METHOD OF IDENTIFICATION OF WAGGONS IN A FAST RUNNING TRAIN AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD

Abstract: 1. Method for the identifying of wagons running in a train formation, in particular a rapidly travelling one, with the use of an arrangement for the measuring of the wheel loads with at least one measuring point, wherein also the speed of the train formation is determined, characterized thereby, that strain gauges, which are fastened at the web of a rail at the level of the neutral fibre and oriented orthogonally to the neutral fibre, are used as measuring point, that - on a wheel running over the measuring point - the then arising measurement peak of the measurement signal is triggered at a threshold valuehat the time interval between two measurement peaks on the running of two successive wheels over the measuring point is measured each time on the threshold value being fallen below or exceeded and this measured time interval is added to half the difference of the measured time intervals between the threshold value being fallen below and being exceeded at each of both the successive measurement peaks, that the result is processed together with the speed into an axle spacing and that the wagon concerned is identified by this axle spacing or by several successive axle spacing.

Description: Verfahren zum Identifizieren von in einem insbesondere schnellfahrenden Zugver-band laufenden Waggons und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von in einem insbesondere schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons unter Verwendung einer Anordnung zum' Messen von Radlasten mit wenigstens einer Messstelle aus einem am Steg einer Schiene in Höhe der neutralen Faser befestigten und orthogonal zur neutralen Faser ausgerichteten Dehnungsmessstreifen. Die zunehmende Automatisierung in Verbindung mit einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit und der Zuladung von Eisenbahnfahrzeugen erfordert eine möglichst einfach durchzufüh- rende Kontrolle des jeweiligen Beladungszustandes eines Eisenbahnwaggons. Bestehende Sicherheitsvorschriften schränken die Radlasten einer Achse, beispielsweise von Güterwagen, ein. Auch für das Verhältnis der Radlasten einer Achse gibt es bestimmte Vorschriften. Eine weitere Einschränkung bei der'Be- ladung gilt für das Verhältnis der Achsen unter Drehgestel- le untereinander. Eine Überschreitung dieser Einschränkungen bzw. eine falsche Beladung der Waggons kann zu einem Sicherheitsrisiko führen, denn überladene oder schiefgeladene Waggons zeigen nicht mehr ihr natürliches Fahrverhalten. Im Hinblick auf die wachsenden Anforderungen nach kurzen Transportzeiten sind die früher üblichen Methoden zur Bestimmung der Radlasten von Waggons nicht mehr wirtschaftlich. Die dazu eingesetzten Brückenwaagen, auf denen die Waggons einzeln gewogen werden konnten, sind zeit- und personalaufwendig. Ausserdem müssen die verwogenen Waggons zusätzlich identifiziert werden. Man ist deshalb dazu übergegangen, dynamische Waagen einzusetzen, die es -ermöglichen, die Radlasten bei fahrenden Zügen unmittelbar zu messen. Ein noch nicht zum Stand der Technik gehörender Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 32 26 740.1) beschreibt eine Anordnung zum Messen der Radlasten schnellfahrender Schienenfahrzeuge mit wenigstens einer Messstelle und wenigstens einem am Steg einer Schiene in Höhe der neutralen Faser befestigten Dehnungsmessstreifen, dessen Hauptwirkungsrichtung orthogonal zur neutralen Faser, d.h. vertikal angeordnet ist. Beim Überlauf eines Rades über eine derartige Messstelle erhält man ausgeprägte Messpeaks, aus denen sich die jeweilige Radlast mit grosser Genauigkeit bestimmen lässt. Für die Identifizierung von in einem schnellfahrenden Zugverband laufenden Waggons fehlt es noch an einem