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Verfahren und Vorrizhfung zur Bremsung von schienengebundenen Fahrzeugen
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Die Erfindung stellt sich zunächst die Aufgabe, ein Bremsverfahren und Einrichtungen
zu schaffen, die es gestatten, die Reibung zwischen Rad und Schiene während der
ga ' nzen Dauer des Breinsvorganges auf dem größtmöglichen Wert zu halten,
um dadurch den kürzestmöglichen Bremsweg zu erreichen.
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Wird bei schienengebundenen, Fahrzeugen die Abbremsung der Räder allmählich
gesteigert, so kommt man an den Punkt, wo die Rädergerade beginnen, auf der Schiene
zu sch#lüpfen. Erhöht man die Abbremsung der Räder weiter, so steigt auch der Schli#pf
zwischen Rad und Schiene weiter und zunächst auch die Bremsreibung zwischen beiden.
Bei weiterer Vergrößerung des Schlupfes jedoch fällt dann die Bre insreibung, zwischen
Rad und Schiene wieder ab.
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Die größte Breinsreibung zwischen Rad und Schiene ist bei verhältnismäßig
kleinen Schlupfen vorhanden, während sie bei großen Schlupfwerten so gering wird,
daß sich sehr lange Bremswege ergeben.
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Bremsungen im Bereich des Schlupfes zwischen Rad und Schiene sind
an sich bekannt. So betätigen z. B. die Fahrer elektrischer Straßenbahnwagen die
Fahrkurbel bei gut gelungenen Notbremsungen derart, daß sie in den Bereich der günstigen
Schlupfwerte und damit hoher Bremsmomente hineinkommen. Sie können aber stets nur
gefühlsmäßig beurteilen, ob sie die größtmögliche Bremskraft erreichen. Diese hängt
entscheidend vom Wagengewicht und dem jeweiligen Schienenzustand ab, die
je nach der Fahrgastzahl und den Witterungsverhältnissen starken Änderungen
unterliegen. Es fehlt dem Fahrer daher schon aus diesem Grunde jeder sichere Maßstab
dafür, wie er die Bremse in kritischen Augenblicken zu betätigen hat. Infolgedessen
kommt es immer wieder zu überbremsungen und dadurch bedingten Unfällen.
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Die Überwindung dieser Schwierigkeit erfolgt bei einem Verfahr-en
zur Bremsung von schienenge#undenen Fahrzeugen, bei dem sichder Bremsvorgang im
Bereich des Schlupfes zwischen Rad und Schiene vollzieht, nach der Erfindung dadurch,
daß der Schlupf nach Einleitung des Bremsvorganges durch den Bedienungsmann ohne
dessen Zutun, d. h. automatisch geregelt wird. Dies geschieht mit Hilfe einer
automatisch arbeitenden Einrichtung, 7. B. eines Reglers (Scblupfbrei-iisreglers),
der auf den günstigsten Wertbereich des Schlupfes zwischen Rad und Schiene anspricht
und der innerhalb dieses Bereiches die Bremsung der Wagenräder so regelt, daß der
günstigste Wertbereichdes Schlupfes zwischen Rad und Schiene während des Bremsvorganges
erhalten bleibt. Als Schlupfbremsregler können z. B. mechanische, elektrische, pneumatische
oder hydraulische Regler oder geeignete Kombinationen dieser Regler verwendet werden.
Die Verwendung von gegeleinridlitungen, die auf einen Schlupf zwischen Rad und Schiene
ansprechen, sind an, sich bekannt. Sie greifen aber beim Auftreten eines Schlupfes
sofort.ein -a-nd- sorgen dafür, daß der Schlupf beseitigt wird. Die Regeleinrichtung
gemäß der Erfindung greift jedoch erst ein, wenn der Schlupf einen bestimmten Wert
erreicht hat, und sorgt dann dafür, daß dieser Schlupf bestehenbleibt.
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Die Werte des Schlupfes zwischen Rad und Schiene können erfindungsgemäß
auf verschiedene Weise ermittelt und dem Schlupfbremsregler zugeführt werden. Man
kann z.-B. ein Differentialgetriebe mit zwei Meßrädern anordnen, von denen das eine
auf der Fahrschiene und das andere auf de in- Radumfang ohne Schlupf abläuft. Beide
Meßräder arbeiten auf die Welle des Differentialgetriebes und dieses auf d#m Schlup-fbremsregler.
Die Drehzahl der Welle des Differential-etriebes gibt ein Maß für den Schlupf zwischen
Rad und Schiene, sobald man ermittelt hat, welche Drehzahlen dem gerade beginnenden.
Schlupf und der völligen Blockiefung des Wagenrades , entsprechen.
