DE2609260C2 - Vorrichtung zum optischen Messen der Verschiebung der Schienen eines Schienengleises - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optisehen Messen der Verschiebung der Schienen eines Schienengleises, bei der je ein Lichtstrahl auf die Schienenköpfe geworfen wird und die davon reflektierten Lichtstrahlen aufgefangen und verglichen werden.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 22 44 274 und der DE-OS 24 07 851 bekannten Vorrichtung werden als Lichtstrahlen jeweils Strahlenbündel verwandt, die von Lichtquellen stammen, die in Form van Punktstrahlern vorgesehen sind. Das auf die Schienenköpfe geworfene und von der Lauffläche reflektierte Licht wird ^b5 aufgefangen, in ein elektrisches Signal umgewandelt und mit dem entsprechenden elektrischen Signal, das von dem Licht stammt, das von der anderen Schiene reflektiert wird, verglichen. Wenn eine Abweichung der Spurweite der Schienen auftritt, d.h. wenn eine der beiden Schienen versetzt ist, wandert der Lichtfleck des auf den Schienenkopf dieser Schiene geworfenen Lichtstrahles über die Lauffläche der Schiene in Querrichtung des Schienengleises, so daß sich das Maximum des aus dem reflektierten Licht abgeleiteten Signals bezüglich der Innenfläche der Schiene verschiebt Diese Verschiebung wird im Vergleich zu dem Signal von der anderen Schiene zur Messung der Spurweite herangezogen.

Die bekannte Vorrichtung ermöglicht zwar eine kontaktfreie Messung der Spurweite, hat jedoch den Nachteil, daß der Lichtstrahl bei einer Abweichung der Spurweite über die Lauffläche des Schienenkopfes in Querrichtung des Schienengleises wandert, so daß während der Messung das Licht nicht immer von derselben Stelle des Schienenkopfes reflektiert wird. Da jedoch die Beschaffenheit der Oberfläche von in Gebrauch befindlichen Schienen in Querrichtung zum Gleis im allgemeinen nicht gleich ist und sich vielmehr an stark glänzende Flächenbereiche, auf denen die Räder der Schienenfahrzeuge direkt laufen, weniger in Anspruch genommene und somit mehr oder weniger verrostete oder verschmutzte Bereiche anschließen und somit diese Flächenbereiche auch ein verschiedenes Reflexionsvermögen zeigen, hat die Beschaffenheit der Oberfläche in Querrichtung zum Gleis bei der bekannten Vorrichtung einen Einfluß auf die Stärke des reflektierten Lichtes und somit auf das Meßsignal.

Wenn beispielsweise bei exakter Spurweite das reflektierte Licht von einem stark glänzenden Flächenbereich der Schiene reflektiert wird, so wird bei einer Verschiebung der Schienen des Schienengleises der Lichtfleck sich zu einer weniger glänzenden Stelle des Schienenkopfes verschieben und somit zu einem Signal führen, das wesentlich verwaschener ist und eine genaue Spurmessung nicht mehr zuläßt

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, die bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich eine höhere Meßgenauigkeit ergibt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die auf die Schienenköpfe geworfenen Lichtstrahlen durch eine Schlitzplatte geformt und durch eine Linse so fokussiert werden, daß sie in Form kurzer Lichtstreifen scharf auf einer Meßachse abgebildet werden, die bestimmte Meßpunkte an den Schienenköpfen verbindet, und daß durch eine weitere Schlitzplatte nur dasjenige Licht aufgefangen wird, das von einem Punkt auf der Meßachse reflektiert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wandert im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung bei einer Verschiebung einer Schiene in seitliche Richtung zum Gleis, d. h. bei einer Spuränderung der Lichtfleck, dessen reflektiertes Licht aufgenommen wird, nicht über die Schienenlauffläche, da nur das von einem bestimmten Punkt auf der Meßachse reflektierte Licht aufgenommen wird. Vielmehr wandert dieser Punkt auf der Meßachse bei einer Verschiebung der Schienen des Schienengleises, d. h. bei einer Spuränderung, in Längsrichtung der Meßachse hin und her. Dieses Hin- und Herwandern des Punktes, von dem das reflektierte Licht stammt, wird zur Bestimmung der Verschiebung der Schienen im Vergleich mit der Lage des entsprechenden Punktes auf der Meßachse an der anderen Schiene herangezogen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit gegen-

über der bekannten Vorrichtung den Vorteil, daß das aufgenommene Licht in Qu£ --^n'ung zur Schiene immer von derselben Stelie am Schienenkopf stammt Einflüsse, die von der unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit der Lauffläche der Schienenköpfe stammen, sind daher ausgeschlossen, was zur gewünschten höheren Meßgenauigkeit führt

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Im folgenden werden bevoi-zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen

Fig. la und Ib schematische Vorderansichten eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur optischen Messung der Schienenverschiebung,

F i g. 2a ein schematisches Schrägbild zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2b eine schematische Draufsicht zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung auf der Grundlage des in F i g. 2a dargestellten Prinzips,

F i g. 3a eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3b eine Schnittansicht längs der Linie ΙΙΙΛ-ΙΙΙό in Fig. 3a,

F i g. 4a in einer perspektivischen Ansicht einen der in den F i g. 3a und 3b dargestellten und an den Achslagern befestigten Ausgleicharme,

F i g. 4b eine Schnittansicht längs der Linie IWb-Wb in Fig. 3a,

F i g. 4c die perspektivische Ansicht der Meßeinrichtung zum Bestimmen der seitlichen Verschiebung des Meßtisches relativ zum Wagenkörper,

Fig.4d eine Draufsicht auf einen Schnitt des in F i g. 4c dargestellten Winkelmessers,

F ι g. 5a in einer schematischen Vorderansicht ein Ausführungsbeispiel der im Lichtempfänger vorgesehenen Einrichtung zur Bestimmung der seitlichen Schienenverschiebung,

F i g. 5b eine Seitenansicht des Schlitzes der in F i g. 5a dargestellten Einrichtung,

Fig.6 das Schaltbild einer Schaltung zur Messung der Abweichung der Spurweite,

F i g. 7a eine Draufsicht zur Erläuterung der Messung der Fehlausrichtung,

F i g. 7b das schematische Schaltbild einer Schaltung zur Messung der Fehlausrichtung.

