AT235414B

AT235414B - Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektrischer Triebfahrzeuge

Info

Publication number: AT235414B
Application number: AT750462A
Authority: AT
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1961-09-22
Filing date: 1962-09-21
Publication date: 1964-08-25

Description

EMI1.1

Ein grosser Teil des schienengebundenen Nahverkehrs wird heute mit Gleichstrombahnen bewältigt.

Dabei gibt es einerseits Bahnen mit eigenem Gleiskörper. wie Untergrund-und Stadtbahn, und anderseits
Strassenbahnen, die sich dem allgemeinen Strassenverkehr einordnen müssen. Obwohl bei beiden Arten die
Fahrmotoren über eine Anzahl Widerstandsstufen und meist mit einer Reihen-Parallel-Gruppierung angelassen und elektrisch wieder abgebremst werden, haben sich doch ganz verschiedene Lösungen dieser Aufgabe herausgebildet. Ein besonderes Problem stellt in diesem Rahmen die Betätigung der Fahrschalterwalze dar. Die klassische Ausrüstung von Triebwagen sah eine vom Triebwagenführer zu bedienende Handkurbel vor.

Auf Grund derinneuerer Zeit für den Triebwagenführer vorgesehenen Sitzgelegenheiten auf dem Führerstand und der damit veränderten Normalhaltung des Bedienenden wurde die kreisförmig auszuführende Bewegung als störend empfunden. Vorteilhafter wurde eine geradlinige, z. B. in Fahrtrichtung gerichtete Bewegung bezeichnet. Neuere Triebwagen wurden demzufolge mit einem geradlinig geführten Steuerschalter und einer dabei direkten Verstellung der Fahrschalterwalze ausgeführt. Diese Lösung war jedoch mit einem grossen Nachteil verbunden.

Während der Kurbelantrieb fast einen Schaltweg von 3600 bestrich, ergab sich bei der neueren Bauweise nur ein weit geringerer, von Hand verstellbarer Winkelbereich, in dem die annähernd gleich gebliebene Anzahl der Kontakte anzuwählen war, wenn nicht der mühelos ohne Körperbewegungen, lediglich durch Armstellungen zu beherrschende Bewegungsbereich überschritten werden sollte.

In dieser Situation wirkt sich besonders nachteilig der notwendigerweise bereitzustellende Sicherheitsraum zwischen Fahr-und Bremsstufen aus, der im Sinne einer Minderung der durch Lichtbögen bedingten Schäden wirkt. Eine derartige Gefahr ist besonders dann gegeben, wenn der Triebwagenführer den Steuerschalter möglicherweise infolge Schreckeinwirkung aus dem Fahr- in den Bremsbereich über viele Stufen durchreisst.

Die Erfindung weicht von dem Grundsatz ab, den Fahrschalter direkt zu betätigen. Sie bedient sich dazu eines Regelkreises. Da dem Triebwagenführer lediglich eine Sollwertvorgabe möglich ist, die Fahr-
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berücksichtigenden FortschaltgeschwindigkeitenFahr- und Bremsstufen vorzusehende Sicherheitsbereich ebenfalls verkleinern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektrischer Triebfahrzeuge.

Erfindungsgemäss wird eine nach einem Soll-Istvergleich an dem Ausgang eines Vergleichsgliedes auftretende Regelabweichung über einen elektrohydraulischen Umwandler in der Regelabweichung proportionale Fortschaltgeschwindigkeit der Fahrschalterwalze umgewandelt.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand einer Zeichnung beschrieben. Die in der Regelstrecke 1 liegenden, vom Strom I durchflossenen Fahrmotoren sind mit 2 bezeichnet ; 3 stellt einen Istwertgeber des Stromes I dar. Der Istwert und der Sollwert dieses Stromes, letzterer abhängig von

der Stellung des Steuerschalters 4 im Führerhaus des Triebwagens, werden zu einem Vergleichsglied 5 geführt. Dieses Vergleichsglied kann z. B. ein an sich bekannter Magnetverstärker, ein elektronisch arbeitendes Rechengerät od. dgl. sein. Die Differenz zwischen Soll- und Istwert wird elektrisch als Regelabweichung dem Eingang eines elektrohydraulischen Wandlers 6 zugeführt. Dieser Wandler 6 kann z.

B. ein
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artiger Weise wirkende, elektrische Eingangs- in hydromechanische Ausgangsgrössen umformende, Ele- mente.

Insbesondere können durch besondere Charakteristik ihrer Kennlinie dem Regelkreis angepasste Tauch- spulenregler verwendet werden. Der Wandler 6 verstellt mit einer der Regelabweichung proportionalen
Geschwindigkeit ein den Fahrmotorstrom I beeinflussendes Stellglied 7, welches aus mehreren Einheiten aufgebaut ist. Es kann z. B. eine Widerstandsstufen und Motorgruppierungen schaltende Fahrschalterwalze
7a und Widerstandseinheiten 7b enthalten. Die Betätigung des Stellgliedes 7 durch den Wandler 6 erfolgt auf direktem Wege oder durch Zwischenschaltung mechanischer Übertragungsglieder, wie z. B. Zahnräder,
Ketten, Bänder usw. Der Regelkreis ist weitgehend mit elektronisch arbeitenden Elementen ausgeführt.

