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Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Anfahrzugkraft von mehrachsigen Triebfahrzeugen mit Einzelachsantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Anfahrzugkraft von mehrachsigen
Triebfahrzeugen mit Einzelachsantrieb und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die den einzelnen Triebachsen zuführbaren Antriebsleistungen gleich und gemeinsam regelbar sind, insbesondere bei Drehgestellokomotiven mit parallel geschalteten Antriebsmotoren.
Bei allen Schienentriebfahrzeugen wird durch die am Zughaken angreifenden Zugkräfte, besonders stark beim Anfahren, die beim ruhenden Fahrzeug vorhandene gleichmässige Achslastverteilung wesentlich gestört. Es werden die in der Fahrtrichtung vorderen Achsen oder Achsgruppen entlastet, die hinteren zusätzlich belastet. Das Ausmass der Achsentlastung ist weitgehend von der Bauart und den grundlegenden
Abmessungen des Triebfahrzeuges abhängig.
Besonders ungünstig liegen die Verhältnisse in dieser Beziehung bei Drehgestelltriebfahrzeugen, d. h. bei solchen, die aus zwei- oder mehrachsigen Triebgestellen und einem aufgesetzten Wagenkasten bestehen, weil der geringe Triebgestellachsstand die Achsentlastung wesentlich erhöht. Das Ausmass der Achsentlastung beim Anfahren ist beträchtlich und beträgt bei Triebfahrzeugen mit zweiachsigen
Triebgestellen im Mittel etwa 15-20% des ruhendenAchsdruckes an der ersten Achse, bei einer angenom- menen Zugkraft von einem Drittel des Fahrzeuggewichtes.
Da bei parallel geschalteten Motoren alle
Achsen das gleiche Antriebsmoment erhalten und daher die gleiche Zugkraft am Radumfang ausüben, wird daher auch die gesamte mögliche Zugkraft des Triebfahrzeuges durch die Entlastung der ersten Achse um 15-20% vermindert, da der Grenzwert der Haftreibung der am schwächsten belasteten Achse das Antriebsmoment aller Triebmotoren bestimmt.
Es ist bekannt, das Ausmass der Achsentlastung durch technische und konstruktive Mittel, z. B. durch möglichst tiefe Lage des Drehzapfenanlenkpunktes oder durch Kupplung der beiden inneren Trieb- drehgestellenden in vertikaler Richtung zu vermindern. Beide Massnahmen ergeben ungünstigere Bauverhältnisse, höhere Baukosten und zum Teil auch einen ungünstigeren Fahrzeuglauf, wobei überdies nur ein Teil der Achsentlastung unwirksam gemacht werden kann. Es ist weiters bekannt geworden, das Antriebsmoment der Motoren der Achsentlastung entsprechend dadurch zu ändern, dass die Antriebsmotoren der entlasteten Achsen an eine niedrigere Spannung angeschlossen werden (s. z. B.
Zeitschrift "Elektrische Bahnen", Jahrgang 1957, Seiten 73-79) ; dies bedingt jedoch den Zubau eines Ausgleichstransformators und eine sehr verwickelte Schaltung für die Vorwärts-und Rückwärtsfahrt. Die Kosten dieses elektrischen Zugkraftangleiches sind beträchtlich.
Gegen die Folgen der ungleichen Achslastverteilung wurde ferner vorgeschlagen (deutsche Patentschrift Nr. 682917), alle Treibachsen eines Fahrzeuges mit Einzelachsantrieb bei der Anfahrt zur Verminderung der Schleudergefahr leicht anzubremsen. Dadurch wird aber die Zugkraft aller Treibachsen herabgesetzt, obwohl dies gerade im Anfahrstadium am wenigsten erwünscht sein kann.
