AT502734A2 - Verfahren zur kalibrierung einer messanordnung zur ermittlung des raddurchmessers von sich längs zweier paralleler fahrschienen bewegenden rädern von schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messanordnung zur Ermittlung des Durchmessers von sich längs zweier paralleler Fahrschienen bewegenden Rädern von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen, sowie eine Schwerkraftablaufanlage unter Verwendung des Verfahrens gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 28.
Allgemein bekannt sind Güterwagen als Schienenfahrzeuge, deren Räder mittels einer Radachse paarweise verbunden sind und die auf zwei parallelen Fahrschienen abrollen. Zur Führung weisen die Räder bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegende Spurkränze auf.
Weiter ist es bekannt, Kolbengleisbremsen an den Fahrschienen unterhalb der Spurkränze anzuordnen, um die Güterwagen abzubremsen.

   Dabei drückt der Spurkranz jeweils auf eine Kolbenstange, die einen daran angeordneten Kolben innerhalb einer Kolben-Zylinder-Einheit verschiebt, wobei kinetische Energie des Güterwagens hydraulisch in Wärme umgewandelt wird.
Kolbengleisbremsen werden insbesondere in Schwerkraftablaufanlagen eingesetzt, die beispielsweise zur Zusammenstellung von Güterzügen mittels Verteilweichen dienen. Schwerkraftablaufanlagen weisen ein Gefälle auf, so dass die Güterwagen durch die Hangabtriebskraft angetrieben werden.

   Durch die Kolbengleisbremsen kann erreicht werden, dass die Güterwagen im Bereich der Verteilweichen mit konstanter Geschwindigkeit laufen und in den Richtungsgleisen der Schwerkraftablaufanlage mit zulässiger nur noch sehr geringer Geschwindigkeit auf bewegte oder stehende Wagen auflaufen.
Die insbesondere bauart- und verschleissbedingte Schwankungsbreite der Spurkranzdurchmesser von ca. 300 mm bis ca. 1100 mm erschwert die Geschwindigkeitsregelung mittels Kolbengleisbremsen in Ablaufanlagen erheblich.
Die Verwendung von Kolbengleisbremsen hat dabei den Nachteil, dass die Bremswirkung abhängig vom Spurkranzdurchmesser der Räder ist.

   Um zu verhindern, dass es aufgrund der unterschiedlichen Spurkranzdurchmesser auf der Gefällestrecke und insbesondere im Weichenbereich zu Einholvorgängen und Eckstössen der Güterwagen kommt, wird die zeitliche Ablauffolge aller Güterwagen in der Schwerkraftablaufanlage relativ gross gewählt . Die Leistung (Bergleistung) der Ablaufanläge ist so deutlich gemindert. Nur mit Vorabkenntnis der Raddurchmesser der nacheinander ablaufenden Güterwagen kann die zeitliche
Ablauffolge aller Güterwagen so gesteuert werden, dass sowohl mit grossen als auch mit kleinen Spurkranzdurchmessern ein leistungsfähiger störungsfreier Betrieb der Anlage sichergestellt ist.
Aus der EP 0 212 052 A2 ist bereits eine Einrichtung zur Vermessung von im Fahrzeug eingebauten Rädern bekannt, die zu entsprechenden Radsätzen gehören.

   Die Vermessung der Räder wird während langsamer Fahrt des Fahrzeuges vorgenommen, wobei an einer Fahrschiene zumindest zwei unabhängig voneinander das Rad erfassende Radsensoren unterhalb der Laufebene der Fahrschiene angeordnet sind. Die beiden Radsensoren sind als photoelektrische Taster ausgebildet und so unterhalb der Laufebene ausgerichtet, dass ihre Haupttastrichtung wenigs tens angenähert senkrecht zu einer Tangente am zugehörigen Tastpunkt eines Messkreises (eines gedachten Raddurchmesserkreises) verläuft. Die beabstandeten Radsensoren sind dazu einander unter einem Winkel zugewandt angeordnet, wobei der Abstand in Abhängigkeit von dem zu bestimmenden Raddurchmesser gewählt ist. Die Taster sind mit einer Zeiterfassungseinrichtung verbunden, welche die jeweiligen Zeiten feststellt, zu denen die Taster von einem darüber rollenden Rad betätigt werden.

   Bewegt sich ein Rad auf der Laufebene entlang der Fahrschiene und kommt die Lauffläche des Rades in den Bereich des ersten Tastpunktes, so löst es bei dessen Erreichen über den photoelektrischen Taster ein Zeitsignal aus, wobei der Taster jeweils am Anfang ein stetig ansteigendes und am Ende ein wieder stetig abfallendes Sensorsignal oder umgekehrt abgibt. Dasselbe Auslösen eines ZeitSignals erfolgt, wenn die
Lauffläche in den Bereich des zweiten Tastpunktes des zweiten Tasters kommt. Die Tastpunkte liegen in einem gleichen Abstand oberhalb der Laufebene, welcher kleiner gleich dem halben Raddurchmesser ist. Anhand der Radgeschwindigkeit lässt sich aus der Zeitdifferenz der beiden Zeitsignale die Länge einer Kreissehne im gedachten Raddurchmesserkreis bestimmen, deren Sehnenhöhe gleich dem Abstand der Tastpunkte von der Laufebene ist.

