<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Feststellen des Gewichtes von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Feststellen des Gewichtes von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen In Rangieranlagen, aus der durch den Raddruck hervorgerufenen Schienendurchbiegung unter Heranziehung elektrischer Messwertgeber, die eine Auswerteschaltung steuern. Die Kenntnis des Fahrzeuggewichtes, die aus der Summe der Raddrücke aller Räder bzw. aus der Summe der Achslasten aller Achsen ermittelt werden kann, ist in Rangieranlagen beispielsweise zur automatischen Steuerung der Gleisbremsen erforderlich.
Es ist bekannt, die Durchbiegung der gesamten Fahrschiene infolge des Raddruckes für die Gewichtsmessung auszunutzen. Die von den dabei verwendeten elektrischen Messwertgebern, z. B. piezoelektrischen Körpern oder magnetisch-induktiven Impulsgebern, erzeugten Messwerte sind von der relativen Auslenkung eines Punktes der belasteten Schiene bezogen auf zwei beiderseits von diesem Punkt in demselben Schwellenfach gelegene Punkte abhängig.
Der Messwert entspricht daher etwa der mittleren Krüm-
EMI1.1
Messstelle nur einMesswertgebervorl1ancten ist. sind die Messwerte sehr stark von der Auflagerung der Schiene auf der Bettung abhängig.
Liegen nämlich in der Nähe der Messstelle angeordnete Schwellen hohl, so tritt schon bei geringen Rad- lasten leerer Wagen eine Schienendurchbiegung von derselben Grössenordnung auf wie bei idealer Schie- nenlagerung durch Radlasten vollgeladener Wagen. Erst nach dem Andrucken der Schwellen gegen die
Bettung ist die weitere Schienendurchbiegung etwa der Differenz von Gesamtlast und Andrücklast propor- tional.
Um diese Verfälschung der Messwerte zu vermeiden, ist es bisher erforderlich, für die in der Nähe der Messstelle liegenden Schwellen entweder ein unnachgiebiges Fundament oder mindestens eine zusätz- liche Versteifung durch in Längsrichtung der Schiene verlaufende Träger anzuordnen. Aber auch dieser bauliche Aufwand kann eine andere Verfälschung des Messwertes nicht beseitigen, die dadurch entsteht, dass die Schienendurchbiegung nicht nur von dem Raddruck des jeweils am Geber vorüberrollenden Rades, sondern auch von dem Raddruck und dem Abstand benachbarter Räder abhängig ist. Der hiedurch auftretende Fehler ist besonders gross bei Fahrzeugen mit Drehgestellen, deren Achsen einen Abstand bis herunter zu 1. 5 m haben.
Es ist ferner bekannt, im Schienensteg unmittelbar unter dem Schienenkopf einen Längsschlitz anzubringen und die durch den Raddruck hervorgerufene Durchbiegung des Schienenkopfes gegenüber dem übrigen darunter liegenden Teil der Schiene unter Hinzuziehung von elektrischen Messwertgebern zum Feststellen des Gewichtes von Fahrzeugen auszunutzen. Als Messwertgeber sind dabei mehrere durch die Durchbiegung derselben Stelle des Schienenkopfes beeinflusste Dehnungsmessstreifen bzw. eine an einer Wechselspannung liegende Drossel vorgesehen, in deren magnetischem Kreis beim Durchbiegen des Schienenkopfes eine Luftspaltöffnung entsteht.
Diese Einrichtungen haben vor allem den Nachteil, dass an der Messstelle eine besondere Schienenkonstruktion erforderlich ist, weil die durch den Schlitz verminderte Festigkeit des Schienenprofils durch entsprechende Verstärkung von Schienensteg und Schienenfuss ausgeglichen werden muss. Das Einbauen bzw. Auswechseln dieses Schienenstückes-letzteres ist wegen der bald auftretenden bleibenden Durchbiegung des über dem Schlitz liegenden Schienenkopfes verhältnismässig oft erforderlich-ist nicht ohne Störung des Fahrbetriebes möglich.
Die Nachteile der bekannten Einrichtungen zum Feststellen des Gewichtes von Schtenenfahrzeugen können erfindungsgemäss dadurch vermieden werden, dass je Messstelle mindestens zwei Messwertgeber an-
<Desc/Clms Page number 2>
geordnet sind, deren Messwerte von, der Durchbiegung von in Längsrichtung der Schiene hintereinander liegenden Schienenstücken abhängig sind und derenAbstand kleiner als der kleinste Achsabstand zwischen den über die Schienen rollenden Rädern ist, und dass die der Auswerteschaltung zugeführten elektrischen Grössen aus der Differenz der von diesen Gebern gleichzeitig abgegebenen Messwerte abgeleitet sind. Zum Messen der Durchbiegung können alle bereits genannten elektrischen Messwertgeber verwendet werden.
Besonders geeignet sind jedoch die Dehnungsmessstreifen, da sie nur eine geringe Grösse haben und leicht an der Schiene angebracht werden können.
Bei Einrichtungen nach der Erfindung können sowohl Geber angewendet werden, deren Messwerte von der absolutenAuslenkung der belasteten Schiene aus ihrer im unbelastetenzustand eingenommenen Ruhelage abhängig sind, als auch solche Geber, deren Messwerte von der relativen Schienenauslenkung oder der Schienenkrümmung abhängig sind. Im ersten Fall sind für die Geber nur verhältnismässig schwache Fundamente erforderlich, die als ortsfester Bezugspunkt für die zu messende Auslenkung benötigt werden.
Im zweiten Fall sind keinerlei zusätzliche Fundamente oder Schwellenverstelfungen notwendig, da die Geber unmittelbar an den Schienen angebracht werden können.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand der Fig. 1-12 erläutert.
