Wirkungsweise und Antrieb der Eisenbahn-Geschwindigkeitsmesser. Von Regierungsbaumeister Hans A. Martens. (Fortsetzung von S. 297 d. Bd.) Wirkungsweise und Antrieb der Eisenbahn-Geschwindigkeitsmesser. B. Zwangläufige Geschwindigkeitsmesser. 1. Bauart Petri, 1879. Die Geschwindigkeitsanzeige erfolgt in Unterbrechung alle 20 Sekunden in folgender Weise: Von zwei gleich großen nebeneinander liegenden Scheiben (Fig. 8 und 9)In Fig. 8 sind die Scheiben der Deutlichkeit halber verschieden groß gezeichnet., deren Umfange mit Sperrzähnen versehen sind, wird S1 mittels eines Klinkwerks, das vom Lokomotivtriebwerk durch Schwinghebel angetrieben wird, absatzweise gedreht, während die Scheibe S2 durch die Mitnehmerstifte 1–2 mitgenommen wird. Nach einem bestimmten Zeitraum von 15 Sekunden vom Anhub der Scheibe S1 an wird das Klinkwerk selbsttätig ausgelöst, so daß die Scheibe S1 durch Federkraft in ihre Anfangsstellung zurückgezogen wird, während die zweite Scheibe S2 in ihrer erreichten Stellung durch die Sperrklinke K2 festgehalten wird. Nach fünf weiteren Sekunden wird das Klinkwerk wieder selbsttätig auf die Scheibe S1 geschaltet, die nun abermals durch 15 Sekunden vorwärts gedreht wird. Bevor jedoch die Zeit abgelaufen ist, wird die Sperrklinke K2, welche Scheibe S2 bisher festgehalten hat, selbsttätig ausgelöst, so daß sich nun Scheibe S2, einer Rückziehfeder unterworfen, an den Mitnehmer von S1 zurücklegt und bis zur nächsten Auslösung des Klinkwerks dieselbe Bewegung wie S1 mitmacht. Bei beschleunigter Bewegung wird die Scheibe S1 schon vor Ablauf der 15 Sekunden die beim vorhergehenden Vorwärtsgang innegehabte Stellung erreicht haben, wo sie dann die Scheibe S2 mitnimmt. Bei Aufhören der Bewegung sinkt die Scheibe S2 ebenfalls in die Anfangslage und mit ihr der Zeiger, der durch sie bewegt wird. Zu den Auslösungen der Klinken ist ein genau gehendes Uhrwerk nötig, daß gleichzeitig zum Antrieb des Diagrammpapiers verwendet wird. Für das Schreibwerk sind zwei Ausführungen vorgesehen: die eine zeigt ein zeitliches Geschwindigkeitsdiagramm, das andere ein Zeit-Wege-Diagramm, aus dem in der bekannten Weise durch Maßstab die Geschwindigkeit mittelbar entnommen wird. Es wird also die während 15 Sekunden bewirkte Drehung eines Schaltrades als Maß für die Geschwindigkeit des Zuges angesehen, so daß das Prinzip ein Umdrehungszähler ist: Es werden innerhalb der 15 Sekunden die Umdrehungen des Fahrzeugrades gezählt und gemessen durch den innerhalb dieses Zeitraumes zurückgelegten Drehwinkel einer Scheibe, der umgerechnet die Geschwindigkeit in km/std. darstellt. Textabbildung Bd. 323, S. 315 Fig. 8. Textabbildung Bd. 323, S. 315 Fig. 9. Beträgt die Anzahl der Umdrehungen der Scheibenwelle in 1 Minute: n=\frac{V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{\pi_e\,\cdot\,D\,\cdot\,60}, wobei durch Z das Uebersetzungsverhältnis vom Fahrzeugrad bis zur Welle berücksichtigt wird, so beträgt die Winkelgeschwindigkeit \omega=\frac{\pi\,\cdot\,n}{30}=\frac{V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{D\,\cdot\,60\,\cdot\,30}, mithin der Drehwinkel während der Einschaltzeit t Sek. des Klinkwerks \varphi=\omega\,\cdot\,t=\frac{V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{D\,\cdot\,60\,\cdot\,30}\,\cdot\,t=\mbox{konstant}\,\cdot\,V. 2. Bauart Haußhälter, 1887. (Fig. 10 u. 11.) Textabbildung Bd. 323, S. 315 Auf einer mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit durch ein Uhrwerk in Drehung versetzten aufrechten Welle ist achsial verschiebbar das Fallstück B B angeordnet, welches sich mit der Welle mitdreht. Die nach aufwärts gerichtete Verschiebung wird durch das Zahnrad A bewirkt, das