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Einrichtung zum Erfassen der Laufeigenschaften von
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Eisenbahnwagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Um zu verhindern, daß sich über den Ablaufberg einer Rangieranlage
laufende Güterwagen innerhalb der Weichenverteilzone der Anlage gegenseitig einholen
oder in den an die Weichenverteilzone anschließenden Richtungsgleisen mit unzulässig
hoher Geschwindigkeit auf bereits stehende Fahrzeuge aufprallen, wird den Fahrzeugen
- falls erforderlich - ein Teil ihrer kinetischen Energie in ortsfesten Bremsen
entzogen. Hierzu dienen die sogenannten Talbremsen etwa am Anfang der Weichenverteilzone
und die Richtungsgleisbremsen in den Einlaufabschnitten der Richtungsgleise. FUr
eine optimale Steuerung dieser Bremsen ist es wünschenswert, das Laufverhalten der
einzelnen Fahrzeuge zu kennen, weil beispielsweise ein Fahrzeug mit guten Laufeigenschaften
in einer Richtungsgleisbremse stärker gebremst werden muß als ein Fahrzeug mit schlechteren
Laufeigenschaften, um ein bestimmtes Laufziel im Richtungsgleis mit einer vorgegebenen
Geschwindigkeit zu erreichen. Da sich die Laufeigenschaften eines Eisenbahnfahrzeugs
mit seinem Jeweiligen Gewicht, seiner Laufgeschwindigkeit, den jeweiligen Gleisparametern,
sowie der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung zwischen Fahrzeug und Luft ändern,
ist es nötig, den Laufwiderstand während des Ablaufens einer Abteilung Jeweils vor
der Behandlung in einer Bremse neu zu bestimmen und diesen Wert in die Bremsensteuerung
einzubeziehen.
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Eine Anordnung zum Erfassen der Laufeigenschaften von Eisenbahnwagen
ist beispielsweise in der DE-PS 15 30 315 angegeben. Dort gehen in die Bremsensteuerung
als fahrzeugspezifische Einflußgrößen neben der reduzierten Erdbeschleunigung ein
Wagenrollwiderstand und ein Luftwiderstandsbeiwert des Wagens ein. Diese beiden
Größen werden durch Rechenoperationen bestimmt, nach denen während des Ablaufs aufgenommene
Meßwerte sowie abgespeicherte Größen miteinander verknüpft sind.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zum Bestimmen der
Laufeigenschaften ablaufender Abteilungen nicht erforderlich ist, Einzelwerte wie
den Wagenrollwiderstand oder den Luftwiderstandsbeiwert des Wagens zu bestimmen,
sondern daß es ausreicht, wenn die Summe aller die Laufeigenschaften einer Abteilung
beeinflußenden Grössen bekannt ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, mit der eine das Laufverhalten
einer ablaufenden Abteilung beschreibende resultierende Größe mit einer für die
Bremsensteuerung ausreichenden Genauigkeit bestimmt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches
1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung
ist darin zu sehen, daß für die zur Bestimmung des Laufwiderstandes einer Abteilung
erforderlichen Geschwindigkeitsmessungen keine gesonderten Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen
vorzusehen sind, sondern daß hierzu die ohnehin vorhandenen, die Geschwindigkeiten
der Abteilungen in den Gleisbremsen erfassenden Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen
verwendet sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen,
daß
der jeweils ermittelte Wert für die Laufeigenschaften ablaufender
Abteilungen durch Bildung eines formelmäßig festliegenden Korrekturwertes in den
für die Einlaufgeschwindigkeit einer Abteilung in eine Richtungsgleisbremse geltenden
Laufwiderstandswert umgesetzt werden kann.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in ausschnittsweiser schematischer Darstellung
ein in einem Gefälle liegendes Gleis G einer Eisenbahnrangieranlage im Bereich der
Weichenverteilzone dieser Anlage. Dieses Gleis verbindet den nicht dargestellten
Ablaufberg der Anlage mit einem beliebigen Richtungsgleis, das in der Zeichnung
rechts an die angedeutete Richtungsgleisbremse RB anschließt. Zwischen Ablaufberg
und Richtungsgleis ist in dem angenommenen Laufweg eine weitere Bremse TB, die sogenannte
Talbremse, angeordnet. Sie wird gesteuert durch eine zugehörige Bremsensteuerung
BST1, die ihre Bremssteuerbefehle von einem Bremssteuerrechner BSTR erhält. Dieser
Bremssteuerrechner dient ferner zum Steuern weiterer nicht dargestellter Talbremsen
sowie zum Steuern der Richtungsgleisbremsen der Anlage. Nach welchem Verfahren die
Bremsen gesteuert werden, wird im nachfolgenden nicht weiter vertieft, weil es für
die Erläuterung der Erfindung unwesentlich ist. Auch die Frage, ob der Bremssteuerrechner
BSTR die Laufeigenschaften ablaufender Fahrzeuge bereits in die Steuerung der Talbremsen
einbezieht, soll hier nicht erörtert werden. Auf jeden Fall aber sollen die Laufeigenschaften
der ablaufenden Fahrzeuge in die Steuerung der Richtungsgleisbremsen einzubeziehen
sein; deshalb sind die hierfür erforderlichen Schaltmittel, soweit sie sich auf
die dargestellte Richtungsgleisbremse RB beziehen, in der Zeichnung angegeben. Die
Steuerung dieser Richtungsgleisbremse geschieht über eine zugehörige Bremsensteuerung
BST2.
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Im nachfolgenden ist angenommen, daß ein das Gleis in Pfeilrichtung
befahrendes Fahrzeug F in die Talbremse TB einläuft und dort auf eine vorgegebene
Auslaufgeschwindigkeit abgebremst wird. Die Geschwindigkeit VTB des Fahrzeugs in
der Bremse wird durch eine zugeordnete Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, vorzugsweise
ein Dopplerradargerät R1, laufend erfaßt und dem Bremssteuerrechner BSTR zugeführt,
der über die Bremsensteuerung BST1 das Wirksam- bzw. Unwirksamachalten der Bremse
TB veranlaßt. Der Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug F die Talbremse TB verläßt, wird
durch eine der Bremse zugeordnete Gleisfreimeldeeinrichtung Gfm1 erkannt. Gesteuert
wird die Gleisfreimeldeeinrichtung durch am Anfang und am Ende der Talbremse angeordnete
Impulsgeber iii und i12. Das Freimeldesignal (Fr) der Gleisfreimeldeeinrichtung
Gfm1 veranlaßt diëUbernahme des für diesen Zeitpunkt geltenden Geschwindigkeitswertes
des Fahrzeugs in einen noch zu erläuternden Rechner Rw. Das zum Ubernahmezeitpunkt
von der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung R1 gelieferte Signal dient dem Rechner Rw
als erster Geschwindigkeitsmeßwert (V1) für die Bestimmung des Laufwiderstandes
des gerade aus der Talbremse auslaufenden Fahrzeugs.
