Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln und Or¬ ten von Flachstellen in der Lauffläche von aus elektrisch leitendem Material bestehenden Rädern von Schienenfahrzeu¬ gen, unter Verwendung eines an die Schienen angeschlosse¬ nen, hochfrequenten Stromkreises, wobei der Kontakt zwi- sehen der Lauffläche eines Rades und einer die tragende Un¬ terlage des Rades bildenden Schiene einen Teil des Strom¬ kreises bildet, und die Auswertung der ab einer entspre¬ chenden Fahrgeschwindigkeit infolge des Achsengewichts und der Massenträgheit des Rades durch eine Flachstelle hervor- gerufenen Unterbrechung des Kontakts mit der tragenden Schiene erfolgt. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Anordnung zum Ermitteln der Fl achs.tel 1 en.

Eine Flachstelle entsteht, wenn ein Rad auf der tragenden Schiene gleitet, statt zu rollen. Zusätzlich zu dem durch das Rad ausgeübten konstanten Druck beansprucht eine Flach¬ stelle eines Rades die Schiene durch dynamische Kräfte und durch Schläge, deren Mass von der Grosse der Radflachstel¬ le, der Masse, und der Drehgeschwindigkeit des Rades und dem darauf lastenden Gewicht abhängt. Diese dynamischen Be¬ anspruchungen können hoch sein und zu einer Beschädigung der Schienen führen. Eine Beschädigungsgefahr besteht ins¬ besondere im Winter, wenn die Schienen wegen der niedrigen Temperaturen spröde und hohen Zugspannungen ausgesetzt sind.

Radflachstellen können nicht nur die Schienen sondern auch das Rollmaterial beschädigen.

Es ist von grosser Bedeutung, dass Flachstellen von Rädern so früh wie möglich entdeckt werden, damit Wagen mit durch Flachstellen beschädigten Rädern aus dem Verkehr gezogen und repariert werden können.

Zur Ermittlung von Radflachstellen sind schon eine Reihe von Verfahren und Anordnungen zu deren Anwendung vorge¬ schlagen und beispielsweise in der DE-PS 21 19 146 zusam- mengefasst worden, welche ihrerseits ebenfalls das bekannte physikalische Phänomen benutzt, wonach ein Rad mit einer Flachstelle seinen Kontakt mit der Schiene kurzzeitig un¬ terbricht. Die Unterbrechung eines Stromkreises als Anzei¬ gekriterium für die Flachstelle wird nach der obenstehenden Patentschrift ab einer bestimmten Geschwindigkeit, 70 km/h, angewendet. Dafür wird in die bestehenden Schienen vorzugs¬ weise ein 160 kH HF-Signal eingespeist. Die Sende- und Emp¬ f nger-Anpassungen sind so gewählt worden, dass ein Reso¬ nanzkreis gebildet werden soll, wenn ein Rad die Mess¬ strecke kurzschl i sst. Diese Messstrecke ist galvanischer Bestanddteil des bestehenden Schienennetzes. Versuche haben jedoch gezeigt, dass die Resonanz nur bei bestimmten Be¬ dingungen auftritt, die L-, R- und C-Verhältni sse müssen exakt stimmen. ΔL und ΔC, d.h. Abweichungen der Selbstin¬ duktion und der Kapazität von idealen Bedingungen, werden wegen der starken Temperaturschwankungen und individueller Streuungen stets auftreten. Die Abweichung des Widerstands Rad-Achse-Rad AR ist wegen der Rad-Achse-Rad-Widerstands¬ streuung und des Rad-Schienenübergangs-Widerstands eben¬ falls sehr beeinflussbar. Die erhofften Nicht-Resonanz / Resonanz-Verhältnisse sind mit mindestens 1 zu 2 Amplituden Unterschied praktisch nie aufgetreten.

