AT503622B1

AT503622B1 - METHOD FOR DETERMINING THREATENING BETWEEN A RAIL VEHICLE AND A RAIL

Info

Publication number: AT503622B1
Application number: AT5792007A
Authority: AT
Inventors: Werner Breuer
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2011-11-15
Also published as: AT503622A2; AT503622A3; DE102006019357B3

Description

österreichisches Patentamt AT 503 622 B1 2011-11-15Austrian Patent Office AT 503 622 B1 2011-11-15

Beschreibungdescription

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN VON ZWISCHEN EINEM SCHIENENFAHRZEUG UND EINER SCHIENE AUFTRETENDEN KRÄFTENMETHOD FOR DETERMINING THREATENING BETWEEN A RAIL VEHICLE AND A RAIL

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von zwischen einem fahrenden Schienenfahrzeug und einer Schiene auftretenden Kräften unter Einsatz eines, Dehnungsmessstreifen umfassenden Messsystems, bei dem die Dehrtungsmessstreifen an einem eine Achswelle und/oder Radscheiben aufweisenden Radsatz des Schienenfahrzeuges befestigt werden, das Messsystem anschließend unter Gewinnung von Kalibrierungskoeffizienten kalibriert wird, Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem von den rotierenden Dehnungsmessstreifen während der Fahrt des Schienenfahrzeuges erfasst werden, die erfassten Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem in ein stehendes Koordinatensystem unter Gewinnung von Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem transformiertwerden und die Kräfte aus den Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem unter Verwendung der Kalibrierungskoeffizenten berechnet werden, wobei beim Kalibrieren eine Fehlerkorrektur zum Unterdrücken einer Restwelligkeit durchgeführt wird.The invention relates to a method for determining forces occurring between a moving rail vehicle and a rail using a strain gauge comprehensive measuring system, in which the Verhrtungsmessstreifen are attached to a axle and / or wheel discs having wheelset of the rail vehicle, the measuring system subsequently calibrating strain coefficients in the rotating coordinate system are detected by the rotating strain gauges during travel of the rail vehicle, the detected strain changes in the rotating coordinate system are transformed into a stationary coordinate system yielding strain changes in the rail-fixed coordinate system and the forces from the strain changes in the rail-fixed coordinate system be calculated using the calibration coefficients, wherein when calibrating an error correction to suppress n a ripple is performed.

[0002] Ein solches Verfahren ist aus dem in ZEVrail Glasers Annalen, 126 - 5 I auf den Seiten 190 bis 199 erschienen Artikel „Die Querkräfte der Hochleistungslokomotiven der Reihe 1016/1116" von Werner Breuer und Peter-Jürgen Gaede bereits bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die auf einen Radsatz eines Schienenfahrzeuges wirkenden Kräfte untersucht. Hierbei kommt ein Dehnungsmessstreifen umfassendes Messsystem zum Einsatz, wobei die Dehnungsmessstreifen an den Radscheiben eines Radsatzes befestigt werden. Insbesondere bei hohen Belastungen werden hohe Kräfte in die Radsätze eingeleitet, die zur elastischen Verformungen der Radscheibe führen. Die Verformungen der Radscheiben werden von den Dehnungsmessstreifen erfasst. Geht man von einem linearen Zusammenhang zwischen den Verformungen bzw. den durch die Dehnungsmessstreifen erfassten Dehnungen und den Kräften aus, welche die Verformung verursachen, können die Kräfte durch Lösung eines linearen Gleichungssystems aus den gemessenen Dehnungen bestimmt werden. Zur Lösung des Gleichungssystems sind jedoch in einem Kalibrierungsschritt Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen. Eine Schwierigkeit der Messung liegt darin begründet, dass die Dehnungsmessstreifen während der Fahrt mit der Achse oder den Radscheiben rotieren, so dass die erhaltenen Dehnungsmessungen in ein schienenfestes oder mit anderen Worten stehendes Koordinatensystem umgerechnet werden müssen. Durch Multiplikation der in Abhängigkeit der Zeit gemessenen Dehnungen mit einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion und geeignete Addition solcher Produkte erhält man ein periodisches jedoch leider nur in erster Näherung sinusförmiges Dehnungssignal. Vielmehr weist das so erhaltene Dehnungssignal eine so genannte Restwelligkeit auf, die im Englischen Rippel genannten wird. Zur Unterdrückung der Restwelligkeit wird ein gezieltes Kalibrieren der Radsätze vorgeschlagen. Genauere Ausführungen zum gezielten Kalibrieren sind der besagten Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.Such a method is from the published in ZEVrail Glasers Annals, 126 - 5 I on pages 190 to 199 article "The lateral forces of the high-performance locomotives of the series 1016/1116 " already known by Werner Breuer and Peter-Jürgen Gaede. In the method described therein, the forces acting on a wheelset of a rail vehicle forces are examined. Here, a strain gauge comprehensive measuring system is used, wherein the strain gauges are attached to the wheel discs of a wheelset. Especially at high loads high forces are introduced into the wheel sets, which lead to elastic deformation of the wheel disc. The deformations of the wheel discs are detected by the strain gauges. Assuming a linear relationship between the deformations or the strains detected by the strain gauges and the forces which cause the deformation, the forces can be determined by solving a linear system of equations from the measured strains. To solve the equation system, however, calibration coefficients are to be determined in a calibration step. One difficulty of the measurement is that the strain gauges rotate while traveling with the axle or the wheel disks, so that the strain measurements obtained must be converted into a rail-stable or, in other words, coordinate system. By multiplying the strains with a sine or cosine function measured over time and appropriate addition of such products, a periodic but unfortunately only a first approximation sinusoidal strain signal is obtained. Rather, the strain signal thus obtained on a so-called ripple, which is called in English Ripple. To suppress the ripple a targeted calibration of the wheelsets is proposed. More detailed explanations for targeted calibration, however, can not be found in the said publication.