Fig. l zeigt schematisch eine Schiene S, die durch die beiden Räder R1 und R2 eines Drehgestelles mit einem Achsabstand A von etwa 1, 5 m belastet ist. Wenn die durch die Pfeile B1-B5 angedeuteten Schwellen fest auf der Bettung aufliegen, so kann die Schiene infolge ihrer Steifigkeit mit guter Annäherung als ein unendlich.. langer auf homogener elastischer Unterlage ruhender Träger aufgefasst werden.
In Fig. 2 ist für diesen Idealfall durch die Kurve Al bzw. A2 der Verlauf der elastischen Linie der Schiene angedeutet, wenn die Schiene nur durch den Raddruck Pl des Rades R1 bzw. den gleich grossen Raddruck P2 des Rades R2 belastet ist. Die Kurve A 12 zeigt die elastische Linie bei gleichzeitiger Einwirkung beider Kräfte P1 und P2 auf die Schiene. Wird als Mass für den Raddruck die maximale Auslenkung der. elastischen Linie aus der Ruhelage (Gerade AO) gemessen, so ergibt der Raddruck eines benachbarten Rades im allgemeinen eine Verfälschung u. zw. im vorliegenden Fall eine Vergrösserung des bei einem einzelnen Rade gemessenen maximalen Wertes AM um den Wert A A.
Die Grösse und das Vorzeichen des Fehlers sind ausser von der Grösse des benachbarten Raddruckes auch vom Abstand A der Achsen abhängig.
EMI2.1
entstehende Krümmung der Schiene dargestellt, während die Kurve K12 die resultierende Krümmung der Schiene bei gleichzeitiger Einwirkung beider Räder zeigt. Aus der Kurve K12 ist ersichtlich, dass eine maximale resultierende Schienenkrümmung zwar auch dann auftritt, wenn sich eines der beiden Räder gerade über der Messstelle befindet ; der Betrag dieses Maximalwertes ist aber um den Betrag A K kleiner als bei einem einzelnen Rade.
In Fig. 4 ist angenommen, dass an einer Schiene innerhalb eines Schwellenfaches zwei Geber G1 und G2 (vgl. Fig. l) im Abstand a angeordnet sind, von denen jeder von der jeweiligen Krümmung linear und vorzeichengetreu abnängige Messwerte abgibt. Bewegt sich ein einzelnes Rad von links nach rechts über die Schiene, so ändern sich die vom Geber G1 abgegebenen Messwerte nach der durch die Kurve M1 dargestellten Einflusslinie und die vom Geber G2 gleichzeitig abgegebenen Messwerte nach der durch die Kurve M2 dargestellten Einflusslinie, die um den Geberabstand a in Bewegungsrichtung des Rades verschoben ist.
Bildet man die vorzeichenabhängige Differenz der gleichzeitig abgegebenen Messwerte der Geber G1 und G2, so ergibt sich die gestrichelt gezeichnete Kurve Dl. Sie hat ein Minimum Mi, wenn sich das Rad über dem Geber Gl befindet und ein Maximum Ma, wenn sich das Rad über dem Geber G2 befindet. Werden über die Schiene beide Räder mit dem in Fig. l angedeuteten Abstand a bewegt, so ändern sich die vom Geber Gl abgegebenen Messwerte nach der Kurve M12 und die Messwerte des Gebers G2 nach einer entsprechenden nicht gezeichneten Kurve, die gegenüber der Kurve M12 um den Geberabstand nach rechts verschoben ist. Wird die Differenz dieser Messwerte gebildet, so ergibt sich die in Fig.4 strichpunktiert gezeichnete Kurve D12, deren Minima und Maxima praktisch die gleiche Grösse haben wie die der Kurve D1.
Da sich jedoch beide Räder über die Schiene bewegen, treten je zwei Minima und Maxima auf u. zw. je ein Minimum und ein Maximum, wenn sich zunächst das Rad R1 und dann das Rad R2 über dem Geber G1 bzw. G2 befindet. Aus den Kurven D1 und D12 ist ersichtlich, dass bei Verwendung der Maxima und/oder Minima der Messwertdifferenzen der benachbarten Geber Gl und G2 als Mass für den Raddruck das Ergebnis im wesentlichen unabhängig davon ist, ob sich ein einzelnes Rad oder zwei benachbarte Räder eines Drehgestelles mit dem Abstand A über die Schiene bewegen.
Bei Achsabständen, die grösser sind als der Abstand A. ergibt sich praktisch das gleiche Messergebnis, da auch in diesen Fällen die Steigungen der resultierenden Krümmungskurve K12 auf beiden Seiten des Maximums der Schie- nenkrümmung erhalten bleiben. Zum Bestimmen des Raddruckes genügt es im allgemeinen, nur ein Mi-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
der beiden aussen liegenden Schwellen.
Bei Verwendung von drei Gebern können diese aber auch innerhalb eines Schwellenfaches, in mög- lichst grossem Abstand voneinander angeordnet sein oder sie können sogar auf zwei bzw. drei benachbarte
Schwellenfächer verteilt werden. Dann ergibt sich ein grösserer Betrag M für das Maximum. Infolge der
Mittelwertbildung aus den Differenzen der Messwerte der beiden äusseren Geber und des inneren Gebers wird auch dann selbst bei unterschiedlichen Krümmungskurven, z. B. infolge ungleichmässiger Schienen- lagerung, eine grosse Messgenauigkeit für den jeweiligen Raddruck erzielt.
