WO1995030878A1

WO1995030878A1 - Eisenbahnschienenkonturmessverfahren

Info

Publication number: WO1995030878A1
Application number: PCT/AT1995/000085
Authority: WO
Inventors: Erich Permann; Franz Schrank; Franz Kulmer; Johann HIRSCHBÖCK
Original assignee: Erich Permann; Franz Schrank; Franz Kulmer; Hirschboeck Johann
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1995-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Vermessen der Kontur von metallischen und nichtmetallischen Profilteilen, insbesondere von Eisenbahnschienen. Erfindungsgemäss wird die Kontur des Schienenkopfes (5) entlang einer Messlinie, welche quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene (1) liegt, zyklisch abgetastet, wobei die Messung auf einen definierten Bezugspunkt (16) ausgerichtet ist. Die sich ergebenden Messsignale werden mathematisch ausgewertet und mit einer Nominalform des zu prüfenden Schienenkopfes (5) verglichen. Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtasteinheit (8) auf einem Gleitelement (7) angeordnet ist, welches in einem, den Schienenkopf (5) in Abstand quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene (1) umschliessenden, in seiner Grundform hufeisenförmig ausgebildeten, Haltering (6) angeordnet ist und entlang dieses Halteringes (6) von dessen einer bis zu dessen anderen Stirnseite bewegbar ist.

Description

EISENBAHNSCHIENENKONTURMESSVERFAHREN

BESCHREffiUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Vermessen der Form bzw. der Formabweichung der Kontur von metallischen und nichtmetallischen Profllteilen, insbesondere der Kontur des Schienenkopfes von Eisenbahnschienen, durch Abtastung der Kontur, wobei die erfaßten Werte in analoge Meßsignale umgesetzt werden.

Der Schienenverkehr hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Dazu haben beispielsweise die ökologische Bewegung (Stichwort: "Rollende Landstraße) und, in Europa, die Entwicklung bzw. Öffnung der Oststaaten beigetragen. Der Schienenverkehr wird auch in Zukunft in Technik und Gesellschaft eine wichtige Rolle spielen.

Um den Schienenverkehr im vorgegebenen Umfang reibungslos abwickeln zu können, ist eine von mehreren Voraussetzungen natürlich die optimale Kontrolle der Eisenbahnschienen. Diese Kontrolle wurde in jüngster Zeit wichtiger denn je, weil immer mehr Bahnstrecken auf Hochgeschwindigkeitstauglichkeit umgestellt werden. Aufgrund dieser Gegebenheit ergibt sich die Forderung, die Kontrollen des

Abnützungsgrades der Eisenbahnschienen in kürzeren Zeitabständen als zuvor durchzuführen.

Der bei Eisenbahnschienen für die Benützungstauglichkeit wichtigste, weil am stärksten beanspruchte, Teil ist der Schienenkopf. Eisenbahnschienen werden in bestimmten Zeitabständen, welche vor allem von der Frequenz und der Art des die jeweilige Bahnstrecke belastenden Verkehrs abhängen, geprüft und nachgemessen. Dabei wird selbstverständlich vor allem dem Schienenkopf größtes Augenmerk

ERSAΓZBLÄΓT (REGEL 26) gewidmet. Innerhalb genau definierter Toleranzen dürfen die Schienen weiter¬ verwendet werden. Übersteigt der Abnutzungsgrad den festgelegten Grenzwert, so müssen die Schienenköpfe durch Auftragung neuen Materials - hiezu stehen bereits bewährte Verfahren zur Verfügung - instandgesetzt werden oder die abgenutzte Eisenbahnschiene ist durch eine neue zu ersetzen.

Zur Zeit werden die Eisenbahnschienen von dafür ausgebildetem Bahnpersonal durch Anlegen entsprechender Profilschablonen, manuelle Messung des Abnützungsgrades und anschließenden Vergleich mit einer der Nominalform der Schiene entsprechenden Schablone kontrolliert.

Diese Art der Kontrolle weist gravierende Schwachpunkte auf. Sie ist zeit- und kostenaufwendig, somit also unwirtschaftlich, vor allem jedoch ungenau. Zudem beinhaltet die manuelle Messung auch noch die Gefahr des sogenannten "menschlichen Versagens", also von Fehlmessungen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Einrichtung zu konzipieren, mit deren Hilfe der Abnützungsgrad von Eisenbahnschienen unter Hintanhaltung der erwähnten Nachteile feststellbar ist.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Schienenkopfes entlang einer Meßlinie, welche quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene liegt, zyklisch abgetastet wird, und daß als Nominalpunkt der Messung jener Punkt definiert wird, welcher auf einer fiktiven, auf Höhe der Meßlinie senkrecht und mittig durch Schienenkopf, Schienensteg und Schienenfuß gelegten Linie liegt, wobei der Nominalpunkt mathematisch, oder empirisch über eine Referenzschiene, ermittelt wird, und daß die Meßsignale mathematisch ausgewertet und mit einer Nominalform des zu prüfenden Schienenkopfes verglichen werden.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, eine präzise Messung der Kontur von Eisenbahnschienen durchzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbst¬ verständlich nicht nur auf Bahnstrecken, sondern auch bei der Herstellung von Eisen¬ bahnschienen, aber auch von Profilteilen anderer Art, anwendbar. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden induktive oder kapazitive oder inkrementale oder optische bzw. akustooptische bzw. elektrooptische bzw. foto¬ elektrische Abtastprinzipien angewandt werden.

