ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßstation
zum Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, deren Zweck ist, Parameter der Eisenbahnrad
profile zu messen, d.h. den Durchmesser, die Dicke, die Höhe,
den Spurkranzwinkel und den Abstand zwischen Laufflächen des
Radsatzes, um eine Kontrolle zu erreichen und über eine
Information in Echtzeit über den Zustand der in im Dienst
befindlichen Fahrzeugen eingebauten Radsatzausrüstung zu verfügen.
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Abgesehen davon ist diese Meßstation zum Kontrollieren von
Eisenbahnradsätzen imstande, durch eine geeignete Verbindung
mit einem Computersystem eine statistische Untersuchung aller
gemessenen Parameter mit der entsprechenden Auswertung einer
Nutzung der Ausrüstung durchzuführen.
GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung findet im allgemeinen in der
Eisenbahnindustrie Anwendung.
VERWANDTE TECHNIK
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Es ist bekannt, eine manuelle rhythmische bzw. Klopftechnik
anzuwenden, um den Zustand einiger Stellen an den
Antriebsteilen zu überprüfen, wobei dies ein seit relativ wenigen
Jahren durchgeführtes Verfahren ist.
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Offensichtlich schlossen ein durch ein auf die Räder
angewandtes Schlagwerkzeug unterstütztes manuelles Verfahren und
eine optische Inspektion der Radsatzoberflächen des
Eisenbahnfahrzeugs das Vorhandensein vielfacher Anomalien nicht
vollkommen aus.
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Natürlich wurden durch die Anwendung und Ausnutzung dieser
Technik einige mögliche Anomalien bzw. Abweichungen
festgestellt.
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An den Eisenbahnfahrzeugen wurde nachher eine periodische
Inspektion derselben vorgenommen, um mögliche, an dem Fahrzeug
selbst bestehende Fehler zu bestimmen oder einen möglichen
Defekt festzustellen, sogar bevor er auftritt.
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Diese Arbeiten schlossen hohe Arbeitskosten ein, Ausfälle
der inspizierten Ausrüstung und natürlich zusätzliche
Arbeitsvorgänge zum Transport der Ausrüstung zu Werkstätten und deren
nochmaligen Transport, um sie in ein im Dienst befindliches
Fahrzeug einzubauen.
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Die Eisenbahnfahrzeuge sollten im wesentlichen an dem ihren
Radsatzelementen entsprechenden Bereich inspiziert werden, und
diese Arbeiten sollten bei einer vorherigen Beanspruchung
streng periodisch ausgeführt werden, und nach Ausführung des
Inspektionsarbeiten könnte sich die Firma, der das
Eisenbahnfahrzeug gehört, auf eine umfassende Aufstellung über den
Zustand ihres Fahrzeugs verlassen und auch über ein Prüf oder
Kontrollblatt verfügen, das die schon ausgeführten oder an ihm
auszuführenden Arbeiten zeigt, um absolute Gewißheit über das
Fahrzeug selbst zu haben.
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Gemäß dem obigen sollten die modernen Züge im Hinblick auf
die zunehmenden Verkehrsgeschwindigkeiten und natürlich
aufgrund der gegenwärtig bestehenden größeren Anforderungen im
Hinblick auf ihre Sicherheit und ihren Komfort vermehrten
strengen Kontrollen unterzogen werden.
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Andererseits ist es ebenfalls unbedingt erforderlich, diese
zweckmäßigen Verbesserungen mit geringeren Auswertungskosten zu
erzielen.
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Eine offensichtliche Lösung für dieses Problem wäre, sich
auf eine vollautomatische Anlage mit großer Zuverlässigkeit zu
verlassen und gleichzeitig auf die Möglichkeit zu zählen, eine
wesentliche Reduzierung finanzieller Kosten zu erreichen, wobei
gleichzeitig ein zuverlässiges Kontrollverfahren der Radsätze
gewährleistet wird.
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Eine automatische Anlage zum Sammeln bzw. Erfassen von
Statusdaten in einem fahrenden Radsatz ist aus DE-U-87 13 927
bekannt, wo zwei parallele Schienen vorgesehen sind, von denen
jede einem der zu messenden Räder zugeordnet ist, wobei jede
Schiene mit zumindest einer sich parallel damit erstreckenden
fühlenden Schiene versehen ist, die sich zu sich selbst nahezu
parallel senkrecht bewegen kann, wobei sie eine Federkraft
überwindet, zum Ausführen einer Messung von Radparametern und
welche mit einem Mittel zum Feststellen der Bewegungsgröße
verbunden ist.