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Ein zweiter zum Bestimmen der Laufeigenschaften eines Fahrzeugs erforderlicher
Geschwindigkeitsmeßwert (V2) wird dem Rechner Rw durch eine der Richtungsgleisbremse
RB zugeordnete Geschwindigkeitsmeßeinrichtung R2 zugeführt. Der Zeitpunkt hierfür
wird durch das Betätigen eines vor der Richtungsgleisbremse angeordneten Impulsgebers
i2 bestimmt. Der Rechner Rw bestimmt nun aus den beiden ihm für ein bestimmtes Fahrzeug
oder eine Abteilung zugeführten Geschwindigkeitsmeßwerten sowie weiteren Größen,
auf die nachfolgend näher eingegangen wird, den diesem Fahrzeug bzw. dieser Abteilung
zukommenden
Laufwiderstand. Diesen Laufwiderstand ermittelt der
Rechner Rw aus folgender Gesetzmäßigkeit: V12 - V22 - KGL (1) 2 g' L L Dieser Bestimmungsgleichung
liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Die kinetische Energie frei ablaufender Fahrzeuge
verändert sich zwischen zwei Geschwindigkeitsmeßstellen, im vorliegenden Fall den
Impulsgebern i12 und i2, infolge der im Laufweg auftretenden Gleiswiderstände und
Gleisneigungen sowie abhängig vom Laufwiderstand der Wagen. Der Energieumsatz der
ablaufenden Wagen kann durch folgende Gleichung beschrieben werden: 1 1 2 m V1²
+ Fg (# n . 1 - # wGl .1) - Fg .wRES.L = 2 m V2² (2) Hierin sind m die Masse einer
Abteilung, V1 ihre Geschwindigkeit an einer ersten Meßstelle, V2 ihre Geschwindigkeit
an einer zweiten Meßstelle, Fg das Fahrzeuggewicht, E n . l der auf das Fahrzeuggewicht
bezogene Energiezuwachs der Abteilung zwischen den Meßstellen infolge des Gleisgefälles,
# dgl 1 der auf das Fahrzeuggewicht bezogene Energicverlust der Abteilung zwischen
den Meßstellen infolge der Gleiswiderstände, WRES der resultierende Laufwiderstand
der Abteilung und L der relevante Abstand zwischen den Meßstellen.
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Aus (2) folgt durch Umformen: WRES - V12 - V22 - KGL (1) 2 .g ' L
L worin g' die reduzierte Erdbeschleunigung und KGL ein meßstellenbezogener Energieverlustwert
darstellen. Der Ausdruck KGL stellt eine Gleiskonstante dar, die sich als Sum-
me
der einzelnen Gleiswiderstände der Meßstrecke unter Berücksichtigung evtl. Gleisneigungen
aus (1) ergibt zu: KGL tn.l-Z wGl .1 (3) Bei der angenommenen Anlagenkonfiguration
sind für die Geschwindigkeitswerte V1 und V2 die Auslaufgeschwindigkeit einer Abteilung
aus der Talbremse TB bzw. ihre Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleisbremse
RB einzusetzen. Die Länge der Meßstrecke L ist der um den äußeren Achsabstand des
Fahrzeugs bzw. der Abteilung verminderte tatsächliche Abstand zwischen Tal- und
Richtungsgleisbremse. Die Gleiskonstanten KOL einer Anlage sind vor Beginn des Ablaufbetriebes
einmal zu bestimmen. Sie sind dann zweckmäßigerweise in einem Gleisdatenspeicher
SpKGL zu hinterlegen, aus dem sie vom Rechner Rw Jederzeit abgerufen werden können.
Der Rechner Rw hat ferner Zugriff zu einem Fahrzeugdatenspeicher SpF, in dem alle
für die Behandlung der ablaufenden Abteilungen erforderlichen Fahrzeugdaten gespeichert
sind. Aus den gespeicherten Fahrzeuggewichtsdaten oder aus den von einer Gleiswaage
gemessenen tatsächlichen Fahrzeuggewichten wird auf nicht dargestellte Weise für
jede ablaufende Abteilung der Wert für die sogenannte reduzierte Erdbeschleunigung
g' abgeleitet und dem Rechner Rw zugeführt. Die reduzierte Erdbeschleunigung berücksichtigt
den laufdynamischen Einfluß der sich drehenden Radmassen und kann in bekannter Weise
aus der Erdbeschleunigung als Funktion des Wagengewichtes ermittelt werden.
