liegenden Meßpunkten durch in der Meßebene liegende Oberflächenpunkte jedes Rades ermittelt und sodann mit Hilfe der Zeitwerte, an denen die Meßpunkte erreicht werden, der genannten Geschwindigkeit und der Abstände der Meßpunkte unter­ einander und zu mindestens einem weiteren Referenz­ punkt der Durchmesser des zugehörigen Rades errechnet wird. Es wird somit der Raddurchmesser eines in ein Schienenfahrzeug eingebauten Radsatzes in der Abroll­ ebene des Rades beim Überrollen der Meßanlage gemessen dergestalt, daß mehrere berührungslos arbeitende Ab­ standstaster das Rad in der Meßebene antasten, wobei gleichzeitig die Geschwindigkeit des Rades, beispiels­ weise durch eine Doppellichtschranke, erfaßt wird, so daß eine Auswerteeinheit in die Lage versetzt wird, aus den Antastzeitpunkten, den vorab ermittelten Ansprechpunkten der Taster und aus der Geschwindigkeit den Durchmesser durch eine Kreisberechnung zu er­ mitteln. Hierbei ist es wichtig festzustellen, daß als berührungslose Abstandstaster nicht nur optisch arbeitende Abstandstaster in Frage kommen, sondern daß durchaus auch Abstandstaster, die ultraschall­ akustisch, induktiv, hochfrequent elektromagnetisch oder faseroptisch arbeiten, einsetzbar sind. Hierbei kann die Meßanlage als solche pro eingesetztem Taster einen Meßpunkt auf dem zu messenden Kreis erfassen. Da ein Kreis durch drei Punkte definiert ist, genügt es im Prinzip zwei berührungslos arbeitende Taster einzusetzen, weil der dritte Punkt, der Abrollpunkt auf der Schiene, also der Abrollebene, sein kann. Es ist jedoch auch möglich als dritten Punkt einen von einem Taster ermittelten Punkt zu verwenden. Die Genauigkeit des Ergebnisses läßt sich durch die Anwendung mehrerer Taster - in der Praxis können dies bis zu 10 Taster sein - verbessern, wodurch eine Überbestimmtheit des Kreises herbeigeführt wird. welche jedoch die Anwendung eines mathematisch aus­ gleichenden Rechenvorganges ermöglicht. Es ist dies das sogen. Newton-Kantorowitsch-Verfahren. Dieses Verfahren braucht zu Beginn der Rechnung einen Startwert, der so nahe am Endergebnis liegen muß, daß eine Konvergenz der Rechnung gegeben ist. Dieser Startwert wird durch Einsetzen mindestens dreier der Meßpunkte in die Kreisgleichgung gewonnen. Der Start­ wert wird nun durch nach der Newton-Kantorowitsch- Matrix ermittelte Korrekturwerte verbessert und so schrittweise dem Bestanpassungspunkt näher gedrückt. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die Anzahl der verwendeten Taster prinzipiell nach oben nicht begrenzt ist.

Es muß daher darauf hingewiesen werden, daß die Geschwindigkeit keineswegs konstant sein muß. Es kann ebenso eine beschleunigte oder verzögerte Bewegung erfaßt werden.

Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit des Rades durch eine Doppellichtschranke gemessen werden, wobei zu­ nächst davon ausgegangen wird, daß das Rad mit konstanter Geschwindigkeit über die Meßanlage rollt, so daß die Geschwindigkeit zur Vermeidung von Fehlern zweimal bestimmt werden kann, nämlich durch Bildung der Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt in die erste Lichtschranke und dem Eintritt in die zweite Licht­ schranke. Die bekannte Länge der Meßstrecke dividiert durch die Zeitdifferenz ergibt eine Geschwindigkeit. Eine zweite Geschwindigkeit wird erhalten durch Division der bekannten Länge der Meßstrecke mit der Zeitdifferenz zwischen Verlassen der ersten Licht­ schranke und dem Verlassen der zweiten Lichtschranke. So ist denn auch nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß die Rollgeschwindigkeit mindestens zweifach durch Messung des Zeitbedarfs für das Durchrollen einer definierten Meßstrecke oder mehrerer definierter Teilmeßstrecken bestimmt wird. Hierdurch kann dann gleichzeitig auch eine Beschleunigung oder Verzögerung erfaßt werden.