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Dennoch kann die bekannte Anlage nicht all die vorher
diskutierten Probleme lösen, und somit besteht noch ein
anhaltender Bedarf an einer Meßstation, die mit einfachem Aufbau
eine geeignete Kontrolle der Eisenbahnradsätze erreichen kann,
wie oben ausgeführt worden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die von den Erfindern vorgeschlagene Meßstation zum
Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen bildet an sich eine Lösung,
die die Kontrolle der Eisenbahnradsätze deutlich vereinfacht,
gleichzeitig verbessert und auch vielfache zusätzliche
Anwendungen bietet. Sie weist die in dem kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 dargelegten Merkmale auf.
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Genauer gesagt bildet die hier vorgeschlagene Meßstation
zum Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen eine Anlage, die als
ein elektromechanisches computergestütztes System mit
verschiedenen Komponenten aufgebaut ist.
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Man kann sagen, daß die Meßstation zum Kontrollieren von
Eisenbahnradsätzen gemäß dem vorhergehenden Absatz drei
bestimmte Bereiche aufweist, d.h.:
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- einen mechanischen Teil
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- einen elektronischen Teil
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- einen computergestützten Teil.
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Eine harmonische Zusammenarbeit dieser drei Einheiten
liefert die Meßstation zum Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen.
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Der mechanische Teil ist an dem Gleis selbst angebracht und
besteht aus einer Platte, die als eine Führung wirkend die
Einrichtungen trägt, die potentiometrische Verschiebungssensoren
steuern, gemäß einer festgelegten Anzahl von vier oder mehr pro
Gleisstrang, die dem Raddurchmesser, der Spurkranzdicke, der
Spurkranzhöhe, dem Winkel und Abstand zwischen den Laufflächen
entsprechen.
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Die Einrichtungen sind aus qualitativ hochwertigem
prazisionsverarbeitetem legiertem Stahl hergestellt und sind an der
Oberfläche gegen normalerweise auf den Gleisen vorgefundene
aggressive Mittel geschützt, wie z.B:
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- Wasser
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- Schmiermittel
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- usw.
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Ihre Auslegung entspricht 22 Tonnen pro Achse.
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Der elektronische Teil ist zum Ausführen von Messungen
bestimmt, besteht aus acht potentiometrischen Sensoren und
enthält natürlich die Verarbeitungselektronik für die Signale von
den Sensoren.
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Zum Verarbeiten dieser Signale ist eine elektronische
Einheit vorgesehen, bestehend aus:
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Speisebrücken mit -15V und +15V;
acht Einheiten, die die Signale verarbeiten und
digitalisieren; sie senden diese Signale an eine CPU, und jede von
ihnen verfügt über einen Mikroprozessor, der jedes Signal gemäß
einem bestimmten Programm verarbeitet;
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einer CPU, um die elektronische Meßeinheit mit einem PC zu
verbinden.
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Der computergestützte Teil ist in seiner Hardware durch
einen kompatiblen PC und einen Drucker integriert.
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Seine für diese Anwendung speziell entwickelte Software
besteht hauptsätzlich aus den folgenden Teilen:
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- einem Übertragungsprogramm der elektronischen Meßeinheit
mit einem PC, das die Verbindung zwischen der CPU der
elektronischen Einheit und dem PC überwacht.
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- einem die erhaltenen Radsatzparameter analysierenden
Programm, das sich selbst an die Anforderungen des Benutzers
anpaßt. Diese Analyse kann gemäß den theoretischen oder
experimentellen Daten bezüglich der Abnutzung der Radsätze und der
durch den Benutzer gelieferten Vergleichsprofile (engl.
reprofiles) abgewandelt werden.
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- Dateien, um Entscheidungen gemäß der vorgenommenen
Analyse zu treffen, die in bezug auf die Anforderungen des
Benutzers organisch aufgebaut sind. Sie können ständig geladen
sein.
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Diese Dateien enthalten die Benennungsliste des Fahrzeugs,
dessen Radsatzprofil und seine zugehörigen Toleranzen zwischen
Rädem auf einer gleichen Achse, zwischen Laufrädern,
Fahrzeugrädem und selbst Zweigrädem.
