Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#1 von Badaboba , 12.03.2022 19:11

Hallo zusammen,

kann man mit einer Fischwaage / Kofferwaage brauchbar die Zugkraft bestimmen?

Hier mal der "Versuchsaufbau" - Fischwaage - Draht - C-Gleis - Märklin V 200.0 (37803).

Start:


Fahrstufe 1:


Fahrstufe 14:


Das mit Fahrstufe 14 ist natürlich Blödsinn -die Lok schleudert wie irre, der alte HLA kann das ab.

Fahrstufe 1 scheint für mich relevanter zu sein - die Lok schleudert beim Anfahren, 100 g würde sie vom Fleck bekommen? Ist der Wert realistisch? Kann man die Werte für 1%, 2%, 3% und 4% Steigung berechnen, ohne Versuchaufbau?
Wie sind die 105 Gramm zu interpretieren?
Könnte man Rückschlüsse ziehen auf Wagen (hier im Bestand zu 99% spitzengelagerte Achsen).
Warum muss ich jetzt an SAH denken?


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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#2 von SAH , 12.03.2022 20:54

Moin Volker,

mit dieser Fischwaage und einer Auflösungvon 1g lässt sich sehr gut arbeiten. Die Interpretation der Ergebnisse istjedoch nicht ganz so einfach. 220g ist mit dem von Dir genutzten Zustand das absolute Maximum: mehr geht nicht. Dass das Modell dabei Schleudert spielt keine Rolle, vorerst.
Dieses Maximum wird auch in der Fachjournalen genannt. Interessant wäre jetzt folgende Reihe: FS1 bis FS 14.
Nun zu FS1: 220g als Maximum, dann müsste das Modell bei intakten und nicht verölten Haftreifen ab ca. 110g anfangen zu Schleudern. Das ist dann der nutzbare Teil der Zugmasse. Mit den von Dir gemessenen 220g liegst Du im Bereich vieler V200-Modelle, die ich in den Vergleichsfahrten BR V200 Varianten, wobei ich Digitalmodelle bei mittlerer Fahrstufe teste.
Zum Messgerät: hast Du die Anleitung noch? Dort sollte die Mesungenauigkrit angegeben seon, wahrscheinlich 2 bis 5% vom Messwert.

Umrechnen Zugmasse in Wagenanzahl, Du hast die Wahl:
a) pauschal Wagen mit Spitzachsen geölte Achslager 0,8% ungeölt 1,2% der Wagenmasse als Fahrwiderstand. 220g /Fahrwiderstand abrunden auf ganze Zahl.
b) Wagen ausrollen lassen. Fahrwiderstandskoeffizient =Rampenhöhe= gesamter Rollweg inkl. Rampe. Das Ergebnis mal Wagenmasse. Weiter wie oben.
c) Fahrwiderstand des Wagen mit dem Onlinerechner Zugmassebestimmung nach Eingabe der geforderten Daten (mit Radsatzinnenmaß) berechnen lassen. Weiter wie oben.
d) Meine Erfahrungsberichte nach der Zugmasse ordnen, geeignetes Modell anklicken und im neuen Fenster ganz nach unter zum "Interaktiven Zuganzeiger" scrollen und den Button aktivieren. Die Anzahl der Wagen (bisher nur Personenwagen) wird automatisch angezeigt.

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#3 von Badaboba , 12.03.2022 22:07

Zitat von SAH im Beitrag #2
Moin Volker,
(...)
Nun zu FS1: 220g als Maximum, dann müsste das Modell bei intakten und nicht verölten Haftreifen ab ca. 110g anfangen zu Schleudern. Das ist dann der nutzbare Teil der Zugmasse.
(...)
Zum Messgerät: hast Du die Anleitung noch? Dort sollte die Mesungenauigkrit angegeben seon, wahrscheinlich 2 bis 5% vom Messwert.



Hallo Stephan-Alexander,
bei FS 1 hatte ich oben 105g - das hört sich doch passend an.

Anleitung und Schächtelchen habe ich - leider keine Angabe - ist ein preiswertes China-Teil - nicht das billigste, aber preiswert. Gewerblich würde ich es nicht nutzen.

Wie reduziert sich die Anfahrzugkraft - ist die Bezeichnung korrekt? - von knapp unter 105g auf Steigungen von 1%, 2%, 3%, 4%?
Hast Du da eine Formel?


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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#4 von SAH , 12.03.2022 22:52

Moin Volker,

Anfahrzugmasse und Steigung
105g -1 (2,3,4)% von Lokmasse

Probiers mal aus.