Diese Ausgestaltung erlaubt es, global gesehen, für die Kontrolle von Profilteilen stets jenes Abtastprinzip einzusetzen, welches in bezug auf das jeweils verwendete Material optimale Ergebnisse liefert.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine aus Grundmodul und Sensor bestehende Abtasteinheit auf einem Gleitelement angeordnet ist, welches in einem den Schienenkopf in Abstand quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene umschließenden, in seiner Grundform hufeisenförmig ausgebildeten, Halteriπg angeordnet und entlang dieses Halteringes von dessen einer bis zu dessen anderen Stirnseite bewegbar ist, wobei die Stirnseiten als Anschlagflächen für das Gleitelement ausgebildet sind, und daß der Sensor, in bezug auf seine Längsrichtung, eine federnde Lagerung aufweist.

Mit dieser Einrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren auf zweckmäßige Weise in der Praxis anwendbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Haltering an seinen Stirnseiten mit jeweils dem festen Teil eines von zwei zweiteiligen Klappelementen starr verbunden ist, und daß deren beweglicher Teil mit seinem freien Ende an der Eisenbahnschiene in deren Übergangsbereich von Schienensteg und Schienenflanke einrastbar ist.

Damit wird nicht nur eine sehr rasche Fixierung der erfindungsgemäßen Einrichtung auf den Eisenbahnschienen ermöglicht, sondern auch sichergestellt, daß der Haltering am Schienenhals aufsitzt. Diese Vorteile sind beim Einsatz der Erfindung auf stark frequentierten Bahnstrecken wichtig, wenn also für die Messung nur eine geringe Zeitspanne zur Verfügung steht.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1, in Form einer Prinzipskizze, den Zusammenhang zwischen dem mechanischen und dem elektrotechnischen Teil der Erfindung. In Fig. 2 ist der Befestigungsteil der Erfindung dargestellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Schienenkopf 5 einer Eisenbahnschiene 1 in Abstand und quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene 1 von einem in seiner Grundform hufeisenförmig ausgebildeten Haltering 6 umschlossen. Auf diesem Haltering 6 ist ein Gleitelement 7 angeordnet, auf welchem eine aus Grundmodul 18 und Sensor 9 bestehende Abtasteinheit 8 aufsitzt. Die Abtasteinheit 8 ist entlang des Halteringes 6 von dessen einen bis zur dessen anderen Stirnseite bewegbar, wobei diese Stirnseiten als Anschlagflächen ausgebildet sind. Der Nominalpunkt 16 für die Messung liegt auf einer fiktiven, auf Höhe der Meßlinie senkrecht und mittig durch Schienenkopf 5, Schienensteg 2 und Schienenkopf 5 geführten Linie 14. Der Nominalpunkt 16 wird mathematisch, oder empirisch über eine Referenzschiene, ermittelt. Die Meßsignale werden mathematisch ausgewertet und mit einer Nominalform des zu prüfenden Schienenkopfes 5 verglichen.

Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß für die Messung induktive Abtastprinzipien angewandt werden. Die vorerst analogen Meßsignale werden von der Abtasteinheit 8 über eine Meßleitung 10 einem Verstärker 11 zugeführt. Die verstärkten analogen Meßsignale werden sodann in einem Analog/Digitalwandler 12 in digitale Signale umgewandelt und einem Rechner 13 zur weiteren Bearbeitung zugeleitet. Im Rechner 13 werden die Meßsignale in einer Datenbank systemtechnisch erfaßt und, dem jeweiligen Schienentypus zugeordnet, gespeichert. Die Meßdaten sind numerisch und grafisch in ihrem Bezug zu definierten Grenzwerten dargestellt; dabei erfolgt die mathematische Auswertung der Meßwerte im Vergleich mit einer Nominal¬ form des zu prüfenden Schienenkopfes 5.

Die Induktivität der Spulen bzw. deren Kopplungen von induktiven Sensoren 9 wird bzw. werden durch bestimmte physikalische Einflüsse - im vorliegenden Fall durch die Materialstärke der Eisenbahnschiene zwischen Nominalpunkt und Sensorkopf - entlang der Meßlinie, verändert. Die Meßlinie reicht von der Schienenflanke der einen bis zur Schienenflanke der gegenüberliegenden Seite der Eisenbahnschiene 1. Die Abtastung wird so durchgeführt, daß die mathematische Erfassung der abgetasteten Meßpunkte mittels des Rechners 13 unter Verwendung des Prinzips des Polar¬ koordinatensystems erfolgen kann.