Ebenso ist nach der Erfindung vorgeschlagen, daß in einer einzigen Meßstrecke eine doppelte Zeitmessung durchgeführt wird durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Erreichen einer Eingangsmeßschranke und dem Erreichen einer Ausgangsmeßschranke sowie durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Verlassen der Eingangsmeßschranke und dem Verlassen der Ausgangs­ meßschranke.

Da die Länge der Meßstrecke bekannt ist, kann diese als konstante Größe in einem Speicher einer Auswert­ einrichtung oder eines Rechners abgespeichert sein und es muß dann zur Geschwindigkeitsbestimmung lediglich als variable Größe der in eben genannter Weise ermittelte Zeitbedarf für das Durchrollen der Meß­ strecke festgestellt und in den Rechner oder die Auswerteinrichtung eingegeben werden.

Eine Meßanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich aus durch den Anfang und das Ende einer Meßstrecke markierende Schalteinrichtungen mindestens zur Erfassung der Ankunft eines Rades eines Radsatzes im Schaltbereich, durch je Rad mindestens zwei berührungslos arbeitende Abstandstaster, je Rad eines Radsatzes eine eine Laufebene bildende Schiene sowie eine Auswerteinrichtung und eine Zeiterfassungs­ einrichtung, wobei die Abstandstaster unterhalb der Laufebene angeordnet sind und deren definierte Tast­ punkte alle im wesentlichen in einer gemeinsamen, dem jeweiligen Rad zugeordneten Meßebene liegen und wobei die Schalteinrichtungen und die Abstandstaster mit der Zeiterfassungseinrichtung und mit der Auswerteinrich­ tung verbunden sind. Die den Anfang und das Ende einer Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen können hierbei unterschiedlichster Art sein. Es müssen lediglich solche Einrichtungen sein, mit denen festge­ stellt werden kann, wann der Prüfling in die Meß­ strecke eintritt und wann der Prüfling die Meßstrecke wieder verläßt. Hierbei müssen die Einrichtungen geeignet sein den Eintritt des Prüflings in die Meßstrecke und den Austritt des Prüflings aus der Meßstrecke so zu erfassen, daß die Meßstrecke selbst nicht durch die Abmessungen des Prüflings verfälscht wird. Im vorliegenden Fall wäre beispielsweise ein elektrischer Kontakt in der Schiene, der von einem Rad überrollt wird, denkbar. Der ermittelte Zeitbedarf kann dann abgespeichert werden und unter Verwendung des bekannten Weges der Meßstrecke in einer Auswert­ einrichtung oder einem Rechner unter Verwendung der ermittelten Zeit die Geschwindigkeit des Rades oder Radsatzes ermittelt werden. Vorzugsweise innerhalb dieser Meßstrecke, aber nicht notwendigerweise dort, wird über berührungslose Abstandstaster in einer definierten Meßebene das zu vermessende Rad an seiner Umfangsfläche angetastet. Hierbei liegt der Ort der Antastpunkte durch eine entsprechende Einstellung an den berührungslos arbeitenden Tasteinrichtungen fest und es wird von den berührungslos arbeitenden Tastein­ richtungen lediglich das tatsächliche Erreichen dieses Ortes durch einen Oberflächenpunkt auf der Umfangs­ fläche des angetasteten Rades signalisiert. Dies kann durch die Auslösung eines elektrischen Schaltvorganges erfolgen. Hierbei sind die berührungslos arbeitenden Abstandstaster unterhalb der Laufebene oder Abroll­ ebene angeordnet, so daß sie während des Überrollvor­ ganges die Bauelemente des Schienenfahrzeuges nicht stören.

Bei dem Meßvorgang werden jeweils die Zwischenzeiten, zu denen ein berührungslos angetasteter Meßpunkt erreicht wird, über eine Zeiterfassungseinrichtung erfaßt und von einer Auswerteinrichtung weiter verar­ beitet. Es ist dann möglich über die Auswerteinrich­ tung für jeden Tastpunkt eine Korrekturstrecke durch Bildung der Zeitdifferenz des jeweiligen Tasters zum Ansprechaugenblick z. B. des ersten Tasters multi­ pliziert mit der ermittelten Geschwindigkeit zu bilden und damit die Lage der anderen Ansprechpunkte ver­ schieben, so daß sich sozusagen eine berührungsfreie Lehre rechnerintern um das Rad schließt. Der in der Auswerteinrichtung vorhandene Digitalrechner kann dann mit solchen Daten eine Bestanpassung an eine Kreis­ gleichung mit den drei Unbekannten "Mittelpunktslage in x-Richtung, Mittelpunktslage in y-Richtung und Radius" an die oben ermittelten Meßpunkte nach dem bereits erwähnten Newton-Kantorowitsch-Verfahren iterativ durchführen.