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Aus den ihm beim Befahren der jeweils zweiten Meßstelle insgesamt
bekannten Größen berechnet der Rechner Rw nach der vorgenannten Gesetzmäßigkeit
den resultierenden Laufwiderstand einer Abteilung und gibt diesen an den Bremssteuerrechner
BSTR weiter. Der Bremssteuerrechner verwendet diese Größe zur Bildung und Ausgabe
von Brems- und
Lösebefehlen an die der Richtungsgleisbremse RB
zugeordnete Bremsensteuerung BST2. Abhängig von der Größe des ermittelten resultierenden
Laufwiderstandes veranlaßt der Bremssteuerrechner das Lösen der Bremse bei einer
VorrUckgeschwindigkeit VRB des Fahrzeugs, die so gewählt ist, daß die behandelte
Abteilung ihr jeweiliges Laufziel mit der vorgegebenen Zielgeschwindigkeit erreicht.
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Um zu verhindern, daß jede auf die erste Achse einer Abteilung folgende
Achse dieser Abteilung beim Passieren des Impulsgebers i2 zur Übernahme eines weiteren
Geschwindigkeitsmeßwertes in den Rechner Rw führt, ist dem Impulsgeber i2 ein UND-Glied
U nachgeschaltet. Dieses UND-Glied wird außer vom Impulsgeber i2 von einer der Richtungsgleisbremse
RB zugeordneten Gleisfreimeldeeinrichtung Gfm2 beaufschlagt und zwar vom Freimeldeausgang
dieser Gleisfreimeldeeinrichtung her. Der Besetztmeldeausgang der Gleisfreimeldeeinrichtung
ist auf den Rückstelleingang einer bistabilen Kippstufe K geschaltet. Der andere
Eingang dieser Kippstufe ist mit dem Ausgang des UND-GliedesU verbunden und der
Ausgang der Kippstufe ist auf den Sperreingang des UND-Gliedes geschaltet. Befährt
die erste Achse einer ablaufenden Abteilung den vor der Richtungsgleisbremse RB
gelegenen Impulsgeber i2 so führt das UND-ClledU an seinem Ausgang kurzzeitig Potential.
Dieses Potential dient zum Einstellen der Kippstufe K, deren Ausgangssignal nunmehr
das UND-Glied U für alle weiteren Signale des Impulsgebers i2 sperrt. Für die Dauer
der anschließenden Besetzung der Richtungsgleisbremse verhindert das Besetztmeldesignal
(Be) der Freimeldeeinrichtung Gfm2 die Ubernahme weiterer Geschwindigkeitsmeßwerte
in den Rechner Rw.
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Erst wenn eine ablaufende Abteilung die hinter dem Impulsgeber i2
gelegene Richtungsgleisbremse passiert und vollständig geräumt hat, bereitet das
Freimeldesignal (Fr) der Freimeldeeinrichtung die Ubernahme eines folgenden Geschwindigkeitswertes
für die nächste Abteilung in den Rechner Rw vor.
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Der gleisbezogene Energieverlustwert % L berücksichtigt neben den
Gleisneigungen auch die Gleiswiderstände im Bereich zwischen den beiden Geschwindigkeitsmeßstellen.
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Beim Vorhandensein von Gleisbögen erweitert sich der Bestimmungsausdruck
nach (3) für die Gleiskonstanten durch einen zusätzlichen Widerstandsparameter,
der das Reibungsverhalten der Fahrzeuge in den Gleisbögen berücksichtigt.
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Die Bestimmungsgröße hierfür ist der Abstand der Achsen, der zu den
Gleisradien in Beziehung zu setzen ist.
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Der vom Rechner Rw ermittelte Laufwiderstandswert gilt für die mittlere
Geschwindigkeit zwischen den beiden Meßstellen. Für die exakte Steuerung der Richtungsgleisbremse
ist der jeweils ermittelte Wert in einen für die jeweilige Einlaufgeschwindigkeit
der Abteilungen in eine Richtungsgleisbremse geltenden Wert zu modifizieren. Dies
geschieht durch einen vom Rechner Rw bestimmbaren Korrekturwert, der den Wert des
Jeweils ermittelten Laufwiderstandes WRES in einen für die Jeweilige Richtungsgleisbremse
geltenden Laufwiderstandswert umsetzt. Der Korrekturwert bestimmt sich nach folgender
Gleichung: 1 WRES = - 1#WL = c . A (Vr12 - Vr22) mit (4) 32 .Fg Vr2 = V2 + w2 ~
2 v w cost (5) Darin sind wL der auf eine Abteilung wirkende Luftwiderstand, c der
Windbeiwert, A die Frontfläche der Abteilung, V die Relativgeschwindigkeit zwischen
Abteilung und Luft an der indizierten Meßstelle, w die Windgeschwindigkeit, der
Winkel zwischen Wind- und Laufrichtung der Abteilung. an der indizierten Meßstelle.