Zur kontaktfreien Messung der Schienenverschiebung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Diese Messung kann beispielsweise mit Hilfe von Funkwellen, Schallwellen oder über Änderungen einer elektrischen Kapazität oder Induktivität erfolgen. Radar- oder Sonarmessungen, bei denen Funkwellen oder Schallwellen verwandt werden, sind zur Messung relativ großer Streckenunterschiede, jedoch nicht zur Messung geringer Streckenunterschiede, beispielsweise von Änderungen in der Spurweite, geeignet Für diese Messungen wurden bereits Änderungen einer elektrischen Kapazität oder Induktivität ausgenutzt. Wenn beispielsweise die Abweichung der Spurweite gemessen werden soll, werden gewöhnlich bestimmte Stellen an den Innenseiten der gegenüberliegenden Schienen, die das Gleis bilden, beispielsweise Stellen 14 mm unter der Schienenlauffläche, als Meßpunkte gewählt und wird eine Änderung des Abstandes zwischen diesen Punkten mit einer Standardspurweite verglichen, um die Abweichung zu messen. Zu diesem Zweck muß sich ein Sensor auf der die Meßpunkte auf den gegenüberliegenden Schienen verbindenden Meßachse befinden. Das bedeutet, daß der Sensor außerhalb des Hauptkörpers oder Rahmens des Spurwagens angeordnet sein muß. Somit ist die Sicherheit des mit einein derartigen Sensor ausgerüsteten Sparwagens während seines Laufes längs des Gleises nicht ausreichend.

Um die Schienenverschiebung kontaktfrei mit einem optischen Verfahren zu messen, ist es denkbar, Lichtprojektoren 2 und 4 in der in F i g. la dargestellten Weise auf einer imaginären Meßachse 20 anzuordnen, die die Meßpunkte 6 auf den gegenüberliegenden Schienen 1 und Γ verbindet, die das Gleis bilden. Das von den Lichtprojektoren 2 und 4 längs der Meßachse 20 auf die Meßpunkte 6 ausgesandte Licht kann von lichteaipfangenden Elementen 312 und 512 durch Linsen 3t 1 und 511 von Lichtempfängern 3 und 5 empfangen werden, die im Wagen oberhalb der Projektoren angeordnet sind. Die Schienenverschiebung kann als Störung des auf den lichtempfangenden Elementen erscheinenden Bildes gemessen werden. Bei einem derartigen Verfahren wird das Licht von den sich auf der Meßachse befindenden Lichtprojektoren 2 und 4 unabhängig von der seitlichen Versetzung der Schienen längs der Meßachse 20 nur auf die Meßpunkte 6 auf den Schienen projiziert Diesbezüglich liefert dieses Verfahren eine genaue Messung der Verschiebung der Schienen. Es ist jedoch nicht frei von demselben Nachteil, den die Verfahren aufweisen, die Änderungen einer elektrischen Kapazität oder Induktivität aufweisen, nämlich, daß sich die Lichtprojektoren 2 und 4, die auf der Meßachse 20 liegen müssen, unvermeidlich außerhalb des Fahrzeugkörpers und Fahrzeugrahmens befinden.

Um das zu verhindern ist es denkbar, die Lichtprojektoren 2 und 4 in der in Fig. Ib dargestellten Weise im Fahrzeug anzuordnen und das Licht schräg von den Lichtprojektoren 2 und 4 über Reflexionsspiegel 7 und 8 auf die Meßpunkte 6 zu projizieren. Das reflektierte Licht kann dann über Reflexionsspiegel von nicht dargestellten Lichtempfängern innerhalb des Fahrzeugs empfangen werden. Da bei einer derartigen Anordnung sich die Projektoren 2 und 4 und die Lichtempfänger innerhalb des Fahrzeuges befinden, ergibt sich nicht der bei der Anordnung gemäß F i g. la auftretende Nachteil bezüglich der Laufsicherheit des Fahrzeuges.

Da sich die Lichtprojektoren 2 und 4 jedoch außerhalb der Meßachse befinden, kann zwar das Licht von den Projektoren 2 und 4 bei fehlender Schienenver-Schiebung auf die Meßpunkte 6 treffen, bei einer seitlichen Verschiebung der Schienen jedoch wird das Licht von den Projektoren 2 und 4 nicht immer auf die Meßpunkte 6 treffen. Es ist viel wahrscheinlicher, daß das Licht die Schienen an Punkten neben den Meßpunkten 6 trifft, was die Messung der Schienenverschiebung ungenau oder möglicherweise sogar unmöglich macht.

Erfindungsgemäß können die obenerwähnten Nachteile, die den konraktfreien optischen Meßverfahren der Schienenverschiebung anhaften, leicht überwunden werden.

Das Arbeitsprinzip der Erfindung wird im folgenden anhand von F i g. 2a beschrieben.
Ein Lichtprojektor 9 wandelt das Licht von einer Lampe 16 über eine Kondenserlinse 15, eine Schlitzplatte 14 und eine Linse 13 um. Dieses Licht wird von einem Reflektor 10 auf die Meßachse 20 reflektiert, die die Meßpunkte 6 beispielsweise 14 mm unterhalb der

Schienenlauffläche auf den gegenüberliegenden Schienen verbindet. Die Länge des Schlitzes in der Platte 14 ist derart gewählt, daß das Licht nicht nur auf einen Punkt auf der Schiene 1 fällt. Ein Lichtempfänger 12, der aus einem lichtempfangenden Element 19, einer Schlitzplatte 18 und einer Linse 17 besteht, empfängt nur das von einem Reflektor 11, der auf die Meßachse gerichtet ist, reflektierte, konvergierte Licht.