Vorzugsweise sind die Abstandstaster in der Meßanlage so ausgerichtet, daß die Tastpunkte zwischen den Anfang und das Ende der Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen liegen. Dies hat den Vorteil, daß alle Daten der Auswerteinrichtung zur Verfügung stehen, wenn die Meßstrecke durchlaufen ist. Es wäre auch möglich zunächst zur Geschwindigkeitsbestimmung den Radsatz die genannte Meßstrecke durchlaufen zu lassen und erst nachfolgend jedes Rad über berührungs­ lose Meßtaster in der bereits dargelegten Weise an seiner Umfangsfläche anzutasten. Dies hätte jedoch den Nachteil des höheren Zeitbedarfs und den Nachteil der Unsicherheit in der Geschwindigkeitsaussage. Es würde dies nämlich voraussetzen, daß der Radsatz während des Antastens der Umfangsflächen seiner Räder die gleiche Geschwindigkeit oder die gleiche Beschleunigung auf­ weist wie vorher in der Meßstrecke zur Bestimmung seiner Geschwindigkeit oder seiner Beschleunigung.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Meßanlage dadurch vereinfacht werden, daß mindestens die das Ende der Meßstrecke markierende Schaltein­ richtung von einem berührungslos arbeitenden Abstands­ taster gebildet wird. Da die Lage der Meßpunkte der berührungslos arbeitenden Abstandstaster bekannt ist, kann ja ohne weiteres auch die Entfernung zwischen dem Beginn der Meßstrecke und dem Antastpunkt des Ab­ standstasters bestimmt werden. Da bei Erreichen der Tastpunkte solcher Abstandstaster Zwischenzeiten ge­ bildet werden, können diese Zeiten, verbunden mit der ermittelbaren Strecke zwischen Meßstreckenanfang und Tastpunkt des Abstandstasters, ebenso zur Geschwindig­ keitsermittlung des angetasteten Rades dienen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die berührungslos arbeitenden Taster um eine Achse senkrecht zur Meßebene schwenkbar und feststellbar angeordnet sind. Hierdurch kann die Meßanlage auf unterschiedliche Durchmesserbereiche von zu ver­ messenden Rädern einfach einjustiert werden.

Wiederum eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß als Abstandstaster fotoelektrische Schalter zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfer­ nung verwendet werden. Solche Einrichtungen sind im Handel erhältlich und haben sich in ihrer Funktion bewährt. Sie werden normalerweise für die Positionie­ rung eines Werkstückes mit einer bestimmten Werkstück­ fläche auf einen vorgegebenen Punkt verwendet. In diesem vorgegebenen Punkt liegt dann der Tastpunkt des fotoelektrischen Schalters, der dann, wenn von der entsprechenden Werkstückfläche dieser Punkt erreicht wird, eine elektrische Schaltung ausführt und hier­ durch beispielsweise einen Verschiebeantrieb oder solche Einrichtungen, die das Werkstück tragen und bewegen, stillsetzt. Es hat sich gezeigt, daß solche Einrichtungen auch geeignet sind die Umfangsfläche eines rollenden Rades eines Radsatzes anzutasten und hierbei dann, wenn diese Umfangsfläche im Tastpunkt angekommen ist, eine Schaltung durchzuführen. Da die Lage des Tastpunktes solcher Einrichtungen exakt definierbar ist, weiß man, wo sich ein bestimmter Koordinatenpunkt der Oberfläche der Umfangsfläche eines Rades zum Zeitpunkt der Schaltung befunden hat. Diese Einrichtungen reagieren ausreichend schnell und präzise um mindestens bei langsam durchrollendem Radsatz einen Schaltpunkt ausreichender Wiederhol­ genauigkeit aufzuweisen.

Es wird nach der Erfindung auch noch vorgeschlagen, daß die die Meßstrecke begrenzenden Schalteinrich­ tungen als Lichtschranke ausgebildet sind. Dies sind bewährte und ausreichend genau schaltende Einrich­ tungen, deren Bauteile zudem im Handel erhältlich sind.

