DE1202516B - Wiegeeinrichtung fuer Schienenfahrzeuge, insbesondere fuer Gueterwagen in Rangieranlagen - Google Patents

Description

• Wiegeeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen in Rangieranlagen Zusatz zum Patent: 1 133 141 Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Wiegeeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen in Rangieranlagen, mit mindestens zwei von der Durchbiegung derselben Schiene durch den Raddruck beaufschlagten Meßwertgebern und einer diesen nachgeordneten Auswerteschaltung, derart, daß die Meßwertgeber in Längsrichtung der Schiene hintereinander in einem Abstand angeordnet sind, der kleiner ist als der kleinste Achsabstand der Schienenfahrzeuge, und daß die der Auswerteschaltung zugeführten Meßwerte aus den während der Bewegung eines Rades über die Schiene auftretenden vorzeichenabhängigen Meßwertdifferenzen von mindestens zwei benachbarten Gebern zum Vermeiden des Einflusses der Nachgiebigkeit der Schienenlagerstellen gebildet sind.
• Das Gesamtgewicht eines oder mehrerer Fahrzeuge kann nach dem Hauptpatent nur dadurch ermittelt werden, daß die Meßwerte für jedes einzelne Rad bzw. die Mittelwerte oder Summenwerte für die beiden Räder einer Achse nach dem Messen des letzten Raddruckes summiert werden. Dies setzt voraus, daß ein Teil der Meßwerte zunächst gespeichert werden muß, wobei für n-achsige Fahrzeuge mindestens n - 1 Speicher erforderlich sind. Hierdurch ergibt sich ein verhältnismäßig großer Schaltungsaufwand.
• Außerdem besteht aber auch die Gefahr, daß unvermeidbare Meßfehler sich addieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung des Meß- und Auswerteprinzips des Hauptpatentes eine Einrichtung zu schaffen, mit der die Summe der Raddrücke mehrerer Achsen, z. B. der beiden Achsen eines Grubenwagens oder eines Drehgestelles eines Langwagens, unmittelbar, also ohne Zwischenspeicherung und nachträgliche Summierung der einzelnen Raddrücke, aus den Meßwerten ermittelt werden kann.
• Aus einem Aufsatz über Gleisbremsensteuerung bekannte mathematische Ableitungen von Momentengleichungen für die Belastung einer auf Schwellen aufliegenden Schiene durch Fahrzeuge geben hierfür keinen Hinweis. Dort ist lediglich der Sonderfall behandelt, daß eine auf zwei Schwellen aufliegende Schiene zwischen diesen nur durch den Raddruck eines einzigen Rades belastet ist. Ferner ist nicht berücksichtigt, daß an der Beanspruchung der Schienen stets noch andere Kräfte beteiligt sind, z. B. die Stützkräfte weiterer Schwellen (infolge Nachgiebigkeit der Bettung) und gegebenenfalls weitere Raddrücke von Achsen, die sich außerhalb der eigentlichen Meßstrecke befinden.
• Die oben angedeutete Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwei Meßstellen mit mindestens zwei Gebern zwischen zwei Auflagepunkten der Schiene angeordnet sind, derart, daß der Abstand zwischen den beiden mittleren Gebern größer ist als der Achsabstand zwischen der ersten und letzten Achse des zu wiegenden Wagens, und daß in die Auswerteschaltung ein Mittelwert einbringbar ist, welcher aus der Summe der gleichzeitig bestimmten Meßwertdifferenzen der den beiden Meßstellen zugeordneten Geber gebildet ist.
• Als Meßwertgeber sind wie beim Hauptpatent vorzugsweise Dehnungsmeßstreifen vorgesehen, die unmittelbar am Schienenfuß oder auf einer beim Durchbiegen der Schiene mitgedehnten Platte angebracht sind. Das Bilden der Meßwertdifferenzen der beiden Geber jeder Meßstelle und des Mittelwertes der Differenzen der beiden Meßstellen kann dann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die vier Meßstreifen zu einer Brücken schaltung zusammengefaßt werden, bei welcher die beiden äußeren und die beiden inneren Meßstreifen in gegenüberliegenden Zweigen angeordnet sind. Wird eine solche Brücke eingangs-und ausgangsseitig zu einer entsprechenden Brücke mit Dehnungsmeßstreifen für die andere Schiene parallel geschaltet, so entspricht die Ausgangsspannung auch bei einseitig beladenen Fahrzeugen dem Gesamtgewicht.