Die Nachteile dieser vorerwähnten und bekannten Massnahmen besitzt das Verfahren nach Erfindung nicht, bei dem die beim Anfahren entlasteten Treibachsen unter Vermeidung des Radschleuderns in einem der Achsentlastung etwa verhältnisgleichen Ausmass während der Anfahrperiode gebremst werden. Dieses Verfahren lässt die höchstmöglichen Anfahrzugkräfte zu, weil dabei jede Achse den gleichen Reibungshaftwert (Reibungskoeffizienten) in Anspruch nimmt. Die Antriebsmotoren können dann so hoch beaufschlagt werden, wie es der beim Anfahrvorgang am höchsten belasteten Achse entspricht ; bei den entlasteten Achsen wird dann gewissermassen der Zugkraftüberschuss durch Abbremsen beseitigt. Vorteilhaft wird die Abbremsung der entlasteten Achsen für eine Anfahrzugkraft entsprechend einem Reibungshaftwert von einem Drittel bemessen und ausgelegt ; ist infolge ungünstiger Witterung (z.
B. feuchten Schienen) der Reibungskoeffizient verringert, so bleibt trotzdem das Verhältnis zwischen Zugkraft und Abbremsung annähernd erhalten, da sowohl der Reibungskoeffizient zwischen Rad und Schiene als auch zwischen Rad und Bremsklotz annähernd im gleichen Verhältnis verringert ist.
Je nach der Fahrtrichtung des Triebfahrzeuges müssen verschiedene Achsen beim Anfahren gebremst werden ; bei Fahrzeugen mit zwei Führerständen werden im allgemeinen von jedem Führerstand aus nur jene Achsen gebremst, die beim Anfahren in der zugehörigen Fahrtrichtung entlastet werden.
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Das Verfahren nach Erfindung kann mit dem bei den bekannten Schleuderschutzbremsen benützten Vorgang kombiniert werden u. zw. so, dass erfindungsgemäss zusätzlich zur Bremsung der entlasteten Treibachsen alle Treibachsen des Fahrzeuges in an sich bekannter Weise während der Anfahrperiode mässig gebremst werden. Dieses Verfahren wird sich dann bewähren, wenn durch besonders schlechten Schienenzustand Schleudergefahr nicht nur für entlastete, sondern überhaupt für alle Treibachsen besteht.
Im Sinne einer Vereinfachung lässt sich das Verfahren gemäss der Erfindung in der Richtung ausbauen, dass die zusätzliche Bremsung während der Anfahrperiode auf die in Fahrtrichtung erste, am stärksten entlastete Achse beschränkt wird.
Die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens erforderlichen Einrichtungen sind im Vergleich zu den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen zur Verbesserung der Anfahrverhältnisse mit annähernd gleicher Wirksamkeit recht einfach. Die Bremsung der entlasteten Achsen kann ohne weiteres mit der Betriebsbremse des Triebfahrzeuges erfolgen, vorausgesetzt, dass für jede Achse in bekannter Weise ein gesondertes und unabhängiges Bremsgestänge mit eigenem Bremszylinder vorgesehen ist und diese Einzelachsbremsen entsprechend eingestellt sind.
Insbesondere für die Bedienung ist eine übersichtliche Trennung der Anfahreinrichtung von der Betriebsbremse zweckmässig, dergestalt, dass erfindungsgemäss die mechanische Bremsung der entlasteten Achsen mittels einer gesonderten, von der Betriebsbremse unabhängigen oder dieser überlagerten Bremsvorrichtung erfolgt. Vorteilhafterweise kann diese überlagerte Bremsvorrichtung nach der Erfindung so beschaffen sein, dass für das Bremsgestänge jeder Treibachse ein zusätzlicher Hilfsbremszylinder vorgesehen ist, der auf das Betriebsbremsgestänge arbeitet, wobei von jedem Führerstand aus vom Fahrzeugführer beim Anfahren die Hilfsbremszylinder der entlasteten Treibachsen in entsprechendem Ausmass mit Druckluft beaufschlagt werden können.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ohne Verwendung von Hilfsbremszylindern sind an Triebfahrzeugen mit eigenen Betriebsbremszylindernfür jede Treibachse in den Luftleitungen zu den Bremszylindern der einzelnen Treibachsen fernbetätigte Absperr- oder Umschaltorgane und Handschalter in den Führerständen zur pneumatischen oder elektrischen od. dgl. Fernbetätigung in an sich bekannter Weise der Absperr- oder Umschaltorgane vorgesehen, wobei mittels der Handschalter während der Anfahrperiode die Absperr- oder Umschaltorgane in den Luftleitungen zu den Bremszylindern der bei der betreffenden Fahrtrichtung nicht entlasteten Treibachsen im Sinn einer Absperrung oder Drosselung der Luftzufuhr angesteuert werden können.
