Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Approximation eines bei der Überfahrt eines schienengebundenen Fahrzeugs über eine Messstrecke erfassten Beschleunigungssignalverlaufs a(t) an die charakteristischen Merkmale eines damit korrespondierenden Kraftsignalverlaufs F(t) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Stand der Technik

Den Laufflächen der Räder schienengebundener Fahrzeuge kommt im Hinblick auf Fahrkomfort und Sicherheit des Schienenverkehrs eine entscheidende Bedeutung zu, da die bei der Fahrt auftretenden statischen und dynamischen Kräfte über die Laufflächen und Spurkränze in die Schienen eingeleitet werden. Im Idealfall entspricht die Geometrie der Laufflächen einer die Radachse konzentrisch umlaufenden, leicht konischen Mantelfläche, mit der die Räder auf den Schienen abrollen. Die Laufflächen bilden somit den rotierenden Teil des Rad-Schiene-Kontakts. Abweichungen von der kreisförmigen Idealform, beispielsweise bedingt durch ungleichmäßigen Verschleiß, Material- und Herstellungsfehler und dergleichen, werden als Unrundheiten bezeichnet. Dazu zählen unter anderem singuläre Unrundheiten wie Flachstellen, Abplattungen und Materialauftragungen sowie periodische Unrundheiten wie Exzentrizitäten, Ovalitäten und Polygonisierungen. Vor allem bei hohen Fahrgeschwindigkeiten erhöhen Unrundheiten den dynamischen Anteil der von den Rädern auf die Schiene ausgeübten Kräfte. In der Folge besteht die Gefahr, dass vom Streckenbetreiber vorgegebene Grenzwerte für Kraftspitzen überschritten werden mit der Gefahr, dass Schienenfahrwege und Schienenfahrzeuge Schaden nehmen. Weitere negative Auswirkungen stellen Sicherheitsrisiken, Lärmemissionen und Erschütterungen des Untergrunds dar.

Es hat daher nicht an Bestrebungen gefehlt, von Unrundheiten betroffene Räder eines Schienenfahrzeugs möglichst frühzeitig zu identifizieren. Neben dem händischem Erfassen der Geometrie eines Rades mittels Messlehren am stehenden Fahrzeug, was sich aufgrund des damit einhergehenden Zeitaufwands vor allem bei der Durchführung sonstiger Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen anbietet, ist es auch schon bekannt, Unrundheiten an einem Rad während der Überfahrt des Schienenfahrzeugs über eine mit Sensoren ausgerüstete Messstrecke zu detektieren.

So ist aus der aus der EP 1 212 228 B1 bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Unrundheiten und Flachstellen an Fahrzeugrädern von Schienenfahrzeugen bekannt, bei denen mit Hilfe mehrerer Kraftaufnehmer innerhalb einer vorgegebenen Messstrecke die auf die Schienen wirkenden Vertikalkräfte erfasst werden. Die Kraftaufnehmer sind als Wägezellen ausgebildet, welche über eine Länge von mindestens dem einfachen Radumfang zwischen den Schienen und ortsfesten Schwellen angeordnet sind. Eine elektronische Auswerteeinrichtung errechnet beim Überfahren der Messstrecke aus den Vertikalkraftsignalen eine mittlere Gewichtsbelastung und vergleicht diese mit dem zeitlichen Signalverlauf. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung wird eine Unrundheit bzw. Flachstelle angezeigt. Auf diese Weise lassen sich Unrundheiten und Flachstellen sehr zuverlässig erkennen. Da die Erkennung jedoch auf einem Kraftsignalverlauf basiert, ist diese Methode wegen der notwendigen Kraftaufnehmer mit verhältnismäßig hohen Investitionen für den Bau der Messstrecke verbunden.

In der EP 0 282 615 A1 ist eine Anordnung zum Detektieren von Radschäden mittels sich linear entlang einer Schiene erstreckender Beschleunigungsaufnehmer beschrieben. Die linearen Beschleunigungsaufnehmer erfassen an jedem beliebigen Punkt über ihre Länge die vom Rad auf die Schiene übertragene Beschleunigung. Die auf diese Weise gewonnen einzelnen Messsignale werden einer Auswerteprozedur unterworfen, um eine Aussage über das Ausmaß eines Radschadens zu erhalten. Dabei werden aus dem Messsignalverlauf mittels geeigneter Frequenzfilterstufen und/oder einer FFT-Analyse Charakteristika herausgefiltert, die Aufschluss über Art und Schwere des Radschadens geben. Der Nachteil dieser Lehre ist ein lediglich grobes Messergebnis. Zudem sind Aussagen über die Höhe der Belastung des Gleises bei der Überfahrt nicht möglich.