• Eine derartige Wiegeeinrichtung kann an Stelle der üblichen mechanischen Brückenwaagen zum Feststellen des Gesamtgewichts eines einzelnen Fahrzeugs oder mehrerer Fahrzeuge, bei denen der Abstand der äußeren Achsen kleiner als der Abstand zwischen den beiden mittleren Gebern ist, benutzt werden. Sie hat gegenüber diesen den Vorteil, daß die Schienen nicht vor und hinter der Meßstelle unterbrochen werden müssen, sondern durchgehen können. Daher treten auch beim Wiegen von fahrenden Fahrzeugen keine starken Erschütterungen auf, die das Meßergebnis verfälschen könnten. Ferner hat die so ausgebildete Wiegeeinrichtung den Vorteil, daß das Meßergebnis auch durch andere auf die Schiene einwirkende Kräfte, z. B. durch weitere Schwellen oder Raddrücke, nicht verfälscht wird.
• In Anlagen, in denen ausschließlich Fahrzeuge mit geringem Achsabstand je Fahrzeug, z. B. Grubenwagen, und oder geringem Raddruck verkehren, ist das Wiegen der Fahrzeuge ohne wesentliche Änderung der Schienen möglich. Es genügt, dann so viele Schwellen zu entfernen, daß die Schienen im Bereich der Gleiswaage, also zwischen den beiden äußeren Gebern, nicht aufliegen. Bei einem Abstand dieser Geber von mehreren Metern kann es zweckmäßig sein, Abstandshalterungen für die Schienen vorzusehen.
• Soll jedoch auch das Gesamtgewicht vollbeladener Güterwagen durch eine einzige Wägung erfaßt werden, so sind entweder dickere Schienenstücke einzuschweißen, oder die normalen Schienen sind im Bereich zwischen dem zweiten und dem dritten Geber mechanisch zu versteifen, z. B. durch zusätzliche angeflanschte Träger mit Querverbindungen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
• F i g. 1 veranschaulicht schematisch eine Schiene S, die an den Stellen Xa und Xb auf Schwellen aufliegt.
• Die Schiene ist durch die äußeren Kräfte C, D und K, z. B. die Raddrücke C und D eines zweiachsigen Fahrzeuges, dessen Gewicht bestimmt werden soll, und den Raddruck der letzten Achse eines vorausfahrenden Fahrzeuges, belastet. Durch die Kraft V ist die Belastung der Schiene infolge ihres Eigengewichtes und des Gewichtes einer nicht dargestellten Versteifung angedeutet. Die Kräfte erzeugen in den Schwellen die Auflagerkräfte A und B. Etwa an den Stellen X1 und X2 sind je zwei in Längsrichtung der Schiene hintereinander liegende Geber G11 und G12 bzw. G21 und G22 angeordnet. Der Abstand x21 bis x12 der inneren Geber G21 und G12 ist größer als der maximale Abstand der ersten von der letzten Achse, deren die Schiene belastende Raddrucksumme gemessen werden soll. Die äußeren Momente der Kräfte A bis D, V und K rufen in jedem Punkt x der elastischen Linie der Schiene ein mit ihnen im Gleichgewicht stehendes und der Krümmung der Schiene proportionales inneres Moment der elastischen Kräfte hervor, die über den Querschnitt der Schiene nach Betrag und Richtung verschieden sind. Beispielsweise ist an einer beliebigen Stelle x zwischen den Auflagestellen der Schiene der Betrag des inneren Momentes gleich dem Betrag der Summe aller rechts dav n wirksamen äußeren Momente. Dabei tritt in der untersten Schienenfaser eine der Krümmung proportionale Materialspannung auf, deren Größe durch die Gleichung # = M/W gegeben ist, worin M gleich der Summe der äußeren Momente und W das Widerstandsmoment des Schienenquerschnittes ist. Die spezifische Dehnung e ist der Materialspannung und damit ebenfalls der Krümmung proportional und um- gekehrt proportional dem Elastizitätsmodul E des Materials: e = #/E. Somit ergibt sich die spezifische Dehnung nach der Gleichung # = M/E#W. Die spezifische Dehnung kann durch Messen der hierzu proportionalen Widerstandsänderung eines Dehnungsmeßstreifens bestimmt werden, der unter dem Schienenfuß fest angebracht ist.
• Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel werden in den an den Stellen xll, x12, x21 und x22 angeordneten und aus je einem Dehnungsmeßstreifen bestehenden Gebern G11, G12, G21 und G22 Widerstandsänderungen erzeugt, die den Dehnungen #11, #12, 821 und e22 an diesen Stellen proportional sind. Aus diesen Widerstandsänderungen werden nun solche elektrische Größen abgeleitet und einer Auswerteschaltung zugeführt, die den Mittelwerten der gleichsinnigen Differenzen der gleichzeitig von den Gebern Gil und G12 der ersten Meßstelle bei dem Punkt xl und den Gebern G21 und G22 der zweiten Meßstelle beim Punkt x2 proportional sind. Als gleichsinnige Differenzen sind dabei die Differenzen der Werte des inneren Gebers G12 bzw. G21 und des zugehörigen äußeren Gebers G11 bzw. G22 bezeichnet. Es wird also als Maß für die Summe der Raddrücke C und D eine elektrische Spannung benutzt, die folgender Gleichung entspricht: U # (#12 bis #11) + (#21 bis #22).
• Die vorstehende Gleichung kann entsprechend der Formel 8 = - - - bei gleichem Widerstandsmoment an den Stellen der Geber auch in folgender Form geschrieben werden: U- (M12 - M11 f M21 - M22), E W darin sind M12 bis M22 die äußeren Gesamtmomente an den Stellen der Geber.
• Es sei nun zunächst nur der durch den Raddruck K erzeugte Anteil der Momente betrachtet. Er erzeugt an den Stellen xll und x12 die Momente M11K = K#(xK-x11) und M12K = K#(xK-x12).
• Für die Differenz dieser Momente ergibt sich: M12K-M11K = K (xll - x12).
• Sinngemäß ergibt sich für die Differenz der durch die Kraft K allein erzeugten äußeren Momente M21 und M22 an den Stellen x21 und x22: M21K - M22K = K (x22 - x21).
• Sind die Abstände der Geber G11 und G12 bzw. G21 und G22 an beiden Meßstellen gleich, ist also x12-x11 = x22 - x21, so ist der Mittelwert der gleichsinnigen Differenzen der durch die Kraft K erzeugten äußeren Momente: 1/2(M12K-M11K + M21K - M22K) = 0.
• Das gleiche Ergebnis gilt für alle äußeren Kräfte, die rechts von der Stelle x22 wirksam sind, also auch für die Auflagerkraft B.
• Für die zwischen den Stellen x12 und x21 wirksame Kraft C gilt dagegen: M12c - Mllc = C (xll - x12) M21c = M22c = 0 Entsprechende Gleichungen gelten für die Kräfte D und V. Somit ergibt sich für die Summe der äußeren Momente dieser Kräfte: M12Mll = (C + D + V).(x11 -x12).
• Die von diesen Momenten erzeugte und der Auswerteschaltung zugeführte Spannung ist somit proportional der Summe der zwischen den Meßstellen auf die Schiene einwirkenden Kräfte C, D und V: UsC+D+ V.
• Da die Kraft V eine dauernd wirksame Vorbelastung der Schiene darstellt, kann der ihr entsprechende Anteil der Spannung kompensiert werden. Die bei Belastung der Schiene durch die Kräfte C und D gemessene Spannung ist dann exakt proportional der Summe dieser Kräfte. Diese Spannung ist bei vorgegebener Größe und gleichbleibendem Abstand dieser Kräfte so lange konstant, wie beide Kräfte zwischen den inneren Gebern G12 und G21 an der Schiene angreifen.
• F i g. 2 stellt eine Brückenschaltung für die aus Dehnungsmeßstreifen bestehenden Geber dar. Die inneren Geber G12 und G21 einerseits und die äußeren Geber G11 und G22 andererseits liegen in gegenüberliegenden Brückenzweigen. Die Brücke wird mit der Spannung Us gespeist. Sie wird zweckmäßigerweise durch nicht dargestellte Widerstände und Kapazitäten bei Belastung der Schiene durch die Kraft V auf Null oder einen anderen gewünschten Arbeitspunkt abgeglichen. Die bei Belastung durch die Kräfte C und D auftretende Änderung der Diagonalspannung U ist dann der Summe dieser Kräfte proportional.
• Ungleiche Widerstandsmomente W oder Produkte E W der Schiene an den Meßstellen können durch Empfindlichkeitsabgleich der Dehnungsmeßstreifen kompensiert werden, und zwar durch Schwächung der Empfindlichkeit der Geber an Stellen mit kleineren Werten E und/oder W. Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Abstände der Geber beider Meßstellen gleich groß sind. Bei ungleichen Geberabständen bleibt das Meßergebnis richtig, wenn die Empfindlichkeit der Geber mit dem größeren Abstand entsprechend geringer ist, z. B. durch Schwächung ihrer Empfindlichkeit. Dies ist beispielsweise durch Serien- und/oder Parallelschaltung des betreffenden Dehnungsmeßstreifens mit einem durch die Dehnung nicht beeinflußten Widerstand möglich.