Mit dem System nach der DE-PS 21 19 146 wird versucht, die Daten-Verarbeitung in analoger Form zu verwirklichen. Eini- ge entsprechend betriebene Anlagen haben nur in einem klei¬ nen Geschwindigkeitsbereich (70-80 km/h) gewisse brauchbare

Resultate gezeigt. Ein weiterer bedeutender Nachteil dieses Systems besteht darin, dass kleinere, nebeneinander liegen¬ de Flachstelleπ kumuliert und als grosse Flachstelle gemel¬ det werden.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die in einem breiten Be¬ reich von Fahrgeschwindigkeiten nicht nur Flachstellen an sich, sondern auch deren Grosse und Achsenzugehörigkeit in Abhängigkeit von Fahrgeschwindigkeit und Achsdruck fest¬ stellen, wobei diese Festste! 1ung • eitgehend unabhängig von der Form und vom Abnutzungszustand des Spurkranzes, von den beim Schienenfahrzeugbetrieb vorkommenden elektrischen Stö¬ rungen und von den Witterungsbedingungen erfolgen soll .

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfi ndungsge- mäss dadurch gelöst, dass

- die _. Erfassung der Flachstellen-Messdaten auf einer aus zwei gleichen Teilstücken einer Schiene bestehenden Mess¬ strecke erfolgt, die an drei Stellen, an deren Enden und in deren Mitte elektrisch isoliert ist, wobei jedes Teil¬ stück der Messstrecke mit einem Anschluss an einen sepa¬ raten, hochfrequenten Stromkreis ausgestattet wird, und die Länge 1 der Messstrecke aus den beiden gleichen Teil¬ stücken der Länge s wenigstens dem grössten Radumfang des Schienenfahrzeugs angepasst wird, und

- die Messignale mit Hilfe von Mikroprozessoren digital er- fasst bzw. ausgewertet und der betreffenden Achse zuge¬ ordnet werden,

wobei beide Messstrecken eine eindeutige Aussage über die Anwesenheit einer Flachstelle geben müssen.

Das Verfahren bedarf keiner beweglicher Anlageteile, deren Funktionstüchtigkeit durch die Witterung beeinflusst werden könnte. Die Form der Spurkränze der zu prüfenden Räder ist nicht von Bedeutung. Die Gr sse der Flachstellen kann er-

finduπgsgemäss genau und in Abhängigkeit von der Fahrge¬ schwindigkeit und von der Achslast festgestellt sowie der entsprechenden Achse zugeordnet werden.

Das Verfahren, bei dem die zusätzliche Energie in den Schienen ermittelt wird, ist in starkem Masse vom Achsdruck abhäπgi g.

Die in der DE-PS 21 19 146 vertretene Ansicht, dass bei einer Aenderung des Achsgewichts zwischen 8 und 20 Mp sich das Messverhältnis (t/t ) nur um ± 6,8% ändere, hat sich nicht bestätigt. Vielmehr haben Versuche gezeigt, dass das Messergebnis - genau wie beim Anwenden des Verfahrens, bei dem die Länge der Flachstelle indirekt durch eine Messung der Beschleunigung in der Schiene ermittelt wird - bei einer Geschwindigkeit von 72 km/h um ± 22% variiert, wenn sich der Achsdruck zwischen 8 und 20 Mp verändert.

Die Anordnung der Anschlusspunkte ist für die Messelektro- nik nicht kritisch, sie kann entlang der Teilstücke s der Messstrecke beliebig verschoben werden.

Jede Messstrecke wird aus eigenen Ei nspeisequel len mit si¬ nusförmigem Hochfrequenzstrom so angeschlossen und ge- speist, dass der Stromkreis im Leerlauf eine flache Reso¬ nanz aufweist, die Belastung der HF-Quelle relativ niedrig ist. Wie später im Detail zu erläutern ist, wird die Aufla¬ ge eines Rades auf einem Teilstück der Messstrecke von einem Endschalter-Simulator ausgewertet.

Diese Auswertung kann bei allen im täglichen Verkehr üb¬ lichen Fahrgeschwindigkeiten von Schienenfahrzeugen durch¬ geführt werden, vorzugsweise im Bereich von 40 - 350 km/h.

