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Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln der Pfeilhöhe von Flach stellen
an rollenden Eisenbahnrädern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf
Einrichtungen zum Ermitteln der Pfeilhöhe von Flachstellen an rollenden Eisenbahnrädern
aus der beim Befahren einer Meßstrecke durch ein Rad auftretenden Schienendurchbiegung.
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Als Flachstellen werden abgeschliffene Stellen im Laufkranz von Schienenfahrzeugrädern
bezeichnet, die beispielsweise beim Fahren mit angezogenen Bremsen entstanden sind.
Die maximale Abschleiftiefe, gerechnet von der ursprünglichen Oberfläche aus, wird
Pfeilhöhe der Flachstelle genannt.
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Während der Fahrt werden von Flachstellen bei jedem Abrollen des
betreffenden Radumfanges Stöße auf die Schiene ausgeübt. Außer einem Anteil bleibender
Verformung der Schiene werden durch die Stöße mechanische Schwingungen der Schiene
und der damit in Berührung stehenden bzw. daran befestigten Gleisteile ausgelöst.
Die dabei auftretenden Zug- und Druckspannungen im Schienenfuß bzw.
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Schienenkopf können bei Flachstellen mit einer Pfeilhöhe von etwa
2 mm die zulässigen Höchstspannungen des Schienenstahls-übersteigen und Schienenbrüche
unmittelbar hervorrufen oder durch teilweise Strukturzerstörung des Materials vorbereiten.
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Um Flachstellen an Rädern von Schienenfahrzeugen zu ermitteln, sind
am Gleis angeordnete Einrichtungen bekannt, die das für Flachstellen typische Schlaggeräusch,
das periodisch - jeweils nach Abrollen eines Radumfanges - auftritt, über einen
Schallempfänger, z. B. ein Mikrophon, aufnehmen und an eine Meldevorrichtung weitergeben.
Um bei anderen durch die Räder verursachten Fahrgeräuschen das Auslösen einer Falschmeldung
zu verhindern, ist vorgesehen, daß erst mehrere, z. B. drei aufeinanderfolgende
Schlaggeräusche eine Flachstellenmeldung auslösen. Außerdem wird durch Gleichrichter
und Differenzierglieder für die den Geräuschen entsprechenden Spannungen dafür gesorgt,
daß nur Impulse bestimmter und für Schlaggeräusche von Flachstellen typischer Form
die Meldevorrichtung betätigen können.
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Zum Auswerten von drei aufeinanderfolgenden akustischen Signalen
ist eine Einrichtung nötig, die auch auf das Schlaggeräusch einer Flachstelle anspricht,
deren Auftreffpunkt auf die Schienen von dem Schallempfänger noch einen Abstand
hat, der größer als der Umfang des betreffenden Rades ist.
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Dadurch ist bei Wagen mit geringem Achsabstand das Ermitteln und das
Kennzeichnen der Räder mit Flachstellen, z. B. mittels Farbspritzung oder Auszählung
der entsprechenden Achse, erschwert. Die Auswertung der durch die Flachstellen erzeugten
akustischen Signale kann ferner leicht zu Falschmeldungen führen, da diese Signale
von der Fahrgeschwindigkeit und vom Raddruck der Wagen sowie von der Schienenlagerung
abhängig sind.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß nicht die für die Auswirkungen
von Flachstellen charakteristischen Größen gemessen werden. Das Schienenmaterial
wird nämlich hauptsächlich durch die Grundschwingung der Schienenschwingungen beansprucht;
in den akustischen Signalen sind aber hauptsächlich die mehr zufälligen Schwingungsanteile
höherer Frequenzen enthalten. Ausgehend von dieser Erkenntnis ist versucht worden,
die beim Auftreffen von Flachstellen auf die Schienen tatsächlich auftretende Beanspruchung
des Schienenmaterials zu messen. Bekanntlich sind die auftretenden Zug- und Druckspannungen
von der Schienendurchbiegung abhängig. Die Beanspruchung kann daher durch Krümmungsmesser,
z. B. auf elektrischem Wege mittels Dehnungsmeßstreifen, gemessen werden. Ferner
ist es möglich, induktive, kapazitive oder pneumatische Geber zu verwenden, welche
die relative Auslenkung eines bestimmten Punktes der Schiene gegenüber Bezugspunkten
an der Schiene oder der Schienenlagerung messen. Verfahren und Einrichtungen zum
Ermitteln der Schienendurchbiegung an einer Meßstelle sind bekannt. An den Rädern
vorhandene Flachstellen werden jedoch nur in den seltensten Fällen an der Meßstelle
selbst oder so dicht in deren unmittelbarer Nähe auf die Schienen auftreffen, daß
die durch einen einzelnen Meßwertgeber gemessene Durchbiegung vom zufälligen Auftreffpunkt
der Flachstelle praktisch unabhängig ist und als Maß für die an diesem Punkt tatsächlich
erzeugte Schienendurch-
biegung verwendet werden kann. Es ist versucht
worden, diese Durchbiegung dadurch zu erfassen, daß innerhalb einer Meßstrecke,
deren Länge mindestens gleich dem Umfang des größten zu erfassen den Rades ist,
viele Meßwertgeber dicht nebeneinander angeordnet wurden. Trotz des großen Aufwandes
an Meßwertgebern befriedigten die Ergebnisse nicht. Beispielsweise war es nicht
möglich, beim gleichzeitigen Befahren der Meßstrecke durch mehrere Räder ein bestimmtes
Rad mit einer Flachstelle kritischer Pfeilhöhe zu ermitteln und eine vom Beladungszustand
des Wagens nicht oder nur wenig abhängige Anzeige zu erhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, die bei einem möglichst
geringen Aufwand an Meßwertgebern für die Schienendurchbiegung und an Auswertegeräten
für die Meßwerte die Ermittlung von Flachstellen kritischer Pfeilhöhe ermöglichen,
und zwar unabhängig vom zufälligen Beladungszustand bzw. Raddruck des Wagens, Auftreffpunkt
der Flachstelle und Zustand der Schienenlagerung.