• Soll das gesamte Fahrzeuggewicht aus der Summe der Raddrücke aller Räder ermittelt werden, um auch bei einseitiger Belastung und dementsprechend unterschiedlichen Drücken der beiden Räder einer Achse richtige Ergebnisse zu erhalten, so sind beide Schienen in gleicher Weise mit Gebern auszurüsten. Die einander entsprechenden Geber können dann parallel oder hintereinander in die Brückenzweige geschaltet werden.
• Ferner ist es möglich, an der Schiene eine Anordnung und Schaltung der Geber nach F i g. 3 zu verwenden.
• Je Meßstelle sind dabei außer den Gebern G11 und G12 bzw. G21 und G22 nach F i g. 1 und 2 zwei weitere Geber gll und g12 bzw. g21 und g22 vorgesehen, die paarweise neben- und hintereinander am Schienenfuß angebracht sind. Die Dehnungsmeßstreifen jeder der beiden Meßstellen können dann zu je einer Brückenschaltung zusammengefaßt werden, die in Parallelschaltung gespeist werden und deren einander entsprechende Diagonalpunkte parallel geschaltet sind.
• Die F i g. 3 entspricht der F i g. 12 des Hauptpatentes, mit dem Unterschied, daß die inneren Geber G12 und g12 bzw. G21 und g21 in Längsrichtung der Schiene einen Abstand voneinander haben, der größer als der Abstand zwischen der ersten und der letzten Achse ist, deren Raddrucksumme gemessen werden soll.

Claims (3)

1. Eine derartige Einrichtung kann also als eine aus zwei Einrichtungen nach dem Hauptpatent zusammengefügte Gleiswaage betrachtet werden, bei der die Meßstellen am Anfang und am Ende eines freitragenden Schienenstückes liegen, auf dem gleichzeitig mehrere Achsen vorhanden sein können. Wie bereits im Hauptpatent beschrieben ist, können die Dehnungsmeßstreifen anstatt unmittelbar unter dem Schienenfuß auch beispielsweise auf gesonderten Platten befestigt sein, die in einigem Abstand vom Schienenfuß so angebracht sind, daß sie mitgedehnt werden. Die dann gemessenen Dehnungen sind zwar größer; da aber an den Proportionalitätsbeziehungen nichts geändert wird, bleibt das erläuterte Meßprinzip gültig.

   Statt Dehnungsmeßstreifen können auch andere bekannte Geber benutzt werden, die einen der Krümmung der Schiene an der Meßstelle proportionylen Meßwert abgeben. Beispielsweise kann die Krümmung auch mit einem Geber gemessen werden, dessen Meßwerte der relativen Auslenkung einer Stelle des Schienenfußes gegenüber zwei beiderseits liegenden Befestigungsstellen des Gebers proportional sind.

   Patentansprüche: 1. Wiegeeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen in Rangieranlagen, mit mindestens zwei von der Durchbiegung derselben Schiene durch den Raddruck beaufschlagten Meßwertgebern und einer diesen nachgeordneten Auswerteschaltung nach Patent 1 133 141, d adurch gekennzeichnet, daß zwei Meßstellen (xl, x2) mit mindestens zwei Gebern (G11, G12 und G21, G22) zwischen zwei Auflagepunkten (A, B) der Schiene (S) angeordnet sind, derart, daß der Abstand zwischen den beiden mittleren Gebern (G12, G21) größer ist als der Achsabstand zwischen der ersten und letzten Achse des zu wiegenden Wagens, und daß in die Auswerteschaltung ein Mittelwert einbringbar ist, welcher aus der Summe der gleichzeitig bestimmten Meßwertdifferenzen der den beiden Meßstellen (xl, x2) zugeordneten Geber gebildet ist.
2. 2. Wiegeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (S) mindestens in dem zwischen dem zweiten und dritten Geber (G12, G21) liegenden Bereich verstärkt ist.
3. 3. Wiegeeinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Gebern (G11 und G12 bzw. G21 und G22) der beiden Meßstellen gleich ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: »Signal und Drahts, Bd. 52, 1960, H. 3, S. 58 bis 60.