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Gemäß diesen Dateien wird das System Entscheidungen
treffen, um vorbestimmte Arbeiten zu empfehlen, die durch den
Benutzer bestätigt oder gemäß besonderen Umständen abgewandelt
werden können, wobei so die automatische Entscheidung
aufgehoben bzw. widerrufen wird.
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Die in dem computergestützten Teil eingerichteten Dateien
sind als eine Fahrzeugdatei, eine Schablonendatei und eine
Kalibrierungsdatei angelegt, wobei all diese speziell zur
Handhabung eines Grundprozesses gedacht sind.
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- einem zur Wartung verwendeten Programm, d.h. einem
Programm, das im wesentlichen vorgesehen ist, um eine Kontrolle
und Information für die Depotvorsteher oder die für die Wartung
verantwortlichen zu liefern. Es kann gemäß den Anforderungen
jeder Abteilung abgewandelt werden.
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Aus der Information über den Zustand des Radsatzes können
Warnungen für die Räder erhalten werden, deren Profil innerhalb
der Grenzen liegt und auf einer Drehbank gedreht werden muß,
ein Programm für eine Dreharbeit, eine Entfernung der
Ausrüstung, die nicht gedreht werden kann etc.
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- einer speziellen Anwendung für eine CNC-Drehbank, die
dazu bestimmt ist, die Entscheidung fur eine Dreharbeit auf der
PC-Anzeige zu erkennen, wenn sie einmal gebilligt ist,
weiterzugehen, um das entsprechende Programm für eine Dreharbeit zu
den numerischen Steuereinrichtungen zu übertragen, und mittels
eines Druckers die Konfigurationsliste zu erhalten.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
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Die Meßstation zum Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen hat
einen auf den folgenden Punkten basierenden Umfang:
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A) die Passiergeschwindigkeit des Fahrzeugs ist geringer
als 5 km/h, aber falls keine Messung erforderlich ist, kann sie
bis auf 15 km/h anwachsen.
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B) die Toleranzen zum Abfühlen von Radparametern lauten wie
folgt:
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- Raddurchmesser +/- 1 mm
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- Spurkranzhöhe +/- 0,1 mm
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- Spurkranzdicke +/- 0,1 mm
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- Qr. +/- 0,2 mm
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C) Wiederholung der Messungen:
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- Raddurchmesser +/- 0,5 mm
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- Spurkranzhöhe +/- 0,05 mm
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- Spurkranzdicke +/- 0,05 mm
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- Qr. +/- 0,1 mm
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Das System ist mit dem gegenwärtigen Eisenbahnunteraufbau
verträglich und kann an jedem Gleis installiert werden, wo der
Verkehr bei einer Rangiergeschwindigkeit stattfindet.
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Das System ist auch mit dem gegenwärtigen elektrischen
Eisenbahnunteraufbau an jeder Leitung oder jedem Depot
verträglich.
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Schließlich ist das System offen, was bedeutet, daß es eine
beliebige zusätzliche Signalvorverarbeitung oder
Nachverarbeitung eines erhaltenen Ergebnisses annehmen kann, wie z.B.
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- Systeme zur Identifikation von Fahrzeugen,
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- Erzeugung lokaler Netzwerke, die mit einem mehrere
PCs verwaltenden Computer verbunden sind.
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- Informationsübertragung über Telefon.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Um die vorliegende Beschreibung zu ergänzen und ein
besseres Verständnis der Merkmale der Erfindung zu fördern, werden
die beiliegenden Zeichnungen, die ein Teil der Beschreibung
sind, in veranschaulichender und nicht beschränkender Weise
dargestellt, in denen:
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Figur 1 eine Ansicht der verschiedenen, die Meßstation zum
Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen bildenden Elemente zeigt,
die dank ihrer vollkommen harmonischen Funktion das
beabsichtige Ziel dieser Erfindung erreichen.
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Figur 2 zeigt einen Seitenriß des mechanischen Teils oder
der Anlage.
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Figur 3 zeigt ein Detail im Aufriß gemäß Schnitt A-B, das
mit anderen Elementen in Fig. 2 verbunden dargestellt ist.
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Figur 4 zeigt ein Detail im Aufriß gemäß Schnitt C-D der in
Fig. 2 dargestellten Baugruppe.