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Ein Verfahren, mit dem diese Aufgabe gelöst werden kann, ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß für eine in gleich lange Abschnitte unterteilte Meßstrecke,
deren Länge um mindestens zwei Abschnitte größer als der Radumfang des größten zu
erfassenden Rades ist, die beim Befahren einzelner Abschnitte gemessene Schienendurchbiegung
als Raddruckmeßwert und der Mittelwert von Meßwerten für die Durchbiegung von Abschnitten,
die beiderseits eines nach der Raddruckmessung befahrenen Abschnittes liegen, als
Stoßmeßwert für einen in diesem Abschnitt durch eine Flachstelle möglichen Stoß
einem Auswertegerät zugeführt werden, das aus diesen beiden Werten eine Größe ableitet,
die als Maß für die Pfeilhöhe der Flachstelle dient.
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Beispielsweise ist es möglich, für mehrere Stufen des Raddruckes
zunächst experimentell die zugehögen Grenzwerte für die von einer Flachstelle kritischer
Pfeilhöhe erzeugten Stoßmeßwerte zu ermitteln. Aus den beim Befahren der Meßstrecke
durch ein Rad erzeugten Raddruckmeßwerten kann dann über einen Amplitudendiskriminator
eine Regelgröße abgeleitet werden, die in einem weiteren Amplitudendiskriminator
für die Stoßmeßwerte den zu dem Raddruckmeßwert zugehörigen Grenzwert einstellt,
bei dessen Überschreitung eine Flachstellenmeldung gegeben wird. Zum Einstellen
läßt sich beispielsweise eine entsprechende Vorspannung für einen die Überschreitung
der kritischen Pfeilhöhen kennzeichnenden Transistor anschalten. Bei Benutzung eines
Magnetkernes als Amplitudendiskriminator für den Stoßmeßwert kann der Schwellenwert
durch einen Vormagnetisierungsstrom eingestellt werden.
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Besonders zweckmäßig ist es, die als Maß für die Pfeilhöhe einer
Flachstelle dienende Größe dadurch zu ermitteln, daß der Stoßmeßwert quadriert und
das Quadrat durch den Raddruckmeßwert dividiert wird.
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Diesem Verfahrensschritt liegt folgende Überlegung zugrunde: Rollt
ein Rad mit einer Flachstelle über eine Schiene, so hat das Rad beim Abrollen der
Flachstelle das Bestreben, infolge der Schwerkraft zu fallen. Wegen der Massenträgheit
des Rades einschließlich eines Teiles der Achse und der Wagen-
federung kann sich
der Radmittelpunkt nicht beliebig schnell senken. Bei Fahrgeschwindigkeiten von
mehr als 20 krn/h hebt sich der Anfangspunkt der Flachstelle von der Schiene ab,
ehe der Endpunkt der Flachstelle auf die Schiene auftrifft und auf diese einen Stoß
ausübt. Die nach unten gerichtete Komponente des Stoßes ist dem Ausdruck l/g.r}
g j proportional, worin g einen dem Raddruck proportionalen Meßwert und >j die
Pfeilhöhe der Flachstelle bedeuten. Die Schienendurchbiegung 8 an der Auftreffstelle
ist in erster Annäherung dieser Komponente proportional, so daß sich die Beziehung
ergibt: 82 ~ C . g /.
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In der Konstanten c sind die Einflüsse der Radmasse, des Raddurchmessers,
der Fahrgeschwindigkeit, der Federung des Wagens und der Eigenschaften der Schiene
einschließlich Bettung eingeschlossen. Die Konstante ist im Bereich von 20 km/h
bis über 100 km/Ii praktisch unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Für einen der
Schienendurchbiegung nach erfolgtem Stoß proportionalen Stoßmeßwert s ergibt sich
aus der vorstehenden Beziehung die Gleichung
worin die Konstante k von der Konstanten c und der Empfindlichkeit der Einrichtung
zum Messen der Schienendurchbiegung abhängig ist. Hieraus folgt, daß aus dem Raddruckmeßwert
g und dem Stoßmeßwert s durch Quadrieren des Stoßmeßwertes s und Dividieren des
Quadrates durch den Raddruckmeßwert eine der Pfeilhöhe etwa proportionale Größe
abgeleitet werden kann, die von der zufälligen Beladung des Wagens unabhängig ist.
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Für Räder mit anderen Massen und Abmessungen und bei anderen Federungseigenschaften
des Wagens ändert sich die Konstante k etwas. Es ist jedoch möglich, beim Auswerten
der aus Stoßmeßwert und Raddruckmeßwert abgeleiteten Größe stets diejenige Konstante
zu berücksichtigen, die für Güterwagen mit den häufigsten Werten von Radmasse, Raddurchmesser
und Federung gilt. Dann wird zwar für andere Räder eine nicht genau der tatsächlichen
Pfeilhöhe a1 entsprechende Größe ermittelt und ausgewertet; bei Festlegung eines
oberen Grenzwertes der Vergleichsgröße für die am häufigsten vorkommenden Räder
wird aber erreicht, daß eine Flachstelle stets bei Überschreiten der gleichen Schienendurchbiegung
angezeigt wird, worin ja die wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht.
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Da bei der vorstehenden Gleichung für die Pfeilhöhe im Nenner des
Quotienten der Raddruck g steht und der Raddruck bei Güterwagen je nach Beladung
im Verhältnis 5 :1 schwanken kann, muß auf große Genauigkeit der Raddruckmessung
Wert gelegt werden. Hierfür besonders gut geeignet sind Schaltungen mit Dehnungsmeßstreifen,
wie sie bei Wiegeeinrichtungen für Schienenfahrzeuge verwendet werden und z. B.
in der deutschen Auslegeschrift 1133 141 beschrieben sind.
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Die Schienendurchbiegung unter Einwirkung eines Flachstellenstoßes,
also der Stoßmeßwert, kann in ähnlicher Weise ermittelt werden. Wegen des zufälligen
Auftreffortes von Flachstellen innerhalb der Abschnitte der Meßstrecke wird der
Stoßmeßwert
jedoch nicht aus den Meßwerten von Gebern abgeleitet,
die in dem jeweils befahrenen Abschnitt angeordnet sind. Vielmehr wird erfindungsgemäß
als Stoßmeßwert der Mittelwert von Meßwerten für die Durchbiegung von Abschnitten
verwendet, die beiderseits des jeweils befahrenen Abschnittes liegen. Ist das Gleis
auf Schwellen gelagert, so kann bei der üblichen Schwellenteilung je ein Schwellenfach
als Abschnitt der Meßstrecke verwendet werden. Dann liegen zwischen den Abschnitten,
aus deren Durchbiegung die Stoßmeßwerte abgeleitet werden, zwei Schwellen. Hierdurch
sind die Stoßmeßwerte auch bei Änderung der Gleislagerung, z. B. durch hohlliegende
Schwellen, vom zufälligen Ort des Auftreffens der Flachstelle im befahrenen Schwellenfach
und von Zufälligkeiten der Kraftverteilung auf die benachbarten Schwellen praktisch
unabhängig.
