DE102011086356A1

DE102011086356A1 - Method and device for monitoring the stability of a mechanical connection

Info

Publication number: DE102011086356A1
Application number: DE201110086356
Authority: DE
Inventors: Jens-Harro Oechsner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16
Also published as: WO2013072209A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Stabilität einer mechanischen Verbindung zwischen bahnsicherungstechnischen Streckenelementen, beispielsweise Balisen und Achszähler, und deren Befestigungsgrundlage, beispielsweise Schiene oder Bahnschwelle. Um auf Streckenbegehungen zur manuellen Überprüfung des festen Sitzes der Streckenelemente verzichten zu können, ist zwischen dem Streckenelement und der Befestigungsgrundlage mindestens ein Piezoelement angeordnet, welches mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung einer bei Zugpassage resultierenden Änderung mindestens eines elektrischen Parameters verbunden ist.The invention relates to a method and a device for monitoring the stability of a mechanical connection between railway technical track elements, such as balises and axle counter, and their attachment basis, such as rail or railway sleeper. In order to be able to do without route inspections for manually checking the fixed position of the track elements, at least one piezoelement is arranged between the track element and the mounting base, which is connected to an evaluation device for evaluating a change in at least one electrical parameter resulting from train passage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Stabilität einer mechanischen Verbindung zwischen Komponenten, insbesondere zwischen bahnsicherungstechnischen Streckenelementen und deren Befestigungsgrundlage, sowie eine diesbezügliche Vorrichtung. The invention relates to a method for monitoring the stability of a mechanical connection between components, in particular between railway technical track elements and their mounting base, as well as a related device.

Mechanische Verbindungen verschiedenster Art, zum Beispiel Klebungen oder Verschraubungen, insbesondere für sicherungstechnische Zwecke, beispielsweise im Transport- oder Industriebereich, müssen hohen Anforderungen bezüglich der Stabilität und damit auch bezüglich Zuverlässigkeit und Funktionsfähigkeit der jeweiligen Komponenten genügen. Bei frei zugänglichen Komponenten kann eine regelmäßige Überprüfung der Verbindung zwischen den Komponenten manuell erfolgen, indem der feste Halt zwischen miteinander verbundenen Komponenten durch Rütteln, Stoßbelastung oder dergleichen festgestellt wird. Diese Überwachungsmethoden sind jedoch diskontinuierlich, ungenau und an unzugänglichen Orten nur sehr aufwendig oder gar nicht durchführbar. Mechanical connections of various kinds, for example, bonding or screwing, in particular for security purposes, for example in the transport or industrial sector, must meet high requirements in terms of stability and thus also in terms of reliability and functionality of the respective components. For freely accessible components, a periodic check of the connection between the components can be done manually by detecting the firm hold between interconnected components by jarring, impact loading or the like. However, these monitoring methods are discontinuous, inaccurate and inaccessible places only very expensive or not feasible.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Überwachung von Verbindungen zwischen bahnsicherungstechnischen Streckenelementen, beispielsweise Balisen oder Achszähler, und deren Befestigungsgrundlage, insbesondere an einer Schiene oder einer Bahnschwelle, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt sein soll. The following description relates essentially to the monitoring of connections between railway safety trackside elements, such as balises or axle counter, and their mounting base, in particular on a rail or a railway sleeper, without the invention being limited to this particular application.