   Anhand der Sehnenh[delta]he und der Sehnenlänge lässt sich mittels des Satzes des Pythagoras der Raddurchmesser berechnen.
Ferner ist aus der DE 40 18 999 AI ein induktiv wirkender Radsensor für Schienenfahrzeuge bekannt, der innenseitig an dem Fahrschienenpaar angeordnet ist. Diese Radsensoren, die je zwei längs der Fahrschienen beabstandete Radsensoren aufweisen, werden häufig in Form von Doppelradsensoren zur Achszählung verwendet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messanordnung zur Ermittlung des Raddurchmessers von Schienenfahrzeugrädern vorzuschlagen, durch das der Rad .*durchmesser, insbesondere der Spurkranzdurchmesser, mit geringem Aufwand selbsttätig bestimmt werden kann, und zwar unabhängig von den vielfältigen Einflussgrössen und deren zeitlichen oder verschleissbedingten Schwankungen.

   Weiter ist die Aufgabe der Erfindung eine Schwerkraftablaufanlage unter Anwendung des Verfahrens anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe ist bezogen auf das Verfahren durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bezogen auf die Schwerkraftablaufanlage durch die im Anspruch 28 angegebenen Merkmale gegeben.

   Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche enthalten jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals zwischen dem Über- und anschliessenden Unterschreiten zumindest eines vorgegebenen Schwellwertes erfasst wird, dass anhand der Radgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz die Sehnenlänge ermittelt wird, aus der mittels eines vorgegebenen Hilfswertes der unbekannte Raddurchmesser berechenbar ist, und dass anhand des<">bekannten Raddurchmessers jeweils ein Korrektur-Hilfswert und dann mittels des Korrektur-Hilfswerts durch Korrektur des vorgegebenen Hilfswertes ein neuer vorgegebener Hilfswert bestimmt wird.

   Der Radsensor ist dabei so ausgelegt, dass der zeitliehe Verlauf des Sensorsignals bei einem darüber rollenden Rad jeweils am Anfang stetig ansteigt oder abfällt und am Ende umgekehrt wieder stetig abfällt bzw. ansteigt und dass die Sehnenlänge der Länge einer Kreiss hne und der Hilfswert der Sehnenh[delta]he in dem gedachten Raddurchmesserkreis entspricht.
Die Genauigkeit der Kalibrierung lässt sich erhöhen, wenn der Hilfswert anhand einer Vielzahl darüber rollender Räder mit bekanntem Raddurchmesser laufend bestimmt wird Eine höhere Genauigkeit bei gleichzeitiger Vereinfachung der Kalibrierung ergibt sich, wenn der Hilfswert aus einer Vielzahl darüberrollender Räder mit einer bekannten Verteilung der Raddurchmesser bestimmt wird,

   wobei als bekannter Raddurchmesser der statistisch gesicherte Mittelwert der Verteilung verwendet wird.
Eine weitere Genauigkeitsverbesserung erhält man, wenn aus einer Vielzahl darüberrollender Räder eine Gruppe mit einer bekannten Verteilung der Raddurchmesser ausgewählt und der Hilfswert anhand des statistisch gesicherten Mittelwerts dieser Gruppe bestimmt wird.
Eine genauere Ermittlung ergibt sich, wenn die auszuwählenden Räder in Rahmen mit festem Abstand angeordnet sind und die Räder der ausgewählten Gruppe zu gleichen Rahmenachsabständen gehören.
Noch genauer ist es, wenn die Räder der auszuwählenden Gruppe zu Laufwerken in Form von Drehgestellen gehören, deren Räder in Rahmen mit festem Abstand angeordnet sind und die Räder der ausgewählten Gruppe zu gleichen Drehgestellen gehören.

   Vorteilhafterweise sind die Drehgestelle 1800mm-Drehgestelle sind, da die Verteilung der Raddurchmesser der Räder dieser Drehgestelle normal ist und gegenüber den zu anderen Rahmenachsabständen gehörenden Rädern die kleinere Streuung aufweist.
Zur besseren Anpassung an zeitliche Schwankungen wird vorgeschlagen, dass aus jedem neu bestimmten Hilfswert der vorhergehende Hilfswert anhand dieses Korrekturwertes ihs zum neuen Hilfswert korrigiert wird. >.. .... ... * *.
Eine noch bessere Anpassung erhält man, wenn der Korrekturwert mittels eines vorgegebenen Korrekturfaktors graduell angepasst wird.
Zweckmässig ist der erste vorgegebene Hilfswert ein geschätzter Wert .
Der Raddurchmesser wird durch Lösung folgender Gleichung berechnet:

  
R<2>= (R-hs)<2>+(se/2)<2>mit 2R= Raddurchmesser, hs= vorgegebener Hilfswert und se=
Sehnenlänge.
Zur Ermittlung des Hilfswertes wird vorgeschlagen, dass der Hilfswert bei vorgegebenem Schwellwert und davon abhängiger Sehnenlänge empirisch bestimmt wird.
Als Raddurchmesser lässt sich mit Vorteil der Laufkreisdurchmesser bestimmen, wenn der Radsensor unterhalb des seitlich über den Schienenkopf hinausragenden Laufkreises angeordnet ist.
Weisen die jeweils paarweise angeordneten Räder bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegende Spurkränze auf, so entspricht der Raddurchmesser dem Spurkranzdurchmesser, wobei die Radsensoren jeweils unterhalb der Spurkränze an der Fahrschiene anzuordnen sind.
Zur Bestimmung des Spurkranzdurehmessers kann der Radsensor unterhalb der Spurkränze und/oder der Laufkreise angeordnet sein,

   wobei der Spurkranzdurchmesser gleich dem Laufkreisdurchmesser plus der doppelten Spurkranzhöhe ist. .. .... ... . ..
Eine konstruktive einfache Ausführung des Radsensors ergibt sich, wenn dieser als induktiv wirkender Sensor ausgebildet ist.
Zur Vermeidung von Messfehlern und instabilen Signalreaktionen sind unter Berücksichtigung einer zweckmässig einzustellenden Hysteresis des Sensors zwei unterschiedliche Schwellwerte vorzugeben.
Um anhand der Sensorsignalkurven (zeitlicher Verlauf der Sensorsignale) die Geschwindigkeit zu bestimmen, wird vorgeschlagen, dass der Radsensor als Doppelradsensor mit zwei Radsensoren ausgebildet ist, wobei aus dem zeitlichen und geometrischen Versatz der beiden Sensorsignalkurven die Geschwindigkeit bestimmt wird.
Um den Fehlereinfluss des vom Gleis und von der Achse abhängigen Sinuslaufes zu korrigieren, wird vorgeschlagen,

   dass je zwei Radsensoren innenseitig oder aussenseitig am Fahrschienenpaar einander zu- bzw. abgewandt als Radsensorpaar angeordnet sind, wobei diese beiden Radsensoren auf einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Fahrschienen verlaufenden gedachten Gerade liegen, dass für jeden Radsensor ein Korrektur-Hilfswert bestimmt wird, und dass die Korrektur-Hilfswerte des Radsensorpaars sowie die anhand ihrer Sensorsignale ermittelten Sehnenlängen jeweils gemittelt und anstelle des Korrektur-Hilfswerts sowie der Sehnenlänge des einzelnen Radsensors verwendet werden.
Vorteilhafterweise werden zwei Doppelradsensoren entsprechend paarweise innenseitig oder aussenseitig am Fahrschienenpaar einander zu- bzw. abgewandt angeordnet, so dass gleichzeitig die Geschwindigkeit der Räder bestimmbar ist.
Die Mittelung kann gleisabhängig erfolgen:

   - indem jeweils die Korrektur-Hilfswerte der beiden Radsensoren eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale ermittelten Sehnenlängen des Paares gemittelt werden, indem jeweils der grössere Korrektur-Hilfswert der beiden Radsensoren eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale ermittelte grössere Sehnenlänge des Paares verwendet werden, indem jeweils der kleinere Korrektur-Hilfswert der beiden Radsensoren eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale ermittelte kleinere Sehnenlänge des Paares verwendet werden, indem die ermittelten Raddurchmesser des Doppelradsensorpaars jeweils gemittelt werden,

   indem jeweils von den ermittelten Raddurchmessern des Doppelradsensorpaars der grössere Raddurchmesser verwendet wird oder indem jeweils von den ermittelten Raddurchmessern des Doppelradsensorpaars der kleinere Raddurchmesser verwendet wird.
Die Lösung sieht bezogen auf die Schwerkraftablaufanläge vor, dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals zwischen dem Überund anschliessenden Unterschreiten zumindest eines vorgegebenen Schwellwertes erfasst wird, dass anhand der Radgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz die Sehnenlänge ermittelt wird, aus der mittels eines vorgegebenen Hilfswertes der unbekannte Raddurchmesser berechnet wird, und dass, wenn ein ausgewähltes Rad mit bekanntem Raddurchmesser darüber rollt,

   durch Korrektur des vorgegebenen Hilfswertes anhand des bekanntem Raddurchmessers ein neuer Hilfswert bestimmt und als vorgegebener Hilfswert für die weiteren Berechnungen der Raddurchmesser verwendet wird. Die starke Schwankungsbreite der Spurkranzdurchmesser von ca. 300 mm bis ca. 1100 mm beeinflusst unzulässig stark die Geschwindigkeitsregelung mittels Kolbengleisbremsen in Ablaufanlagen.

   Mit der selbsttätigen und genauen Ermittlung der Spurkranzdurchmesser kann dem unterschiedlichen Arbeitsvermögen von Kolbengleisbremsen durch Variation der Abdrückgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Raddurchmesser am Startpunkt der Abläufe optimal entsprochen werden.
Die Anpassung an das Arbeitsvermögen der Schwerkraftablaufanlage ist dann besonders einfach, wenn die zeitliche Differenz eines nachfolgend ablaufenden Schienenfahrzeugs zum unmittelbar vorhergehenden Schienenfahrzeug am Startpunkt anhand des ermittelten Spurkranzdurehmessers des nachlaufenden oder/und des vorlaufenden Schienenfahrzeugs bestimmt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

   Es zeigen:
Fig. 1 ein Schienenpaar mit innenseitig an einer Fahrschiene angeordnetem Doppelradsensor, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines auf einer Fahrschiene abrollenden Rades mit den erzeugten Radsensorsignalen zur Ermittlung des Spurkranzdurehmessers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 2 zur Ermittlung des Spurkranzdurehmessers, Fig. 4 ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensor, und .. .... ...
Fig. 5 ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussenund einem innenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensorpaar.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt zweier paralleler Fahrschienen 1, die mittels Schwellen 2 miteinander verbunden sind. Längs der Fahrschienen 1 können sich Schienenfahrzeuge (nicht gezeigt) bewegen.