sich proportional den Fahrzeugradumdrehungen dreht und in Rillen am unteren Teil des Fallstückes eingreift. Die Rillen reichen nicht um den ganzen Umfang des Fallstückes, sondern sind an einer Stelle durch eine gleichachsige Nute unterbrochen, durch die das Zahnrad und Fallstück bei jeder Umdrehung außer Eingriff kommen, so daß letzteres herunterfällt. Die Höhe, um die das Fallstück bei einer Umdrehung desselben gehoben wird, steht in geradem Verhältnis zu der Umdrehungszahl von Welle A, mithin also auch zur Fahrgeschwindigkeit, so daß diese Höhe als Maß für letztere angesehen werden kann. Es liegt mithin eine Wegmessung gleich Umdrehungszählung eines Fahrzeugrades innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts, der gleich der Umdrehungszeit der Fallstückswelle ist, vor. Die Anzeigeskala läßt sich nach folgender Entwicklung berechnen: Das Zahnrad A, welches von dem Fahrzeuggrad mit der Gesamtübersetzung Z angetrieben werden möge, macht bei einer Fahrgeschwindigkeit von V km/Std. in einer Sekunde n'=\frac{V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{\pi\,\cdot\,D\,\cdot\,3600}\mbox{ Umdrehungen}. Bei einer Umdrehung des Zahnrades wird das Fallstück um π d gehoben, wenn d den Teilkreisdurchmesser des Zahnrades bedeutet. Bei n'-Umdrehungen beträgt die Steighöhe n' . π d, die sich auf H = n' . π d . t während der Umdrehungszeit t der Fallstückwelle erhöht, d. i. H=\frac{d\,\cdot\,V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{D\,\cdot\,3600}\,\cdot\,t=\mbox{konstant}\,\cdot\,V. Nachdem das Fallstück heruntergefallen ist, bringt dessen Weiterdrehen die außer Eingriff gekommenen beiden Teile – Zahnrad und Fallstück – wieder in Verbindung, wodurch die Hebung von Neuem beginnt. Der jedesmalige höchste Punkt beim Steigen des Fallstücks stellt die jeweilige Fahrgeschwindigkeit dar und wird durch einen auf der Fallstückringfläche aufliegenden Stift i mittels Zahnstange und Zahnbogen auf den Zeiger übertragen. Eine leichte Schleppfeder hält den Zeiger in jeder Stellung fest. Die obere, dünnere Hälfte des Fallstücks B trägt einen steilen Schraubengang d, der mit seinem unteren Ende nicht ganz bis an die Ringfläche K des Fallstücks herabreicht, sondern zwischen sich und diesem eine Lücke läßt, durch welche der Stift i bei der Drehung des Fallstücks hindurchgeht. Ist nun beim zweiten Spiel das Fallstück nicht bis zu der im vorhergehenden Spiel erlangten Höhe gelangt – bei Verzögerung der Zugfahrt –, das heißt erreicht Ringfläche K nicht den Stift i, so wird dieser bei der Umdrehung des Fallstücks durch den Schraubengang d so lange nach abwärts bewegt, bis er in die Höhe der Lücke gekommen ist, durch die er dann ohne weiteres hindurchgeht. Der Zeiger ist hierbei mit zurückgestellt und bleibt nunmehr stillstehen. Die Welle des Fallstücks macht in 12 Sekunden eine Umdrehung, so daß in dieser Zeit auch die Einstellung erfolgen würde. Textabbildung Bd. 323, S. 316 Es ist jedoch noch eine, das Prinzip der Wirkungsweise keineswegs berührende Vorrichtung angebracht, die eine Einstellung des Zeigers alle sechs Sekunden bewirkt, während der als Hammer mit Spitze ausgebildete Schreibstift nur alle 12 Sekunden anspricht, mithin die Geschwindigkeitskurve nicht so zuverlässig bei Geschwindigkeitsänderungen ist, als die Anzeige. Beim Erreichen einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit wird selbsttätig ein fortwährendes Glockensignal gegeben. Das Uhrwerk zieht sich durch Exzenterantrieb während der Fahrt selbsttätig auf. Der erste Haußhälter-Apparat ist auf einer Schnellzugmaschine der Königlichen Sächsischen Staatsbahnen eingebaut worden und wurde Ende des Jahres 1885 dem Versuch