Die Elektronik ist so konzipiert, .dass bei nicht nur einer, sondern mehreren Flachstellen pro Rad nur die grösste regi¬ striert und ausgewertet wird.

_ _g _

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungs- gemäss dadurch gelöst, dass

- in einer Schiene wenigstens eine Messstrecke der Länge 1 aus zwei gleichen Teilstücken der Länge s angeordnet ist, die an drei Stellen, an deren Enden und in deren Mitte, gegenüber der restlichen Schienen bzw. Schienenstücke elektrisch isoliert ist, wobei beide Teilstücke der Mess¬ strecke/n auf derselben Schiene oder, in Längsrichtung des Gleises entsprechend versetzt, auf beiden Schienen angeordnet sind, und ihre Länge s mindestens dem halben Umfang des grössten Rades der Schienenfahrzeuge ent¬ spricht,

- jedes Teilstück der Messstrecke mit einem Anschluss an einen separaten, hochfrequenten Stromkreis ausgestattet ist, und

- die Steuerungs- bzw. Auswertungsgeräte digital arbeitende Mikroprozessoren sind.

Bei den für Schienenfahrzeuge üblichen Raddurchmessern der Grössenordnung Im sind zwei oder mehr Messstrecken, ge¬ messen von Mitte zu Mitte, zweckmässig etwa 8 - 12 m von¬ einander entfernt angeordnet. Sinngemäss liegt die Länge (1 = 2s) der Messstrecken im Bereich von etwa 3 - 3,5 m.

Die Impedanz der Messkreise ist so eingestellt, dass die Räder und Achsen über die Schienen bzw. deren isolierte Teilstücke einen ausgeprägten Kurzschluss bilden, welcher die andern Teilstücke der Messstrecke bzw. der Messstrecken nicht beeinflusst.

Auf jedem Teilstück der Messstrecke wird mindestens eine Hälfte des Radumfangs nach Flachstellen abgetastet. Weiter erlaubt die Unterteilung der Messstrecke in zwei selbstän-

dig arbeitende Teilstücke, dass gleichzeitig zwei Radsätze von Drehstellen in bezug auf Flachstellen untersucht werden können.

Dank der Anordnung von zwei oder mehreren Messstellen mit je zwei Teilstücken können Flachstellen mindestens zweimal detektiert und erfasst werden. Die zu erwartende Treff¬ sicherheit von Flachstellen steigt mit jeder zusätzlich an¬ geordneten Messstrecke. In bezug auf das Verhältnis Ko¬ sten/Treffsicherheit ist die Anordnung von zwei Messstellen besonders vorteilhaft, die Treffsicherheit dieses INDIGEL- Tandemsystems liegt bei mindestens 85%.

Vorzugsweise wird die Hälfte der Teilstücke der Mess- strecken und die gegenüberliegende Schiene des Gleises zur Indikation des Achsgewichts mit DMS-Streifen (Dehnungs- Mess- Streifen) ausgestattet, welche zweckmässig im Bereich einer Schwel enmitte auf der neutralen Linie der Schienen befestigt und über einen DMS-Verstärker in das Mikropro- zessorensystem integriert sind. Die Ermittlung des Achsge¬ wichts erfolgt mit bekannter Schaltungsanordnung und wird nach üblichen Rechenmethoden ermittelt.

Die nicht mit DMS-Streifen versehenen Teilstücke der Mess- strecken lassen sich weiteren fremden Anlagen, wie bei¬ spielsweise Hot-Box, Hot-Wheel, Profi 1 e-Control , zuordnen, und gemeinsam mit den betroffenen Achsen, den Flachstellen¬ daten, der Geschwindigkeit und dem Achsengewicht erfassen und der aus den Mikroprozessoren bestehenden Datenverarbei- tung zuordnen.

Bevorzugt ist in allen Teilstücken der Messstrecke/n ein galvanisch von den Schienen und voπr HF-Oszi 1 lator getrenn¬ ter, zweckmässig in einer Box untergebrachter Empfänger vorhanden, welcher den A pl i tudenzustand des Messignals er¬ fasst und für die Mikroprozessor-Auswertung weiterleitet.