In den Fig. 7-12 sind einige Beispiele für Schaltungen und Anordnungen von Messwertgebern darge- stellt. Dabei ist angenommen, dass der Raddruck bei statisch-dynamischer Belastung der Schienen gemes- sen werden soll, d. h. bei stehender Last und auch beim Bewegen der Last mit den im Ablaufbetrieb vor- kommenden Geschwindigkeiten, Ferner ist angenommen, dass als Messwertgeber an sich bekannte Deh- nungsmessstreifen vorgesehen sind, die am Schienenfuss befestigt sind, so dass ihr Widerstand sich mit der. jeweiligen Schienenkrümmung ändert. Mindestens zwei Geber, deren Messwertdifferenzen gebildet wer- den sollen, sind in einer an einer Wechselspannung liegenden Brückenschaltung zusammengefasst.
Bei richtigem Abgleich der Brücke tritt dann durch Beeinflussung der Geber in der Brückendiagonalen eine modulierte elektrische Spannung auf, die nach eventueller Mittelwertbildung der Messwertdifferenzen mehrerer Geberpaare sowie nach Verstärkung und Demodulation in einer nachfolgenden Schaltung ausge- wertet wird. Die an den Ausgangsklemmen der Brückenschaltungen auftretenden modulierten Wechselspannungen können in bekannterweise entweder vorzeichenabhängig oder vorzeichenunabhängig im Vergleich zur Speisespannung der Brücken demoduliert werden. Bei vorzeichenabhängiger Demodulation werden die Brücken im allgemeinen auf Null abgeglichen. Am Ausgang des Demodulators ergibt sich dann eine auswertbare Spannung, die vorzeichengetreu der Differenz bzw. dem Mittelwert der Differenzen der Messwerte entspricht, welche die Geber abgeben.
Das gleiche Ergebnis kann aber auch bei vorzeichenunabhängiger Demodulation dadurch erreicht werden, dass an den Brücken bei unbelasteter Schiene durch definierte Verstimmung der vorher auf Null abgeglichenen Brücke eine von Null verschiedene DiagonalSpannung eingestellt wird. Diese Spannung muss so bemessen sein, dass die Ausgangsspannungen der Brücke in keinem Fall Null werden. In der nachgeordneten Schaltung sind dann die Ausgangsspannungen in bezug auf den durch diese Spannung definierten relativen Nullpunkt auszuwerten. Bei dieser Art des Brückenabgleiches ergibt sich neben der einfacheren Schaltung der Vorteil, dass der Phasenabgleich der Brücken nicht so genau erfolgen muss wie bei vorzeichenabhängiger Demodulation.
In Fig. 7 ist angenommen, dass am Schienenfuss der einen Schiene eines Gleises zwei Geber Gl und G2 und am Schienenfuss der andern Schiene zwei Geber gl und g2 angeordnet sind, um das Gewicht des Fahrzeuges auch bei ungleichmässiger Beladung der Wagen möglichst genau messen zu können. Die Geber G1 und gl sowie G2 und g2 liegen einander gegenüber ; die an derselben Schiene angeordneten Geber Gl und G2 bzw. gl und g2 bilden mit den Widerständen Wl undW2 bzw. wl und w2 je eine Brückenschaltung.
Beide Brücken liegen parallel an denselben Klemmen E der Speisespannungsquelle. Die gleichwertigen DiagonalpunktebeiderBrnckens1nd miteinander verbunden. Die an denAusgangsklemmen AI auftretende modulierte Wechselspannung entspricht daher dem Mittelwert der beiden Diagonalspannungen, die bei nicht verbundenen Diagonalpunkten je für sich entstehen würden und unter Umständen, z. B. bei einseitiger Beladung des Fahrzeuges, von verschiedener Grösse sein können. Die Ausgangsspannung Ist daher ein Mass für den mittleren Raddruck beider Räder, d. h. für die Achslast. Durch Demodulation dieser Spannung ergibt sich dann eine Spannung, die sich beim Bewegen einer einzelnen Achse nach der Kurve Dl (Fig. 4) bzw.
D10 (Fig. 5) und beim Bewegen eines Drehgestelles'mit zwei Achsen nach der Kurve D12 (Fig. 4) bzw. D120 (Fig. 5) ändert.
In Fig. 8 ist eine Schaltung für je drei an jeder Schiene angeordnete Geber G10, G20, G30 bzw. glO, g20, g30 dargestellt. An den Klemmen AI tritt auch hier eine modulierte Wechselspannung auf, deren Modulation sich beim Bewegen des Fahrzeuges je nach der Belastung der Schienen durch eine oder zwei Achsen und je nach der Schienenlagerung entsprechend der Kurve Dl, D1O, D12 oder D120 ändert, während sich die Modulation der Spannung an der Klemme A 2 beispielsweise bei Belastung der gleichmässig gelagerten Schienen durch nur eine Achse nach der Kurve D30 (Fig. 6) ändert.
Wird die in Fig. 8 gestrichelt gezeichnete Verbindung der Klemmen Al und A2 hergestellt. so ergibt sich automatisch eine Ausgangsspannung, die bei einer einzelnen Achse dem Mittelwert der Kurven D10 und D30 entspricht. Die Modulation der resultierenden Ausgangsspannung ändert sich dann nach der Kurve DM1 bzw. DM12 (Fig. 6).
In den Schaltungen nach Fig. 7 und 8 können zur Kompensation des Temperaturganges der "aktiven" Geber Gl bis G30 und gl bis g30 an Stelle der Widerstände Wl, W2, wl, w2 usw. auch "passive", d. h.