unterworfen. Es ist bekannt, daß sich die Bauart seitdem großer Verbreitung zu erfreuen hat und der Bauart Petri vorgezogen wird. Die Beschaffungskosten betragen 350–400 M.; die Ausbesserungskosten nebst gründlicher Reinigung betragen bei laufender Unterhaltung nach Feststellungen des Verfassers etwa 10–15 M. im Jahr. 3. Bauart Hasler, 1903 (Fig. 12 und 13). Auf demselben Prinzip wie die Bauart Haußhälter beruht der Geschwindigkeitsmesser von Hasler. Um jedoch eine schnellere Einstellung des Zeigers zu erreichen, sind an Stelle eines Fallstücks drei angeordnet, die nacheinander fortlaufend gehoben werden und herabfallen. Das Prinzip der Wegmessung in konstanter Zeit ist konstruktiv in anderer Weise gelöst. Eine aufrechte Spindel trägt auf eine gewisse Länge Schraubengewinde, in welches die drei Fallstücke mit Muttergewinde eingreifen. Die Spindel wird vom Triebwerk der Lokomotive deren Fahrgeschwindigkeit entsprechend gedreht, die Fallkörper werden in gleichmäßig wiederkehrenden Zeitabschnitten aus dem Gewinde nacheinander ausgeklinkt, fallen herab, werden sofort wieder eingeklinkt, um das Aufsteigen sofort wieder zu beginnen. Es bildet also ebenfalls die Höhe, bis zu der die Körper im gegebenen konstanten Zeitabschnitt ansteigen, ein Maß für die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindel, mithin für die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive. Bei einer Spindelumdrehung ist die Erhebung eines Fallstücks gleich der Ganghöhe des Gewindes. Die Umdrehungszahl der Spindel ist =\frac{V\,\cdot\,1000\,\cdot\,Z}{\pi\,\cdot\,D\,\cdot\,3600} in einer Sekunde, wobei Z das gesamte Uebersetzungsverhältnis des Werks von der Fahrzeugachse bis zur Spindel bedeutet. Während einer Einschaltzeit von t-Sekunden erreicht der Fallkörper eine Höhe H=\frac{Z\,\cdot\,V\,\cdot\,1000\,\cdot\,h\,\cdot\,t}{\pi\,\cdot\,D\,\cdot\,3600}; wenn bei einer Umdrehung i. d. Sekunde die Erhebung = h ist. Es ist also H = konstant. V km/Std. Durch diese Anordnung ist das Werk recht vielteilig geworden. Die Anzeige ist jedoch mehr stetig geworden, da der Zeiger alle Sekunden neu eingestellt wird, so daß seine mittlere Stellung die Durchschnittsgeschwindigkeit der beiden letzten Sekunden angibt. Das Diagramm wird durch Nadelstiche erzeugt, die alle drei Sekunden erfolgen. Der Antrieb erfolgt durch Schleppkurbel, vereinzelt ist auch Kettenantrieb ausgeführt worden, während Riemenantrieb sich wegen der Gleitverluste nicht bewährt hat. Die Beschaffungskosten betragen mit Einbau 460 M. und sind wegen ihrer Höhe ein wesentliches Hindernis zur Einführung bei großen Verwaltungen. Auf den Schweizer Bundesbahnen und einigen französischen Bahnen sind mit dem Geschwindigkeitsmesser gute Erfahrungen gemacht worden. 4. Cinémomètre, Bauart Jules Richard in Paris (Fig. 14 und 15). Zwei gleichachsige Scheiben P laufen in entgegengesetztem Sinne um. Die Bewegung wird von der zu messenden Maschine selbst eingeleitet und durch einen Foucaultschen Regler genau gleichmäßig geregelt. Zwischen den Scheiben befindet sich die Rolle Q, deren Abstand von dem Mittelpunkt der Scheiben der Umdrehungszahl der zu messenden Welle proportional ist. Die Rolle ist zwei Bewegungen unterworfen. Einmal wird sie durch die beiden Scheiben gedreht, und zwar nach Maßgabe ihrer Entfernung vom Mittelpunkt der Scheibenachse mit veränderlicher Geschwindigkeit.Die beiden Scheiben P mit der Rolle Q stellen den bei Maschinen der Textilindustrie zur Erzielung schnell zu ändernder, beliebiger Uebersetzung häufig verwendeten, von Reuleaux „Diskusgetriebe“ benannten Mechanismus dar. Die zweite Drehung der Reibungsrolle Q erfolgt gemäß der Geschwindigkeit der zu