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Vorrichtung zum Messen von Neigungen auf bewegten Fahrzeugen mittels
eines elektromagnetisch gesteuerten Kreisels, insbesondere zum Aufzeichnen der Schienenüberhöhungen
von Eisenbahngeleisen Kreisel; die bei Präzessionsstörungen elektroriiagnetisch
auf das wirkliche Lot oder ein Scheinlot zurückgeführt werden, sind bekannt, ebenso
deren Verwendung zur Aufzeichnung der Schienenüberhöhung von Eisenbahngeleisen vom
fahrenden Zug aus.
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Für den letztgenannten und ähnliche Verwendungszwecke des Kreisels,
bei denen es nicht auf höchste Meßgenauigkeit ankommt, genügt die weit einfachere
und weniger kostspielige Vorrichtung nach der Erfindung.
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Diese Vorrichtung besteht in bekannter Weise aus einem nahezu im Schwerpunkt
unterstützten Kreisel mit aufrechter Umlaufachse und waagerechten Präzessionsachsen,
auf die selbsttätig gesteuerte Korrektionsdrehmomente ausgeübt werden, welche rückläufige
Präzessionsbewegungen des Kreisels einleiten. Die neue Vorrichtung unterscheidet
sich von den bekannten dadurch, daß die Korrektionsdrehmomente in Abhängigkeit von
den relativen Drehungen des Kreisels um seine Präzessionsachsen gegenüber dem Fahrzeuglcasten
gesteuert werden.
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Es ist dabei selbstverständlich und allgemein bekannt, daß die die
Korrektionsdrelimomente steuernden Mittel erst bei überschreitung eines bestimmten
Mindestausschlages des Kreisels ansprechen. Der Kreisel nach der Erfindung bat leine
bestimmte Richtung im Raum. Die Richtmomente, welche auf den Kreisel ausgeübt werden,
haben das Bestreben, ihn stets in eine Richtung zu drängen, die gegenüber dem Fahrzeugkasten
unveränderlich ist, sich im Raum aber von Augenblick zu Augenblick ändert. Die Kreiselrichtung
hinkt aber der Fahrzeugrichtung beständig nach, und zwar um so langsamer, je größer
der Schwung (Drall) des Kreisels ist und je kleiner die Korrektionsdrehmomente sind.
Diese müssen auf alle Fälle so groß sein, daß sie das Verlaufen des Kreisels infolge
der Präzessionsstörungen verhindern. Ist der Schwung genügend groß und die Zeitdauer,
welche das Fahrzeug zum Durchfahren einer größeren Strecke gebraucht, klein, so
kann man die Kreiselrichtung im Raum während des Durchfahrens der Strecke näherungsweise
als konstant annehmen. Aus dem Verlauf der Kreiselneigung gegenüber dem Fahrzeugkasten
last sich umgekehrt der Verlauf der Neigungsänderung des Fahrzeugkastens im Raum
erkennen. Aus den horizontalen geraden Stellen der durchfahrenen Strecke und den
vorher gefundenen relativen Werten läßt sich die absolute Neigung für jeden Punkt
der Strecke mit genügender Annäherung bestiminen.
Tritt beim Durchfahren
der Strecke eine Eigenbewegung des Fahrzeugkastens gegeniiber der Fahrbahn. auf,
was bei allen Fahrzeugen, die federnd unterstützt sind, der Fall ist, so muß die
Eigenbewegung bei der Ermittlung der Fahrbahnneigung auf passende Weise berücksichtigt
werden.