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Figur 5 zeigt ein Detail im Aufriß gemäß Schnitt E-F der in
Fig. 2 dargestellten Baugruppe.
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Figur 6 zeigt schließlich das Meßgerät.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß die gemäß der
Erfindung vorgeschlagene Meßstation zum Kontrollieren von
Eisenbahnradsätzen durch einen mechanischen Teil 1 gebildet wird,
von dem einige Verbindungen 2, 3, 4 und 5 abgehen, die mit
einem gemeinsamen Verbindungsmittel 6 verbunden sind, wobei so
auf einer Seite eine Verbindung mit einer Druckluftanlage 7 und
mit einer Meßanlage 8 geschaffen wird, die wiederum durch eine
Verbindung 11 mit einem Computer 9 mit der Tastatur 10
gekoppelt ist, wobei der Computer und die Tastatur durch eine
Verbindung 11' miteinander gekoppelt sind.
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Die Meßstation zum Kontrollieren von Eisenbahnradsätzen
weist auch eine Reihe Elemente 12, 13 und 14 auf, die das
mechanische Untersystem bilden, von dem die Messung der
Spurkranzdicke,
Spurkranzhöhe und des Spurkranzwinkels ausgeführt
wird, wobei das mit 24 bezeichnete Element die Meßeinrichtung
für den Durchmesser des Radsatzbands bildet.
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Die Meßstation enthält eine Meßanlage mit einer Anzeiger
LED 15, die von einem Spannungseinsteller 16 abhängig ist,
sowie eine zweite Anzeiger-LED 17, die auch in einem
Spannungseinsteller 18 eingebaut ist.
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Unter dem Bezugszeichen 19 ist die Spannungsanzeiger-LED
+5V dargestellt, unter dem Bezugszeichen 20 der Druckknopf zur
allgemeinen Nulleinstellung, unter dem Bezugszeichen 21 die
Übertragungsverbindung mit einem PC, während die Bezugszeichen
22 Verbindungen zu einem Sensor entsprechen und das
Bezugszeichen 23 Verbindungen zu den Anzeiger-LEDs für die Messung
ejitspricht.
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Zusammengefaßt kann man sagen, daß es zum Feststellen des
Profils eines Eisenbahnrades mehrere geometrische Standards
gibt, die von mehreren Eisenbahnverwaltungen in herkömmlicher
Weise verwendet werden.
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Trotzdem ist es bei allen notwendig, eine Reihe
geometrische Parameter innerhalb von Werten zu halten, die man als
vollkommen notwendig erachtet, um eine Verkehrssicherheit zu
erreichen.
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Wenn diese Parameter innerhalb ihrer Toleranzgrenze liegen,
ist es notwendig, das Profil genau zu regenerieren.
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Die Messung, d.h. die Kontrolle, wird periodisch
ausgeführt, um diese Parameter zu überprüfen.
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Die normalerweise kontrollierten Parameter sind:
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- Spurkranzdicke
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- Spurkranzhöhe
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- Spurkranzwinkel
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- Durchmesser des Radsatzbands.
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Um die Kontrolle bzw. Überwachung dieser Parameter zu
erreichen, ist eine Anlage wie z.B. oben beschrieben vorgesehen
worden, die alle oben erwähnten Parameter für alle das Fahrzeug
oder den Eisenbahnverbund betreffenden Räder messen kann, wobei
das Fahrzeug bei einer Maximalgeschwindigkeit von 5 km/h fährt.
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Die Spurkranzdicke ist die 10 mm unterhalb des Radsatzes
gemessene Spurkranzgröße.
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Die Spurkranzhöhe ist das geometrische Maß von dem unteren
Rand des Spurkranzes zu dem Radsatzband, gemessen an einem
Raddurchmesser.
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Der Spurkranzwinkel ist die Neigung der Lauffläche oder des
Spurkranzes selbst, gemessen als der Abstand zwischen dem
Meßpunkt der Spurkranzdicke auf der Lauffläche und einem von dem
unteren Rand des Spurkranzes 2 mm entfernten Punkt auf der
Lauffläche.
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Schließlich ist der Durchmesser des Radsatzbands der
Raddurchmesser, der auf einer zur Innenfläche des Rades parallelen
Ebene und 70 mm von dieser letztgenannten entfernt gemessen
wird.
