Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln des Laufwiderstandes von Eisenbahnfahrzeugen in Ablaufanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des Laufwiderstandes von Eisenbahn fahrzeugen in Ablaufanlagen aus der in einer Mess strecke mit Gefälle entstehenden Beschleunigung. Die Kenntnis des Laufwiderstandes ist beispielsweise bei der Laufzielbremsung durch an bestimmten Punkten der Ablaufanlagen angeordnete Gleisbremsen erfor derlich. In diesen Gleisbremsen soll die während des Bremsvorganges ständig überwachte Geschwin digkeit bzw. Bewegungsenergie der Fahrzeuge so weit vernichtet werden, dass sie mit nicht zu starkem Stoss auf am Laufziel bereits stehende Fahrzeuge auflaufen.
Für die automatische Steuerung dieser Bremsen ist es notwendig, die Sollgeschwindigkeit zu errechnen, welche die Fahrzeuge beim Verlassen der Gleisbremsen haben müssen. Diese Sollgeschwin digkeit ist ausser vom Wegwiderstand auf der noch zurückzulegenden Strecke und vom Gewicht der Fahrzeuge von ihrem Laufwiderstand abhängig. Das Gewicht der Fahrzeuge kann vor oder beim Ablauf vorgang gemessen und automatisch vom Rechen gerät berücksichtigt werden. Für den spezifischen Wegwiderstand gibt es Erfahrungswerte, aus denen das Rechengerät unter Berücksichtigung der jewei ligen Fahrweglänge ebenfalls mit genügender Ge nauigkeit automatisch den gesamten Wegwiderstand ermitteln kann.
Der Laufwiderstand kann jedoch von Fahrzeug zu Fahrzeug und selbst bei demselben Fahrzeug stark schwanken, da er nicht nur von dem durch die Form von Fahrzeug und Ladung bedingten Luftwiderstand, sondern auch vom Rollwiderstand abhängig ist, der durch die sich ändernden Eigen schaften der Räder und Achslager sowie durch nicht vollständig abgehobene Bremsbacken beeinflusst wer den kann. Daher ist es erforderlich, auch den Lauf widerstand vor dem Bremsvorgang zu bestimmen. Es ist bekannt, dass der Laufwiderstand eines Fahrzeuges aus seiner Beschleunigung in einer Mess strecke mit bekannter Neigung und bekanntem Weg widerstand ermittelt werden kann.
Wird die An fangsgeschwindigkeit v1 und die Endgeschwindigkeit v2 in der Messstrecke mit der Länge L gemessen, so ergibt sich die Beschleunigung b aus der Formel
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Der Laufwiderstand ist dann der Anteil, um den der Wert b kleiner ist, als er auf Grund der Neigung und des Wegwiderstandes sein müsste.
Es ist ferner bekannt, die Geschwindigkeiten v1 und v2 aus den für gleich lange Teilstrecken s am Anfang und am Ende der Messstrecke gemessenen Fahrzeiten t1 und t2 zu ermitteln. Die Beschleunigung könnte dann nach der Formei
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errechnet werden. Ein elektrisches oder elektronisches Rechengerät, das nach dieser Formel arbeitet, wäre aber sehr kompliziert, denn es müsste zunächst die Quadrate der gemessenen Fahrzeiten, dann die Rezi- prokwerte der Quadrate und anschliessend die Dif ferenz dieser Reziprokwerte errechnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem nach der vorstehenden Formel arbeitenden Verfahren die Anzahl der Rechenvorgänge zu ver mindern. Erfindungsgemäss kann dies dadurch er reicht werden, dass jeweils eine bestimmte Zeit nach dem Einfahren des Fahrzeuges in eine am Anfang und eine am Ende der Messstrecke liegende gleich lange Teilstrecke bis zum Ausfahren.
des Fahrzeuges aus der Teilstrecke Impulse mit einer derart abneh- tuenden Taktfrequenz erzeugt werden, dass in der Kurve v2 - f(t), worin v die mittlere Geschwindig keit zum Durchfahren einer der Teilstrecken in der Zeit t bedeutet, der Betrag A(v)2 für die Zeit zwi schen je zwei aufeinanderfolgenden Impulsen minde stens annähernd konstant ist, dass ferner die Anzahl dieser Impulse in jeder Teilstrecke für sich gezählt wird und die nach dem Verlassen der zweiten Teil strecke bestehende Differenz der Impulszahlen als Mass für die Beschleunigung des Fahrzeuges verwen det wird.
