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Dokumentenidentifikation DE102005023310B4 19.07.2007
Titel Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung von Radaufstandskräften und Massen von Gleisfahrzeugen
Anmelder AGG Anlagen- und Gerätebau GmbH, 14480 Potsdam, DE
Erfinder Bastian, Rainer, 14822 Borkheide, DE;
Rottner, Franz von Paul, 67551 Worms, DE
Vertreter Nern, P., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 10178 Berlin
DE-Anmeldedatum 13.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005023310
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung der Radaufstandskräfte von Gleisfahrzeugen, wobei mittels mehrerer Vorrichtungen dieser Art außerdem Achslasten oder die Masse von Gleisfahrzeugen bestimmt werden können.

Aus unterschiedlichsten Gründen ist es erforderlich, die Radaufstandskräfte oder die Masse von Schienenfahrzeugen zu bestimmen. Dies ist zum Beispiel bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge, aber unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten auch bei im Betrieb befindlichen Fahrzeugen erforderlich. So werden zum Beispiel entsprechende Messungen im Zusammenhang mit Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten durchgeführt und die dabei ermittelten Werte werden in zu den Fahrzeugen geführten Akten regelmäßig dokumentiert. Zudem ist es sowohl aus Gründen der Sicherheit, als auch zur Vermeidung eines erhöhten Verschleißes der Gleisanlagen erforderlich, eine Überladung der Fahrzeuge auszuschließen und daher deren Masse zu kontrollieren. Im Zusammenhang mit diesen Mess- und Prüfaufgaben ist ein Bedarf an gattungsgemäßen Einrichtungen entstanden, die neben einer hohen Genauigkeit eine einfache Handhabung aufweisen und flexibel einsetzbar sind. Insbesondere der letztgenannte Punkt hat dabei verstärkt zur Entwicklung mobiler Vorrichtungen geführt.

Eine solche mobil einsetzbare Vorrichtung ist beispielsweise durch die DE 102 29 512 B4 bekannt geworden. Die in der Druckschrift beschriebene Messeinrichtung zur Erfassung von Radlasten ist derart ausgebildet, dass jeweils zwei Messstellen zwischen den einander gegenüberliegenden Schienen eines Gleises miteinander verspannt werden. Jede der Messstellen weist eine vom Gleisfahrzeug zu überfahrende Messbrücke auf, in welcher eine in der Art eines Scherstabs ausgebildete Messzelle angeordnet ist. Die erfassten Messwerte stehen als analoge Werte an einem aus jeder der Messstellen herausgeführten Kontaktmittel zur Verfügung und können hier abgenommen sowie weiterverarbeitet werden. Bei der genannten Messeinrichtung ist es als nachteilig anzusehen, dass das Fahrzeug zum Erhalt exakter Messwerte mit den hinsichtlich ihrer Aufstandskräfte zu messenden Rädern sehr exakt auf der Messbrücke positioniert werden muss. Dabei wird die Positionierung durch die begrenzte Länge der Messbrücke erschwert. Andererseits liegt diese Länge fest und kann auch bei der Umsetzung des Messprinzips aus konstruktiven Gründen nur bedingt vergrößert werden. Darüber hinaus handelt es sich aus elektronischer Sicht im Hinblick auf die geforderte Genauigkeit der Messwerte um ein auch auf äußere Einflüsse sehr sensibel reagierendes System, wobei es erforderlich ist, die Messzellen und die nach außen geführten Steckverbinder und Kabel im Zuge eines Kalibriervorganges aufeinander abzustimmen. Dies hat aber auch die Konsequenz, dass im Falle eines Defekts nur eines der Elemente jeweils die gesamte Messstelle mit dem Zubehör ausgewechselt werden muss. Sofern im rauen Arbeitseinsatz beispielsweise ein Steckverbinder defekt ist oder ein Kabel gequetscht wird, macht dies auch den Austausch der Messzelle beziehungsweise eine Erneuerung der entsprechenden Elemente sowie eine Neukalibrierung des Systems erforderlich. Weiterhin haben Umgebungseinflüsse, wie elektrische Felder, einen erheblichen Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Die vorgenannten Nachteile weist auch die durch die WO 01/18505 A1 beschriebene Messeinrichtung auf. Bei dem in der Druckschrift beschriebenen System handelt es sich, ebenso wie bei der Messeinrichtung der zuvor genannten Druckschrift, um ein mobiles System, welches mit zwei, gegeneinander verspannten Messstellen arbeitet. Zur zuverlässigen Fixierung der Messstellen werden diese mittels zweier sich im Zwischenraum zwischen den Schienen erstreckenden Streben verspannt. Auch dieses System ermöglicht somit nur einen paarweisen Einsatz der entsprechenden Messstellen, und zwar auch dann, wenn eventuell im Einzelfalle nur Aussagen zu den Aufstandskräften eines Rades von Interesse sind.