Schließlich wird nach der Erfindung noch vorge­ schlagen, daß die Abstandstaster die Oberfläche eines Rades im Meßkreis schräg von unten antasten in einer solchen Ausrichtung, daß die Haupttastrichtung etwa senkrecht zur Tangente an den Meßkreis im Tastpunkt verläuft. Hierdurch können schleifende Tastpunkte vermieden werden und es wird auch bei wechselnden Durchmessern der Räder eines Radsatzes noch mit ausreichender Genauigkeit angetastet.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Skizzen näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Meßstrecke in Seitenansicht mit durchrollendem Rad

Fig. 2 Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1.

Fig. 3 Ansicht ähnlich wie Fig. 1, mit zurückgerechneten Punkten des zu ermittelnden Kreis­ durchmessers.

Fig. 4 Skizze zur Erläuterung des Kalibriervorganges

Nach Fig. 1 durchläuft ein Rad 1 eines Radsatzes 7 eine Meßstrecke, die von den Lichtschranke L 1 und L 2 begrenzt ist. Diese Lichtschranken bestehen jeweils aus einem Lichtsender 3 und einem entsprechenden Empfänger 4. Jedes Rad 1 eines Radsatzes 7 rollt hierbei auf einer Schiene 2, deren Oberkante die Laufebene 2′ bildet.

Im Bereich der Meßstrecke sind unterhalb der Laufebene 2′ berührungslos arbeitende fotoelektrische Taster T 1 bis T 4 angeordnet. Es kann sich hierbei um foto­ elektrische Taster zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfernung handeln, so wie sie im Handel erhältlich sind. Solche Einrichtungen senden bei­ spielsweise Infrarotlicht in einem Winkel zu einem Einfallslot aus, so daß dieses Einfallslot an einer bestimmten Stelle geschnitten wird von dem ausge­ sandten Licht. Dieser Schnittpunkt ist bei solchen Geräten häufig einstellbar. Tritt nun ein reflek­ tierendes Objekt in den Schnittpunkt ein, so wird das ausgesandte Licht von der Oberfläche die sich in diesem Schnittpunkt befindet reflektiert, um dann in dem fotoelektrischen Taster von einem entsprechenden Empfänger registriert zu werden. Ein Objekt wird nur dann erkannt, wenn es im den Tastpunkt darstellenden Schnittpunkt der optischen Achse des Lichtsenders und der des Empfängers liegt. Hierbei sorgt die Kon­ struktion des Empfängers dafür, daß Licht mit be­ stimmter Intensität und aus bestimmter Richtung kommend eine elektrische Schaltung auslöst, so daß diese elektrische Schaltung das Signal dafür ist, daß sich im vorbestimmten und damit bekannten Tastpunkt die Oberfläche eines Objektes befindet.

Der Durchmesser eines Rades 1 eines Radsatzes 7 wird in einer am Rad 1 eines Radsatzes 7 definierten und lateral festgelegten Meßebene bestimmt. Die foto­ elektrischen Taster T 1 bis T 4 sind daher unterhalb der Laufebene 2′ in solcher seitlichen Anordnung be­ festigt, daß die Haupttastrichtung 11 mindestens angenähert innerhalb dieser Meßebene 6 liegt. Diese Meßebene 6 schneidet demzufolge ein Rad 1, so daß die äußere Begrenzung dieser Schnittfläche in der Meßebene 6 den Meßkreis 10 bildet.

Die fotoelektrischen Taster T 1 bis T 4 sind in ihrer Anordnung unterhalb der Laufebene 2′ so ausgerichtet, daß ihre Haupttastrichtung 11 wenigstens angenähert senkrecht zu einer Tangente 12 an den Meßkreis 10 im jeweiligen Tastpunkt P 1 bis P 4 verläuft. Auf diese Art und Weise kann auch in gewissen Grenzen ein Druchmesserunterschied von Rad zu Rad hingenommen werden, ohne daß hierdurch das Meßergebnis unzulässig beeinträchtigt würde.

Um die Taster T 1 bis T 4 auszurichten oder die ganze Meßanlage auf Räder eines anderen Durchmesserbereiches auszurichten, können die Taster T 1 bis T 4 um eine Achse 5 schwenkbar und feststellbar angeordnet sein. Durch eine Schwenkbewegung um die Achse 5 wird die Winkellage der Haupttastrichtung 11 verändert, so daß auch die Lage des jeweiligen Tastpunktes P 1 bis P 4 entsprechend verändert wird.

