Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Raddurchmessers von sich längs zweier paralleler Fahrschienen bewegenden Rädern von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen, sowie eine Schwerkraftablaufanläge unter Verwendung des Verfahrens gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11.
Allgemein bekannt sind Güterwagen als Schienenfahrzeuge, deren Räder mittels einer Radachse paarweise verbunden sind und die auf zwei parallelen Fahrschienen abrollen. Zur Führung weisen die Räder bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegende Spurkränze auf.
Weiter ist es bekannt, Kolbengleisbremsen an den Fahrschienen unterhalb der Spurkränze anzuordnen, um die Güterwagen abzubremsen.
Dabei drückt der Spurkranz jeweils auf eine Kolbenstange, die einen daran angeordneten Kolben innerhalb einer Kolben-Zylinder-Einheit verschiebt, wobei kinetische Energie des Güterwagens in Wärme umgewandelt wird.
Kolbengleisbremsen werden insbesondere in Schwerkraftablaufanlagen eingesetzt, die beispielsweise zur Zusammenstellung von Güterzügen mittels Verteilweichen dienen. Schwerkraftablaufanlagen weisen ein Gefälle auf, so dass die Güterwagen durch die Hangabtriebskraft angetrieben werden.
Durch die^Kolbengleisbremsen kann erreicht werden, dass die Güterwagen im Bereich der Verteilweiche mit konstanter Geschwindigkeit laufen und im Auslauf der Schwerkraftablaufanlage mit zulässiger nur noch sehr geringer Geschwindigkeit aufeinander auffahren.
Die insbesondere bauart- und verschleissbedingte Schwankungsbreite der Spurkranzdurchmesser von ca. 300 mm bis ca. 1100 mm erschwert die Geschwindigkeitsregelung mittels Kolbengleisbremsen in Ablaufanlagen erheblich.
Die Verwendung von Kolbengleisbremsen hat dabei den Nachteil, dass die Bremswirkung abhängig vom Spurkranzdurchmesser der Räder ist.
Um zu verhindern, dass es aufgrund der unterschiedlichen Spurkranzdurchmesser auf der Gefällestrecke, insbesondere im Weichenbereich, zu Einholvorgängen und Eckstössen der Güterwagen kommt, wird die zeitliche Ablauffolge aller Güterwagen in der Schwerkraftablaufanlage relativ gross gewählt. Die Leistung (Bergleistung) der Ablaufanläge ist so deutlich gemindert. Nur mit Vorabkenntnis der Raddurchmesser der nacheinander ablaufenden Güterwagen kann die zeitliche
Ablauffolge aller Güterwagen so gesteuert werden, dass sowohl mit grossen als auch mit kleinen Spurkranzdurchmessern ein leistungsfähiger störungsfreier Betrieb der Anlage sichergestellt ist.
Aus der EP 0 212 052 A2 ist bereits eine Einrichtung zur Vermessung von im Fahrzeug eingebauten Rädern bekannt, die zu entsprechenden Radsätzen gehören.
Die Vermessung der Räder wird während langsamer Fahrt des Fahrzeuges vorgenommen, wobei an einer Fahrschiene zumindest zwei unabhängig voneinander das Rad erfassende Radsensoren unterhalb der Laufebene der Fahrschiene angeordnet sind. Die beiden Radsensoren sind als photoelektrische Taster ausgebildet und so unterhalb der Laufebene ausgerichtet, dass ihre Haupttastrichtung wenigstens angenähert senkrecht zu einer Tangente am zugehörigen Tastpunkt eines Messkreises (eines gedachten Raddurchmesserkreises) verläuft. Die beabstandeten Radsensoren sind dazu einander unter einem Winkel zugewandt angeordnet, wobei der Abstand in Abhängigkeit von dem zu bestimmenden Raddurchmesser gewählt ist. Die Taster sind mit einer Zeiterfassungseinrichtung verbunden, welche die jeweiligen Zeiten feststellt, zu denen die Taster von einem darüber rollenden Rad betätigt werden.