Bei beiden zuvor beschriebenen Lösungen sind die Messzellen in der von dem zu vermessenden Fahrzeug befahrenen Messbrücke angeordnet, bei welcher es sich insoweit um eine aktive Messbrücke handelt. Dabei ruhen die Messzellen, abgestützt über ein Trägerelement, auf dem Schienensteg je einer Schiene, wobei zwei dieser Trägerelemente in einem Gleis gegeneinander verspannt sind. Hierbei ist, beispielsweise dadurch, dass die beiden Schienen eines Gleises nicht exakt in einer horizontalen Ebene verlaufen, die Gefahr gegeben, dass die Trägerelemente gegeneinander verwunden beziehungsweise die Messzellen gegeneinander verdreht und so die Radaufstandkräfte eine Fahrzeugs nicht völlig querkraftneutral auf die Messzellen geführt werden. Dadurch ergeben sich Messfehler, da die Messzellen nur bei waagerechter Auflage und Beaufschlagung mit einer ausschließlich senkrecht wirkenden Kraft exakte Messwerte liefern. Zudem können sich die bei beiden Lösungen zwingend erforderlichen Verstrebungen zwischen den Messstellen im Werkstattbetrieb, bei dem das Fahrzeug eine Grube überfährt, als hinderlich für einen sich in der Grube befindenden Mechaniker erweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung der Radaufstandskräfte von Gleisfahrzeugen zu schaffen, welche eine sehr hohe Messgenauigkeit aufweisen und gegenüber äußeren Einflüssen unempfindlich sein soll. Die Vorrichtung soll zudem einfach an den Gleisanlagen zu montieren sein.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Bei der zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung der Radaufstandskräfte von Gleisfahrzeugen handelt es sich um eine mobile Messstelle. Diese ist, in an sich bekannter Weise, mit Mitteln zur Befestigung an einer Schiene und mit Mitteln zur elektrischen Verbindung mit peripheren Einheiten ausgestattet. Die Erfassung der Kräfte erfolgt, wie ebenfalls bereits bekannt mittels auf einem Scherstab angeordneter und in eine Wheatstonesche Messbrücke einbezogener Messzellen mit Dehnungsmessstreifen. In erfindungswesentlicher Weise ist jedoch der von einem zu vermessenden Gleisfahrzeug befahrene Abschnitt der Messstelle nicht als aktive Messbrücke ausgestaltet, sondern als ein passives Kraftübertragungselement ausgebildet. Die Messstelle besteht dazu erfindungsgemäß aus zwei direkt auf dem Schienenfuß abgesetzten, als metallische Verformungskörper ausgebildeten Messblöcken, zwischen denen ein kammerförmiger Verbindungsträger, mit einer Messelektronik und, parallel zu letzterem, das passive Kraftübertragungselement angeordnet sind. In jedem der Messblöcke ist eine Messkammer ausgebildet, in welcher mindestens eine Messzelle angeordnet ist. Das passive Kraftübertragungselement ruht beidseits auf mindestens je einer aus jeder der Messkammern herausragenden Scherstabnase einer Messzelle. Weiterhin besteht ein wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen mobilen Messstelle darin, dass die von dem Verbindungsträger aufgenommene Messelektronik Schaltungseinheiten zur Mittelung der von den Messzellen gelieferten Messsignale sowie zur Digitalisierung des hieraus resultierenden Messwertes aufweist. Die Messblöcke werden durch den zwischen ihnen angeordneten Verbindungsträger, respektive die Elektronikkammer, in ihrer Position in x-Richtung, also in Richtung des Schienenverlaufs gegen Verschiebungen fixiert. Durch die Verwendung von Elektronikkammern und Kraftübertragungselementen mit unterschiedlichen Außenmaßen, respektive mit verschiedenen Längen, ist es möglich, die Messstelle ohne Veränderung der Messkammern entsprechend der jeweils zu erfüllenden Aufgabe hinsichtlich ihrer Längserstreckung entlang der Schiene unterschiedlich, das heißt, variabel auszubilden. Dadurch, dass beide Messblöcke der erfindungsgemäßen Messstelle jeweils direkt auf dem Schienenfuß abgesetzt werden, ist zudem eine weitgehend querkraftfreie Messung möglich, wodurch Messfehler reduziert werden. Durch die bereits innerhalb der Messstelle erfolgende Digitalisierung der Messwerte wird gegenüber den bisher bekannten, analog arbeitenden Lösungen eine weitere Verringerung von Messfehlern erreicht. Dabei erfolgt die eigentliche Messwerterfassung im Innern der die Messblöcke ausbildenden metallischen Verformungskörper und somit quasi in einem Faradayschem Käfig. Danach werden die Messwerte in der ebenfalls als Faradayscher Käfig wirkenden Elektronikkammer digitalisiert und werden schließlich bei ihrer Übertragung an periphere Einheiten, wie Displays oder weiterverarbeitende Einheiten, als digitale Werte durch eventuell vorhandene elektromagnetische Felder nicht beeinflusst. Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Vorrichtung umfasst die in dem Verbindungsträger angeordnete Messelektronik einen Mikrokontroller mit einem Prozessor, Speichermitteln und einer in den Speichermitteln hinterlegten sowie vom Prozessor verarbeitbaren Software, wobei den Speichermitteln über die externen Anschlüsse der in die Messstelle integrierten Messelektronik mittels peripherer Einheiten (wie beispielsweise einer Tastatur) Kalibrierdaten zuführbar sind. Die Erfindung ist dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die digitalisierten und durch den Mikrokontroller der Messelektronik verarbeiteten Messsignale hinsichtlich der Dimension und der Nachkommastellen als konfektionierte Messwerte abgreifbar sind.