[0003] Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der Kräfte zwischen dem Radsatz eines Schienenfahrzeuges und einer den Radsatz führenden Schiene sind in den Artikeln „Radsatzwelle und Radscheibe - die richtige Kombination zur Messung der Kräfte zwischen Rad und Schiene" von Hermann Berg, Gustav Gößling und Herbert Zück, erschienen in ZEV + DET Glas. Ann. 120 (1996) Nr. 2, Seite 40, „Der heutige Entwicklungsstand der Messmethode „Radsatzwellenverfahren" zur Bestimmung zwischen Rad und Schiene" von Max Ostermeyer, Her-man Berg und Heinz-Herbert Zuck, erschienen in ZEV-Glas. Ann. 102 (1978) Nr. 2 und „Ermittlung der Kräfte zwischen Rad und Schiene aus den Biegedehnungen der Radsatzwelle" von Michael Zeilhofer, Günter Sühsmuth Günter von Piwenitzky, erschienen im ZEV-Glas. Ann. 96 (1972) Nr. 12, Seite 373 offenbart.Other methods and devices for determining the forces between the wheel of a rail vehicle and a wheel-leading rail are in the articles "wheelset and wheel - the right combination for measuring the forces between the wheel and rail " by Hermann Berg, Gustav Gößling and Herbert Zück, published in ZEV + DET Glas. Ann. 120 (1996) No. 2, page 40, "The current state of development of the measurement method" Radsatzwellenverfahren ". for the determination between wheel and rail " by Max Ostermeyer, Her-man Berg and Heinz-Herbert Zuck, published in ZEV-Glas. Ann. 102 (1978) No. 2 and "Determining the forces between the wheel and rail from the bending expansions of the wheelset shaft". by Michael Zeilhofer, Günter Sühsmuth Günter von Piwenitzky, published in the ZEV glass. Ann. 96 (1972) No. 12, page 373.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem eine Restwelligkeit unterdrückt werden kann.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with a ripple can be suppressed.