Bewegt sich ein Rad auf der Laufebene entlang der Fahrschiene und kommt die
Lauffläche des Rades in den Bereich des ersten Tastpunktes, so löst es bei dessen Erreichen über den photoelektrischen Taster ein Zeitsignal aus, wobei der Taster jeweils am Anfang ein stetig ansteigendes und am Ende ein wieder stetig abfallendes Sensorsignal oder umgekehrt abgibt. Dasselbe
Auslösen eines Zeitsignals erfolgt, wenn die Lauffläche in den Bereich des zweiten Tastpunktes des zweiten Tasters kommt. Die Tastpunkte liegen in einem gleichen Abstand oberhalb der Laufebene, welcher kleiner gleich dem halben Raddurchmesser ist. Anhand der Radgeschwindigkeit lässt sich aus der Zeitdifferenz der beiden Zeitsignale die Länge einer Kreissehne im gedachten Raddurchmesserkreis bestimmen, deren Sehnenh[delta]he gleich dem Abstand der Tastpunkte von der Laufebene ist.
Anhand der Sehnenh[delta]he und der Sehnenlänge lässt sich mittels des Satzes des Pythagoras der Raddurchmesser berechnen.
Ferner ist aus der DE 40 18 999 AI ein induktiv wirkender Radsensor für Schienenfahrzeuge bekannt, der innenseitig an dem Fahrschienenpaar angeordnet ist. Diese Radsensoren, die je zwei längs der Fahrschienen beabstandete Radsensoren aufweisen, werden häufig in Form von Doppelradsensoren zur Achszählung verwendet .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das mit geringem Aufwand der Raddurchmesser, ins besondere der Spurkranzdurchmesser, selbsttätig mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann,
sowie eine Schwerkraftablaufanläge unter Anwendung des Verfahrens.
Die Lösung dieser Aufgabe ist bezogen auf das Verfahren durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bezogen auf die Schwerkraftablaufanläge durch die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale gegeben. Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals eines Sensors zwischen dem Über- und anschliessenden Unterschreiten zumindest eines vorgegebenen Schwellwertes oder umgekehrt erfasst wird, wobei die Sehnenlänge anhand der Radgeschwindigkeit aus dieser Zeitdifferenz ermittelt wird. Der Raddurchmesser wird aus dieser so bestimmten Sehnenlänge berechnet, und zwar unter Hinzunahme eines Hilfswertes, welcher der zugehörigen Sehnenh[delta]he im gedachten Durchmesserkreis entspricht .
Zur Berechnung des richtigen Raddurchmessers wird also ein
Hilfswert benötigt: die Sehnenhöhe im Raddurchmesserkreis. Dieser Hilfswert muss separat ermittelt werden. Der Schwellwert wird ferner vorzugsweise in die steilen Bereiche der Sensorsignale gelegt, um eine relativ grosse Empfindlichkeit zu erzielen.
Der Raddurchmesser wird durch Lösung folgender Gleichung berechnet :
R<2>= (R-hs)<2>+(se/2)<2>mit 2R= Raddurchmesser, hs= vorgegebener Hilfswert und se= Sehnenlänge . >.. . < .. .. <
Zur Ermittlung des Hilfswertes wird vorgeschlagen, dass der Hilfswert bei vorgegebenem Schwellwert und davon abhängiger Sehnenlänge empirisch bestimmt wird.
Als Raddurchmesser lässt sich mit Vorteil der Laufkreisdurchmesser bestimmen, wenn der Radsensor unterhalb des seitlich über den Schienenkopf hinausragenden Laufkreises angeordnet ist.
Weisen die jeweils paarweise angeordneten Räder bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegende Spurkränze auf, so entspricht der Raddurchmesser dem Spurkranzdurchmesser, wobei die Radsensoren jeweils unterhalb der Spurkränze an der Fahrschiene anzuordnen sind.
Zur Bestimmung des Spurkranzdurehmessers kann der Radsensor unterhalb der Spurkränze und/oder der Laufkreise angeordnet sein,
wobei der Spurkranzdurchmesser gleich dem Laufkreisdurchmesser plus der doppelten Spurkranzhöhe ist.
Eine konstruktiv einfache Ausführung des Radsensors ergibt sich, wenn dieser als induktiv wirkender Sensor ausgebildet ist. Zur Vermeidung von Messfehlern und instabilen Signalreaktionen sind eine einstellbare Hysteresis des Sensors und zwei unterschiedliche Schwellwerte vorzugeben.