<Desc/Clms Page number 5>
durch die Schienenkrtimmung nicht beeinflusste Geber, verwendet werden. Ferner Ist es möglich, beispielsweise in Fig. 7, an Stelle der Widerstände ebenfalls "aktive" Geber zu verwenden, wenn diese Geber so am Schienenkopf befestigt sind, dass sie gleichzeitig mit den Gebern Gl, G2, gl und g2, aber im ent-
EMI5.1
nung durch eine am Schienenkopf auftretende Stauchung des Schienenmaterials. Die auswertbare Spannung an den Klemmen Al ist dann etwa doppelt so gross wie bei Verwendung von Widerständen oder passiven
Gebern.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Schaltung wird diese Erhöhung der Ausgangsspannung durch Verwendung von vier Gebern Gl, Gll, G2 und G22 an einer Schiene erreicht. Dabei liegen die gleichzeitig und im gleichen Sinne beeinflussten Geber derselben Brückenschaltung, z. B. die Geber Gl und Gll bzw. G2 und
G21 in einander gegenüberliegenden Brückenzweigen. Die Anordnung der Geber an der Schiene zeigt Fit. 10. Alle vier Geber sind auf einer Platte P befestigt, die mit Spannstegen Ll bis L3 unter dem Schie- nenfuss so befestigt ist, dass die beim Durchbiegen der Schiene auftretende Dehnung oder Stauchung des
Schienenfusses auf die Platte und damit auf die Geber Ubertragen wird.
Die in einander gegenüberliegen- den Brückenzweigen befindlichen Geber sind nebeneinander angeordnet. Die vier Geber gl, gll, g2 und g21 für die Raddruckmessung an der andern Schiene sind entsprechend angeordnet und geschaltet. Wegen des endlichen Abstandes der Spannstege LI und L2 bzw. L2 und L3 werden nur die mittleren Schienen- krümmungen zwischen je zwei Spannstegen an den dazwischenliegenden Gebern wirksam. Das Minimum bzw. Maximum der Messwertdifferenz tritt hier jeweils dann auf, wenn sich das betreffende Rad über dem ersten Spannsteg LI bzw. dem letzten Spannsteg L2 befindet. Die Beträge von Minimum und Maximum werden hiedurch etwas kleiner ; jedoch wird hiedurch an der Gültigkeit des Messprinzips nichts geändert.
In Fig. ll ist eine nach dem Prinzip der Fig. 9 vorgenommene Verbesserung der in Fig. 8 dargestellten
Schaltung mit drei Gebern je Schiene gezeigt, durch die eine Erhöhung der Ausgangsspannung an den
Klemmen Al auf etwa den doppelten Betrag erreicht wird. Der Geber G20 und der Widerstand W20 der Fig. 8 sind hiebei durch die parallelgeschalteten und nebeneinander angeordneten Geber G21 und G22 bzw. G201 und G202 ersetzt. Diese Geber sowie die an Stelle der Widerstände W10 und W30 verwendeten
Geber G101 und G301 haben denselben Widerstand wie die Geber G10 und G30 und sind auf einer Platte
P1 befestigt, auf die durch die Spannstege L1 bis L4 die Dehnung bzw. Stauchung des Schienenfusses in den entsprechenden Teilabschnitten übertragen wird. An Stelle der beiden Geber G21 und G22 bzw.
G201 und
G202 kann auch nur je ein Geber mit dem halben Widerstand der übrigen Geber verwendet werden.
Die Geberanordnung nach Fig. 12 entspricht in ihrem schaltungsgemässen Aufbau der Fig. ll. Die
Geber G21 und G22 sowie G 201 und G202 sind hier aber hintereinander an der Schiene angeordnet. Diese Geberanordnung entspricht zwei an der Schiene hintereinander liegenden Geberanordnungen nach Fig. 10, die je für sich durch Spannstege LI bis L3 bzw. L4 bis L6 an dem Schienenfuss befestigt sind und die eingangs- und ausgangsseitig parallelgeschaltet sind. Die Geber können auch unmittelbar am Schienenfuss befestigt sein oder auf einer durchgehenden Platte angeordnet werden wie gestrichelt angedeutet.
Die Modulation der an den Klemmen AI auftretenden Spannung ändert sich in diesem Falle im Prinzip nach der Kurve DM4 (Fig. 6), die für den Mittelwert der Messwertdifferenzen von je zwei von insgesamt vier an einer Schiene hintereinander angeordneten Gebern gilt. Für die Breite des Maximums ist dabei der Abstand der beiden mittleren Spannstege L3 und L4 massgebend.
Wie bereits erwähnt wurde, können in der nachgeordneten Schaltung entweder die absoluten Beträge der Minima und/oder der Maxima der an den Klemmen AI auftretenden und demodulierten Spannungen oder der gesamte Unterschied U zwischen Maximum und Minimum als Mass für den Raddruck ausgewertet werden. Zur Erzeugung einer dem Unterschied U entsprechenden Spannung ist beispielsweise die in Fig. 9 an die Klemmen A l angeschlossene und nur im Prinzip dargestellte Schaltung geeignet. Die in dem Demodulator DM verstärkte und vorzeichenabhängig demodulierte Spannung ändert sich beispielsweise bei Belastung beider Schienen durch eine einzelne Achse nach der Kurve D1 (Fig. 4). Bei Annäherung der Achse werden durch einen an der Schiene angeordneten Impulsgeber beliebiger Art, z.
B. einen magnetisch gesteuerten Iinpulsgeber oder eine Lichtschranke, die Kontakte 11 und 12 geöffnet. Der Kondensator Cl wird über die Diode 1 zunächst allmählich auf eine dem Minimum Mi entsprechende negative Spannung aufgeladen, wobei an der Diode 2 wegen des geringen Durchlasswiderstandes der Diode 1 nur eine sehr kleine Spannung in Sperrichtung auftritt, so dass der Kondensator C2, dessen Kapazität gegenüber der von Cl klein ist, auf dem vorher bestehenden Nullpotential gehalten wird.