[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante dadurch, dass das Kalib- 1 /11 österreichisches Patentamt AT 503 622 B1 2011-11-15 rieren das Bestimmen von Fehlerkräften in Abhängigkeit eines Radaufsatzpunktes und eines Drehwinkels des Radsatzes umfasst, wobei die Fehlerkräfte aus der Differenz zwischen den beim Kalibrieren gemessenen Kräften und den unter Verwendung der Kalibrierkoeffizienten berechneten Kräften bestimmt werden, eine Fouriertransformation der Fehlerkräfte unter Gewinnung von Restwelligkeitsordnungskonstanten durchgeführt wird, aus den Restwelligkeitsordnungskonstanten durch eine inverse Fouriertransformation Restwelligkeitskorrekturkonstanten berechnet werden und die Restwelligkeitskorrekturkonstanten von den berechneten Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem abgezogen werden.The invention solves this problem according to a first variant in that the caliber 1/11 Austrian Patent Office AT 503 622 B1 2011-11-15 entrain the determination of error forces depending on a Radaufsatzpunktes and a rotation angle of the wheelset, wherein the Error forces are calculated from the difference between the forces measured during calibration and the forces calculated using the calibration coefficients, a Fourier transform of the error forces is performed to obtain ripple order constants, the ripple correction constants are calculated from the ripple order constants by Inverse Fourier Transform ripple correction constants, and the ripple correction constants are calculated from the calculated strain changes in rail-fixed coordinate system are deducted.

[0006] Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer zweiten Variante dadurch, dass die Kalibrierkoeffizienten in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Radsatzes unter Gewinnung von winkelabhängigen Kalibrierkoeffizienten erfasst werden, wobei die Kräfte aus der Dehnungsänderung unter Verwendung der winkelabhängigen Kalibrierkoeffizienten berechnet werden.The invention solves this problem according to a second variant in that the calibration coefficients are detected in dependence of a rotation angle of the wheelset to obtain angle-dependent calibration coefficients, wherein the forces are calculated from the strain change using the angle-dependent calibration coefficients.

[0007] Erfindungsgemäß sind dem Fachmann Möglichkeiten an die Hand gegeben, mit der dieser bereits beim Kalibrieren des zu untersuchenden Radsatzes Vorkehrungen in Form angelegten Datenbanken treffen kann, mit denen die Unterdrückung der unerwünschten Restwelligkeit ermöglicht ist. Erfindungsgemäß ist somit eine genauere Analyse der Kräfte zwischen Schiene und Rad ermöglicht. Das bislang bestehende Risiko, dass Schienenfahrzeugen die Zulassung aufgrund zu hoher Kräfte zwischen Radsatz und Schiene verweigert wird, obwohl die Überschreitung der vorgegebenen Toleranzen lediglich durch Messfehler hervorgerufen wurde, ist im Rahmen der Erfindung somit herabgesetzt.According to the expert the possibilities are given to the hand, with which this can already take precautions in the form of databases created when calibrating the wheelset to be examined, with which the suppression of unwanted ripple is possible. According to the invention thus a more accurate analysis of the forces between the rail and wheel is possible. The existing risk that rolling stock is denied admission due to excessive forces between wheelset and rail, although the exceeding of the predetermined tolerances was caused only by measurement errors, is thus reduced in the invention.

[0008] Vorteilhafterweise umfassen die im Rahmen der Erfindung bestimmten Kräfte Radaufsatzkräfte, die in vertikaler Richtung zwischen Radsatz und Schiene wirken, Führungskräfte Y, die in Querrichtung zu den Radaufsatzkräften wirken, und Tangentialkräfte T, die in Fahrtrichtung, also senkrecht zur Ebene wirken, die von den Radaufsatzkräften Q und den Radführungskräften Y aufgespannt wird.Advantageously, the forces determined in the context of the invention include wheel attachment forces acting in the vertical direction between wheelset and rail, executives Y, which act in the transverse direction to the wheel attachment forces, and tangential forces T, which act in the direction of travel, ie perpendicular to the plane, the is spanned by the wheel attachment forces Q and the Radführungskräften Y.

