EP1448423A1 - Device for detecting rail movement - Google Patents

Device for detecting rail movement

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Publication number
EP1448423A1
EP1448423A1 EP02802295A EP02802295A EP1448423A1 EP 1448423 A1 EP1448423 A1 EP 1448423A1 EP 02802295 A EP02802295 A EP 02802295A EP 02802295 A EP02802295 A EP 02802295A EP 1448423 A1 EP1448423 A1 EP 1448423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
receiver
receptacle
holding part
transmitter
Prior art date
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Granted
Application number
EP02802295A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1448423B1 (en
Inventor
Siegfried Pieper
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1448423A1 publication Critical patent/EP1448423A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1448423B1 publication Critical patent/EP1448423B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/06—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by deformation of rail; actuated by vibration in rail

Definitions

  • the invention relates to a device for a transmitter and a receiver for detecting different deformation states of a component, which are arranged independently of one another and at a distance from one another via a receptacle on the component.
  • a deformation transducer is already known from international application WO 01/18487 AI, in which a transmitter and a receiver for measuring deformation states are arranged together on a plate.
  • the plate is fastened to a component via at least one clamping element, the clamping element having two pointed or round contact parts and at least one bore corresponding to the plate.
  • the invention has for its object to design and arrange a holding device for a transmitter-receiver unit in such a way that simple and precise assembly is ensured.
  • the object is achieved in that the
  • the transmitter is arranged on a first holding part via a first receptacle and the receiver is arranged on a second holding part via a second receptacle, the respective receptacle and the respective holding part being one or more Form connecting elements or one or more clamping and form-locking connections or an adhesive connection or a welded connection with the component.
  • This ensures that the transmitter and receiver are arranged independently of one another on the component, the receptacle for the transmitter and the receiver simultaneously serving as part of the clamp connection.
  • a deformation of the receptacle and thus an adjustment of the transmitter or of the receiver is generated during the clamping process.
  • the independence of the sender and receiver receptacle or holding part ensures that the component is not subjected to deformation. Neither the sender nor the receiver absorb a force generated by the deformation of the component.
  • the receptacle and the holding part have a corresponding fit, the fit being designed as a tongue and groove connection and / or as a dowel pin. Due to the fit, the assembly effort or the adjustment effort of the receptacle on the holding part is reduced to a minimum.
  • the receptacle is designed as a claw and is connected to the holding part by means of a pin and / or screw connection, the receptacle and / or the holding part having a clamping element designed as a bolt, screw and / or cam, which with the The component is in operative connection.
  • the receptacle can be attached to the holding part independently of the clamping connection. With the independent clamping element, the holder can be held together with the holding part can be moved relative to the component without the connection between the receptacle and the holding part having to be released.
  • the receptacle has a holding element for the transmitter and / or the receiver, the holding element being designed as a bore and having a fixing element designed as a cap nut for the transmitter and / or the receiver.
  • the training as a precision hole ensures optimal protection for the transmitter or the receiver, which can be inserted into the hole if it is long enough and sunk there.
  • the first receptacle for the transmitter and the second receptacle for the receiver have at least one corresponding adjustment surface that can be connected via an assembly aid, the adjustment surface being designed as a groove, bore and / or bevel and the assembly aid with the adjustment surface has corresponding adjustment elements such as a spring or a pin.
  • the assembly aid can be used for any recordings and does not have to remain on the device.
  • a plurality of receptacles are provided in a measuring area of the component, the receivers being operatively connected via an evaluation unit.
  • an additional possibility is that several transmitter-receiver pairs arranged on opposite sides of the component are provided.
  • the transmitters and receivers are each provided on opposite sides of the rail, i.e. with respect to the longitudinal axis of the rail on the right and left sides of the rail, and extend over a track section to be measured between 3 m and 30 m.
  • a measurement current generated by the receiver is transformed into a measurement voltage within the evaluation unit and that the change in angle on which the voltage change is based is determined between the transmitter and receiver using the following formula:
  • the load forces F Q , F ⁇ on which the deformation of the component is based are determined at right angles to the longitudinal direction of the component using the following formula:
  • lr 2 is the change in angle of at least two different transmitter-receiver pairs which are arranged on one side and / or opposite one another with respect to the Y direction on the component. It is also advantageous for this that the deformation ⁇ X of the component is proportional to the detected change in angle ⁇ and is recorded as a function of the component length L, the area content of a deformation graph “X over L X ” determined in this way by a
  • Averaging ⁇ X 'of all the deformation graphs on which a load cycle is based is standardized and the ratio of the deformation ⁇ X to the standardized deformation ⁇ X' is calculated.
  • the graphs deviating from a normal deformation are not taken into account, since they falsify the overall result of the mean load graph. In this way, all influencing variables such as temperature, track bed properties, material properties and basic load of the component are eliminated, so that a representation of a deformation of the component in relation to the basic load is guaranteed.
  • the connecting element consists of the holding part which can be placed under the rail foot and a receiving part which is arranged on said rail so as to be vertically movable, at least two screws being able to be screwed into one leg, one screw against the component or the rail foot can be put on and the other screw part establishes a firm connection between the holding part and the component or the rail, the second leg being able to be pressed against the holding part via at least one screw.
  • Figure la is a schematic representation of a rail with a transmitter and a receiver
  • Figure lb is a schematic representation of the rail with a transmitter-receiver unit
  • Figure 2 is a schematic representation of the rail in cross section with a receptacle and a holding part
  • Figure 3 is a schematic representation of the rail with the receptacle and an assembly aid
  • Figure 4a is a schematic representation of the rail with the transmitter, the receiver and a measuring beam
  • FIG. 4b shows a schematic illustration of the transmitter and the receiver with a neutral measuring beam
  • FIG. 4c shows a schematic representation of the transmitter and the receiver with the deflected measuring beam
  • FIG. 4d shows a schematic illustration of the transmitter and the receiver in a side view with the measuring beam deflected
  • FIG. 5 shows the receiver with a power tap and part of the evaluation unit
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the rail in cross section with receivers arranged opposite and deflected measuring beam
  • FIG. 7 measurement graph of two wheels with arrival and departure
  • Figure 8 is a schematic representation of a track bed with several transmitter-receiver units and two pairs of detection switches
  • FIG. 9al measurement graph of a bending line between two thresholds over time t
  • FIG. 9b a measuring graph of a bending line between two sleepers over the path s with a flat spot
  • FIG. 9c2 measurement graph of several measuring points over the path s
  • FIG. 9d shows the relationship between the measurement graph and the correction graph over the path s
  • FIG. 9e3 shows an out-of-roundness of the wheel by means of a load diagram
  • Figure 9e4 representation of a flat point of the wheel by a load diagram.
  • FIG. 1 a shows a side view of a railroad rail 70 with a rail head 71 and a rail foot 72.
  • the force F is introduced into the rail at point P.
  • force F is derived into the ideally represented subsurface 76, 76' or the track bed in the form of surface pressure.
  • the load F causes the rail 70 and the elastic track bed to deform, which is received via a transmitter 2 and a receiver 3.
  • the transmitter 2 or the receiver 3 is in this case provided in a first receptacle 20 or a second receptacle 30, which are arranged on the rail foot 72 of the rail 70 via a first holding part 21 or via a second holding part 31 20 or the second receptacle 30 follow the deformation of the rail 70 or the deformation of the rail foot 72 generated by the load F and thus absorb the deformation cycle.
  • a uniform transmitter-receiver unit 32 is arranged in the region of the rail foot 72.
  • the transmitter-receiver unit 32 can be designed as a strain gauge and / or as a light guide, which is arranged in the longitudinal direction of the rail.
  • two transmitter-receiver units 32, 32 ' are arranged opposite one another with respect to the longitudinal direction of the rail 70.
  • the attachment again takes place on the respective rail foot 72 or 72 '.
  • the respective transmitter-receiver unit 32 is provided over the entire length between the threshold 75 and the threshold 75 '.
  • the first receptacle 20 for the transmitter 2 or the receiver 3 is arranged on the rail foot 72 of the rail 70.
  • the first receptacle 20 has a screw connection 22 with a first holding part 21.
  • the first receptacle 20 with the first holding part 21 has a fit 40 which consists of a spring 42 of the first receptacle 20 and a groove 41 of the first holding part 21. The spring 42 is pressed into the groove 41 by the screw connection 22, so that a positive connection is ensured at the connection point between the first receptacle 20 and the first holding part 21.
  • the first receptacle 20 is essentially L-shaped and has a first leg 20.1 and a second leg 20.2.
  • the fit 40 with the spring 42 and the groove 41 is provided between the second leg 20.2 and the first holding part 21.
  • the Spring 42 is on the second leg 20.2 of the first receptacle 20 and the groove 41 is arranged on the first holding part 21.
  • the fit 40 ensures a positive connection between the first receptacle 20 and the first holding part 21.