Wenn bei der oben beschriebenen Anordnung des Lichtprojektors 9 und des Lichtempfängers 12 eine schmale Platte zum Reflektieren des Lichtes in einer Linie mit der Meßachse 20 angeordnet wird, können die relativen Lagen des Lichtprojektors 9 und des Lichtempfängers 12, die Lichtquelle 16 und die Breite des Schlitzes in der Schlitzplatte 14 iro Lichtprojektor 9, die Neigung der Schlitzplatte 14 und die relativen Lagen des lichtempfangenden Elementes 19, der Linse 17 und des Reflektionsspiegels 11 im Lichtempfänger 12 so eingestellt werden, daß das Licht vom Lichtprojektor 9 nur auf der schmalen Platte konvergiert und das auf der schmalen Platte konvergierte Licht reflektiert und vom Lichtempfänger 12 empfangen wird. Wenn die schmale Platte fortgenommen wird, konvergiert das vom Lichtprojektor 9 projizierte Licht nur mif der Meßachse 20, so daß der Lichtempfänger 12 nur Licht von der Meßachse empfangen kann.

Da diese Meßachse 20 tatsächlich eine imaginäre Linie ist, wird in Wirklichkeit das auf eine Seite 101 der Schiene 1 in F i g. 2a projizierte Licht beim Fehlen eines das Licht an der Meßachse abschirmenden Objektes über die Meßachse 20 hinaus bei 21 auf die Seitenfläche der Schiene fallen. Wenn sich andererseits die Schienenlauffläche beispielsweise 14 mm oberhalb des Meßpunktes befindet und der Meßpunkt 6 direkt unterhalb der Schienenlauffläche nicht zur Beleuchtung freiliegt, trifft das vom Lichtprojektor in Richtung auf die Schienenlauffläche projizierte Licht vor einer Konvergenz auf der Meßachse auf die Schienenlauffläche. Es tritt somit die Erscheinung auf, daß das Licht vom Lichtprojektor in der in Fig.2a bei 21 dargestell- to ten Weise auf die Schienenlauffläche vor einer Konvergenz auf der Meßachse 20 und nach einer Konvergenz auf der Meßachse 20 auf die Schienenseitenfläche fällt. Das hat zur Folge, daß sich ein heller Lichtfleck oder ein schmales, helles Lichtband am Meßpunkt 6 auf der Schiene ergibt

In der gleichen Weise fällt das Licht, das die Meßachse 20 passiert hat, auch auf den Schotter neben den Schienen. Erfindungsgemäß konvergiert zwar das Licht vom Lichtprojektor 9 auf der Meßachse 20, es fällt jedoch auch auf andere Stellen als die Meßachse. Wächtig ist jedoch, daß erfinduiigsgemäß das Licht vom Lichtprojektor 9 immer in einer Linie mit der Meßachse konvergiert. Unter der genannten Meßachse ist eine Linie zu verstehen, die die Meßpunkte auf den das Gleis bildenden Schienen verbindet Tatsächlich ist es ein Flächenbereich längs der gedachten Meßachse mit einer bestimmten Breite, d. h. mit einer bestimmten Ausdehnung in Längsrichtung der Schienen. Selbst wenn daher die Schiene seitlich versetzt ist, fallen die Meßpunkte 6 f>o auf den Schienen 1 unverändert in den Fläciienbereich der Meßachse, d. h. in den Bereich der Linie, längs dem das Licht vom Projektor 9 konvergiert Mit anderen Worten befinden sich die Meßpunkte f. immer irgendwo dort auf der Meßachse, wo das Licht vom Lichtprojektor konvergiert

Wie bereits erwähnt, ist der Lichtempfänger 12 derart angeordnet daß er nur dasjenige Licht vom Lichtprojektor 9 empfangen kann, das zu einem hellen Fleck oder zu einem hellen Band am auf der Meßachse 20 liegenden Punkt 6 auf der Schiene geformt ist. Der Lichtempfänger 12 empfängt daher nicht das Licht, das auf die Schienenlauffläche fällt, ohne die Meßachse 20 zu erreichen, oder dasjenige Licht, das die Meßachse 20 passiert und auf die Schienenseite des Schotters fällt, da dieses Licht nicht an der Meßachse 20 reflektiert wird. Der Lichtempfänger 12 empfängt daher nur dasjenige Licht, das von den Meßpunkten reflektiert wird, die sich immer irgendwo auf der Meßachse 20 befinden.

Damit der Lichtempfänger 12 nur von den Punkten auf der Meßachse 20 reflektiertes Licht empfangen kann, muß die Bedingung erfüllt sein, daß die Lichtempfangsebene des Lichtempfängers 12 und die Lichtprojektionsebene des Lichtprojektors 9 nicht in einer Linie liegen. Sonst würde der Lichtempfänger 12 nicht nur das an der Meßachse reflektierte Licht, sondern auch dasjenige Licht empfangen, das die Meßachse passiert und hinter der Meßachse rückreflektiert wird. Daher müssen der Lichtempfänger 12 und der Lichtprojektor 9 nacheinander bezüglich der Meßpunkte 6 in Längsrichtung der Schienen derart angeordnet werden, daß der Lichtempfänger 12 nur dasjenige Licht vom Lichtprojektor 9 empfängt, das auf die Meßachse projiziert wird.

Wenn bei der oben beschriebenen Anordnung keine vertikale Verschiebung des Lichtempfängers 12 und des Lichtprojektors 9 während des Laufes des Spurwagens auftritt, ist es möglich, durch dieses kontaktfreie Verfahren immer und genau die seitliche Verschiebung der Schienen zu bestimmen. Dabei erfassen der Lichtempfänger 12 und der Lichtprojektor 9 die seitliche Bewegung des hellen Fleckes oder Bandes am Meßpunkt 6 längs der Achse 20.

Bei der in Fig.2a dargestellten Anordnung ist eine genaue Messung der Schienenverschiebung möglich, da sowohl der Lichtprojektor 9 als auch der Lichtempfänger 12 innerhalb des Fahrzeugkörpers oder Rahmens angeordnet werden können und die seitlichen Verschiebungen der Schienen in Verschiebungen der Meßpunkte auf der Meßachse ausgedrückt werden können.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auf dem oben beschriebenen Grundgedanken basiert, ist in den F i g. 3a bis 7b dargestellt.