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Um sicher zu sein, daß ein unverfälschter Raddruckmeßwert gebildet
wird, ist es besonders günstig, den Raddruck kurz vor dem in der Meßstrecke erfolgenden
Auftreffen einer Flachstelle zu messen.
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Dies ist dann gewährleistet, wenn der Raddruckmeßwert jeweils beim
Befahren eines Abschnittes ermittelt wird, der unmittelbar vor demjenigen Abschnitt
liegt, bei dessen Befahren der zugehörige Stoßmeßwert gebildet wird. Der Abstand
des für die Raddruckmessung verwendeten Gebers von dem in Fahrtrichtung gesehenen
Ende des Abschnittes, bei dessen Befahren der zugehörige Stoßmeßwert gebildet wird,
sollte auf jeden Fall kleiner sein als der halbe Umfang des kleinsten zu erfassenden
Rades.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung sowie Einrichtungen zu seiner Durchführung
sind nachstehend an Hand der in Fig. 1 bis 4 der Zeichnung dargestellten Beispiele
erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Meßstrecke mit von den Rädern betätigten Schienenkontakten
sowie von der Schienendurchbiegung betätigten Meßwertgebern und eine Prinzipschaltung
der von diesen Einrichtungen gesteuerten Geräte; Fig. 2 zeigt nähere Einzelheiten
eines von den Schienenkontakten gesteuerten Radortungsgerätes, von Auswertegeräten
für die Meßwerte und eines Meldegerätes für Flachstellen kritischer Pfeilhöhe; F
i g. 3 zeigt nähere Einzelheiten eines Zusatzgerätes, das bei Schienenschwingungen,
die durch Flachstellen von außerhalb der Meßstrecke befindlichen Rädern erzeugt
werden, durch vorübergehendes Sperren der Auswertegeräte das Auslösen von Falschmeldungen
für die in der Meßstrecke befindlichen Räder verhindert; Fig. 4 zeigt eine Schaltung
für eine in dem Zusatzgerät gesehene monostabile Kippstufe, die auf die Schienenschwingungen
anspricht.
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Für Räder, die gemäß F i g. 1 von links nach rechts über die Schiene
H rollen und unterschiedliche Durchmesser und Achsabstände haben, soll das Überschreiten
einer kritischen Pfeilhöhe von Flachstellen gemeldet werden. Die eigentliche Meßstrecke
umfaßt sieben Abschnitte, die bei der angenommenen Lagerung der Schiene auf Schwellen
etwa den Schwellenfächern 1 bis 7 entsprechen. Die einzelnen Schwellen sind durch
Dreiecke mit nach oben zeigender Spitze angedeutet. In jedem dieser Schwellenfächer
sind ein von der Schienendurchbiegung beeinflußter Meßwertgeber G 1 bis G 7 und
eine von den Rädern betätigte Gleisvorrichtung K 1 bis K7, z. B. je ein Schienenkontakt,
angeordnet. Ein weiterer
Schienenkontakt Ka befindet sich in dem unmittelbar vor
der Meßstrecke liegenden Schwellenfach a.
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Die Länge der Meßstrecke und die Anordnung der Geber sind so gewählt,
daß die Entfernung zwischen dem Anfang (linke Seite) desjenigen Abschnittes, der
den Geber G2 enthält, und dem Ende (rechte Seite) des Abschnittes, der den Geber
G6 enthält, mindestens gleich dem Radumfang des größten auf Flachstellen zu prüfenden
Rades ist.
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Je nach Art der von der Schienendurchbiegung beeinflußten Elemente
in den Gebern können die der Schienendurchbiegung entsprechende Meßwerte entweder
direkt von diesen Elementen bzw. einer Kombination dieser Elemente abgegeben werden,
z. B. von Brückenschaltungen mit mehreren Dehnungsmeßstreifen, oder sie werden erst
von den Gebern nachgeschalteten Meßverstärkern und zusätzlichen elektronischen Baugruppen
gebildet, wie sie in der erwähnten deutschen Auslegeschrift 1 133 141 beschrieben
sind. Diese Meßverstärker und elektronischen Baugruppen können entweder in den schematisch
dargestellten Gebern an der Meßstrecke oder auch in den Auswertegeräten angeordnet
sein. Für den folgenden Beschreibungsteil ist angenommen, daß diese Einrichtungen
in den Gebern an der Meßstrecke enthalten sind. Ferner ist angenommen, daß die Meßwerte
derselben Geber zum Ermitteln sowohl des Raddruckmeßwertes als auch des Stoßmeßwertes
verwendet werden. Es ist aber ohne weiteres möglich, hierfür gesonderte Geber und
Verbindungsleitungen mit den Auswertegeräten vorzusehen.
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Die Schienenkontakte Ka und K1 bis K 7 sind über die zu einer Sammelleitung
LK zusammengefaßten Leitungen LKa und LK1 bis LK7 mit dem Radortungsgerät 0 verbunden.
Die Meßwertgeber G1 bis G 5 sind über die Leitungen LOG 1 bis LOG 5 mit einem der
fünf Auswertegeräte A 1 bis A 5 verbunden. An die Leitungen LOG 1 bis LOG 5 sowie
an die von den Gebern G6 und G7 kommenden Leitungen LOG 6 und LOG 7 sind außerdem
die Geräte B 1 bis B 5 angeschlossen. Diese Geräte bilden den Mittelwert der von
den angeschlossenen Gebern gleichzeitig abgegebenen Meßwerte und geben das Ergebnis,
den sogenannten Stoßmeßwert, über die Leitungen LB 1 bis LB5 5 an die Auswertegeräte
A 1 bis A 5 weiter.
