DE4212782A1 - Device for damping the vibrations of rails - Google Patents

Device for damping the vibrations of rails

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DE4212782A1 DE19924212782 DE4212782A DE4212782A1 DE 4212782 A1 DE4212782 A1 DE 4212782A1 DE 19924212782 DE19924212782 DE 19924212782 DE 4212782 A DE4212782 A DE 4212782A DE 4212782 A1 DE4212782 A1 DE 4212782A1
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    • E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/68—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair
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Abstract

A device is disclosed for dampening vibrations in rails (10). Elastic plates (12, 38) and electromechanical actuators (54) are arranged between the rails (10) and ribbed plates (40) which lie on the sleepers (42). The actuators (54) are connected to amplifiers whose input is linked to sensors that detect the vibrations in the rail.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dämpfung von Gleisteilen wie Schienen stammenden Schwingungen, wobei das Gleisteil über gfls. Zwischenlagen und/oder zumindest eine Rippenplatte auf einer Gleisunterstützung wie Schwelle befestigt ist.The invention relates to a device for damping track parts such as Rail-originating vibrations, the track part over gfls. Liners and / or at least one ribbed plate on a track support such as a sleeper is attached.

Gleisteile wie Schienen werden beim Befahren mit Fahrzeugen auf Biegung beansprucht. Hierdurch entstehen Durchbiegungen, die in den Schienen Schwingungen hervorrufen, die von der Geschwindigkeit abhängen, mit der sich die Fahrzeuge bzw. ein Zug über die Schiene bewegt. Die Schienenschwingungen verursachen nicht nur eine Geräusch­ belästigung sondern können auch zu Schädigungen am Oberbau bzw. insbesondere an Achsen und Rädern der Fahrzeuge hervorrufen.Track parts such as rails are subjected to bending when driven on vehicles. This causes deflections that cause vibrations in the rails, which depend on the speed at which the vehicles or a train cross each other the rail moves. The rail vibrations don't just make a noise nuisance but can also cause damage to the superstructure or in particular Cause axles and wheels of vehicles.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Dämpfung der Schwingungen von befahrenen Gleisteilen zu entwickeln.The invention is based on the problem of a device for damping the To develop vibrations of track parts being used.

Das Problem wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem jeweiligen Gleisteil und der Gleisunterstützung als Dämpfungsmittel wenigstens ein elektromechanischer Aktor angeordnet ist, der an einen Verstärker angeschlossen ist, dessen Eingang von einem Signal beaufschlagt wird, das von einem die Schienenschwingungen erfassenden Sensor erzeugt wird. The problem is fiction, in a device of the type described above solved according to that between the respective track part and the track support At least one electromechanical actuator is arranged as a damping means an amplifier is connected, the input of which is acted upon by a signal, that is generated by a sensor that detects the rail vibrations.  

Mit dieser Vorrichtung läßt sich eine aktive Schwingungsdämpfung erreichen, indem der elektromechanische Aktor in der jeweiligen Schiene Biegebeanspruchungen hervorruft, die von den Fahrzeugen eines Zuges erzeugten Biegebeanspruchungen entgegengerichtet sind, so daß die Durchbiegungen insgesamt geringer sind.With this device, an active vibration damping can be achieved by the electromechanical actuator causes bending stress in the respective rail, counteracts the bending stresses generated by the vehicles of a train are so that the deflections are lower overall.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktor eine piezoelektrische Feder in Sandwich-Bauweise, die aus mehreren Lagen Metallfolien mit dazwischen angeordneten Schichten aus Piezokeramik besteht. Ein derartiger Aktor beansprucht wenig Raum senkrecht zu den Ebenen der Lagen aus Metallfolien. Die Metallfolien bestehen vorzugsweise aus Kupfer und haben eine Stärke von etwa 0,1 mm. Die piezokeramischen Schichten sind insbesondere etwa 0,3 mm stark.In a preferred embodiment, the actuator is a piezoelectric spring in Sandwich construction, consisting of several layers of metal foils arranged in between Layers made of piezoceramic. Such an actuator takes up little space perpendicular to the levels of the layers of metal foils. The metal foils exist preferably made of copper and have a thickness of about 0.1 mm. The piezoceramic Layers are in particular about 0.3 mm thick.