Das aus mehreren Mikroprozessoren bestende Auswertungs¬ system berechnet die wirkliche Länge der Flachstelle aus der gemessenen Länge der Flachstelle, der gemessenen Fahr¬ geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und dem erfassten Achsgewicht.

Die erfassten Daten, wie eine oder mehrere Flachstellen, Hot-Box, Hot-Wheel usw. eines Radsatzes können mit er¬ gänzenden Daten, wie Datum und Uhrzeit, in einer geeigneten telegraphischen Form via Modem in die Einfahrtsstation ge¬ leitet werde, damit das Bahnpersonal vor der Einfahrt des Zuges rechtzeitig die notwendigen Massnahmen treffen kann. Dieses Telegramm enthält neben den Messdaten auch die ge¬ naue Lage der Achse des beschädigeten Radsatzes, gezählt von vorne oder von hinten, in bez.ug auf die gesamte Achs¬ zahl des Zuges.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestell¬ ten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen sche- mati seh:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Eisenbahngleises mit iso¬ lierten Teilstücken und zwei Räderpaaren eines Schienenfahrzeugs,

Fig. 2 eine Anordnung von DMS-Streifen für die Erfassung der Achs! ast,

- Fig. 3 ein Detailschema der Ankopplung des HF-Signals in der Messstrecke sowie die Empfangsanordnung von

Messignal en,

Fig. 4 ein Blockschema der gesamten Auswerteinrichtung mit Mikroprozessoren sowie die Uebertragung der Messresultate, und

- Fig. 5 Sign al ablaufe einer Messstrecke.

In Fig. 1 ist schematisch ein Eisenbahngleis gezeigt, das aus zwei Schienen 10 und 12 besteht. Auf der Schiene 12 werden zwei gleiche Teilstücke 14, 16 der Länge s einer Messstrecke der Länge 1 an drei Stellen 13, 15, 17 iso¬ liert. Es können für die bessere Erfassung von Flachstellen 18 zwei oder mehrere solcher Messstrecken vorgesehen wer¬ den, da mit einer Messstrecke die zu erwartende Treffsi¬ cherheit etwa 60%, mit zwei Messstrecken mindestens 85% und mit drei Messstrecken mindestens 95% beträgt. Diese Unsi¬ cherheit tritt auf durch das sinusförmige Schaukeln eines Rades. Die Wellenlänge lässt sich mit der Kl i ngel ' sehen Formel berechnen

Sinus =

Λ = Wellenlänge [mmj r = Radius des Rades [mm], h = Halbe Stützwerte Typ 1500/2 [mmj y = Laufneigung des. Rades Typ (1/20 bis 1/40)

Bei üblichen Radien von 430 - 520 mm ergeben sich Wellen¬ längen im Bereich von λ _ςi 1 _n II. U _ις = 16 - 18 m.

Eine sich über dem Gleis mit den Schienen 10, 12 bewegende Zugseinheit ist durch zwei Radsätze 20, 22 und 24, 26 mit zugehörigen Achsen 28 und 30 angedeutet, welche beispiels¬ weise einem Drehgestell angehören. Aus einem Hochfrequenz- Generator 32 wird eine sinusförmige HF-Energie über eine mit einer Erdung 40 versehene SE-Anpassung 34 (Sender- Empfänger) in die beiden Teilstücke 14, 16 der Messstrecke eingespeist und über Empfänger-Leitungen in der Auswertan¬ lage 3 ^" 6 , 38 überwacht.

Die Messstrecke, bestehend aus den Teilstücken 14, 16 einer Länge von je s, total 1, ist länger als der grösste Radum-

fang K (K ,= 2'r*TT ), der mit der Flachstellen-Detektor- Anlage erfasst wird.

Damit kann die erfi ndungsgemässe Anordnung gleichzeitig zwei Radsätze 20, 22 und 24, 26 ohne gegenseitige Beein¬ flussung der Messresultate erfassen. Ueber die halbe Mess¬ strecke 14 wird die erste Hälfte, über die halbe Mess¬ strecke 16 die zweite Hälfte eines Radumfangs abgetastet. Die halbe Messstrecke s ist jedoch bei Standardausführungen von Eisenbahnwagen kleiner als der Abstand der Achsen 28 und 30.