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Statt auf ein Differentialgetriebe können die Meßräder auch auf zwei
kleine elektrische Generatoren aibeiten, die spannungsmäßig-gegeneinandergeschaltet
sind, so daß die resultierende Spannung A U ein Maß für den Wert des
Schlupfes gibt, sobald die resultierende Spannung für den Beginn des Radschlupfe
' s und die völlige Blockierung des Wagenrades bekannt ist.
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Die Meßräder können auch auf einen einzigen kleinen elektrischen Generator
arbeiten, indem sie das Gehäuse und den Anker in gleichem Drehsinn antreiben. Die
relative Geschwindigkeit zwischen Gehäuse und Anker und die dadurch erzeugte Spannung
ergeben dann ein Maß für den Wert des Schlupfes
zwischen Rad und
Schiene. Die Anordnungen für die Schlupfabnahme können selbstverständlich von vornherein
so eingestellt werden, daß die Wellendrehzahl oder die induzierten Spannungen den
Wert Null haben, wenn der Schlupf gerade noch nicht vorhan, den ist.
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Die Werte des Schlupfes zwischen Rad und Schiene können auch erfindungsgemäß
ermittelt werden" ohne daß die Fahrschiene als Meßelement benutzt wird. So ist z.
B. bei Straßenbahnantrieben die vordere Achse während des Brernsens stärker mit
dem Wagengewicht belastet als die hintere Achse. Die vordere Achse kann daher ein
größeres Bremsmoment aufnehmen, bevor der Schlupf einsetzt, als die hintere. Werden
die Achsen von zwei gleich stark-en Motoren angetrieben, die in Generatorschaltung
gleiche Bremsinomente entwickeln, so schlüpft die Hinterachse früher als die Vorderachse,
und die Hinterachse läuft langsamer als die Vorderachse. Solange die Vorderachse
noch nicht schlüpft, ist die Drehzahldifferenz An zwischen den Umdrehungszahlen
der beiden Achsen ein Maß für den Schlupf und die Reibung zwischen Hinterrad und
Schiene.
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Man kann dann den auftretenden Schlupf wieder durch die bereits beschriebenen
Anordnungen zur Schlupfentnahme. auf den Schlupfbremsregler wirken lassen, indem
die Vorder- und Hinterachse des Wagens auf die Meßräder dieser Anordnungen arbeiten.
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Endlich kann man erfindungsgemäß bei Bremsanordnungen, bei denen die
Fahrmotoren als Generatoren arbeiten und die Bremsung der Räder bewirken, die vorderen
und hinteren Fahrmotoren selbst als Meßgeneratoren benutzen und sie auf den Schlupfbremsregler
arbeiten lassen.
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Sobald dämlich die Hinterräder anfangen zu schlüpfen, wird in den
beiden Ankerwicklungen der vorderen und hinteren generatorisch arbeitenden Fahrmotoren
eine relativ zueinander verschieden große clektromotorische Kraft induziert. Diese
induzierten Spannungen. sind praktisch proportional der Drehzahl der Ra-dachsen,
weil beim Brernsvorgang die Erregung der FeIdwicklungen im Sättigungsgebiet liegt.
Die Spannung an den Klemmen eines Ausgleichswideretandes gibt dahex mit genügender
Genauigkeit die Differenz,4 U der in den beiden Ankerwicklungen induzierten
Spannungen an, die der Differenzdrehzahll Am der beiden Radachsen entspricht.
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. Der mit Hilfe,der vorbeschriebenen Einrichtungen ermittelte
Schlupf steuert mm den Schlupfbremsregler, und dieser regelt die Bremskraft
der auf die Räder wirkenden Bremsen und damit auchderen Schlupf.
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Als Radhremsen können die generatorisch arbeitenden Fahrrnatoren oder
übliche Bremsschuhe oder Zangenbremsen dienerL Die beiden letzteren werden ühr licherweise
durch Soleno.i.de oder Druckmittel betätigt. Im besonderen steuert also der Schlupfbretnsregler
entweder die- Leistung der generatorisch. arbeitenden Fahrmotoren oder die Zugkraft
der Solenoide oder den Druck der Druckmittelkolben, wemn der Bremsvorgang eingeleitet
wird-Das Bremsverfahren und die verschiedenen Bremsazordnungen zur Ausübung dieses
Verfahrens nach der Erfindung haben den Vorteil, daß bei unsachgemäßer Bedienung
der Fahrkurbel der- Bedienungsfehler automatisch so lange korrigiert wird, wie sich
die Bedienungskurbel in Stellungen befindet, die nicht dem #cptimalen S.chlupf zwischen
Rad und Schiene eutsp,rechen. Außerdem werden durch die Erfindung auto,matisch das
Blockieren der WagenrMer und die dadurch am Radumfang entstehenden Schleifstellen
vermieden, die einen unruhigen Lauf der Wagen verursachen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
der Zeichnungen, von denen Abb. 1 die Anordnung eines Schlupfmessers mit
Meßrädern, die auf ein Differentialgetriebe arbeiten, zeigt; Abb. 2 zeigt eine Bremsschaltung
für elektrische Straßenbahnen unter Benutzung der Fahrmotoren als Meßgeneratoren,
Abb. 3 eine Regelschaltung für die Radbremsen durch Steuerung des Stromes
im äußeren Brerasstromkreis der Fahrmotoren, Abb. 4 eine Regelschaltung für die
Radbremsen durch Steuerung des Stromes der Feldwicklungen der generatorisch arbeitenden
Fahrmotoren, - Abb. 5 eine Regelschaltung für eine Solenoidbremse,
Abb. 6 eine Regelscheltung -für eine pneutnatisch betätigte Bremse.