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Es wird leicht abgeleitet, daß die Anlage aus drei
Unterteilungen und einer Anwendungssoftware besteht.
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Die Untersysteme sind wie folgt:
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A) mechanisch
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B) pneumatisch
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C) elektronisch
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Das mechanische Untersystem ist wiederum in zwei Gruppen
geteilt:
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1. Radsatzträger und -führung
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2. Meßgeräte
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Sowohl der Träger als auch die Führung des Radsatzes werden
durch eine Stahlplatte gebildet, die eine Fortsetzung des
Gleiskopfes schafft.
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Dieser Träger wirkt als ein Radsatzgleis und weist wiederum
zwei Führungen auf, eine äußere und eine innere zum Zentrieren
der Achse, deren Räder gemessen werden sollen.
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Die innere Führung ist ein Gegengleis, das quer zum Gleis
von der Achse innerhalb der Radsatztoleranzen verschoben ist
und auf die Innenfläche des Rades wirkt.
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Die äußere Führung ist eine 45º-Rampe, die auf die
Außenfläche des Rades - den Radsatzkegel - wirkend eine zu große
Verschiebung der Achse infolge des inneren Zentrierens ver
meidet.
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Diese beiden Zentrierer sind an dem Radsatzträger durch
Bolzen starr befestigt.
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Die Meßgeräte sind an dem Radsatzträger durch Bolzen starr
verankert.
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Diese Meßgeräte wirken in der Ruhestellung nicht auf das
Rad, wobei so der Verkehr von Fahrzeugen bei einer
Rangiergeschwindigkeit zugelassen wird, d.h. die wie oben erwähnt
niemals 5 km/h überschreiten wird.
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Einmal mit Druckluft aktiviert werden die Meßgeräte in
einen Zustand zum Messen versetzt.
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Die verwendeten Meßgeräte sind diejenigen, die zum Messen
der Dicke, der Höhe, des Spurkranzwinkels und des Durchmessers
des Radsatzbands bestimmt sind.
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Das Dicke-Meßgerät besteht aus einer Reihe mechanischer
Fühler aus gehärtetem Stahl, die die Radsatzbänder und die
Innen- und Außenflächen des Spurkranzes berühren, und wird
durch horizontale und senkrechte Bewegungen in einer Ebene, die
zur Gleisachse senkrecht ist, an der Stelle angeordnet, die zum
Messen der Dicke geeignet ist.
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Die Fühler wirken mechanisch auf ein Potentiometer, dessen
richtig behandeltes Signal das Maß der Dicke ergeben wird.
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Das Höhe-Meßgerät besteht aus einer Reihe ebenfalls aus
gehärtetem Stahl hergestellten mechanischen Fühlern, die die
Außenfläche des Rades, das Radsatzband und den unteren Teil des
Spurkranzes berühren, und wird durch horizontale und senkrechte
Bewegungen in einer Ebene, die zur Gleisachse senkrecht ist, an
einer geeigneten Stelle angeordnet, um die Spurkranzhöhe zu
messen.
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Die mechanischen Fühler wirken auf ein Potentiometer,
dessen richtig behandeltes Signal die gemessene Höhe des
Spurkranzes ergeben wird.
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Das Meßgerät für den Spurkranzwinkel besteht auch aus einer
Reihe ebenfalls aus gehärtetem Stahl hergestellten mechanischen
Fühlern, die in Kontakt mit der Außenfläche des Rades, der
Innenfläche und dem unteren Teil des Spurkranzes wirken, wobei
es durch horizontale und senkrechte Bewegungen in einer Ebene,
die zur Gleisachse senkrecht ist, an einer geeigneten Stelle
angeordnet wird, um den Spurkranzwinkel zu messen.
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Die linearen Fühler wirken auf ein Potentiometer, dessen
richtig behandeltes Signal die Messung des Spurkranzwinkels
ergeben wird.
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Das Meßgerät für den Durchmesser des Radsatzbands besteht
schließlich aus einer Stahlgabel mit Hartmetallkontakten, die
in Kontakt mit dem unteren Teil des Spurkranzes eine Sehne an
einem Kreis definieren, der in einer Ebene enthalten ist, die
zum Radsatzband parallel ist und über den unteren Teil des
Spurkranzes verläuft.
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Ein mit den Kontakten zentrierter Fühler mißt die dieser
Sehne entsprechende Achse.