Das erfinderische Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes befreit vorteilhafter Weise den Trieb- wagenführer von den. ; direkten Stellen der Fahrschalterwalze 7a. Es wird von ihm lediglich eine Soll- grösseneinstellung vorgenommen, die auf Grund des beschriebenen und weiterer möglicher Regelkreise auf ihre Sinnfälligkeit überprüft werden kann. Der Sollwert würde dann in einer dem Betriebsverhalten der Bauelemente des Triebfahrzeuges optimal angepassten Weise verwirklicht werden. Die Betriebssicher- heit der Anlage ist somit wesentlich erhöht.

Darüber hinaus wird der Triebwagenführer der physischen Belastung der Betätigung der Fahrschalter- walze 7a enthoben.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass bei einem-Zugverband die in jedem Triebfahrzeug vorhandenen, mit elektrisch leicht weiterleitbaren Eingangsimpulsen gespeisten
Wandler 6 eine technisch mitgeringem Aufwand auszuführende Zugsteuerung ermöglichen. Der durch die
Elemente 1.. - 7. gebildete Regelkreis bildet in fortschrittlicher Weise die Möglichkeit, die Erfüllung der vom Triebwagenführer vorgegebenen Sollgrössen durch Überlagerung weiterer Regelkreise zu dem erläuterten Hauptregelkreis von Kontrollgrössen und von zusätzlichen Betriebseinrichtungen abhängig zu machen.

So lässt sich z. B. in nicht näher dargestellter Weise dieser Hauptregelkreis mit dem Regelkreis eines vorgeschlagenen Überbremsschutzes veraschen.

In die Zeichnung eingetragen sind hingegen zwei weitere, mit dem Hauptregelkreis verrnaschte Regelkreise. Ein Regelkreis, gebildet durch die Elemente 21 - 24, ist für eine geschwindigkeitsabhängige Wahl der Bremsstufe zur Erzielung eines schnellen Bremseinsatzes bei einer in der vorliegenden Anordnung benutzten Kurzschlussbremse des elektrischen Triebfahrzeuges vorgesehen. Der zweite, vorerst zu betrachtende Regelkreis erlaubt es, zusätzlich zu gegebenen Fahr- und Bremsbefehlen des Steuerschalters 4 durch die Stellung eines besonderen Schalthebels eine bestimmte Stellung der Fahrschalterwalze anzuwählen und einzustellen.

Als derartig bevorzugte Stufen wären z. B. für den Fahrbetrieb, ohne jedoch darauf beschränkt zu bleiben, die erste und die letzte Schaltstufe bei Reihenschaltung der Fahrmotoren denkbar. Eine Begründung dafür leitet sich aus den Bedingungen für den Rangierverkehr und im andern Fall für eine besonders wirtschaftliche Fahrweise ab. Geeignet ist dieser Regelkreis darüber hinaus auch für die exakte Einstellung der Nullstufe.

Dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Gerät 11 werden eine Sollgrösse durch die Stellung eines Schalthebels 12 im Führerstand des Triebfahrzeuges sowie eine Istgrösse aus einem Stellungsmelder 13 zugeführt und zum Vergleich gebracht. Stimmen beide überein, erteilt das Gerät 11 dem Umschalter 14einen Schaltbefehl, auf Grund dessen die Verbindung zwischen dem Vergleichsglied 5 und dem Wandler 6 unterbrochen wird.

In der Folge'wird die Fahrschalterwalze in der augenblicklichen, durch den Stellungsmelder 13 gemeldeten Stellung festgehalten. Der Stellungsmelder 13 steht in z. B. mechanischer oder elektrischer Verbindung mit der Fahrschalterwalze und gibt über deren Stellung mit an sich bekannten Mitteln stetig eine Meldung an das Gerät 11. Durch eine Nullstellung des Schalthebels 12 wird der letztlich erläuterte Regelkreis ausser Betrieb gesetzt. Gleichzeitig wird damit die Verbindung zwischen dem Vergleichsglied 5 und dem Wandler 6 wieder hergestellt.

Der zweite in die Zeichnung eingetragene, mit dem Hauptregelkreis der Elemente 1-7 vermaschte Regelkreis dient der Anwahl von Bremsstellungen der Fahrschalterwalze bei der Kurzschlussbremsung des elektrischen Triebfahrzeuges. Dem Wandler 6 wird aus der Schwellstufe 21 bei bestimmten, noch näher

zu erläuternden Betriebsbedingungen ein Signal über eine Weiche 22 zugeführt. Diese Weiche 22 sorgt dafür, dass für eine Zeit, da ein Signal der Schwellstufe 21 vorliegt, dieses im Verhältnis zu einem Signal aus dem Vergleichsglied 5 auf den Wandler 6 dominierende Wirkung hat.