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Dabei sind die Größen c und w durch ortsfeste Meßeinrichtungen zu
bestimmen, während der Winkel t vom Rechner Rw unter Maßgabe der ihm mitgeteilten
Windrichtung und der ihm bekannten Streckenführung bestimmbar ist.
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Bei einer angenommenen realistischen Entlassungsgeschwin digkeit V7
= 5 m/s aus der Talbremse, einer Einlaufgeschwindigkeit V2 = 4m/s in die Richtungsgleisbremse
und einer Fahrzeugfrontfläche A = 5m2 vereinfacht sich der Bestimmungsausdruck (4)
zu A wRES = - FCg (1,41 - 0,31 . w . com(6) (6) Bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel war der Talbremse neben der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung R1
eine durch Impulsgeber gesteuerte Gleisfreimeldeeinrichtung zugeordnet. Auf eine
gesonderte durch Impulsgeber gesteuerte Gleisfreimeldeeinrichtung kann verzichtet
werden, wenn die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung ihrerseits in der Lage ist, die
zu überwachende Talbremse freizumelden. Dies ist möglich, wenn als Geschwlndigkeitsmeßeinrichtung
ein Radargerät verwendet ist,das aber entgegen dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vor der jeweiligen Talbremse angeordnet ist und die Frei- und Besetztmeldung der
Talbremse aus der Laufzeit der reflektierten Signale bestimmt.
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Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel war angenommen worden, daß
der erste Geschwindigkeitsmeßwert dann in den Rechner Rw übernommen wurde, wenn
die erste Fahrzeugachse aus der Talbremse auslief. Bei nur zum Teil gefüllten Kesselwagen
darf dieser Geschwindigkeitsmeßwert jedoch nicht ohne weiteres für die Bestimmung
der Laufeigenschaften herangezogen werden, weil durch den schwappenden Tankinhalt
als Folge des Bremsvorganges der tatsächlichen Vor-
rückgeschwindigkeit
des Fahrzeugs eine oszillierende Geschwindigkeit überlagert sein kann. Um diesen
Fehler auf einen genügend kleinen Wert herabzusetzen, ist es deshalb sinnvoll, die
von der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung R1 aufgenommenen Geschwindigkeitsmeßwerte
über eine bestimmte Mindestzeit zu integrieren und den Mittelwert der aufgenommenen
Signale an den Rechner für die Bestimmung des Laufwiderstandes weiterzugeben.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist sinnvoll nicht nur für die Steuerung
von Richtungsgleisbremsen sondern in analoger Weise auch sinnvoll für die Steuerung
der Talbremsen einzusetzen. Der Abstand der Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen für
die Bestimmung des jeweils ersten und zweiten Geschwindigkeitswertes im Gleis ist
an sich beliebig zu wählen; zweckmäßig ist jedoch ein möglichst großer Abstand.
Aus diesem Grund und wegen der Möglichkeit, die in der Anlage ohnehin vorhandene
Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen auch für die Bestimmung der Laufeigenschaften von
Fahrzeugen mitzubenutzen, wurden die beiden Meßstellen im angenommenen Ausführungsbeispiel
dicht an die im Laufweg aufeinanderfolgenden Gleisbremsen herangelegt. Prinzipiell
können jedoch auch andere Abstände zwischen den Meßeinrichtungen gewählt sein, ohne
daß dadurch das Prinzip der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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1 Figur 7 Patentansprüche
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