Beispiele des erfindungsgemässen Verfahrens und einige Beispiele für Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind nachstehend anhand der Zeich nung erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ablaufgleis A mit Gefälle in einer Ablaufanlage mit der Gleisbremse B, die durch die Steuereinrichtung<I>St</I> gesteuert wird. Vor der Gleisbremse sind Schienenkontakte K1 bis K4. eingebaut, von denen die Kontakte KI und K2 bzw. K3 und K4 die gleich langen Teilstrecken s1 und s2 begrenzen. Die Messstrecke L ist gleich dem Mitten abstand der Teilstrecken.
Das dem erfindungsgemässen Verfahren zugrunde liegende Prinzip ist aus Fig. 2 ersichtlich. Es sei angenommen, dass die Fahrzeuge am An fang der Messstrecke eine Mindestgeschwindigkeit vu haben und die Messstrecke infolge Beschleunigung durch das Gefälle mit einer Höchstgeschwindigkeit vo verlassen. Fig. 2 zeigt für diesen interessierenden Be reich der Geschwindigkeiten die für die gesuchte Beschleunigung massgebende Kurve v2 = f(t), worin t die Fahrzeit in der Teilstrecke s1 bzw. s2 bedeutet. Zur Zeitmessung werden Impulse verwendet, die nach dem Überschreiten der Fahrzeit<I>to</I> für die Höchstgeschwindigkeit vo mit abnehmender Takt frequenz, also grösser werdendem Zeitabstand, ge geben werden.
Wird der Zeitabstard der Impulse so gewählt, dass nach der Zeit<I>to</I> während der restlichen Fahrzeit der Betrag A(v2) für die Zeit zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Impulsen konstant ist, so ergibt sich für das Quadrat der Geschwindigkeit in der Teilstrecke s1 der Betrag v12 = vo2-n1 - (v2) und in der Teilstrecke s2 der Betrag v22 = vo2 -h2 . J(v2), wenn mit n1 und n2 die Anzahl der jeweils nach der Zeit<I>to</I> bis zur Ausfahrt aus der Teilstrecke gegebenen Impulse bezeichnet wird.
Hierdurch erhält die oben angegebene Formel für die Beschleunigung die Form
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Da die Konstante c bekannt ist, kann also die Be schleunigung aus der Differenz der durch Zähler gezählten Impulszahlen<I>n 1</I> und h2 ermittelt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren liefert die ge nauesten Ergebnisse, wenn der zeitliche Abstand der Impulse kontinuierlich so verändert wird, dass der Betrag A(v2) konstant ist. Im allgemeinen wird es aber ausreichend sein, wenn der Impulsabstand stu fenweise geändert wird, wie es in Fig. 2 angenommen ist. Dort beginnt zu den Zeiten to, ta, tb und tc je weils eine neue Taktstufe. In jeder Stufe werden fünf Impulse mit gleichem zeitlichem Abstand gegeben. Auf diese Weise wird die Kurve v2 = f(t) angenähert durch je eine Gerade je Taktstufe nachgebildet. Bei entsprechender Wahl der Anzahl der Stufen sowie der Anzahl und des Abstandes der Impulse in den einzelnen Stufen schneidet jede dieser Geraden die Kurve in zwei Punkten.