Die Schiene 10 hat normalerweise eine Erdung 40.

Fig. 2 zeigt die mechanische Anordnung von DMS-Streifen zur Erfassung der Achslast. Wie bereits erwähnt ist es notwen¬ dig, das Achsgewicht Q approximativ zu erfassen und damit die effektive Länge der Flachstelle besser zu bestimmen. Fig. 2 zeigt, von der Gleismitte aus betrachtet, eine Schiene 10, 12 mit auf der neutralen Linie 42 angeordneten, an sich bekannten DMS-Streifen 44. Diese sind mit bekannten Verfahren im Bereich der Mitte 46 des Schwellenfachs ange¬ bracht.

Vier Anschl ussl i tzenpaare führen zu vier Streifen über dem Gleis, wovon zwei auf der linken und zwei auf der rechten Schiene, genau gegenüberliegend, angebracht und zu einer bekannten Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei sich - wie erwähnt - die eine Hälfte an der einen Schiene und die andere Hälfte an der anderen Schiene befinden.

Wenn ein Radpaar über die in einem Abstand m (beispielswei¬ se 35 - 40 cm) voneinander angeordneten DMS-Streifen rollt, werden die Schienen leicht verbogen. Dies löst am Ausgang der DMS-Brücke eine Differenzspannung aus. Die Gr sse die¬ ser Differenzspannung ist proportional zur Achslast. Mit

geeigneter Verstärker-Elektronik, Integratoren usw., wird diese Differenzspannung erfasst, verstärkt und mit Hilfe von Mikroprozessor-Programmen das Achsengewicht ermittelt.

Obwohl im Minimum die einmalige Messung des Achsgewichts (Q) genügt, stimmen die gemessenen Werte mit dem wirklichen Achsgewicht umso genauer überein, je häufiger das Achsge¬ wicht gemessen wird. Die arithmetische Mittelwertbildung durch den Mikroprozessor ergibt das Achsengewicht Q.

Fig. 3 zeigt im Detail die Einspeisung des HF-Signals, hier eine 100 kHz-Sinusspannung, und die galvanische Abkoppelung von Empfangssignalen.

Aus dem HF-Oszillator 32 wird die HF-Energie in die Primär¬ seite von zwei Transformatoren 50, 52 eingespeist. Die Ein¬ speisung erfolgt über die Widerstände 54, 56, damit die ge¬ genseitigen Einflüsse bei Leerlauf und Kurzschluss auf max. 10% reduziert werden.

Die Primärwicklung 58 des Transformators 50 mit der Kapazi¬ tät 62 bzw. die Primärwicklung 60 des Transformators 52 mit der Kapazität 64* bilden jeweils einen Resonanzkreis. Diese Kreise sind von den Sekundärkreisen und von den Installati- onen weitgehend abhängig. Dies ist deswegen möglich, weil die Sekundär-Stromkrei se, gebildet aus je einer Sekundär¬ wicklung 66, 68, je zwei Kapazitäten 70,72 und je einem Widerstand 74,76, ebenfalls für sich auf die gleiche Gene¬ ratorfrequenz abgestimmt sind. Dieser Zustand garantiert dem HF-Oszillator 32 eine minimale Belastung, wenn die Messstrecke frei ist.

Mit dem Sekundärkreis 66, 70, 74 ist das isolierte Schie¬ nenstück 14, mit dem Sekundärkreis 68, 72, 76 das isolierte Schienenstück 16, verbunden. Ohne Kurzschluss über einen Radsatz 20, 22, 28 bzw. 24, 26, 30 auf der Messstrecke,

zwischen 14 und 10 bzw. 16 und 10, erscheint die volle Spannung auf den Klemmen 78 bzw. 80.