Es ist zweckmäßig, wenn zwischen der Unterseite des Gleisteils und der Oberseite der piezoelektischen Feder und zwischen der Unterseite der piezoelektrischen Feder und der Oberseite einer Unterlage wie Schwelle oder Rippenplatte jeweils elastische Platten zur Dämpfung niedriger Frequenzen mit hohen Amplituden angeordnet sind. Während die piezoelektrische Feder vorwiegend höherfrequente Schwingungen dämpft, werden durch die elastischen Platten Schwingungen mit niedrigeren Frequenzen gedämpft.It is useful if between the underside of the track part and the top of the piezoelectric spring and between the bottom of the piezoelectric spring and the top of a base such as sleeper or ribbed plate each elastic plates are arranged to attenuate low frequencies with high amplitudes. While the piezoelectric spring mainly dampens higher-frequency vibrations The elastic plates dampen vibrations at lower frequencies.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die einen eigenständigen erfinderischen Gehalt hat, ist zwischen dem jeweiligen Gleisteil und der Gleisunterstützung eine piezoelek­ trische Feder in Sandwich-Bauweise angeordnet, die aus mehreren Lagen Metallfolien mit dazwischen angeordneten Schichten aus Piezokeramik besteht, wobei die Ausgänge der piezoelektischen Feder mit wenigstens einem Widerstand verbunden sind.In a preferred embodiment, which has an independent inventive content has a piezoelectric between the respective track part and the track support tric spring arranged in sandwich construction, which consists of several layers of metal foils with layers of piezoceramic arranged in between, the outputs the piezoelectric spring are connected to at least one resistor.

Bei dieser Ausführungsform wirkt die piezoelektrische Feder als passives Dämpfungs­ mittel. Die Schwingungsenergie in der Schiene, die auf die piezoelektrische Feder einwirkt, erzeugt durch die Verformung der Feder elektrische Spannungen an den Anschlüssen. Die Spannungen treiben Ströme über den mit den Anschlüssen ver­ bundenen Widerstand bzw. über mehrere parallel geschaltete Widerstände, wodurch mindestens ein Teil der Schwingungsenergie aufgezehrt wird. In this embodiment, the piezoelectric spring acts as a passive damping medium. The vibrational energy in the rail that is applied to the piezoelectric spring acts, generates electrical stresses on the by the deformation of the spring Connections. The voltages drive currents across the terminals tied resistance or over several resistors connected in parallel, whereby at least part of the vibrational energy is consumed.  

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further details, features and advantages of the invention result not only from the claims, the features to be extracted from them - for themselves and / or in Combination - but also from the following description one in one Drawing shown, preferred embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den unteren Teil einer Schiene an der Auflagestelle auf einer Schwelle mit einer Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung im Längsschnitt und Fig. 1 shows the lower part of a rail at the support point on a threshold with a device for vibration damping in longitudinal section and

Fig. 2 einen Teil einer Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung an Schienen im Schema. Fig. 2 shows part of a device for vibration damping on rails in the diagram.