Zur Erzielung eines hinreichend genauen Meßergebnisses genügt es, entlang der Meßlinie beispielsweise in Abständen von jeweils 2 ° zu messen, wodurch sich zirka 100 Meßpunkte ergeben. Bei dieser Messung ist konkret der Winkel, er sei hier "Ä" benannt, zwischen einer vom Übergangsbereich 4 bis zum Nominalpunkt 16 reichenden fiktiven Nullinie, deren Länge bekannt ist, und einer fiktiven Geraden, welche eine durch den Nominalpunkt gelegte, verlängerte Symmetrieachse des Sensors 9 ist. Jener Teil dieser verlängerten Symmetrieachse, welcher vom Nominal¬ punkt 16 bis zum jeweiligen Meßpunkt auf der Meßlinie der Eisenbahnschiene 1 reicht, sei als r bezeichnet, r errechnet sich sodann, lt. dem Prinzip des Polar¬ koordinatensystems, als Quotient aus dem Dividenden "Länge der Nullinie" und dem Divisor "cos Ä". Die Weiterführung des Abtastelementes um die erwähnten jeweils 2 ° erfolgt unter Zuhilfenahme eines Winkelgebers.

Um größtmögliche Sicherheit der Geleise zu gewährleisten, sollte das Profil der üblicherweise 120 Meter langen Eisenbahnschienen in Längsrichtung in Abständen von jeweils etwa 5 Metern gemessen werden.

In Fig. 2 ist eine Hälfte des Halteringes 6 mit einem an dessen einer Stirnseite angebrachtem festen Teil 22 eines zweiteiligen Klappelementes 21 im eingerasteten Zustand ersichtlich. Ein beweglicher Teil 23 liegt mit seinem schienennahen Ende im Übergangsbereich 4 zwischen Schienenflanke 3 und Schienensteg 2 der Eisenbahn¬ schiene 1 formschlüssig an.

Um die Meßeinrichtung von der Eisenbahnschiene 1 abzuheben, braucht lediglich der bewegliche Teil 23 des Klappelementes 21 entgegen dem Uhrzeigersinn angehoben werden. Auf diese Weise gleitet das schienennahe Ende des beweglichen Teiles 23 aus dem Übergangsbereich 4 über die Schienenflanke 3 in eine freie Stellung. Selbst¬ verständlich kann durch geringfügige konstruktive Modifizierung der beschriebenen Ausführung das Klappelement 21 so ausgeführt werden, daß das Entfernen der Meß- Vorrichtung durch Abheben des beweglichen Teiles 23 im Uhrzeigersinn vorgenommen werden kann.

Auf diese Weise ist das Aufsetzen und Abheben der erfindungsgemäßen Einrichtung rasch und präzise durchführbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Vermessen der Form bzw. der Formabweichung der Kontur von metallischen und nichtmetallischen Profilteilen, insbesondere der Kontur des

Schienenkopfes (5) von Eisenbahnschienen (1), durch Abtastung der Kontur, wobei die erfaßten Werte in analoge Meßsignale umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Schienenkopfes (5) entlang einer Meßlinie, welche quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene (1) liegt, zyklisch abgetastet wird, und daß als Nominalpunkt (16) der Messung jener Punkt definiert wird, welcher auf einer fiktiven, auf Höhe der Meßlinie senkrecht und mittig durch Schienenkopf (5), Schienensteg (2) und Schienenfuß (17) gelegten Linie (14) liegt, wobei der Nominalpunkt (16) mathematisch, oder empirisch über eine Referenz¬ schiene, ermittelt wird, und daß die Meßsignale mathematisch ausgewertet und mit einer Nominalform des zu prüfenden Schienenkopfes (5) verglichen werden.

(Fig. 1

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß induktive oder kapazitive oder inkrementale oder optische bzw. akustooptische bzw. elektrooptische bzw. fotoelektrische Abtastprinzipien angewandt werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Grundmodul (18) und Sensor (9) bestehende Abtasteinheit (8) auf einem Gleitelement (7) angeordnet ist, welches in einem den Schienenkopf (5) in Abstand quer zur Längsrichtung der Eisenbahnschiene ( 1 ) umschließenden, in seiner Grundform hufeisenförmig ausgebildeten, Haltering (6) angeordnet und entlang dieses Halteringes (6) von dessen einer bis zu dessen anderen Stirnseite bewegbar ist, wobei die Stirnseiten als Anschlagflächen für das Gleitelement (7) ausgebildet sind, und daß der Sensor (9), in bezug auf seine Längsrichtung, eine federnde Lagerung aufweist.

(Fig. 1)

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (6) an seinen Stirnseiten mit jeweils dem festen Teil (22) eines von zwei zweiteiligen Klappelementen (21) starr verbunden ist, und daß deren beweglicher Teil (23) mit seinem freien Ende an der Eisenbahnschiene (1) in deren Übergangsbereich (4) von Schienensteg (2) und Schienenflanke (3) einrastbar ist.

(Fig. 2)