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Wägevorrichtung für zweispurige Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung für zweispurige Fahrzeuge, insbesondere
Schienenfahrzuge, mit an einer Seite ortsfest angelenkten und an der anderen Seite
auf Kraftmeßdosen abgestützten Fahrbahnabschnitten.
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Es sind bereits Fahrbahnwaagen für den Einbau in Schienen bzw. in
Straßen bekannt, bei denen zwei Fahrbahnstücke an den äußeren Enden drehbar gelagert
und bei der die inneren Enden auf Kraftmeßdosen abgestützt sind. Diese Wägevorrichtungen,
die als Knickbrücken bekannt sind, eignen sich jedoch nur zur Verwägung von sich
bewegenden Fahrzeugen.
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Zur Überwachung des Gewichtes und damit des Füllstandes von Gleisfahrzeugen
oder anderen Fahrzeugen während der Beladung sind diese Waagen nicht geeignet, da
die Anzeige des Wägeergebnisses nur dann dem tatsächlichen Gewicht entspricht, wenn
die Räder sich genau über der Kraftmeßdose befinden.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekanntgeworden, jedes Fahrbahnteilstück
auf zwei Kraftmeßdosen zu lagern und mittels Lenker derart zu führen, daß nur Bewegungen
in Richtung der Meßachse der Kraftmeßdosen möglich sind. Kräfte, die senkrecht zur
Meßrichtung liegen, werden von den Lenkern aufgenommen und können auf die Kraftmeßdose
nicht einwirken. Um große Längen der auf die Kraftmeßdosen sich abstützenden Fahrbahnabschnitte
zu vermeiden, werden, wenn sämtliche zu verwägenden Fahrzeuge mit zwei Achsen oder
Drehgestellen ausgerüstet sind und annähernd gleiche Achs- und Drehzapfenabstand
besitzen, für jede Fahrzeugachse zwei Fahrbahnabschnitte auf Kraftmeßdosen gelagert.
Für zweiachsige Fahrzeuge sind somit vier auf insgesamt acht Kraftmeßdosen gelagerte
Schienenabschnitte erforderlich. Der Aufwand an Kraftmeßdosen und an Führungselementen
zur Führung der Schienenabschnitte in Richtung der Meßachse der Kraftmeßdosen ist
sehr erheblich und nur dann gerechtfertigt, wenn eine genaue Ermittlung des Fahrzeuggewichtes
erforderlich ist. Dies ist in den meisten Fällen für die Kontrolle des Zustandes
von Gleisfahrzeugen oder ähnlichen Fahrzeugen während der Beladung mit Flüssigkeiten
oder mit leichtfiießenden Schüttgütern nicht erforderlich, so daß der bei den bekannten
Wägevorrichtungen erforderliche Aufwand nicht gerechtfertigt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und mit geringem Aufwand
auszuführende elektromechanische Wägevorrichtung zur Füllstandskontrolle während
der Beladung von zweispurigen, stillstehenden Fahrzeugen, insbesondere von Gleisfahrzeugen
mit Flüssigkeit oder leichtfiießenden Schüttgütern zu schaffen. Diese Aufgabe wird
unter Verwendung von an einer Seite ortsfest angelenkten und auf der anderen Seite
auf Kraftmeßdosen abgestützten Fahrbahnabschnitten dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß
die Fahrbahnabschnitte spiegelbildlich in gleicher Höhe und in an sich bekannter
Weise durch Lenker geführt angeordnet sind, derart, daß das drehbar abgestützte
Ende des einen Fahrbahnabschnittes dem auf der Kraftmeßdose abgestützten Ende des
anderen Fahrbahnabschnittes gegenüberliegt. Bei einer derartig ausgebildeten Waage
zur Füllstandskontrolle ist pro Fahrbahnabschnitt nur eine Kraftmeßdose und eine
Lenkerführung quer zur Gleisrichtung erfoderlich. Es werden also eine Kraftmeßdose
und mindestens drei Lenkerführungen eingespart. Eine solche Waage eignet sich auch
für andere Schüttgüter, wenn hierbei sichergestellt ist, daß der Schwerpunkt während
der Beladung des Fahrzeuges sich auf der Gleismittellinie befindet. Eine Verschiebung
des Schwerpunktes quer zur Gleisrichtung wirkt sich nämlich auf die Genauigkeit