Ein Gleisteil in Form einer Schiene (10), deren unteres Teil in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt ist, ist mit ihrer Unterseite auf einer elastischen Platte (12) gelagert, die aus einem Material besteht, das mechanische Schwingungen mit niedrigen Frequenzen und großen Amplituden gut dämpft. Die Platte (12) liegt mit ihrer Unterseite auf einer piezoelektischen Feder (14) in Sandwich-Bauweise. Die Feder (14) besteht aus mehreren Lagen (16), (18), (20), (22), (24), (26) <4 Kupferfolie. Zwischen den Lagen (16), (18), (20), (22), (24) und (26) befinden sich jeweils Schichten (28), (30), (32), (34), (36) aus Piezokeramik. Die Lagen (16) bis (26) sind jeweils etwa 0,1 mm stark. Die Schichten (28) bis (36) sind jeweils 0,3 mm stark.A track part in the form of a rail ( 10 ), the lower part of which is shown in longitudinal section in Fig. 1, is supported with its underside on an elastic plate ( 12 ), which consists of a material that mechanical vibrations with low frequencies and large amplitudes dampens well. The underside of the plate ( 12 ) rests on a piezoelectric spring ( 14 ) in a sandwich construction. The spring ( 14 ) consists of several layers ( 16 ), ( 18 ), ( 20 ), ( 22 ), ( 24 ), ( 26 ) <4 copper foil. Layers ( 28 ), ( 30 ), ( 32 ), ( 34 ), ( 36 ) are located between layers ( 16 ), ( 18 ), ( 20 ), ( 22 ), ( 24 ) and ( 26 ) Piezoceramic. The layers ( 16 ) to ( 26 ) are each about 0.1 mm thick. The layers ( 28 ) to ( 36 ) are each 0.3 mm thick.

Die Unterseite der Feder (14) liegt auf einer elastischen Platte (38), die aus einem Material besteht, das mechanische Schwingungen mit niedrigen Frequenzen und großen Amplituden gut dämpft. Die Unterseite der Platte (38) liegt auf einer Rippenplatte (40), wie sie für die Auflage von Schienen verwendet wird. Die Rippenplatte (40) liegt wiederum auf einer Schwelle (42).The underside of the spring ( 14 ) lies on an elastic plate ( 38 ) made of a material that dampens mechanical vibrations with low frequencies and large amplitudes well. The underside of the plate ( 38 ) lies on a rib plate ( 40 ), as is used for the support of rails. The ribbed plate ( 40 ) in turn lies on a threshold ( 42 ).

Die Lagen (16), (20) und (24) sind durch nicht näher bezeichnete Leitungen miteinander elektrisch leitend verbunden. Ebenso sind die Lagen (18), (22) und (26) durch nicht näher bezeichnete Leitungen elektrisch leitend miteinander verbunden. Die miteinander verbundenen Lagen (16), (20), (24) sind mittels einer Leitung (44) gemeinsam an einen Anschluß (46) eines Umschalters (48) gelegt. Die miteinander verbundenen Lagen (18), (22), (26) sind mittels einer Leitung (50) gemeinsam an einen anderen Anschluß (52) des Umschalters (48) angeschlossen.The layers ( 16 ), ( 20 ) and ( 24 ) are connected to one another in an electrically conductive manner by lines which are not specified in any more detail. Likewise, the layers ( 18 ), ( 22 ) and ( 26 ) are connected to one another in an electrically conductive manner by lines which are not described in any more detail. The interconnected layers ( 16 ), ( 20 ), ( 24 ) are connected together by means of a line ( 44 ) to a connection ( 46 ) of a changeover switch ( 48 ). The interconnected layers ( 18 ), ( 22 ), ( 26 ) are jointly connected to another connection ( 52 ) of the changeover switch ( 48 ) by means of a line ( 50 ).

Die piezoelektische Feder (14) bildet einen elektromechanischen Aktor, der in Fig. 2 mit (54) bezeichnet ist. Mit dem Umschalter (48) sind die Ausgänge eines Verstärkers (56) verbunden, der eingangsseitig an einen Sensor (58) angeschlossen ist, der die von der Schiene (10) beim Befahren mit Wagen eines Zuges ausgehenden Schwingungen erfaßt. Der Umschalter (48) weist weitere Anschlüsse (60), (62) auf, an die ein Widerstand (64) angeschlossen ist. Der Verstärker (56) kann mit einem Filter verbunden sein, das für bestimmte Frequenzen durchlässig ist.The piezoelectric spring ( 14 ) forms an electromechanical actuator, which is denoted by ( 54 ) in FIG. 2. The outputs of an amplifier ( 56 ) are connected to the changeover switch ( 48 ) and are connected on the input side to a sensor ( 58 ) which detects the vibrations emanating from the rail ( 10 ) when traveling on a train's wagons. The changeover switch ( 48 ) has further connections ( 60 ), ( 62 ) to which a resistor ( 64 ) is connected. The amplifier ( 56 ) can be connected to a filter that is transparent to certain frequencies.