  • the connecting element can consist of the holding part which can be placed under the rail foot and a receiving part which is arranged on the rail and is made of two legs, wherein at least two screws can be screwed into one leg, one screw being able to be placed against the component or the rail foot and the other Screw part establishes a firm connection between the holding part and the component or the rail, the second leg being pressable against the holding part via at least one screw.
  • the first leg 20.1 of the first receptacle 20 has a holding element 24 designed as a bore, which is used to hold the transmitter 2 or the receiver 3.
  • a fixing element (not shown) designed as a cap nut is provided, which is arranged on the front side of the transmitter or the receiver.
  • the screw connection 22 is guided through the first leg 20.1 and engages in a thread 21.1 of the first holding part 21.
  • a clamping element 23 is provided which is guided onto the rail foot 72 via a thread 23.1.
  • the clamping element 23 designed as a screw thus braces the first receptacle 20 via the first holding part 21 against the O 03/037695
  • the fit 40 ensures a clear position of the second leg 20.2 relative to the first holding part 21.
  • the pretensioning force of the clamping element 23 introduces a bending force into the second leg 20.2, which leads to a deformation and thus to an adjustment of the holding element 24 for the transmitter 2 or the receiver 3.
  • the first holding part 21 On the opposite side of the rail 70, the first holding part 21 has a second groove 41 ', which is used to fix another receptacle, not shown.
  • the first receptacle 20 and the first holding part 21 are provided in the region of the rail foot 72.
  • a second holding part 31 is shown, which serves to receive the second receptacle 30 for the receiver 3.
  • a mounting aid 51 is provided for mounting the first mounting 20 or the second mounting 30.
  • the mounting aid 51 has adjustment elements 52, 52 'which can be connected to an adjustment surface 50 of the first holding part 21 and an adjustment surface 50' of the second holding part 31.
  • the adjustment elements 52, 52 ' are designed in the form of a pin and engage in the adjustment surfaces 50 and 50' designed as a bore.
  • the adjustment surface 50 and the adjustment surface 50 ' are provided on the underside of the first holding part 21 and the second holding part 31, respectively. It is also possible to provide the adjustment surfaces 50, 50 'on another side surface of the receptacle 20 and / or the holding part 21. O 03/037695
  • the basic diagram according to FIG. 4a shows a rail 70 with the two sleepers 75, 75 'and a transmitter 2 and a receiver 3.
  • the transmitter 2 and the receiver 3 are arranged on the rail 70 via a first holder 20 and a second holder 30, respectively .
  • the measuring beam 4 emitted by the transmitter 2 strikes the receiver 3 or a receiver surface (not shown) approximately in the center.
  • the measuring beam 4 strikes the point E1 of the receiver 3, which represents the zero point. No measurement signal is generated.
  • the rail 70 is deformed due to a load F1.
  • the transmitter 2 and the receiver 3 are rotated relative to one another by an angle ad1 in accordance with the deflection of the rail 70.
  • the measuring beam 4 then strikes the receiver 3 at a point E2 which is at a distance dsl from the point E1. In this way, a measurement signal is generated which corresponds to the distance between the point E1 and the point E2 on the receiver 3 or a receiver surface 3.1.
  • the distance which is denoted by dsl according to FIG. 4d, is proportional to the change in angle dal and thus proportional to the change in force dfl between a rest position according to FIG. 4a and the load state according to FIG. 4c.
  • the change in position of the measuring beam 4 on the receiver 3 or its receiver surface 3.1 from E1 to E2 is shown.
  • This change in position generates a measuring current II or 12, which is transformed by the evaluation unit 60 into a measuring voltage U1 or U2.
  • the for deformation or Force input proportional angle change dal is calculated using the following formula:
  • a driving force 73 generates a normal force F Q on the one hand and a transverse force F ⁇ on the other hand, F ⁇ running both at right angles to F Q and at right angles to the longitudinal axis of the rail 70.
  • F Q and F ⁇ are calculated using the following formulas:
  • FIG. 7 shows the measurement signal of a double load cycle.
  • the wheel load relieves the rail 70 in the region of the measuring point, since the adjacent rail section is loaded.
  • the measurement signal has a signal drop L1.
  • the measuring signal jumps to a first maximum Ml analogous to the load at the measuring point, which drops again after passing through the first wheel.
  • the measurement signal then rises again to a second maximum value M2 as the second wheel passes. After passing through the second wheel, there is again a signal drop analogous to the approach.
  • FIG. 8 shows the track bed shown schematically from above with a threshold 75 and a pair of rails 70, 70 '.
  • a digital or analog detection switch 80 is provided to the left of the transmitter-receiver unit 32 or 32 ', followed by six transmitter-receiver units 32 on each side of the rail.
  • the transmitter-receiver units 32 are alternately arranged on the inside and the outside of the rail 70. These can optionally be arranged only on the inside or only on the outside.
  • a further detection switch 81 ' is then provided. By means of the detection switches 81, 81 ', the speed of the train, the number and the relative position of the wheels can be determined and the measuring section can be activated or deactivated.
  • the measurement graph G shown in FIG. 9 a which was determined between two thresholds 75, 75 'or between the centers of the two thresholds 75, 75', is divided into five specific measurement points according to FIG. 9a2.
  • the specific measuring points P3 to P7 are used for further signal processing or correlation with a correction graph according to FIG. 9b2.
  • FIG. 9 b1 shows a measurement graph G with a first relative maximum R1 and a second relative maximum R2. These relative maxi a are generated due to a flat spot on the wheel and the resulting alternating load on the rail. The flat point leads to a brief drop in the load and thus to a relative minimum F of the graph G.
  • a correction graph K is determined from all the graphs representing a good wheel, which is shown in FIG. 9b2.
  • the correction graph K resembles an average load cycle of a perfect wheel per sensor and per train crossing and therefore has neither relative maxima nor relative minima.
  • FIG. 9cl shows the row of all correction graphs K 1 to K 6 from six successive measuring points.
  • the measuring points cover a section of the rail of approx. 3.60 m. This length corresponds to at least one wheel circumference.
  • the measuring sections overlap by 100 mm on each side, so that a seamless recording of the load over the entire rail section is guaranteed.
  • FIG. 9c2 shows the standard load graphs Nl to N6 generated by the wheel load cycles for each measuring point 1 to 6. About 1/6 of the wheel circumference is shown for each standard load graph N.
  • the first half of the measured wheel accordingly has a flat point F, which is followed by an order A according to FIG. 9b1.
  • FIG. 9d shows the ratio of the standard load graph N to the correction graph K for a wheel circumference as a load plateau, which ensures a percentage representation of the rail load in relation to the base load.
  • the standard load graph N according to FIG. 9e here represents the mean value of all measurement graphs G of a train crossing standardized to the average area. Irregularities of the respective wheel or of the measurement graph G are retained.
  • the standard load graph N and the reciprocal of the correction graph K are superimposed according to FIG. 9e and have a common mirror value S, with the aid of which the ratio according to FIG. 9d is determined using the following formula:
  • FIG. 9f specific wheel defects per wheel revolution can be recognized on the basis of the generated measurement graphs.
  • the application is on the wheel, which initially generates an overload.
  • the graph according to FIG. 9e2 is a relatively high-frequency, symmetrical load change that points to polygons.
  • FIG. 9e3 shows a typical signal of a wheel out-of-roundness, which leads to a symmetrical graph of low frequency.
  • FIG. 9e4 shows a typical flat spot on the wheel, which first generates a drop in load and subsequently an overload.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

A device for holding a transmitter and a receiver for detecting a deformation state of a component. The device includes a first holding part and a first receptacle, the transmitter being disposed on the first holding part via the first receptacle, wherein the first receptacle and the first holding part, together with the component, form at least one of a first connecting element, a first clamp, a first positive fit joint, a first glued joint, and a first welded joint. The device also includes a second holding part and a second receptacle, the receiver being disposed on the second holding part using the via receptacle, wherein the second receptacle and the second holding part, together with the component, form at least one of a second connecting element, a second clamp, a second positive fit joint, a second glued joint, and a second welded joint.

Description

Vorrichtung zum Erfassen von SchienenbewegungenDevice for detecting rail movements
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen Sender und einen Empfänger zum Erfassen verschiedener Verformungszustände eines Bauteils, die unabhängig voneinander, mit Abstand zueinander über eine Aufnahme auf dem Bauteil angeordnet sind.The invention relates to a device for a transmitter and a receiver for detecting different deformation states of a component, which are arranged independently of one another and at a distance from one another via a receptacle on the component.