Dagegen werden die Signale auf den Klemmen 78 bzw. 80 auf einen minimalen Signalpegel zusammenbrechen, wenn auf der Messstrecke zwischen 14 und 10 bzw. 16 und 10 über einen Radsatz 20, 22, 28 bzw. 24, 26, 30 ein Kurzschluss erzeugt wird.

Die Signaleinspeisung wird auf jeder Messstrecke aus zwei Teilstücken 14, 16 vorgenommen. Normal sind zwei Mess¬ strecken, was als Tandem-System bezeichnet wird. Wie oben bereits erwähnt, ist ein Tandem-System notwendig, um eine Flachstelle mit grösserer Wahrscheinlichkeit zu erfassen (85% Wahrscheinlichkeit).

Die Empfangssignale E werden zu den Auswertungsgeräten ge¬ leitet.

In üblicher Weise angeordnete Klemmenanschlüsse, Verbin¬ dungsleitungen und dgl . sind hier und im folgenden nicht mit speziellen Bezugszeichen versehen.

Fig. 4 zeigt blockschemati seh den gesamten Aufbau einer Tandem-Anlage. Die unmittelbaren Signale der Fl achstel len- erfassung werden an beiden Messstrecken mit ihren durch Isolationen 13, 15, 17 bzw. 13', 15', 17' begrenzten Teil¬ stücken 14, 16 bzw. 14' , 16' abgetastet, mit Ihren S/E-An- passungen 34, 34' und Empfängern von Messignalen, gemeinsam mit den am DMS-Messstrei fen 44, 44' ermittelten Signalen erfasst und in die Datenverarbeitungsanlage geleitet.

Die anderen verwendeten Fühler, Anlagen, wie HBD, HWD, C, A, B, sowie die Anlagen Hot-Box, Hot-Wheel sind nicht Be- standteil der Erfindung sondern alle an sich bekannt und werden nicht oder nur summarisch aufgeführt. i

Fig. 4 zeigt anschaulich, dass die Flachstellen-Ortungsan¬ lage gemäss der Erfindung in der Lage ist, fremde Messdaten zu übernehmen und mit den gemessenen und berechneten Flach- stellendaten in geeigneter Form auch zu übermitteln. Die HF-Anpassung 84 empfängt die HF-Signale von einer Mess¬ strecke und wandelt sie in eine geeignete digitale Signal¬ form um, damit die Signale von Prozessoren verarbeitet wer¬ den können. Die HF-Signale werden vom HF-Oszillator 32 er¬ zeugt.

Wenn ein Radsatz eine halbe Messstrecke, z.B. 14, kurz- schliesst, reagiert auch sofort der Endschalter-Simulator¬ prozessor 86. Er misst die Zeitdauer des Raddurchlaufs über die halbe Messstrecke 14 und steuert in der gleichen Zeit¬ dauer die Messung auf der andern halben Messstrecke 16. Der Signalablauf mit dem Endschalter-Simulator 86 und mit der Messstrecke gebildet aus den Teilstücken 14', 16' ist ana¬ log.

Wenn ein Endschalter-Simulator 86, 86' die Elektronik einer halben Messstrecke 14, 16, 14', 16' aktiviert, werden zu¬ erst alle zugehörigen elektronischen Kreise auf o gestellt, damit die ev . Störungen ausgefiltert werden.

Die Endsc alter-Simulatoren starten den entsprechendenden Sl ave-Prozessor . Jede halbe Messstrecke besitzt einen eige¬ nen Slave-Prozessor 88, 90, 88', 90'.

Damit kann in jeder möglichen Situation nur ein Radpaar auf der halben Messstrecke sein. Jede halbe Messstrecke hat gleichzeitig ein Radpaar zu messen, Daten zu erfassen und zu speichern.