Die Lichtschranken L 1 und L 2 sowie die Taster T 1 bis T 4 sind mit einer Zeiterfassungseinrichtung 9 ver­ bunden, welche die jeweiligen Zeiten, zu denen die Lichtschranken L 1 und L 2 und die Taster T 1 bis T 4 betätigt werden, feststellt. Diese Zeiten werden zwichengespeichert und von einer Auswerteinrichtung 8 für die nachfolgende Geschwindigkeitsbestimmung und Durchmesserbestimmung weiter verwertet.

Ist die Meßanlage ausgerichtet, kann ein Meßvorgang wie nachfolgend beschrieben ablaufen.

Bei der Beschreibung der Messung wird nun ein Rad 1 eines Radsatzes 7 betrachtet.

Das Rad 1 läuft mit einem Bereich seiner Lauffläche 13 auf einer Schiene 2, deren Oberkante, wie bereits beschrieben, eine Laufebene 2′ bildet. Hierbei bewegt sich dieses Rad 1 in Richtung des Pfeiles A nach Fig. 1 auf die Lichtschranke L 1 zu und es wird von der Vorderseite des Rades 1 die Lichtschranke L 1 betätigt. Mit der Betätigung der Lichtschranke L 1 kann eine Zeiterfassungseinrichtung eingeschaltet werden oder es wird bei einer durchlaufenden Zeiterfassungseinrich­ tung der Schaltpunkt der Lichtschranke L 1 zeitlich erfaßt. Der so festgelegte Zeitpunkt wird abgespeichert. Nach Durchlaufen der Meßstrecke wird von der gleichen Vorderseite des Rades 1 die Lichtschranke L 2 betätigt und es wird auch der Zeitpunkt der Betätigung der Lichtschranke L 2 abgespeichert und es kann nun durch einen Rechenvorgang, beispielsweise in einer Auswerteinrichtung 8, errechnet werden, wieviel Zeit das Rad 1 benötigt hat, um von der Lichtschranke L 1 bis zur Lichtschranke L 2 zu rollen. Der Abstand zwischen diesen beiden Lichtschranken ist bekannt und es kann mit diesem bekannten Abstand und der er­ rechneten Zeit, die das Rad 1 gebraucht hat, um diesen Abstand zurückzulegen, dessen Geschwindigkeit er­ rechnet werden.

Während sich das Rad 1 in Richtung des Pfeiles A auf der Laufebene 2′ entlang der Schiene 2 bewegt, kommt die nach Fig. 1 linke Seite der Lauffläche 13 des Rades 1 in den Bereich des Tastpunktes P 1 und löst bei dessen Erreichen über den fotoelektrischen Taster T 1 wieder ein Zeitsignal, das Zeitsignal t 1 aus.

In Fig. 1 ist auf der linken Seite auf der als Abszisse dargestellten Laufebene 2′ eine Ordinate aufgetragen. Der Tastpunkt P 1, ebenso wie die weiteren Tastpunkte P 2, P 3 und P 4, liegen, da die foto­ elektrischen Taster T 1 bis T 4 in der Meßanlage fest montiert sind, nach ihren X- und Y-Koordinaten fest. Wird also der Punkte P 1 von der Lauffläche 13 des Rades 1 passiert und löst damit ein Schaltsignal am fotoelektrischen Taster T 1 aus, so ist damit bekannt, daß ein Punkt der Lauffläche 13, der in der Höhe Y 1 liegt, den Punkt X 1 passiert hat. Es liegt, wie eben beschrieben, auch der Zeitpunkt fest, in dem dies geschehen ist.

Bewegt sich nun nach Fig. 1 das Rad 1 weiter in Richtung des Pfeiles A, so wird auch ein in der Höhe Y 2 liegender Tastpunkt P 2 des fotoelektrischen Tasters T 2 im Punkt X 2 passiert. Es wird dann ebenfalls vom fotoelektrischen Taster T 2 ein Zeitsignal t 2 gesetzt.