Ferner offenbart die EP 1 883 565 A1 ein Verfahren zur Erfassung der Radformen der Räder von Schienenfahrzeugen mit Hilfe einer Messstrecke, die aus einer Reihe von an den Schienen angebrachten Messelementen gebildet ist. Die auf die Messelemente einwirkenden Radlasten erzeugen kraftproportionale elektrische Signale, die einer elektronischen Auswerteeinrichtung zur Auswertung zugeführt werden. Dabei wird in der Auswerteeinrichtung aus den von den Messelementen abgeleiteten Signalen, die der Bewegung der Schiene in Vertikalrichtung und vorzugsweise auch in Querrichtung entsprechen, ein Informationsarray erzeugt, das zumindest einen Radumfang abbildet. Das Informationsarray setzt sich aus mehreren Informationszellen zusammen, wobei sich die jeweiligen Signalanteile unterschiedlicher Informationszellen stetig aneinanderfügen lassen und relevante Signalanteile ausgewertet werden.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Unrundheiten eines Rades eines schienengebundenen Fahrzeuges auf wirtschaftlichen Art und Weise zuverlässig und mit hoher Genauigkeit ermittelt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, aus einem vorhandenen Beschleunigungssignalverlauf quantitative Aussagen, über die dem Beschleunigungssignalverlauf zugrunde liegenden Radlasten machen zu können.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, aus dem Beschleunigungssignalverlauf a(t), der bei der Überfahrt eines Schienenfahrzeugs über eine Messstrecke aufgenommen wird, Rückschlüsse auf den damit korrespondierenden Kraftsignalverlauf F(t) zu ziehen, ohne dass dieser dabei zusätzlich erfasst werden muss. Als korrespondierender Kraftsignalverlauf F(t) wird dabei der nicht oder allenfalls teilweise bekannte Kraftsignalverlauf F(t) bezeichnet, der für den aufgenommenen Beschleunigungssignalverlauf a(t) ursächlich ist, also diesem zugrunde liegt.

Da genauere Informationen zu dem von Gleisoberbau, -unterbau und Schienenfahrzeug gebildeten Masse-Feder-System im Regelfall nicht zur Verfügung stehen, ist eine rein mathematische Umrechnung des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) auf den korrespondierenden Kraftsignalverlauf F(t) nicht möglich. Es ist das Verdienst der Erfindung, auch ohne Kenntnis dieser Informationen eine Lösung zur Approximation des Kraftsignalverlaufs F(t) ausgehend vom zugehörigen Beschleunigungssignalverlauf a(t) bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht dabei vor, den mittels einer Messstrecke erfassten Beschleunigungssignalverlauf a(t) zu filtern, wobei Signalanteile unterhalb einer unteren Grenzfrequenz fi. und oberhalb einer oberen Grenzfrequenz fH gesperrt bzw. stark gedämpft werden. Mit der Filterung erfolgt sowohl eine Angleichung des Beschleunigungs- signalverlaufs a(t) an die Messtechnik als auch dessen Aufbereitung für die numerische Integration. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist zu diesem Zweck geeignete Tiefpassund Hochpassfilter auf oder einen entsprechenden Bandpassfilter.

Zur weiteren Approximation wird der auf diese Weise erhaltene Beschleunigungssignalverlauf a'(t) numerisch integriert, was durch elektronische Datenverarbeitung in einer geeigneten Auswerteeinheit durchgeführt werden kann. Nach Abschluss der numerischen Integration ist der Beschleunigungssignalverlauf a"(t) derart weit dem korrespondierenden Kraftsignalverlauf F(t) angenähert, dass hinreichend qualifizierte Aussagen zum Verschleißzustand und zur Reparaturbedürftigkeit eines Rades gemacht werden können. Beispielsweise können überdurchschnittlich hohe Maximal- und Minimalwerte in der Amplitude des numerisch integrierten Beschleunigungssignalverlaufs a"(t) auf Radunrundheiten hinweisen oder es kann aufgrund übereinstimmender Wiederholungen im Beschleunigungssignalverlauf a(t) auf den tatsächlichen Umfang eines Rades und damit dessen Verschleißzustand geschlossen werden.