hinreichend zu verlässig arbeitenden Verfahren - Es ist zwar bekannt, Waggons mit automatisch ablesbaren Markierungen zu versehen, da- zu sind aber besondere Einrichtungen an den Waggons und im Bereich der Gleise erforderlich. Die damit erhaltenen Informationen sind aber unzuverlässig, weil sie gegebenenfalls durch Witterungseinflüsse verfälscht sein können. Ausserdem haben diese Informationen keinen Bezug zu den jeweiligen Radlasten. Aufgabe der Erfindung ist es, die Waggons in fahrenden, insbesondere schnellfahrenden Zugverbänden zu identifizieren, - wobei gleichzeitig die Möglichkeit einer Zuordnung zu gemessenen Radlasten gegeben sein' soll. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, dass die Geschwindigkeit des Zugverbandes bestimmt wird, dass beim Überlauf eines Rades über die Messstelle der dabei entstehende Messpeak des Messsignals an einem Schwellenwert getriggert wird, dass der Zeitabschnitt zwischen zwei Messpeaks beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Messstelle jeweils bei Unter- oder Überschreitung des Schwellenwertes gemessen wird und diesem gemessenen Zeitabschnitt die halbe Differenz der gemessenen Zeitabschnitte zwischen Unter- und Überschreitung des Schwellenwertes an jedem der beiden aufeinanderfolgenden Messpeaks hinzuaddiert wird, daR das Ergebnis mit der Geschwindigkeit zu einem Achsabstand verarbeitet wird und dass mit diesem Achsabstand oder mit mehreren aufeinanderfolgen den Achsabständen der betreffende Waggon identifiziert wird. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt die Identifizierung des Waggons über dessen Achsabstand. Eine Analyse der insbesondere im Bereich der deutschen Bundesbahn zur Verfügung stehenden Waggons und ihrer jeweiligen Achsabstände hat ergeben, dass es unter bestimmten Voraussetzungen möglich ist, einen bestimmten Waggon anhand seines Achsabstandes zu identifizieren und ihn dadurch von anderen Waggons zu unterscheiden. Das setzt allerdings voraus, dass die messung des Achsabstandes mit hinreichender Genauigkeit erfolgt. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine treffsichere Identifizierung eines bestimmten Waggons möglich ist, wenn der gemessene Achsabstand mit einem Fehler von weniger als 3,5 % ermittelt werden kann. Solche Fehlergrenzen lassen sich aber mit dem beschriebenen Verfahren einhalten, wel dieses Verfahren auf der Messung von Zeitabschnitten beruht, die durch Schnittpunk- te zwischen einem konstanten Schwellenwert und verhältnismässig steil ansteigenden oder abfallenden Messwerten definiert sind. Die Messwerte selbst werden dadurch nicht berührt, insbesondere können die Messpeaks, wie eingangs angegeben, zur Ermittlung der Radlasten herangezogen werden. Damit ergibt sich dann auch ohne weiteres die Möglichkeit, die ermittelten Radlasten dem jeweils identifizierten Waggon zuzuordnen.. Die Geschwindigkeit des Zugverbandes' kann ebenfalls unter Verwendung der Anordnung von messstellen mit Dehnungsmessstreifen erfasst werden,und zwar durch Messung der Zeit zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte Messstellen. Im übrigen ist es zweckmässig, die Messwerte zu digitalisieren und digital zu verarbeiten. Dann können nämlich auch die Zeiten digital mit einem Zähler gemessen werden und der Achsabstand nach der Formel 5A (k) = i (k) - i (k+l) - j (k) 2 bestimmt werden, wobei SA (k > = eine Masszahl ( mit Berücksichtigung der Geschwin digkeit) für den Achsabstand, i (k} = die Anzahl der Zählimpulse zwischen zwei Messpeaks beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Messstelle jeweils bei Unter- oder Über schreitung des Schwellenwertes, j (k) = die Anzahl der Zählimpulse zwischen Unter- und Überschreitung des Schwellenwertes an einem MeB- peak, k = Index für aufeinanderfolgende Messpeaks Die der Anzahl i (k) hinzuzufügende Differenz