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Zur Ermittlung der Schienenüberhöhungen eines Eisenbahngeleises dient
ein nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildendes, im Fahrzeugkasten
fest aufgestelltes Schreibgerät, bestehend aus einem Mechanismus, der ein Papierband
proportional zur Fortbewegung des Fahrzeuges vorschiebt, einem Schreibstift, der
vom Kreisel-durch ein geeignetes Mittel, z. B. durch einen Faden, quer zur Bewegungsrichtung
des Papierbandes mitgenommen, auf -diesem die relative Neigung des Kreisels gegenüber
dem Fahrzeug aufzeichnet, einem zweiten Schreibstift,' der neben dem ersten die
seitliche Neigung. des Fahrzeugkastens gegenüber dein Geleise aufzeichnet, und einem
dritten Schreibstift, der neben den beiden anderen Schaulinien eine Schaulinie zeichnet,
welche die Krüminung des Geleises zum Ausdruck bringt. Die Schreibstifte sind so
angeordnet, daß die zusammengehörigen Werte der von ihnen gezeichneten Diagramme
auf einer zum Papiervorschub senkrechten Geraden liegen. Aus den von den beiden
ersten Schreibstiften gezeichneten Diagrammen läßt sich durch Umzeichnen das korrigierte
Kreiseldiagrainin herstellen, dessen Ordinaten gleich sind der algebraischen Summe
bzw. Differenz der einander-entsprechenden Ordinaten der beiden ursprünglichen Diagramme.
Die auf die beiden ersten Schreibstifte einwirkenden Organe können auch auf eine
an sich bekannte Weise einen Differentialmechanismus betätigen, der das korrigierte
Diagramm unmittelbar aufzeichnet.
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Das korrigierte Diagramm stellt den Verlauf der Querneigung des Geleises
gegenüber dem Kreisel dar. Das vom dritten Schreibstift gezeichnete Schaubild, an
dessen Stelle auch ein Lageplan der Eisenbahnlinie, in welchem die Krümmungsradien
des Geleises vermerkt sind, treten könnte, dient nur zur Feststellung derjenigen
Stellen der durchfahrenen Geleisestrecke, wo das Geleise gerade ist. Da gerade Geleisestrecken
in der Querrichtung stets von vornherein horizontal angelegt werden, so hat man
an solchen Stellen die Möglichkeit, die Neigung des Kreisels gegenüber dem wirklichen
Lot und damit auch die Schienenüberhöhung, die gleich ist der Geleisequerneigung
gegenüber der wirklichen Horizontalebene, abzuleiten.
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Da die Kreiselaxe keine bestimmte Richtung im Raum einnimmt und sich
diese fortwährend langsam ändert, muß das korrigierte Kreiseldiagramm auf eine Linie
bezogen werden, die der jeweiligen Präzession des Kreisels entspricht, wenn man
aus dem Diagramm die wirkliche Schienenüberhöhung in jedem Punkt des Geleises ermitteln
will. Als Bezugslinie wählt man die Verbindungslinie zwischen zwei Punkten des Diagramms,
die geradlinigen und deshalb horizontal liegenden Stellen des Geleises entsprechen
(Abb. i).
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Ist die Präzessionsperiode des Kreisels lang, verglichen mit der Zeit,
in welcher die Geleisestrecke durchfahren wird, so kann die genannte Bezugslinie
mit großer Annäherung als gerade Linie angenommen werden, falls keine wesentliche
Präzessionsstörung auf dieser Strecke stattgefunden hat, was der Verlauf des Diagramms
leicht erkennen läßt. Selbst wenn Präzessionsstörungen stattgefunden haben, die
so bedeutend waren, daß sie Knicke im Diagramm verursachten, läßt sich die Bezugslinie
korrigieren, indem man sie durch einzelne aneinander anschließende Geraden, die
jeweils den entsprechenden Diagrammabschnitten parallel verlaufen, ersetzt.
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Fährt das Fahrzeug z. B. auf einer geraden Strecke, alsdann in eine
Kurve und dann wieder auf einer geraden Strecke, so entsteht im Diagramm des Kreisels
beim Eintritt und Austritt aus der Kurve ein deutlicher Wendepunkt. Die Verbindungsgerade
der beiden Wendepunkte wird alsdann als Bezugslinie für die Auswertung des Diagramms
benutzt. Die Bezugslinien verlaufen im allgemeinen nicht parallel mit der Fortbewegungsrichtung
des Papierbandes, auf welches das Diagramm aufgezeichnet wird.