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Das Radortungsgerät 0 bewirkt über die Sammelleitungen LO 1 bis L05,
daß die von den Gebern G1 bis G5 und die von den Geräten B1 bis B5 beim Befahren
bestimmter Schwellenfächer abgegebenen Raddruck- bzw. Stoßmeßwerte zunächst in hierfür
in den Auswertegeräten A 1 bis A5 vorgesehene Speicher übertragen werden. Anschließend
löst das Ortungsgerät die Auswertung der gespeicherten Werte durch einen in jedem
Auswertegerät vorgesehenen Diskriminator aus. Überschreitet das Auswerteergebnis
einen eingestellten Grenzwert, so wird über die zugehörige Leitung LA 1 bis LA 5
eine »Ja«-Information an das Meldegerät M gegeben, in welchem jedem Auswertegerät
ein Speicher zugeordnet ist. Das Radortungsgerät 0 bewirkt über die zu einer Sammelleitung
LM zusammengefaßten Leitungen LM1 bis LM5, daß diese gespeicherte Information entsprechend
dem Weiterrollen des betreffenden Rades in dem Meldegerät M von Speicher zu Speicher
weitergeschaltet wird. Verläßt das Rad die Meßstrecke, so wird durch diese Information
in Verbindung mit einer vom Radortungsgerät gegebenen
Information
eine optische oder akustische Meldung »Flachstelle« ausgelöst und außerdem die betreffende
Fahrzeugachse gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung kann in bekannter Weise durch
Anspritzen des betreffenden Fahrzeugrades oder mit Achszählern erfolgen. Da in einem
Zuge mehrere Räder mit Flachstellen vorhanden sein können, ist es zweckmäßig, mehrere
derartige Achszähler vorzusehen.
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Das Zusatzgerät T prüft, ob die Beeinflussung der Geber durch in
der Meßstrecke befindliche Räder oder durch fortschreitende Biegeschwingungen der
Schiene erfolgt, die durch Flachstellen von vor oder hinter der Meßstrecke befindlichen
Rädern erzeugt worden sind. Diese Schwingungen haben eine Ausbreitungsgeschwindigkeit
von etwa 1000 als. Zum Feststellen derartiger Schwingungen ist das Gerät T über
die Leitung LGb mit den Gebern Gbl und Gb 2 in den um zwei Schwellenfächer vor dem
ersten Geber G 1 bzw. hinter dem letzten Geber G 7 der Meßstrecke liegenden Schwellenfächern
bl und b 2 sowie ferner über die Sammelleitung LG mit den von den Gebern G2 bis
G 6 kommenden Leitungen LOG 2 bis LOG 6 verbunden. Über die SammelleitungL meldet
das Ortungsgerät dem Zusatzgerät T, wann sich ein Rad in den Schwellenfächern 2
bis 6 befindet. Gibt zu diesen Zeiten der Geber Gbl bzw.
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Gab 2 früher einen sprunghaft geänderten Meßimpuls ab als der Geber
in dem von dem Rad befahrenen Schwellenfach, so kann dieser Impuls nur durch eine
fortschreitende Biegeschwingung der Schiene ausgelöst worden sein, die von einer
Flachstelle an einem vor bzw. hinter der Meßstrecke befindlichen Rad erzeugt worden
ist. Das Zusatzgerät T sperrt dann über die Leitung LT die Eingabe der in den Geräten
B1 bis B5 gebildeten Stoßmeßwerte in die an die Leitungen LB 1 bis LB 5 angeschlossenen
Speicher der Auswertegeräte A 1 bis A 5 für eine vorgegebene Zeit, in der die Schwingungen
erfahrungsgemäß abgeklungen sind.
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In F i g. 2 und 3 sind die der Schaltung nach Fig. 1 entsprechenden
Teile mit denselben Bezugszeichen versehen; bistabile oder monostabile Schalter
sind schematisch durch Quadrate dargestellt. Der schraffierte Teil dieser Schaltersymbole
zeigt an, daß von diesem Schalterteil Steuerpotential abgegeben wird; vom anderen
Schalterteil wird Sperrpotential an die nachgeschalteten Einrichtungen abgegeben.
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Diese Schalter, die aus Relais oder entsprechend wirkenden Schaltungen
mit elektronischen Bauelementen bestehen können, sind in bekannter Weise so aufgebaut,
z. B. durch vorgeschaltete Differenzierglieder, daß nur die ansteigende Flanke von
Steuerspannungen und nicht die weiterhin anliegenden statischen Spannungen steuerwirksam
sind.
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Das Radortungsgerät 0 umfaßt die Baugruppen 01 bis 07, von denen
die Baugruppen 02 bis OS bzw. 0 6 und 0 7 gleichartig aufgebaut sind. Zu jeder Baugruppe
01 bis 05 gehören zwei bistabile Schalter P und Q. Zu den Baugruppen 02 bis 05 gehört
außerdem je ein monostabiler Schalter R, während zu den Baugruppen 06 und 07 nur
je ein monostabiler Schalter R gehört.
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Die Auswertegeräte A 1 bis A s umfassen einheitlich vier Speicher
GS1, GS2, SS1 und SS2, z.B.
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Kondensatoren, sowie einen Diskriminator C. Die Speicher GS1 und GS2
bzw. SS1 und SS2 werden, wie weiter unten erläutert ist, wechselweise wirksam geschaltet.
Die Speicher GES 1 und GS2 sind für die
Raddruckmeßwerteg vorgesehen, die von je
einem der Geber G 1 bis G 5 über die Leitungen LG 1 bis LOG 5 beim Befahren des
betreffenden Schwellenfaches abgegeben werden. Daher sind diese Speicher nachstehend
als Raddruckspeicher bezeichnet. Die Speicher SS 1 und SS2 sind für die von den
Geräten1 bis B 5 über die Leitungen LB 1 bis LB 5 abgegebenen Stoßmeßwerte s vorgesehen
und daher nachstehend als Stoßspeicher bezeichnet. Die Stoßmeßwerte werden aus den
Meßwerten gebildet, die von demselben in einem bestimmten Schwellenfach angeordneten
Geber, der auch die Speicher GS 1 und GS2 des betreffenden Auswertegerätes steuert,
und von dem Geber im übernächsten Schwellenfach gleichzeitig al> gegeben werden.