   Zu solchen Schienenfahrzeugen gehören insbesondere nicht angetriebene Güterwagen. Die Schienenfahrzeuge weisen zumindest zwei in Bewegungsrichtung beabstandete Paare von Rädern 3 (s. Fig. 2 und Fig. 3) auf, die jeweils mittels Achsen fest verbunden sein können.
Schienenfahrzeuge besitzen Laufwerke in Form von Drehgestellen, in denen die Räder 3 in Rahmen mit festem Abstand angeordnet sind (nicht gezeigt) . Die Drehgestelle sind in der Praxis 1500mm-, 1700mm-, 1800mm- oder 2000mm-Drehgestelle.
In Fig. 1 ist bezogen auf das Fahrschienenpaar an einer Fahrschiene 1 innenseitig ein Radsensor 4 einer Messanordnung zur Ermittlung des Raddurchmessers angeordnet. Der Radsensor 4 ist als Doppelradsensor ausgebildet, d. h. er besteht aus zwei voneinander unabhängigen induktiv wirkenden Radsensoren 4a, 4b, die in Schienenlängsrichtung voneinander beabstandet sind.

   Jeder Radsensor 4a, 4b erzeugt bei einem auf der Fahrschiene 1 darüberrollenden Rad 3 ein entsprechendes Sensorsignal (s. 8a, 8b in Fig. 2 und Fig. 3) .
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein auf der Fahrschiene 1 abrollendes Rad 3 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Wie Fig. 2 erkennen lässt, rollt das Rad 3 mit seinem Laufkreis 5 (Laufkreisradius R) auf der Lauffläche la der Fahrschiene 1 ab, während der Laufkranz 6 des Rads 3 seitlich über die Lauffläche la der Fahrschiene 1 hinaus nach unten ragt. Die Spurkränze 6 sind bezogen auf das Fahrschienenpaar innenseitig einander gegenüberliegend angeordnet. Die Radsensoren 4a, 4b befinden sich unterhalb des Laufkranzes 6 an den in Fig. 2 eingezeichneten Positionen auf der Innenseite der Fahrschiene 1. Der Radius des Aussenumfangs des Spurkranzes 6 ist der Spurkranzradius Rs .

   Die von den Radsensoren 4a, 4b abgegebenen Sensorsignale 8a, 8b sind in ihrem zeitlichen Verlauf korrespondierend zu dem sich bewegenden Rad 3 in Fig. 2 eingezeichnet. Man erkennt, dass beide Sensorsignale 8a, 8b zunächst stetig abfallen, um dann umgekehrt wieder stetig anzusteigen. Je nach Ausgestaltung der Radsensoren 4a, 4b können die Sensorsignale 8a, 8b selbstverständlich auch umgekehrt verlaufen, also zuerst ansteigen und dann wieder abfallen. Zur Bestimmung einer dem Spurkranzradius Rs entsprechenden Länge ist eine Triggerschwelle 9 vorgegeben, anhand derer jeweils die Zeitdifferenz der Sensorsignale 8a, 8b zwischen dem Über- und anschliessendem Unterschreiten der Triggerschwelle 9 ermittelt wird.

   Damit die induktiv wirkenden Sensoren 4ä, 4b eine Hysteresis aufweisen, können zwei unterschiedliche Triggerschwellwerte 9 bei ansteigendem und abfallendem Sensorsignal 8a, 8b verwendet werden.
In Fig. 3 ist schematisch eine ähnliche Situation wie in Fig. 2 dargestellt: Ein Rad 3 zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten sowie die Sensorsignale 8a, 8b der beiden Radsensoren 4a, 4b. Im Unterschied zu Fig. 2 weist das Rad 3 keinen Spurkranz 6 auf.
Die Radien R, Rs des Laufkreises und des Spurkranzes werden auf die gleiche Weise ermittelt.

   Die Radsensoren 4a, 4b müssen dazu lediglich unterhalb des Laufkreises 5, also aussenseitig an einer Fahrschiene 1 wie in Fig. 4 gezeigt, anstatt unterhalb des Spurkranzes 6 angeordnet sein, da in diesem Fall der darüber rollende Laufkreis und nicht der Spurkranz mittels der Radsensoren 4a, 4b erfasst werden muss.
Im Folgenden wird deshalb die Ermittlung der Radien R, Rs nur anhand des Laufkreisradius R beschrieben.
Der Spurkranzdurchmesser 2Rs lässt sich anhand des Laufkreisdurchmessers 2R und der Spurkranzh[delta]he Sh berechnen;

   der Spurkranzdurchmesser 2Rs ist gleich dem Laufkreisdurchmesser 2R plus der doppelten Spurkranzh[delta]he 2Sh=2Rs-2R.
Fig. 3 zeigt weiter mittels der Triggerschwelle 9 aus den Sensorsignalen 8a, 8b erzeugte AusgangsSignale 9a, 9b (Ausgangsimpulse) , die eine einfache Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen der ansteigenden und der abfallenden Flanke der Sensorsignale 8a, 8b ermöglichen.
Anhand der zeitlichen Verschiebung der beiden rechteckimpulsför igen Ausgangssignale 9a, 9b kann weiter eine dem Abstand der Radsensoren 4a, 4b entsprechende Zeit bestimmt und daraus die Geschwindigkeit des Rades 3 berechnet werden.

