DE4217681C2 - Radsatzdiagnoseeinrichtung zur Überwachung vorbeifahrender Eisenbahnfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radsatzdiagnoseeinrichtung zur Überwachung vorbeifahrender Eisenbahnfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zwecks Erfassung der Tempera­ turen der Radsatzwellen, deren Antriebs-, Brems- und Lager­ komponenten sowie von sonstigen am Fahrzeug zu überwachenden Wärmequellen, insbesondere von Strahlungsflächen, an die Wärmeenergie von nicht direkt zugänglichen Laufwerkselementen durch Wärmeleitung übertragen wird, oder mit denen die Tempe­ raturen dieser Einrichtungen nachgebildet werden.

Zu diesem Zwecke sind bei nahezu allen Bahnverwaltungen Infra­ rotmeßsysteme eingesetzt, die auf Betonfundamenten oder an den Schwellen oder an den Schienen befestigt sind und aus Gründen der Freihaltung des Freiraumprofils außerhalb des Raumes zwischen den beiden Schienen befestigt werden müssen. Zwei Schienen plus den Schwellen bilden dabei das Gleis.

Alle diese bekannten Einrichtungen haben gravierende Nachteile bezüglich der notwendigen Anzahl von Gleisschalteinrichtungen, der zwangsläufig aufwendigen Befestigungen, der mechanischen und elektrischen Beeinflußbarkeit, der Konstanz der Meßgeo­ metrie, der mit einer Anordnung pro Achse überwachbaren Rad­ satz- bzw. Fahrzeugelemente und der elektrischen Sicherheit bezüglich des Berührungsschutzes gegen lebensgefährdende elek­ trische Spannungen an den Gehäusen der Abtasteinrichtungen.

Bei den herkömmlichen Meßsystemen müssen zur Überwachung von Einrichtungen, die zwischen den Laufrädern eines Radsatzes angeordnet sind, Meßgeometrien eingesetzt werden, deren In­ klinationswinkel <90° beträgt. Diese Anordnungen erfordern mindestens ein zusätzliches Gleisschaltmittel zur Eingrenzung des Meßbereiches. Zudem können die festgelegten Meßstellen nur erreicht werden, wenn z. B. Magnetschienen- oder Wirbel­ strombremsen nicht abgesenkt, d. h. nicht in Bremsstellung sind.

Außerdem ist ein direkter Einfall des Sonnenlichtes in der­ artige Anordnungen bei tiefstehender Sonne möglich und führt zu Fehlalarmen während der Zugfahrten.

Die Befestigung der Meßsysteme an Schiene, Schwelle oder auf Betonfundamenten ist wegen des relativ hohen Gewichtes, von bis zu 50 kg, extrem aufwendig. Die mechanische Beein­ flussung der schienen- bzw. schwellenbefestigten Einrichtungen führt zu häufigen Systemstörungen und damit zu einer Ver­ ringerung der Verfügbarkeit und zu einer Erhöhung der Instand­ haltungsaufwendungen.

Die Meßgeometrie der Abtastsysteme kann sich bei derartigen Anordnungen durch Vibration oder mechanische Schläge, z. B. durch herabhängende Fahrzeug- und/oder Ladungsteile unbemerkt verändern, was zu erheblichen Betriebsgefährdungen führen kann. Zum Schutze der Abtastsysteme müssen daher Abweisbleche installiert werden, die den Instandhaltungsaufwand erheblich erhöhen. Die Kabelverbindungen werden bei diesen Aufbauten üblicherweise auf dem Oberbau verlegt, um auch bei gefrorenem Boden einen Kabelaustausch zu ermöglichen. Beschädigungen an diesen elektrischen Verbindungen sind daher relativ häufig.

Die elektrische Sicherheit gegen unzulässig hohe Berührungs- Spannungen kann bei den bislang eingesetzten schienenbefestig­ ten Meßsystemen, die mit 220 V versorgt werden, und bei Trassen, die mit Gleiskreisfreimeldung ausgestattet sind, nur durch die elektrische Verbindung eines Abtasters mit der jeweiligen Schiene realisiert werden. Bei abgelöster Erdverbindung und spannungsführendem Infrarotabtastergehäuse kann für das Instandhaltungspersonal Lebensgefahr bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und eine Einrichtung anzugeben, mit der jedes beliebige Radsatz- und/oder Fahrzeugteil mit der kürzestmög­ lichen Meßstrecke überwacht werden kann, deren Meßsysteme an jeder Stelle parallel zur Schwelle, also auch zwischen den Schienen, angeordnet werden können, deren Meßgeometrien unveränderbar und deren Meßsysteme weder mechanisch noch elektrisch beeinflußbar sind.