der Messung aus.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die elektromechanische
Waage auch zum Verwägen von sich bewegenden Fahrzeugen verwendbar. Dies wird dadurch
erreicht, daß in frei wählbarer Reihenfolge der Rechenoperationen jede Meßspannung
durch ihren zugeordneten ersten Differentialquotienten nach der Zeit dividierbar
und dieser Quotient mit der Summe der Differentialquotienten der Meßspannungen nach
der Zeit multiplizierbar ist. Zweckmäßig wird die erforderliche Rechenoperation
elektronisch durchgeführt. Eine derartige elektronische Einrichtung kann derart
aufgebaut sein, daß die von den Kraftmeßdosen abgegebenen Meßspannungen nach Division
durch den zugehörigen Differentialquotienten und Multiplikation mit der Summe der
beiden
Differentialquotienten summiert und angezeigt werden. Zur
Vermeidung von Fehlmessungen wird so vorgegangen, daß die Meßspannungen der beiden
Kraftmeßdosen und deren erste Ableitungen nach der Zeit erst beim Nullwerden der
zweiten Ableitung der Meßspannung nach der Zeit gespeichert werden.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand
einer in den Figuren dargestellten Schienenwaage zur Füllstandskontrolle und zum
Verwägen von sich bewegenden Schienenfahrzeugen näher erläutert. Es stellt dar F
i g. 1 den Einbau der Wägeschienen und die Anordnung der Kraftmeßdosen in einem
Gleis, F i g. 2 eine Ansicht quer zum Gleis einer Wägeschiene, F i g. 3 und 4 je
eine Einrichtung zur Ermittlung des Gewichtes von sich bewegenden Schienenfahrzeugen.
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In dem in F i g. 1 dargestellten Gleis sind an zwei Stellen parallele
Wägeschienen 1, 2 und 3, 4 vorgesehen. Der Abstand zwischen den Wägeschienen 1,
2 und 3, 4 richtet sich nach dem Achsabstand der zu verwiegenden Schienenfahrzeuge.
Wie sich aus F i g. 2 ergibt, soll zwischen der Wägeschiene 1 und den benachbarten,
festverlegten Schienen 5, 6 kein Niveauunterschied bestehen. Das gleiche gilt sinngemäß
für die Wägeschiene 3 und die benachbarten Schienen 6, 7; die Wägeschiene 2 und
die benachbarten Schienen 8, 9 sowie für die Wägeschiene 4 und die benachbarten
Schienen 9 und 10. Die Wägeschienen 1 und 2 sind zweckmäßig auf einer Platte 11
befestigt. Die Wägeschienen 1,2,3 und 4 sind an einem Ende drehbar in den Lagern
12, 13, 14 und 15 gelagert. An dem anderen Ende stützen sich die Wägeschienen auf
die Kraftmeßdosen 16, 17, 18 und 19 ab. Weiterhin sind an diesem Ende Querlenker
20,21, 22 und 23 befestigt, die zur Führung der Wägeschienen dienen. Die Lenker
20 bis 23 erstrecken sich quer zur Gleisrichtung und sind an den Bodenplatten 11
und 24 befestigt. Die Bodenpiatte 11 kann an den benachbarten Schwellen25 und 26
und gegebenenfalls an den benachbarten Schienen 5, 6, 8 und 9 befestigt sein.
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Zur Kontrolle des Füllstandes von zweiachsigen Gleisfahrzeugen während
der Beladung wird das Gleisfahrzeug auf die vier auf Kraftmeßdosen abgestützten
Schienenabschnitte gefahren. Die zusammengehörenden, auf gleicher Höhe angeordneten
Wägeschienen 1 und 2 bzw. 3 und 4 sind derart angeordnet, daß das drehbar angeordnete
Ende der einen Wägeschiene dem auf der Kraftmeßdose abgestützten Ende der anderen
Wägeschiene gegenüberliegt. Hierdurch wird erreicht, daß, wenn in Abhängigkeit von
der örtlichen Lage der Fahrzeugachse auf den Wägeschienen die Meßspannung der Kraftmeßdose
16 von Null bis zu einem maximalen Wert zunimmt und die Meßspannung der Kraftmeßdose
17 von einem maximalen Wert bis zu Null abnimmt, die Summe der beiden Meßspannungen
konstant ist. Daher entspricht, wenn sich der Schwerpunkt des Fahrzeuges in der
Gleismittellinie befindet, die Summe der Meßwerte der vier Kraftmeßdosen 16 bis
19 dem Gewicht des Gleisfahrzeuges.