   Die Geschwindigkeit ist selbstverständlich auch auf andere Weise ermittelbar.
Zur Berechnung des unbekannten Laufkreisradius R (Abstand AB) dient der gedachte Raddurchmesserkreis RDK (hier identisch mit dem Laufkreis 5) , in den die halbe Sehnenlänge se/2 (Abstand B-C, halber Abstand B-E) eingezeichnet ist. Man erkennt, dass sich der Laufkreisradius R sofort berechnen lässt, wenn die Sehnenh[delta]he hs (Abstand C-D) bekannt ist, und zwar nach folgender Formel : R<2>= (R-hs)<2>+(se/2)<2>.
Die Sehnenh[delta]he hs ist hier ein vorgegebener Hilfswert zur Berechnung des unbekannten Raddurchmessers 2R, welcher dem Maximalabstand der Sehne im Raddurchmesserkreis RDK entspricht .

   Dieser Hilfswert hs kann bei eingestellter Triggerschwelle 9 empirisch ermittelt werden, beispielsweise statistisch gesichert anhand einer entsprechenden Anzahl von Rädern 3 mit bekanntem Laufkreisradius R oder einer bekannten Laufkreisradiusverteilung.
In jedem Falle wird anhand der Radgeschwindigkeit eine dem Raddurchmesser 2R oder 2Rs entsprechende Sehnenlänge se (Abstand B-E) ermittelt, die der Länge einer Sehne im gedachten Raddurchmesserkreis RDK entspricht, und aus dieser Sehnenlänge se sowie aus einem vorgegebenen Hilfswert hs der unbekannte Raddurchmesser 2R bzw.

   2Rs berechnet, wobei der Hilfswert hs der Sehnenh[delta]he und damit dem maximalen Abstand der Sehne im gedachten Raddurchmesserkreis RDK entspricht .
Die Kalibrierung der Messanordnung erfolgt durch Korrektur des Hilfswertes hs, also des jeweils vorgegebenen Hilfswertes hs, der nachfolgend als Hilfswert hs(i-l) bezeichnet wird. Die positive ganze Zahl i ist eine Laufzahl; der Hilfswert hs(i-l) ist der vor dem Hilfswert hs(i) vorgegebenen Wert. Der Hilfswert hs(i) ist nachfolgend jeweils der korrigierte Hilfswert hs(i-l).
Die Korrektur des Hilfswertes hs(i-l) erfolgt, indem bei einem darüberrollenden Rad 3 mit bekanntem Raddurchmesser 2R, 2Rs anhand des bekanntem Raddurchmessers 2R, 2Rs mittels der Formel 
R<2>= (R-hs(i-l) )<2>+(se/2)<2>bzw.

   Rs<2>= (Rs-hs (i-1) )<2>+ (se/2)<2>
jeweils durch Korrektur des vorgegebenen alten Hilfswertes hs(i-l) wie nachfolgend beschrieben ein neuer Hilfswert hs(i) bestimmt und als neuer vorgegebener Hilfswert hs(i) für die weiteren Berechnungen der Raddurchmesser 2R, 2Rs verwendet wird.
Hierzu wird jeweils ein Rad 3 ausgewählt und wie bei der Ermittlung des Raddurchmessers 2R, 2Rs die dem Raddurchmesser entsprechende Sehnenlänge se ermittelt.
Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass ein KorrekturHilfswert ihs anhand von darüberrollenden ausgewählten Rädern 3 einer Gruppe bestimmt wird, bei denen die Verteilung der Raddurchmesser 2R, 2Rs bekannt ist. Die Räder 3 der ausgewählten Gruppe gehören zu gleichen Rahmenachsabständen und damit zu gleichen Drehgestellen.

   Als bekannter Raddurchmesser 2R, 2Rs wird jeweils der statistisch gesicherte Mittelwert der Verteilung verwendet.
Insbesondere die 1800mm-Drehgestelle weisen eine Normal-Verteilung der Raddurchmesser 2R, 2Rs mit einer relativ kleinen Streuung auf (also gegenüber den zu anderen Rahmenachsabständen gehörenden Rädern 3 die kleinere Streuung) , weshalb man beispielsweise die Gruppe der Räder 3 der 1800mm-Drehgestelle vorzugsweise für die Kalibrierung der Messanordnung verwendet.
Zur Bestimmung des aktuellen Korrektur-Hilfswertes ihs wird dieser aus der gemessenen Sehne se und vorzugsweise dem vorgegebenen "Normal-Durchmesser" errechnet. (Der bereits bestimmte Durchmesser ist für diesen ihs-Wert ohne Bedeutung.) Die Kalibrierung beruht darauf, dass bestimmte ausgewählte Räder (und nur diese werden für die Kalibrierung benutzt) genau dem "Normal-Durchmesser" entsprechen.