Der Körper V des Spurwagens wird durch Federn S auf dem Wagen T gehalten, der seinerseits durch weitere Federn S auf Achslagergehäusen 28 bis 31 gehalten ist.

In den Fig.3a und 3b ist ein Ausgleichsarm 32 vorgesehen, dessen jeweilige Enden an den Achslagergehäusen 28 und 30 der Räder 22 und 24 auf einer Seite des Wagens in Laufrichtung des Spurwagens befestigt sind, während ein Ausgleichsarm 33 mit seinen jeweiligen Enden an den Achslagergehäusen 29 und 31 der Räder 23 und 25 auf der anderen Seite des Wagens befestigt ist

Eine spezielle Art der Befestigung der Enden der Ausgleichsarme 32 und 33 an den Achslagergehäusen ist in Fig.4a dargestellt Ein Metallteil 131 ist am Boden des Achslagergehäuses 31 angebracht Die Außenseite des Metallteils 131 und die Innenseite eines Endes des Ausgleichsarms 33 sind mit Hilfe einer Verbindungsstange 132 aneinander befestigt, die durch diese Teile hindurchläuft, während das andere Ende des Ausgleichsarms 33 in ähnlicher Weise am Boden des Achslagergehäuses 29 befestigt ist. Der Ausgleichsarm 33 wird somit über seine gesamte Länge parallel zur Lauffläche der

Schiene Γ und in einem konstant in Abstand in vertikaler Richtung zur Lauff'che der Schiene Γ gehalten.

In ähnlicher Weise ist ein Ausgleichsarm 32 zwischen den Achslagergehäusen 28 und 30 und mit dem gleichen konstanten Abstand in vertikaler Richtung zur Lauffläche der Schiene 1, wie ihn der Ausgleichsarm 33 aufweist, angebracht.

Zwischen den Ausgleichsarmen 32 und 33 ist ein Meßrahmen 34 drehbar an Stiften 38 an der Innenseite der Ausgleichsarme 32 und 33 angebracht, der aus einem rechteckigen Rahmen besteht, wie es in der Draufsicht dargestellt ist. Im Innern des innen hohlen, rechteckigen Meßrahmens 34 befindet sich ein rechtekkiger Meßtisch 35, der dem Umriß des liohlen, rechteckigen Meßrahmens folgt. Ein bestimmter Zwischenraum wird zwischen den Innenseiten der Rahmenteile des Meßrahmens 34 und den gegenüberliegenden Außenwänden des Meßtisches 35 beibehalten. Wie es in F i g. 4b dargestellt ist, liegt die Oberseite des Meßrahmens 34 etwas unterhalb der Oberseite des Meßtisches 35. An bestimmten Stellen am Rand der Oberseite des Meßtisches 35 sind Verbindungsplatten 371 angebracht, die sich vom Rand nach außen erstrecken, Die Unterseiten der nach außen vorstehenden Teile der Verbindungsplatten 371 und die gegenüberliegende Oberseite des Meßrahmens 34 stehen über einen Schwingungsabsorber 37 aus einem schwingungsfreien Gummi in Verbindung. Bei einer derartigen Anordnung bewegen sich der Meßtisch 35 und der Meßrahmen 34 mit den Rädern und Achsen 26 und 27 nur seitlich und nicht vertikal, so daß das Licht vom Lichtprojektor 9 immer auf der Achse 20 konvergiert.

Wie es in den F i g. 3a, 3b und 4c dargestellt ist, ist an einer bestimmten Stelle auf der Oberseite des Meßtisches 35 neben seiner mittleren Achse in Längsrichtung der Schienen 1 und Γ ein Verbindungsteil 40 angebracht An einer bestimmten Stelle auf der in Laufrichtung mittleren Achse des Bodens des Wagenkörpers V ist ein Detektor 43 zwischen Halteelementen 44 und 45 vorgesehen, der von einem Verbindungsteil

430 gehalten wird und die seitliche Verschiebung des Meßtisches 35 relativ zur mittleren Achse des Wagenkörpers in Laufrichtung während des Laufes des Wagens bestimmt Das Verbindungsteil 40 und der Detektor 43 sind über ein Gelenkteil 42 gekoppelt

Um die seitliche Verschiebung des Meßtisches relativ zur mittleren Achse des Wagenkörpers V während des Laufes des Spurwagens zu bestimmen, kann ein Detektor bekannter Bauart verwandt werden. Ein bekannter Detektor, der zu diesem Zweck verwandt werden kann, wird im folgenden kurz anhand von F i g. 4d beschrieben. In F i g. 4d ist ein bewegliches Teil

431 in Form eines massiven, zylindrischen Körpers in einem ortsfesten, hohlzylindrischen Körper 432 vorgesehen. Das bewegliche Teil 431 weist am oberen Abschnitt zwei diametral einander gegenüberliegende Pole 433 und 434 auf, die mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. An der Innenseite des ortsfesten Körpers 432 befinden sich in gleichen Abständen entlang des Umfanges Pole 435 bis 437· Bei einer Drehung des beweglichen Teiles 431 bewegen sich die Pole 433 und 434 relativ zu den Polen 435 bis 437 am ortsfesten Körper 432 mit einem bestimmten Zwischenraum zwischen einander gegenüberliegenden Polen. Der untere Abschnitt des beweglichen Teiles 431 ragt vom Boden des Detektors 43 vor, so daß dann, wenn sich das bewegliche Teil 431 von der Soll-Stellung um einen bestimmten Winkel, beispielsweise in die durch den Pfeil a oder b dargestellte Richtung dreht, sich in bekannter Weise die Ausgangsspannungen der Pole 435, 436 und 437 am ortsfesten Körper sinusförmig ändern. Wenn somit die relativen Abmessungen zwischen den Polen 433 und 434 am beweglichen Teil 431 und den Polen 435 bis 437 am ortsfesten Teil 432 sowie die Zwischenräume zwischen den Polen 433 und 434 und den Polen 435 und 437 geeignet gewählt sind, können die Drehrichtung und der Drehwinkel in diese Richtung des beweglichen Teiles 431 dadurch bestimmt werden, daß die Ausgangsspannungen der Pole 435 bis 437 mit Hilfe geeigneter bekannter Meßeinrichtungen gemessen werden.