berücksichtigt, dass die Radlasten aufeinanderfolgender Räder sehr unterschiedlich sein können und dass dementsprechend die zugeordneten Messpeaks unterschiedlich ausfallen. Die Differenz berücksichtigt diese Unterschiede, so dass die Masszahl SA (k) praktisch Zählimpulse zwischen den Mitten zweier aufeinanderfolgender Peaks angibt. Durch Division dieser MaEzahl SA (k) mit der gemessenen Geschwindigkeit erhält man den Achsabstand. Da nicht nur zweiachsige, sondern auch mehrachsige Waggons existieren, wird man die Mittenabstände zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Peaks messen und dann zur Identifizierung des betreffenden Waggons den oder die ermittelten Achsabstände mit entsprechenden Werten einer Identifikationsmatrix vergleichen. Eine solche Identifikationsmatrix enthält beispielsweise die Achsabstände sämtlicher im Verkehr befindlicher Eisenbahnwaggons. Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens besitzt einen Messverstärker für jede Messstelle, einen dem Messverstärker nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler, einen auf einen Schwellenwert einstellbaren Trigger, einen Zähler und einen Speicher für die Zählimpulse sowie einen Prozessor für die Durchführung erforderlicher mathematischer Operationen, die u.a. auch zur Bestimmung der Radlasten ausgeführt werden müssen. Zusätzlich soll eine Vorrichtung aber auch einen Speicher mit einer Identifikationsmatrix für Achsabstände verschiedener Waggons aufweisen, damit im Zuge der Bestimmung der Radlasten auch eine Identifizierung des jeweiligen Waggons und damit eine Zuordnung gemessener Radlasten zu dem betreffenden Waggon möglich ist. Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung die Seitenansicht eines Schienenabschnittes mit einer Messstelle, Fig. 2 in schematischer Darstellung die Wiedergabe eines typischen Messsignals an dieser Messstelle, Fig. 3 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild ei ner Vorrichtung zur Bestimmung der Radlasten und zur Identifizierung des betreffenden Waggons aus dem MeB signal, Fig. 4 in schematischer Darstellung das Messsignal beim Über lauf von zwei aufeinanderfolgenden Rädern über die Messstelle, Fig. 5 in schematischer Darstellung die Seitenansicht eines zweiachsigen und eines dreiachsigen Waggons mit ty pischen Abmessungen in Millimetern. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung dient zunächst zum Messen und Bestimmen der Radlasten schnellfahrender Eisenbahnfahrzeuge. An einer Schiene 1 mit Schienenkopf 2, Schienensteg 3 und Schienenfuss 4 ist beidseits des Steges 3 in Höhe der neutralen Faser 5 jeweils ein temperaturunabhängiger Dehnungsmessstreifen 6 so befestigt, dass sich seine Hauptwirkungsrichtung senkrecht zur neutralen Faser 5, d.h. vertikal, er streckt. Die Dehnungsmessstreifen 6 sind im übrigen so befestigt, dass sie bezüglich ihrer mäanderförmigen Windungen im wesentlichen symmetrisch zur neutralen Faser 5 angeordnet sind. Nicht dargestellt ist, dass sich die Dehnungsmessstreifen 6 und die dadurch definierte Messstelle direkt oberhalb einer Schwelle befinden. Wird die Messstelle der Schiene 1 von einem Rad 7 mit zugeordneter Radlast 8 überlaufen, dann wird die Schiene 1 im Bereich der Messstelle, wie auch an anderen Stellen, beim Überlauf durch das Rad 7 so verformt, wie das in Figur 1 übertrieben dargestell-t ist. Anders ausgedrückt, wird die Schiene 1 und insbesondere ihr Steg 3 in vertikaler Richtung gestaucht. Die dabei auftretenden Dehnungen werden von den Dehnungsmessstreifen 6 erfasst und in Messsignale umgesetzt. Ein typischer Verlauf eines Messsignals 9 bei Überlauf eines Rades 7 über eine Messstelle ist in Figur 2 dargestellt. Man erkennt eine von hochfrequenten Störungen überlagerte Funktion, die nach theoretischen Überlegungen ein Produkt aus einer Exponentialfunktion und