Es ist bereits ein Verformungsaufnehmer aus der internationalen Anmeldung WO 01/18487 AI bekannt, bei der ein Sender und ein Empfänger zur Messung von Verformungszuständen gemeinsam auf einer Platte angeordnet sind. Die Platte ist hierbei über mindestens ein Klemmelement an einem Bauteil befestigt, wobei das Klemmelement zwei spitze oder runde Anlageteile und mindestens eine mit der Platte korrespondierende Bohrung aufweist .A deformation transducer is already known from international application WO 01/18487 AI, in which a transmitter and a receiver for measuring deformation states are arranged together on a plate. The plate is fastened to a component via at least one clamping element, the clamping element having two pointed or round contact parts and at least one bore corresponding to the plate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung für eine Sender-Empfänger-Einheit derart auszubilden und anzuordnen, dass eine einfache und präzise Montage gewährleistet ist.The invention has for its object to design and arrange a holding device for a transmitter-receiver unit in such a way that simple and precise assembly is ensured.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass derAccording to the invention, the object is achieved in that the
Sender über eine erste Aufnahme auf einem ersten Halteteil und der Empfänger über eine zweite Aufnahme auf einem zweiten Halteteil angeordnet sind, wobei die jeweilige Aufnahme und das jeweilige Halteteil ein oder mehrere Verbindungselemente oder eine oder mehrere Klemm- und Formschlussverbindungen oder eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung mit dem Bauteil bilden. Hierdurch wird erreicht, dass Sender und Empfänger unabhängig voneinander am Bauteil angeordnet sind, wobei die Aufnahme für den Sender und den Empfänger gleichzeitig als Teil der Klemmverbindung dient. Durch die Integration der Aufnahme in die Klemmvorrichtung wird beim Klemmvorgang eine Verformung der Aufnahme ' und damit eine Justierung des Senders bzw. des Empfängers generiert. Die Unabhängigkeit von Sender- und Empfängeraufnahme bzw. Halteteil gewährleistet eine einflussfreie Verformungsaufnahme des Bauteils . Weder Sender noch Empfänger nehmen eine durch die Verformung des Bauteils generierte Kraft auf.The transmitter is arranged on a first holding part via a first receptacle and the receiver is arranged on a second holding part via a second receptacle, the respective receptacle and the respective holding part being one or more Form connecting elements or one or more clamping and form-locking connections or an adhesive connection or a welded connection with the component. This ensures that the transmitter and receiver are arranged independently of one another on the component, the receptacle for the transmitter and the receiver simultaneously serving as part of the clamp connection. By integrating the receptacle into the clamping device, a deformation of the receptacle and thus an adjustment of the transmitter or of the receiver is generated during the clamping process. The independence of the sender and receiver receptacle or holding part ensures that the component is not subjected to deformation. Neither the sender nor the receiver absorb a force generated by the deformation of the component.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Aufnahme und das Halteteil eine korrespondierende Passung aufweisen, wobei die Passung als Nut-Feder-Verbindung und/oder als Passstift ausgebildet ist. Durch die Passung wird der Montageaufwand bzw. der Justieraufwand der Aufnahme auf dem Halteteil auf ein Minimum reduziert.It is also advantageous for this that the receptacle and the holding part have a corresponding fit, the fit being designed as a tongue and groove connection and / or as a dowel pin. Due to the fit, the assembly effort or the adjustment effort of the receptacle on the holding part is reduced to a minimum.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Aufnahme als Pratze ausgebildet und mittels einer Stift- und/oder Schraubverbindung mit dem Halteteil verbunden ist, wobei die Aufnahme und/oder das Halteteil ein als Bolzen, Schraube und/oder Nocke ausgebildetes Klemmelement aufweist, das mit dem Bauteil in Wirkverbindung steht. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Klemmelements kann die Aufnahme unabhängig von der Klemmverbindung auf dem Halteteil befestigt werden. Über das unabhängige Klemmelement kann die Aufnahme zusammen mit dem Halteteil relativ zum Bauteil bewegt werden, ohne dass die Verbindung zwischen Aufnahme und Halteteil gelöst werden muss.It is also advantageous that the receptacle is designed as a claw and is connected to the holding part by means of a pin and / or screw connection, the receptacle and / or the holding part having a clamping element designed as a bolt, screw and / or cam, which with the The component is in operative connection. By using an additional clamping element, the receptacle can be attached to the holding part independently of the clamping connection. With the independent clamping element, the holder can be held together with the holding part can be moved relative to the component without the connection between the receptacle and the holding part having to be released.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass die Aufnahme ein Halteelement für den Sender und/oder den Empfänger aufweist, wobei das Halteelement als Bohrung ausgebildet ist und ein als Hutmutter ausgebildetes Festsetzelement für den Sender und/oder den Empfänger aufweist. Die Ausbildung als Präzisionsbohrung gewährleistet einen optimalen Schutz für den Sender bzw. den Empfänger, der bei ausreichender Länge der Bohrung in diese eingeschoben und dort versenkt werden kann.It is of particular importance for the present invention that the receptacle has a holding element for the transmitter and / or the receiver, the holding element being designed as a bore and having a fixing element designed as a cap nut for the transmitter and / or the receiver. The training as a precision hole ensures optimal protection for the transmitter or the receiver, which can be inserted into the hole if it is long enough and sunk there.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die erste Aufnahme für den Sender und die zweite Aufnahme für den Empfänger mindestens eine korrespondierende, über eine Montagehilfe in Verbindung bringbare Justierfläche aufweist, wobei die Justierfläche als Nut, Bohrung und/oder als Fase ausgebildet ist und die Montagehilfe mit der Justierfläche korrespondierende Justierelemente wie eine Feder oder einen Stift aufweist. Dadurch können eine Sender-Aufnahme und eine Empfänger-Aufnahme auf einfache Weise relativ zueinander ausgerichtet werden. Die Montagehilfe kann für beliebige Aufnahmen Verwendung finden und muss nicht an der Vorrichtung zurückbleiben.It is also advantageous that the first receptacle for the transmitter and the second receptacle for the receiver have at least one corresponding adjustment surface that can be connected via an assembly aid, the adjustment surface being designed as a groove, bore and / or bevel and the assembly aid with the adjustment surface has corresponding adjustment elements such as a spring or a pin. As a result, a transmitter receptacle and a receiver receptacle can be aligned relative to one another in a simple manner. The assembly aid can be used for any recordings and does not have to remain on the device.
Ferner ist es vorteilhaft, dass in einem Messbereich des Bauteils mehrere Aufnahmen vorgesehen sind, wobei • die Empfänger über eine Auswerteeinheit in Wirkverbindung stehen.It is also advantageous that a plurality of receptacles are provided in a measuring area of the component, the receivers being operatively connected via an evaluation unit.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass mehrere an gegenüberliegenden Seiten des Bauteils angeordnete Sender-Empfänger-Paare vorgesehen sind. Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Messung bei Gleisanlagen sind die Sender und Empfänger jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Schiene, also mit Bezug auf die Längsachse der Schiene auf der rechten und der linken Seite der Schiene, vorgesehen und erstrecken sich über einen zu messenden Gleisabschnitt zwischen 3 m und 30 m.According to a further development, an additional possibility is that several transmitter-receiver pairs arranged on opposite sides of the component are provided. In the Using the device for measurement in track systems, the transmitters and receivers are each provided on opposite sides of the rail, i.e. with respect to the longitudinal axis of the rail on the right and left sides of the rail, and extend over a track section to be measured between 3 m and 30 m.
Schließlich ist es von Vorteil, dass ein vom Empfänger generierter Messstrom innerhalb der Auswerteeinheit in eine Messspannung transformiert wird und die der Spannungsänderung zu Grunde liegende Winkeländerung zwischen Sender und Empfänger nach folgender Formel ermittelt wird:Finally, it is advantageous that a measurement current generated by the receiver is transformed into a measurement voltage within the evaluation unit and that the change in angle on which the voltage change is based is determined between the transmitter and receiver using the following formula:
u, -u2 Aal ul +u2 u, -u 2 Aa l u l + u 2
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, dass die der Verformung des Bauteils zu Grunde liegenden Belastungskräfte FQ, Fγ rechtwinklig zur Längsrichtung des Bauteils nach folgender Formel ermittelt werden:In this context, it is advantageous that the load forces F Q , F γ on which the deformation of the component is based are determined at right angles to the longitudinal direction of the component using the following formula:
Δöj - Δα2 Δö j - Δα 2
Fy =F y =
La + Δα2 La + Δα 2
wobei FQ die Kraft in Richtung der Lotrechten und Fγ die Kraft rechtwinklig dazu verläuft und a.l r 2 die Winkeländerung von mindestens zwei verschiedenen Sender- Empfänger-Paaren ist, die mit Bezug zur Y-Richtung am Bauteil einseitig und/oder gegenüberliegend angeordnet sind. Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Verformung ΔX des Bauteils proportional zur erfassten Winkeländerung Δα ist und in Abhängigkeit der Bauteillänge L erfasst wird, wobei der Flächeninhalt eines so ermittelten Verformungsgraphen „X über LX durch einewhere F Q the force in the direction of the perpendicular and F γ the force is perpendicular to it and a. lr 2 is the change in angle of at least two different transmitter-receiver pairs which are arranged on one side and / or opposite one another with respect to the Y direction on the component. It is also advantageous for this that the deformation ΔX of the component is proportional to the detected change in angle Δα and is recorded as a function of the component length L, the area content of a deformation graph “X over L X ” determined in this way by a
Mittelwertbildung ΔX' aller einem Belastungszyklus zu Grunde liegenden Verformungsgraphen normiert wird und das Verhältnis von der Verformung ΔX zur normierten Verformung ΔX' errechnet wird. Für die Normierung werden alle einer normalen Belastung . entsprechenden Verformungsgraphen gemittelt. Die von einer normalen Verformung abweichenden Graphen werden nicht berücksichtigt, da diese das Gesamtergebnis des mittleren Belastungsgraphen verfälschen. Somit werden alle Einflussgrößen wie Temperatur, Gleisbettbeschaffenheit, Materialbeschaffenheit und Grundbelastung des Bauteils eliminiert, so dass eine Darstellung einer im Verhältnis zur Grundbelastung stehenden Verformung des Bauteils gewährleistet ist.Averaging ΔX 'of all the deformation graphs on which a load cycle is based is standardized and the ratio of the deformation ΔX to the standardized deformation ΔX' is calculated. For normalization, all are a normal burden. corresponding deformation graph averaged. The graphs deviating from a normal deformation are not taken into account, since they falsify the overall result of the mean load graph. In this way, all influencing variables such as temperature, track bed properties, material properties and basic load of the component are eliminated, so that a representation of a deformation of the component in relation to the basic load is guaranteed.