Um anhand der Sensorsignalkurven (zeitlicher Verlauf der Sensorsignale) die Geschwindigkeit zu bestimmen, wird vorgeschlagen, dass der Radsensor als Doppelradsensor mit zwei Radsensoren ausgebildet ist, wobei aus dem zeitlichen und geometrischen Versatz der beiden Sensorsignalkurven die Geschwindigkeit bestimmt wird. ..
.*
Um den Fehlereinfluss des vom Gleis und von der Achse abhängigen Sinuslaufes zu korrigieren, wird vorgeschlagen, dass je zwei Radsensoren innenseitig oder aussenseitig am Fahrschienenpaar einander zu- bzw. abgewandt als Radsensorpaar angeordnet sind, wobei diese beiden Radsensoren auf einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Fahrschienen verlaufenden gedachten Gerade liegen, dass die ermittelten Raddurchmesser des Doppelradsensorpaars jeweils gemittelt werden oder dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern des Doppelradsensorpaars der grössere Raddurchmesser verwendet wird oder dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern des Doppelradsensorpaars der kleinere Raddurchmesser verwendet wird.
Die Lösung sieht bezogen auf die Schwerkraftablaufanläge vor,
dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals zwischen dem Überund anschliessenden Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes erfasst wird, dass anhand der Radgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz die Sehnenlänge ermittelt wird, dass aus der Sehnenlänge sowie aus einem vorgegebenen Hilfswert der unbekannte Raddurchmesser berechnet wird, wobei der Hilfswert der Sehnenh[delta]he dem Abstand der Sehne im gedachten Raddurchmesserkreis entspricht. Die starke Schwankungsbreite der Spurkranzdurchmesser von ca. 300 mm bis ca. 1100 mm beeinflusst unzulässig stark die Geschwindigkeitsregelung mittels Kolbengleisbremsen in Ablaufanlagen.
Mit der Ermittlung der Spurkranzdurchmesser kann dem unterschiedlichen Arbeitsvermögen von Kolbengleisbremsen durch Variation der Abdrückgeschwindigkeit am Startpunkt (an der Bergkuppe) optimal entsprochen werden.
Die Anpassung an das Arbeitsvermögen der Schwerkraftablaufanlage ist besonders einfach, wenn die zeitliche Differenz eines nachfolgend ablaufenden Schienenfahrzeugs zum unmittel bar vorhergehenden Schienenfahrzeug am Startpunkt anhand des ermittelten Spurkranzdurehmessers des nachlaufenden oder des vorlaufenden Schienenfahrzeugs bestimmt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schienenpaar mit innenseitig an einer Fahrschiene angeordnetem Doppelradsensor, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines auf einer Fahrschiene abrollenden Rades mit den erzeugten Radsensorsignalen zur Ermittlung des Spurkranzdurehmessers, Fig. 3 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 2 zur Ermittlung des Spurkranzdurehmessers,
Fig. 4 ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensor und Fig. 5 ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussenund einem innenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensorpaar.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt zweier paralleler Fahrschienen 1, die mittels Schwellen 2 miteinander verbunden sind. Längs der Fahrschienen 1 können sich Schienenfahrzeuge (nicht gezeigt) bewegen. Zu solchen Schienenfahrzeugen gehören insbesondere nicht angetriebene Güterwagen.
Die Schienenfahrzeuge weisen zumindest zwei in Bewegungsrichtung beabstandete Paare von Rädern 3 (s. Fig. 2 und Fig. 3) auf, die jeweils mittels Achsen fest verbunden sein können.
In Fig. 1 ist bezogen auf das Fahrschienenpaar an einer Fahrschiene 1 innenseitig ein Radsensor 4 angeordnet. Der Radsen . . sor 4 ist als Doppelradsensor ausgebildet, d. h. er besteht aus zwei voneinander unabhängigen induktiv wirkenden Radsensoren 4a, 4b, die in Schienenlängsrichtung voneinander beabstandet sind. Jeder Radsensor 4a, 4b erzeugt bei einem auf der Fahrschiene 1 darüberrollenden Rad 3 ein entsprechendes Sensorsignal (s. 8a, 8b in Fig. 2 und Fig. 3) .
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein auf der Fahrschiene 1 abrollendes Rad 3 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten.