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#5 von UP4001 , 12.03.2022 23:12

Hallo Volker,

aus meßtechnischer Sicht ist die Genauigkeit zweifelhaft. Ein solches Meßgerät hat eine Genauigkeit von bestenfalls ca 2 %, bezogen auf den Maximalen Meßwert bei allen Meßwerten!.
Das bedeutet, dass das Meßergebnis 100 g mit einer Abweichung +/- 1 Kg sein darf (genüber tatsächlichem Wert)
Meist sind die Ergebnisse bei Wiederholung in gleichen Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur) ähnlich falsch, also im Rahmen vergleichbar. Ähnlich er einer Personenwaage. Meine zeigt rund 1 - 1,5 Kg weniger an als die beim Arzt

Besser wäre eine maximale Meßgröße von 2-5 Kg.

Bei Amazon wird von einer Differenz von über 1 Kg bei 20 Kg (Koffer) gegenüber der "amtlichen" Waage am Flughafen gennant.
Von HBM (industrieller Meßtechnikhersteller) gibt es ein ähnliches Gerät (arbeitet mit Dehnungsmeßstreifen), kostet jedoch rund 90 €. Hier würde ich zumindest von einer höheren Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse ausgehen, wenn auch hier die 2% als Fehlergröße gleich Deinem Gerät ist. Eine Kalibrierung kostet 102 €, damit wird die Anzeige für 2 Jahre genauer

Ein weiterer Punkt wäre die Kraftübertragung: ist sie berührungslos? Also läuft der Draht ohne jegliche Kontakte (z.B. am Gehäuse) in der Luft? Andernfalls verfälscht die Reibung wie bei meiner auf dem Gleis liegenden Federwaage das Ergebis.

Als Schätzeisen zum Vergleichen und zum ermitteln der ungefähren Kraft sollte es jedoch reichen

P.S.: Jlwii2000 benutzt so ein ähnliches Teil aus dem Modellbahnbereich (pull meter; hier ein ähnliches Modell) um Vergleiche zu zeigen. Das Gerät hat einen Meßbereich vonn 7,5 kg und sollte einen maximalen Meßfehler von max. 150 g bei 2% aufweisen:


LG

Horst

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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#6 von Heinzi , 13.03.2022 16:02

Hallo Jungs

Zitat von UP4001 im Beitrag #5
Ein solches Meßgerät hat eine Genauigkeit von bestenfalls ca 2 %, bezogen auf den Maximalen Meßwert bei allen Meßwerten!. Das bedeutet, dass das Meßergebnis 100 g mit einer Abweichung +/- 1 Kg sein darf (genüber tatsächlichem Wert)

Diese Definition stammt, oder gilt, für analoge (Zeiger)geräte

Ich würde jetzt einfach mal behaupten dass die Genauigkeit dieser Wage ähnlich definiert ist wie die Genauigkleit eines digitalen Multimeters. (das müsste man abe beim Händler oder Hersteller nachfragen)
Bei DVMs ist es so, dass die Angabe von zum Beispiel 2% +5 digit bedeutet, dass die die Messung (intern) +/- 2% genau sein kann. Der Messbereichsendwert spielt dabei keine Rolle [/b]mehr. d.h ein 100g Gewicht kann im Bereich von 98 bis 102g gemessen werden. Diese (interne) Mesung muss jetzt noch in eine digitale Anzeige umgewandelt werden. Und da kommnen nun die +/-5digits in Spiel:
Wird das Gewicht von 100g intern mit 98g gemessen, kann in der Anzeige ein Wert zwischen 93 und 103g erscheinen.
Wird es mit 102g gemessen kann in der Anzeige ein Wert zwischen 97 und 107g erscheinen.

Je nach dem wie sich Toleranzen summieren, kann also für das 100g Gewich ein Wert von 93 bis 107g angezeigt werden.

Wenn du genauer wissen möchtes wie genau dein Gerät in dem dich interessierneden Bereich anzeigt, wiege zwei unterschiedliche bekannt Gewichte mehrere male einzeln und mehrere Male zusammen.


Etwas "blöder ist leider der umgekehrte weg.
Du wiegst ein unbekanntes Gewicht und die Wage zeigt dir 93g an.
Da du nun nicht weisst ob sich der angezeigt Wert an der oberen oder unteren Maximalabweichung befindet (oder irgendwo dazwischen) kann dein Gewicht zwischen den Extremen von 86 und 100g liegen.


Gruss Heinzi
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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#7 von hmmueller , 22.03.2022 22:12

Hallo -

ich stolpere grad über diesen Thread drüber und bin ziemlich verdattert darüber, dass man die Zugkraft bei Modell-Loks mit einer Waage misst - das widerspricht ziemlich meiner Vorstellung der Physik, die da relevant ist*. Aber ich kenne mich damit nicht aus, lasse nur hin und wieder eine meiner zwei Loks im Kreis fahren ... daher würde mich interessieren, ob jemand wo erklärt hat, wie man die Zugkraft von Modell-Loks misst, mit einer Begründung/Darstellung/Erklärung, wieso grade so und nicht anders.