Vorteilhaft ist es schließlich, dass das Verbindungselement aus dem unter dem Schienenfuß platzierbaren Halteteil und einem an diesem höhenbeweglich angeordneten, aus zwei Schenkeln gebildeten Aufnahmeteil besteht, wobei in den einen Schenkel mindestens zwei Schrauben einschraubbar sind, wobei die eine Schraube gegen das Bauteil oder den Schienenfuß anlegbar ist und das andere Schraubenteil eine feste Verbindung zwischen dem Halteteil und dem Bauteil oder der Schiene herstellt, wobei der zweite Schenkel gegen das Halteteil über mindestens eine Schraube pressbar ist. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:Finally, it is advantageous that the connecting element consists of the holding part which can be placed under the rail foot and a receiving part which is arranged on said rail so as to be vertically movable, at least two screws being able to be screwed into one leg, one screw against the component or the rail foot can be put on and the other screw part establishes a firm connection between the holding part and the component or the rail, the second leg being able to be pressed against the holding part via at least one screw. Further advantages and details of the invention are explained in the patent claims and in the description and shown in the figures. It shows:
Figur la eine schematische Darstellung einer Schiene mit einem Sender und einem Empfänger;Figure la is a schematic representation of a rail with a transmitter and a receiver;
Figur lb eine schematische Darstellung der Schiene mit einer Sender-Empfänger-Einheit;Figure lb is a schematic representation of the rail with a transmitter-receiver unit;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Schiene im Querschnitt mit einer Aufnahme und einem Halteteil;Figure 2 is a schematic representation of the rail in cross section with a receptacle and a holding part;
Figur 3 eine schematische Darstellung der Schiene mit der Aufnahme und einer Montagehilfe;Figure 3 is a schematic representation of the rail with the receptacle and an assembly aid;
Figur 4a eine schematische Darstellung der Schiene mit dem Sender, dem Empfänger und einem Messstrahl;Figure 4a is a schematic representation of the rail with the transmitter, the receiver and a measuring beam;
Figur 4b eine schematische Darstellung des Senders und des Empfängers mit neutralem Messstrahl;FIG. 4b shows a schematic illustration of the transmitter and the receiver with a neutral measuring beam;
Figur 4c eine schematische Darstellung des Senders und des Empfängers mit abgelenktem Messstrahl;FIG. 4c shows a schematic representation of the transmitter and the receiver with the deflected measuring beam;
Figur 4d eine schematische Darstellung des Senders und des Empfängers in der Seitenansicht mit abgelenktem Messstrahl;FIG. 4d shows a schematic illustration of the transmitter and the receiver in a side view with the measuring beam deflected;
Figur 5 den Empfänger mit Stromabgriff und Teil der Auswerteeinheit; Figur 6 eine schematische Darstellung der Schiene im Querschnitt mit gegenüber angeordneten Empfängern und abgelenktem Messstrahl;Figure 5 shows the receiver with a power tap and part of the evaluation unit; FIG. 6 shows a schematic illustration of the rail in cross section with receivers arranged opposite and deflected measuring beam;
Figur 7 Messgraph zweier Räder mit An- und Abfahrt;FIG. 7 measurement graph of two wheels with arrival and departure;
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Gleisbetts mit mehreren Sender-Empfänger- Einheiten und zwei Detektionsschalter- Paare;Figure 8 is a schematic representation of a track bed with several transmitter-receiver units and two pairs of detection switches;
Figur 9al Messgraph einer Biegelinie zwischen zwei Schwellen über der Zeit t;FIG. 9al measurement graph of a bending line between two thresholds over time t;
Figur 9a2 Messgraph einer Biegelinie zwischen zwei Schwellen über dem Weg s;FIG. 9a2 measurement graph of a bending line between two sleepers over the path s;
Figur 9bl Messgraph einer Biegelinie zwischen zwei Schwellen über dem Weg s mit Flachstelle;FIG. 9b a measuring graph of a bending line between two sleepers over the path s with a flat spot;
Figur 9b2 Korrekturgraph für eine Biegelinie zwischen zwei Schwellen über dem Weg s;FIG. 9b2 correction graph for a bending line between two sleepers over the path s;
Figur 9cl Korrekturgraph für mehrere Messstellen über dem Weg s ;Figure 9cl correction graph for several measuring points over the path s;
Figur 9c2 Messgraph mehrerer Messstellen über dem Weg s ;FIG. 9c2 measurement graph of several measuring points over the path s;
Figur 9d Darstellung des Verhältnisses von Messgraph zu Korrekturgraph über dem Weg s;FIG. 9d shows the relationship between the measurement graph and the correction graph over the path s;
Figur 9el Darstellung einer Auftragung des Rades durch ein Belastungsplateau; Figur 9e2 Darstellung einer Polygone des Rades durch ein Belastungsschaubild;Figure 9el representation of an application of the wheel through a load plateau; Figure 9e2 representation of a polygons of the wheel by a load diagram;
Figur 9e3 Darstellung einer Unrundheit des Rades durch ein Belastungsschaubild;FIG. 9e3 shows an out-of-roundness of the wheel by means of a load diagram;
Figur 9e4 Darstellung einer Flachstelle des Rades durch ein Belastungsschaubild.Figure 9e4 representation of a flat point of the wheel by a load diagram.
In Figur la ist eine Eisenbahn-Schiene 70 mit einem Schienenkopf 71 und einem Schienenfuß 72 in der Seitenansicht dargestellt. Auf die Schiene 70 wirkt eine Belastungskraft F eines Rades 73 eines nicht dargestellten Personen- oder Güterzuges . Die Kraft F wird hierbei am Punkt P in die Schiene eingeleitet. Über die Punkte Pl und P2 bzw. die Schwellen 75, 75' wird die Kraft F in den idealisiert dargestellten Untergrund 76, 76' bzw. das Gleisbett in Form einer Flächenpressung abgeleitet. Durch die Belastung F erfolgt eine Verformung der Schiene 70 und des elastischen Gleisbetts, die über einen Sender 2 und einen Empfänger 3 aufgenommen wird.FIG. 1 a shows a side view of a railroad rail 70 with a rail head 71 and a rail foot 72. A loading force F of a wheel 73 of a passenger or freight train, not shown, acts on the rail 70. The force F is introduced into the rail at point P. Via points P1 and P2 or thresholds 75, 75 ', force F is derived into the ideally represented subsurface 76, 76' or the track bed in the form of surface pressure. The load F causes the rail 70 and the elastic track bed to deform, which is received via a transmitter 2 and a receiver 3.