Als besonders vorteilhaft erweist sich bei der Auswertung des erfindungsgemäß erhaltenen Beschleunigungssignalverlaufs a"(t), dass auf bekannte und bewährte Algorithmen zur Auswertung von Kraftsignalen zurückgegriffen werden kann. Zusätzlicher Aufwand für die Erstellung und Prüfung geeigneter Software fällt somit nicht an.

Da mit Kraftaufnehmer ausgerüstete Messstrecken wesentlich höhere Investitionen erforderlich machen als Messstrecken mit Beschleunigungsaufnehmern, stellt sich die Erfindung vor allem für Betreiber von Gleisanlagen als eine unter wirtschaftlichen Aspekten besonders interessante Alternative dar.

Um Schäden an Gleisanlagen vorzubeugen, kommt der Einhaltung von Grenzwerten bei den Radaufstandskräften F eine große Bedeutung zu. Um aus dem integrierten Beschleunigungssignalverlauf a"(t) quantitative Aussagen zu den vorhandenen Radaufstandskräften F ableiten zu können, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der Beschleunigungssignalverlauf a"(t) auf Basis bekannter Radaufstandskräfte F kalibriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das durch Skalieren des Beschleunigungssignalverlaufs a"(t) geschehen, indem die Einzelwerte des Beschleunigungssignalverlaufs a"(t) mit einem einheitlichen Faktor k multipliziert und so an den Kraftsignalverlauf F(t) angepasst werden. Der Faktor k kann dabei als fester Wert zu einem bestimmten Schienenfahrzeugtyp in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Alternativ ist es möglich, den Faktor k im Zuge der Überfahrt des Schienenfahrzeugs über die Messstrecke zu ermitteln, wodurch die Genauigkeit bei der Approximation des integrierten Beschleunigungssignalverlaufs a"(t) gesteigert werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass zumindest ein Teil der Messstrecke über Kraftaufnehmer verfügt, die während oder im Anschluss an die Erfassung des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) den korrespondierenden Kraftsignalverlauf F(t) aufnehmen. Einander entsprechende Einzelwerte oder Abschnitte der beiden Signalverläufe a"(t) und F(t) lassen sich auf diese Weise ins Verhältnis setzen, so dass der Faktor k ermittelt werden kann nach der Beziehung: k = a" / F bzw. k = a"(t) / F(t)

Eine dazu geeignete Messstrecke ist vorteilhafterweise unterteilt in eine erste Teilmessstrecke, die mit Kraftaufnehmer ausgerüstet ist, und eine zweite Teilmessstrecke mit Beschleunigungsaufnehmern. Erste Teilmessstrecke und zweite Teilmessstrecke können dabei überlappen, beispielsweise indem sich die zweite Teilmessstrecke mit den Beschleunigungsaufnehmern über die gesamte Länge der Messstrecke erstreckt, und die zweite demgegenüber kürzere Teilmessstrecke lediglich über einen Längsabschnitt der Messstrecke. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden das Beschleunigungssignal a und Kraftsignal F zeitgleich aufgenommen, so dass eine spätere Kalibrierung des integrierten Beschleunigungssignalverlaufs a(t) auf Basis der tatsächlichen Radaufstandskräfte vorgenommen werden kann. Bei dieser Vorgehensweise lassen sich außerordentlich verlässliche Werte zur Radaufstandskraft F aus dem durch numerische Integration erhaltenen Beschleunigungssignalverlauf a(t) ableiten.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung folgen erste Teilmessstrecke und zweite Teilmessstrecke in Richtung des Schienenfahrwegs aufeinander. Da beide Teilmessstrecken kürzer sind als die Messstrecke insgesamt, ergibt sich die volle Länge der Messstrecke erst aus einer Kombination der beiden Teilmessstrecken. Diese Ausführungsform eignet sich in besonderer Weise, wenn bereits eine Messstrecke mit Kraftaufnehmern zur Ermittlung der Radaufstandskräfte vorhanden ist, deren Funktionalität im Hinblick auf den Zustand der Räder eines Schienenfahrzeugs erweitert werden soll. Aber auch neue Messstrecken lassen sich mit dieser Ausführungsform der Erfindung auf wirtschaftliche Weise realisieren.