[0009] Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020]Further expedient embodiments and advantages of the invention are the subject matter of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to like-acting components, and wherein [0010] [0011] FIG [0020] [0020]

Figur 1 eine schematische Darstellung zur Definition der Kräfte und der verwendeten Koordinatensysteme zeigt,FIG. 1 shows a schematic representation for defining the forces and the coordinate systems used,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Radscheibe in einer Drauf sicht zur Definition verwendeter Variablen,FIG. 2 is a schematic representation of a wheel disc in a top view for defining variables used;

Figur 3 die Radscheibe gemäß Figur 2 in einer geschnittenen Teilansicht zur Definition verwendeter Variablen,FIG. 3 shows the wheel disk according to FIG. 2 in a sectional partial view for the definition of variables used;

Figur 4 eine schematisch dargestellte Radscheibe mit einer übersichtlichenFigure 4 is a schematically illustrated wheel disc with a clear

Anzahl von Dehnungsmessstreifen mit zugeordneten Variablen,Number of strain gauges with assigned variables,

Figur 5 eine Dehnungsmessung zweier Dehnungsmessstreifen gemäßFIG. 5 shows a strain measurement of two strain gauges according to FIG

Figur 4, wobei die Dehnungsmessstreifen rotieren,4, wherein the strain gauges rotate,

Figur 6 eine zweckmäßige Addition beziehungsweise Multiplikation derFigure 6 is a convenient addition or multiplication of

Dehnungsmessungen gemäß Figur 5,Strain measurements according to FIG. 5,

Figur 7 eine Fouriertransformation der Dehnungsänderung gemäß Figur 6,FIG. 7 shows a Fourier transformation of the strain change according to FIG. 6,

Figur 8 die beim Kalibrieren bestimmten Fehlerkräfte in Abhängigkeit desFIG. 8 shows the error forces determined during calibration as a function of

Radaufsatzpunktes und des Drehwinkels des Radsatzes,Radaufsatzpunktes and the rotation angle of the wheelset,

Figur 9 eine Fouriertransformation der Fehlerkräfte gemäß Figur 8 und9 shows a Fourier transformation of the error forces according to FIG. 8 and FIG

Figur 10 bis Figur 12 die beim Kalibrieren bestimmten Kalibrierungskoeffizienten in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Radsatzes zeigen.FIG. 10 to FIG. 12 show the calibration coefficients determined during calibration as a function of a rotation angle of the wheelset.

Figur 1 zeigt Teile zweier Radscheiben 1 und 2 eines Radsatzes und verdeutlicht ein 2/11 österreichisches Patentamt AT 503 622 B1 2011-11-15 schienenfestes Koordinatensystem X0, Y0, Z0 sowie Radaufstandskräfte Q, Führungskräfte Y und Tangentialkräfte in Fahrtrichtung, die hier mit Tx bezeichnet sind. Ferner ist eine Verschiebung eines Radaufsatzpunktes 3 bezüglich einer mit e0 bezeichneten Messebene definiert.FIG. 1 shows parts of two wheel disks 1 and 2 of a wheel set and illustrates a track-fixed coordinate system X0, Y0, Z0 and wheel contact forces Q, guide forces Y and tangential forces in the direction of travel, here with Tx are designated. Furthermore, a displacement of a Radaufsatzpunktes 3 is defined with respect to a designated e0 measurement plane.

[0021] Figur 2 zeigt eine der Radscheiben 1 gemäß Figur 1 in einer Draufsicht, wobei die Koordinaten x und z sowie ein Drehwinkel Φ erkennbar sind.Figure 2 shows one of the wheel discs 1 according to Figure 1 in a plan view, wherein the coordinates x and z and a rotation angle Φ can be seen.

[0022] Figur 3 zeigt Teile der Radscheibe gemäß Figur 2 in einer Querschnittsansicht, wobei die mit z bezeichnete Koordinate in der Querschnittsebene e0 gemäß Figur 1 liegt. Der Radaufsatzpunkt ist in dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel aus der Messebene e0 heraus verschoben und mit 3 bezeichnet. Die Radaufstandskräfte Q werden daher in Pfeilrichtung in den mit 3 bezeichneten Radaufstandspunkt eingeleitet. Die Verschiebung des Radaufsatzpunktes bezüglich der Messebene e0 ist wiederum mitAy bezeichnet.FIG. 3 shows parts of the wheel disc according to FIG. 2 in a cross-sectional view, wherein the coordinate designated by z lies in the cross-sectional plane e0 according to FIG. The wheel attachment point is displaced out of the measurement plane e0 in the exemplary embodiment shown in FIG. The wheel contact forces Q are therefore introduced in the direction of the arrow in the designated 3 Radaufstandspunkt. The displacement of the wheel attachment point with respect to the measurement plane e0 is again denoted by Ay.