Entsprechend einer weiteren besonders vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt die Messelektronik über eine Schnittstelle zur Ankopplung an einen Datenbus. Vorzugsweise ist die Schnittstelle als Schnittstelle zum CAN-Bus ausgebildet. Denkbar ist aber auch eine Ausbildung zur Ankopplung an ein TCP/IP-basiertes Netzwerk.

Zwar ist die Positionierung des Rades eines Gleisfahrzeugs auf dem Kraftübertragungselement bei der vorgeschlagenen Vorrichtung dadurch, dass beidseits des passiven Kraftübertragungselements je ein Messblock mit wenigstens einer Messzelle angeordnet ist und der Messwert durch eine Mittelung der Signale aller Messzellen ermittelt wird, vergleichsweise unproblematisch. Jedenfalls muss aber das Rad zwischen den Messblöcken positioniert werden, das heißt unproblematisch ist nur die genaue Position zwischen den Messblöcken. Auf der anderen Seite ragen die Aufbauten der Gleisfahrzeuge, beispielsweise der Wagenkasten eines Wagons, jedoch in der Regel seitlich deutlich über die Schiene hinaus, so dass es selbst bei Einweisung durch neben dem Gleis stehendes Personal nicht ganz einfach ist, ein Rad, dessen Aufstandskräfte bestimmt werden sollen, zwischen den Messblöcken zu positionieren. Daher umfasst die Messelektronik bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine elektronische Radpositioniereinheit.

Die Messstelle ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Messblöcke mit den Messkammern und den darin angeordneten Messzellen sich beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung jeweils über einen Schienenstegadapter und einen Schienenfußadapter an der Schiene abstützen. Vorteilhafterweise sind dabei zur Befestigung der Messstelle an den Messblöcken Klemmeinrichtungen ausgebildet, mittels welcher die Vorrichtung an einer Trägerunterkonstruktion der Schiene befestigt werden kann. An den Klemmeinrichtungen sind außerdem vorzugsweise Mittel zur Höhenverstellung des durch sie gehaltenen Messblocks vorgesehen. Soweit eine entsprechende Trägerunterkonstruktion nicht vorhanden ist, kommt aber auch eine Verklemmung der Messstelle im Gleis in Betracht.

Bei dem Verbindungsträger, welcher die Messelektronik aufnimmt, handelt es sich vorzugsweise um eine verwindungssteife metallische Kammer. Das Kraftübertragungselement ist ebenfalls als ein Metallelement ausgebildet, welches jedoch nicht kammerartig, sondern massiv gestaltet ist. Auf seiner Oberseite, also an der Oberfläche, welche sich beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung im Bereich des Schienenkopfes befindet, weist das Kraftübertragungselement eine Aufstandfläche für mindestens ein Rad eines Gleisfahrzeugs auf. Diese Aufstandfläche ist gemäß einer praxisgerechten Umsetzung der Erfindung von einer Verschleißbahn bedeckt, welche über eine an mindestens einer Seite angeordnete Auffahrtrampe befahrbar ist. Dabei ist die Höhe des Kraftübertragungselements über die Materialstärke der Verschleißbahn sowie der Auffahrtrampe an die örtlichen Gegebenheiten anpassbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit anderen, vorzugsweise baugleichen mobilen Messstellen zu Messsystem kombiniert werden, mittels welcher Achslasten oder Massen von Gleisfahrzeugen bestimmbar sind.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen nochmals erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: Eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise Messstelle in einer Draufsicht