Der durch diese Linearisie- rung der Kurve entstehende Fehler ist dann ver- nachlässigbar. Die Höhe der Taktfrequenz der Im pulse bis zum Zeitpunkt<I>to</I> richtet sich nach der erwünschten Messgenauigkeit und dem Aufwand für die Einrichtung zur Durchführung des erfindungs gemässen Verfahrens. Eine hohe Messgenauigkeit er fordert eine hohe Taktfrequenz. Dagegen hat eine niedrige Taktfrequenz den Vorteil, dass Zähler mit geringerem Zählvermögen verwendet werden können.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild für eine Einrich tung zum Feststellen der Beschleunigung der Fahr zeuge beim Fahren in der Messstrecke unter Ver- wendung je eines den Teilstrecken s1 und s2 zuge ordneten Zählers Z1 bzw. Z2 und eines Differenz zählers DZ. Alle drei Zähler können nur in einer Richtung zählen. Die Kontakte K1 bis K4 der Fig. 1 sind durch den Block K dargestellt. Sie steuern über die Leitungen 1 bis 4 den Zeitgeber ZG. Beim Be tätigen des Kontaktes K1 durch das erste Rad eines Fahrzeuges mit der Geschwindigkeit v 1 stösst der Zeit geber ZG über die Leitung 10 den Taktwähler TW an, der über die Leitung 20 den Frequenzteiler FT freigibt.
Die Impulse zum Steuern des Frequenzteilers werden ständig von einem Quarzgenerator G für eine Grundfrequenz von beispielsweise 3,2 kHz über einen Impulsformer J erzeugt. Der Frequenzteiler gibt in der ersten Taktstufe jeweils bei jedem vierten zugeführten Impuls der Grundfrequenz über die Leitung 30 je einen Taktimpuls ab. Diese Taktimpulse, die den über die Leitung 100 entsperrten Zähler 2l aus der Grundstellung weiterschalten, haben also eine Takt frequenz von 800 Hz.
Bei einer bestimmten Zähler stellung, die der Fahrzeit<I>to</I> entspricht, gibt der Zäh ler Z1 über die Leitung 40 an den Taktwähler TW einen Impuls, der die nächste Taktstufe einstellt. In dieser wird der Frequenzteiler über die Leitung 21 so gesteuert, dass er beispielsweise erst nach jedem fünften Impuls der Grundfrequenz einen Taktimpuls abgibt.
In entsprechender Weise werden bei weiteren bestimmten Stellungen des Zählers Z1 über die Lei tung 40 Einstellimpulse an den Taktwähler TW gegeben, der dann über die Leitungen 22 und 23 bewirkt, dass der Frequenzteiler Impulse mit stufen weise weiter abnehmender Taktfrequenz abgibt. Wird der Schienenkontakt K2 am Ende der Teilstrecke s1 betätigt, so wird über die Leitung 10 der Taktwähler TW in die Ausgangsstellung gebracht. Durch diesen wird über die Leitung 20 der Frequenzteiler FT zu rückgestellt und gesperrt. Der Zähler Z1 verbleibt in der eingenommenen Stellung.
Beim Weiterfahren des Fahrzeuges über die Messstrecke L in die Teilstrecke s2 wird der Takt wähler TW vom Betätigen des Kontaktes K3 bis zum Betätigen des Kontaktes K4 über die Leitung 11 angestossen, wodurch der Frequenzteiler wieder frei gegeben wird. Die vom Frequenzteiler FT über die Leitung 30 abgegebenen Impulse steuern jetzt den Zähler Z2, der über die Leitung 110 entsperrt ist. Der Zähler Z2 steuert über die Leitung 40 den Takt wähler TW in gleicher Weise, wie es für den Zähler Z1 beschrieben wurde. Die Taktfrequenz der Impulse nimmt also ebenfalls von 800 Hz stufenweise ab. Durch das Gefälle der Messstrecke ist die Geschwin digkeit des Fahrzeuges in der Teilstrecke s2 grösser und daher die Fahrzeit kleiner als bei Fahrt in der Teilstrecke s1.