[0023] Die Figuren 4 bis 7 verdeutlichen eine vereinfachte Messung sowie deren Ergebnisse zum besseren Verständnis der Vorgehensweise. So zeigt Figur 4 die Draufsicht auf eine Radscheibe 1 gemäß Figur 2, wobei Dehnungsmessstreifen 4 auf einem konstanten Radius bezüglich eines Radscheibenmittelpunktes 5 angeordnet sind. Dabei liegen die Dehnungsmessstreifen x0 und x180 einander auf einer Geraden in x-Richtung gegenüber und spannen miteinander bezüglich des Radscheibenmittelpunktes 5 einen Winkel von 180° auf. Entsprechendes gilt für die Dehnungsmessstreifen z0 und Z180, die auf der z-Achse einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Fährbetrieb kommt es zur Rotation der Radscheibe 1 und somit zur Rotation der Dehnungsmessstreifen 4. Die von den Dehnungsmessstreifen 4 gemessenen Dehnungsänderungen der Radscheibe 1 sind somit von dem Drehwinkel Φ der Radscheibe 1 abhängig.Figures 4 to 7 illustrate a simplified measurement and their results for a better understanding of the procedure. Thus, Figure 4 shows the top view of a wheel disc 1 according to Figure 2, wherein strain gauges 4 are arranged at a constant radius with respect to a Radscheibenmittelpunktes 5. In this case, the strain gauges x0 and x180 face each other on a straight line in the x-direction and clamp with respect to the Radscheibenmittelpunktes 5 at an angle of 180 °. The same applies to the strain gauges z0 and Z180, which are arranged opposite one another on the z-axis. In the ferry mode, the wheel disc 1 rotates and thus the strain gauges 4 rotate. The strain changes of the wheel disc 1 measured by the strain gauges 4 are thus dependent on the angle of rotation Φ of the wheel disc 1.

[0024] Figur 5 zeigt die Dehnungsänderung im rotierenden Koordinatensystem εΓχ0 des Messstreifens sowie die Dehnungsänderung im rotierenden Koordinatensystem ε^ο des Messstreifens x180 in Abhängigkeit des Drehwinkels Φ. Bei einer Drehung in der in Figur 2 gezeigten Richtung um in etwa 90° erfährt der Dehnungsmessstreifen x0 seine größte Dehnungsänderung. Bei diesem Drehwinkel nimmt der Dehnungsmessstreifen x0 die Stellung des Dehnungsmessstreifens z180 ein. Bei einem Drehwinkel Φ von etwa 270° durchläuft die Dehnungsänderung im rotierenden Koordinatensystem des Dehnungsmessstreifens x0 wieder ein lokales Maximum, das jedoch im Vergleich zu demjenigen des Drehwinkels von 90° stark abgeschwächt ist. Bei einem Drehwinkel von Φ 270° nimmt der in Figur 4 mit x0 bezeichnete Dehnungsmessstreifen die in Figur 4 gezeigte Stellung des Dehnungsmessstreifens z0 ein. Entsprechende Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem ergeben sich für den Dehnungsmessstreifen x180.Figure 5 shows the strain change in the rotating coordinate system εΓχ0 of the measuring strip and the strain change in the rotating coordinate system ε ^ ο of the measuring strip x180 as a function of the angle of rotation Φ. Upon rotation in the direction shown in FIG. 2 by approximately 90 °, the strain gage x0 undergoes its greatest change in strain. At this angle of rotation, the strain gauge x0 assumes the position of the strain gauge z180. At a rotation angle Φ of about 270 °, the strain change in the rotating coordinate system of the strain gauge x0 again passes through a local maximum, which is greatly attenuated compared to that of the rotation angle of 90 °. With an angle of rotation of φ 270 °, the strain gauge designated x0 in FIG. 4 assumes the position of the strain gauge z0 shown in FIG. Corresponding strain changes in the rotating coordinate system result for the strain gauge x180.