Es werden nur die während des Befahrens des zwischen diesen Fächern liegenden mittleren
Schwellenfaches gebildeten Stoßmeßwerte in einen der Stoßspeicher gegeben. Nach
Ausfahrt des Rades aus dem mittleren Schwellenfach werden jeweils die in den Speichern
GS1 und SS1 bzw. GS2 und Sps 2 enthaltenen Werte g und s an den Diskriminator C
des betreffenden Auswertegerätes gegeben.
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Im Diskriminator wird gemäß der oben erläuterten Beziehung zwischen
Stoßmeßwert s, Raddruckmeßwert und der Pfeilhöhe g in bekannter Weise, z. B. durch
eine Schaltungsanordnung mit zwei Halls2 generatoren, der Quotient g gebildet und
mit einem eingestellten Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten,
so gibt das betreffende Auswertegerät über die zugehörige Leitung LA 1 bis LA 5
eine »Ja«-Information an das Meldegerät M.
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Die Verwendung von zwei gleichen Speichern GS1 und GS2 bzw. SS1 und
SS2 je Meßgerät ist zweckmäßig, um auch für Räder, die mit geringem Abstand aufeinanderfolgen,
die zugehörigen Raddruck-und Stoßmeßwerte speichern und auswerten zu können. Beispielsweise
werden im Auswertegerät A 1 die vom Geber G 1 (Fig. 1) beim Befahren des Schwellenfaches
1 abgegebenen Raddruckmeßwerte und diejenigen Stoßmeßwerte gespeichert, die aus
dem Mittelwert der von den Gebern G1 und G 3 beim Befahren des Schwellenfaches 2
gleichzeitig abgegebenen Meßwerte gebildet werden. Die anschließende Auswertung
der gespeicherten Werte erfordert eine gewisse Zeit, während der das betreffende
Rad das Schwellenfach 3 befährt. Gehört das Rad zu der ersten Achse eines Fahrzeuges
mit Drehgestellen und einem Achsabstand bis herab zu 1,5 m, so kann zu dieser Zeit
bei der üblichen Schwellenfachlänge von 0,65 m das entsprechende Rad der zweiten
Achse bereits das Schwellenfach 1 befahren. Damit die hierbei und bei Weiterfahrt
des zweiten Rades von den Gebern G 1 und G 3 abgegebenen Meßwerte ordnungsgemäß
gespeichert und ausgewertet werden können, ohne die für das erste Rad gespeicherten
Werte unter Umständen vorzeitig löschen zu müssen, sind zwei Raddruck- und zwei
Stoßspeicher vorgesehen, die wechselweise wirksam geschaltet werden.
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Das Meldegerät M umfaßt die Speicher D1 bis D 5 für die von den Diskriminatoren
C der Auswertegerätes1 bis A5 abgegebenen »Ja«-Informationen, eine Anzeigeeinrichtung
E zum Melden von Flachstellen und eine Achszähleinrichtung F, die beim Melden einer
Flachstelle angeschaltet wird, wenn das betreffende Rad die Meßstrecke verläßt.
Die Achszähleinrichtung zählt dann diese Achse und die restlichen Achsen bis zum
Ende des Zuges.
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Von dem Zusatzgerät T ist in Fig.2 nur ein monostabiler Schalter
Z dargestellt. Der Schalter Z gibt in der dargestellten Lage über die Leitung LT
Öffnungspotential an die Speicher der Auswertegeräte. Der Gesamtaufbau und die Wirkungsweise
dieses Gerätes beim Auftreten von Biegeschwingungen sind weiter unten an Hand von
Fig.3 beschrieben.
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Nachstehend ist angenommen, daß ein erstes Rad ohne Flachstelle die
Meßstrecke befahren hat und ein zweites Rad mit einem relativ kleinen Durchmesser
über die Schiene H rollt, wobei eine an diesem Rad vorhandene Flachstelle großer
Pfeilhöhe in den Schwellenfächern 2 und 6 einen Stoß auf die Schiene ausübt. Der
vor dem Befahren der Meßstrecke durch das zweite Rad betätigte Schienenkontakt Ka
steuert über die LeitungLKa den bistabilen Schalter P der Baugruppe 01 in die andere
Lage. Hierdurch wechselt das Pote.ntial auf den Leitungen LQ 11 und LO 12 der SammelleitungLO1.
Beim Anstieg des Steuerpotentials auf der Leitung LO 11 wird der in dem ersten Raddruckspeicher
GS1 des Auswertegerätes A 1 für das erste Rad gespeicherte Meßwert durch eine Löschschaltung
gelöscht. Anschließend wird der Einstelleingang dieses Speichers, an dem bereits
über die Leitung Lö 13 Öffnungspotential anliegt, für die vom Geber G 1 über die
Leitung LG 1 abgegebenen Raddruckmeßwerte geöffnet. Beim Betätigen des SchienenkontaktesK1
(Fig. 1) durch das zweite Rad wird über die Leitung LK1 der bistabile Schalter P
der Baugruppe 01 in die dargestellte Lage zurückgeschaltet und der Schalter P der
Baugruppe 02 in die der Zeichnung entgegengesetzten Lage ge schaltet. Hierdurch
wird über die LeitungL011 der Einstelleingang des Speichers GS1 gesperrt. Über die
Leitung Lö 12 wird der im ersten Stoßspeicher SS 1 des Auswertegerätes A 1 für das
erste Rad gespeicherte Stoßmeßwert gelöscht und anschließend der Einstelleingang
dieses Speichers, an dem über die Leitungen Lö 13 und LT bereits Öffnungspotential
anliegt, für die vom Gerät B 1 über die Leitung LB 1 abgegebenen Stoßmeßwerte geöffnet.
Außerdem wird mit dem Schalter P der Baugruppe 02 über der Sammelleitung Lö 2 der
im ersten Raddruckspeicher des Auswertegerätes A 2 gespeicherte Raddruckmeßwert
gelöscht und der Eingang dieses Speichers für die vom Geber G 2 über die Leitung
LG 2 abgegebenen Raddruckmeßwerte geöffnet. Beim Betätigen des SchienenkontaktesK2
über die Leitung LK2 wird der Schalter P der Baugruppe 0 2 zurückgeschaltet und
der Schalter P der Baugruppe 03 in die andere Lage geschaltet. Dabei ergeben sich
in den Auswertegeräten A 2 und A 3 Steuervorgänge, wie sie für das Auswertegerät
A 1 bereits beschrieben wurden. Ferner wird in derBaugruppe 02 der monostabileSchalter
R in die nichtstabile Lage geschaltet, aus der er nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit
selbsttätig in die dargestellte Lage zurückkehrt. Dabei steuert er den bistabilen
Schalter Q der Baugruppe 01 in die andere Lage. Hierdurch wird über die Leitung
Lö 13 der Einstelleingang des ersten Stoßspeichers SS 1 des Auswertegerätes A 1
gesperrt.