Ohne sich darauf einzuschränken wird die Erfindung nachfolgend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Soweit möglich werden für gleiche und funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen gleichlautende Bezugszeichen verwendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 erfassten Beschleunigungssignals a,

Fig. 3 eine Schrägansicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4a den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 3 erfassten Kraftsignals F,

Fig. 4b den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 3 erfassten Beschleunigungssignals a,

Fig. 5 eine Schrägansicht auf eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6a den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 5 erfassten Kraftsignals F,

Fig. 6b den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 5 erfassten Beschleunigungssignals a, und

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf eines Beschleunigungssignals a, a‘, a“ zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit dem korrespondierenden Kraftsignalverlauf F. Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Messstrecke 1 zur Erfassung und Auswertung der Beschleunigung a, die während der Überfahrt eines schienengebundenen Fahrzeugs über die Messstrecke 1 auftritt. In vereinfachter Darstellung sieht man einen als Messstrecke 1 ausgebildeten Abschnitt eines Schienenfahrwegs 2 mit zwei parallel zueinander verlaufenden Schienen 3, die von einer Vielzahl von Schwellen 4 getragen sind. Der gegenseitige Abstand der Schwellen 4 liegt in einem Bereich von etwa 600 mm bis 700 mm. Der Schienenfahrweg 2 wird von einem schienengebundenen Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit v befahren, beispielsweise einem Personen- oder Güterwagen, für den stellvertretend lediglich die Räder 5 einer nicht weiter dargestellten Radsatzachse dargestellt sind. Die Fahrtrichtung des schienengebundenen Fahrzeugs ist mit x bezeichnet, die von einem Rad 5 auf eine Schiene 3 ausgeübten Radaufstandskraft mit F.

Die Messstrecke 1 erstreckt sich über eine Länge L, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mindestens dem 1 ,2-fachen Radumfang U der Räder 5 der auf dem Schienenfahrweg 2 verkehrenden Fahrzeuge entspricht, vorzugsweise dem 1 ,5-fachen, höchstvorzugsweise dem 2-fachen. Bei einem Standardraddurchmesser von etwa 1250 mm ergibt sich somit eine Länge L von mindestens 4710 mm, vorzugsweise mindestens 5888 mm, höchstvorzugsweise von 7850 mm.

Im Bereich der Messstrecke 1 ist in den Schienenfahrweg 2 eine Messeinrichtung zur Erfassung der von einem überrollenden Rad 5 auf die Schiene 3 ausgeübten Beschleunigung a integriert. Die Messeinrichtung umfasst zunächst jeweils zwei an einer Schiene 3 angeordnete Querkraftaufnehmer 6, 7, von denen einer am Anfang und der andere am Ende der Messstrecke 1 installiert ist. Beispielsweise handelt es dabei um Messaugen oder Dehnmessstreifen, die die von den Rädern 5 in die Schienen 3 induzierten Schubspannungen analog erfassen und in digitale Messsignale umwandeln. Die Querkraftaufnehmer 6, 7 dienen in dieser Ausführungsform zur optionalen Ermittlung der Radaufstandskräfte. Zum anderen können die Querkraftaufnehmer 6, 7 als Schalter für den Beginn und das Ende des Messvorgangs der Messeinrichtung eingesetzt werden und/oder zur Achserkennung und Fahrzeugidentifizierung. Zudem kann wie unter Fig. 2 näher erläutert mittels der Querkraftaufnehmer 6, 7 die Fahrgeschwindigkeit v im Bereich der Messstrecke 1 ermittelt werden, die sich auf Basis des bekannten Abstands des Querkraftaufnehmers 6 vom Querkraftaufnehmer 7 in Fahrtrichtung x und der bekannten Zeitdauer T bestimmen lässt, die der Differenz der Überrollzeitpunkte U und t entspricht. Darüber hinaus umfasst die Messeinrichtung Beschleunigungsaufnehmer 11 zur Erfassung der Beschleunigung a. Die Beschleunigungsaufnehmer 11 sind jeweils zwischen zwei Schwellen 4 an der Unterseite der Schienen 3 befestigt, woraus sich ein gegenseitiger Abstand der Beschleunigungsaufnehmer 11 in Richtung des Schienenfahrwegs 2 ergibt, der dem einfachen Schwellenabstand entspricht, aber auch größer sein kann und beispielsweise dem zweifachen Schwellenabstand entsprechen kann.