   Die Grösse hs(i) wird damit immer auf das "Normal" bezogen und die gemessene Sehne se somit dem "Normal-Durchmesser" zugeordnet.
Zur besseren Anpassung an zeitliche und verschleissbedingte Schwankungen wird aus jedem neu bestimmten Korrektur-Hilfswert ihs der vorhergehende Korrektur-Hilfswert (hs(i-l)) anhand des Korrekturwertes ihs zum neuen Hilfswert (hs(i-l) korrigiert.
Vorzugsweise wird der Korrekturwert mittels eines vorgegebenen Korrekturfaktors K graduell angepasst, der beispielsweise zwischen 1% und 20% gewählt werden kann, und zwar so:

   hs(i) = hs(i-l) - K(hs(i-1) - ihs) mit K = 0,01....0,20 und einem Korrekturwert (hs (i-1) -ihs) .
Als erster vorgegebener Hilfswert, bei dem das Verfahren zur Kalibrierung startet, kann ein hinreichend genauer Schätzwert als Anfangswert gewählt werden.
Jede der in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Radsensoranordnungen (Messanordnungen) kann in einer Schwerkraftablaufanlage für Schienenfahrzeuge (zweckmässigerweise vor dem Startpunkt) eingesetzt und gemäss dem oben beschriebenen Verfahren betrieben werden.

   Die selbsttätig ermittelten Spurkranzdurchmesser 2Rs, welche die Kolbengleisbremsen betätigen, legen dabei den kleinstm[delta]glichen zeitlichen Abstand der Schienenfahrzeuge am Startpunkt fest, und zwar anhand des ermittelten Spurkranzdurehmessers 2Rs des nachlaufenden und/oder des vorlaufenden Schienenfahrzeuges . 
Mittels der Formel wird - wie oben erläutert - bei der Kalibrierung nicht der Raddurchmesser 2R, 2Rs berechnet, denn dieser ist ja schon bekannt, sondern der Korrektur-Hilfswert ihs.

   Als Raddurchmesser 2R, 2Rs gehen in die Steuerung der Schwerkraftablaufanläge selbstverständlich diese bekannten Raddurchmesser 2R, 2Rs ein.
Fig. 5 zeigt ein Fahrschienenpaar gemäss Fig. 1 mit einem aussen- und einem innenseitig an einer Fahrschiene angeordneten Doppelradsensorpaar 4,4.
Dabei sind je zwei Radsensoren 4al,4a2 und 4bl,4b2 innenseitig am Fahrschienenpaar einander zugewandt als Radsensorpaar 4al,4a2 und 4bl,4b2 angeordnet sind, wobei diese beiden Radsensoren 4al,4a2 oder 4bl,4b2 auf einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Fahrschienen verlaufenden gedachten Gerade liegen. Dasselbe gilt analog für das aussenseitige Doppelradsensorpaar 4, bei dem die beiden Radsensoren 4al,4a2 und 4bl,4b2 einander abgewandt als Radsensorpaar 4al,4a2 und 4bl,4b2 angeordnet sind.

   Um das vom Gleis abhängige Radpendein (den Sinuslauf) zu berücksichtigen, wird für jeden Radsensor 4al,4a2,4bl,4b2 zunächst ein Korrektur-Hilfswert ihs bestimmt. Dann werden die Korrektur-Hilfswerte ihs jedes Radsensorpaars 4al,4a2 und 4bl,4b2 sowie die anhand ihrer Sensorsignale 8al, 8a2 bzw. 8bl,8b2 ermittelten Sehnenlängen se jeweils gemittelt und anschliessend anstelle des KorrekturHilfswerts ihs sowie der Sehnenlänge se des einzelnen Radsensors 4al,4a2,4bl,4b2 verwendet.
Die Radsensoren 4al,4a2, 4bl,4b2 jedes Paars 4al,4a2 und 4bl,4b2 sind jeweils mindestens in einem Abstand längs der Fahrschienen angeordnet, der jeweils die Zuordnung der Betätigungen des Paars 4al,4a2 und 4bl,4b2 zu einer einzigen Radachse sichert .

   Die Mittelung kann so aussehen, dass jeweils der KorrekturHilfswert ihs der beiden Radsensoren 4al,4a2 bzw. 4bl,4b2 eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale 8al,8bl bzw. 8a2,8b2 ermittelte zugehörige Sehnenlänge se gemittelt werden. Es kann auch eine Auswahl getroffen werden, dass jeweils der grössere Korrektur-Hilfswert ihs der beiden Radsensoren 4al,4a2 bzw. 4bl,4b2 eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale 8al,8bl bzw. 8a2,8b2 ermittelte zugehörige grössere Sehnenlänge se verwendet werden. Oder aber jeweils der kleinere Korrektur-Hilfswert ihs der beiden Radsensoren 4al,4a2 bzw. 4bl,4b2 sowie die entsprechend ermittelte kleinere Sehnenlänge se des Paares 4al,4a2 bzw. 4bl,4b2 werden verwendet. Es können aber auch erst die Raddurchmesser 2R,2Rs des Doppelradsensorpaars 4al,4bl und 4a2,4b2 ermittelt und diese danach jeweils gemittelt werden.