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Der Einstelleingang dieses Stoßspeichers wird also um die Verzögerungszeit
des monostabilen Schalters R später gesperrt, als der Einstelleingang des entsprechenden
Stoßspeichers des Auswertegerätes A 2 geöffnet worden ist. Hierdurch wird erreicht,
daß ein unter Umständen erst kurz vor dem Betätigen des
Schienenkontaktes K 2 von
einer Flachstelle ausgeübter Stoß, der eine Schienendurchbiegung einleitet, vom
Stoßspeicher SS 1 des Auswertegerätes A 1 noch voll erfaßt wird, auch wenn das einige
Millisekunden später auftretende Maximum der Durchbiegung erst nach dem Betätigen
des Schienenkontaktes auftritt.
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Es ist daher ohne Bedeutung, ob der erste Stoßspeicher des Auswertegerätes
A 2 auf die volle Größe des aus den Meßwerten der Geber G2 und G 4 vom Gerät B2
abgeleiteten Stoßmeßwertes oder infolge der durch die Speicherschaltung bedingten
Zeitkonstanten nur auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
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Der in die andere Lage umgestellte Schalter Q der Baugruppe 01 gibt
jetzt über die Leitung L0 14 Öffnungspotential an den zweiten Raddruckspeicher GS2
und den zweiten Stoßspeicher SS2 des Auswertegerätes A 1. Der zweite Raddruckspeicher
GS2 bleibt jedoch gesperrt, da er über die Leitung Lö 11 Sperrpotential erhält.
Der Einstelleingang des zweiten Stoßspeichers SS2 wird zwar durch die Offnungspotentiale
auf den Leitungen Lö 12, L014 und LT geöffnet, die in diesen Speicher beim Weiterrollen
des zweiten Rades gegebenen Stoßmeßwerte werden jedoch nicht ausgewertet, sondern
bei Bereitschaltung dieses Speichers für das folgende Rad gelöscht.
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Der in die andere Lage umgestellte Schalter Q der Baugruppe 01 löst
außerdem durch das auf die Leitung Lö 14 gegebene Potential im Diskriminator C des
Auswertegerätes A 1 die Auswertung der für das zweite Rad in die Speicher GS1 und
SSl übertragenen Raddruck- und Stoßmeßwerte aus. Da angenommen wurde, daß das zweite
Rad im Schwellenfach 2 durch eine Flachstelle großer Pfeilhöhe einen Stoß ausgeübt
hat, gibt der Diskriminator eine »Ja«-Information über die Leitung LA 1 an den Speicher
D 1 des Meldegerätes M.
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Die beim Weiterrollen des Rades über die Schwellenfächer 3 bis 7
durch die Schienenkontakte im OrtungsgerätO und von diesem in den Auswerts geräten
A 2 bis A 5 ausgelösten Vorgänge laufen in entsprechender Weise ab. Außerdem wirkt
dann aber das Ortungsgerät über die LeitungenLM1 bis LM5 auf das Meldegerät M ein.
Beispielsweise bewirkt der monostabile Schalter R der Baugruppe03 beim selbsttätigen
Zurückschalten über die Leitung LM 1, daß die im Speicher D 1 des Meldegerätes M
gespeicherte »Ja« -Information in den Speicher D 2 übertragen und im Speichers1
gelöscht wird. Auf diese Weise gelangt diese Information nach dem Betätigen des
Schienenkontaktes K 6 beim Zurückschalten des monostabilen Schalters R der Baugruppe
06 aus dem Speichers4 in den Speicher D 5. Da angenommen wurde, daß die Flachstelle
des über die Meßstrecke rollenden zweiten Rades im Schwellenfach 6 erneut einen
Stoß auf die Schiene ausübt, gibt der Diskriminator des Auswertegerätes A 5 nach
dem Betätigen des Schienenkontaktes K6 um die Auswertezeit verzögert ebenfalls eine
»Ja«-Information an den Speicher D 5. Da in diesem vorher bereits eine »Ja«-Information
gespeichert wurde, bleibt diese zweite Information wirkungslos. Nach dem Zurückschalten
des vom Schienenkontakt K7 über die Leitung LK7 betätigten monostabilen Schalters
R der Baugruppe 07 wird die gespeicherte Information aus dem Speichers5 in das Anzeigegerät
E übertragen und außerdem der Achszähler F angeschaltet. Dieser Achszähler wird
hierdurch in bekannter Weise um einen Schritt aus der Grundstellung weitergeschaltet.
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Bei jedem weiteren Rad, das den Kontakts7 betätigt, erhält er erneut
einen Weiterschaltimpuls. Auf diese Weise zählt der Achszähler die Achse für das
Rad mit der Flachstelle und alle folgenden Achsen bis zum Ende des betreffenden
Zuges.
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Befährt das folgende Rad die Meßstrecke, so werden die vom Geber
G 1 beim Befahren des Schwellenfaches 1 abgegebenen Raddruckmeßwerte in den Raddruckspeicher
GS2 und die Stoßmeßwerte, die vom Gerät B1 aus den Mittelwerten der von den Gebern
G1 und G3 beim Befahren des Schwellenfaches 2 abgegebenen Meßwerten gebildet werden,
in den Stoßspeicher 552 des Auswertegerätes A 1 gegeben.
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Wird dabei auch an diesem Rad eine Flachstelle zu großer Pfeilhöhe
festgestellt, so erfolgt wiederum die Eingabe einer »Ja«-Information in den Speicher
D 1.
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Nach Weitergabe dieser Information über die Speicher D 2 bis D 5 an
das AnzeigegerätE wird dann ein zweiter nicht dargestellter Achszähler angeschaltet.
