DB Minden sta provando gli estensimetri ottici della HBM

Per l'approvazione dei nuovi veicoli ferroviari sono obbligatorie molte prove e controlli. Ciò comporta dei percorsi di prova con set di ruote che permettano la misurazione delle forze fra le ruote ed i binari. Attualmente, la DB Systemtechnik in Minden, Germania, un'autorità indipendente di prove e misurazioni, esplora le possibilità offerte dall'impiego degli estensimetri ottici, ad esempio i modelli K-OL della HBM.

Condizioni di prova

Si vogliono determinare le componenti della forze di contatto verticali e laterali fra il binario e le ruote. Le forze effettive fra il binario e le ruote provocano la deformazione delle ruote e dell'asse, che vengono misurate con gli estensimetri e convertite in linea in valori di forza mediante un software complesso. Per tale scopo vengono correntemente impiegati i convenzionali estensimetri elettrici a resistenza (ER).

Elevato impegno di installazione

All'autorità di prova di Minden, gli estensimetri vengono installati su un set di due ruote ed un asse. L'applicazione richiede un totale di 48 estensimetri per ruota (Fig. 1). Le linee di segnale sono fatte passare mediante la foratura dell'asse cavo. L'elettronica completa, comprendente gli amplificatori ed il sistema di trasmissione del segnale, è localizzata all'estremità dell'asse.

L'installazione degli estensimetri e delle linee del segnale è molto complessa e comporta alcune settimane di lavoro per ogni set. Gli estensimetri devono essere installati e collegati individualmente. Subendo sollecitazioni relativamente elevate durante i percorsi di prova, anche le linee del segnale devono essere saldamente fissate con collante.

Configurazione del banco prova

Dopo aver installato gli estensimetri, le linee del segnale e l'elettronica, il set di ruote di misura deve essere tarato. A tal scopo, il set completo viene montato in un banco prova sviluppato particolarmente per questo compito (Fig. 2). I fori di ingresso dall'area di installazione degli ER hanno particolare influenza sulla stabilità di misurazione del set di ruote. Preliminari ispezioni ad ultrasuoni assicurano adeguatamente l'assenza di cricche in questa zona.

Altro aspetto della configurazione di prova è dato dall'installazione dell'elettronica di misura - con le sue parti rotanti e stazionarie situate sull'asse - e soggette alle sollecitazioni estremamente elevate dell'area del set di ruote.

Miglioramenti dovuti all'impiego degli estensimetri ottici

La DB Systemtechnik di Minden opera costantemente per ottimizzare e sviluppare nuovi metodi per eliminare gli inconvenienti dei set di ruote sopra descritti. Ultimamente si segue un nuovo approccio impiegando gli estensimetri ottici quali i K-OL della HBM (Fig. 3).

Ridotto impegno di installazione

Il maggior vantaggio dell'impiego degli estensimetri ottici consiste nella significativa riduzione delle opere di installazione. "L'uso degli estensimetri ottici ci permette di abbreviare i tempi di installazione dalle attuali quattro o cinque settimane ad alcuni giorni" spiega Andreas Brodtka, capo della produzione dei set di ruote di misura alla DB Systemtechnik. Il ridotto impegno di installazione e la minor manutenzione durante i percorsi di prova comporterà, ovviamente, la diminuzione dei costi. Non essendo più necessaria la complessa compensazione delle interferenze, saranno sufficienti 20 estensimetri per ruota. "Il fatto che una singola fibra permetta di installare fino a 20 estensimetri ottici assume un'importanza speciale", affermano gli ingegneri di prova.

Installazione delle linee dei segnali senza opere di foratura

Inoltre, le sottili fibre di vetro si possono stendere all'esterno senza dover trapanare alcun foro nell'asse. Infatti è in corso di sviluppo una soluzione che permetta la posa delle fibre ottiche senza effettuare alcun foro. Resta tuttora necessaria la foratura nell'area di transizione fra la parte rotante e quella stazionaria del set di ruote, ove i segnali possono essere trasmessi dalla fibra ottica mediante un cosiddetto collettore rotante ottico. L'interrogatore che valuta i segnali degli estensimetri ottici viene poi posizionato in modo ben protetto all'interno del veicolo e riceve i segnali mediante le fibre ottiche. Non è più necessaria neanche l'elettronica anti interferenze all'interno dell'asse.

Attualmente, la DB Systemtechnik di Minden sta utilizzando gli estensimetri ottici solo nell'ambito di un progetto di ricerca, ma i risultati preliminari delle prove già effettuate mostrano l'evidente potenziale degli estensimetri ottici.