   Praktikabel ist aber auch, dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern 2R,2Rs des Doppelradsensorpaars 4al,4bl und 4bl,4b2 der grössere oder aber der kleinere Raddurchmesser verwendet wird. Welche M[delta]glichkeit gewählt wird, richtet sich nach dem Zustand des Gleises, ist also von diesem abhängig.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Kalibrierung einer Messanordnung zur Ermittlung des Raddurchmessers (2R,2Rs) von sich längs zweier paralleler Fahrschienen (1) bewegenden Rädern (3) von

   Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen, wobei die jeweils paarweise angeordneten Räder (3) einander gegenüberliegen, bei dem ein bekannter Raddurchmesser (2R,2Rs) verwendet wird, wobei zumindest an einer Fahrschiene (1) ein das Rad (3) erfassender Radsensor (4a, 4b) unterhalb der auf der Fahrschiene (1) abrollenden Räder (3) angeordnet ist, der ein Sensorsignal (8a, 8b) erzeugt, und wobei mit Hilfe des Sensorsignals (8a, 8b) eine dem Raddurchmesser (2R,2Rs) entsprechende Sehnenlänge (se) ermittelt wird, die der Länge einer Kreissehne im gedachten Raddurchmesserkreis (RDK) entspricht, mit deren Hilfe der unbekannte Raddurchmesser (2R,2Rs) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals (8a, 8b) zwischen dem Über- und anschliessenden Unterschreiten zumindest eines vorgegebenen Schwellwertes (9) erfasst wird,

   dass anhand der Radgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz die Sehnenlänge (se) ermittelt wird, aus der mittels eines vorgegebenen Hilfswertes (hs(i-l)) der unbekannte Raddurchmesser (2R,2Rs) berechenbar ist, und dass anhand des bekannten Raddurchmessers (2R,2Rs) jeweils ein Korrektur-Hilfswert (ihs) und dann mittels des Korrektur-Hilfswerts (ihs) durch Korrektur des vorgegebenen Hilfswertes (hs(i-l)) ein neuer vorgegebener Hilfswert (hs(i)) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Sensorsignals (8a, 8b) bei einem darüberrollenden Rad (3) jeweils am Anfang stetig ansteigt oder abfällt und am Ende umgekehrt wieder stetig abfällt bzw. ansteigt und dass die Sehnenlänge (se) der Länge einer Kreissehne und der Hilfswert (hs) der Sehnenhöhe im gedachten Raddurchmesserkreis (RDK) entspricht.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektur-Hilfswert (ihs) anhand laufend darüberrollender Räder (3) mit bekanntem Raddurchmesser (2R,2Rs) bestimmt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektur-Hilfswert (ihs) anhand laufend darüberrollender Räder (3) mit einer bekannten Verteilung der Raddurchmesser (2R,2Rs) bestimmt wird, wobei als bekannter Raddurchmesser (2R,2Rs) der statistisch gesicherte Mittelwert der Verteilung verwendet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus laufend darüberrollenden Rädern (3) eine Gruppe mit einer bekannten Verteilung der Raddurchmesser (2R,2Rs) ausgewählt und der Korrektur-Hilfswert (ihs) anhand des statistisch gesicherten Mittelwerts dieser Gruppe bestimmt wird. I.. *

   6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (3) in Rahmen mit festem Abstand angeordnet sind und die Räder (3) der ausgewählten Gruppe zu gleichen Rahmenachsabständen gehören.

   7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (3) der auszuwählenden Gruppe zu Laufwerken in Form von Drehgestellen gehören, deren Räder (3) in Rahmen mit festem Abstand angeordnet sind und dass die Räder (3) der ausgewählten Gruppe zu gleichen Drehgestellen gehören.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgestelle 1800mm-Drehgestelle sind, wobei die Verteilung der Raddurchmesser (2R,2Rs) der Räder (3) dieser Drehgestelle normal ist und gegenüber den zu anderen Rahmenachsabständen gehörenden Rädern die kleinere Streuung aufweist.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgestelle 1500mm-, 1700mm- oder 2000mm-Drehgestelle sind.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus jedem neu bestimmten Korrektur-Hilfswert (ihs) ein zum vorhergehenden Hilfswert (hs(i-l)) graduell angepasster neuer Hilfswert (hs(i)) gebildet wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert-Hilfswert (ihs) mittels eines vorgegebenen Korrekturfaktors K graduell angepasst wird.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgegebene Hilfswert ein geschätzter Wert ist .

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der Raddurchmesser (2R,2Rs) durch Lösung folgender Gleichung berechnet wird: R<2>= (R-hs)<2>+(se/2)<2>mit 2R= Raddurchmesser, hs= vorgegebener Hilfswert und se= Sehnenlänge .

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 13 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der vorgegebene Hilfswert (hs) bei vorgegebenem Schwellwert (9) und davon abhängiger Sehnenlänge (se) empirisch ermittelt wird.

   15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der Raddurchmesser der Laufkreisdurchmesser (2R) ist.

   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung die jeweils paarweise angeordneten Räder (3) bezogen auf das Fahrschienenpaar (1) in . ml ...

   nenseitig einander gegenüberliegende Spurkränze (6) aufweisen und der Raddurchmesser der Spurkranzdurchmesser (2Rs) ist.

   17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der Radsensor (4a, 4b) unterhalb der Spurkränze (6) und/oder der Laufkreise (5) angeordnet ist, wobei der Spurkranzdurchmesser (2Rs) gleich dem Laufkreisdurchmesser (2R) plus der doppelten Spurkranzh[delta]he (2Sh) ist.

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der Radsensor (4a, 4b) als induktiv wirkender Sensor ausgebildet ist.

   19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung zur Einstellung einer

   Schalthysteresis des Sensors (4a, 4b) zwei unterschiedliche Schwellwerte (9) vorgegeben sind.

