DE1114217B - Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von Triebfahrzeugen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von Triebfahrzeugen Es sind Verfahren zum Ansteuern verschiedener Geschwindigkeiten bei Triebfahrzeugen bekannt, bei denen eine durch ein Steuergerät einstellbare physikalische Meßgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, mit einer gleichartigen, von der Geschwindigkeit des Triebfahrzeuges abhängige Meßgröße in der Weise verglichen wird, daß die Energiezufuhr zu den Fahrzeugmotoren je nach dem Überwiegen der einen oder der anderen Meßgröße vermehrt oder vermindert wird.
• Bei dem bekannten Verfahren wurde bisher der Hauptwert darauf gelegt, daß der jeweils angestrebte Beharrungszustand in kürzester Zeit erreicht wird. Bei der Geschwindigkeitssteuerung von Tricbfahrzeugen, insbesondere von elektrischen Schienenfahrzeugen, ist aber eine derartig kurzzeitig wirkende Regelung im allgemeinen entweder nicht durchführbar oder wegen der großen Verzögerung bzw. Beschleunigungskräfte von Nachteil. Es ist auch bereits bekannt, die Fahrzeugmotoren in Abhängigkeit der Beschleunigung oder der Verzögerung so anzulassen bzw. zu steuern, daß keine Überlastung der Fahrzeugmotoren stattfinden kann. Es ist auch bekannt, z. B. bei ' Höchstbeschleunigungstriebwagen die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte mit Hilfe einer Beschleunigungs- und einer Verzögerungsschablone selbsttätig so zu ändern, daß unangenehme Einwirkungen auf den Fahrgast durch plötzlich einsetzende Beschleunigung oder Verzögerung vermieden werden.
• Aber auch bei einem Triebfahrzeug, bei dem mittels einer Schablone ein Beschleunigungsprogramm vorgesehen ist, ergibt sich nicht automatisch eine konstante Fahrzeit für eine bestimmte Strecke bei verschiedenen Zuggewichten mit jeweils dem gleichen Triebfahrzeug, da die Beschleunigung nur nach oben begrenzt ist. In der Zeit, in der durch die Beschleunigungssteuerung das Schaltwerk nicht mehr verstellt wird, wenn dieses also unverändert auf einer bestimmten Stufe stehenbleibt, tritt je nach dem angehängten Zuggewicht durch die Hauptstromcharakteristik des Fahrzeugantriebsmotors noch eine Vergrößerung der Fahrgeschwindigkeit ein, die bei einer Alleinfahrt des Triebfahrzeuges am größten ist. Durch die Erfindung werden solche von den beschriebenen Steuerungen nicht erfaßbaren Geschwindigkeitsänderungen vermieden. Es wird damit erreicht, daß sich für eine bestimmte Strecke für Triebfahrzeuge mit verschieden großer Anhängelast stets die gleiche Fahrzeit ergibt.
• Die Erfindung besteht in einer Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von Triebfahrzeugen durch Vergleich einer durch ein Steuergerät einstellbare physikalische Meßgröße (Sollwert) mit einer gleichartigen, von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängigen Meßgröße (Istwert) in der Weise, daß die Energiezufuhr zu den Fahrmotoren je nach dem Überwiegen der einen oder der anderen Meßgröße vermehrt oder vermindert wird, wobei für die Einstellung des Sollwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit ein in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung arbeitendes Antriebswerk vorgesehen ist, durch welches die durch das Steuergerät einzustellende Geschwindigkeitsstufe in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung des Fahrzeuges angesteuert wird, wobei die entsprechend der Sollbeschleunigung des Fahrzeuges vorgenommene Regelung der Geschwindigkeit des Antriebswerkes für die Einstellung des Sollwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Zeit oder vom zurückgelegten Weg abhängig ist.
• Werden auf einem Triebfahrzeug zum Vergleich eine einstellbare elektrische Gleichspannung und die Spannung eines mit der Fahrzeugachse gekuppelten Dynamos miteinander verglichen, so wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise weiterentwickelt, daß die einstellbare Spannung beispielsweise durch Beeinflussung der Geschwindigkeit eines Einstellmotors nach einem gewählten Programm, in Abhängigkeit von Zeit oder dem zurückgelegten Weg, bis zu einem gegebenen Festwert anwächst. Wird hierbei zur Erzeugung der einstellbaren elektrischen Spannung ein Potentiometer benutzt, dann kann zur Erreichung dieses Zieles der Abgriffkontakt des Potentiometers von dem Einstellmotor mit regelbarer oder konstanter Drehzahl verschoben werden. Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Anordnung werden nachstehend an Hand eines Schaltplanes (Fig.l) und einer schematischen Skizze (Fig. 2) näher erläutert.