* Meine (vielleicht naive) Annahme ist, dass die Motoren der Modell-Loks immer so stark sind, dass sie bei maximaler Zugkraft an der Reibungs/Schleudergrenze fahren und daher nur der Haftreibungskoeffizient und die Reibungsmasse auf den angetriebenen Achsen relevant ist; und dass daher die Messung mit drehendem Motor exakt an dieser Reibungsgrenze erfolgen muss. Allerdings habe ich auch auf Wendeln gesehen, dass manche Loks schon mit kurzen Zügen ins Schleudern kommen: Ist der Grund, dass mindestens eines der Räder jeder Achse wegen der verschiedenen Radien schleudert, und daher das Reibungsgewicht, das mit Haftreibung fährt, stark abnimmt? - dann wäre ja womöglich eine Messung über der Schleudergrenze, also mit Gleitreibung statt Haftreibung, tatsächlich praxis-relevanter.

... wie gesagt, eigentlich nicht ganz zum Betreff passend, aber wenn jemand da Hinweise hätte, wo erklärt ist, wieso man wie misst, wäre ich dankbar!

H.M.


 
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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#8 von Railstefan , 23.03.2022 09:19

Hallo Volker,

ich würde statt des verzwirbelten Drahtes eher einen (stabilen) Bindfaden nehmen, der an einem Ende einen Ring hat (Federwaage) und am anderen Ende eine Kupplung (Lokseite). Damit dürfte es keinerlei Probleme mit schrägem Ziehen, Reibung an der Umgebung o.ä. geben.
Ansonsten scheint deine Methode doch der üblichen Methode mit der Seilrolle, die in Tests in Zeitschriften immer wieder auftaucht, sehr nahe zu kommen.
Ob die Ergebnisse jetzt 100%ig passend sind, ist eigentlich nicht ganz so wichtig, denn wenn du alle Loks so misst, sind die Ergebnisse miteinander einwandfrei vergleichbar.
Zusätzlich könntest du ja mal einen "Prüfzug" von einer Lok ziehen lassen, um eine Idee der dafür notwendigen Kraft zu bekommen.

Weiter erfolgreiches Messen

Gruß
Railstefan


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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#9 von BigDiesel , 23.03.2022 18:08

Hi,

ich mach das elektronisch mit meinem Messwagen. Siehe Signatur.

Ich habe mit bekanten Gewichten die Genauigkeit getestet und bis auf wenige Gramm stimmt die Anzeige.
Durch die grafische Aufzeichnung habe ich auch die Möglichkeit Spitzen zu sehen, falls vorhanden.
Mir reicht das vollkommen.

Kofferwaage scheint mir aber auch zu gehen. Da ist höchstens der Messbereich nicht gut gewählt. 1/10 davon würde ausreichen, also bis 2kg.


Gruß
Hardy

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RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#10 von SAH , 25.03.2022 10:01

Guten Morgen HM,

Zitat von hmmueller im Beitrag #7
Hallo -
ich stolpere grad über diesen Thread drüber und bin ziemlich verdattert darüber, dass man die Zugkraft bei Modell-Loks mit einer Waage misst - das widerspricht ziemlich meiner Vorstellung der Physik, die da relevant ist*. Aber ich kenne mich damit nicht aus, lasse nur hin und wieder eine meiner zwei Loks im Kreis fahren ... daher würde mich interessieren, ob jemand wo erklärt hat, wie man die Zugkraft von Modell-Loks misst, mit einer Begründung/Darstellung/Erklärung, wieso grade so und nicht anders.
* Meine (vielleicht naive) Annahme ist, dass die Motoren der Modell-Loks immer so stark sind, dass sie bei maximaler Zugkraft an der Reibungs/Schleudergrenze fahren und daher nur der Haftreibungskoeffizient und die Reibungsmasse auf den angetriebenen Achsen relevant ist; und dass daher die Messung mit drehendem Motor exakt an dieser Reibungsgrenze erfolgen muss. Allerdings habe ich auch auf Wendeln gesehen, dass manche Loks schon mit kurzen Zügen ins Schleudern kommen: Ist der Grund, dass mindestens eines der Räder jeder Achse wegen der verschiedenen Radien schleudert, und daher das Reibungsgewicht, das mit Haftreibung fährt, stark abnimmt? - dann wäre ja womöglich eine Messung über der Schleudergrenze, also mit Gleitreibung statt Haftreibung, tatsächlich praxis-relevanter.
... wie gesagt, eigentlich nicht ganz zum Betreff passend, aber wenn jemand da Hinweise hätte, wo erklärt ist, wieso man wie misst, wäre ich dankbar!
H.M.