[0025] In Figur 5 sind lediglich die Messungen dargestellt, die aus den Dehnungsmessstreifen x0 und x180 erhalten werden. Analoge Messverläufe ergeben sich für die Dehnungsmessstreifen z0 und z180, wobei die Dehnungsänderungen jedoch phasenverschoben sind. Bei der Umrechnung in ein schienenfestes Koordinatensystem werden in einem ersten Verarbeitungsschritt die Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem der auf einem Scheibensegment um 180° versetzt angeordneten Messstellen addiert. Die daraus resultierenden Drehdehnungsverläufe ε,χο,ιβο und εΓζ0,ΐ80 sind in Figur 6 im oberen Teil der Darstellung gezeigt. Es wird erkennbar, dass die erhaltenen Kurvenformen bezüglich ihrer Maxima und Minima ausgeglichen und über eine volle Drehung der Radscheibe periodisch sind. Die Dehnungsänderung s°r im schienenfesten Bezugssystem wird durch Transformation der Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem gemäß s°r = srz0180 cos(O) - εγ x0 180 8Ϊη(Ψ) bestimmt. Der entsprechende Kurvenverlauf ist im unteren Teil von Figur 6 dargestellt.In Figure 5, only the measurements are shown, which are obtained from the strain gauges x0 and x180. Analogous measurement curves are obtained for the strain gauges z0 and z180, but the strain changes are out of phase. When converting into a rail-fixed coordinate system, in a first processing step the strain changes in the rotating coordinate system of the measurement points offset on a disk segment by 180 ° are added. The resulting rotational strain curves ε, χο, ιβο and εΓζ0, ΐ80 are shown in Figure 6 in the upper part of the illustration. It can be seen that the resulting curve shapes are balanced with respect to their maxima and minima and are periodic over a full rotation of the wheel disc. The strain change s ° r in the rail-fixed reference system is determined by transformation of the strain changes in the rotating coordinate system according to s ° r = srz0180 cos (O) - εγ x0 180 8Ϊη (Ψ). The corresponding curve is shown in the lower part of FIG.

[0026] Figur 7 zeigt eine Fouriertransformation oder mit anderen Worten das Spektrum der schienenfesten Dehnungsänderungen s°r gemäß Figur 6. Es ist erkennbar, dass εχ eine Restwelligkeit aufweist und aus verschiedenen Frequenzen zusammengesetzt ist. Wie aus dem s°r-Verlauf zu erwarten ist, dominiert die Welligkeit mit dem Vierfachen der Raddrehzahl das s°r-Signal. Jedoch sind auch die Zwei-, Sechs- und Achtfachen Frequenzen der Raddrehzahlen mit 3/11 österreichisches Patentamt AT 503 622 B1 2011-11-15 deutlichen Amplituden an der Restwelligkeit beteiligt. Die Verteilung der Vielfachen der Frequenzen der Raddrehzahl wird von der Lage der Messstellen an der Radscheibe und darüber hinaus von der Verschiebung Ay des Radaufsatzpunktes in Querrichtung bestimmt. Nahe am Spurkranz liegende Messstellen führen beispielsweise zu höheren Amplituden bei der sechs-und achtfachen Raddrehzahl, da hier der Einfluss der Radaufstandskräfte Q auf die Scheibendehnungsstärke ausgeprägter ist, als bei weiter innen liegenden Radien.FIG. 7 shows a Fourier transformation or, in other words, the spectrum of the rail-fixed strain changes s ° r according to FIG. 6. It can be seen that εχ has a residual ripple and is composed of different frequencies. As can be expected from the s ° r curve, the ripple with four times the wheel speed dominates the s ° r signal. However, the two-, six- and eight-fold frequencies of the wheel speeds with significant amplitudes of the residual ripple are also involved with 3/11 Austrian Patent Office AT 503 622 B1 2011-11-15. The distribution of the multiples of the frequencies of the wheel speed is determined by the position of the measuring points on the wheel disc and, moreover, by the displacement Ay of the wheel attachment point in the transverse direction. For example, measuring points close to the flange lead to higher amplitudes at six and eight times the wheel speed, since here the influence of the wheel contact forces Q on the pulley elongation strength is more pronounced than with radii lying further inside.