2: Die Messstelle gemäß 1 in der Ansicht von der Schienenseite

3: Den Ausschnitt einer gegenüber den 1 und 2 etwas modifizierten Ausführungsform in einer Ansicht von der Schienenseite

46: Die Ausführungsform gemäß 3 in verschiedenen Schnittdarstellungen

7: Einen Messblock mit der Messkammer in einem parallel zur Schiene geführten Schnitt

8: Die an einer Schiene montierte erfindungsgemäße Vorrichtung

9: Ein unter Einsatz der erfindungsgemäßen Messstelle realisiertes Messsystem

Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht. Die Messstelle besteht aus zwei, die Messkammern 2, 2' beziehungsweise Applikationskammern aufnehmenden Messblöcken 1, 1', einem die Messblöcke 1, 1' miteinander verbindenden und zur Krafteinleitung in die Messzellen 6, 6' dienenden Kraftübertragungselement 4 und aus der parallel dazu angeordneten, den Verbindungsträger 3 ausbildenden Elektronikbox. In jedem der als Verformungselement ausgebildeten Messblöcke 1, 1' ist eine Messkammer 2, 2' vorgesehen, in welcher ein Scherstab 5, 5' mit einer Messzelle 6, 6' in Form einer Applikationskammer mit einer Dehnungsmessstreifenapplikation (DMS) angeordnet ist. Die durch das Rad eines auf der Messstelle positionierten Gleisfahrzeugs verursachte Aufstandskraft wird über das die Messblöcke 1, 1' miteinander verbindende Kraftübertragungselement 4 auf die in den Messkammern 2, 2' angeordneten Scherstäbe 5, 5' und somit auf die Messzellen 6, 6' übertragen. Durch die parallel zu dem Kraftübertragungselement 4 angeordnete, verbindungssteife Elektronikkammer 3 werden die Messblöcke 1, 1' in ihrer Position zueinander, also in der Verlaufsrichtung der Schiene 21, positioniert. Es wird ersichtlich, dass die Art des Aufbaus, mit den in den Messblöcken 1, 1' angeordneten Messkammern 2, 2', in vorteilhafter Weise eine variable Beabstandung der Messblöcke 1, 1' beziehungsweise eine, bezogen auf die Schienenrichtung, variable axiale Ausdehnung der Messstelle ermöglicht. Hierzu müssen lediglich das Kraftübertragungselement 4 und das Gehäuse der Elektronikkammer 3 in unterschiedlichen Längen ausgebildet werden. Die eigentlichen Messwertaufnehmer, also die Scherstäbe 5, 5' mit den daran in den Applikationskammern 6, 6' befestigten Dehnungsmessstreifen, können, anders als bei den Lösungen des Standes der Technik, unabhängig davon völlig unverändert bleiben. Zudem werden die Messblöcke 1, 1' voneinander unabhängig an der Schiene 21 montiert. Die Gefahr einer Verwindung der Messblöcke 1, 1' und einer daraus resultierenden Verkantung der Messzellen 6, 6' ist dadurch, anders als bei den Lösungen des Standes der Technik, nicht gegeben. Zur Handhabung der Messstelle sind seitlich an den Messblöcken Tragegriffe 27, 27' vorgesehen.

Im Inneren des Verbindungsträgers 3 befindet sich die Messelektronik. Diese umfasst zumindest einen A/D Wandler und verfügt vorzugsweise über RAM- und ROM-Speichermittel zur Aufnahme der Kalibrierparameter sowie der Messdaten- und einer Kommunikationssoftware. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt ein ebenfalls zur Messelektronik gehörender Messstellenprozessor hinsichtlich der Dimension und den Nachkommastellen konfigurierte Messwerte und stellt diese an einem Daten-BUS-Port 11 zur Verfügung.