Der Zähler Z2 erhält daher nicht so viele Impulse wie der Zähler Z1, sondern hat am Ende des Messvorganges eine niedrigere Zählstellung als der Zähler Z1.
Um die Differenz zwischen den Stellungen der Zähler Z1 und Z2 zu ermitteln, wird beim Betätigen des Kontaktes K4 über die Leitung 120 der Diffe renzzähler DZ entsperrt und der Zähler Z2 ent- sperrt gehalten. über die Leitgang 12 wird der Takt wähler TW so eingestellt, dass er über die Leitung 24 den Frequenzteiler FT veranlasst, Taktimpulse mit der höchsten Taktfrequenz auf die Leitung 30 zu geben. Diese Impulse schalten die Zähler Z2 und DZ so lange weiter, bis die Koinzidenzschaltung M fest stellt, dass der Zähler Z2 die gleiche Stellung wie der Zähler Z1 hat.
Die Koinzidenzschaltung sperrt dann über die Leitung 41 den Zeitgeber ZG, der seinerseits über die Leitung 12 den Taktwähler TW und den Frequenzteiler FT sowie über die Leitung 120 die Zähler DZ und Z2 sperrt. Die Stellung des Zählers DZ entspricht der Differenz (v2-= - v12) - wie anhand von Fig. 2 beschrieben wurde - und kann verwendet werden, um über -die Ausgangsklemme A ein Krite rium über die Beschleunigung des Fahrzeuges in der Messstrecke an ein nachgeschaltetes Rechengerät ab zugeben. Nach Übernahme dieses Kriteriums werden die drei Zähler Z1, 22 und DZ sowie der Zeitgeber ZG über die an die Klemme R angeschlossenen Lei tungen wieder in die für die nächste Beschleunigungs messung erforderliche Anfangsstellung gebracht. Der Zeitgeber ZG stellt dann den Taktwähler TW und dieser den Frequenzteiler in die Anfangsstellung.
Die Schaltung nach Fig. 3 kann auch in der Weise abgewandelt werden, dass die Gatterschaltung M und der Differenzzähler DZ nicht erforderlich sind. Zu diesem Zweck wird nach dem Betätigen des Kon taktes K4 über die Leitung 120 der Zähler Z2 ent- sperrt gehalten und der Zähler Z1 entsperrt. Die vom Frequenzteiler abgegebenen Impulse der höch sten Taktfrequenz schalten dann beide Zähler so lange weiter, bis der Zähler Z1 wieder in der Aus gangsstellung ist, bei deren Erreichen er über die Leitung 41 den Zeitgeber ZG sperrt. Sind beide Zähler Z1 und Z2 für gleiche Schrittzahlen bemessen, so ist die Stellung des Zählers Z2 vor seiner Anfangs stellung ein Mass für die gesuchte Differenz der Impulszahlen und damit für die Beschleunigung.
Die Ausgangsklemme A ist daher an den Zähler Z2 an zuschliessen. Das Zurückstellen des Zeitgebers ZG und des Zählers Z2 in die Anfangsstellung erfolgt wieder über die Klemme R.
In Fig. 4 ist auszugsweise eine Blockschaltung dargestellt, bei der die nur in einer Richtung zählen den Zähler Z1 und Z2 der Fig. 3 durch einen Zäh ler Z ersetzt sind, der beim Befahren der Teilstrecke s 1 vorwärts und beim Befahren der Teilstrecke s2 rückwärts zählt. Seine Endstellung nach dem Be fahren beider Teilstrecken entspricht daher bereits der gesuchten Differenz der Impulszahlen, so dass der Differenzzähler <I>DZ</I> der Fig. 3 ebenfalls nicht erfor derlich ist.