[0027] Die Restwelligkeit in den gemessenen Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem verfälschen die Ergebnisse der lauftechnischen Messungen, da diese Dehnungsänderungen über die Lösung spezieller Gleichungssysteme in die gesuchten Radkräfte umgerechnet werden. Die Umrechnung erfolgt im Allgemeinen mittels spezieller Messrechner, die das Gleichungssystem während der fahrtechnischen Zulassungsfahrten in Echtzeit lösen. Die folgende Gleichung 1 gibt beispielhaft die Lösung eines Radscheibengleichungssystems bei bekannter Radauf Standskraft Q an:The residual ripple in the measured strain changes in the rail-fixed coordinate system distort the results of running technical measurements, since these strain changes are converted over the solution of special systems of equations in the sought wheel forces. The conversion is generally carried out by means of special measuring computers, which solve the equation system in real time during the technical driving tests. The following equation 1 gives an example of the solution of a wheel disc equation system with known wheel standing force Q:

Sx-Kia'Q-Ki.Y’V+KwQ'ty f11Sx-Kia'Q-Ki.Y'V + KwQ'ty f11

Bi-Kw'Q^Kw^+Kw'Q'1y <2> [0028] Unbekannte des obigen Gleichungssystems sind die Führungskraft Q und die Lage des Kontaktpunktes auf der Lauffläche Ay, wobei Ay=0 der Messkreisebene ε0 gemäß Figur 1 entspricht. Gemessen werden ε·\, die Dehnungsänderung in der Messebene 1, und ε2, die Dehnungsänderung in der Messebene 2. k1iQ, k2,q , K1iQe und K2,Qesind Kalibrierkoeffizienten. Mit ε\=εΐ~ ‘Q f ε2= ε2~ 12,ß ' Q folgtBi-Kw'Q ^ Kw ^ + Kw'Q'1y < 2 > Unknowns of the above system of equations are the guiding force Q and the position of the contact point on the running surface Ay, where Ay = 0 corresponds to the measuring circle plane ε0 according to FIG. Measured are ε · \, the strain change in the measurement plane 1, and ε2, the strain change in the measurement plane 2. k1iQ, k2, q, K1iQe and K2, Qesind calibration coefficients. With ε \ = εΐ ~ 'Q f ε2 = ε2 ~ 12, β' Q follows

Q K\S£l,y Kl,y'£l 1 1., ’ ~ Kl,y ' 11 ,ße und KUy [0029] Wird der durch die Restwelligkeit hervorgerufene Messfehler nicht korrigiert, kann es beispielsweise für die Spurführungskräfte Y zu einem Messfehler bis zu 10 kN kommen. Fehler in einer solchen Größenordnung sind unerwünscht, da es sich bei diesen Größenordnungen um für die Zulassung des Schienenfahrzeuges relevante Größen handeln kann.If the measurement error caused by the residual ripple is not corrected, it can for example become a value for the tracking forces Y. FIG Measuring errors up to 10 kN come. Errors on such a scale are undesirable because these orders of magnitude may be of relevance to the registration of the rail vehicle.

[0030] Figur 8 verdeutlicht einen ersten Verfahrensschritt zur Beseitigung der Restwelligkeit gemäß einer ersten Variante der Erfindung. So werden beispielsweise die Fehler bei der Bestimmung der Spurführungskräfte bestimmt. Dies erfolgt durch direkte Messung der Spurführungskräfte mittels einer Kalibriervorrichtung, die beispielsweise in ZEV+DET Glas. Ann. 120 (1996) Nr. 2, Seite 44 gezeigt ist. In einem zweiten Schritt werden mit den beim Kalibrieren gewonnenen Kalibrierungskoeffizienten die Spurführungskräfte Y berechnet. Die Fehlerkräfte werden durch einfache Differenzbildung dieser Spurführungskräfte erhalten. In Figur 8 sind die Fehlerkräfte 5 in Abhängigkeit der Lage des Radaufsatzpunktes, die an der Achse 6 abgetragen, ist und in Abhängigkeit des Drehwinkels des Radsatzes, der auf der Achse 7 abgetragen ist, gezeigt. 4/11FIG. 8 illustrates a first method step for eliminating the residual ripple according to a first variant of the invention. For example, the errors in the determination of the tracking forces are determined. This is done by direct measurement of the tracking forces by means of a calibration device, for example, in ZEV + DET glass. Ann. 120 (1996) No. 2, page 44. In a second step, the calibration forces Y calculated using the calibration coefficients obtained. The error forces are obtained by simply subtracting these tracking forces. In Figure 8, the error forces 5 in dependence of the position of the Radaufsatzpunktes, which is removed on the axis 6, and depending on the rotation angle of the wheelset, which is removed on the axis 7, shown. 4.11