messenden Welle und zwar bewirkt die Drehung gleichzeitig eine Entfernung vom Mittelpunkt der Scheiben weg. Die Rolle wird aber nach außen proportional der Umdrehungszahl der zu messenden Welle bewegt, während sie nach innen proportional der Zeit zurückgebracht wird. Der jeweilige Abstand der Rolle vom Mittelpunkt der Scheiben ist der Umdrehungszahl der zu messenden Welle proportional und wird durch einen Zeiger sichtbar gemacht. Der Beweis läßt sich leicht führen, wenn die Bedingungsgleichung für einen augenblicklichen Geschwindigkeitszustand aufgestellt wird. Textabbildung Bd. 323, S. 317 Das Antriebsrad r mache n-Umdrehungen i. d. Minute. Die Scheiben P machen N = konstant Umdrehungen i. d. Minute. Die Ganghöhe der Schraube sei h. Die Rolle befinde sich im Abstande R vom Mittelpunkt der Scheiben. Die anderen Bezeichnungen sind aus Fig. 14 und 15 zu ersehen. Die lineare Geschwindigkeit der Scheiben im Radius R beträgt V=\frac{2\,\pi\,\cdot\,R\,\cdot\,N}{60}, die sich auch ausdrücken läßt durch die gleich große lineare Geschwindigkeit am Umfang der Rolle v=\frac{2\,\pi_\tau\,n_\varrho}{60}, wobei nρ die jeweilige minutliche Umdrehungszahl der Rolle ist, so daß die Gleichung besteht \frac{2\,\pi\,R\,\cdot\,N}{60}=\frac{2\,\pi\,\varrho\,\cdot\,n_\varrho}{60} R . N = ρ . nρ. Die Umdrehungszahl nρ bewirkt eine Verschiebung der Rollenwelle nach dem Mittelpunkt der Scheiben =\frac{h\,\cdot\,n_\varrho}{60} i. d. Sekunde. Unter der Annahme, daß die zu messende Welle augenblicklich gleichförmige Umlaufszahl hat, das heißt, daß die Entfernung R augenblicklich konstant bleibt, muß die lineare Geschwindigkeit im Teilkreis des Schneckenrades \frac{2\,\pi\,r\,n}{60} gleich der augenblicklich entgegengesetzt gerichteten Verschiebungsgeschwindigkeit der Rollwelle sein, es besteht also die Beziehung \frac{h\,\cdot\,n_\varrho}{60}=\frac{2\,\cdot\,\pi\,\cdot\,r\,\cdot\,n}{60}; wird der hieraus folgende Wert n_\varrho=\frac{2\,\pi\,r\,\cdot\,n}{h} in die Gleichung R . N = ρ . nρ eingesetzt, so wird R=\frac{\varrho}{N}\,\cdot\,\frac{2\,\pi\,r\,\cdot\,n}{h}=\mbox{konstant}\,\cdot\,n. Die Angaben des Apparates, der die jeweiligen Umdrehungen anzeigt, können für Eisenbahnzwecke leicht in Fahrgeschwindigkeit in km/Std. umgerechnet werden. Der Apparat ist, wie aus den dem Verfasser von dem Pariser Werk bereitwilligst überlassenen Unterlagen zu ersehen war, auch mit Schreibwerk versehen und dient in erster Linie zur Ueberwachung des Laufs ortsfester Dampfmaschinen durch den leitenden Ingenieur. Ohne Schreibwerk belaufen sich die Anschaffungskosten auf rd. 220 M., mit Schreibwerk id. 100 M. mehr. Das Schreibwerk bedürfte für Eisenbahnzwecke eines Umbaues, da das Diagramm auf einer Trommel aufgenommen wird, so daß das Diagrammpapier alle 24 Stunden ersetzt werden muß. Es kann aber wohl mit Recht empfohlen werden, den Apparat versuchsweise auf einer Lokomotive einzubauen, um seine Brauchbarkeit zur Messung von Zuggeschwindigkeiten zu erproben. Beachtenswert ist seine Eigenschaft als zwangläufiger Geschwindigkeitsmesser die Geschwindigkeit nicht absatzweise, sondern fortlaufend anzuzeigen, so daß die Bauart Richard die Gleichung v=\frac{d\,s}{d\,t} am vollkommensten in mechanischer Ausführung verkörpert. Es kann erwartet werden, daß der Apparat infolge seiner überaus großen Einfachheit sich bewähren wird. Ueberdies sind die Beschaffungskosten so gering, daß sie bei der Wichtigkeit des Versuchs gar nicht in Frage kommen. Die vielfachen, besprochenen Uebelstände der Fliehkraft-Geschwindigkeitsmesser, die in der wechselseitigen Kräftewirkung von Fliehkraft umlaufender Massen und gegengewogener Massen oder Federn begründet sind, führten