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Produktintegrator als Arbeitsmesser für Antriebsfahrzeuge z. B. Lokomotiven
Zur
Bildung des Produktes zweier Größen und zur Bildung des Integrals über eine dritte
Größe, z. B. die Zeit, hat man sich in der Technik bisher der bekannten Reibrollengetriebe
bedient, deren Funktion allgemein bekannt ist, die aber für bestimmte Aufgaben,
z. B. zur Messung der Arbeit von Antriebsmaschinen nicht genau genug und auf Grund
wider auftretenden starken Erschütterungen nicht geeignet sind. Bei der Eisenbahn
werden daher in Meßwagen schreibende Registriergeräte verwendet, sogenannte Leistungsschreiber,
die das Produkt aus der zu messenden Geschwindigkeit und der zu übertragenden Kraft
auf einen Meßstreifen aufzeichnen, so daß mit Hilfe der Planimetermethode durch
Ausmessen der Fläche das Integral über d;ie Zeit gebildet und so die geleistete
Arbeit ermittelt werden kann.
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Diese Methode ist, obwohl allgemein eingeführt und bisher noch durch
keine bessere ersetzt, offensichtlich umständlich und. erfordert ausgebildetes Fachpersonal,
um die gewünschten Ergebnisse zu ermitteln.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, ein Gerät zu erstellen,
das auch bei rauhem Betrieb einwandfrei arbeitet und sich insbesondere dafür eignet,
unmittelbar auf elektrischem Wege die ge-
leistete Arbeit in m/kg
anzuzeigen, die von einem Antriebsfahrzeug, z. B. einer Lokomotive, geleistet wird,
wenn sie ihre Last von einem Ort zum anderen zieht oder schiebt.
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Für diese Arbeit gilt die Formel: A = # P v dt P = Kraft am Zughaken,
v = Geschwindigkeit des Zuges, t = Zeit.
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Dler erfindungsgemäße Produktintegrator vermeidet die erwähnten Nachteile
bekannter Anordnungen und Methoden und läßt sich, da an ihm unmittelbar die geleistete
Arbeit abgelesen werden kann, in jedem Antriebsfahrzeug selbst einbauen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Bildung des Produktes von zwei
Größen, insbesondere einer Kraft P und einer Bewegungsgröße v, vorzugsweise zur
Messung der Arbeit einer Lokomotive unter Verwendung eines Mitnahmemagneten, der
beispielsweise mit einer der Fahrgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit
angetrieben wird und zugleich entsprechend der Größe P, beispielsweise der an dem
Zugbalken der Lokomotive hängenden Kraft in einen Läufer mehr oder weniger tief
hineingedrückt wirdi zeichnet sich dadurch gegenüber dem Stand der Technik aus,
daß das dem Produkt aus Pv proportionale Drehmoment dieses Läufers über eine mit
dem Läufer verbundene Bremsscheibe und einen Wirbelstrombremsmagneten in eine dem
Produkt aus Pv proportionale Drehgeschwindigkeit verwandelt wird, und daß diese
Drehgeschwindigkeit in einem Zählwerk über die Zeit integriert, die tatsächlich
vollbrachte Leistung angibt.
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Gegenüber bekannten Anordrungen hat die erfindungsgemäße den Vorzug,
daß das Meßergebnis unmittelbar an entsprechenden bekannten Registrier- oder Zählvorrichtungen
abgelesen, der Einbauort unmittelbar am Antriebsfahrzeug auch an Stellen schlechter
Zugänglichkeit gewählt und das Meßergebnis mit Hilfe bekannter elektrischer oder
mechanli.scher Übertragungseinrichtungen an beliebiger Stelle abgelesen werden kann.
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Handelt es sich um die an dem Zughaken einer Lokomotive auftretende
Zug- oder Druckkraft, so ist es vorteilhaft, unter Zwischenschaltung einer Feder
eine Laufrolle proportional dieser Kraft zu schwenken, die, auf einer Stirnfläche
dies Mitnahmemagneten laufend, die Eingriffstiefe proport.ional der Übertragungskraft
zwischen Läufer und Mitnahmemagneten, steuert. Es kann auch unter dem Mitnahmemagneten
eine drehbar angeordnete Kurv.enscheibe angebracht sein, die den Magneten entsprechend
ihrer Verstellung anhebt.
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Damit in jedem Fall ein der Größe P streng proportionales Drehmoment
entsteht, unabhängig davon, in welchen Ausmaßen die Höhe der Kraft P sich ändert,
kann der Mitnahmemagnet mit einem in Verschiebungsrichtung unterschiedlichen Luftspalt
ausgestattet werden, oder der Läufer erhält in Verschiebungsrichtung unterschiedliche
Wandstärke. Eine andere Lösung beruht darin, in dem Läufer entsprechend ausgebildete
Schlitze anzubringen. Man kann auch die Charakteristik der Kurven,scheibe korrigieren.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, die zur Übertragung der Kraft
P dienende Kurvenscheibe so auszubilden, daß nicht nur beispielsweise das lineare
Produkt Pv, sondern auch andere Funktionen, also beispielsweise P2v, gebildet werden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen
erläutert.