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werden.
Falls das mit der allgemeinen Schleuderschutzbremsung kombinierte Verfahren Anwendung findet, ist die Einrichtung nach der Erfindung zweckmässig so beschaffen, dass in den Luftleitungen zu den Bremszylindern der einzelnen Treibachsen fernbetätigbare Reduzierventile zur Aufrechterhaltung einer einstellbaren Druckdifferenz zwischen Bremszylinder und Luftzuleitung, und Handschalter in den Führerständen zur pneumatischen od. ähnl. Fernbetätigung der Reduzierventile in an sich bekannter Weise vorgesehen sind. Mittels dieser Handschalter sind während der Anfahrperiode die Reduzierventile in den Luftleitungen zu den Bremszylindern der bei der betreffenden Fahrtrichtung nicht entlasteten Treibachsen ansteuerbar.
Bei Bedienung des Lokomotiv-Bremsschiebers oder des Schleuderschutzhebels bzw. Knopfes od. dgl. nach Umlegen des vorerwähnten Handschalters, werden alle Treibachsen leicht angebremst, wobei der Grad dieser Bremsung der entlasteten Treibachsen durch bei Schleuderschutzbremsen bekannte Vorkehrungen begrenzt sein kann. Ausserdem tritt aber noch die Wirkung ein, dass beim Anfahren die Bremszylinder der nichtentlasteten Achsen mit einem verringerten bzw. reduzierten Bremsdruck beaufschlagt werden. Vorteilhaft werden die Reduzierventile auf eine bestimmte Druckdifferenz einstellbar ausgebildet, sodass die Bremszylinder der entlasteten Achsen mit einem um diese Druckdifferenz höheren Bremsdruck beauf- schlagt werden als die Bremszylinder der nicht entlasteten Achsen.
Die Druckdifferenz des Reduzierventiles wird für jede Achse so eingestellt, dass die am Radumfang wirksame Zugkraft jeder Treibachse beim Anfahren annähernd der Belastung dieser Achse, zweckmässig gerechnet für eine Reibungszahl von einem Drittel, verhältnisgleich ist.
Um die Bedienung der Anfahreinrichtung vom Führerstand aus zu vereinfachen und zu erleichtern, wird mit Vorteil auf jedem Führerstand ein kombinierter Bedienungshebel vorgesehen, derart, dass erfindungsgemäss die in den Führerständen befindlichen Handschalter ausser der Ruhestellung A zwei Hauptbetriebsstellungen B und C haben, wobei in der Stellung B die Absperr- oder Umschaltorgane bzw.
Reduzierventile der bei der betreffenden Fahrtrichtung nicht entlasteten Treibachsen gesteuert werden und zwischen den Bctriebsstellungen B und C ein mit dem Handschalter gekuppelter Luftschieber od. dgl. an sich bekannter Bauart durch verstellbare Freigabe der Übertrittsquerschnitte aus der Druckluftzuleitung in die Druckluftleitung zu den Bremszylindern einen von den Stellungen B bis C regelbar ansteigenden Bremsluftdruck in der Bremszylinderleitung bewirkt.
Um zu vermeiden, dass die Bremse nach dem Anfahrvorgang irrtümlich eingeschaltet bleibt, kann dieser kombinierte Bedienungshebel nach dem Anfahren selbsttätig (z. B. in Abhängigkeit von der seit dem Anfahren vergangenen Zeit, der zurückgelegten Wegstrecke oder der erreichten Geschwindigkeit) auf die
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Stellung "Aus" zurückgestellt oder aber der Führer durch ein optisches oder akustisches Signal aufgefordert werden, den Bedienungshebel auf "Aus" zu stellen.