Beim plötzlichen Anstieg der Ausgangsspannung des Demodulators vom Minimum Mi auf das Maximum Ma wird der Kondensator C2 tiber die Diode 2 auf eine positive Spannung aufgeladen, die dem Unterschied U zwischen Maximum und Minimum entspricht und beim allmählichen Absinken der Spannung wegen der dann wieder in Sperrichtung
<Desc/Clms Page number 6>
beanspruchten Diode 2 auch erhalten bleibt, so dass er zur Steuerung der nachfolgenden Auswerteschal- tung W verwendet werden kann.
Damit die Schaltung mit den Kondensatoren Cl und C2 sowie den Dioden
1 und 2 auch bei Belastung der Schienen durch die Räder eines Drehgestelles sowie bei ungleichmässiger
Schienenlagerung einwandfrei arbeitet, muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die Schaltung erst dann wirksam geschaltet wird, d. h. die Kontakte 11 und 12 geöffnet werden, wenn sich. ein Rad in einer Ent- fernung von weniger als dem halben minimalen Achsabstand vor dem ersten Geber befindet. Es ist auch möglich, die Kontakte 11 und 12 beispielsweise durch ein von der Ausgangsspannung des Demodulators abhängiges Relais zu betätigen, wenn diese Spannung einen vorgegebenen kritischen Wert erreicht, der auch bei dem kleinsten zu messenden Raddruck noch auftritt.
Ein Selbsthaltestromkreis, den das Relais beim Ansprechen schliesst, kann beispielsweise durch die nachfolgende Auswerteschaltung für die Span- nung am Kondensator C2 wieder unterbrochen werden.
Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung zum Ermitteln des Unterschiedes U ist sowohl für Brücken mit
Nullabgleich als auch für Brücken mit definierter Verstimmung geeignet. Eine Nullpunktverschiebung der
Ausgangsspannungen des Demodulators innerhalb gewisser Grenzen, die durch den möglichen Aus- steuerungsbereich der Gesamteinrichtung bestimmt sind, ist also ohne Bedeutung.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellten und erläuterten Schaltungen und Anord- nungen von Messwertgebern oder eine Speisung der Brückenschaltungen mit Wechselspannung beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, dieselben Brückenschaltungen auch bei statischer Belastung der Schienen zu verwenden. Die Brücken können dann mit Gleichstrom gespeist und die Diagonalspannungen durch einen Spannungsmesser ermittelt werden. Es ist auch möglich, mittels eines Galvanometers die resultierende
Widerstandsänderung der betreffenden Brückenzweig durch Widerstandskompensation zu messen.
Zum Messen des Raddruckes bei hauptsächlich dynamischer Belastung der Schiene kann beispielsweise die Spannungsänderung an einem Dehnungsmessstreifen, der in Reihe mit einem Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, verstärkt und nach Differenz- und Mittelwertbildung gemessen werden. Zur unmittelbaren Bildung der Messwertdifferenz von zwei Gebern ist der erwähnte Widerstand durch den als zweiten Geber verwendeten Dehnungsmessstreifen zu ersetzen.
Ferner ist es möglich, die Differenzen der von den Gebern angegebenen Messwerte erst nach Verstärkung dieser Messwerte in einer nachgeordneten Schaltung zu bilden. Die beschriebenen Brückenschaltungen zur unmittelbaren Differenzbildung der Messwerte erfordern jedoch weniger Aufwand, Ausserdem wird dabei eine Verfälschung der Messergebnisse durch ungleichmässige Verstärkung der einzelnen Gebermesswerte vermieden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Feststellen des Gewichtes von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen in Rangieranlagen, aus der durch den Raddruck hervorgerufenen Schienendurchbiegungunter Heranziehung elektrischer Messwertgeber, die eine Auswerteschaltung steuern, dadurch gekennzeichnet, dass je Messstelle mindestens zwei Messwertgeber (gel, G2) angeordnet sind, deren Messwerte von der Durchbiegung von in Längsrichtung der Schiene (S) hintereinander liegenden Sehienenstücken abhängig sind und deren Abstand (a) kleiner als der kleinste Achsabstand zwischen den über die Schienen rollenden Rädern ist, und dass die der Auswerteschaltung (W) zugeführten elektrischen Grössen aus der Differenz der von diesen Gebern gleichzeitig abgegebenen Messwerte abgeleitet sind (Fig.
l, 7. 9).
<Desc / Clms Page number 1>
Device for determining the weight of rail vehicles
The invention relates to a device for determining the weight of rail vehicles, in particular freight cars in shunting systems, from the deflection of the rails caused by the wheel pressure using electrical transducers which control an evaluation circuit. Knowledge of the vehicle weight, which can be determined from the sum of the wheel pressures of all wheels or from the sum of the axle loads of all axles, is necessary in shunting systems, for example for automatic control of the track brakes.
It is known to use the deflection of the entire running rail as a result of the wheel pressure for weight measurement. The electrical transducers used, e.g. B. piezoelectric bodies or magnetic-inductive pulse generators, generated measured values are dependent on the relative deflection of a point of the loaded rail based on two points located on both sides of this point in the same threshold compartment.
The measured value therefore corresponds roughly to the mean curvature
EMI1.1
Measuring point is only one transducer present. the measured values are very dependent on the support of the rail on the bedding.
If sleepers arranged in the vicinity of the measuring point are hollow, rail deflection of the same order of magnitude occurs even with low wheel loads of empty wagons as with ideal rail support due to wheel loads of fully loaded wagons. Only after the thresholds have been pressed against the
Bedding, the further rail deflection is roughly proportional to the difference between total load and contact load.