Diese Aufgabe ist durch eine Einrichtung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß durch geeignet angeordnete Umlenkeinheiten die einzelnen Infrarotquellen eines jeden Fahrzeugs und/oder Radsatzes mehrfach parallel abgetastet werden und die Infrarotstrahlung insgesamt parallel einer oder mehreren Infrarotempfänger­ einheiten zugeführt wird.

Die Einrichtung kann in einer Meßschwelle, die parallel zu den Gleisschwellen angeordnet ist, oder in einer Hohlgleis­ schwelle untergebracht werden.

Die einzelnen Umlenkeinheiten sind mit einer oder mehreren Verschlußeinheiten ausgestattet, durch welche die Infrarot­ strahlung in die Umlenkeinheit gelangt. Durch letztere kann die Infrarotstrahlung umgelenkt und/oder getaktet und/oder ausgeblendet werden.

Die ebenfalls in der Meßschwelle oder in der Hohlgleis­ schwelle angeordnete Infrarotempfangseinheit kann mehrere Signale empfangen und gegebenenfalls miteinander verknüpfen. Durch den relativ großen Abstand zu den Schienen sowie auf Grund der elektrischen Abschirmung durch das tragende Metall­ profil ist die elektromagnetische Beeinflussung dieser Empfangseinheit auf ein Minimum reduziert.

Alle Versorgungs- und Datenleitungen sind durch das Metall­ profil elektrisch und mechanisch geschützt.

Durch die im Bereich der Schwelle an der Schiene instal­ lierten Einrichtungen zur Erfassung des Radauflagedruckes und der Beschleunigung der Schiene bzw. der Schwelle in Richtung senkrecht zur Schienenlängsachse kann die genaue Radposition ermittelt und somit der Meßbereich parallel zur Gleisachse von Achse zu Achse ermittelt und eingestellt und die Meßwerte in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit ggf. korrigiert werden.

An der Auswerteeinheit stehen somit die Temperaturwerte aller Radsatzkomponenten und diverser Fahrzeugkomponenten, das Radsatzgewicht insgesamt, sowie die Radlasten zur Verfügung.

Im Zusammenhang mit den Beschleunigungswerten und dem Raddruck stehen Meßgrößen zur Verfügung, die auch auf den Zustand des Rades in bezug auf Unwuchten und Laufflächenschäden, die eine Ursache für Lagerschäden sind, Aufschluß geben.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbei­ spiel dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Anordnung einer Hohlgleisschwelle parallel zwischen zwei Gleisschwellen in per­ spektivischer Ansicht,

Fig. 2 schematisch den Aufbau der Einrichtung in einer Hohlgleisschwelle mit darüberstehendem Radsatz mit Antriebsmotor, innen- und außenliegenden Rad­ satzlagern und Bremsen,

Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch den Radsatz und durch die Hohlgleisschwelle mit dem Verlauf der IR-Strahlung von den Quellen zur IR-Empfangs­ einheit.

In Fig. 1 ist zwischen zwei Gleisschwellen 2 eine Hohlgleis­ schwelle 11 gezeigt, in der sowohl die Umlenkeinheiten 9 als auch die IR-Empfangseinheit 15 untergebracht sind. Außerdem sind in Fig. 1 noch die Verschlußeinheiten 9a zu erkennen, mit denen die Umlenkeinheiten abgedeckt werden.

Fig. 2 zeigt auf den von den Schwellen 2 getragenen Schienen 1 einen Radsatz, der aus den Laufrädern 4 der Radsatzwelle 6 sowie den Radsatzlagern 5 besteht. Dabei trägt die Radsatz­ welle 6 auch den Fahrmotor 3.

An den beiden Schienen 1 sind die Beschleunigungsaufnehmer 7 angebracht, von denen aus Kabelanschlüsse 7a zu einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinheit führen.

Aus der Stirnseite der Hohlgleisschwelle 11 treten Kabel 10 aus, welche die Empfangseinheit mit der genannten Auswerte­ einheit verbinden.