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Das in Fig.3 schematisch dargestellte Zusatzgerät T enthält außer
dem bereits erwähnten monostabilen Schalter Z noch einen weiteren monostabilen Schalter
U, ein Mischgatter Y und so viel Baugruppen T1 bis T5, wie Auswertegeräte in der
Schaltung nach Fig.2 vorgesehen sind. Zu jeder Baugruppe gehört ein monostabiler
Schalter V, ein bistabiler Schalter W und ein KoinzidenzgatterX. Der monostabile
Schalter U wird über die Leitung LGb von den Gebern Gbl und Gab 2 (Fig. 1) jeweils
dann in die nichtstabile Lage gesteuert, wenn diese Geber infolge eines in dem betreffenden
Schwellenfach durch eine Flachstelle ausgeübten Stoßes oder infolge Ausbreitung
einer fortscheitenden Biegeschwingung einen sprunghaft ansteigenden Meßwert positiver
oder negativer Meßrichtung abgeben. Eine Schaltung für einen solchen Schalter ist
in Fig. 4 dargestellt und weiter unten beschrieben. Die monostabilen Schalter V
der Baugruppen T1 bis T5 werden über die Leitungen LG 2 bis LOG 6 der Sammelleitung
LG von den Gebern G 2 bis G 6 im zweiten bis vorletzten Schwellenfach der Meßstrecke
gesteuert. Diese Schalter V werden jeweils dann in die nichtstabile Lage geschaltet,
wenn der zugehörige Geber einen sprunghaft ansteigenden Meßwert abgibt. Die bistabilen
Schalter W der Baugruppen T1 bis T5 werden über die Leitungen L 11 und L12 bis L
51 und L 52 der Sammelleitung L vom Radortungsgerät O nacheinander und etwa synchron
mit dem Befahren zuge ordneter Schwellenfächer der Meßstrecke gesteuert, z. B. der
Schalter W der Baugruppe T 1 beim Befahren des Schwellenfaches 2. Dieser bleibt
dabei jeweils so lange in der einen stabilen Lage (entgegengesetzt der in Fig.3
dargestellten Lage), wie das Schwellenfach 2 befahren wird. Wie bereits an Hand
von Fig.2 beschrieben wurde, ist während dieser Zeit der Speichereingang eines der
beiden Stoßspeicher des Auswertegerätes A 1 geöffnet, nämlich jeweils vom Zurückschalten
des bistabilen Schalters P bis zum Lagewechsel des bistabilen Schalters Q der Baugruppe
01. Synchron mit dieser Öffnungszeit wird im Zusatzgerät T der bistabile Schalter
W der Baugruppe T 1 beim Zurückschalten des Schalters P über die Leitung11 aus der
dargestellten Lage in die andere Lage und beim Lagewechsel des Schalters Q über
die Leitung L 12 in die dargestellte Lage zurückgeschaltet.
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Es sei wiederum angenommen, daß das erste die Meßstrecke befahrende
Rad keine Flachstelle, da-
gegen das zweite Rad eine Flachstelle hat. Befindet sich
das erste Rad im Schwellenfach 2, so kann das zweite Rad je nach Achsabstand sich
im Schwellenfach a oder b 1 oder einem links davon liegenden Schwellenfach befinden.
Eine von der Flachstelle des zweiten Rades verursachte fortschreitende Biegeschwingung
löst dann zunächst in dem GeberGbl und erst danach im Geber G2 einen impulsförmigen
Meßwert aus, da der Geber Gb 1 näher bei dem vom zweiten Rad befahrenen Schwellenfach
angeordnet ist als der Geber G 2. Daher wird zunächst der monostabile Schalter U
in die nichtstabile Lage geschaltet.
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Das Koinzidenzgatter X erhält dann über die Leitung Lu an seinem rechten
Eingang Öffnungspotential. Da der monostabile Schalter V der Baugruppe T 1 zunächst
noch die dargestellte Lage einnimmt und der bistabile Schalter W kurz vor dem Befahren
des Schwellenfaches 2 beim Betätigen des Schienenkontaktes K1 in die andere Lage
umgeschaltet worden ist, liegt auch an den beiden anderen Eingängen des Koinzidenzgatters
X Offnungspotential. Das Koinzidenzgatter wird daher vorübergehend geöffnet und
schaltet über das Mischgatter Y den monostabilen Schalter Z in die andere Lage,
bei der dieser Schalter über die Leitung LT Sperppotential an alle Stoßspeicher
gibt. Der Eingang des Stoßspeichers des Auswertegerätes A 1, der beim Befahren des
Schwellenfaches 2 durch das erste Rad geöffnet worden ist, wird also gesperrt, so
daß kein Stoßmeßwert gespeichert wird, der durch die nach rechts fortschreitende
Biegeschwingung verfälscht sein kann. Diese Sperrung bleibt bis zum verzögerten
Zurückschalten des monostabilen Schalters Z in die dargestellte Lage bestehen. Die
Verzögerungszeit wird zweckmäßigerweise mindestens so groß bemessen, daß die Biegeschwingung
inzwischen die Meßstrecke durchlaufen hat und abgeklungen ist.
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Das Zusatzgerät T arbeitet in gleicher Weise, wenn beim Befahren
der Meßstrecke durch ein Rad ein vorausfahrendes Rad in einem rechts von der Meß
strecke liegenden Schwellenfach eine fortschreitende Biegeschwingung auslöst. Dann
gibt der Geber Gb 2 im Schwellenfach b 2 früher einen impulsförmigen Meßwert ab
als der Geber in dem befahrenen Schwellenfach der Meßstrecke, so daß auch in diesem
Fall die Eingabe von Stoßwerten in die Stoßspeicher gesperrt wird.
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Erfolgt der Flachstellenstoß in einem Schwellenfach der Meßstrecke,
z. B. im Schwellenfach 2, so löst der Stoß im Geber G 2 dieses Schwellenfaches früher
einen impulsförmigen Meßwert aus als die sich nach beiden Seiten ausbreitende Biegeschwingung
der Schiene in den Gebern Gb 1 und Gb 2. Dann wird der monostabile Schalter V der
Baugruppe T 1 früher als der monostabile Schalter U in die nichtstabile Lage geschaltet,
bei der er das Koinzidenzgatter X sperrt. Der mono stabile Schalter Z verbleibt
daher in der dargestellten Lage, bei der er Öffnungspotential an die Stoßspeicher
gibt. Die dem Stoß entsprechenden Stoßmeßwerte, die aus den Meßwerten der Geber
G 1 und G 3 gebildet werden, können daher ordnungsgemäß gespeichert und ausgewertet
werden.