im Folgenden versuche ich, Deine Frage(n) möglichst einfach zu beantworten.
Kräfte haben als physikalische Einheit Newton. Damit können nur die Wenigsten etwas anfangen. Daher wird der Umweg über die Masse mit der Einheit g gewählt, weil Waagen die Gewichtskraftmessen (wegen der Sensoren), aber aufgrund Fg = m*g mit g = 9,184 m/s² g bzw. kg anzeigen. Aus diesem Grund benutze ich lieber den Ausdruck "Zugmasse" (unter Beungeisterung der Vorbildfetischisten).
Deine Beschreibung trifft es recht genau: da, was eine Lok in g angegeben ziehen kann, entspricht der Achsandrückmasse der angetriebenen Räder multipliziert mit dem jeweiligen Haftreibungskoeffizient. Im Betrieb ergeben sich weitere Einflüsse, die diese Rechnung verkomplizieren. Folglich bleiben als Zugmasse übrig: Achsandrückmasse * µ_H - Widerstandkräfte in g ausgedrückt (F/g) der nicht angetriebenen Räder/Tender - Reibungswiderstände (F_reib/g) aus Bögen, Steigungen usw. - Steigungswiderstände m*µSteig.
Will man nun wirklich vergleichbare Ergebnisse erhalten muss man dass maximal möglich bestimmen, d.h. Stehenbleiben unter Durchdrehen der Treibräder.
Dazu gibt es verschiedene Vorgehensweisen:
- Messung der Zugkraft mit Federwaage, Dynamometer usw. direkt am Zughaken einer Lok (hier die Fischwaage oder wie im folgenden Video mit einem Dynamometer):
https://www.sheyn.de/Modellbahn/Filme/37040maxZK.mp4
- Messung über eine Umlenkrolle und variabler Masse oder auch Dynamometer usw. und Waage (das machen auch die Modellbahnjournale)
- Messung der maximal zu bewältigenden Steigung der Lok ohne angehängtem Zug (Zugmasse vs. Steigungswiderstand), wurde hier von @Elokfahrer160 mit Krokodilen erfolgreich durchgeführt
- Aufnahme eines Leistungsdiagramms bei konstanter Spannung durch Messung von Anhängelast und Geschwindigkeit (das mache ich in meinen Loktests) und Extremwertberechnung der Leistungsparabel.
Deine Annahme zur Kraftentwicklung der Modellbahnmotoren ist korrekt, doch gibt es Ausnahmen. Dann muss man als Anwender sehr aufpassen.

Faktoren, die die maximale Zugmasse entscheiden beeinflussen können sind:
verölte Schienen und/oder Räder bzw. Haftreifen (besonders die!) dann kann die Zugmasse schnell auf 1/3 oder noch weniger sinken.
Mangelhafter Kontakt zwischen Rad und Schiene (Räder ohne Kontakt können keine Reibung auf die Schienen übertragen).
Steigungen über 5% erschweren den Zugbetrieb vor allem mit altem Lok/Wagenmaterial
Kurven sind in der Modellbahn nur bei Wagen mit langem Achsstand und bei ungünstig konstruierten Lokfahwerken von Bedeutung, wenn die Radien zu klein werden. Also z.B. Achsstand von 95mm in H0 mit Industrieradius 286mm.
Schleifer jeglicher Art üben zusätzliche Kräfte aus, die Abbremsen.

Abschließend zu Deiner Anmerkung wegen Schleudern:
solange die angehängte Last vom Kraftschlussmaximum weit entfernt ist, spielt das Schleudern (d.h. der Schlupf) keine entscheidende Rolle. Da die Geometrie hier einen größeren Einfluss hat, ist aber genau dieser Wert schwer zu ermitteln. Deshalb wird auch in Journalen das absolute Maximum gemessen, denn hier spielt die Geometrie keine Rolle mehr. Schleuderfreien Zugbetrieb gibt es bis ungefähr halbe Zugmasse (d.h. wenn angegeben wird 200g maximale Last, so ist bis 100g Anhängelast kaum etwas vom Schleudern zu bemerken).

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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zuletzt bearbeitet 29.03.2022 | Top

RE: Zugkraftmessung mit der Fischwaage - Messergebnisse brauchbar?

#11 von hmmueller , 26.03.2022 11:11

Vielen Dank für äußerst umfängliche Antwort - da bleiben (momentan bei mir) keine Fragen offen!

H.M.


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