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Fig. 1 stellt die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Anwendung des Produktintegrators auf die Arbeitsmessung einer Lokomotive dar, und
Fig. 2 bringt ein Ausführungsbeispiel zur Übertragung der Kraft auf den Mitnahmemagneten.
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I bezeichnet eine Achse, welche direkt oder beispielsweise über die
bewegliche Welle 2 von der Radachse 3 der Lokomotive angetrieben wird. Die Drehzahl
der Achse 1 ist also proportional der Geschwindigkeit v des Zuges. Auf der Achse
1 sitzt der Mitnahmemagnet 4, der mit in der Fig. 1 nicht gezeichneten Polen versehen
ist. In seinen Luftspalt taucht ein drehbarer, beispielsweise trommelförmiger Läufer
5 ein. Der Magnet 4 erzeugt in dem Läufer 5 Wirbelströme, welche den Läufer 5 nach
Maßgabe des Magneten 4 anzutreiben suchen. Mit dem Läufer 5 fest verbunden ist die
Bremsscheibe 6, die von einem Bremsmagneten 7 abgebremst wird. Diese Anordnung bewirkt.
daß die Teile 5 und 6 proportional der Geschnvindigkeit v rotieren.
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Der Mitnahmemagnet 4 ist auf der Achse I verschiebbar angeordnet;
je nach Größe der Kraft P wird er nach oben oder unten verschoben, so daß er den
Läufer mehr oder weniger umfaßt. Je mehr aber die Teile 4 und 5 ineinandergreifen,
um so größer wird die Mitnahmekraft. Diese auf den Läufer 5 wirkende Kraft ist dadurch
sowohl der Geschwindigkeit v wie auch der Kraft P proportional. Durch den Bremsmagneten
7 wird diese Kraft in eine ihr proportionale Geschwindigkeit umgewandelt. Der Anker
5 bzw. die Bremsscheibe 6 rotieren also mit einer Geschwindigkeit, die dem jeweibgen
Produkt Pv entspricht. Durch Zählung der gemachten Umdrehungen mittels Zählwerk
8 erhält man # P v dt, d. h. die Arbeit in m/kg.
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Die Geschwindigkeit des Läufers 5 kann natürlich nicht in einem beliebig
großen Bereich proportional der Kraft P anwachsen, was klar wird, wenn man bedenkt,
daß der Anker höchstens die Antriebsgeschwindigkeit v annehmen kann. Will man trotzdem
genügend Proportionalität erreichen, so muß man die Antriebsgeschwindigkeit v stets
groß halten gegenüber der Ankergeschwindigkeit.
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Daher ist es erforderlich, den Blremsmagneten stark gegenüber dem
Mitnahmemagneten zu machen.
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Die Übertragung der Zughakenkraft P auf das Meßsystem kann auf verschiedene
Arten geschehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel, das Fig. 1 zeigt, ist der Zughaken 10
über eine elastische Feder 11 an der Lokomotive befestigt. An dem Zughaken
ist
ein Bowdenzug 12 angebracht, der eine im Fahrgestell drehbar gelagerte Trommel.
13 umschlingt.
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Je nach Größe der Kraft P wird die Feder II ausgelenkt und dabei durch
den Bowdenzug die Trommel I3 um einen gewissen Winkel gedreht und der an. ihr befestigte
Arm 14 verschwenkt, so daß die Laufrolle 15 den Mitnahmemagneten 4 mehr oder weniger
anhebt.
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Sobald der Läufer 5 nur sebr wenig in den Mitnahmemagneten 4 eintaucht,
geht die strenge Proportionalität zwischien P und der Mitnahmekraft verloren, Man
kann diese wiederherstellen, indem man die Trommel 4 an geeigneten Stellen schlitzt
oder indem man ihr eine in Längsrichtung unterschiedliche Wandstärke gibt. Auch
am Magnetluftspalt können Korrekturen zur Erzielung strenger Proportionalität vorgenommen
werden.
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Handelt es sich um eine größere Korrektur, so verwendet man zweckmäßigerweise
zur Steuerung des Eingriffes zwischen Mituahmemagnet und Anker eine entsprechend
gestaltete Kurvenscheibe.
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Diese Verfahren wird an Hand von Fig. 2 beschrieben. Hierin ist 16
eine Kurvenscheibe, die durch die Größe P um einen bestimmten Winkel geschwenkt
werden kann. Auf dieser Kurvenscheibe gleitet der Stift 17, wodurch der Mitnahmemagnet
entsprechend der Kurvencharakteristik mehr oder weniger mit dem Läufer 5 in Eingriff
gebracht wird. Die übrige Wirkungsweise bleibt die gleiche wie in Fig. 1. Durch
entsprechende Wahl der Charakteristik der Kurvenscheilbe kann man nun nicht nur
strenge Proportionalität, sondern auch eine bewußte Abweichung von der Proportionalität
oder sogar völlig andere Abhängigkeiten - erreichen. Für die Anwendung des Meßgerätes
als Arbeitsmesser hat die Erreichung einer anderen Abhängigkeit als die der Proportionalität
keine Bedeutung; wohl aber für andere Anwendungsmöglichkeiten, bei denen ebenfalls
ein Produkt integriert werden soll.