Wenn sich in Fig.4c der Meßtisch 35 relativ zum Wagenkörper '/seitlich bewegt, wird das Verbindungsteil 40 auch seitlich verschoben und bewegt sich gleichzeitig das Teil 421 des Verbindungsgelenkes 42 in die Richtung der Pfeile c-d.

Da ein Ende des Teiles 422 des Verbindungsgelenkes 42 am unteren F.nde des beweglichen Teiles 431 im Detektor 43 befestigt ist, während sein anderes Ende drehbar mit dem Ende des Teiles 421 in Verbindung steht, bewirkt eine Verschiebung des Teiles 421 in die Richtung c-d eine Verschwenkung des Teils 422 in Richtung der Pfeile e-f um das untere Ende des beweglichen Teiles 431 als Drehmittelpunkt, so daß sich das bewegliche Teil 431 dreht.

Wenn daher die relative Lage der Teile 421 und 422 des Verbindungsgelenkes 42 und des beweglichen Teiles 431 geeignet gewählt sind, kann durch eine Messung der Ausgangsspannung der Pole 435 bis 437 des ortsfesten Körpers 432 die seitliche Verschiebung des Meßtisches 35 relativ zum Wagenkörper Vbestimmt werden.
Wie bereits erwähnt, ist der Meßrahmen 34 schwenkbar mit Hilfe von Stiften 38 zwischen die Inennseiten der Ausgleichsarme 32 und 33 eingesetzt, sind die Enden der Arme jeweils an den Achslagergehäusen 28 und 30 und 29 und 31 befestigt, während der Meßtisch 35, der über das Verbindungsgelenk 42 mit dem Körper V verbunden ist, in einem Stück über die Schwingungsabsorber 37 mit dem Meßrahmen 34 verbunden ist Wenn bei dieser Anordnung der Wagen auf den Schienen läuft, kann der Meßtisch 35 bezüglich der Schienen 1 und Γ und relativ zum Wagenaufbau T und zum Wagenkörper V seitlich, jedoch nicht in vertikaler Richtung verschoben werden.

Wie es in den F i g. 3a und 3b dargestellt ist, befinden sich an der Unterseite des Meßtisches 35 längs der so linken Schiene 1 ein Lichtprojektor 9 und ein Lichtempfänger 12 in Richtung der linken Schiene im Abstand voneinander. Wie es in F i g. 2a dargestellt ist, besteht der Lichtprojektor 9 aus der Lichtquelle 16, der Kondenserlinse 15, der Schlitzplatte 14 und der Linse 13, während der Lichtempfänger 12 aus dem lichtempfangenden Element 19, der Schutzplatte 18 und der Linse 17 besteht Ein lichtempfangender Reflexionsspiegel 11 befindet sich am Boden des Meßtisches 35 in einer Linie mit dem Lichtempfänger 12 an einer Stelle auf der Innenseite der linken Schiene, während ein lichtübertragender Reflexionsspiegel 10 am Boden des Meßtisches 35 in einer Linie mit dem Lichtprojektor 9 an einer Stelle auf der Innenseite der linken Schiene vorgesehen ist Die relative Lage der Elemente des Lichtprojektors 9 zum lichtübertragenden Reflexionsspiegel 10 ist derart gewählt, daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle 16 mit einer Breite und einer Länge, die den Abmessungen des Schlitzes 14 entsprechen, nach Passieren des Schlitzes

14 und der Linse 13, die das Licht auf der Meßachse 20 konvergiert, die die Meßpunkte 6 beispielsweise 14 mm unterhalb der Schienenlauffläche auf den gegenüberliegenden Schienen 1 und Γ verbindet, vom Spiegel 10 reflektiert wird. Da sich der Lichtprojektor 9 am Boden des Meßtisches 35 längs der linken Schiene befindet, und der Reflexionsspiegel 10 auf der Innenseite der linken Schiene angeordnet ist, konvergiert das Licht vom Lichtprojektor 9 auf der Meßachre 20 mit einer bestimmten Breite, die der Breite des Schlitzes 14 entspricht, so daß sich ein heller Fleck oder ein helles Band am Meßpunkt 6 auf der linken Schiene ergibt. Der lichtempfangende Reflexionsspiegel 11, der zum Lichtempfänger 12 ausgerichtet ist, empfängt nur das Licht, das auf der Meßachse konvergiert und das dort, wo es auf der Meßachse auf die Schiene 1 trifft, im Vergleich zu dem Licht, das an anderen Stellen auf die Schiene trifft oder auf das Gleisbett auftrifft, sehr hell ist. Das vom Reflexionsspiegel 11 empfangene Licht wird durch die Linse 17 fokussiert und über den Schlitz 18 vom lichtempfangenden Element 19 empfangen.

Die Breite des Schlitzes 14 ist für die Breite des schließlich auf der Meßachse 20 von der Lichtquelle 16 des Lichtprojektors konvergierenden Lichtstrahles geeignet gewählt. In Abhängigkeit von den speziellen Erfordernissen ist die Breite des Lichtstrahles derart gewählt, daß der auf der Meßachse 20 konvergierende Lichtstrahl so schmal und intensiv wie möglich ist. Wenn das Licht auf der Meßachse 20 streut, geht nicht nur die Schärfe des Lichtfleckes verloren, sondern erscheint die Meßachse selbst auch breiter als erforderlich, was eine ungenaue Messung zur Folge hat. LJm die Lage des Meßpunktes 6 genau zu bestimmen, hat der Schlitz 18 im Lichtempfänger 12 dieselbe Breite wie der Schlitz im Lichtprojektor.