In order to avoid this falsification of the measured values, it has hitherto been necessary to arrange either an inflexible foundation or at least one additional stiffening by means of girders running in the longitudinal direction of the rail for the sleepers in the vicinity of the measuring point. But even this structural effort cannot eliminate another falsification of the measured value, which arises from the fact that the rail deflection is not only dependent on the wheel pressure of the wheel rolling past the encoder, but also on the wheel pressure and the distance between neighboring wheels. The resulting error is particularly large in vehicles with bogies whose axles are down to 1.5 m apart.
It is also known to make a longitudinal slot in the rail web directly below the rail head and to use the deflection of the rail head caused by the wheel pressure relative to the rest of the underlying part of the rail with the assistance of electrical transducers to determine the weight of vehicles. A plurality of strain gauges influenced by the bending of the same point of the rail head or a throttle connected to an alternating voltage are provided as measuring transducers, in whose magnetic circuit an air gap opening is created when the rail head is bent.
Above all, these devices have the disadvantage that a special rail construction is required at the measuring point because the strength of the rail profile, which is reduced by the slot, has to be compensated for by appropriate reinforcement of the rail web and rail foot. The installation or replacement of this piece of rail - the latter is relatively often necessary because of the soon occurring permanent deflection of the rail head lying above the slot - is not possible without disrupting the driving operation.
The disadvantages of the known devices for determining the weight of Schtenen vehicles can be avoided according to the invention in that at least two transducers are used for each measuring point.
<Desc / Clms Page number 2>
are ordered, the measured values of which are dependent on the deflection of the rail pieces lying one behind the other in the longitudinal direction of the rail and the distance between them is smaller than the smallest center distance between the wheels rolling over the rails, and that the electrical values fed to the evaluation circuit are derived from the difference between the sensors simultaneously delivered measured values are derived. All electrical transducers mentioned above can be used to measure the deflection.
However, the strain gauges are particularly suitable because they are only small in size and can easily be attached to the rail.
In devices according to the invention, both transmitters can be used whose measured values are dependent on the absolute deflection of the loaded rail from its rest position assumed in the unloaded state, as well as transmitters whose measured values are dependent on the relative rail deflection or the rail curvature. In the first case, only relatively weak foundations are required for the encoders, which are required as a fixed reference point for the deflection to be measured.
In the second case, no additional foundations or threshold reinforcements are necessary, as the sensors can be attached directly to the rails.
The subject matter of the invention is explained below with reference to FIGS. 1-12.
Fig. 1 shows schematically a rail S which is loaded by the two wheels R1 and R2 of a bogie with a center distance A of about 1.5 m. If the sleepers indicated by the arrows B1-B5 rest firmly on the bedding, the rail can be regarded as an infinitely long girder resting on a homogeneous elastic base due to its rigidity with a good approximation.
In FIG. 2, the curve A1 or A2 indicates the course of the elastic line of the rail for this ideal case when the rail is only loaded by the wheel pressure P1 of wheel R1 or the equally large wheel pressure P2 of wheel R2. Curve A 12 shows the elastic line when both forces P1 and P2 act on the rail at the same time. The maximum deflection of the. measured elastic line from the rest position (straight line AO), the wheel pressure of an adjacent wheel generally results in a falsification u. between, in the present case, an increase in the maximum value AM measured for a single wheel by the value A A.
The size and sign of the error depend on the size of the adjacent wheel pressure and on the distance A between the axles.
EMI2.1
resulting curvature of the rail, while the curve K12 shows the resulting curvature of the rail with simultaneous action of both wheels. From curve K12 it can be seen that a maximum resulting rail curvature also occurs when one of the two wheels is just above the measuring point; the amount of this maximum value is smaller by the amount A K than with a single wheel.
In FIG. 4 it is assumed that two transmitters G1 and G2 (cf. FIG. 1) are arranged on a rail within a threshold compartment at a distance a, each of which emits measured values that are linearly dependent on the respective curvature and true to the sign. If a single wheel moves from left to right across the rail, the measured values given by the sensor G1 change according to the line of influence shown by the curve M1 and the measured values simultaneously output by the sensor G2 change according to the line of influence shown by the curve M2 around the Encoder distance a is shifted in the direction of movement of the wheel.
If the sign-dependent difference of the simultaneously output measured values of the sensors G1 and G2 is formed, the result is the dashed curve D1. It has a minimum Mi when the wheel is above the transmitter Gl and a maximum Ma when the wheel is above the Encoder G2 is located. If both wheels are moved over the rail at the distance a indicated in FIG. 1, the measured values given by the transmitter Gl change according to the curve M12 and the measured values from the transmitter G2 according to a corresponding curve (not shown), which compared to the curve M12 by the Encoder distance is shifted to the right. If the difference between these measured values is formed, the result is curve D12, shown in dash-dotted lines in FIG. 4, the minima and maxima of which are practically the same size as those of the curve D1.
However, since both wheels move over the rail, two minima and maxima occur u. between a minimum and a maximum, if first the wheel R1 and then the wheel R2 is above the transmitter G1 or G2. It can be seen from curves D1 and D12 that when using the maxima and / or minima of the measured value differences of the neighboring sensors Gl and G2 as a measure for the wheel pressure, the result is essentially independent of whether there is a single wheel or two neighboring wheels of a bogie move with distance A over the rail.
In the case of center distances that are greater than distance A. practically the same measurement result results, since in these cases too the gradients of the resulting curvature curve K12 are retained on both sides of the maximum of the rail curvature. To determine the wheel pressure, it is generally sufficient to only
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc / Clms Page number 4>
the two outer thresholds.