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Das System liegt grundsätzlich in der Radlaufrichtung, um
drei Meßpunkte solange wie möglich mit dem Rad in Kontakt zu
halten.
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Die Achsmessung erfordert eine Verschiebung eines
Potentiometers, dessen richtig behandeltes Signal den Durchmesser des
Radsa-tzbands ergeben wird.
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Gemäß der obigen Erklärung ist klar, daß sowohl das Dicke-
Meßgerät als auch das Höhe-Meßgerät eine direkte Messung
liefern, während das Meßgerät für den Spurkranzwinkel und das
Meßgerät für den Durchmesser des Radsatzbands indirekte Messungen
liefern.
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Das pneumatische bzw. Druckluft-Untersystem arbeitet
folgendermaßen:
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Alle deaktivierten Meßgeräte führen an den Rädem keine
Messung durch und gestatten, daß die Fahrzeuge mit der
Rangiergeschwindigkeit über die Anlage fahren.
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Die Aktivierung der Meßgeräte besteht in deren Anhebung, so
daß sie beim Vorüberfahren des Rades die Fühler berühren.
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Dies wird dank Druckluftzylinder mit Druckluft von 6 kg/cm²
erreicht, die die Meßgeräte senkrecht verschieben.
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Jedes Meßgerät hat zwei Druckluftzylinder.
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Die Meßstation weist ein biegsames Druckluftrohr mit
Verteilern auf, die die Druckluft von der Druckluftstation zu den
Zylindern transportieren.
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Die Druckluftstation besteht aus einem Haupteinlaß für
Druckluft, einem Reduzierer, der den Druck der Druckluft vom
tatsächlichen Wert auf 6 kg/cm² verringert, einem Druckmeßgerät
und einem Elektroventil, das die Luft zu den Zylindern
durchläßt, und wird vom Bediener von der Steuerstation des Systems
aus oder automatisch bei Vorüberfahren eines Fahrzeugs befohlen
bzw. betätigt.
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All diese Einrichtungen sind in einem wasserdichten
Schutzgehäuse aus Metall untergebracht.
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Das elektronische Untersystem wird schließlich durch die
sogenannte Meßeinheit gebildet.
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Die Meßeinheit besteht aus einer elektrischen Steuerung für
das Druckluftsystem und einer Verbindung zu den
Haupteinrichtungen des gesamten Systems.
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Die Anlage basiert auf der Verwendung elektronischer
Karten, die über die folgenden Einheiten verfügen:
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- signalerfassende und -digitalisierende Einheit.
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- Steuer- und Übertragungseinheit mit einem PC.
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- Steuer- und Speiseeinheit für die Elektroventile.
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- Analoge Meßkarten.
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- Speisequellen.
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- Prozeßsteuereinheit.
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Die signalerfassende und -digitalisierende Einheit führt
die entsprechende Sensorpolarisierung durch und empfängt von
dem Sensor ein Signal, dessen Amplitude der zu messenden
Amplitude des Radparameters proportional ist.
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Die Sensorpolarisierung beträgt 10 Volt und ist für jeden
Sensor bestimmt.
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Im Spielraum der Amplitude des durch den Sensor gelieferten
Signals kann sie daher zwischen 0 und 10 Volt oszillieren.
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Die digitalisierte Information des Signals wird zur
Steuerund Übertragungseinheit übertragen.
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Jede erfassende Einheit besitzt eine Eurocard-artige Karte,
die auf ihrer Oberseite mit einem Standardbus verbunden werden
kann. Auf der Vorderseite der Karte finden sich die Verbindung
zum Sensor und eine leuchtende Hinweiseinrichtung.
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Das Speisen jeder der erfassenden Einheiten sowie die
Informationsübertragung mit der Steuereinheit werden durch den
rückseitigen Bus ausgeführt.
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Die Leuchtdiode oder der leuchtende Anzeiger hat die
Funktion normalerweise anzubleiben, wobei er schwach blinkt, wenn
eine neue Messung durchgeführt wird.
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Die Diode leuchtet nicht auf, falls die Karte nicht in
einem Zustand zum Ausführen einer Messung ist oder falls in der
Schaltung eine allgemeine Störung vorliegt.