Die Querkraftaufnehmer 6, 7 und Beschleunigungsaufnehmer 11 sind mittels Datenleitungen 12 mit einer elektronischen Auswerteeinheit 13 verbunden, in der die Datenspeicherung und Datenverarbeitung stattfindet. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Auswerteeinheit 13 beispielsweise über Hochpass-, Tiefpass- und/oder Bandfilter verfügen, um das Beschleunigungssignal zu filtern, und/oder es werden in die Auswerteeinheit 13 Rechenalgorithmen ausgeführt, mittels derer eine numerische Integration des Beschleunigungsverlauf a(t) erfolgt. Über Funk oder eine weitere Datenleitung 14 werden die Daten eines Messvorgangs bzw. die Ergebnisse der Auswertung an eine übergeordnete zentrale Stelle übermittelt. Es ist auch möglich, die Datenverarbeitung zum Teil oder vollständig an der übergeordneten zentralen Stelle durchzuführen.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des von den Beschleunigungsaufnehmern 11 gemessenen Beschleunigungssignals a bei der Überfahrt über die Messstrecke 1 dargestellt. Das Überrollen des Querkraftaufnehmers 6 von dem Rad 5 entspricht dem Zeitpunkt tA, mit dem der Messvorgang durch die Messeinrichtung beginnt. Das Überrollen des Querkraftaufnehmers 7 von demselben Rad 5 definiert den Zeitpunkt tE, der das Ende des Messvorgangs definiert. Der zwischen den Zeitpunkten tA und tE liegende Zeitabschnitt T entspricht wiederum der Dauer der Überfahrt über die Messstrecke 1. Bei bekanntem räumlichem Abstand der Querkraftaufnehmer 6, 7, der bei vorliegender Ausführungsform der Länge L der Messstrecke 1 entspricht, kann die Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs ermittelt werden nach der Beziehung: v = L / T, mit T = (t _E - t _A )

Die Amplitude des Beschleunigungssignals a oszilliert in Abhängigkeit der Güte der Lauffläche des Rades 5 mit hoher Frequenz mehr oder weniger stark um den Wert Null. Von diesem Schwankungsbereich signifikante Abweichungen stellen das erste Beschleunigungsmaximum 16 bzw. erste Beschleunigungsminimum 17 des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) dar, die auf eine Unrundheit an der Lauffläche des Rades 5 schließen lassen. Der Zeitpunkt des ersten Auftretens des ersten Beschleunigungsmaximums 16 bzw. ersten Beschleunigungsminimums 17 ist mit ti bezeichnet.

Aufgrund der vorgegebenen Länge L der Messstrecke 1 , die größer ist als der Radumfang U, rollt das Rad 5 bei anhaltendem Messvorgang zumindest mit einem Teil seines Umfangs U ein zweites Mal innerhalb der Messstrecke 1 ab. Mit dem erneuten Abrollen des Rades 5 auf der Schiene 3 wird dabei ein Beschleunigungssignalverlauf a(t) erzeugt, der in seinen charakteristischen Merkmalen dem des bisherigen Beschleunigungssignalverlaufs a(t) entspricht. Die auffälligste Wiederholung stellt dabei das zweite Beschleunigungsmaximum 16' bzw. zweite Beschleunigungsminimum 17' zum Zeitpunkt t2 dar, die sich aufgrund ihrer Amplitude und Form dem ersten Beschleunigungsmaximum 16 bzw. ersten Beschleunigungsminimum 17 zuordnen lassen. Die zwischen den Zeitpunkten ti und t2 liegende Zeitdauer At entspricht der Dauer, mit der das Rad 5 einmal über seinen Umfang U abrollt. In Verbindung mit der bekannten Fahrgeschwindigkeit v lässt sich daraus der Umfang U des Rades 5 ermitteln nach der Beziehung:

U = v * At mit At = t2 - ti

Der mit der Messeinrichtung erfasste Beschleunigungssignalverlauf a(t) bildet die Basis für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Beschleunigungssignalverlauf a(t) an den dem Beschleunigungssignalverlauf a(t) zugrunde liegenden Kraftsignalverlauf F(t) angenähert wird, was im Einzelnen unter Fig. 7 näher erläutert wird.

Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand der Fig. 3, 4a und 4b. Die in Fig. 3 dargestellte Messstrecke T entspricht der unter Fig.1 beschriebenen Messstrecke 1 , ergänzt um eine Teilmessstrecke 1.1 zur Erfassung der Radaufstandskraft F im Bereich der Teilmessstrecke 1.1. Um Wiederholungen zu vermeiden wird hinsichtlich des Schienenfahrwegs 2, der Messstrecke T mit Querkraftaufnehmern 6, 7, Beschleunigungsaufnehmern 11 , Datenleitungen 12, Auswerteeinheit 13 etc. auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen, die entsprechend gelten.