Der Sender 2 bzw. der Empfänger 3 ist hierbei in einer ersten Aufnahme 20 bzw. einer zweiten Aufnahme 30 vorgesehen, die über ein erstes Halteteil 21 bzw. über ein zweites Halteteil 31 am Schienenfuß 72 der Schiene 70 angeordnet sind/ Hierbei wird die erste Aufnahme 20 bzw. die zweite Aufnahme 30 der durch die Belastung F generierten Verformung der Schiene 70 bzw. Verformung des Schienenfußes 72 folgen und somit den Verformungszyklus aufnehmen. Zur Aufnahme des Verformungszyklus wird zwischen dem Sender 2 bzw. der ersten Aufnahme 20 und dem Empfänger 3 bzw. der zweiten Aufnahme 30 keine Kraft übertragen, so dass der Verformungszyklus verlustfrei bzw. einflussfrei ermittelt wird.The transmitter 2 or the receiver 3 is in this case provided in a first receptacle 20 or a second receptacle 30, which are arranged on the rail foot 72 of the rail 70 via a first holding part 21 or via a second holding part 31 20 or the second receptacle 30 follow the deformation of the rail 70 or the deformation of the rail foot 72 generated by the load F and thus absorb the deformation cycle. There is no force between the transmitter 2 or the first receptacle 20 and the receiver 3 or the second receptacle 30 for recording the deformation cycle transferred so that the deformation cycle is determined without loss or influence.
Gemäß Figur 1b ist eine einheitliche Sender-Empfänger- Einheit 32 im Bereich des Schienenfußes 72 angeordnet. Die Sender-Empfänger-Einheit 32 kann hierbei als Dehnmessstreifen und/oder als Lichtleiter ausgebildet sein, der in Längsrichtung der Schiene angeordnet ist.According to FIG. 1b, a uniform transmitter-receiver unit 32 is arranged in the region of the rail foot 72. The transmitter-receiver unit 32 can be designed as a strain gauge and / or as a light guide, which is arranged in the longitudinal direction of the rail.
In Figur 1c sind zwei Sender-Empfänger-Einheiten 32, 32' mit Bezug zur Längsrichtung der Schiene 70 gegenüberliegend angeordnet. Die Befestigung erfolgt wiederum am jeweiligen Schienenfuß 72 bzw. 72' . Die jeweilige Sender-Empfänger- Einheit 32 ist hierbei über die gesamte Länge zwischen der Schwelle 75 und der Schwelle 75' vorgesehen.In FIG. 1c, two transmitter-receiver units 32, 32 'are arranged opposite one another with respect to the longitudinal direction of the rail 70. The attachment again takes place on the respective rail foot 72 or 72 '. The respective transmitter-receiver unit 32 is provided over the entire length between the threshold 75 and the threshold 75 '.
In Figur 2 ist die erste Aufnahme 20 für den Sender 2 bzw. den Empfänger 3 am Schienenfuß 72 der Schiene 70 angeordnet. Die erste Aufnahme 20 weist hierzu eine Schraubverbindung 22 mit einem ersten Halteteil 21 auf. Neben der Schraubverbindung 22 weist die erste Aufnahme 20 mit dem ersten Halteteil 21 eine Passung 40 auf, die aus einer Feder 42 der ersten Aufnahme 20 und einer Nut 41 des ersten Halteteils 21 besteht. Durch die Schraubverbindung 22 wird die Feder 42 in die Nut 41 gepresst, so dass an der Verbindungsstelle zwischen der ersten Aufnahme 20 und dem ersten Halteteil 21 eine formschlüssige Verbindung gewährleistet ist.In FIG. 2, the first receptacle 20 for the transmitter 2 or the receiver 3 is arranged on the rail foot 72 of the rail 70. For this purpose, the first receptacle 20 has a screw connection 22 with a first holding part 21. In addition to the screw connection 22, the first receptacle 20 with the first holding part 21 has a fit 40 which consists of a spring 42 of the first receptacle 20 and a groove 41 of the first holding part 21. The spring 42 is pressed into the groove 41 by the screw connection 22, so that a positive connection is ensured at the connection point between the first receptacle 20 and the first holding part 21.
Die erste Aufnahme 20 ist im wesentlichen L-förmig ausgebildet und weist einen ersten Schenkel 20.1 und einen zweiten Schenkel 20.2 auf. Zwischen dem zweiten Schenkel 20.2 und dem ersten Halteteil 21 ist die Passung 40 mit der Feder 42 und der Nut 41 vorgesehen. Die Feder 42 ist am zweiten Schenkel 20.2 der ersten Aufnahme 20 und die Nut 41 ist am ersten Halteteil 21 angeordnet. Durch die Passung 40 wird neben der Schraubverbindung 22 eine formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Aufnahme 20 und dem ersten Halteteil 21 gewährleistet .The first receptacle 20 is essentially L-shaped and has a first leg 20.1 and a second leg 20.2. The fit 40 with the spring 42 and the groove 41 is provided between the second leg 20.2 and the first holding part 21. The Spring 42 is on the second leg 20.2 of the first receptacle 20 and the groove 41 is arranged on the first holding part 21. In addition to the screw connection 22, the fit 40 ensures a positive connection between the first receptacle 20 and the first holding part 21.
Das Verbindungselement kann aus dem unter dem Schienenfuß platzierbaren Halteteil und einem an diesem höhenbeweglich angeordneten, aus zwei Schenkeln gebildeten Aufnahmeteil bestehen, wobei in den einen Schenkel mindestens zwei Schrauben einschraubbar sind, wobei die eine Schraube gegen das Bauteil oder den Schienenfuß anlegbar ist und das andere Schraubenteil eine feste Verbindung zwischen dem Halteteil und dem Bauteil oder der Schiene herstellt, wobei der zweite Schenkel gegen das Halteteil über mindestens eine Schraube pressbar ist.The connecting element can consist of the holding part which can be placed under the rail foot and a receiving part which is arranged on the rail and is made of two legs, wherein at least two screws can be screwed into one leg, one screw being able to be placed against the component or the rail foot and the other Screw part establishes a firm connection between the holding part and the component or the rail, the second leg being pressable against the holding part via at least one screw.
Der erste Schenkel 20.1 der ersten Aufnahme 20 weist ein als Bohrung ausgebildetes Halteelement 24 auf, das zur Aufnahme des Senders 2 bzw. des Empfängers 3 dient. Zur Fixierung des Senders 2 bzw. des Empfängers 3 ist ein nicht dargestelltes als Hutmutter ausgebildetes Festsetzelement vorgesehen, welches an der Stirnseite des Senders bzw. des Empfängers angeordnet ist. Die Schraubverbindung 22 ist durch den ersten Schenkel 20.1 geführt und greift in ein Gewinde 21.1 des ersten Halteteils 21 ein.The first leg 20.1 of the first receptacle 20 has a holding element 24 designed as a bore, which is used to hold the transmitter 2 or the receiver 3. To fix the transmitter 2 or the receiver 3, a fixing element (not shown) designed as a cap nut is provided, which is arranged on the front side of the transmitter or the receiver. The screw connection 22 is guided through the first leg 20.1 and engages in a thread 21.1 of the first holding part 21.
Neben der Schraubverbindung 22 und der Passung 40 ist ein Klemmelement 23 vorgesehen, das über ein Gewinde 23.1 auf den Schienenfuß 72 geführt wird. Das als Schraube ausgebildete Klemmelement 23 verspannt somit die erste Aufnahme 20 über das erste Halteteil 21 gegen den O 03/037695In addition to the screw connection 22 and the fit 40, a clamping element 23 is provided which is guided onto the rail foot 72 via a thread 23.1. The clamping element 23 designed as a screw thus braces the first receptacle 20 via the first holding part 21 against the O 03/037695
Schienenfuß 72. Durch die Passung 40 ist eine eindeutige Lage des zweiten Schenkels 20.2 gegenüber dem ersten Halteteil 21 gewährleistet. Durch die Vorspannkraft des Klemmelements 23 wird eine Biegekraft in den zweiten Schenkel 20.2 eingeleitet, die zu einer Verformung und damit zu einer Justierung des Halteelements 24 für den Sender 2 bzw. den Empfänger 3 führt.Rail foot 72. The fit 40 ensures a clear position of the second leg 20.2 relative to the first holding part 21. The pretensioning force of the clamping element 23 introduces a bending force into the second leg 20.2, which leads to a deformation and thus to an adjustment of the holding element 24 for the transmitter 2 or the receiver 3.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Schiene 70 weist das erste Halteteil 21 eine zweite Nut 41' auf, die zur Fixierung einer weiteren nicht dargestellten Aufnahme dient .On the opposite side of the rail 70, the first holding part 21 has a second groove 41 ', which is used to fix another receptacle, not shown.
Gemäß Figur 3 sind die erste Aufnahme 20 und das erste Halteteil 21 im Bereich des Schienenfußes 72 vorgesehen. Neben dem ersten Halteteil 21 ist ein zweites Halteteil 31 dargestellt, das zur Aufnahme der zweiten Aufnahme 30 für den Empfänger 3 dient. Zur Montage der ersten Aufnahme 20 bzw. der zweiten Aufnahme 30 ist eine Montagehilfe 51 vorgesehen. Die Montagehilfe 51 weist Justierelemente 52, 52' auf, die mit einer Justierfläche 50 des ersten Halteteils 21 und einer Justierfläche 50' des zweiten Halteteils 31 verbindbar sind. Die Justierelemente 52, 52' sind hierbei stiftförmig ausgebildet und greifen in die als Bohrung ausgebildeten Justierflächen 50 und 50' ein.According to FIG. 3, the first receptacle 20 and the first holding part 21 are provided in the region of the rail foot 72. In addition to the first holding part 21, a second holding part 31 is shown, which serves to receive the second receptacle 30 for the receiver 3. A mounting aid 51 is provided for mounting the first mounting 20 or the second mounting 30. The mounting aid 51 has adjustment elements 52, 52 'which can be connected to an adjustment surface 50 of the first holding part 21 and an adjustment surface 50' of the second holding part 31. The adjustment elements 52, 52 'are designed in the form of a pin and engage in the adjustment surfaces 50 and 50' designed as a bore.