Am Boden des Meßtisches 35 längs der rechten Schiene Γ und in Richtung der Länge dieser Schiene im Abstand voneinander sind ein Lichtprojektor 9' und ein Lichtempfänger 12' vorgesehen, die den gleichen Aufbau wie der Lichtprojektor 9 und der Lichtempfänger 12 aufweisen. Ein Reflexionsspiegel 10', der dem Reflexionsspiegel 10 gleicht, ist zum Lichtprojektor 9* ausgerichtet, und ein Reflexionsspiegel 11', der dem Reflexionsspiegel 11 gleicht, ist zum Lichtempfänger 12' ausgerichtet Die relative Lage dieser Elemente ist die gleiche, wie die des Lichtprojektors 9 und des Reflexionsspiegels 10 in Längsrichtung der linken Schiene 1. Das Licht vom Lichtprojektor 9' wird über den Schlitz, die Kondenserlinse und den Reflektor 10' auf der Meßachse am Bezugspunkt auf der rechten Schiene konvergiert Der Reflexionsspiegel 11', der zum Lichtempfänger 12' ausgerichtet ist, empfängt nur das am besagten Bereich am Vergleichspunkt auf der Meßachse konvergierte Licht Dieses Licht wird vom lichtempfangenden Element 19 des Lichtempfängers 12' über die Linse und den Schlitz empfangen.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die relative Lage des Lichtprojektors und des Lichtempfängers in Längsrichtung der Schiene für die rechte Schiene im Vergleich zur linken Schiene umgekehrt Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht immer notwendig, und das Ziel der Erfindung kann auch dann erreicht werden, wenn sich der Lichtprojektor und der Lichtempfänger sowohl entlang der linken Seite als auch entlang der rechten Seite des Spurwagens in entsprechender Lage befinden.

Wenn bei einer derartigen Anordnung der Spurwagen in Betrieb gesetzt und von den Lichtquellen der

Lichtprojektoren 9 und 9' Licht ausgesandt wird, wird dieses Licht von den Reflexionsspiegeln 10 und 10' an den Abschnitten der Meßachse konvergiert, an denen sie die linke und die rechte Schiene schneidet. Da die Lichtprojektoren 9 und 9', die Lichtempfänger 12 und 12'und die Reflexionsspiegel 10 und 10'sowie 11 und 11' am Boden des Meßtisches 35 zu jedem Zeitpunkt der Bewegung des Spurwagens längs des Gleises symmetrisch bezüglich der Längsachse der Schiene angebracht sind, bilden der Bereich der Meßachse, auf dem das Licht vom Lichtprojektor 9 auf der linken Schiene konvergiert, und der Bereich der Meßachse auf dem das Licht auf der rechten Schiene konvergiert, diejenigen Punkte der Meßachse, an denen die Meßachse die gegenüberliegenden Schienen, die das Gleis bilden, jeweils schneidet Wie es anhand von F i g. 2a bereits beschrieben wurde, empfangen die Lichtempfänger 12 und 12' jeweils nur das Licht von dem hellen Fleck oder dem hellen Lichtband am Meßpunkt auf der zugehörigen Schiene, so daß jede Verschiebung der Meßpunkte infolge einer seitlichen Versetzung der Schiene längs der Meßachse auftreten muß. Durch die Bestimmung der Verschiebung der Meßpunkte in den Lichtempfängern und durch einen Vergleich dieser Verschiebung mit der Lage der Meßpunkte bei einer richtigen Anordnung der Schienen kann die Schienenverschiebung gemessen werden. Daraus läßt sich eine Abweichung der Spurweite und eine Fehlausrichtung bestimmen.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung der Meßpunkte auf den Schienen, der Abweichung der Spurweite und einer Fehlausrichtung wird im folgenden anhand der F i g. 5 bis 7b beschrieben.

F i g. 5a zeigt den Fall, in dem das Licht vom Lichtprojektor 9' am Meßpunkt 6 der rechten Schiene Γ konvergiert und dieses auf dem Meßpunkt 6 konvergierte Licht zum Reflexionsspiegel 11' und von diesem zum Lichtempfänger 12' reflektiert wird. Es wird angenommen, daß die rechte Schiene Γ mit dem Meßpunkt 6 in der Darstellung in ausgezogenen Linien von der normalen richtigen Schienenlage, die durch unterbrochene Linien IS dargestellt ist um die Strecke P in Fig.5a nach links verschoben ist Wenn sich dieser Schienenabschnitt in der normalen Lage befindet, verläuft der Lichtstrahl vom nicht dargestellten Lichtprojektor am Meßpunkt auf der Schiene 6 entlang der Achse 59. Dieser Lichtstrahl wird vom Reflexionsspiegel 11', der Fokussierungslinse 17 und dem Schlitz 18 empfangen und fällt an der Stelle 190 auf das

lichtempfangende Element 19. Wenn die Schiene Γ um die Strecke P von der normalen Lage nach links verschoben ist verläuft der Lichtstrahl vom Lichtprojektor vom Punkt 6 längs der Achse 58. Dieser Lichtstrahl wird über den Reflexionsspiegel 11', die Linse 17 und den Schlitz 18 an der Stelle 196 vom lichtempfangenden Element empfangen. Daher repräsentiert der Abstand zwischen den Punkten 190 und 196 auf dem lichtempfangenden Element die Schienenverschiebung.