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Die F i g. 3 und 4 veranschaulichen Ausführungsformen von Wägevorrichtungen
mit nachgeordneten Auswertevorrichtungen für sich bewegende Schienenfahrzeuge. Der
besseren Übersicht wegen sind die Ausführungsformen nur für die Kraftmeßdosen 16
und
17, auf denen sich die Wägeschienen 1 und 2 abstützten, dargestellt.
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Die Fig. 3 und 4 stellen Blockschaltbilder unter Verwendung von aus
elektronischen Rechenmaschinen bereits bekannten Baugruppen oder Bauelementen dar.
Der schaltungsmäßige Aufbau dieser Bauelemente in Form von steckbaren Schaltungen
oder Einschüben mit vorbestimmten Funktionen ist bekannt. In den F i g. 3 und 4
ist daher nicht die vollständige elektrische Schaltung dargestellt, sondern nur
die Arbeitsweise des jeweiligen Bauelementes symbolisch angegeben. Die Teile 31,
33, 41 und 43 stellen Differenzierglieder dar; die Ausgangsspannung dieser Bauteile
entspricht ihrer nach der Zeit differenzierten Eingangsspannung. Die Bauteile 35,
37, 45 und 47 stellen elektrische Speicher zum Speichern ihrer Eingangsspannung
dar; die Funktion als Speicher ist symbolisch mittels des Kondensatorzeichens angedeutet.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung von Kondensatorspeichern beschränkt,
sondern es können alle in der elektronischen Rechentechnik üblichen Speicherelemente
verwendet werden. Die Bauteile 50, 58 und 79 stellen Additionsglieder dar, deren
Ausgangsspannung der Summe ihrer Eingangsspannungen entspricht. Die Bauteile56,
66 und 82 sind Multiplikationsglieder und die Teile 53, 63, 73 und 77 Divisionsglieder.
Mittels der Anzeigeninstrumente -60 und 84 wird die Summe der auf die Kraftmeßdosen
16 und 17 einwirkenden Kraft angezeigt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die von der Kraftmeßdose
16 gelieferte Meßspannung Ua über die Leitung 30 dem Differenzierglied 31 und über
die Leitung 34 dem Speicher 35 zugeführt. Die in dem Differenzierglied 31 nach der
Zeit differenzierte Spannung Ua wird über die Leitung 32 dem Differenzierglied 33
und über die Leitung 36 dem Speicher 37 zugeführt. In ähnlicher Weise wird die von
der Kraftmeßdose 17 gelieferte Meßspannung Ub über die Leitung 40 dem Differenzierglied
41 und über die Leitung 44 dem Speicher 45 zugeführt. Die in dem Differenzierglied
41 nach der Zeit differenzierte Spannung Ub wird über die Leitung 42 dem Differenzierglied
43 und über die Leitung 46 dem Speicher 47 zugeführt. Sobald die beiden zweimal
nach der Zeit differenzierten Meßspannungen gleichzeitig den Wert »Null« erreichen,
werden über die gestrichelt dargestellten Stromwege 38 und 48 die Meßspannungen
Ua und Ub und deren ersten Abgleitungen ttaund Üb in den Speichern 35,37,45 und
47 gespeichert. Weitere Veränderungen der Meßspannungen Ua und Ub und deren Ableitungen
beeinflussen die in den Speichern gespeicherten Werte nicht mehr.
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Die Auswertung der gespeicherten Meßwerte kann somit unabhängig davon
erfolgen, ob sich das Fahrzeug noch auf den Wägeschienen befindet oder nicht.
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Durch Speicherung der Meßwerte in Abhängigkeit davon, daß die beiden
zweimal nach der Zeit differenzierten Meßspannungen gleichzeitig den Wert »Null«
erreichen, wird sichergestellt, daß die beim Auffahren auf die Wägeschienen auftretenden
Schwingungen abgeklungen sind und sich ein gleichförmiger Anstieg der Meßspannungen
eingestellt hat.