der Summe von KFeisfunktionen ist. Massgebend für die Bestimmung der gewünschten Radlast ist jedoch lediglich das Maximum dieser Funktion. Um das Maximum des Messsignals 9 und damit die gesuchte Radlast 8 zuverlässig bestimmen zu können, wird das Messsignal 9 zunächst in zwei Signal anteile zerlegt, und zwar in einen konstanten Signalanteil und einen veränderlichen Signalanteil. Dazu wird mit einer Vorrichtung gearbeitet, wie sie schematisch in Figur 3 dargestellt ist. Zunächst wird das von dem Dehnungsmessstreifen 6 abgegebene Messsignal einem Messverstärker 10 zugeführt, der gegebenenfalls auch die übliche Brükkenschaltung für mehrere Dehnungsmessstreifen 6 enthält. Das verstärkte Messsignal wird dann in einem Analog-Digital-Wand ler 11 digitalisiert. In den Signalfluss ist ferner ein Trigger 12 geschaltet, der auf einen vorbestimmten Schwellenwert 13 einstellbar ist. Dieser Trigger 12 trennt folglich das Messsignal in einen konstanten, durch den Schwellenwert 13 definierten Signalanteil und einen veränderlichen Signal an teil, der in Figur 2 im strichpunktiert angegebenen Fenster 14 verbleibt. Es versteht sich, dass der Trigger 12 auch dem Analog-Digital-Wandler 11 vorgeschaltet sein kann, so dass dem Wandler lediglich die im Fenster 14 verbleibenden Signal an teile zugeführt werden. Der Trigger 12 beaufschlagt bei Überschreiten und/oder Unterschreiten des Schwellenwertes 13 auch einen Zähler 15, dessen Zählimpulse den jeweils digitalen Messwerten zugeordnet werden. Zur gleichzeitigen Identifizierung des die Messstelle gerade überfahrenden Waggons muss zunächst die Geschwindigkeit des Zugverbandes bestimmt werden. Dazu genügt es, wenn die Zeit zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte MeBstellen ermittelt wird. Im übrigen stützt sich die Identifizierung des die Messstelle überfahrenden Waggons auf die vom Zähler 15 abgegebenen Zählimpulse. Geht man davon aus, dass bei konstanter GeschwSndigkeit des Zugverbandes der Zeitabschnitt zwischen dem Überlauf zweier aufeinanderfol gender Räder über eine Messstelle proportional dem Achsabstand dieser beiden Räder ist, dann kann der Achs abstand bestimmt werden aus der Zeit, die zwischen dem Überlauf zwei aufeinanderfolgender Räder über eine Messstelle vergeht. In Figur 4 sind die tatsächlichen Verhältnisse wiedergegeben. Man erkennt das Messsignal 9 mit zwei aufeinanderfolgenden Messpeaks 17, 18. Dargestellt ist auBerdem der Schwellenwert 13. Da es technisch sehr schwierig und auch zu ungenau wäre, die Mitte der Messpeaks 17 bzw. 18 zu bestimmen, wird einerseits die Anzahl i (k) der Zählimpulse zwischen zwei Messpeaks 17, 18 beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Messstelle jeweils bei Unterschreitung des Schwellenwertes 13 bestimmt, sowie darüber hinaus die Anzahl j (k) der Zählimpulse zwischen Uber- und Unterschreitung des Schwellenwer tes 13 an jedem der Messpeaks 17, 18. Eine Masszahl sA {k) für den Achsabstand der beiden die Messstelle überlaufenden Räder ergibt sich dann nach folgender Formel: sA (k) = i (k) - j (kiel) - j (k) wobei k ein Index für aufeinanderfolgende Messwerte ist. Diese Formel berücksichtigt, dass die Messpeaks 17, 18 unterschiedlich ausgebildet sein können, weil aufeinanderfolgende Räder unterschiedlich belastet sein können Jedenfalls kann aus der Masszahl sA (k) unter Berücksichtigung der ermittelten Geschwindigkeit der Achsabstand zweier aufeinanderfolgender, die Messstelle überlaufender Räder mit grosser Genauigkeit, d.h. mit einem Fehler, der kleiner ist als 3,5 %, bestimmt werden. Die Verarbeitung der anfallenden Messwerte und der Zählimpulse erfolgt in einem Prozessor 16, zu dem auch ein Speicher 19 mit einer Identifikationsmatrix für Achsabstände verschiedener Waggons gehört. Dieser Speicher beinhaltet die Achsabstände für unterschiedliche Waggons jeweils