In Fig.6 ist eine Einrichtung zur Berechnung der Größe der Schienenverschiebung dargestellt. In F i g. 6 besteht das lichtempfangende Element 19 von F i g. 2a aus einer Reihe von Photodioden herkömmlicher Art Diese Reihe besteht aus mehreren parallelen Photodioden 180 bis 200, und Transistorschaltungen 180 T bis 200Tsind mit jeder Photodiode in der Reihe verbunden. Wenn auf die Photodioden 180 bis 200 Licht fällt entwickelt jede eine unterschiedliche Ausgangsspan-

nung. Jeder Ausgang der Photodioden steht mit einer Transistorschaltung in Verbindt "e, die eine bestimmte Spannung erzeugt, wenn sie ein Ausgangssignal von der zugehörigen Photodiode empfängt. Wenn die Photodioden 180 bis 200 und die zugehörigen Transistorschaltungen 180Tbis 200Tin dieser Weise angeordnet sind, fällt das vom Meßpunkt auf der Schiene reflektierte Licht bei einer normalen Lage der Schiene beispielsweise auf die Photodiode 190 im lichtempfangenden Element 19. Das Ausgangssignal der Photodiode 190 He^t an der Transistorschaltung 1907! die mit dieser Photodiode verbunden ist, so daß dieser Transistor 190 T eine Vergleichsausgangsspannung liefert. Wenn sich der Meßpunkt 6 beispielsweise nach rechts bei einer Versetzung der Schiene nach rechts verschiebt ändert sich der Verlauf des vom Meßpunkt 6 reflektierten und vom Lichtempfänger empfangenen Lichtstrahles derart, daß er auf eine oder mehrere Dioden 190 bis 200 fällt, während eine Versetzung der Schiene nach links zu einer Verschiebung des Meßpunktes 6 nach links und folglich zu einer derartigen Veränderung des Verlaufes des vom Meßpunkt reflektierten und vom Lichtempfänger empfangenen Lichtstrahles führt, daß der Lichtstrahl auf eine oder mehrere Photodioden 189 bis 180 fällt, was von der Größe der Verschiebung des Meßpunktes abhängt. Die Ausgangsspannung pro Diode relativ zur Diode 190 kann + d oder — d betragen, je nachdem, ob sich die Photodiode oberhalb oder unterhalb der Photodiode 190 befindet. Wenn beispielsweise die Vergleichsspannung des Transistors 190 T beim Empfang des Lichtes durch die Photodiode 190D beträgt, kann die Ausgangsspannung des Transistors 191Γ für die Diode 191D + d und die des Transistors 192Γ für die Diode 192D + 2d usw. betragen. Wenn der Abstand zwischen den Dioden 180 und 200 im lichtempfangenden Element 19 relativ zur Schienenversetzung geeignet gewählt ist, kann die Schienenversetzung als Ausgangssignal des Transistors ausgedrückt werden, der mit derjenigen Photodiode verbunden ist, auf die der Lichtstrahl fällt. Eine Abweichung der Spurweite kann somit dadurch gemessen werden, daß die Schienenverschiebung aus dem Ausgangssignal des lichtempfangenden Elementes 19 im Lichtempfänger 12 und aus dem Ausgangssignal des lichtempfangenden Elementes 19 im Lichtempfänger 12' in den F i g. 3a und 3b bestimmt wird und das entsprechende Signal einem bekannten Spannungsaddierer 46 geliefert wird. Das heißt, daß das Ausgangssignal des Lichtempfängers 12 und das Ausgangssignal des Lichtempfängers 12' im Spannungsaddierer 46 addiert werden, um die Abweichung der Spurweite zu bestimmen.

In den F i g. 7a und 7b ist ein Beispiel für die Messung der Fehlausrichtung unter Verwendung der anmeldungsgemäßen Vorrichtung dargestellt Bei einer derartigen Anlage werden drei gleichbeabstandete Punkte längs einer Bezugslinie auf der Längsachse des Gleises gewählt Die Hälfte der Summe der Schienenverschiebung am ersten und dritten Punkt wird zu der Schienenverschiebung am zweiten Punkt zuaddiert und davon subtrahiert Das Ergebnis wird als Fehlausrichtung am zweiten Punkt herangezogen. Zu diesem Zweck ist der Spurwagen, wie es in F i g. 7a dargestellt ist, mit drei Geräteeinheiten A, B, C zum Messen der Schienenverschiebung ausgerüstet Jede Einrichtung zum Messen der Schienenverschiebung ist genau die gleiche, wie sie in den F i g. 3a und 3b dargestellt ist Sie umfaßt einen Meßrahmen 34. einen Meßtisch 35.

Lichtprojektoren 9 und 9', Lichtempfänger 12 und 12', Reflexionsspiegel 10 und 11 und 10' und 11' und;einen Detektor 43, die alle in der gleichen Weise, wie es in den Fig.3a und 3b dargestellt ist, angeordnet sind. Diese Meßeinrichtungen A, Sund Csind zwischen Ausgleichsarmen, die den Ausgleichsarmen 33 und 32 in den F i g. 3a und 3b gleichen, in gleichen Abständen in Laufrichtung des Wagens angebracht.
Wie es bereits anhand der F i g. 3a und 3b beschrieben wurde, bestimmen die Meßeinrichtungen A bis C die seitliche Verschiebung des Gleises an drei Stellen, beispielsweise an den Stellen a bis cauf der Schiene 1.

Unter Verwendung des Detektors 43 bekannter Bauart, wie er anhand der F i g. 3a und 3b und 4c und 4d beschrieben wurde, wird die seitliche Verschiebung des Meßtisches 35 für jede Meßeinrichtung zum Meßzeitpunkt bestimmt. In diesem Fall ist der Detektor 43 derart aufgebaut, daß die Beziehung der Ausgangsspannung zur Größe der Verschiebung im Detektor 43 und den Meßeinrichtungen A bis C die gleiche ist. Danach werden die Verschiebung des Punktes a auf der Schiene 1, die durch die Meßeinrichtung A bestimmt wird, und die seitliche Abweichung des die Meßeinrichtung A tragenden Meßtisches von der mittleren Achse des Wagenkörpers V, die durch den Detektor bestimmt wird, sowie die Verschiebung des Punktes c auf der Schiene 1, die durch die Meßeinrichtung C bestimmt wird, und die Abweichung des die Meßeinrichtung C tragenden Meßtisches von der mittleren Achse des Wagenkörpers, die durch den Detektor bestimmt wird, jeweils den Addiereinrichtungen 52 und 53 geliefert, wie es im Schaltbild von Fig.7b dargestellt ist Danach werden die Ausgangssignale der Addiereinrichtungen 52 und 53 zur Addition einer Addiereinrichtung 54 geliefert. Die addierten Abweichungen werden dann einer durch 2 teilenden Teileinrichtungen 55 zugeführt. Andererseits mißt die Meßeinrichtung B die seitliche Verschiebung des Punktes b auf der Schiene 1. Deren Detektor 43 mißt die seitliche Abweichung des Meßtisches 35 in dieser Einrichtung von der mittleren Achse des Wagenkörpers. Die Verschiebung des Punktes b und die seitliche Abweichung des Meßtisches werden in einer Addiereinrichtung 56 addiert und das Ergebnis wird einer Subtraktionseinrichtung 57 geliefert, der ebenfall? das Ausgangssignal der Teileinrichtung 55 zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Fehlausrichtung am zweiten Punkt b dadurch berechnet werden, daß das Ausgangssignal der Teileinrichtung 55 vom Ausgangssifnal der Addiereinrichtung 56 in der Subtraktionseinrichtung 57 subtrahiert wird.