Die sehr hohen sicherungstechnischen Anforderungen an Streckenelemente müssen gewährleistet werden, um Unfällen im Schienenverkehr vorzubeugen. Dazu ist es unter anderem erforderlich, dass der feste Sitz beziehungsweise die feste Montage der Streckenelemente regelmäßig durch Wartungspersonal überprüft wird. Streckenkomponenten sind extremen Beschleunigungskräften durch vorbeifahrende Personen- und Güterzüge ausgesetzt, wodurch die Befestigung nachgeben kann und die Komponente abgerissen oder sogar vom Zug mitgerissen werden kann. Durch Steckenbegehung und manuelles Überprüfen der Befestigungsstelle des jeweiligen Streckenelementes kann die Stabilität der Befestigung eingeschätzt und gegebenenfalls nachgebessert werden. Nachteilig ist neben dem erheblichen Aufwand vor allem die Abhängigkeit von den Erfahrungen des Wartungspersonals hinsichtlich der subjektiven Einschätzung der Befestigungsqualität. The very high safety requirements for track elements must be ensured in order to prevent accidents in rail traffic. For this it is necessary, inter alia, that the firm seat or the fixed assembly of the route elements is checked regularly by maintenance personnel. Track components are subjected to extreme acceleration forces from passing passenger and freight trains, which can cause the attachment to yield and tear off the component or even be pulled along by the train. By Steckenbegehung and manually checking the attachment point of the respective track element, the stability of the attachment can be assessed and, if necessary, be improved. The disadvantage is, in addition to the considerable effort above all the dependence on the experience of the maintenance personnel with regard to the subjective assessment of the attachment quality.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die diese Nachteile beseitigen und eine einfache und von subjektiven Einflüssen unabhängige Überwachung der Stabilität der mechanischen Verbindung zwischen Komponenten ermöglichen. The invention has for its object to provide a method and an apparatus which eliminate these disadvantages and allow a simple and independent of subjective influences monitoring the stability of the mechanical connection between components.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine bei Krafteinwirkung auf die Komponenten resultierende Verformung eines zwischen den Komponenten angeordneten elastischen Elementes als Maß für die Stabilität der Verbindung verwendet wird. According to the method, the object is achieved in that a force acting on the components resulting deformation of a component arranged between the elastic element is used as a measure of the stability of the compound.

Veränderungen der Befestigungsstabilität zwischen den Komponenten äußern sich durch Verformung des elastischen Materials bei mechanischen Belastungen, beispielsweise Vibrationen. Changes in the fastening stability between the components are manifested by deformation of the elastic material under mechanical loads, for example vibrations.

Um diese Verformungen auf einfache Weise messen zu können, wird gemäß Anspruch 2 als elastisches Element ein Piezoelement verwendet, welches die Eigenschaft besitzt, bei Verformung elektrische Impulse zu erzeugen, die leicht messbar sind. To be able to measure these deformations in a simple manner, a piezo element is used according to claim 2 as an elastic element, which has the property of generating electrical impulses upon deformation, which are easily measurable.

Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art gelöst, bei der zwischen dem Streckenelement und der Befestigungsgrundlage mindestens ein Piezoelement angeordnet ist, welches mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung einer bei Zugpassage resultierenden Änderung mindestens eines elektrischen Parameters verbunden ist. The object is also achieved by a device of the generic type in which at least one piezoelement is arranged between the track element and the mounting base, which is connected to an evaluation device for evaluating a change in train passage resulting in at least one electrical parameter.

Auf diese Weise können Streckenbegehungen entfallen. Außerdem wird eine quasi kontinuierliche Überwachung der Befestigungsqualität des Streckenelementes bei jeder Zugüberfahrt möglich. Sich anbahnende Qualitätsverschlechterung kann frühzeitig erkannt werden und durch zielgerichteten Einsatz von Wartungspersonal rechtzeitig vor Eintritt einer gefährlichen Situation behoben werden. In this way, route inspections can be omitted. In addition, a quasi-continuous monitoring of the attachment quality of the track element at each train crossing is possible. Imminent deterioration in quality can be detected early and remedied by targeted use of maintenance personnel in good time before the occurrence of a dangerous situation.