Auf der anderen Seite einer nicht näher dargestellten und senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Mitten­ ebene (Fig. 1) sind fotoelektrische Taster T 3 und T 4 in der für den Taster T 1 bereits beschriebenen Weise angeordnet. Diese Taster T 3 und T 4 weisen jedoch zu der beschriebenen Ebene zu den Tastern T 1 und T 2 umgekehrten Winkel in ihrer Haupttastrichtung auf. Sie leuchten damit sozusagen dem ankommenden Rad 1 entgegen. Das ankommende Rad 1 durchläuft mit seiner Lauffläche 13 in der Meßebene nun den Punkt P 3 als Tastpunkt des fotoelektrischen Tasters T 3, der in der Höhe Y 3 (im Ausführungsbeispiel identisch mit Y 2) liegt und auf der Abszisse den Wert X 3 aufweist. Hierdurch wird vom fotoelektrischen Taster T 3 ein Zeitsignal t 3 gesetzt.

Gleiches geschieht mit dem Punkt P 4 des foto­ elektrischen Tasters T 4, dem auf der Abszisse der Wert X 4 zugeordnet ist. Bei Erreichen des Tastpunktes P 4 wird vom fotoelektrischen Taster T 4 ebenfalls wieder ein Zeitsignal t 4 gesetzt. Der Ordinatenwert Y 4 des Tastpunktes P 4 stimmt im Ausführungsbeispiel wiederum überein mit dem Ordinatenwert Y 1 des Tastpunktes P 1.

Zur Bestimmung eines Kreises genügen drei Punkte, aus denen der Durchmesser des Kreises, so die Lage dieser Punkte bekannt ist, ermittelt werden kann. Im Aus­ führungsbeispiel würden also beispielsweise die Punkte P 1, P 4 und als Referenzpunkt der Aufstandpunkt des Rades auf der Laufebene 2′ der ja aufgrund des bekannten Radprofils in die Meßebene 6 zurückverlegt werden kann, ausreichen, um den Durchmesser D des Meßkreises 10 zu ermitteln. Betrachtet man jedoch die Punkte P 1 und P 4 in Fig. 1, so stellt man fest, daß diese beiden Punkte nicht auf dem gewünschten Meßkreis 10 liegen, sondern aufgrund der Bewegung des Rades 1 eine andere Position einnehmen, die jedoch bekannt ist. Da aber die Bewegungsgeschwindigkeit des Rades 1 bekannt ist, ist es möglich, die jeweiligen Tastpunkte so zurückzurechnen, daß bei unveränderter Ordinanten­ position ihre Abszissenwerte so verschoben werden, als hätte sich das Rad nicht bewegt. Dieses Prinzip wird verdeutlicht in Fig. 3. Es ist hierbei der Tastpunkt P 1 mit seinen zugeordneten Koordinaten Y 1 und X 1 fixiert worden. Sodann kann über die Auswertein­ richtung 8 festgestellt werden, welche Zeit vergangen ist, bis das Rad 1 mit seiner Lauffläche 13 nach der Schaltauslösung im Punkt P 1 die Schaltung im Punkt P 2 bewirkt hat. Da über die Zeitmessung zwischen den Lichtschranken L 1 und L 2 die Geschwindigkeit des Rades von der Auswerteinrichtung ermittelt werden kann, ist es nun möglich die solcherart ermittelte Geschwindig­ keit des Rades mit der Zeit, die zwischen dem Schaltvorgang P 1 und P 2 verstrichen ist, zu multi­ plizieren und den Punkt P 2 auf der Abszisse um den so errechneten Weg zurückzuverlegen, so daß der Punkt X 2 sich in Richtung des Punktes X 1 um den entsprechenden Betrag verschiebt und damit einen auf dem tatsäch­ lichen Meßkreis 10 liegenden Punkt P 2′ im Rechner erzeugt. Gleiches geschieht mit den Tastpunkten P 3 und P 4 und es werden hierdurch im Rechner die entsprechen­ den Punkte P 3′ und P 4′ erzeugt. Auf diese Art und Weise stehen nun im Rechner, abgesehen vom Aufstand­ punkt des Rades 1 auf der Laufebene 2′, vier Punkte, die Punkte P 1, P 2′, P 3′, P 4′ zur Verfügung, deren X- und Y-Koordinaten bekannt sind. Es ist nun möglich sich von diesen Punkten z. B. drei Punkte auszusuchen und über die Auswerteinrichtung und den darin ent­ haltenen Rechner den zugehörigen Durchmesser D des Kreises 10 direkt zu errechnen oder auch alle zur Verfügung stehenden Punkte zu verwenden (wodurch der Kreis überstimmt ist) und den zugehörigen Durch­ messer D des Meßkreises 10 mit Hilfe des Newton- Kantorowitsch-Verfahrens zu bestimmen. Das Ergebnis kann dann in einer Ausgabeeinrichtung 14 in ge­ wünschter Weise ausgegeben werden. Diese Ausgabe­ einrichtung 14 ihrerseits kann natürlich mit weiteren Einrichtungen verbunden sein.