Wie Fig. 2 erkennen lässt, rollt das Rad 3 mit seinem Laufkreis 5 (Laufkreisradius R) auf der Lauffläche la der Fahrschiene 1 ab, während der Laufkranz 6 des Rads 3 seitlich über die Lauffläche la der Fahrschiene 1 hinaus nach unten ragt . Die Spurkränze 6 sind bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegend angeordnet. Die Radsensoren 4a, 4b befinden sich unterhalb des Laufkranzes 6 an den in Fig. 2 eingezeichneten Positionen auf der Innenseite der Fahrschiene 1. Der Radius des Aussenumfangs des Spurkranzes 6 ist der Spurkranzradius Rs. Die von den Radsensoren 4a, 4b abgegebenen Sensorsignale 8a, 8b sind in ihrem zeitlichen
Verlauf korrespondierend zu dem sich bewegenden Rad 3 in Fig. 2 eingezeichnet. Man erkennt, dass beide Sensorsignale 8a, 8b zunächst stetig abfallen, um dann umgekehrt wieder stetig anzusteigen.
Je nach Ausgestaltung der Radsensoren 4a, 4b können die Sensorsignale 8a, 8b selbstverständlich auch umgekehrt verlaufen, also zuerst ansteigen und dann wieder abfallen. Zur Bestimmung einer dem Spurkranzradius Rs entsprechenden Länge ist eine Triggerschwelle 9 vorgegeben, anhand derer jeweils die Zeitdifferenz der Sensorsignale 8a, 8b zwischen dem Über- und anschliessendem Unterschreiten der Triggerschwelle 9 ermittelt wird. Damit die induktiv wirkenden Sensoren 4a, 4b eine Hysteresis aufweisen, können zwei unter schiedliche Triggerschwellwerte 9 bei ansteigendem und abfallendem Sensorsignal 8a, 8b verwendet werden.
In Fig. 3 ist schematisch eine ähnliche Situation wie in Fig. 2 dargestellt: Ein Rad 3 zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten sowie die Sensorsignale 8a, 8b der beiden Radsensoren 4a, 4b.
Im Unterschied zu Fig. 2 weist das Rad 3 keinen Spurkranz 6 auf.
Die Radien R, Rs des Laufkreises und des Spurkranzes werden auf die gleiche Weise ermittelt. Die Radsensoren 4a, 4b müssen dazu lediglich unterhalb des Laufkreises 5, also aussenseitig an einer Fahrschiene 1 wie in Fig. 4 gezeigt, anstatt unterhalb des Spurkranzes 6 angeordnet sein, da in diesem Fall der darüber rollende Laufkreis und nicht der Spurkranz mittels der Radsensoren 4a, 4b erfasst werden muss.
Im Folgenden wird deshalb die Ermittlung der Radien R, Rs nur anhand des Laufkreisradius R beschrieben.
Der Spurkranzdurchmesser 2Rs lässt sich anhand des Laufkreisdurchmessers 2R und der Spurkranzhöhe Sh berechnen;
der Spurkranzdurchmesser 2Rs ist gleich dem Laufkreisdurchmesser 2R plus der doppelten Spurkranzhöhe Sh=2Rs-2R.
Fig. 3 zeigt weiter mittels der Triggerschwelle 9 aus den Sensorsignalen 8a, 8b erzeugte Ausgangssignale 9a, 9b (Ausgangsimpulse) , die eine einfache Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen der ansteigenden und der abfallenden Flanke der Sensorsignale 8a, 8b ermöglichen.
Anhand der zeitlichen Verschiebung der beiden rechteckförmigen AusgangsSignale 9a, 9b kann weiter eine dem Abstand der , .........
Radsensoren 4a, 4b entsprechende Zeit bestimmt und daraus die Geschwindigkeit des Rades 3 berechnet werden.
Die Geschwindigkeit ist selbstverständlich auch auf andere Weise ermittelbar.
Zur Berechnung des unbekannten Laufkreisradius R (Abstand AB) dient der gedachte Raddurchmesserkreis RDK (hier identisch mit dem Laufkreis 5) , in den die halbe Sehnenlänge se/2 (Abstand B-C, halber Abstand B-E) eingezeichnet ist.