Bei einer intakten Verbindung erzeugt das Piezoelement keine oder sehr wenig Energie, da bei einer Zugüberfahrt die Gesamtheit der mechanisch verbundenen Komponenten, nämlich Streckenelement und Befestigungsgrundlage, beispielsweise Schiene oder Bahnschwelle, gleichermaßen schwingt und somit das Piezoelement nicht oder nur wenig gestreckt oder gestaucht wird. Sollte aber die Befestigung der Streckenkomponente nachgeben, so erzeugt das Piezoelement eine der Art des Nachgebens entsprechende Spannung und einen Strom, die leicht auswertbar sind. Die Auswerteeinrichtung kann dabei Bestandteil des Streckenelementes oder eine separate Einrichtung sein. Letzteres erleichtert die Nachrüstung, wobei dann lediglich ein vorzugsweise vollflächiges hochflexibles Piezoelement in den formschlüssigen Verbindungsbereich zwischen dem Streckenelement und deren Befestigungsgrundlage einzubauen ist. In an intact connection, the piezoelectric element generates no or very little energy, since in a train crossing the entirety of the mechanically connected components, namely track element and mounting base, such as rail or railway sleeper, equally vibrates and thus the piezoelectric element is not or only slightly stretched or compressed. But if the attachment of the track component yield, the piezoelectric element generates a type of yielding corresponding voltage and a current that are easily evaluated. The evaluation device may be part of the route element or a separate device. The latter facilitates the retrofitting, in which case only a preferably completely flat, highly flexible piezo element is to be installed in the positive connection area between the track element and its mounting base.

Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung Übertragungsmittel zur drahtlosen Übertragung der Ausgangssignale der Auswerteeinrichtung an einen die Streckeneinrichtung passierenden Zug oder eine Zentrale aufweist. Besonders vorteilhaft ist, dass die für die Übertragung benötigte Energie bei einer losen oder wackelnden streckenseitigen Komponente direkt durch das Piezoelement gewonnen werden kann. Abhängig von der benötigten und erzeugbaren Energie können diverse weitere Kommunikationsverfahren verwendet werden. According to claim 4, it is provided that the evaluation device has transmission means for the wireless transmission of the output signals of the evaluation device to a train or a center which passes the route device. It is particularly advantageous that the energy required for the transmission can be obtained directly by the piezoelectric element in a loose or wobbling trackside component. Depending on the required and producible energy, various other communication methods can be used.

Gemäß Anspruch 5 ist ein weiteres Piezoelement zur Funktionsüberprüfung der Auswerteeinrichtung vorgesehen. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Aussage hinsichtlich der Verfügbarkeit der Überwachungsvorrichtung möglich, obwohl die zu überwachende Verbindung zwischen dem Streckenelement und zum Beispiel der Schiene sehr fest ist. Das weitere Piezoelement kann beispielsweise als Umhüllung des Streckenelementes ausgebildet sein, so dass Vibrationen bei Zugpassage eine ausreichend große Energie erzeugen, die von der im Fehlerfall erzeugten Energie unterschieden werden kann. Dadurch ist die Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung nach Art eines integrierten Selbstdiagnosesystems sichergestellt. According to claim 5, a further piezoelectric element for checking the function of the evaluation is provided. In this way, an additional statement regarding the availability of the monitoring device is possible, although the connection to be monitored between the link element and, for example, the rail is very strong. The further piezoelectric element may be formed, for example, as an envelope of the track element, so that vibrations during train passage generate a sufficiently large energy that can be distinguished from the energy generated in the event of a fault. As a result, the functionality of the monitoring device is ensured in the manner of an integrated self-diagnostic system.

Claims

A method for monitoring the stability of a mechanical connection between components, in particular between railway technical track elements and their mounting base, characterized in that a force acting on the components deformation of an arranged between the components elastic element is used as a measure of the stability of the compound.

A method according to claim 1, characterized in that the deformation of a piezoelectric element is determined by measuring the resulting electrical parameters.

Device for monitoring the stability of a mechanical connection between trackside technical elements and their mounting base, characterized in that between the track element and the mounting base at least one piezoelectric element is arranged, which is connected to an evaluation device for evaluating a result in train passage change at least one electrical parameter.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the evaluation device has transmission means for wireless transmission of the output signals of the evaluation device to a train passing the train or a central office.

Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that at least one further piezoelectric element is provided for checking the function of the evaluation device.