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In Abb. 1 ist 1 ein Differentialgetriebe, auf das die
beiden Meßräder 2, 2, arbeiten, von denen das eine. auf der Fahrschiene und das
andere auf dem Wagenrad 3
ohne Schlupf abrollt. Die Welle4 des Differentialgetriebes
zeigt die Differenzdrehza;I-d der beiden Meßräder 2, 2, an und steht mit
einem nicht gezeichneten Schlupfbrernsregler in Verbindung. Ist die Übertra#-gung
der beiden Megräder auf das Differentialgetriebe so eingestellt, daß kurz vor dem
beginnenden Schlüpf zwischen Rad und Schiene die resultierende Drehzahl der Welle
4 gleich Null ist, so, ist die Drehzahl des Differentialgetriebes (las Maß. für
den Schlupf zwischen dem Wagen#rad 3 und der Schiene.
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Abb. 2, zeigt eine normale Bremsschaltung für Straßenbahn,wagen,
und zwar sind 5, 6 die Ankerwicklungen der parallel gesähalteten Fahrmotoren
und 7, 8, die beiden zugehörigen, gewöhnlich in Kreuzschaltu-ng, arbeitenden.
Hauptstrom-Feldwicklungen. Die Ankerwicklungen und die Feldwicklungen stehen über
die Klemmen a, b des Ausg#leichswiderstandes 9 in Verbindung. 10 ist
die Fahrkurbel und 11 der Breniswiderstand., Fangen bei dieser Schaltung
die Hinterräder au zu schlüpfen, so. werden in den beiden Ankerwicklungen
5
und 6 verschieden große elektromotorische Kräfte induziert und dadurch
in den Ankerwicklungen und Feld#vicklungen verschieden große Ströme. Da die induzierten
Spannungen praktisch proportional der Drehzahl der Radachsen sind, stellt, wie weiter
oben ausgeführt, die Spannung, an den Klemmen a, b des Ausgleichswiderstandes
9 die Differenz der induzierten Spannungen A U inden Ankerwicklungen.
5 und 6 dar unddamit ein Maß für, den Schlupf zwischen Radund Schiene.
Die an den Klemmen a, b; abgenommene Spannung kann also. zur
Steuerung der Regelschaltung dienen wiesie in Abb. 3, beispielsweise
dargeetellt ist.
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In U. 3 bezeichnen. gleiche Bezugszahlen- gleiche
E onstruktionselemente. wie in, Ab.b. 2. An Stelle "d#S Ausgleichs.widerstandes
9, mit den Klemmen a "und b
in Abb. 2 sind in Abb. 3 die Spülen
12 und 21 vorgesehen. Die Spule 12 dient als Exregerspule für die Regelein#richtung
13. 21 ist die Spule eines Relais, durch das die Relaiskontakte
19 und- 20 betätigt -werden. Der Schlupfbrems.regler 13 steuert eine
Regulierkurbel 17, die ihrerseits, die. zugehörigen Regulierkontakte
1-8 des Regulierwiderstandes 11 im ä#Ußeren Brenisstromkreis einschaltet.
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Tritt ein Schlupf an der HinteratliLse auf steht eine Spannungsdifferenz
JU- an den klemmen a, b der Spule 12. Der Regler
13 spricht an und bewegt
den Kontakthebel 17 in Pfeilrichtung,
Anschließend daran, zieht das Relais 21 an und schließt den Relaiskontakt
19, während es den Relaisköntakt 20 öffnet. Damit wird die Regelschaltung
unabhängig von der Stellung der Antriebskurbel 10. Der Regler schaltet mittels
des Kontakthebels 17 den Regulierwiderstand 11 in der Weise, daß die
gewünschte Spannung AU an den Klemmen a., b und damit
der gewünschte Schlupf zwischen Rad und Schiene aufrechterhalten bleibt.