Gemäß Figur 3 sind die Justierfläche 50 und die Justierfläche 50' auf der Unterseite des ersten Halteteils 21 bzw. des zweiten Halteteils 31 vorgesehen. Es ist auch möglich, die Justierflächen 50, 50' auf einer anderen Seitenfläche der Aufnahme 20 und/oder des Halteteils 21 vorzusehen. O 03/037695According to FIG. 3, the adjustment surface 50 and the adjustment surface 50 'are provided on the underside of the first holding part 21 and the second holding part 31, respectively. It is also possible to provide the adjustment surfaces 50, 50 'on another side surface of the receptacle 20 and / or the holding part 21. O 03/037695
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Das Prinzipschaubild gemäß Figur 4a zeigt eine Schiene 70 mit den beiden Schwellen 75, 75' sowie einem Sender 2 und einem Empfänger 3. Der Sender 2 und der Empfänger 3 sind über eine erste Aufnahme 20 bzw. eine zweite Aufnahme 30 an der Schiene 70 angeordnet. Bei der noch unbelasteten Schiene trifft der vom Sender 2 emittierte Messstrahl 4 etwa mittig auf den Empfänger 3 bzw. eine nicht dargestellte Empfängerfläche auf. Gemäß Figur 4b trifft der Messstrahl 4 an der Stelle El des Empfängers 3 auf, die den Nullpunkt darstellt. Es wird kein Messsignal generiert.The basic diagram according to FIG. 4a shows a rail 70 with the two sleepers 75, 75 'and a transmitter 2 and a receiver 3. The transmitter 2 and the receiver 3 are arranged on the rail 70 via a first holder 20 and a second holder 30, respectively , In the still unloaded rail, the measuring beam 4 emitted by the transmitter 2 strikes the receiver 3 or a receiver surface (not shown) approximately in the center. According to FIG. 4b, the measuring beam 4 strikes the point E1 of the receiver 3, which represents the zero point. No measurement signal is generated.
In Figur 4c kommt es aufgrund einer Belastung Fl zu einer Verformung der Schiene 70. Hierdurch werden der Sender 2 und der Empfänger 3 in ihrer relativen Lage entsprechend der Durchbiegung der Schiene 70 um einen Winkel adl zueinander verdreht. Der Messstrahl 4 trifft dann bei dem Empfänger 3 auf einer Stelle E2 auf, die einen Abstand dsl zum Punkt El aufweist. Hierdurch wird ein Messsignal generiert, das der Entfernung zwischen dem Punkt El und dem Punkt E2 auf dem Empfänger 3 bzw. einer Empfängerfläche 3.1 entspricht .In FIG. 4c, the rail 70 is deformed due to a load F1. As a result, the transmitter 2 and the receiver 3 are rotated relative to one another by an angle ad1 in accordance with the deflection of the rail 70. The measuring beam 4 then strikes the receiver 3 at a point E2 which is at a distance dsl from the point E1. In this way, a measurement signal is generated which corresponds to the distance between the point E1 and the point E2 on the receiver 3 or a receiver surface 3.1.
Der Abstand, der gemäß Figur 4d mit dsl bezeichnet ist, ist proportional zur Winkeländerung dal und damit proportional zur Kraftänderung dfl zwischen einer Ruhelage gemäß Figur 4a und dem Belastungszustand gemäß Figur 4c.The distance, which is denoted by dsl according to FIG. 4d, is proportional to the change in angle dal and thus proportional to the change in force dfl between a rest position according to FIG. 4a and the load state according to FIG. 4c.
Gemäß Figur 5 ist die Positionsänderung des Messstrahls 4 auf dem Empfänger 3 bzw. seiner Empfängerfläche 3.1 von El nach E2 dargestellt. Diese Positionsänderung generiert einen Messstrom II bzw. 12, der durch die Auswerteeinheit 60 in eine Messspannung Ul bzw. U2 transformiert wird. Die zur Verformung bzw. zum Krafteintrag proportionale Winkeländerung dal berechnet sich nach folgender Formel :According to FIG. 5, the change in position of the measuring beam 4 on the receiver 3 or its receiver surface 3.1 from E1 to E2 is shown. This change in position generates a measuring current II or 12, which is transformed by the evaluation unit 60 into a measuring voltage U1 or U2. The for deformation or Force input proportional angle change dal is calculated using the following formula:
Ul ~ Ul = Aa, = ASl = AFl U1 + U2 Ul ~ Ul = Aa, = AS l = AF l U 1 + U 2
Gemäß Figur 6 wird durch ein überfahrendes Rad 73 zum einen eine Normalkraft FQ generiert und zum anderen eine Querkraft Fγ, wobei Fγ sowohl rechtwinklig zu FQ als auch rechtwinklig zur Längsachse der Schiene 70 verläuft. Zur Erfassung beider Querkräfte FQ und Fγ sind zwei Sender- Empfänger-Einheiten 32, 32' mit jeweils einem Empfänger 3, 3' notwendig, die mit Bezug zur Schiene 70 an gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind. Demnach berechnen sich FQ und Fγ nach folgenden Formeln:According to FIG. 6, a driving force 73 generates a normal force F Q on the one hand and a transverse force F γ on the other hand, F γ running both at right angles to F Q and at right angles to the longitudinal axis of the rail 70. To detect both transverse forces F Q and F γ , two transmitter-receiver units 32, 32 ', each with a receiver 3, 3', are necessary, which are provided with respect to the rail 70 on opposite sides. Accordingly, F Q and F γ are calculated using the following formulas:
Aax + Aa2 Aa x + Aa 2
Fn F n
__, Aa, - Aa b =__, Aa, - Aa b =
Aax + Aa2 Aa x + Aa 2
In Figur 7 ist das Messsignal eines doppelten Belastungszyklus dargestellt. Vor Erreichen der Messstelle generiert die Radlast eine Entlastung der Schiene 70 im Bereich der Messstelle, da der benachbarte Schienenabschnitt belastet wird. Das Messsignal weist einen Signalabfall Ll auf. Mit Erreichen der Messstelle springt das Messsignal analog zur Belastung an der Messstelle auf ein erstes Maximum Ml an, das nach Durchlauf des ersten Rades wieder abfällt. Anschließend steigt das Messsignal mit Durchlauf des zweiten Rades wieder auf einen zweiten Maximalwert M2 an. Nach dem Durchlauf des zweiten Rades kommt es wiederum zu einem Signalabfall analog zur Anfahrt. In Figur 8 ist das schematisch von oben dargestellte Gleisbett mit einer Schwelle 75 und einem Paar Schienen 70, 70' dargestellt. Mit Bezug zur Fahrtrichtung des Zuges ist links von der Sender-Empfänger-Einheit 32 bzw. 32' ein digitaler oder analoger Detektionsschalter 80 vorgesehen, dem auf jeder Schienenseite sechs Sender- Empfänger-Einheiten 32 folgen. Die Sender-Empfänger- Einheiten 32 sind hierbei wechselweise auf der Innenseite und der Außenseite der Schiene 70 angeordnet. Diese können wahlweise auch nur auf der Innenseite oder nur auf der Außenseite angeordnet sein. Anschließend ist ein weiterer Detektionsschalter 81' vorgesehen. Mittels der Detektionsschalter 81, 81' können die Geschwindigkeit des Zuges, die Anzahl und die relative Position der Räder bestimmt und die Messstrecke aktiviert bzw. deaktiviert werden.FIG. 7 shows the measurement signal of a double load cycle. Before the measuring point is reached, the wheel load relieves the rail 70 in the region of the measuring point, since the adjacent rail section is loaded. The measurement signal has a signal drop L1. When the measuring point is reached, the measuring signal jumps to a first maximum Ml analogous to the load at the measuring point, which drops again after passing through the first wheel. The measurement signal then rises again to a second maximum value M2 as the second wheel passes. After passing through the second wheel, there is again a signal drop analogous to the approach. FIG. 8 shows the track bed shown schematically from above with a threshold 75 and a pair of rails 70, 70 '. With respect to the direction of travel of the train, a digital or analog detection switch 80 is provided to the left of the transmitter-receiver unit 32 or 32 ', followed by six transmitter-receiver units 32 on each side of the rail. The transmitter-receiver units 32 are alternately arranged on the inside and the outside of the rail 70. These can optionally be arranged only on the inside or only on the outside. A further detection switch 81 'is then provided. By means of the detection switches 81, 81 ', the speed of the train, the number and the relative position of the wheels can be determined and the measuring section can be activated or deactivated.