Die Endschalter-Simulatoren 86, 86' können dem Master-Pro- zessor 92- ebenfalls mitteilen, ob der Zug von links oder von rechts gefahren ist. Von links ist die Reihenfolge der halben Messstrecke 14, 16, 14', 16' und von rechts wird die

Reihenfolge umgekehrt 16' , 14' , 16, 14, mit Hilfe von End¬ schalter-Simulatoren zugeordnet. Weiterhin wird dem Master- Prozessor 92 von einem der beiden Endschalter-Simulatoren 86, 86' bekanntgegeben, wenn das Zugende die Messstelle überfahren und verlassen hat, damit der Master-Prozessor 92 die Auswertung und Berechnungen mit Hilfe der gemessenen Daten beginnen kann.

Die von einem DMS-Verstärker 94, 94' gelieferten Analogsig- nale werden mit Hilfe von A/D-Wandlern in der Q + S-Anpas- sung 96 für die Sl ave-Prozessoren vorbereitet.

Digit 0 = 4 Mp Digit F = 20 Mp

Diese Anpassung kann neben den Flachstellen gleichzeitig auch noch andere, fremde Messdaten für die S 1 ave-Prozesso¬ ren vorbereiten: z.B. Slave 88 die Hot Box 98 mit zwei Hot Box-Detektoren (HBD) 110, Slave 90 das Achsgewicht (per DMS), Slave 88' die Hot Weel 100 mit einem Hot Weel-Detek- tor (HWD) 108, und Slave 90' das Achsgewicht (DMS). Es sind jedoch auch andere Zuordnungen möglich.

Ein Sl ave-Prozessor übernimmt die folgenden Aufgaben:

- Achsenzählung mit der ersten H-Flanke des Signals (H = high) vom Ei nschalt-Simul ator.

- Geschwindigkeits-Messung (v in km/h). Dazu zählt er 10 kHz Impulse wärend des ES-Signals (Fig. 5B).

- Digitale Flachstel len-Messung .

Dazu zählt er die 100 kHz-Impulse während der Unter- bruchszeit des elektrischen Kurzschlusses zwischen Rad und Schiene.

- Datenspeicherung von Q oder S-Signalen.

- Zuordnung dieser Daten zur entsprechenden Achse (28,30).

- Weitergabe der Daten an den Master-Prozessor (92), wenn die Auswertung beginnt.

Die I/Q-Erweiterung 102, 102' (Fig. 4) für den Master-Pro¬ zessor 92 dient dafür, dass die vielen Signal-Ein- und Aus- gänge zusammengef asst werden, damit der Master-Prozessor 92 im geeigneten Moment via SMP-Bus-Leitung 104 abfragen und verarbeiten kann. Aus der I/0-Erwei terung führt eine Lei¬ tung zum "Relais out" R.

Weiterhin kann der Master-Prozessor 92 via I/O-Eingänge durch diverse Betriebs- und Protokollmodems sowie die un¬ tere Grenze der Flachstellenmenge, die gemeldet sein soll¬ te, ablesen. In Fig. 4 eingezeichnet sind lediglich der Schalter 112 für die minimale Flachstellenmenge und der Schalter 114 für die Protokollform.

Via I/O-Ausgäπge kann der Master-Prozessor 92 Relais Aus¬ gänge ein- oder ausschalten. Dargestellt ist der Umschalter 116 vom Single- zum Tandembetrieb und der Schalter 118 für die Durchführung von Systemtests.

Über die SMP-Bus-Leitung 104 kann der Master-Prozessor 92 weiterhin aus einem langweilen- oder quarzgesteuerten Uhr-Stromkreis 106 zu beliebiger Zeit das Datum und die genaue Uhrzeit ablesen.

Der Master-Prozessor 92 ist der Haupt-Koordinator und -Aus¬ werter der Anlage. Ein die Übertragung symbolisierender Pfeil U deutet die Verbindung zu Druckern bei der Anlage und - über Modems - in einer Bahnstation an.

Die Aufgabe des Master-Prozessors 92 sind folgende:

- Achszählung als übergeordnete Kontrolle,

Die Master-Achszähl ng muss mit den viermaligen Zählungen der vier Sl ave-Prozessoren 88, 90, 88' , 90' übereinstim¬ men .

- Geschwindigkeits-Berechnung des Zuges pro Achse.

- Digitale Daten-Auswertung und Berechnung.