In einfacher Weise kann die Schaltung auch so erfolgen, dass dem eingeschalteten Bedienungshebel der Anfahrbremse ein optisches oder akustisches Signal entspricht, das erlischt bzw. aufhört, wenn der Bedienungshebel nach dem Anfahren wieder auf "Aus" zurückgestellt wird.
In den Fig. 1-5 der Zeichnung sind die theoretischen Grundlagen sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt u. zw. in Fig. 1 die bei einem Drehgestellfahrzeug auftretenden Kräfte, Momente und Achsentlastungen ; in Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Anfahreinrichtung gemäss der Erfindung ; in Fig. 3 ein Schaltschema für eine Anfahreinrichtung gemäss der Erfindung, kombiniert mit einer Schleuderschutzbremse ; in Fig. 4 und 5 ein Differenzdruckventil für eine erfindungsgemässe Anfahreinrichtung u. zw. in Fig. 4 in ausgeschaltetem, in Fig. 5 in eingeschaltetem Zustand.
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;Die an der Zugvorrichtung angreifende Anfahrzugkraft Z übt auf den Wagenkasten das Moment Z.
(H-h) und auf jedes Treibgestell das Moment Z. aus, dadurch werden resultierend die Achsen 1 und 3 entlastet, die Achsen 2 und 4 zusätzlich belastet.
Die Änderungen der Achslasten ergeben sich für die einzelnen Achsen 1-4 wie folgt :
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<tb>
<tb> 1. <SEP> Achse............................... <SEP> Entlastung <SEP> Ei <SEP> = <SEP> Z.-+--) <SEP>
<tb> 2a <SEP> 2d <SEP> j <SEP>
<tb> 2. <SEP> Achse <SEP> Belastung <SEP> B, <SEP> =Z. <SEP> (h <SEP> ¯ <SEP> H-h <SEP>
<tb> 2a <SEP> 2d
<tb> 3. <SEP> Achse <SEP> Entlastung <SEP> E3 <SEP> = <SEP> Z. <SEP> 2a <SEP> - <SEP> - <SEP> 2d <SEP>
<tb> (2a <SEP> 2d <SEP>
<tb> 4. <SEP> Achse <SEP> Belastung <SEP> B4 <SEP> = <SEP> Z. <SEP> f-+ <SEP> -L
<tb> \) <SEP> a <SEP> 2d) <SEP>
<tb>
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Schläuche zu den Bremszylindern, 10 und 10'die T-Stücke und 31-34 die Leitungsstücke zwischen diesen T-Stücken und den einzelnen Bremszylindern 11-14.
Auf den Führerständen I bzw. 11 sind die Steuerorgane 15 bzw. 15'angeordnet, die beim vorliegenden
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freigeben. In die Leitungen 31-34 zu den Bremszylindern 77-74 sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel Differenzdruckventile 41-44 eingeschaltet, die im normalen Betriebszustand geöffnet sind, beim Anfahren jedoch mittels des Steuerorganes 15 bzw. 15'durch Fernbetätigung auf einen bestimmten einstellbaren Differenzdruck vor und hinter dem Ventil geschaltet werden können (ein Ausführungsbeispiel für ein solches Differenzdruckventil ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt).
Dem Steuerorgan 15 bzw. 15'wird durch die Leitungen 17 bzw. 17'Druckluft zugeführt. Das Steuer- organ 15 bzw. 15'ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel als Drehschieber ausgebildet. Die Stellung A
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stellten Differenzdruckwert geringeren Bremsdruck als die übrigen Zylinder. Wenn nun das Steuerorgan 15 bzw. 15'in die Anfahrbremsstellung C gebracht wird, so strömt regelbar Druckluft durch die Bremsleitungen 19 bzw. 19'zu den Bremszylindern 11-14, wobei, wie bereits ausgeführt, die Bremszylinder der entlasteten Achsen 11 und 13 (Fahrtrichtung I) bzw. 12 und 14 (Fahrtrichtung II) mit einem einstellbaren höheren Bremsdruck beaufschlagt werden als die übrigen.