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Wird bei Beginn -des Bremsvorganges die Fahrkurbel 10 sofort
in die äußerste Bremsstellung gebracht, so werden bel der Regelschaltung nach der
Erfindung trotzdem die Wagenräder nicht blockiert, und der Bremsvorgang läuft mit
dem gewünsthten Schlupf in der beschriebenen Weise ab.
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In Abb. 4 bezeichnen gleiche Bezugszählen gleiche Konstruktionselemente
wie in Abb. 2 und 3. 25 und 26 sind zwei kleine Meßgeneratoren, die
z. B. von der vorderen bzw. hinteren Radachse angetrieben werden und deren Spannungen
gegeneinandergeschaltet: sind. Die Summenspannung der beiden Generatoren wird der
Regeleinrichtung 13 zugeführt, die mit einer Einrichtung zur Verstärkung
des Regelimpulses eingerichtet sein möge. 14 ist eine vom Schlupfbremsregler gesteuerte
Regulierkurbel und 15 der Regulierwiderstand für die Hauptstrom-Feldwicklungen
7 und 8.
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Wird die F.ahrkurbel 10 in die Lage gebracht, bei der die hintere
Achse anfängt zu schlüpfen, so entsteht an den beiden hintereinandergeschalteten
Meßgeneratoren 25, 26 eine Summenspannung A U. Der Schlupfbremsregler
13 regelt diese Spannung, indem er mittels des Regulierhebels 14 jeweils
einen entsprechenden Teil des Regulierwiderstandes 15 parallel züi den Feldwicklungen
7 und 8 der Fahrmotoren schaltet. Dadurch wird,die gewünschte Differenzspannung
A U aufrechterhalten und gleichfalls der gewünschte Schlupf zwischen
Rad und Schiene, der den kürzesten Bremsweg ergibt.
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Abb. 5 zeigt die Regelschaltung für Solenoidbremsen.
13 iGt wiederum der Schlu..pfbremsrE#gler, und 22 ist die Magnetspule des
Bremssalenoides, die in be-
liebiger Weise in den Bremsstromkreis eingeschaltet
sein möge. 23 ist ein Regulierwiderstand zur Änderung desStromesimBremssolenoid.
24istderentsprechende Regulierhebel, der von dem Schlupfbremsregler. gesteuert wird.
25 und 26 sind zwei kleine Meßgeneratoren, die z. B. von der vorderen
bzw. hinteren Radachse angetrieben wer..den und deren Spannungen gegeneinandergeschaltet
sind. Der Regler 13, der von der Spannung A U der gegeneinander-geschalteten
Meßgeneratoren gesteuert wird, regelt seinerseits bei auftretendem Schlupf an der
hinteren Radachse. durch den Kontakthebel 24 den Parallelwiderstand 23 zur
Spule 22. Dadurch wird die gewünschte Spannung A U und damit der gewünschte
Schlupf zwischen Hinterrädern und Fährschienen aufrechterhalten, der den kürzesten
Bremsweg ergibt.
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Abb. 6 zeigt die gleiche Regelschaltung für Druckluftbrernsen.
Hier betätigt der Regler 13 über den Hebel 24 den Gestängehebel
27 für die Steuerung des Druckluftkolbens.
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Die vorgenannten Einrichtungen können sowohl als Betriebsbremse als
auch als Notbremse Verwendung finden, wobei im letzteren Falle die Schaltung entsprechend
auszubilden ist und auch eine automatische Betätigung der Sandstreuvorrichtung und
der Schienenbrernse vorgesehen werden kann-Der Erfindungsgedanke, die Reibung zwischen
Rad -und Schiene während der ganzen Dauer des Bremsvorganges auf dem größtmöglichen
Wert zu halten, kann sinngemäß auch auf den Anfahrvorgang des Schienenfahrzeuges
angewandt werden, um dadurch einen möglichst kurzen Anfahrweg zu erreichen, Die
automatisch arbeitende Einrichtung, z. B.,der Schlupfregler spricht hierbei wiederum
auf den günstigsten Wertbereich des. Schlupfes: zwischen Ra:d- und Schiene an und
regelt innerhalb dieses Bereiches die Reibung der Wagenräder derart, - daß
der günstigste W ertb'ereich des Schlupfes zwischen Rad und Schiene während des
Anfahtvorganges, konstant bleibt. Die Rege-14ng- ist älso grundsätzlich die gleiche
wie beim BremsvQrgang, Die Schaltung kann so gehalten werden, daß man für jeden
Moto-rwagen mit einem einzigen Schlupfregler sowohl für die Bremsung als auch für
den Anfahrvorgang auskommt.