- Daten-Uebertragung.

- Fehler-Diagnose.

- Routine-Kontrolle.

Die Geschwindigkeitsberechnung erfolgt mit der Zeitmessung in bekannter Weise, während eine Achse e ^' ine halbe Mess¬ strecke s überfährt.

v - ^ (2)

halbe Messstrecke [m] n« • T [sec] n _? = Anzahl Messimpulse

T = Perioden-Dauer [sec} der Messfrequenz

10 ;3 3,6 v = [km/h] (3)

Die Flachstel leπlänge L lässt sich gemäss folgender

Gleichung berechnen

4 4 , f T (4)

s halbe Messstreckenlänge [mm] t Unterbruchszeit der Flachstelle [sec] ϊ

T Durchfahrtszeit über s [sec] k Korrekturfaktor = f (v.Q) Q Achsgewicht

Dies ergibt für L in Millimetern:

P

L_ P ^* = v* . ^• n ^» -l, . ^• T-l ^• _3i ζ

Der k-Faktor ist geschwi ndi gkeits- und achsgewi chtsabhän- gig. Eine exakte mathematische Formel aufzustellen ist we¬ gen der vielen unbekannten dynamischen Kräfte, Schwingun¬ gen, Stösse usw. praktisch unmöglich. Es sind Versuche mit analogen Rechnern unternommen worden, doch ein brauchbares Resultat konnte bisher nicht erzielt werden, man ist wei- terhin auf empirisch ermittelte Resultate angewiesen, die umfangreiche Versuchsserien erforderlich machen.

Fig. 5 veranschaul cht ein Schienenpaar 10, 12 mit ver¬ schiedenen S i gnal abl ufen, welche sich während der Zeit ereignen, in der ein Rad über eine halbe Messstrecke 14 der Schiene 10 rollt.

In den Positionen a-e und d-h sind die Schienen 10, 12 nicht mit der Messapparatur verbunden, es erfolgt kein Kurzschluss. Demzufolge ist das HF-Signal hoch (Fig. 5A).

Nach Fig. 5B werden das Schienenstück der Messstrecke 14 und die Schiene 12 zwischen den Positionen b-f und c-g mit einem Rad paar 20, 22 über die Achse 28 kurzgeschlossen. Der Ei nschalt-Simul ator 86 übernimmt sofort seine Funktion und erzeugt ein Tor-Signal für den Sl ave-Prozessor 88 (Fig. 5C). Gleichzeitig bewirkt der Ei nschalt-Simul ator 86 eine generelle Rückstellung (Reset) aller Kreise, die zum Slave- Prozessor 88 gehören (Fig. 5D).

Tritt während des Durchlaufs der Räder 20, 22 eine Flach¬ stelle auf, wird bekannterweise zwischen Rad und Schiene ein Unterbruch des Kurzschlusses auftreten (Fig. 5B). Die HF-Signale können während dieser Unterbruchszeit mit voller Amplitude auftreten und vom Sl ave-Prozessor 88 gezählt wer¬ den (n,) (Fig. 5E).

Fällt das Rad wieder auf die Schiene zurück, werden die HF-Signale wegen des Kurzschlusses sofort unterdrückt.

Gleichzeitig erfassen die DMS-Fühler das Achsengewicht (Fig. 5F) und halten es mit einem Spitzenwert-Integrator fest (Fig. 5G).

Wenn das Rad den Bereich der Messstrecke 14 bei der Posi- tion c-g verlässt, schliesst der Ei nschalt-Simul ator 86 auch die Datenerfassung von dieser Achse 28 (Fig. 5C). Die fallende Flanke des Signals gemäss Fig. 5C erzeugt einen Befehl, den Wert des Spitzendetektors in eine geeignete Code - Form, z.B. die binär codierte Digitform (BCD-Form), umzuwandeln und im Sl ave-Prozessor 88 zu den betroffenen Achsen abzuspeichern (Fig. 5H).

Der Signalablauf für die anderen halben Messstrecken 16, 14', 16' mit ihrer Elektronik ist analog.