Vorteilhaft wird der Bremsdruck durch ein Manometer 18 bzw. 18'angezeigt, wobei dieser angezeigte Bremsdruck gemäss der Schaltung den entlasteten Achsen entspricht.
Nach dem Anfahrvorgang wird das Steuerorgan 15 bzw. 15'wieder in die Ausgangsstellung A zurückgestellt, dadurch werden die Differenzdruckventile 41-44 geöffnet und wird die Bremsung gelöst. Um die sichere Rückstellung des Steuerorganes 15 in die Stellung A nach dem Anfahren zu gewährleisten, kann mit Vorteil eine automatische Rückstellung vorgesehen oder aber durch ein optisches oder akustisches Signal angezeigt werden, dass sich das Steuerorgan 15 noch nicht in Stellung A befindet.
In den Fig. 4 und 5 ist ein fernbetätigtes Differenzdruckventil, geeignet für die Schaltung nach Fig. 3, dargestellt, u. zw. in Fig. 4 in ausgeschaltetem Zustand (Betriebsstellung) und in Fig. 5 in wirksamer Stellung
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her und 53 den Leitungsanschluss zum Bremszylinder. Der Ventilkörper 54 ist in der Ruhestellung durch die Kolbenstange 55 mit dem Kolben 56 und Kolbenringen 57 vermittels der Feder 58 angehoben und offen gehalten. Das Ventilgehäuse 51 ist oben mit dem Deckel 59 mit dem Druckluftanschluss M
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die Impulsleitung 16 (Fig. 3) durch den Druckluftanschluss M dem Raume oberhalb des Kolbens 56 Druck- luft zugeführt, dadurch wird der Kolben 56 gegen die Kraft der Feder 58 bis zum Anschlag 62 im Ge- häuse 51 nach unten gedrückt.
Hiebei geht auch der Ventilkörper 54 bis auf den Ventilgehäusesitz 64 her- unter und wird mittels der Feder 63 auf den Gehäusesitz 64 gedrückt (s. Fig. 5). Die Spannung der Feder 63 wird gemäss der Erfindung so bemessen bzw. eingestellt, dass sich zwischen dem Eintritt 52 und dem Aus- tritt 53 die gewünschte Druckdifferenz einstellt, so dass die entlasteten Achsen der Entlastung entsprechend höhereren Bremsdruck erhalten als die nicht entlasteten Achsen.
Nach dem Anfahren wird mittels der Steuerorgane 15 die Druckluft oberhalb desKolbens abgeleitet und das Ventil geht wieder in die in Fig. 4 gezeichnete Betriebslage zurück.
Es sind naturgemäss noch viele andere als die vorstehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungen und Schaltungen von Anfahreinrichtungen gemäss der Erfindung möglich ; so können z. B. die Absperr-oder Differenzdruckventile 4 -44 elektrisch oder elektropneumatisch betätigt bzw. gesteuert werden oder aber es kann z. B. an den Achsen eine besondere Bremse, z. B. eine Scheibenbremse, für die erfindungsgemässe Anfahreinrichtung vorgesehen werden. Insbesondere aber kann die Ausbildung, Schaltung und Steuerung der Bremsung für die entlasteten Achsen oder die Kombination mit der Schleuderschutzbremse auch in anderer Weise als vorstehend beschrieben ausgeführt werden.
Zur Vereinfachung der Schaltung kann beispielsweise auch darauf verzichtet werden, alle Achsen zu bremsen, bei denen eine Entlastung eintritt ; der erfindungsgemässe Effekt wird zum grösseren Teil auch schon dann erzielt, wenn nur die in der Fahrtrichtung erste Achse gebremst wird, die ja auf jeden Fall die grösste Entlastung aufweist.
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