Es ist auch durchaus möglich, einen andern Punkt als Punkt P 1 bei Errechnung der Verschiebestrecken als Fixpunkt zu betrachten und die vorbeschriebene Rech­ nung durchzuführen.

Die Meßeinrichtung kann auf einfache Art und Weise, beispielsweise mit Hilfe von zwei Lehrenradsätzen, justiert werden. Diese Lehrenradsätze weisen bekannte Durchmesser auf. Es sollen dies Radsätze sein mit zylindrischem Profil, deren Durchmesser nach Möglich­ keit einerseits am oberen und andererseits am unteren Rand des Meßbereichs der Meßanlage liegen. Diese Durchmesser werden dem Rechner eingegeben. Nachdem nun die Lehrenradsätze die Meßstrecke durchlaufen haben, stehen im Ausführungsbeispiel dem Rechner jeweils vier Verschiebestrecken zur Verfügung, die gebildet werden durch die Ansprechzeitpunkte der vier Taster T 1 bis T 4 und dem Zeitpunkt, zu dem sich der Mittelpunkt eines Rades des Lehrenradsatzes auf einer Mittellinie der Meßanlage befunden hat. Dieser Zeitpunkt läßt sich ausdrücken durch den Zeitmittelpunkt zwischen dem Austrittsaugenblick dieses Rades aus der ersten Lichtschranke L 1 und dem Eintrittsaugenblick in die zweite Lichtschranke L 2. Dieser für beide Lehrenrad­ sätze gleiche Aufenthaltspunkt ist durchmesserunab­ hängig und bildet das Bindeglied zwischen dem Über­ rollvorgang beim kleineren und beim größeren Lehren­ radsatz. Der Rechner bildet nun Verschiebestrecken­ differenzen, die sich jeweils ergeben aus Verschiebe­ strecke des Taster T 1 bei Kalibrierung 1 minus Verschiebestrecke des Tasters T 1 bei Kalibrierung 2 usw., so daß pro Taster eine Streckenlänge wie in Fig. 4 dargestellt vorliegt, die parallel zur X-Achse in den Zwischenraum zwischen dem kleinen und dem großen Kreis eingefügt werden muß. Der Schnittpunkte mit den beiden Kreislinien ergeben dann die Y- Koordinatenwerte der Tastpunkte, wobei sich die X-Werte aus der Zurückrechnung der Ansprechzeitpunkte innerhalb einer Kalibrierung ergeben. Diese Methode ermöglicht es, die Meßanlage mit einem für die oben beschriebene Rechnung aufgestellten Programm mit relativ geringem Aufwand einzumessen. Dies erleichtert insbesondere das Einrichten und Überprüfen der Meßan­ lage hinsichtlich Alterungs- und Umwelteinflüssen, die sich im praktischen Betrieb ergeben können.

Das angegebene Verfahren ermöglich es erstmals unter Verwendung der beschriebenen Meßanlage eine Durch­ messerbestimmung an Rädern von eingebauten Radsätzen während des Abrollens auf einer Schiene vorzunehmen. Zur Durchführung des Verfahrens und zur Gestaltung der erfindungsgemäßen Meßanlage können weitgehend handels­ übliche Bauelemente benutzt werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß es für die Durchführung der be­ schriebenen Messung nicht darauf ankommt, daß das Rad tatsächlich rollt. Die Messung kann auch durchgeführt werden, wenn das Rad gleitet. Es kommt nur darauf an, daß das Rad die Meßeinrichtung passiert.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

•  1 Rad
   2 Schiene
   2′ Laufebene
   3 Sender
   4 Empfänger
   5 Achse
   6 Meßebene
   7 Radsatz
   8 Auswerteinrichtung
   9 Zeiterfassungseinrichtung
  10 Meßkreis
  11 Haupttastrichtung
  12 Tangente
  13 Lauffläche
  14 Ausgabeeinrichtung
  L 1 Lichtschranke
  L 2 Lichtschranke
  T 1-T 4 fotoelektrische Taster
  P 1-P 4 Tastpunkte
  Y 1-Y 4 Ordinatenwerte
  X 1-X 4 Abszissenwerte
  t 1-t 4 Zeitwerte
  M Mittelpunkte