Die 2 zeigt die vorstehend erläuterte Ausführungsform nochmals in einer Darstellung mit Blick von der Schienenseite, das heißt also, mit Blick auf die Seitenflächen der Messstelle, welche bei ihrem Gebrauch dem Schienensteg 23 zugewandt sind beziehungsweise teilweise an diesem anliegen. Zu erkennen sind wiederum die beiden Messblöcke 1, 1' mit daran angeordneten Elementen 14, 15, 16 zur Befestigung an der Schiene 21 und das die Messblöcke 1, 1' verbindende Kraftübertragungselement 4. Auf der Oberseite des Kraftübertragungselements 4 ist eine abnehmbare Verschleißbahn 12 angeordnet. Unter Ausbildung einer Auffahrtrampe 13, 13' zu dieser Verschleißbahn 12 sind auf den Messblöcken eine Anfahrts- und eine Abfahrtsschiene angeordnet, welche ebenfalls als Verschleißteile ausgelegt sind.

In der 3 ist der Ausschnitt einer gegenüber der Ausbildungsform gemäß der 1 und 2 etwas modifizierten Gestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise Messstelle, ebenfalls in der Schienenansicht, dargestellt. Die Zeichnung zeigt dabei einen der Messblöcke 1 und einen Teil des Kraftübertragungselements 4. Abweichend gegenüber der Ausbildungsform nach den 1 und 2 erstreckt sich bei dieser Ausbildungsform der Messblock 1 im Bereich des Schienenfußadapters 10 bis unterhalb des Kraftübertragungselements 4. Zur Verdeutlichung der zwischen dem Messblock 1 und dem Kraftübertragungselement 4 bestehenden Wirkverbindung ist in der Darstellung in deren Berührungsbereich ein Ausbruch gemacht worden. Das Kraftübertragungselement 4 liegt, wie erkennbar, auf einer sich in eine Ausfräsung 26 des Kraftübertragungselements 4 hinein erstreckenden Scherstabnase 7 des in der Messkammer 2 des Messblocks 1 angeordneten Scherstabs 5 auf und ist im Bereich seines Aufliegens auf der Scherstabnase 7 mittels einer Fixierschraube 8 lose fixiert. Die 4 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen der Ausführungsform nach der 3 mit Schnitten in unterschiedlichen Schnittebenen.

Die 4 zeigt die Ausbildungsform gemäß 3 in einem Schnitt entlang der Linie A-A. Zu erkennen sind das Profil des Kraftübertragungselements 4, die in dieses hinein ragende Scherstabnase 7 und der sich bis unter das Kraftüberfragungselement 4 erstreckende, den Schienenfußadapter 10 ausbildende Teil des Messblocks 1. Das Kraftübertragungselement 4 ist als ein stabförmiges Bauteil ausgebildet. An seinen Stirnseiten sind U-förmige Vertiefungen 26 ausgefräst. Die Scherstabnase 7 beziehungsweise Scherstabnasen der Messzelle 6, 6' greifen in diese Vertiefungen und das Kraftübertragungselement 4 ist, wie bereits zur 3 erläutert, mittels jeweils mindestens einer Fixierschraube 8 auf den Scherstabnasen 7 lose fixiert.

In der 5 ist das an sich bekannte Prinzip der durch einen Scherstab 5, 5' realisierten Wägezelle nochmals zu erkennen. Die Abbildung zeigt die Ausbildungsform gemäß 3 in einem Schnitt entlang der Linie B-B. Zu erkennen sind der eigentliche Messblock 1 mit dem in der Messkammer 2 angeordneten Scherstab 5, ein an seiner Vorderseite befestigter Schienenstegadapter 9 und eine auf der Rückseite des Messblocks 1 befestigte Führungsplatte, mittels welcher, wie noch in den Ausführungen zur 8 zu erläutern sein wird, der Messblock 1 im Zusammenspiel mit weiteren Funktionselementen an der Schiene 21 befestigt wird. In den Ausnehmungen des Scherstabs, welche die eigentlichen Applikationskammern 6, 6' ausbilden, sind, in an sich bekannter Weise, hier im Detail nicht dargestellte Dehnungsmessstreifen angeordnet. Diese sind zur Ermittlung einer mit der eingetragenen Last korrespondierenden Widerstandsänderung, in ebenfalls bekannter Weise, als Bestandteil einer Brückenschaltung verschaltet. Beide Messblöcke 1, 1' einer Messstelle weisen den gleichen, in den 3 bis 6 dargestellten Aufbau auf. Die in den beiden Meesblöcken 1, 1' gewonnenen Messsignale in Form von Widerstandsänderungen bei Krafteintrag werden in der zwischen den Messblöcken 1, 1' angeordneten Elektronikkammer 3 als Summensignal zusammengeführt und nach einer Mittelwertbildung und einer Digitalisierung durch einen Mikrokontroller ausgewertet. Die dazu erforderliche Elektronik, also der A/D-Wandler, der Mikrokontroller, Speichereinheiten und die zugehörige Außenbeschaltung, sind in der Elektronikkammer, nämlich dem kammerförmigen Verbindungsträger 3 angeordnet. Durch die genannten elektronischen Einheiten erfolgt die Verarbeitung des Messsignals und dessen Konfektionierung. Dabei sind in den Speichereinheiten Kalibrierungsdaten hinterlegt, mit denen die Messstelle für den Zustand der Lastfreiheit auf den Wert 0 und auf eine maximal zulässige Last kalibriert wurde. Die Aufbereitung des Messsignals und seine Konfektionierung umfassen die Festlegung der Nachkommastellen und die Zuordnung einer Dimension beziehungsweise Maßeinheit zum Messwert. Die zum Absetzen und Befestigen der Messkammer 1 beziehungsweise der Messzelle 6 am Schienenfuß 22 und am Schienensteg 23 dienenden Adapter 10, 9 sind, wie auch aus der 6 erkennbar, unter Ausbildung des Messblocks 1 über Schrauben an der Messkammer 2 befestigt. Sie können somit im Falle eines Verschleißes problemlos ausgewechselt werden.