zu der Bauart der zwangsläufigen Geschwindigkeitsmesser, in denen nur die reine Bewegungserscheinung zur Geschwindigkeitsanzeige dienstbar gemacht wird. So unzweifelhaft ein Fortschritt in dem Gedanken lag, sich von den genannten Kräftewirkungen ganz frei zu machen, so schwierig gestaltet sich dessen Umsetzung in die Wirklichkeit durch einfache Bauart. Der Apparat wurde mit einem Schlage vielteiliger, empfindlicher und kostspieliger, indem ein sehr genau laufendes Uhrwerk als notwendiger Bestandteil desselben hinzutrat, von dessen Genauigkeit die richtige Anzeige der Geschwindigkeit abhängig ist. Die Messungen ergeben bei den Bauarten Petri, Haußhälter und Hasler keine mathematisch genauen Augenblickswerte, da das Gesetz der Dynamik v=\frac{s}{t}, welches sie als Grundlage der Bauart benutzen, gleichförmige Geschwindigkeit voraussetzt, die aber bei der Lokomotive nicht ständig vorhanden ist. Da die Zeiträume der Messung jedoch genügend klein gemacht werden können, so ist die innerhalb derselben entstehende Geschwindigkeitsänderung so klein, daß die Geschwindigkeit innerhalb des Meßzeitraumes als gleichförmig angesehen werden kann. Es bleibt jedoch die Tatsache bestehen, daß die absetzende Anzeige bei starken Geschwindigkeitsänderungen, wie sie bei scharfer Bremswirkung auftreten, recht erheblich von der Wirklichkeit abweicht, was jedoch für den gewöhnlichen Fahrdienst wenig Bedeutung hat. In der Tat ist die Weiterentwicklung dieser Apparate auf die Verringerung des Meßzeitraumes gerichtet, der auf drei bis sechs Sekunden schon verkleinert worden ist. Es sind somit diese Apparate als weitestgehenden Ansprüchen des Eisenbahnbetriebes entsprechend anzusehen und in ihren gleichartigen Bauarten kaum noch verbesserungsfähig. Wegen des Uhrwerks als notwendigen Bestandteil werden die Apparate stets mit Schreibwerk gebaut Der Antrieb erfolgt durch Schleppkurbel. Die Bauart Richard ist einfach und gestattet augenblickliche Anzeige der Geschwindigkeit; Versuche mit ihr sind zu empfehlen. Die besprochenen Apparate messen, wie erörtert, die in gleichen Zeitabschnitten zurückgelegten Wege, ausgedrückt durch die Anzahl Radumdrehungen, die zur Zuggeschwindigkeit im geraden Verhältnis steht. Es werden gewisse Bestandteile den zurückgelegten Weglängen entsprechend verschoben oder gedreht und die in dem Meßzeitraum zurückgelegten Bewegungen gemessen. Eine andere Zeitwegmessung ist noch möglich, bei der die Zeiträume gemessen werden, die einer bestimmten Anzahl von Radumdrehungen bezw. der hierdurch gegebenen Wegstrecke entsprechen. Dabei steht die Fahrgeschwindigkeit dann zu der Fahrgeschwindigkeit für die stets gleich große Wegstrecke im umgekehrten Verhältnis. Apparate auf dieser Grundlage haben nicht die Bedeutung der Messer der ersten Gruppe erhalten und sind deswegen aus der Bearbeitung ausgeschieden. Die Beschaffungskosten der zwangläufigen Geschwindigkeitsmesser sind hohe, so daß es erklärlich erscheint, wenn große Verwaltungen, mit ihrer allgemeinen Einführung zögern. Hingegen können die Unterhaltungskosten trotz des empfindlichen Werkes nach Erfahrungen des Verfassers gering genannt werden. Die zwangläufigen Geschwindigkeitsmesser werden trotz ihrer hohen Beschaffungskosten bei schwierigen Betriebsverhältnissen, wo eine fortlaufende Aufschreibung der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit zur nachträglichen Prüfung der Zugfahrt geboten erscheint, noch lange Zeit das Feld behaupten. Zur Sammlung von Erfahrungen über die Anfahr- und Bremsverhältnisse bei verschiedenen Zuggattungen unter wechselnden Streckenverhältnissen im regelmäßigen Zugdienst sind sie unentbehrlich. (Fortsetzung folgt.)