Claims (10)

1. Verfahren zur Durchmesserbestimmung der Räder von Radsätzen dadurch gekennzeichnet, daß ein Radsatz (7) mit zu vermessenden Rädern (1) auf je einer Schiene (2), die eine Laufebene (2′) bilden, abgerollt und deren Rollgeschwindigkeit (V) be­ stimmt wird, daß in einer lateral vorbestimmten Meßebene (6) das zeitliche und räumliche Erreichen von in dieser Ebene in einem bekannten Abstand zueinander und zu mindestens einem Referenzpunkt (2′) liegenden Meßpunkten (P 1-P 4) durch in der Meßebene (6) liegende Oberflächenpunkte jedes Rades (1) ermittelt und sodann mit Hilfe der Zeitwerte (t 1 - t 4), an denen die Meßpunkte (P 1 -P 4) erreicht werden, der genannten Geschwindig­ keit (V) und der Abstände der Meßpunkte (P 1 - P 4) untereinander und zu mindestens einem weiteren Referenzpunkt (2′) der Durchmesser D des zugehö­ rigen Rades (1) errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollgeschwindigkeit (V) mindestens 2fach durch Messung des Zeitbedarfs für das Durchrollen einer definierten Meßstrecke oder mehrerer defi­ nierter Teilmeßstrecken bestimmt wird.

3. Verfahren mindestens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen Meßstrecke eine doppelte Zeitmessung durchgeführt wird durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Erreichen einer Eingangsmeßschranke (L 1) und dem Erreichen einer Ausgangsmeßschranke (L 2) sowie durch Messung des Zeitbedarfs zwischen dem Verlassen der Eingangsmeßschranke (L 1) und dem Verlassen der Ausgangsmeßschranke (L 2).

4. Meßanlage zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 gekenn­ zeichnet durch den Anfang und das Ende einer Meßstrecke markierende Schalteinrichtungen (L 1, L 2) mindestens zur Erfassung der Ankunft eines Rades (1) eines Radsatzes (7) im Schaltbereich, durch je Rad (1) mindestens zwei berührungslos arbeitende Abstandstaster (T 1, T 4; T 2, T 3), je Rad (1) eines Radsatzes (7) eine eine Laufebene (2′) bildende Schiene (2) sowie eine Auswertein­ richtung (8) und eine Zeiterfassungseinrichtung (9), wobei die Abstandstaster (T 1, T 4; T 2, T 3) unterhalb der Laufebene (2′) angeordnet sind und deren definierte Tastpunkte (P 1-P 4) alle im wesentlichen in einer gemeinsamen, dem jeweiligen Rad (1) zugeordneten Meßebene (6) liegen und wobei die Schalteinrichtungen (L 1, L 2) und die Abstandstaster (T 1-T 4) mit der Zeiterfassungs­ einrichtung (9) und mit der Auswerteinrichtung (8) verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstandstaster (T 1-T 4) so ausgerichtet sind, daß die Tastpunkte (P 1-P 4) zwischen den Anfang und Ende der Meßstrecke markierenden Schalteinrichtungen (L 1, L 2) liegen.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die das Ende der Meßstrecke markierende Schaltein­ richtung von einem berührungslos arbeitenden Abstandstaster (T 4) gebildet wird.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die berührungs­ los arbeitenden Taster (T 1-T 4) um eine Achse (5) senkrecht zur Meßebene (6) schwenkbar und feststellbar angeordnet sind.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstands­ taster (T 1-T 4) fotoelektrische Schalter zum Erkennen eines Objektes in fest eingestellter Entfernung verwendet werden.

9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die die Meß­ strecke begrenzenden Schalteinrichtungen (L 1, L 2) als Lichtschranke ausgebildet sind.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ taster (T 1-T 4) die Oberfläche eines Rades im Meßkreis (10) schräg von unten antasten in einer solchen Ausrichtung, daß die Haupttastrichtung (11) etwa senkrecht zur Tangente (12) an den Meßkreis (10) im Tastpunkt (P 1-P 4) verläuft.