Der in Figur 9al dargestellte Messgraph G, der zwischen zwei Schwellen 75, 75' bzw. zwischen den Mitten der beiden Schwellen 75, 75' ermittelt wurde, wird gemäß Figur 9a2 in fünf spezifische Messpunkte unterteilt. Die spezifischen Messpunkte P3 bis P7 dienen der weiteren Signalverarbeitung bzw. Korrelation mit einem Korrekturgraphen gemäß Figur 9b2.The measurement graph G shown in FIG. 9 a, which was determined between two thresholds 75, 75 'or between the centers of the two thresholds 75, 75', is divided into five specific measurement points according to FIG. 9a2. The specific measuring points P3 to P7 are used for further signal processing or correlation with a correction graph according to FIG. 9b2.
Figur 9bl zeigt einen Messgraphen G mit einem ersten relativen Maximum Rl und einem zweiten relativen Maximum R2. Diese relativen Maxi a werden aufgrund einer Flachstelle des Rades und der damit erfolgenden Wechselbelastung der Schiene generiert. Die Flachstelle führt zu einem kurzzeitigen Abfall der Belastung und damit zu einem relativen Minimum F des Graphen G. Zur Erreichung eines unabhängigen Vergleichsgraphen bzw. Korrekturgraphen K wird aus allen ein gutes Rad darstellenden Graphen ein Korrekturgraph K ermittelt, der in Figur 9b2 dargestellt ist. Der Korrekturgraph K gleicht einem durchschnittlichen Belastungszyklus eines einwandfreien Rades pro Sensor und pro Zugüberfahrt und weist demnach weder relative Maxima noch relative Minima auf.FIG. 9 b1 shows a measurement graph G with a first relative maximum R1 and a second relative maximum R2. These relative maxi a are generated due to a flat spot on the wheel and the resulting alternating load on the rail. The flat point leads to a brief drop in the load and thus to a relative minimum F of the graph G. In order to achieve an independent comparison graph or correction graph K, a correction graph K is determined from all the graphs representing a good wheel, which is shown in FIG. 9b2. The correction graph K resembles an average load cycle of a perfect wheel per sensor and per train crossing and therefore has neither relative maxima nor relative minima.
In Figur 9cl ist die Reihe aller Korrekturgraphen Kl bis Kβ von sechs aufeinanderfolgenden Messstellen dargestellt. Die Messstellen decken hierbei ein Schienenteilstück von ca. 3,60 m ab. Diese Länge entspricht mindestens einem Radumfang. Die Messstrecken überlappen sich hierbei um jeweils 100 mm zu jeder Seite hin, so dass eine lückenlose Erfassung der Belastung über das gesamte Schienenstück gewährleistet ist. In Figur 9c2 sind die durch die Radbelastungszyklen generierten Normbelastungsgraphen Nl bis N6 für jede Messstelle 1 bis 6 dargestellt. Pro Normbelastungsgraph N ist hierbei etwa 1/6 des Radumfangs dargestellt. Die erste Hälfte des gemessenen Rades weist demnach eine Flachstelle F auf, der gemäß Figur 9bl ein Auftrag A folgt.FIG. 9cl shows the row of all correction graphs K 1 to K 6 from six successive measuring points. The measuring points cover a section of the rail of approx. 3.60 m. This length corresponds to at least one wheel circumference. The measuring sections overlap by 100 mm on each side, so that a seamless recording of the load over the entire rail section is guaranteed. FIG. 9c2 shows the standard load graphs Nl to N6 generated by the wheel load cycles for each measuring point 1 to 6. About 1/6 of the wheel circumference is shown for each standard load graph N. The first half of the measured wheel accordingly has a flat point F, which is followed by an order A according to FIG. 9b1.
In Figur 9d ist das Verhältnis von Normbelastungsgraph N zu Korrekturgraph K für einen Radumfang als Belastungsplateau dargestellt, das eine prozentuale Darstellung der Schienenbelastung mit Bezug zur Grundbelastung gewährleistet. Der Normbelastungsgraph N gemäß Figur 9e stellt hierbei den auf den mittleren Flächeninhalt normierten Mittelwert aller Messgraphen G einer Zugüberfahrt dar. Unregelmäßigkeiten des jeweiligen Rades bzw. des Messgraphen G bleiben dabei erhalten. Der Normbelastungsgraph N und der Kehrwert des Korrekturgraphen K werden hierbei gemäß Figur 9e überlagert und weisen einen gemeinsamen Spiegelwert S auf, mit Hilfe dessen das Verhältnis gemäß Figur 9d nach folgender Formel ermittelt wird:FIG. 9d shows the ratio of the standard load graph N to the correction graph K for a wheel circumference as a load plateau, which ensures a percentage representation of the rail load in relation to the base load. The standard load graph N according to FIG. 9e here represents the mean value of all measurement graphs G of a train crossing standardized to the average area. Irregularities of the respective wheel or of the measurement graph G are retained. The The standard load graph N and the reciprocal of the correction graph K are superimposed according to FIG. 9e and have a common mirror value S, with the aid of which the ratio according to FIG. 9d is determined using the following formula:
β=XX β = XX
J--4- KJ - 4- K
Gemäß Figur 9f lassen sich spezifische Radmängel pro Radumlauf anhand der generierten Messgraphen erkennen. Nach Figur 9el handelt es sich um eine Auftragung am Rad, die zunächst eine Überbelastung generiert. Bei dem Graph gemäß 9e2 handelt es sich um relativ hochfreguente, symmetrische Belastungsänderungen, die auf Polygone hinweisen. Figur 9e3 zeigt ein typisches Signal einer Unrundheit des Rades, die zu einem symmetrischen Graphen niederfrequenter Art führt. Figur 9e4 zeigt eine typische Flachstelle des Rades, die zunächst einen Belastungsabfall und nachfolgend eine Überbelastung generiert. According to FIG. 9f, specific wheel defects per wheel revolution can be recognized on the basis of the generated measurement graphs. According to FIG. 9el, the application is on the wheel, which initially generates an overload. The graph according to FIG. 9e2 is a relatively high-frequency, symmetrical load change that points to polygons. FIG. 9e3 shows a typical signal of a wheel out-of-roundness, which leads to a symmetrical graph of low frequency. FIG. 9e4 shows a typical flat spot on the wheel, which first generates a drop in load and subsequently an overload.
Bezugs zeichenlisteReference character list
1 Bauteil1 component
2 Sender2 transmitters
3 Empfänger 3' Empfänger3 receivers 3 'receivers
3.1 Empfängerfläche3.1 Receiver area
4 Messstrahl4 measuring beam
11 gegenüberliegende Seite11 opposite side
12 gegenüberliegende Seite 20 erste Aufnahme12 opposite side 20 first shot
20.1 erster Schenkel20.1 first leg
20.2 zweiter Schenkel20.2 second leg
21 erstes Halteteil 21.1 Gewinde21 first holding part 21.1 thread
22 Schraubverbindung22 screw connection
23 Klemmelement 23.1 Gewinde23 Clamping element 23.1 thread
24 Halteelement24 holding element
30 zweite Aufnahme30 second shot
31 zweites Halteteil31 second holding part
32 Sender-Empfänger-Einheit 32' Sender-Empfänger-Einheit32 transceiver unit 32 'transceiver unit
40 Passung40 fit
41 Nut 41' Nut41 groove 41 'groove
42 Feder42 spring
50 Justierfläche 50' Justierfläche50 adjustment surface 50 'adjustment surface
51 Montagehilfe51 Assembly aid
52 Justierelement 52' Justierelement Auswerteeinheit Schiene ' Schiene Schienenkopf Schienenfuß ' Schienenfuß Rad Schwelle, Lager ' Schwelle, Lager Detektionsschalter ' Detektionsschalter Detektionsschalter ' Detektionsschalter 52 adjusting element 52 'adjusting element Evaluation unit rail 'rail rail head rail foot' rail foot wheel threshold, bearing 'threshold, bearing detection switch' detection switch detection switch 'detection switch

Claims

Pa entanSprüchePa claims
Vorrichtung für einen Sender (2) und einen Empfänger (3) zum Erfassen verschiedener Verformungszustände eines Bauteils (1) , die unabhängig voneinander, mit Abstand zueinander über eine Aufnahme (20, 30) auf dem Bauteil (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) über eine erste Aufnahme (20) auf einem ersten Halteteil (21) und der Empfänger (3) über eine zweite Aufnahme (30) auf einem zweiten Halteteil (31) angeordnet sind, wobei die jeweilige Aufnahme (20, 30) und das jeweilige Halteteil (21, 31) ein oder mehrere Verbindungselemente oder eine oder mehrere Kiemmund Formschlussverbindungen oder eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung mit dem Bauteil (1) bilden. Device for a transmitter (2) and a receiver (3) for detecting different deformation states of a component (1), which are arranged independently of one another and at a distance from one another via a receptacle (20, 30) on the component (1), characterized in that that the transmitter (2) is arranged on a first holding part (21) via a first receptacle (20) and the receiver (3) is arranged on a second holding part (31) via a second receptacle, the respective receptacle (20, 30) and the respective holding part (21, 31) form one or more connecting elements or one or more gill mouth form-fit connections or an adhesive connection or a welded connection with the component (1).