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Die in den Speichern 37 und 47 gespeicherten ersten Ableitungen der
Meßspannungen Üa und Üb werden über die Leitungen 39 und 49 dem Additionsglied 50
zugeführt. Die Summenspannung Da+ Üb wird über die Leitungen 52 und 62 den Divisionsgliedern
53
und 63 zugeleitet. Dem Divisionsglied 53 wird über die Leitung
51 die in dem Speicher 37 gespeicherte erste Ableitung Ua zugeführt. In dem Divisionsglied
53 wird die Summe der ersten Ableitungen durch die erste Ableitung Ü a dividiert
und das Ergebnis über die Leitung 55 dem Multiplikationsglied 56 zugeführt und in
diesem mit dem Meßwert Ua, der über die Leitung 54 von dem Speicher 35 zugeführt
wird, multipliziert. Das Ergebnis Ua Ua wird über die Leitung 57 dem Additionsglied
58 zugeleitet. In ähnlicher Weise wird in dem Divisionsglied 63 die über die Leitung
62 zugeführte Summe der ersten Ableitungen Üat Ub durch die über die Leitung 61
aus dem Speicher 47 zugeführte erste Ableitung Ub dividiert. Über die Leitung 65
wird das Ergebnis dem Multiplikationsglied 66 zugeleitet und in diesem mit dem über
die Leitung 64 zugeführten Meßwert Ub multipliziert. Das Ergebnis Ub l7b wird über
die Leitung 67 dem Additionsglied 58 zugeführt und in diesem zu dem über die Leitung
57 zugeführten Meßwert addiert. Das Ergebnis Ua Ub Ua Ub (UatUb) Ua Ub wird über
die Leitung 59 dem Anzeigeinstrument 60 oder einer anderen Auswerte- oder Registriereinrichtung
zugeleitet. Der angezeigte Wert entspricht dem Gewicht, durch das die Wägeschienen
1 und 2 in F i g. 1 belastet wurden.
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Durch die Division des Meßwertes durch seine erste Ableitung wird
erreicht, daß die gewonnene Meßgröße unabhängig ist von der jeweiligen Lage des
Schwerpunktes quer zur Gleismittellinie. Die Summe dieser beiden Meßgrößen ist dann
wiederum dem Gewicht proportional, was bei Summierung der von den Kraftmeßdosen
16 und 17 gelieferten Meßspannungen Ua und Ub nicht zutreffen würde. Die gewonnenen
Meßgrößen werden noch mit der Summe der ersten Ableitungen multipliziert, so daß
als Ergebnis ein dem Gewicht entsprechender Wert angezeigt wird.
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Die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung stellt eine
Variante zu Fig.3 dar. Die Differenzierung der Meßspannung Ua mittels des Differenziergliedes
31 und Speicherung in dem Speicher 35 sowie die Speicherung der differenzierten
Spannung Ua in dem Speicher 37 und die nochmalige Differenzierung mittels des Differentialgliedes
33 entspricht der bei F i g. 3 beschriebenen Wirkungsweise.
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Ebenso wird auch hier die Speicherung der beiden Meßspannungen Ua
und Ub sowie deren ersten Ableitungen Ua und Ub in den Speichern 35, 37, 45 und
47 erst dann eingeleitet, wenn die beiden zweimal nach der Zeit differenzierten
Meßspannungen gleichzeitig den Wert »Null« erreichen, um Meßwertverfälschungen infolge
der beim Auffahren auf die Wägeschienen auftretenden Störschwingungen zu vermeiden.
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Nach Speichern der Meßwerte werden die ersten Ableitungen Ua und
Ub über die Leitungen 39 und 49 dem Additionsglied 50 zugeführt und addiert. Die
in dem Speicher 35 gespeicherte Meßspannung Ua wird über die Leitung 71 dem Divisionsglied
73 zugeführt und in diesem durch den über die Leitung 72 zugeführten Wert Ua dividiert.
In ähnlicher Weise wird über die Leitung 75 der Meßwert Ub dem Divisionsglied 77
zugeführt und in diesem durch den über die Leitung 76 zugeleiteten Wert Ub dividiert.
Die Ergebnisse der Divisionsglieder73 und 77 werden über die Leitungen 74 und 78
dem Additionsglied 79 zugeführt und in diesem addiert. Das Ergebnis, die Quotientensumme
Ua Ub Ua f Ub wird über die Leitung 80 dem Multiplikationsglied 82 zugeführt und
in diesem mit der über die Leitung 81 zugeführten Summe der ersten Abgleitungen
Ua+ Ub multipliziert. Das Ergebnis Ua + Ub Ua (Ua+Ub) Ub wird über die Leitung 83
dem Anzeigeinstrument 84 zugeführt und von diesem angezeigt. Das Ergebnis entspricht
dem Gewicht, mit dem die Wägeschienen 1 und 2 belastet wurden. Das Ergebnis kann
auch statt der Anzeigeeinrichtung 84 einer Registrier- oder einer anderen weiterverarbeitenden
Einrichtung zugeleitet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern sie kann auch in anderer Weise z.B. bei Wägeeinrichtungen für
Straßenfahrzeuge, die mit Fahrschienen für jede Fahrspur versehen sind, verwendet
werden.