Claims

Austrian Patent Office AT 503 622 B1 2011-11-15 Figure 9 shows the standardized Fourier transformation of the error forces shown in Figure 8, wherein the order of the residual ripple of the tracking forces Y is removed on an axis 8. The axis 6 again corresponds to the position of the Radaufsatzpunktes. The Fourier coefficients obtained in this way are stored as parameters in a memory unit of a computing unit so that the residual ripple on the basis of the stored Fourier transformation data can be suppressed in a later real-time measurement. FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the error correction according to the second variant of the present invention. Here, the calibration coefficients are determined not only for a specific angle of rotation Φ of the wheelset, but for different angles of rotation Φ of the wheelset. FIG. 10 shows the cablization coefficients K 1, Y obtained for the calculation of the tracking forces as a function of the angle of rotation Φ. 11 shows the calibration coefficients K 1, Q obtained for the wheel contact forces Q as a function of the angle of rotation Φ and FIG. 12 the calibration coefficients K 1, Q e for calculating the torque resulting from the transverse displacement Ay of the vertical force Q on the tread results. By taking into account the ripple already in the determination of the calibration coefficients, the ripple in the real-time measurement is almost completely suppressed, so that a related error is minimized. 1. A method for determining occurring between a moving rail vehicle and a rail forces using a, strain gauges (4) comprehensive measuring system, wherein the strain gauges are mounted on a axle and / or wheel discs (1, 2) having wheelset of the rail vehicle in that the measuring system is subsequently calibrated to obtain calibration coefficients, changes in the rotational coordinate system are detected by the rotating strain gauges during the travel of the rail vehicle, the detected strain changes are transformed into a stationary coordinate system yielding strain changes in the rail-fixed coordinate system and the forces from the strain changes in track-stable coordinate system can be calculated using the calibration coefficients, wherein carried out in calibration an error correction to suppress a residual ripple t, characterized in that the calibration comprises determining error forces as a function of a wheel attachment point and a rotation angle of the wheelset, the error forces being determined from the difference between the forces measured during calibration and the forces calculated using the calibration coefficients, a Fourier transformation of From the ripple order constants, an inverse Fourier transform ripple correction constant is calculated and the residual ripple correction constants are subtracted from the calculated strain changes in the rail-fixed coordinate system.

2. A method for determining forces occurring between a rail vehicle and a rail using a measuring system comprising strain gages (4), in which the strain gauges (4) are fastened to a wheel set of the rail vehicle having an axle shaft and / or wheel disks (1, 2) the measuring system is subsequently calibrated to obtain calibration coefficients, strain changes in the rotating coordinate system are detected by the rotating strain gauges during travel of the rail vehicle, the detected strain changes in the rotating coordinate system are transformed into a stationary coordinate system yielding strain changes in the rail-fixed coordinate system, and the forces are calculated from the changes in strain in the rail-fixed coordinate system using the calibration coefficients, during which calibration was carried out at the Austrian Patent Office AT 503 622 B1 2011-11-15 an error correction for suppressing a ripple is performed, characterized in that the calibration coefficients are detected in dependence on a rotation angle of the wheelset to obtain angle-dependent calibration coefficients, wherein the forces are calculated from the strain change in the rail-fixed coordinate system using the angle-dependent calibration coefficients.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that acting in the vertical direction between wheel and rail wheel attachment forces acting in the transverse direction executives Y and acting in the direction of travel of the wheel set tangential forces T are calculated. For this 5 sheets drawings 6/11