Mittels der Pfeile 8 ist der Verlauf der verschiedenen Meß­ strahlen (die Meßgeometrie) angedeutet. Dies ist insbesondere aus der Fig. 3 erkennbar, in deren Schnittbild der Verlauf der Pfeile 8 (= IR-Strahlung) vom Fahrmotor 3 bzw. von den Laufrädern 4 bzw. von den Radsatzlagern 5 dargestellt ist. Zusätzlich hierzu sind alle bislang eingesetzten Bremsein­ richtungen, wie z. B. Klotz-, Wellenscheiben- und Radscheiben­ bremsen eingezeichnet, die pauschal mit 12 beziffert sind. Von ihnen verlaufen ebenfalls Pfeile 8 (= IR-Strahlung) über die Umlenkeinheiten 9 zu der IR-Empfangseinheit 15. In ihr erfolgt die Umwandlung der Strahlungsenergie in elektrische Energie, wobei die ankommenden Signale außerdem verstärkt werden.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Erfassung der Temperaturen der Radsatzwelle und/oder Fahrmotoren und/oder der Laufradschei­ ben und/oder Radbremsscheiben und/oder Wellenbremsscheiben und/oder zwischen den Rädern liegender Radsatzlager und/oder in den Laufradscheiben angeordneter Radsatzlager und/oder an den Wellenenden an den Radaußenseiten angeordneter Rad­ satzlager und/oder von Strahlungsflächen oder Wärmequellen, an die Temperaturen von nicht direkt zugänglichen aber zu überwachenden Fahrzeug- und/oder Radsatzelementen durch Wärmeleitung übertragen werden oder mit denen diese nachge­ bildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignet im Gleis angeordnete Infrarotstrahlungs­ umlenkeinheiten (9) die einzelnen Infrarotquellen eines jeden Radsatzes (3-6) und oder des Fahrzeuges selbst mehr­ fach parallel, und alle Quellen insgesamt parallel, mehrfach einer Infrarotempfangseinheit (15) zugeleitet und in dieser Einheit die Strahlungsenergie jeder mehrfach parallel einge­ spiegelten Wärmequelle parallel in elektrische Signale umge­ wandelt werden und zum Zwecke der Erfassung der Radposition und zur Infrarotmeßwertkorrektur, zwischen jeder der beiden Schienen (1) und deren Auflager, die die besagte IR-Empfangs­ einheit (15) trägt, Beschleunigungsaufnehmer (7) installiert sind, die eine Ermittlung des jeweiligen Raddrucks und/oder der Beschleunigungswerte eines darüberfahrenden Rades (4) ermöglichen, und die elektrischen Signale der Radsatztem­ peratur-, Radsatzpositions-, Radgewichts- und /oder Beschleunigungsmessungen in einer nachgeschalteten Auswerte­ einheit derart aufbereitet werden, daß an einer geeigneten Schnittstelle der Auswerteeinheit die absoluten Einzeltempe­ raturwerte und durch die jeweiligen Gewichts- und Beschleu­ nigungswerte korrigierten Temperaturprofile und die Gewichts- und Beschleunigungswerte der Radsätze (3-6) und des Fahr­ zeuges abgegriffen werden können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Ausdehnung zur Fahrtrichtung derart gewählt ist, daß die Erfassung aller Radsatzkomponenten mittels infrarot­ optischer Einrichtungen ermöglicht wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge (B) der Infrarotstrahlung der genannten Fahrzeug- und Radsatzkomponenten durch eine Meßschwelle oder eine unter den Schienen (1) angeordnete Hohlgleisschwelle (11) verlaufen und in der Meßschwelle oder der Hohlgleisschwelle derart umgelenkt werden, daß die Strahlung zur IR-Empfangs­ einheit (15) gelangt.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahlung durch je eine für die Aufgabenstellung besonders angeordnete und/oder gemeinsame, mit elektrisch steuerbaren, beweglichen, mittelbar oder unmittelbar an der Meßschwelle oder an der Hohlgleisschwelle (11) befestigten Verschlußeinheiten (9a) in die Meßschwelle oder in die Hohlgleisschwelle (11) gelangt.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umlenkeinheiten (9), die IR-Empfangs­ einheiten (15) und die Auswerteeinheit der Radsatzdiagnose­ einrichtung ganz oder teilweise in eine Schwelle (1) oder Hohlgleisschwelle (11) integriert sind bzw. Bestandteil einer solchen Schwelle sind und in dieser fest oder elastisch schwingungsdämpfend angebracht sind, und daß bei konventio­ nellem Oberbau (Schotter) die Meßschwelle vorzugsweise ähnliche Abmessungen hat, wie die bei den einzelnen Bahnen üblichen Schwellenbauformen, und daß bei festem Oberbau (Beton) die Hohlgleisschwelle (11) derart dimensioniert ist, daß sie unter den Schienen (1) quer zur Fahrtrichtung instal­ liert werden kann, ohne bei Gleisinstallation und Gleisinstand­ haltungsmaßnahmen ein Hindernis darzustellen.