When using three transmitters, however, these can also be arranged within a threshold compartment, at the greatest possible distance from one another, or they can even be arranged on two or three adjacent ones
Threshold compartments are distributed. Then there is a larger amount M for the maximum. As a result of
Averaging from the differences in the measured values of the two outer sensors and the inner sensor is then even with different curvature curves, e.g. B. as a result of uneven rail bearings, a high measurement accuracy for the respective wheel pressure is achieved.
A few examples of circuits and arrangements of transducers are shown in Figs. 7-12. It is assumed that the wheel pressure is to be measured with static-dynamic loading of the rails, i. H. with stationary load and also when moving the load at the speeds that occur during operation. It is also assumed that strain gauges, known per se, are provided as measuring transducers, which are attached to the rail foot so that their resistance varies with the. respective rail curvature changes. At least two encoders, whose measured value differences are to be formed, are combined in a bridge circuit connected to an alternating voltage.
If the bridge is adjusted correctly, a modulated electrical voltage occurs due to the influence of the encoders in the bridge diagonal, which is evaluated in a subsequent circuit after averaging the measured value differences of several encoder pairs and after amplification and demodulation. The modulated alternating voltages occurring at the output terminals of the bridge circuits can be demodulated in a known manner either as a function of the sign or independently of the sign in comparison to the supply voltage of the bridges. In the case of sign-dependent demodulation, the bridges are generally balanced to zero. At the output of the demodulator there is then an evaluable voltage which, true to its sign, corresponds to the difference or the mean value of the differences between the measured values which the sensors emit.
The same result can also be achieved with sign-independent demodulation by setting a diagonal voltage other than zero on the bridges when the rail is unloaded by means of a defined detuning of the bridge that was previously adjusted to zero. This voltage must be dimensioned in such a way that the output voltages of the bridge never become zero. In the downstream circuit, the output voltages are then to be evaluated in relation to the relative zero point defined by this voltage. With this type of bridge adjustment, in addition to the simpler circuit, there is the advantage that the phase adjustment of the bridges does not have to be as precise as with sign-dependent demodulation.
In Fig. 7 it is assumed that two transmitters Gl and G2 are arranged on the rail foot of one rail of a track and two transmitters G1 and G2 are arranged on the rail foot of the other rail in order to be able to measure the weight of the vehicle as accurately as possible even if the wagons are unevenly loaded . The transmitters G1 and gl and G2 and g2 are opposite one another; the transmitters Gl and G2 or gl and g2 arranged on the same rail form a bridge circuit with the resistors Wl and W2 or wl and w2.
Both bridges are connected in parallel to the same terminals E of the supply voltage source. The equivalent diagonal points on both bridges are connected to one another. The modulated alternating voltage occurring at the output terminals AI therefore corresponds to the mean value of the two diagonal voltages that would arise separately if the diagonal points were not connected and under certain circumstances, e.g. B. with one-sided loading of the vehicle, can be of different sizes. The output voltage is therefore a measure of the mean wheel pressure of both wheels, i.e. H. for the axle load. Demodulation of this voltage then results in a voltage which, when moving an individual axis, follows the curve Dl (FIG. 4) or
D10 (Fig. 5) and when moving a bogie 'with two axes according to the curve D12 (Fig. 4) or D120 (Fig. 5) changes.
8 shows a circuit for three transmitters G10, G20, G30 or G10, g20, g30 arranged on each rail. Here, too, a modulated alternating voltage occurs at the terminals AI, the modulation of which changes when the vehicle is moving, depending on the load on the rails by one or two axles and depending on the rail mounting according to the curve Dl, D1O, D12 or D120, while the Modulation of the voltage at the terminal A 2, for example, when the evenly mounted rails are loaded by only one axis according to curve D30 (Fig. 6).
If the connection of the terminals A1 and A2 shown in dashed lines in FIG. 8 is established. this automatically results in an output voltage that corresponds to the mean value of curves D10 and D30 for a single axis. The modulation of the resulting output voltage then changes according to the curve DM1 or DM12 (FIG. 6).
In the circuits according to FIGS. 7 and 8, instead of the resistors Wl, W2, wl, w2, etc., "passive", i.e., "passive" transmitters can also be used to compensate for the temperature response of the "active" transmitters Gl to G30 and gl to g30. H.
<Desc / Clms Page number 5>
encoders not influenced by the rail trimming can be used. Furthermore, it is possible, for example in FIG. 7, to use "active" transmitters instead of the resistors if these transmitters are attached to the rail head in such a way that they are simultaneously with the transmitters Gl, G2, gl and g2, but in the same way.
EMI5.1
voltage due to compression of the rail material occurring at the rail head. The voltage that can be evaluated at terminals A1 is then about twice as high as when using resistors or passive ones
Donors.
In the circuit shown in FIG. 9, this increase in the output voltage is achieved by using four transmitters Gl, Gll, G2 and G22 on a rail. The donors influenced at the same time and in the same sense lie in the same bridge circuit, e.g. B. the donors Gl and Gll or G2 and
G21 in opposite bridge branches. The arrangement of the encoders on the rail shows Fit. 10. All four encoders are fastened to a plate P, which is fastened with tension webs Ll to L3 under the rail foot in such a way that the expansion or compression of the rail that occurs when the rail is bent
Rail foot is transferred to the plate and thus to the encoder.
The transmitters located in opposite bridge branches are arranged next to one another. The four transmitters gl, gll, g2 and g21 for the wheel pressure measurement on the other rail are arranged and switched accordingly. Because of the finite distance between the clamping bars LI and L2 or L2 and L3, only the middle rail curvatures between each two clamping bars are effective on the encoders in between. The minimum or maximum of the measured value difference occurs here when the wheel in question is located above the first clamping web LI or the last clamping web L2. The amounts of minimum and maximum thereby become somewhat smaller; however, this does not change the validity of the measuring principle.