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Lediglich beim gleichzeitigen Befahren der Meßstrecke durch die beiden
Räder eines Drehgestells mit geringem Achsabstand, von denen nur eines eine Flachstelle
hat, kann noch eine Falschmeldung ausgelöst werden. Befindet sich beispielsweise
das zweite
Rad mit der Flachstelle im Schwellenfach2, so befindet
sich das erste Rad ohne Flachstelle z. B. in dem Schwellenfach 4 oder 5. Dabei ist
außer im Auswertegerät A 1 auch im Auswertegerät A 4 oder A 5 der Einstelleingang
eines Stoß speichers geöffnet. Daher können die von der Biegeschwingung in den Gebern
G3 und G5 bzw. G4 und G6 ausgelösten Meßwerte die dem ersten Rad entsprechenden
Meßwerte verfälschen, so daß auch für das erste Rad eine Meldung »Flachstelle« ausgelöst
wird. Diese Verfälschung kann jedoch nur bei Drehgestellen mit sehr kleinem Achsabstand
auftreten. Da das betreffende Fahrzeug wegen der an dem einen Rad vorhandenen Flachstelle
ohnehin aus dem Verkehr gezogen wird, entsteht hierdurch kein Schaden.
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Die in Fig.4 dargestellte Schaltung für den in F i g. 3 nur symbolisch
dargestellten Schalter U arbeitet in folgender Weise: Die Widerstände R 1 bis R
8 sind so bemessen, daß im stabilen Zustand der Schaltung der Transistor Trl stromführend
und der Transistor Tr 2 gesperrt ist.
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Wird der Basis des Transistors Trl über die LeitungLGb, den Kondensator
C 1 und die Dioden1 ein positiver Spannungsimpuls zugeführt, so wird der Transistor
Tr 1 gesperrt. Hierdurch sinkt die über den Spannungsteiler R 7, R 8 an der Basis
des Transistors Tor 2 liegende Spannung auf einen stärker negativen Wert als vorher,
wodurch dieser Transistor stromführend wird. Wegen des jetzt an den Widerständen5
und R6 6 auftretenden Spannungsabfalls gelangt über die Leitung Lu Öffnungspotential
an den rechten Eingang des Koinzidenzgatters X (Fig. 3).
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Durch den Spannungsabfall am Widerstand R 5 gelangt über den Kondensator
C2 ein positiver Spannungsimpuls an die Basis des Transistors Trl, wodurch dieser
noch bis nach dem Abklingen des positiven Spannungsimpulses auf der Leitung LGb
gesperrt bleibt. Das Zurückschalten der Schaltung in den stabilen Zustand erfolgt
nach einer Zeit, die von der durch den Kondensator C2 und den Widerstand R 1 bestimmten
Zeitkonstanten abhängig ist. Der Kondensator C 3 dient zur Erhöhung der Flankensteilheit
beim Kippen des Schalters U in die jeweils entgegengesetzte Lage. Hierdurch kann
der Kondensator C4, der die Emitterspannung der beiden Transistoren während des
Kippens stabilisiert, kleingehalten werden. Wird über die Leitung LGb ein negativer
Spannungsimpuls zugeführt, so bewirkt dieser über den Kondensator C 1 und die Dioden2,
daß zunächst der Transistor Tr2 stromführend und erst dann der Transistor Trl gesperrt
wird. Der Kondensator C 1 ist so klein, daß die Kippschaltung nur dann aus dem stabilen
in den nichtstabilen Zustand geschaltet wird, wenn Spannungsimpulse mit steiler
Anstiegsflanke zugeführt werden, wie sie durch Stöße von Flachstellen oder durch
fortschreitende Biegeschwingungen in den an die Leitungen LGb angeschlossenen Gebern
ausgelöst werden.
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Einrichtungen zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung
können noch durch weitere Einrichtungen ergänzt werden. Beispielsweise ist es möglich,
eine Einrichtung vorzusehen, die jeweils beim Befahren des Schienenkontaktes Ka
durch die erste Achse eines Zuges alle Geräte in eine Grundstellung bringt, z. B.
die Zählwerke in die Nullstellung.
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Ferner ist es möglich, außer oder anstatt der Zählwerke für die Achsen
eine Registriereinrichtung für
eine bleibende Aufzeichnung der Flachstellen vorzusehen.
Außerdem kann auch zusätzlich oder anstatt der Kennzeichnung von Rädern mit Flachstellen
durch Achszähler eine Aufzeichnung der in den Auswertegeräten ermittelten Größen
für die Pfeilhöhen der einzelnen Flachstellen erfolgen. Die Steuerimpulse für das
Radortungsgerät können anstatt durch gesonderte Schienenkontakte auch durch die
Meßwertgeber im Zusammenwirken mit Differenzierschaltungen erzeugt werden, die beim
Passieren des Gebers durch ein Rad ein zum Steuern des Gerätes geeignetes Steuerkennzeichen
abgeben. Dann ist lediglich der Schienenkontakt Ka oder ein diesen ersetzender Geber
erforderlich.
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Ferner ist es möglich, bei gleicher Anzahl von Abschnitten der Meßstrecke
mit weniger Auswertegeräten auszukommen. Bei dem dargestellten Beispiel sind so
viele Auswertegeräte A 1 bis A 5 vorgesehen, wie Meßstreckenabschnitte (Schwellenfächer
2 bis 6), für die aus den Meßwerten von beiderseits liegenden Nachbarabschnitten
die Stoßmeßwerte gebildet werden. Diese Geräte sind bestimmten Abschnitten fest
zugeordnet, z. B. das Auswertegerät A 1 den Schwellenfächernl bis 3, das Auswertegerät
A 2 den Abschnitten 2 bis 4 usw. Im Grenzfall genügen so viele Auswertegeräte, wie
Räder innerhalb der Meßstrecke gleichzeitig vorhanden sein können. In diesem Falle
wird jedem in die Meßstrecke einfahrenden Rad ein Auswertegerät bis zur Ausfahrt
aus der Meßstrecke fest zugeordnet. Hierbei kann der Gesamtaufwand für Speicher
und Diskriminatoren wesentlich geringer sein.