Die 6 zeigt die Ausbildungsform gemäß 3 in einem Schnitt entlang der Linie C-C.

Die Messzelle beziehungsweise Messkammer 2, 2' mit dem darin angeordneten Scherstab 5, 5' mit der Applikationskammer 6, 6' zur Aufnahme der Dehnungsmessstreifenapplikation ist in der 7 nochmals in einem Längsschnitt dargestellt, also in einem Schnitt, der parallel zu einer Schiene 21 geführt ist, an welcher die Vorrichtung für den funktionsgemäßen Gebrauch montiert ist. Die in der 7 gezeigte Ausbildungsform ist gegenüber der in der 3 lediglich insoweit geringfügig modifiziert, als die Schrauben zur Befestigung des Schienenstegadapters 9 etwas anders angeordnet sind. Die funktionsrelevanten Teile entsprechen in ihrer Ausbildung denen der Ausbildungsform gemäß 3. Zu erkennen sind der Messblock 1 und die Messkammer 2 mit der am Scherstab 5 angeordneten Messzelle 6, wobei der Scherstab im Grunde ein Teil der Messzelle 6 ist, welche im engeren Sinne durch die Applikationskammer (am Scherstab 5 vorgesehene Ausnehmung) mit dem darin angeordneten, hier im Detail nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Die Scherstabnase 7 ist durch einen entsprechenden Materialabtrag, welcher vorzugsweise durch Fräsen realisiert wurde, um ca. 5 mm zurückgesetzt. An der Oberseite des Scherstabs 5 ist die Aufnahmefläche für das Kraftübertragungselement 4 ausgebildet. Daran schließt sich ein Absatz an, auf welchem das Kraftübertragungselement 4, wie zu den vorstehenden Figuren bereits erläutert, mittels wenigstens einer Fixierschraube 8 befestigt wird.

In der 8 ist gezeigt, wie die erfindungsgemäße Messstelle an einer Schiene 21 befestigt wird. Die Befestigung erfolgt beidseits von Elektronikkammer 3 und Kraftübertragungselement 4 im Bereich der beiden Messblöcke 1, 1'. Diese werden dazu über den Schienenfußadapter 10 auf dem Schienenfuß 22 abgesetzt und über den Schienenstegadapter 9 an den Schienensteg 23 angelegt. Jeder der Verformungskörper 1, 1' besitzt zu diesem Zweck an seiner Unterseite eine rechteckige streifenförmige Erhöhung (Schienenfußadapter 10) zur Auflage auf der Oberseite des Schienenfußes 22. Diese flächigen Erhöhungen gewährleisten eine gleichmäßige Auflage auf dem Schienenfuß 22 und ein sicheres Ableiten der Kräfte in den Schienenfuß 22. An der Forderseite (in Richtung Schienensteg) jedes Verformungskörpers 1, 1 befindet sich eine trennbare Platte zur Realisierung unterschiedlicher Abstände vom Schienensteg 23, welche den Schienenstegadapter 9 ausbildet. Mittels einer höhenverstellbaren Klemmstelle 17 erfolgt die höhenmäßige Anpassung der Anordnung. Die Befestigung erfolgt schließlich mittels einer Halteklaue 14 mit der Anpressbacke 15 und einer Zugschraube 16. Die in der Figur gezeigte Art und Weise der Befestigung ist die, für den Fall entsprechender Baufreiheit unterhalb der Schiene 21, bevorzugte. An der Rückseite jedes Verformungskörpers 1, 1' befindet sich ein Metallblock zur Aufnahme der Höhenverstelleinrichtung 17, deren Unterseite flächig ausgebildet und drehbar gelagert ist. Diese Verstelleinrichtung dient der vertikalen Ausrichtung der Messstelle und stellt zusätzlich einen Befestigungsstützpunkt dar. In der Mitte der Führungsplatte befindet sich eine vertikale Bohrung. In diese Bohrung wird von der Unterseite eine Passhülse 18 mit Innengewinde geführt. An der Unterseite der Passhülse 18 ist quer zur Gleisachse die Halteklaue 14 befestigt. Diese wird mittels der Zugschraube 16 vertikal gegen die Unterseite des Gleisträgers 25 gezogen. Am vorderen Teil der Halteklaue 14 befindet sich die Anpressbacke 15, die so angeordnet ist, dass sie sich mittig unterhalb der Auflageflächen der Messzelle 6, 6' und der Höhenverstelleinrichtung 17 befindet. Im angezogenen Zustand stellt diese Einrichtung den festen Sitz der Messstelle an der Innenseite des Gleises 21 sicher. Durch unterschiedliche Materialstärken für die Verschleißbahn 12 und deren beiden Auffahrtrampen 13, 13' ist die Höhenverstellbarkeit des Kraftübertragungselements 4 gegeben. Hierdurch kann beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche Spurkranzhöhen der Räder erfolgen. Gleichzeitig wird gewährleistet, dass Räder, die sich auf der Messstelle befinden, keinen Kraftnebenschluss zum Schienenkopf 24 haben