Man erkennt, dass sich der Laufkreisradius R sofort berechnen lässt, wenn die Sehnenh[delta]he hs (Abstand C-D) bekannt ist, und zwar nach folgender Formel :
R<2>= (R-hs)<2>+(se/2)
Die Sehnenh[delta]he hs ist hier ein vorgegebener Hilfswert zur Berechnung des unbekannten Raddurchmessers 2R, welcher dem Maximalabstand der Sehne im Raddurchmesserkreis RDK entspricht , Dieser Hilfswert hs kann bei eingestellter Triggerschwelle 9 empirisch ermittelt werden, beispielsweise statistisch gesichert anhand einer entsprechenden Anzahl von Rädern 3 mit bekanntem Laufkreisradius R oder einer bekannten Laufkreisradiusverteilung.
Wichtig ist, dass bereits aus jedem einzelnen Sensorsignal
8a, 8b der Raddurchmesser 2R oder 2Rs des Rads 3 ermittelbar ist.
In jedem Falle wird anhand der Radgeschwindigkeit eine dem Raddurchmesser 2R oder 2Rs entsprechende Sehnenlänge se (Abstand B-E) ermittelt,
die der Länge einer Sehne im gedachten Raddurchmesserkreis RDK entspricht, und aus dieser Sehnenlänge se sowie aus einem vorgegebenen Hilfswert hs der unbe > ... kannte Raddurchmesser 2R bzw. 2Rs berechnet, wobei der Hilfswert hs der Sehnenh[delta]he und damit dem maximalen Abstand der Sehne im gedachten Raddurchmesserkreis RDK entspricht
Jede der in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Radsensoranordnungen kann in einer Schwerkraftablaufanlage für Schienenfahrzeuge vor dem Startpunkt eingesetzt und gemäss dem oben beschriebenen Verfahren betrieben werden.
Die selbsttätig ermittelten Spurkranzdurchmesser 2Rs, welche die Kolbengleisbremsen betätigen, legen dabei den kleinstm[delta]glichen zeitlichen Abstand der Schienenfahrzeuge am Startpunkt fest, und zwar anhand des ermittelten Spurkranzdurehmessers 2Rs des nachlaufenden oder des vorlaufenden Schienenfahrzeuges.
Fig. 5 zeigt ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussen- und einem innenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensorpaar 4,4.
Dabei sind je zwei Radsensoren 4al,4a2 und 4bl,4b2 innenseitig am Fahrschienenpaar einander zugewandt als Radsensorpaar 4al,4a2;4bl,4b2 angeordnet sind, wobei diese beiden Radsensoren 4al,4a2 oder 4bl,4b2 auf einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Fahrschienen verlaufenden gedachten Gerade liegen.
Dasselbe gilt analog für das 'aussenseitige Doppelradsensorpaar 4, bei dem die beiden Radsensoren 4al,4a2 und 4bl,4b2 einander abgewandt als Radsensorpaar 4al,4a2;4bl,4b2 angeordnet sind. Die Radsensoren 4al,4a2, 4bl,4b2 jedes Paars 4al,4a2 und 4bl,4b2 sind jeweils mindestens in einem Abstand längs der Fahrschienen angeordnet, der jeweils die Zuordnung der Betätigungen des Paars 4al,4a2 und 4bl,4b2 zu einer einzigen Radachse sichert. Um das vom Gleis abhängige Radpendeln (den Sinuslauf) zu berücksichtigen, erfolgt eine Mittelung, die so aussehen, dass erst die Raddurchmesser 2R,2Rs des Doppelradsensorpaars 4al,4bl;4a2,4b2 ermittelt und diese danach jeweils gemittelt werden oder aber dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern 2R,2Rs des Doppelradsensorpaars 4al,4bl;4bl,4b2 der grössere oder aber der kleinere Raddurchmesser verwendet wird.
Welche Möglichkeit gewählt wird, richtet sich nach dem Zustand des Gleises und ist von diesem abhängig.
Bezugszeichenliste
1 Fahrschiene la Lauffläche 2 Querträger
3 Rad
4a, 4b Radsensor
5 Laufkreis
6 Spurkranz 8a, 8b Sensorsignale
9 Triggerschwelle
9a, 9b Ausgangssignale
4,10 Doppelradsensoren
11,12 Doppelradsensoren R Laufkreisradius
Rs Spurkranzradius
2Rs Spurkranzdurchmesser
Sh Spurkranzhöhe
RDK Raddurchmesserkreis se Sehnenlänge hs Hilfswert Sehnenhöhe