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Abb. 2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
des den Gegenstand der Erfindung bildenden Vertikalkreisels mit der Vorrichtung
zum selbsttätigen Steuern von Korrektionsdrehmomenten.
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Pfeil i stellt die Fahrtrichtung (Längsrichtung), Pfeil e die Querrichtung
des Fahrzeuges dar. 3 ist der Vertikalkreisel, welcher z. B. durch eine quergerichtete
Achse 6 im Kardanring q. aufgehängt ist, während letzterer durch eine längsgerichtete
Achse 5 im Fahrzeug 7 gelagert ist. 9 ist.ein auf Achse 5 befestigter Kontaktarm,
ioa und Job sind zwei am Fahrzeug 7 feststehende- Kontaktsegmente, welche j e in
einem kleinen Winkelabstand links und rechts von der längsgerichteten Mittelebene
des Fahrzeuges ihren Anfang haben. iid und iib sind am Kardanring q. starr befestigte
Elektromagnete, deren Anker 1211 und i2b mittels radialer Hebel mit der Kreiselquerachse
6 fest verbunden sind.
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ist eine elektrische Stromquelle, lvelcbe
einerseits
an den- Kontaktarm 9 und anderseits mittels passender Leitungen an die Magnetspulen
ija und 11b angeschlossen ist, deren anderes Wicklungsende mit den Kontaktsegmenten
iöa, Tob verbunden ist.
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Steht die Achse des durch die Fahrt gestörten Kreisels schräg zur
Längssymmetrieebene des Fahrzeuges, z. B. entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers
dazu verdreht, so ist der Kontaktarm 9 in Berührung mit dem Kontaktsegment ioa,
wodurch der Stromkreis des Elektromagneten i ia geschlossen bleibt und letzterer
auf den Kreisel in passendem Sinne ein Drehmoment um die Achse 6 ausübt, welches
eine Rückpräzession des Kreisels um die Achse g einleitet, die die Kreiselachse
in die Längsmittelebene des Fahrzeugs zurückzudrehen sucht.
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Zur Korrektion von Ausschlägen der Kreiselachse um die Achse 6 ist
eine ähnliche Richtvorrichtung angebracht. Dazu sind einerseits an der Kreiselquerachse
6 ein Kontaktarm 13 und am Kardanring q. zwei die Fahrzeuglängsneigung mitmachende
Kontaktsegmente iqa, iq.P mit Trennung nahe der Ouersymmetrieebene des Fahrzeuges
angeordnet, anderseits am Fahrzeug 7 Magnetspulen 1511 und 15b und an der Kreisellängsachse
5 Anker 16a, 16b, wobei die Magnetspulen an die Stromquelle 8 angeschlossen sind.
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Praktische Erfahrung und theoretische Überlegung zeigen, daß die Präzessionsstörungen
des- Kreisels zwar nicht proportional zur Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges sind,
wohl aber im gleichen Sinn zunehmen, wie die Fahrgeschwindigkeit zu= nimmt. Diesem
Umstande ist dadurch Rechnung getragen, daß die auf die Präzessionsachsen ausgeübten
Drehmomente ihrer Größe nach in an sich bekannter Weise durch eine auf Geschwindigkeitsänderungen
ansprechende Vorrichtung gesteuert werden. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise
ein Gleichstromgenerator, der von einer Radachse des Fahrzeuges angetrieben wird
und den Erregerstrom der Magnetspulen liefert, welche die Korrektionsdrehmomente
auf die Präzessionsachsen des Kreisels erzeugen.
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Auch kann ein Erregerstrom, der beispielsweise von einer Akkumulatorenbatterie
geliefert wird, in an sich bekannter Weise durch stufenweises Ein- oder Ausschalten
von Widerständen 17, 18 der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges angepaßt werden,
was aber weniger vollkommen ist als eine selbsttätige Regelung.