Die 9 zeigt ein unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiertes Messsystem, welches in der dargestellten Form beispielsweise der Bestimmung der Masse eines zweiachsigen Drehgestells dient. Das Messsystem besteht aus vier Vorrichtungen beziehungsweise Messstellen gleicher Bauart. Jede der Messstellen besteht erfindungsgemäß aus zwei Messblöcken 1, 1' zwischen denen jeweils der Verbindungsträger 3 und das Kraftübertragungselement 4 angeordnet sind. Die vier Messstellen sind, anders als von den Lösungen des Standes der Technik bekannt, nicht paarweise im Gleis verspannt, sondern jede für sich an einer Schiene 21 montiert. Sie sind dabei gemäß der 8 mittels an jedem der Messblöcke 1, 1' vorgesehener Klemmeinrichtungen 14, 15, 16 an der Schiene 21 fixiert. Alle vier Messstellen sind über einen Bus, vorzugsweise über einen CAN-Bus, mit peripheren Einheiten 19, 20 verbunden. Hierbei handelt es sich um weitere Busteilnehmer, um Anzeigeeinheiten 19 und/oder einen Computer 20. Vermittels des Computers 20 können das Messsystem beziehungsweise seine Messstellen über eine zur Anwendung gehörende menügeführte Software konfiguriert werden. Die von den Messstellen gelieferten Daten können, da sie bereits vorverarbeitet und konfiguriert sind, unmittelbar auf einem Display 19 zur Anzeige gebracht werden. Sie können aber auch mittels eines Computers 20 weiterverarbeitet werden. Alle Messstellen sind über den Bus unabhängig voneinander adressierbar. Durch den Einsatz eines Bussystems verringert sich der Verkabelungsaufwand. Wie bereits dargelegt, führt die unmittelbar in den Messstellen erfolgende Digitalisierung der Messsignale zudem dazu, dass keine den analogen Systemen anhaftenden Messfehler (z. B. durch Kontaktfehler, Beschädigungen der Messkabel oder Beeinflussung durch Felder) auftreten. Besonders vorteilhaft gestaltet sich auch der Austausch einer Messstelle oder die Erweiterung des Messsystems um weitere Messstellen. Anders als bei bekannten, rein analogen Systemen, bedarf es dabei nicht einer Neueinstellung der Messverstärker oder gar neuer Messverstärker, sondern es ist lediglich erforderlich die entsprechende Messstelle auszutauschen beziehungsweise eine Messstelle, als ein im Grunde bereits in sich geschlossenes System hinzuzufügen, diese mit dem Bus zu verbinden und dem Hauptsystem die Blocknummern der verwendeten Messblöcke bekannt zu geben.