Wenn ein Fahrzeug auf der Schiene (10) fährt, entstehen in ihr Biegebeanspruchungen, deren Höhe und Lage sich in Abhängigkeit von der Lage der auf ihr abrollenden Räder ändert. Hierdurch werden mechanische Schwingungen verursacht. Die mechanischen Schwingungen mit niediger Frequenz und großen Amplituden werden von den Platten (12), (38) zum größten Teil absorbiert und somit stark gedämpft. Der Sensor (58) gibt bei Beaufschlagung mit den Schallschwingungen die Signale ab, die im Verstärker (56) frequenzabhängig verstärkt werden. Der Verstärker (56) und das nicht näher dargestellte Filter, das zum Beispiel im Rückkopplungszweig des Verstärkers (56) angeordnet ist, sind insbesondere für höherfrequente Signale durchlässig. Die höherfrequenten Schwingungen in der Schiene (10) haben im allgemeinen kleinere Amplituden.When a vehicle travels on the rail ( 10 ), bending stresses arise in it, the height and position of which changes depending on the position of the wheels rolling on it. This causes mechanical vibrations. The mechanical vibrations with a low frequency and high amplitudes are largely absorbed by the plates ( 12 ), ( 38 ) and thus strongly damped. When the sound vibrations are applied, the sensor ( 58 ) emits the signals which are amplified in the amplifier ( 56 ) depending on the frequency. The amplifier ( 56 ) and the filter (not shown in more detail), which is arranged, for example, in the feedback branch of the amplifier ( 56 ), are permeable in particular to higher-frequency signals. The higher frequency vibrations in the rail ( 10 ) generally have smaller amplitudes.

Die Ausgangssignale des Verstärkers (56) gelangen über den Umschalter (48) zum Aktor (54), der die Signale in mechanische Bewegungen umsetzt. Diese mechanischen Bewegungen wirken über die Feder (14) so auf die Schiene (10) ein, daß sie die Biegeschwingungen und damit die Schallschwingungen dämpfen. Während die Platten (12), (38) die Schwingungen passiv dämpfen, sind die Federn (14) Teil einer Steuer­ anordnung, mit der die Schwingungen aktiv gedämpft werden.The output signals of the amplifier ( 56 ) pass through the switch ( 48 ) to the actuator ( 54 ), which converts the signals into mechanical movements. These mechanical movements act on the rail ( 10 ) via the spring ( 14 ) in such a way that they dampen the bending vibrations and thus the sound vibrations. While the plates ( 12 ), ( 38 ) dampen the vibrations passively, the springs ( 14 ) are part of a control arrangement with which the vibrations are actively damped.