   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messanordnung der Radsensor (4) als Doppelradsensor mit zwei Radsensoren (4a, 4b) ausgebildet ist, wobei aus dem zeitlichen und geometrischen Versatz der beiden Sensorsignalkurven die Geschwindigkeit bestimmt wird.

   21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Radsensoren (4al,4a2 oder 4bl,4b2) innenseitig oder aussenseitig am Fahrschienenpaar einander zu- bzw. abgewandt als Radsensorpaar (4al,4a2;4bl,4b2) angeordnet sind, wobei diese beiden Radsensoren (4al,4a2 oder 4bl,4b2) auf einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Fahrschienen verlaufenden gedachten Gerade liegen, dass für jeden Radsensor (4al,4a2,4bl,4b2) ein Korrektur-Hilfswert (ihs) bestimmt wird, und dass die Korrektur-Hilfswerte (ihs) des Radsensorpaars (4al,4a2;4bl,4b2) sowie die anhand ihrer Sensorsignale (8al, 8a2 bzw. 8bl,8b2) ermittelten Sehnenlängen (se) jeweils gemittelt und anstelle des Korrektur-Hilfswerts (ihs) sowie der Sehnenlänge (se) des einzelnen Radsensors (4al,4a2,4bl,4b2) verwendet werden.

   22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass vier Radsensoren (4al,4a2,4bl,4b2) von zwei Doppelradsensoren (4;4) entsprechend paarweise innenseitig oder aussenseitig am Fahrschienenpaar einander zu- bzw. abgewandt angeordnet sind und dass jeweils der KorrekturHilfswert (ihs) der beiden Radsensoren (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale (8al,8bl bzw. 8a2,8b2) ermittelte Sehnenlänge (se) des Paares (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) gemittelt werden.

   23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der grössere Korrektur-Hilfswert (ihs) der beiden Radsensoren (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale (8al,8bl bzw. 8a2,8b2) ermittelte grössere Sehnenlänge (se) des Paares (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) verwendet werden. .

   24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der kleinere Korrektur-Hilfswert (ihs) der beiden Radsensoren (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) eines Paares sowie die anhand ihrer Sensorsignale (8al,8bl bzw. 8a2,8b2) ermittelte kleinere Sehnenlänge (se) des Paares (4al,4a2 bzw. 4bl,4b2) verwendet werden.

   25. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Raddurchmesser (2R,2Rs) des Doppelradsensorpaars (4al,4bl;4a2,4b2) jeweils gemittelt werden.

   26. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern (2R,2Rs) des Doppelradsensorpaars (4al,4bl;4bl,4b2) der grössere

   Raddurchmesser verwendet wird.

   27. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils von den ermittelten Raddurchmessern (2R,2Rs) des Doppelradsensorpaars (4al, 4bl;4bl,4b2) der kleinere Raddurchmesser verwendet wird.

   28. Schwerkraftablaufanläge für Schienenfahrzeuge mit sich längs zweier paralleler Fahrschienen (1) bewegenden Rädern (3) , insbesondere für Güterwagen, mit zumindest einer Kolbengleisbremse zum Abbremsen der Schwerkraft angetriebenen Schienenfahrzeuge, bei denen die Räder (3) jeweils paarweise angeordnet sind und einander gegenüberliegen,*.....*wobei zur Ermittlung des Raddurchmessers (2R,2Rs) zumindest an einer Fahrschiene (1) ein das Rad (3) erfassender Radsensor (4a, 4b) unterhalb der auf der Fahrschiene (1) abrollenden Räder (3) angeordnet ist, der ein Sensorsignal (8a, 8b) erzeugt, wobei mit Hilfe des Sensorsignals (8a, 8b) eine dem Raddurchmesser (2R,2Rs) entsprechende Sehnenlänge (se) ermittelt wird, die der Länge einer Kreissehne im gedachten Raddurchmesserkreis (RDK) entspricht, mit deren Hilfe der unbekannte Raddurchmesser (2R,2Rs) berechnet wird,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferenz des Sensorsignals (8a, 8b) zwischen dem Über- und anschliessenden Unterschreiten zumindest eines vorgegebenen Schwellwertes (9) erfasst wird, dass anhand der Radgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz die Sehnenlänge (se) ermittelt wird, aus der mittels eines vorgegebenen Hilfswertes (hs(i-l)) der unbekannte Raddurchmesser (2R,2Rs) berechnet wird, und dass, wenn ein ausgewähltes Rad (3) mit bekanntem Raddurchmesser (2R,2Rs) darüber rollt, durch Korrektur -des vorgegebenen Hilfswertes (hs(i-l)) anhand des bekanntem Raddurchmessers (2R,2Rs) ein neuer Hilfswert (hs(i)) bestimmt und als vorgegebener Hilfswert (hs(i)) für die weiteren Berechnungen der Raddurchmesser (2R,2Rs) verwendet wird.

   29. Schwerkraftablaufanläge nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Differenz eines nachfolgend ablaufenden Schienenfahrzeugs zum unmittelbar vorhergehenden Schienenfahrzeug am Startpunkt anhand des ermittelten Spurkranzdurehmessers (2Rs) des nachlaufenden oder/und des vorlaufenden Schienenfahrzeugs bestimmt wird.

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