ohne Puffermasse, wobei die Waggons zweckmässig nach Anzahl der jeweiligen Achsen geordnet sind. Die Abstände von Waggon zu Waggon, die sich aus der Addition zweier aufeinanderfolgender Puffermasse ergeben, liegen bei Einhaltung der Fehlergrenzen von weniger als 3,5 % ausserhalb der möglichen Achsabstände. Sie brauchen folglich nicht identifiziert zu werden. Figur 5 zeigt schematisch den besonders kritischen Fall eines zweiachsigen Waggons im Vergleich mit einem dreiachsigen Waggon, wobei in beiden Fällen Achsabstände von 8000 Millimetern auftreten.Da bei bei Kopplung eines zweiachsigen Waggons mit einem dreiachsigen Waggon, - bei jeweils maximalem Puffermass zwischen den beiden Waggons ein Achsabstand von 7460 Milli metern entsteht, können die beiden Waggons auf jeden Fall dann identifiziert werden, wenn der Fehler des gemessenen Achsabstandes kleiner als 3,5 % ist.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren' zum Identifizieren von in einem insbesondere schnell fahrenden Zugverband laufenden Waggons unter Verwendung einer Anordnung zum essen von Radlasten mit wenigstens einer ess- stelle aus einem am Steg einer Schiene in Höhe der neutralen Faser befestigten und orthogonal zur neutralen Faser ausgerich teten Dehnungsmessstreifen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Geschwindigkeit des Zugverbandes be stimmt wird, dass beim Überlauf eines Rades über die Messstelle der dabei entstehende esspeak des Messsignals an einem Schwel lenwert getriggert wird, dass der Zeitabschnitt zwischen zwei esspeaks beim Uberlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Messstelle jeweils bei Unter- oder Überschreitung des Schwel lenwertes gemessen wird und diesem gemessenen Zeitabschnitt die halbe Differenz der gemessenen Zeitabschnitte zwischen Un ter- und Überschreitung des Schwellenwertes an jedem der beiden aufeinanderfolgenden Messpeaks hinzuaddiert wird, dass das Er gebnis mit der Geschwindigkeit zu einem Achsabstand verarbeitet wird und dass mit diesem Achsabstand oder mit mehreren aufeinan derfolgenden Achsabständen der betreffende Waggon identifiziert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r t h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Geschwindigkeit des Zugverbandes durch Messung der Zeit zwischen Überläufen eines Rades über zwei benachbarte Messstellen ermittelt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zeiten digital mit einem Zähler gemes sen werden und der Achsabstand nach der Formel 5 (k) = i (k} - j (k+l} - j tk) bestimmt wird, wobei SA (k} = eine Masszahl ( mit Berücksichtigung der Geschwindig zeitz für den Achsabstand, i (k > = die Anzahl der Zählimpulse zwischen zwei Messpeaks beim Überlauf zweier aufeinanderfolgender Räder über die Messstelle jeweils bei Unter- oder Überschreitung des Schwellenwertes, j (k) = die Anzahl der Zählimpulse zwischen Unter- und Über schreitung des Schwellenwertes an einem esspeak, k = Index für aufeinanderfolgende Messpeaks. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Identifizierung des be betreffenden Waggons der oder die ermittelten Achsabständp mit den entsprechenden Werten einer Identifikationsmatrix verglichen werden. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 - 4 mit einem Messverstärker für jede Messstelle, einem dem Messverstärker nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler, einem auf einen Schwellenwert einstellbaren Trigger, einem Zähler und einem Speicher für die Zählimpulse, und mit einem Prozessor, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Speicher (19 > mit einer Idenfikationsmatrix für Achsabstände verschiedener Waggons.

Inventors: KRETTEK, OTMAR, DR., PIETZSCH, UDO, DIPL.-ING., SCHWAB, WOLFRAM
Applicants: ASEA IND & AUTOMATION
Application year: 1984
Main classification: G01G19
IPC codes: B61L25, B61L1