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Schließlich hat die signalerfassende und -digitalisierende
Einheit eine geeignete Einstellvorrichtung zum Positionieren
des Sensors in einem Ruhezustand. Sie ist ein mit 10 Volt
gespeistes Verschiebepotentiometer, das zwischen den Enden eine
Spannung von 10V und eine 0,1 Prozent entsprechende Toleranz
aufweist, während die Spannung zwischen dem Zeiger und der
Masse
1,5 Volt beträgt und deren Toleranz mit maximal 10 Prozent
eingestellt ist.
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Die Steuer- und Übertragungseinheit mit einem PC führt die
folgenden Funktionen aus:
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Sie führt eine Übertragung bzw. einen Informationsaustausch
mit den erfassenden Einheiten aus, wobei die Übertragung
parallel durch die Buskarte ausgeführt wird.
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In diesem Fall wird der digitalisierte Wert des durch den
Sensor gegebenen Signals direkt übertragen. Dieser Wert kann
sich zwischen 0 und 3 FFH ändern.
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Atißerdem erregt jede erfassende Einheit vor einer Messung
ein Kennzeichen, das durch die CPU periodisch gelesen wird.
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Übertragungen mit einem Zentralcomputer werden mit den
durch verschiedene Erfassungseinheiten gelieferten
Informationen ausgeführt, die durch das SDT-Protokoll hintereinander
zum PC übertragen werden.
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Die die Elektroventile speisenden und steuernden Einheiten
bestehen aus einer FA3-Quelle mit +5V, einer FA2-Quelle mit
+12V, einer FA1-Quelle mit -12V, einer Elektroventilspeisung
und einer Rückwand.
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Die Anlage weist auch einen Hauptschalter auf, der die
folgenden Einrichtungen versorgt:
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- Meßeinheit
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- Personalcomputer
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- Drucker
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- Elektroventile
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Jede analoge Meßkarte enthält einen Datenspeicher mit 32
KByte und einen Programmspeicher mit 8 KByte sowie eine
Verarbeitungsstufe für ein analoges Eingangssignal in den
Mikrocontroller.
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Der Mikrocontroller schließt die Funktion eines Analog-
Digital-Wandlers ein.
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Er ist folglich mit dem dynamischen Messen einer Reihe
Radparameter mittels vollmechanischer Einrichtungen und Sensoren
beschäftigt, die als lineare Potentiometer gebildet sind,
welche auf dem Gleis getrennt sind.
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Das impulsförmige Signal, das dem zu messenden Parameter
proportional ist, wird durch das vordere Verbindungsglied auf
der Karte zugeführt, und die erste Analogstufe wird erzeugt.
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Nach einem Filter- und Verstärkungsprozeß kommt das Signal
bei einem Analog-Digital-Wandler an, und der Maximalwert des
Signals wird durch einen Meßalgorithmus detektiert.
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Dieses Erfassen wird mit einer Auflösung von 10 Bit
durchgeführt.
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Danach wird diese Information zur CPU übertragen.
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Die vordere LED-Diode zeigt den Status der Karte:
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- EIN zeigt einen Wartezustand an
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- BLINKEN zeigt den Moment der Messung an.
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Jede Nummer ist einem Radparameter zugewiesen, und die Lage
jeder der Karten in dem Rahmen ist indifferent bzw.
gleichgültig.
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Die Meßstation hat drei Speisequellen, zwei von ihnen mit
-12V, die eine Gleichrichtungs- und Filterstufe aufweisen,
zusätzlich zu einem linearen Spannungsregler.
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Die Ausgangsspannung beträgt -12V, obgleich eine
Feinanpassung mittels eines an der Vorderseite der Karte befindlichen
Potentiometers möglich ist.
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Beide Quellen werden mit einem Wechselstrom bei 18V ver
sorgt und können einen Ausgangsstrom von 1,5 Ampere bei 12V
liefern.
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Diese Spannung stammt von einem an der Rückwand der Anlage
befindlichen Transformator.
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Weil die 18V-Spannung veränderlich ist, ist es möglich,
durch zwei identische Speisequellen Ausgangsspannungen in der
Größenordnung von +12V und -12V zu erhalten.
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Die Spannungen mit +12V und -12V sind in der
100M-Meßeinheitenanlage zum Speisen der Analogstufen notwendig.