Vorrichtung zum Erfassen verschiedener Verformungszustände einer Eisenbahnschiene (1) mit einem über ein Aufnahmemittel (20) auf der Eisenbahnschiene (1) angeordnetenDevice for detecting different deformation states of a railroad track (1) with one arranged on the railroad track (1) via a receiving means (20)
Verformungsaufnehmer (2) , dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsaufnehmer (2) unmittelbar am Schienenfuß (72) in Längsrichtung der Eisenbahnschiene angeordnet ist.Deformation sensor (2), characterized in that the deformation sensor (2) is arranged directly on the rail foot (72) in the longitudinal direction of the railroad track.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (20, 30) und das Halteteil (21, 31) eine korrespondierende Passung (40) aufweisen.3. Device according to claim 1, characterized in that the receptacle (20, 30) and the holding part (21, 31) have a corresponding fit (40).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passung (40) als Feder- Nut-Verbindung und/oder als Passstift ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that the fit (40) is designed as a tongue and groove connection and / or as a dowel pin.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (20, 30) als Pratze ausgebildet und mittels einer Stift- und/oder Schraubverbindung (22) mit dem Halteteil (21, 31) verbunden ist. 5. Device according to one of claims 1, 3 or 4, characterized in that the receptacle (20, 30) is designed as a claw and is connected to the holding part (21, 31) by means of a pin and / or screw connection (22).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die6. Device according to one of claims 1, 3, 4 or 5, characterized in that the
Aufnahme (20, 30) und/oder das Halteteil (21) ein Klemmelement (23) aufweist, das mit dem Bauteil (1) in Wirkverbindung steht.Recording (20, 30) and / or the holding part (21) has a clamping element (23) which is in operative connection with the component (1).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das7. Device according to one of claims 1, 3 to 5 or 6, characterized in that the
Klemmelement (23) als Bolzen, Schraube und/oder Nocke ausgebildet ist.Clamping element (23) is designed as a bolt, screw and / or cam.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieDevice according to one of claims 1, 3 to 6 or 7, characterized in that the
Aufnahme (20, 30) ein Halteelement (24) für den Sender (2) und/oder den Empfänger (3) aufweist.Recording (20, 30) has a holding element (24) for the transmitter (2) and / or the receiver (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dasDevice according to one of claims 1, 3 to 7 or 8, characterized in that the
Halteelement (24) als Bohrung ausgebildet ist und ein als Hutmutter ausgebildetes Festsetzelement für den Sender (2) und/oder den Empfänger (3) aufweist . Holding element (24) is designed as a bore and has a fixing element designed as a cap nut for the transmitter (2) and / or the receiver (3).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme (20) für den Sender (2) und die zweite Aufnahme (30) für den Empfänger (3) mindestens eine korrespondierende, über eine Montagehilfe (51) in Verbindung bringbare Justierfläche (50) aufweist.10. Device according to one of claims 1, 3 to 8 or 9, characterized in that the first receptacle (20) for the transmitter (2) and the second receptacle (30) for the receiver (3) has at least one corresponding one Mounting aid (51) has adjustable adjustment surface (50).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die11. The device according to one of claims 1, 3 to 9 or 10, characterized in that the
Justierfläche (50) als Nut, Bohrung und/oder als Fase ausgebildet ist, wobei die Montagehilfe (51) mit der Justierfläche (50) korrespondierende Justierelemente (52) aufweist.Adjustment surface (50) is designed as a groove, bore and / or bevel, the mounting aid (51) having adjustment elements (52) corresponding to the adjustment surface (50).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messbereich des Bauteils (1) mehrere Aufnahmen (20, 30) vorgesehen sind, wobei die Empfänger (3) über eine Auswerteeinheit (60) in Wirkverbindung stehen. 12. Device according to one of claims 1, 3 to 10 or 11, characterized in that a plurality of receptacles (20, 30) are provided in a measuring area of the component (1), the receiver (3) via an evaluation unit (60) in Active connection.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere an gegenüberliegenden Seiten (11, 12) des Bauteils (1) angeordnete Sender (2) -Empfänger (3)- Paare vorgesehen sind.13. Device according to one of claims 1, 3 to 11 or 12, characterized in that a plurality of transmitters (2) -receivers (3) - pairs are provided on opposite sides (11, 12) of the component (1).
14. Verfahren zum Messen der Verformung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:14. A method for measuring the deformation of a component according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps:
a) ein vom Empfänger (3) generierter Messstrom wird innerhalb der Auswerteeinheit (60) in eine Messspannung transformiert,a) a measurement current generated by the receiver (3) is transformed into a measurement voltage within the evaluation unit (60),
b) die der Spannungsänderung zu Grunde liegende Winkeländerung zwischen Sender (2) und Empfänger (3) wird nach folgender Formel ermittelt :b) the change in angle on which the voltage change is based between transmitter (2) and receiver (3) is determined using the following formula:
-1 -= Δα,- 1 - = Δα,
Ux + U2 U x + U 2
die der Verformung des Bauteils zu Grunde liegenden Belastungskräfte FQ, Fγ rechtwinklig zur Längsrichtung des Bauteils werden nach folgender Formel ermittelt:The load forces F Q , F γ on which the deformation of the component is based, perpendicular to the longitudinal direction of the component, are determined using the following formula:
A x + A 2 FQ = ~ 2A x + A 2 F Q = ~ 2
Aax - A 2 Aa x - A 2
FY F Y
Aax + Aa2 wobei FQ die Kraft in Richtung der Lotrechten und Fγ die Kraft rechtwinklig dazu ist und l r α2 die Winkeländerung von mindestens zwei verschiedenen Sender (2 ) -Empfänger (3) -Paaren ist, die mit Bezug zur Y-Richtung am Bauteil (1) einseitig und/oder gegenüberliegend angeordnet sind.Aa x + Aa 2 where F Q is the force in the direction of the perpendicular and F γ is the force perpendicular to it and lr α 2 is the change in angle of at least two different transmitter (2) -receiver (3) pairs, which are related to the Y direction on the component ( 1) are arranged on one side and / or opposite.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:15. The method according to claim 14, characterized by the following method steps:
a) die Verformung ΔX des Bauteils ist proportional zur erfassten Winkeländerung Δ und wird in Abhängigkeit der Bauteillänge L erfasst,a) the deformation ΔX of the component is proportional to the detected change in angle Δ and is recorded as a function of the component length L,
b) der Flächeninhalt eines so ermittelten Verformungsgraphen „X über L" wird durch eine Mittelwertbildung ΔX' aller einem Belastungszyklus zu Grunde liegenden Verformungsgraphen normiert,b) the area of a deformation graph “X over L” determined in this way is normalized by averaging ΔX 'of all the deformation graphs on which a load cycle is based,
c) das Verhältnis von der Verformung ΔX zur normierten Verformung ΔX' wird errechnet. c) the ratio of the deformation ΔX to the normalized deformation ΔX 'is calculated.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement aus dem unter dem Schienenfuß (72) platzierbaren Halteteil (21) und einem an diesem höhenbeweglich angeordneten, aus zwei Schenkeln (20.1, 20.2) gebildeten Aufnahmeteil (20) besteht, wobei in den einen Schenkel mindestens zwei Schrauben (22, 23) einschraubbar sind, wobei die eine Schraube (23) gegen das Bauteil (1) oder den Schienenfuß (72) anlegbar ist und das andere Schraubenteil (22) eine feste Verbindung zwischen dem Halteteil (21) und dem Bauteil (1) oder der Schiene (70) herstellt, wobei der zweite Schenkel (20.2) gegen das Halteteil (21) über mindestens eine Schraube (22) pressbar ist. 6. The device according to claim 1, characterized in that the connecting element consists of the holding part (21) which can be placed under the rail foot (72) and a receiving part (20) which is arranged to be vertically movable on the latter and consists of two legs (20.1, 20.2) at least two screws (22, 23) can be screwed in, one screw (23) against the component (1) or the rail foot (72) and the other screw part (22) a fixed connection between the holding part (21 ) and the component (1) or the rail (70), wherein the second leg (20.2) can be pressed against the holding part (21) by means of at least one screw (22).
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