Die Teilmessstrecke 1.1 erstreckt sich über eine Länge L1 , die kleiner ist als die Länge L der Messstrecke 1' und im vorliegenden Ausführungsbeispiel mindestens dem einfachen Radumfang U der Räder 5 der auf dem Schienenfahrweg 2 verkehrenden Fahrzeuge entspricht. Bei einem Standardraddurchmesser von etwa 1250 mm ergibt sich somit eine Länge von mindestens 2925 mm. Die Messstrecke 1' und Teilmessstrecke 1.1 überlappen in Fahrtrichtung x, wobei sie einen durch die Querkraftaufnehmer 6 definierten gemeinsamen Anfang besitzen. Die erste Teilmessstrecke 1 .1 endet nach der Länge L1 mit den Querkraftaufnehmern 8, die Messstrecke T hingegen setzt sich bis zu den Querkraftaufnehmern 7 fort, die das Ende der Messstrecke 1' markieren.

Im Bereich der Teilmessstrecke 1.1 umfasst die Messeinrichtung ebenfalls an den Schienen 3 angeordnete Querkraftaufnehmer, die am Beginn der Teilmessstrecke 1.1 den Querkraftaufnehmern 6 entsprechen können und am Ende der Teilmessstrecke 1.1 den dort installierten Querkraftaufnehmer 8. Dazwischen können zusätzliche Querkraftaufnehmer 9 angeordnet sein, deren gegenseitiger Abstand beispielsweise dem einfachen oder zweifachen Schwellenabstand entspricht. Wie schon zuvor beschrieben handelt es bei den Querkraftaufnehmern 6, 8, 9 bevorzugterweise um Messaugen oder Dehnmessstreifen, die die von den Rädern 5 in die Schienen 3 induzierten Schubspannungen analog erfassen und in digitale Messsignale umwandeln.

Wie die Querkraftaufnehmer 6, 7 dienen die Querkraftaufnehmer 8, 9 der Kraftnebenschlusskorrektur, um Störeinflüsse aus benachbarten Schienenabschnitten zu kompensieren. Auf diese Weise wird die Teilmessstrecke 1 .1 in kleinere Messabschnitte segmentiert. Die Querkraftaufnehmer 6, 7, 8, 9 können aber auch zur Ermittlung der Radaufstandskraft F eingesetzt werden.

Darüber hinaus sind im Bereich der ersten Teilmessstrecke 1.1 Kraftaufnehmer 10 zur Erfassung der Radaufstandskraft F vorgesehen, beispielsweise Wägebalken, Wägezellen oder Wägediscs. Um ein über die Länge der Teilmessstrecke 1.1 möglichst gleichmäßiges Kraftsignal zu erhalten, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils ein Kraftaufnehmer 10 zwischen jeder Schwelle 4 und jeder Schiene 3 angeordnet, woraus sich ein gegenseitiger Abstand der Kraftaufnehmer 10 in Richtung des Schienenfahrwegs 2 entsprechend dem einfachen Schwellenabstand ergibt. Daneben liegen auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, bei denen der Abstand aufeinanderfolgender Kraftaufnehmer 10 in Fahrtrichtung x dem zweifachen oder dreifachen Schwellenabstand entspricht.

Wie bereits bei der ersten Ausführungsform beschrieben sind die Querkraftaufnehmer 6, 7, 8, 9 und die Kraftaufnehmer 10 mittels der Datenleitungen 12 mit einer elektronischen Auswerteeinheit 13 verbunden, in der die Datenspeicherung und Datenverarbeitung stattfindet. Über Funk oder eine weitere Datenleitung 14 werden die Daten eines Messvorgangs und gegebenenfalls deren Auswertung an eine übergeordnete zentrale Stelle übermittelt. Wie aus den Fig. 4a und 4b hervorgeht, beginnt zum Zeitpunkt tA gleichzeitig sowohl das Erfassen der Radaufstandskraft F mittels der Kraftaufnehmer 10 als auch das Erfassen der Beschleunigung a mittels der Beschleunigungsaufnehmer 11. Dementsprechend wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Kraftsignalverlauf F(t) über die Länge L1 zeitgleich mit dem Beschleunigungssignalverlauf a(t) aufgenommen.

Fig. 4a zeigt den zeitlichen Verlauf des von Kraftaufnehmern 10 gemessenen Kraftsignals F bei der Überfahrt über die Teilmessstrecke 1.1 , der mit dem Überrollen des Rades 5 über den Querkraftaufnehmer 6 beginnt und zum Zeitpunkt tx endet, zu dem das Rad 5 den Querkraftaufnehmer 8 überrollt und damit den Bereich der ersten Teilmessstrecke 1.1 verlässt.