1, 1'
Messblock
2, 2'
Messkammer
3
Verbindungsträger bzw. Elektronikbox
4
Kraftübertragungselement
5, 5'
Scherstab
6, 6'
Messzelle bzw. Applikationskammer mit DMS
7, 7'
Scherstabnase
8
Fixierschraube(n)
9
Schienenstegadapter
10
Schienenfußadapter
11
elektrisch/elektronisches Kontaktmittel, Bus-Anschluss bzw. Schnittstelle
12
Verschleißbahn
13, 13'
Auffahrtrampe
14
Halteklaue
15
Anpressbacke
16
Zugschraube
17
Höhenverstelleinrichtung
18
Passhülse
19
Display
20
Computer
21
Schiene
22
Schienenfuß
23
Schienensteg
24
Schienenkopf
25
Unterkonstruktion bzw. Gleisträger
26
Ausfräsung
27, 27'
Tragegriff


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung von Radaufstandskräften und Massen von Gleisfahrzeugen, welche als eine mobile Messstelle mit Mitteln (14, 15, 16) zur Befestigung an einer Schiene (21) und mit mindestens einer Schnittstelle (11) zur elektrischen Verbindung mit peripheren Einheiten (19, 20) ausgebildet ist, wobei die Erfassung der Kräfte mittels auf einem Scherstab (5, 5') angeordneter und in eine Wheatstonesche Messbrücke einbezogener Messzellen (6, 6') mit Dehnungsmessstreifen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle aus zwei direkt auf dem Schienenfuß abgesetzten, als metallische Verformungskörper ausgebildeten Messblöcken (1, 1') mit je einer darin ausgebildeten und mindestens eine Messzelle (6, 6') aufnehmenden Messkammer (2, 2') besteht, zwischen denen ein kammerförmiger Verbindungsträger (3) mit einer Messelektronik und ein passives Kraftübertragungselement (4) angeordnet sind, wobei das Kraftübertragungselement (4) beidseits auf mindestens je einer aus jeder der Messkammern herausragenden Scherstabnase (7, 7') einer Messzelle (6, 6') ruht und die von dem Verbindungsträger (3) aufgenommene Messelektronik Schaltungseinheiten zur Mittelung der von den Messzellen gelieferter Messsignale sowie zur Digitalisierung des hieraus resultierenden Messwertes aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Verbindungsträger (3) angeordnete Messelektronik einen Mikrokontroller mit einem Prozessor, mindestens einem Speicher und einer in dem mindestens einem Speicher hinterlegten sowie vom Prozessor verarbeiteten Software umfasst und dass dem oder den Speichern über die Schnittstelle oder Schnittstellen zur Verbindung der Messelektronik mit peripheren Einheiten Kalibrierdaten zugeführt werden. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten und durch den Mikrokontroller der Messelektronik verarbeiteten Messsignale der Messzellen (6, 6') an der mindestens einen Schnittstelle (11) zur Verbindung mit den peripheren Einheiten als, hinsichtlich der Dimension und der Nachkommastellen, konfektionierte Messwerte abgegriffen werden. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik über eine Schnittstelle (11) zur Ankopplung an einen Datenbus verfügt. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik über eine Schnittstelle (11) zur Ankopplung an den CAN-Bus verfügt. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik über eine Schnittstelle (11) zur Ankopplung an ein TCP/IP-basiertes Netzwerk verfügt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik eine Radpositioniereinheit umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messblöcke (1, 1') mit den Messkammern (2, 2') und den darin angeordneten Messzellen (6, 6') sich beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung jeweils über einen Schienenstegadapter (9, 9') und einen Schienenfußadapter (10, 10') an der Schiene (21) abstützen. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vermittels an den Messblöcken (1, 1') ausgebildeter Klemmeinrichtungen (14, 15, 16) an einer Trägerunterkonstruktion (25) der Schiene (21) zu befestigen ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Klemmeinrichtungen (14, 15, 16) Höhenverstelleinrichtungen (17) für den durch sie gehaltenen Messblock (1, 1') vorgesehen sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (3) als eine verwindungssteife metallische Kammer ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (4) als ein massives Metallelement ausgebildet ist, welches auf seiner Oberseite eine Aufstandfläche für mindestens ein Rad eines Gleisfahrzeugs aufweist, wobei die Aufstandfläche von einer Verschleißbahn (12) bedeckt ist, welche über eine an mindestens einer Seite angeordnete Auffahrtrampe (13, 13') zu befahren ist und wobei die Höhe des Kraftübertragungselements (4) über die Materialstärke der Verschleißbahn (12) sowie der Auffahrtrampe (13, 13') an die örtlichen Gegebenheiten angepasst wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines aus zwei oder mehr baugleichen mobilen Messstellen gebildeten Messsystems Achslasten oder Massen von Gleisfahrzeugen bestimmt wird.






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