Auf diese Weise wird die Fehlausrichtung am zweiten Punkt ft'auf der rechten Schiene bestimmt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Schienenverschiebung hat die folgenden Vorteile:

1. Die Schienenverschiebung, die Abweichung der Spurweite oder die Fehlausrichtung können kontaktfrei gemessen werden. Es besteht daher im Gegensatz zu den bekannten Verfahren absolut keine Gefahr, daß die Meßräder den Schienen bei einer Hochfeeschwindigkeitsmessung nicht mehr richtig folgen können, so daß die Geschwindigkeit des Spurwagens auf über 200 km/h erhöht werden kann.

2. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren der kontaktfreien Messung, bei denen die Geräteteile außerhalb des Fahrzeugkörpers und Fahrzeugrahmens installiert werden müssen, was die

Sicherheit des Spurwagens während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes stark herabsetzt können erfindungsgemäß die Ausrüstungsgegenstände ohne weiteres innerhalb des Fahrzeugkörpers und Rahmens installiert werden. Die seitlichen Verschiebungen der Schienen können zu jedem Zeitpunkt als seitliche Verschiebung der Meßpunkte bestimmt werden, was eine genaue und zuverlässige Messung der Schienenverschiebung sicherstellt

10

Zur optischen Messung der Schienenverschiebung sind somit ein Lichtprojektor mit einer Schutzplatte, ein Reflexionsspiegel zur Lichtprojektion, ein Reflexionsspiegel zum Lichtempfang und ein Lichtempfänger mit '5 einer Schlitzplatte in bestimmten Abständen zueinander an der Unterseite des Körpers eines Spurwagens auf beiden Seiten in Längsrichtung vorgesehen. Der Lichtprojektor, der Reflexionsspiegel zur Lichtprojektion, der Reflexionsspiegel zum Lichtempfang und der

Lichtempfänger sind derart angeordnet daß das von der Lichtquelle des Lichtprojektors ausgesandte Licht durch den Schlitz fällt und vom Reflexionsspiegel zur Lichtprojektion reflektiert und in Form eines hellen Fleckes oder eines hellen Lichtbandes auf wenigstens einer der Schienen des Gleises auf einer Meßachse konvergiert, die die Meßpunkte auf gegenüberliegenden Schienen, die das Gleis bilden, verbindet Der Lichtempfänger empfängt über den Reflexionsspiegel zum Lichtempfang und den Schlitz im Lichtempfänger von den Schienen nur das Licht von der Meßachse. Im Lichtempfänger wird eine Abweichung von Vergleichsmeßpunkten, die sich durch eine Bewegung des heller Fleckes oder hellen Bandes während des Laufes des Spurwagens längs des Gleises ergibt, bestimmt. Durch einen Vergleich der Abweichung mit der Lage dei Vergleichsmeßpunkte, wenn sich die Schienen in dei richtigen Lage befinden, kann die Schienenverschiebung gemessen werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Messen der Verschiebung der Schienen eines Schienengleises, bei der je ein Lichtstrahl auf die Schienenköpfe geworfen wird und die davon reflektierten Lichtstrahlen aufgefangen und verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Schienenköpfe geworfenen Lichtstrahlen durch eine Schlitzplatte (14) geformt und durch eine Linse (13) so fokussiert werden, daß sie in Form kurzer Lichtstreifen scharf auf einer Meßachse (20) abgebildet werden, die bestimmte Meßpunkte (6) an den Schienenköpfen verbindet, und daß durch eine weitere Schlitzplatte (18) nur dasjenige Licht aufgefangen wird, das von einem Punkt (6) auf der Meßachse (20) reflektiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Meßtischeinrichtung, die am Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges derart angebracht ist, daß sie sich nur in Querrichtung zum Schienengleis zusammen mit dem Fahrgestell bewegen kann, wobei die Schlitzplatte (14) und die Linse (13) einerseits sowie die weitere Schlitzplatte (18) andererseits in Längsrichtung des Schienengleises im Abstand voneinander an der Meßtischeinrichtung angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßtischeinrichtung Ausgleichsarme (32,33), die starr zwischen jeweils zwei Achslagern (28, 30, 29, 31) in Längsrichtung auf beiden Seiten des Fahrgestells befestigt sind, einen Meßrahmen (34), der um horizontal verlaufende Achsen drehbar zwischen den gegenüberliegenden Ausgleichsarmen (32, 33) angebracht ist und einen Meßtisch (35) aufweist, der im Meßrahmen (34) über einer Einrichtung (37) zur Aufnahme von Schwingungen angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen am Fahrzeugboden angebrachten Drehbewegungsdetektor (43), der über eine Gelenkverbindung (42) mit der Meßtischeinrichtung verbunden ist, die eine Versetzung der Meßtischeinrichtung zusammen mit dem Fahrgestell in Querrichtung des Schienengleises in eine Drehbewegung übersetzt, die vom Drehbewegungsdetektor (43) wahrgenommen wird, dessen Ausgangssignal dazu verwandt wird, eine seitliche Verschiebung des Schienengleises relativ zu einer Bezugslinie wahrzunehmen.