Der Zähler Z3 ist vorgesehen, um bei bei den Zählrichtungen des Zählers Z über die Leitung 40 jeweils nach denselben Impulszahlen an den Takt wähler TW Einstellimpulse für die nächste Taktstufe za geben. Der Zähler Z3, der nur in einer Richtung zählen kann, wird beim Befahren der Teilstrecke s1 über die Leitung 100 gleichzeitig mit dem Zähler Z entsperrt und durch die Impulse auf der Leitung 30 weitergeschaltet. Beim Betätigen des Kontaktes K2 wird er vom Zeitgeber ZG zusammen mit dem Takt wähler über die Leitung 101 wieder in die Anfangs stellung gebracht.
Beim Befahren der Teilstrecke s2 wird über die Leitung<B>110</B> der Zähler Z3 für die gleiche Zählrichtung und der Zähler L für die ent gegengesetzte Zählrichtung wie beine Befahren der Teilstrecke s1 entsperrt. Beim Betätigen des Kon taktes K4 wird über die Leitung 120 die Weitergabe eines Kriteriums für die dann bestehende Stellung des Zählers Z ausgelöst.
Nach übernahme dieses Kriteriums durch die nachgeschaltete Einrichtung werden der Zeitgeber ZG sowie die Zähler Z und Z3 über die an die Klemme R angeschlossenen Leitungen wieder in die Anfangsstellung gebracht.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung ist es möglich, den Zähler DZ vor jeder Beschleunigungs messung in eine derartige Anfangsstellung zu bringen, dass das Gefälle und der Wegwiderstand der Mess- strecke sowie gegebenenfalls auch der Luftwiderstand von vornherein berücksichtigt werden. Das vom Zäh ler DZ nach der Messung angezeigte Ergebnis ent spricht dann bereits dem gesuchten Laufwiderstand bzw. der hiervon abhängigen negativen Beschleu nigung.
Bei einer Einrichtung nach Fig. 4 können die Eigenschaften der Messstrecke durch eine entspre chende Anfangsstellung des Zählers Z berücksichtigt werden. In den in Fig. 3 und 4 als Block dargestellten Schaltungsteilen werden zweckmässigerweise an sich bekannte elektronische Bauelemente verwendet, z. B. Koinzidenz-, Misch- und Sperrgatter, Kippstufen usw. Als Schalter und Speicherelemente sind bei spielsweise Kippstufen mit Transistoren oder Magnet kernen besonders gut geeignet. Für den Frequenz teiler können Magnetkerne verwendet werden, die aus einem Werkstoff mit rechteckförmiger Hysteresis schleife bestehen.
Diese Kerne können nach einer bestimmten Anzahl quantisierter Impulse der Grund frequenz aus dem einen Magnetisierungszustand in den anderen umklappen und dabei einen Ausgangs impuls abgeben. Eine andere, besonders zweckmässige Möglichkeit zur technischen Realisierung eines Fre- quenzteilers besteht darin, dass ein Binärzähler mit veränderlicher Voreinstellung der Anfangsstellung ver wendet wird.
Der Zähler wird mit der Grundfrequenz weitergeschaltet, bis er die Endstellung erreicht, in der er einen Taktimpuls abgibt, der den Zählern für die zu zählenden Taktimpulse zugeführt wird und den Binärzähler wieder in die Anfangsstellung bringt. Diese Anfangsstellung kann bei jedem Impuls auf der Leitung 40 durch den Taktwähler derart geändert werden, dass die Anzahl der Impulse der Grund frequenz, nach denen der Binärzähler wieder in die Endstellung gelangt, jeweils um einen oder mehrere Impulse grösser wird. Die Zähler Z, Z1 bis Z3 und DZ können ebenfalls als Binärzähler ausgebildet sein.
Die bestimmten Stellungen, in denen die Zähler Z1 bis Z3 über den Taktwähler TW einen Taktwechsel herbeiführen sollen, können dann durch an die Zählerstufen angeschlossene Koinzidenzgatter fest gestellt werden. Entsprechende Gatter sind in die zu dem Ausgang A führenden Leitungen geschaltet, um bei den von der jeweiligen Beschleunigung ab hängigen Stellungen des Zählers DZ bzw. Z unter schiedliche Kriterien abgeben zu können.