Die Amplitude des Kraftsignals F oszilliert in Abhängigkeit der Güte der Lauffläche des Rades 5 mehr oder weniger stark um einen Wert, der dem statischen Lastanteil F _s tat der von einem Rad 5 auf eine Schiene 3 ausgeübten Kraft F entspricht. Vom Schwankungsbereich signifikante Abweichungen stellen das Kraftmaximum 14 bzw. Kraftminimum 15 zum Zeitpunkt ti dar, die aufgrund ihrer Steigung und Amplitude auf eine Unrundheit an der Lauffläche des Rades 5 hindeuten.

Der Beschleunigungssignalverlauf a(t) wie in Fig. 4b dargestellt entspricht dem unter Fig. 2 beschriebenen, so das zur Vermeidung von Wiederholungen auf das dort Gesagte verwiesen wird. Festzuhalten bleibt, dass eine Unrundheit an der Lauffläche eines Rades 5 zu demselben Zeitpunkt ti zu Maximalwerten 14, 15 im Kraftsignalverlauf F(t) und zu Maximalwerten 16, 17 im Beschleunigungssignalverlauf a(t) führt.

Eine Approximation des mit der Messeinrichtung erfassten Beschleunigungssignalverlaufs a(t) an den dem Beschleunigungssignalverlauf a(t) zugrundeliegenden Kraftsignalverlauf F(t) erfolgt bei dieser Ausführungsform der Erfindung auf Basis des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) in Kombination mit dem Kraftsignalverlauf F(t), was im Einzelnen bei der Beschreibung von Fig. 7 noch näher erläutert wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen schließlich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die Messstrecke 1" in Richtung des Schienenfahrwegs 2 aus einer ersten Teilmessstrecke 1.1 der Länge L1 und einer zweiten Teilmessstrecke 1.2 der Länge L2 zusammensetzt, die in Fahrtrichtung x nahtlos ineinander übergehen. Die erste Teilmessstrecke 1.1 mit Kraftaufnehmern 10 gleicht dabei der unter Fig. 3 beschriebenen, so dass die dortigen Ausführungen entsprechend gelten.

Die zweite Teilmessstrecke 1.2 mit den Beschleunigungsaufnehmern 11 weist einen konstruktiven Aufbau auf, der grundsätzlich der unter Fig. 1 beschriebenen Messstrecke 1 gleicht, so dass das dort Gesagte entsprechend gilt. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass die Länge L2 der zweiten Teilmessstrecke 1 .2 wesentlich kleiner ist als die Länge L der Messstrecke 1 , wobei die Länge L2 der zweiten Teilmessstrecke 1 .2 kleiner sein kann als die Länge L1 der ersten Teilmessstrecke 1.1 wie bei der vorliegenden Ausführungsform, oder auch größer als die Länge L1 der ersten Teilmessstrecke 1.1. In beiden Fällen ergeben die erste Teilmessstrecke 1.1 und zweite Teilmessstrecke 1. 2 zusammen die Messstrecke 1". Am Anfang der Messstrecke 1" sind wiederum Querkraftaufnehmer 6 an den Schienen 3 angeordnet, am Ende der Messstrecke 1" Querkraftaufnehmer 7. Zusätzliche Querkraftaufnehmer 8 befinden sich im Übergangsbereich zwischen erster Teilmessstrecke 1.1 und zweiter Teilmessstrecke 1.2 und optional im Bereich der Teilmessstrecke 1.1 , um diese wie zuvor in Fig. 3 in kleinere Abschnitte zu unterteilen.

Bei der Überfahrt eines Schienenfahrzeugs über die Messstrecke 1" wird im Bereich der ersten Teilmessstrecke 1.1 ab dem Zeitpunkt tA ein Kraftsignalverlauf F(t) über die Länge L1 aufgenommen, für den wie bereits unter Fig. 4a beschrieben das Kraftmaximum 14 und Kraftminimum 15 charakteristisch sind. Mit Erreichen des Endes der ersten Teilmessstrecke 1.1 und zu Beginn der zweiten Teilmessstrecke 1.2 im Zuge des Überrollens der Querkraftaufnehmer 8 zum Zeitpunkt tx beginnt die Erfassung des Beschleunigungssignals a über die Länge L2 der zweiten Teilmessstrecke 1.2, was den in Fig. 6b dargestellten Beschleunigungsverlauf a(t) mit den Beschleunigungsmaxima 16 bzw. Beschleunigungsminima 17 ergibt. Der Messvorgang endet mit der Überfahrt der Räder 5 über die Querkraftaufnehmer 7 am Ende der Messstrecke 1".