Mit der piezoelektrischen Feder (14) kann aber auch eine passive Schwingungsdämpfung erzielt werden. Hierzu werden die Leitungen (44), (50) über den Umschalter (48) nicht an den Verstärker (56), sondern an den Widerstand (64) angeschlossen. Die Biege­ schwingungen der Schiene (10) rufen in der Feder (14) Stärkeänderungen hervor, durch die an den leitenden Lagen (16) bis (26) Spannungen entstehen. Diese Spannungen treiben Ströme über den Widerstand (64), in dem Strom-Wärme-Verluste auftreten, durch die Schwingungsenergie aufgezehrt wird. Hierdurch werden die Biegeschwingun­ gen, insbesondere diejenigen mit höheren Frequenzen und kleineren Amplituden, gedämpft.Passive vibration damping can also be achieved with the piezoelectric spring ( 14 ). For this purpose, the lines ( 44 ), ( 50 ) are not connected to the amplifier ( 56 ) but to the resistor ( 64 ) via the changeover switch ( 48 ). The bending vibrations of the rail ( 10 ) cause changes in strength in the spring ( 14 ), due to which stresses arise at the conductive layers ( 16 ) to ( 26 ). These voltages drive currents through the resistor ( 64 ), in which current-heat losses occur, through which vibrational energy is consumed. This dampens the bending vibrations, especially those with higher frequencies and smaller amplitudes.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Dämpfung von Gleisteilen wie Schienen stammenden Schwingungen wobei das Gleisteil über Zwischenlagen und/oder zumindest eine Rippenplatte auf Schwellen befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Gleisteil (10) und der Schwelle (42) als Dämpfungsmittel wenigstens ein elektromechanischer Aktor (54) angeordnet ist, der an einen Verstärker (56) angeschlossen ist, dessen Eingang von einem Signal beaufschlagt wird, das von einem die Gleisteilschwingungen erfassenden Sensor (58) erzeugt wird.1. Device for damping track parts such as vibrations originating from rails, the track part being fastened to sleepers via intermediate layers and / or at least one ribbed plate,
characterized,
that between the track part ( 10 ) and the threshold ( 42 ) as damping means at least one electromechanical actuator ( 54 ) is arranged, which is connected to an amplifier ( 56 ), the input of which is acted upon by a signal which is detected by a sensor that detects the track part vibrations ( 58 ) is generated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (54) eine piezoelektrische Feder (14) in Sandwich-Bauweise ist, die aus mehreren Lagen (16, 18, 20, 22, 24, 26) von Metallfolien mit dazwischen angeordneten Schichten (28, 30, 32, 34, 36) aus Piezokeramik besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that the actuator ( 54 ) is a piezoelectric spring ( 14 ) in sandwich construction, which consists of several layers ( 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 ) of metal foils arranged therebetween Layers ( 28 , 30 , 32 , 34 , 36 ) made of piezoceramic. 3. Vorrichtung zur Dämpfung von Gleisteilen wie Schienen stammenden Schwingungen, wobei das Gleisteil über Zwischenlagen und/oder zumindest eine Rippenplatte auf Schwellen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Gleisteil (10) und der Schwelle (42) eine piezoelektrische Feder (14) in Sandwich-Bauweise angeordnet ist, die aus mehreren Lagen (16, 18, 20, 22, 24, 26) von Metallfolien mit dazwischen angeordneten Schichten (28, 30, 32, 34, 36) aus Piezokeramik besteht, und daß die Ausgänge der piezoelektischen Feder (14) mit wenigstens einem Widerstand (64) verbunden sind.3. Device for damping track parts such as vibrations originating from rails, the track part being fastened to sleepers via intermediate layers and / or at least one ribbed plate, characterized in that a piezoelectric spring ( 14 ) is located between the respective track part ( 10 ) and the threshold ( 42 ) ) is arranged in a sandwich construction, which consists of several layers ( 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 ) of metal foils with layers ( 28 , 30 , 32 , 34 , 36 ) arranged therebetween made of piezoceramic, and that the outputs the piezoelectric spring ( 14 ) are connected to at least one resistor ( 64 ). 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite der Schiene (10) und der Oberseite der piezoelektrischen Feder (14) und zwischen der Unterseite der piezoelektrischen Feder (14) und der Oberseite der Rippenplatte (40) jeweils elastische Platten (12, 38) zur Dämpfung niedriger Frequenzen mit hohen Amplituden angeordnet sind.4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the underside of the rail ( 10 ) and the top of the piezoelectric spring ( 14 ) and between the underside of the piezoelectric spring ( 14 ) and the top of the ribbed plate ( 40 ) each elastic plates ( 12 , 38 ) are arranged for damping low frequencies with high amplitudes. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (56) ein Filter aufweist oder mit einem Filter verbunden ist.5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier ( 56 ) has a filter or is connected to a filter. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der piezoelektischen Feder (14) an einen Umschalter (48) angeschlossen sind, der jeweils mit dem Widerstand (64) und den Ausgängen des Verstärkers (56) verbundene Anschlüsse aufweist.6. Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the inputs of the piezoelectric spring ( 14 ) are connected to a changeover switch ( 48 ), each of which is connected to the resistor ( 64 ) and the outputs of the amplifier ( 56 ) having.
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