In FIG. 11, an improvement made according to the principle of FIG. 9 is shown in FIG. 8
Circuit shown with three encoders per rail, which increases the output voltage to the
Terminal Al is reached to about twice the amount. The transmitter G20 and the resistor W20 of FIG. 8 are replaced by the transmitters G21 and G22 or G201 and G202 connected in parallel and arranged next to one another. These encoders and those used in place of resistors W10 and W30
Encoders G101 and G301 have the same resistance as encoders G10 and G30 and are on a plate
P1 attached, to which the stretching or compression of the rail foot in the corresponding subsections is transmitted by the tension webs L1 to L4. Instead of the two encoders G21 and G22 or
G201 and
G202, only one encoder with half the resistance of the other encoders can be used.
The sensor arrangement according to FIG. 12 corresponds in its circuit structure to that of FIG. The
However, encoders G21 and G22 as well as G 201 and G202 are arranged one behind the other on the rail. This encoder arrangement corresponds to two encoder arrangements according to FIG. 10 lying one behind the other on the rail, which are each fastened to the rail foot by tension webs LI to L3 or L4 to L6 and which are connected in parallel on the input and output sides. The transmitters can also be attached directly to the rail foot or arranged on a continuous plate, as indicated by dashed lines.
The modulation of the voltage occurring at the terminals AI changes in this case in principle according to the curve DM4 (Fig. 6), which applies to the mean value of the measured value differences of two of a total of four encoders arranged one behind the other on a rail. The distance between the two central clamping webs L3 and L4 is decisive for the width of the maximum.
As already mentioned, either the absolute amounts of the minima and / or maxima of the demodulated voltages occurring at terminals AI or the entire difference U between maximum and minimum can be evaluated as a measure of the wheel pressure in the downstream circuit. The circuit connected to the terminals A 1 in FIG. 9 and shown only in principle is suitable for generating a voltage corresponding to the difference U. The voltage amplified in the demodulator DM and demodulated as a function of the sign changes, for example, when both rails are loaded by a single axle according to curve D1 (FIG. 4). When the axis is approaching, any type of pulse generator arranged on the rail, e.g.
B. a magnetically controlled pulse generator or a light barrier, the contacts 11 and 12 open. The capacitor Cl is first gradually charged via the diode 1 to a negative voltage corresponding to the minimum Mi, with only a very small reverse voltage occurring at the diode 2 due to the low forward resistance of the diode 1, so that the capacitor C2, opposite its capacitance which of Cl is small, is held at the pre-existing zero potential.
When the output voltage of the demodulator rises suddenly from the minimum Mi to the maximum Ma, the capacitor C2 is charged via the diode 2 to a positive voltage which corresponds to the difference U between maximum and minimum and when the voltage gradually drops because of the reverse direction again
<Desc / Clms Page number 6>
claimed diode 2 is also retained, so that it can be used to control the subsequent evaluation circuit W.
So that the circuit with the capacitors Cl and C2 and the diodes
1 and 2 also when the rails are loaded by the wheels of a bogie and when the track is uneven
If the rail mounting is working properly, it must only be ensured that the circuit is only then switched effectively, i.e. H. contacts 11 and 12 are opened when. a wheel is less than half the minimum center distance in front of the first encoder. It is also possible to actuate the contacts 11 and 12, for example by a relay dependent on the output voltage of the demodulator, when this voltage reaches a predetermined critical value which still occurs even with the smallest wheel pressure to be measured.
A self-holding circuit that the relay closes when it is triggered can be interrupted again, for example, by the subsequent evaluation circuit for the voltage on capacitor C2.
The circuit shown in Fig. 9 for determining the difference U is both for bridges with
Zero adjustment as well as suitable for bridges with defined detuning. A zero shift of the
Output voltages of the demodulator within certain limits, which are determined by the possible modulation range of the overall device, are therefore of no importance.
The application of the invention is not limited to the circuits and arrangements of measurement transducers shown and explained or to supplying the bridge circuits with alternating voltage. For example, it is possible to use the same bridge circuits even when the rails are under static load. The bridges can then be fed with direct current and the diagonal voltages can be determined by a voltmeter. It is also possible to use a galvanometer to measure the resulting
Measure the change in resistance of the bridge branch concerned by means of resistance compensation.
To measure the wheel pressure when the rail is mainly under dynamic load, the voltage change on a strain gauge, which is connected in series with a resistor to a DC voltage source, can be amplified and measured after calculating the difference and mean. For the direct formation of the measured value difference from two sensors, the resistance mentioned must be replaced by the strain gauge used as the second sensor.
It is also possible to form the differences between the measured values specified by the sensors only after these measured values have been amplified in a downstream circuit. The bridge circuits described for the direct formation of the difference between the measured values, however, require less effort. In addition, a falsification of the measurement results due to uneven amplification of the individual measured values is avoided.
PATENT CLAIMS:
1. Device for determining the weight of rail vehicles, in particular freight wagons in shunting systems, from the rail deflection caused by the wheel pressure using electrical transducers which control an evaluation circuit, characterized in that at least two transducers (gel, G2) are arranged per measuring point Measured values are dependent on the deflection of the rail pieces lying one behind the other in the longitudinal direction of the rail (S) and the distance (a) of which is smaller than the smallest center distance between the wheels rolling over the rails, and that the electrical quantities fed to the evaluation circuit (W) from the Difference of the measured values delivered simultaneously by these transmitters are derived (Fig.
l, 7. 9).