Für die Auswertung des kombinierten Kraft-/Beschleunigungsverlaufs wird der Beschleunigungssignalverlauf a(t) mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens an den dem Beschleunigungsverlauf a(t) zugrunde liegenden Kraftsignalverlauf F(t) approximiert, was nachfolgend anhand Fig. 7 näher erläutert wird. Am Ende entsteht ein durchgehender Kraftsignalverlauf F(t), der für die weitere Auswertung genutzt werden kann.

Anhand Fig. 7 werden nachfolgend die unterschiedlichen Verfahrensschritte zur Approximation des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) wie in Fig. 7a dargestellt an den ihm zugrundeliegenden Kraftsignalverlauf F(t) erläutert, der wiederum Gegenstand von Fig. 7d ist und dessen Verlauf durch schrittweise Bearbeitung des Beschleunigungssignalverlaufs a(t) möglichst weitgehend nachgebildet werden soll. Die dazu notwendige Datenverarbeitung kann ganz oder teilweise in der Auswerteeinheit 13 stattfinden, oder ganz oder teilweise an übergeordneter Stelle, der zu diesem Zweck die notwendigen Daten übermittelt werden.

Fig. 7a gibt den Beschleunigungssignalverlauf a(t) wieder, wie er beispielsweise bei der Überfahrt eines Schienenfahrzeugs über eine Messstrecke 1 , 1' mittels deren Beschleunigungsaufnehmer 11 erfasst worden ist. Durch die hohe Frequenz des oszillierenden Beschleunigungssignals a sind qualifizierte Rückschlüsse auf den zugehörigen Kraftsignalverlauf F(t) (siehe Fig. 7d) nicht ohne weiteres möglich. Dennoch erkennt man außergewöhnliche Abweichungen vom durchschnittlichen Beschleunigungssignalverlauf a(t) im Bereich des ersten Maximums 16 und ersten Minimums 17 zum Zeitpunkt t1 , die auf eine Unrundheit des Rades 5 zurückzuführen sind. Aufgrund der Länge L der Messstrecke 1 , 1', die größer ist als der Umfang U des Rades 5, wiederholen sich beim erneuten Abrollen des Rades 5 über die Messstrecke 1 , 1' diese Maximalwerte in Form des Maximums 16' und Minimums 17' zum Zeitpunkt t2. Für die Teilmessstrecke 1.2, die sich von Messstrecken 1 , T lediglich durch ihre kürzere Länge L2 unterscheidet, gilt dies sinngemäß.

In einem ersten Verfahrensschritt wird der in Fig. 7a dargestellte Beschleunigungssignalverlauf a(t) mit einem Hochpassfilter und Tiefpassfilter oder einem Bandpassfilter gefiltert. Die untere Grenzfrequenz fi. liegt dabei zwischen 5 Hz und 60 Hz, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 30 Hz und höchstvorzugsweise bei 15 Hz, und die obere Grenzfrequenz fn zwischen 400 Hz und 800 Hz, vorzugsweise zwischen 500 Hz und 700 Hz und höchstvorzugsweise bei 600 Hz. Nach Anwendung der Filter stellt sich der in Fig. 7b gezeigte Beschleunigungssignalverlauf a'(t). Durch die Beschränkung der erfassten Beschleunigungssignale a auf den Frequenzbereich zwischen unterer Grenzfrequenz fi. oberer Grenzfrequenz fn ist im Beschleunigungssignalverlauf a'(t) ein eindeutiger Amplitudenverlauf erkennbar, der als charakteristische Merkmale ebenfalls ein erstes Maximum 16 bzw. erstes Minimum 17 zum Zeitpunkt ti und zweites Maximum 16' und zweites Minimum 17' zum Zeitpunkt tz aufweist.

Im Weiteren wird der Beschleunigungssignalverlauf a'(t) durch numerische Integration bearbeitet, was zu dem in Fig. 7c gezeigten Beschleunigungssignalverlauf a"(t) führt. Dieser zeichnet sich durch eine weitere Annäherung an den Kraftsignalverlauf F(t) aus. Insbesondere entsprechen die Amplitudenverhältnisse von Maximum16, 16' zu Minimum 17, 17' des Beschleunigungssignalverlaufs a"(t) bereits annähernd denen des Kraftsignalverlaufs F(t).