Die Schwellstufe 21 erteilt dem Wandler 6 sofort dann einen Befehl, der bei der Fahrschalterwalze eine Weiterschaltung in Richtung höherer Bremsstufe bewirkt, wenn von dem Steuerschalter 4 ein Bremsbefehl vorgegeben ist. Bei konstanter Ansprechspannung der Schwellstufe 21 werden abhängig von der Motordrehzahl und damit von der Triebwagengeschwindigkeit die Stufen der Fahrschalterwalze 7a und damit die Widerstände 7b im Stellglied mit der Schnellregelung angewählt, die gerade einen mit Betriebsinstrumenten noch erfassbaren Bremsstrom den Fahrmotoren vorgeben. Ist diese Stellung erreicht, wird der weitere Bremsverlauf durch den Hauptregelkreis beeinflusst. Die Schwellstufe 21 wird dann ausser Betrieb gesetzt, wenn die Summe zweier sie speisender Spannungen einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Der
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23 geliefert, deren Ausgangsgrösse proportional der Drehzahl des Motors ist. Die Anordnung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer Tachometermaschine beschränkt. Der zweite Spannungsanteil, erzeugt von dem Geber 24, wächst mit der Ordnungszahl der durch die Fahrschalterwalze eingestellten Bremsstufe. Er lässt sich z. B. leicht über ein mit der Fahrschalterwalze 7a gekuppeltes Potentiometer darstellen.

Der beschriebene, von den Elementen 21 - 24 gebildete Regelkreis bewirkt, dass mit der Vorgabe einer Sollgrösse im Bremsbereich des Steuerschalters 4 aus einem beliebigen Fahrzustand des Triebfahrzeuges heraus der Wandler 6 sofort die Fahrschalterwalze 7a des Stellgliedes 7 schnellstmöglich auf Bremsstufen umschaltet. Der Regelkreis hat also die Aufgabe einer Schnellregelung. In einem Masse, in dem die Fahrschalterwalze 7a den Befehlen des Wandlers 6 folgt, erhöht sich der vom Geber 24 erzeugte Spannunganteil, bis schliesslich zusammen mit der Tachometerspannung die Ansprechspannung der Schwellstufe 21 überschritten und diese ausser Betrieb gesetzt ist.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektrischer Triebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelabweichung, die nach einem Soll-Istwertvergleich an dem Ausgang eines Vergleichsgliedes auftritt, einem elektrohydraulischen Wandler zugeführt und dort in der Regelabweichung proportionale Fortschaltgeschwindigkeiten der Fahrschalterwalze umgewendet wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgrösse des Regelkreises durch die Stellung eines Steuerschalters bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass als Istgrösse der Fahrmotorstrom (I) dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrschalterwalze direkt von dem mechanischen Ausgang des elektrohydraulischen Wandlers angetrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgrössenstellungen des Steuerschalters bestimmten Werten des Fahrmotorstromes entsprechen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere aus einer Regelstrek- ke, aus Fahrmotoren, aus einem Istwertgeber, aus einem Steuerschalter, einem Vergleichsglied, einem elektrohydraulischen Wandler und einem Stellglied gebildeter Hauptregelkreis mit dem Regelkreis eines Überbremsschutzes verascht wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen l bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den im Anspruch 6 gelannten Elementen aufgebaute Hauptregelkreis mit einem insbesondere aus einem Schalthebel, einem Stellungsmelder und einem Umschalter bestehenden Regelkreis für Wahlstellungen der Fahrschalterwalze verascht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgrösse des Regelkreises für Wahlstellungen der Fahrschalterwalze durch einen Schalthebel (12) vorgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Istgrösse des Regelkreises für Wahlstellungen der Fahrschalterwalze durch einen mit der Fahrschalterwalze in Verbindung stehenden Stelungsmelder gemeldet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung der dem Ver- EMI3.2 <Desc/Clms Page number 4>

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullstellung des Schalthebels (12) gleichzeitig die Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Vergleichsglied (5) und dem Wandler (6) durch den Umschalter (14) aufhebt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Hauptregelkreis ein weiterer, eine geschwindigkeitsabhängige Anwahl von Bremsstufen beeinflussender. Regelkreis verascht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremsbefehl des Steuerschalters (4) die Schwellstufe (21) nur dann ein Signal an den Wandler (6) gibt, wenn die Eingangsspannung der Schwellstufe unter einem Ansprechwert liegt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung der Schwellstufe (21) aus der Summe zweier Spannungen gebildet wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Teilspan- EMI4.1 von dem Geber (24) geliefert wird und mit steigender. ordnungszahl der eingestellten Bremsstufe wächst.

17 Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung des Vergleichsgliedes (5) und des Wandlers (6) eine Weiche (22) vorgesehen ist.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass infolge der Weiche(22) beim Vorliegen eines Signals der Schwellstufe (21) der Wandler (6) diesem unabhängig von dem Befehl des Vergleichsgliedes (5) erfolgt.