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Die Stufen haben im Allgemeinen einen geringen Verbrauch,
und sie führen so empfindliche Aufgaben aus, wie eine
Verarbeitung analoger Signale, eine Sensorimpulsverstärkung, Analog-
Digital-Umwandlung usw.
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Das Speisen der Analogstufen muß für einen korrekten und
genauen Betrieb derselben eine Reihe von Anforderungen er
füllen:
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- Speisespannung mit einem niedrigen Wirbelpegel.
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- Möglichkeit einer Trennung von Massen (digital,
analog).
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- Schnelles Ansprechen bei zeitweisem Verbrauch.
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Die dritte Speisequelle ist eine Speisequelle mit einem 4A-
Ausgang für Gleichstrom bei 5V.
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Tatsächlich ist sie eine Regelstufe der 5V-Quelle, weil der
Transformator, Gleichrichter und Filterkondensator in der Rück
wand untergebracht sind.
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Diese Quelle empfängt eine 35V-Gleichspannung und
verringert sie mittels eines Schaltkreises auf 5V.
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Die gesamte Schaltelektronik ist in einem Modul integriert,
welches gestattet, eine Leistung von 85 Prozent und einen
geringen Wärmeverlust zu erreichen.
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Die vordere LED-Diode zeigt das Vorliegen einer
Ausgangsspannung mit 5V.
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Diese Anlage erfordert 5V zum Speisen aller digitaler
Schaltungen sowohl in Analogkarten als auch der zentralen CPU.
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Diese digitalen Elemente sind: Mikroprozessoren, Speicher,
Eingabe/Ausgabepuffer etc., wobei man bedenke, daß in der
Anlage neun Mikroprozessoren gleichzeitig mit ihrem jeweiligen
Datenspeicher und Programm arbeiten und die gemeinsame
Speisequelle Eigenschaften aufweisen sollte wie z.B.:
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- überdimensionierte nominelle Ausgangsleistung.
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- geringer Verlustindex, d.h. eine hohe Leistung.
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- mögliche Trennung von Massen (analog/digital).
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Eine hohe Leistung, sowohl elektrisch als auch thermisch,
wird durch Verwenden des geschalteten Quellensystems erhalten.
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Die Massentrennung ist dank der Verwendung eines
unabhängigen Transformators für diese Quelle möglich.
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Schließlich verfügt die Meßstation über eine
Prozeßsteuereinheit, die den Mikroprozessor, einen RAM-Speicher, einen
Programmspeicher, Eingabe/Ausgabeschaltungen und auch einen
seriellen Ubertragungskanal enthält.
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Ihre Aufgabe ist, eine Steuerfunktion jedes der analogen
Meßkanäle auszuführen, wobei die erhaltenen Messungen erfaßt,
zusammengefaßt und später an einen PC gesendet werden.
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Die Datenübertragung zwischen analogen Kanälen und der CPU
wird durch einen an der hinteren Rückwand befindlichen Bus
parallel durchgeführt.
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Die serielle Übertragung bzw. der serielle
Informationsaustausch mit dem PC wird gemäß einem Standard-RS232 durch das an
der Vorderseite der Karte gelegene Verbindungsglied ausgeführt.
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Die Arbeitsweise ist grundsätzlich wie folgt:
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Die zentrale CPU überprüft sequentiell den Status der
analogen Kanäle, und, falls eine Karte eine gültige Messung
durchgeführt hat, wird ein Gültigkeitssignal aktiviert, das
durch die CPU identifiziert wird.
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Sind die sich auf eine Messung beziehenden Daten einmal
erhalten worden, wird der Prozeß der analogen Kanäle wieder
angeregt.
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Dieser Prozeß ist zyklisch und endet bei Erreichen der
durch den PC programmierten Achsenzahl.
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Die CPU identifiziert jede der Analogkarten durch eine
vorher eingerichtete Nummer von 0 bis 7.
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Es ist nicht notwendig, diese Beschreibung für den Fachmann
weiter auszudehnen, um den Umfang der Erfindung und die daraus
abgeleiteten Vorteile zu verstehen.
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Die Ausrüstung, Form, Größe und Anordnung der Elemente
können verändert werden, vorausgesetzt, daß dies keine Änderung
am Kern der Erfindung wie beansprucht mit sich bringt.
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Die Ausdrücke, mit denen diese Beschreibung gemacht worden
ist, sollten in einem weiten und nicht begrenzenden Sinn
benutzt werden.