• 1 sei der Anker eines von einer Fahrachse angetriebenen Geberdynamos, in diesem Fall zweckmäßig eines Gleichstromdynamos, 2 das zugehörige Erregerfeld, welches stromgespeist oder auch ein Permanentmagnet sein kann. In letzterem Fall müßte allerdings ein Umschalter für Fahrtrichtungsumkehr an einer anderen Stelle, z. B. im Ankerkreis, vorgesehen sein. Die an den Bürsten des Ankers 1 erzeugte Spannung ist abhängig von der Dynamo- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit, im allgemeinen proportional dazu.
• Diese Spannung wird verglichen im Relais 3 mit der Abgriffspannung des Potentiometerwiderstandes 4. Der Abgriff erfolgt im gezeichneten Beispiel mittels einer Bürste 5, welche auf einer mittels Spindel 6 verschiebbaren Mutter 7 angebracht ist. Spindel und Mutter werden über Getriebe 8 von einem Verstellmotor 9 angetrieben.
• An und für sich könnte dieser Verstellmotor direkt durch den vom Führer bedienten Geschwindigkeitshebe110 eingeschaltet und durch irgendeine direkt wirkende elektromechanische Nachlaufsteuerung wieder abgeschaltet werden, sobald die Stellung der Abgriffbürste 5 der Stellung des Geschwindigkeitshebels 10 entspricht. Solche Anordnungen sind bereits in verschiedenen Formen bekannt; ein erläuterndes Beispiel zeigt Fig.2. In dieser wird durch den Geschwindigkeitshebe110 über ein Differentialgetriebe 14 die Schalttromme112 in der einen oder anderen Richtung aus der Nullstellung verstellt. Dadurch wird dem Anker des Motors 9 im einen oder anderen Sinn Spannung zugeführt, und er beginnt sich zu drehen. Durch die mechanische Rückführung 13 wird über das Getriebe 13 a das die Ausgleichsräder tragende Mittelteil des Differentials so lange gedreht, bis die Trommel 12 wieder in die Nullstellung gebracht ist und der Motor 9 nach entsprechendem Nachlauf abgeschaltet wird. Statt des Differentialgetriebes könnte auch ein Planetengetriebe sinngemäß Anwendung finden. Natürlich kann auch hier durch Zwischenschalten entsprechender Schütze die Schaltleistung des Geräts erhöht werden bzw. können eine Menge anderer Ausführungsarten einer solchen mechanischen Nachlaufsteuerung gewählt werden.
• In Fig. 1 ist der Nachlauf mittels einer Potentiometersteuerung erreicht, und zwar wird im gezeigten Beispiel die Spannung des Abgriffs 5, welche ja bereits mit jener des Geberdynamos verglichen wird, zugleich über ein polarisiertes Nullstromrelais 21 mit der Abgriffspannung des Potentiometers 24 verglichen, dessen Einstellung durch Hebel 10 erfolgt. Bei Kontaktgabe des Relais 21 in der »Auf«- oder »Ab«-Richtung wird jeweils eines der Schütze 22 oder 23 erregt, und der Motor 9 bekommt Strom und dreht sich in der einen oder anderen Richtung so lange, bis die Stellung des Abgriffs 5 an Widerstand 4 jener des Abgriffs 25 am Potentiometer 24 entspricht. Zwecks Geschwindigkeitsregelung des Motors 9 ist eine Potentiometerschaltung 26 zur Regelung der Ankerspannung des Motors 9 gezeigt. Die Verstellung kann durch Handgriff 27 vorgenommen werden. Durch ihn läßt sich die Beschleunigung des Fahrzeuges in oben bereits beschriebener Weise beeinflussen. Der Führer hat also zwei Möglichkeiten dies zu tun, einmal bei fest eingestellter Maximalgeschwindigkeit des Motors 9 und damit der Spindelmutter 7 durch allmählich zügiges langsameres oder schnelleres Verstellen des Hebels 10 oder aber durch Festsetzen des Hebels 10 auf die gewünschte Endgeschwindigkeit und Regelung der Geschwindigkeit des Motors 9 mittels Handgriff 27. Natürlich kann die Einstellung des Hebels 27 nach einem gewissen Programm abhängig von der Zeit oder dem zurückgelegten Weg sowohl von Hand oder auch automatisch erfolgen.
• Es ist ferner ein Stromüberwachungsrelais 31 vorgesehen, dessen Spule abhängig von der Größe des Fahrmotorstromes erregt wird. Bei einem vorbestimmten Wert, z. B. einem in Anbetracht der Schleudergefahr der Triebräder maximal zulässigen Stromwert, spricht das Relais an und unterbricht zeitweise entweder den Speisestrom des Motors 9 oder, besser, direkt die Aufschaltung des durch Motor 39 angetriebenen Fahrmotorschaltwerkes. Es sei erwähnt, daß Schaltvorkehrungen einer Stufenfertigschaltung für Motor 39 durch entsprechende elektromechanische Verriegelung mit dem Getriebe im allgemeinen notwendig sind, damit das Schaltwerk nicht in einer Stufenzwischenstellung steckenbleibt. Es geschieht dies z. B. durch Haltekontakte an den Schützen 32 und 33 und elektrische Verriegelung der Haltestromkreise mit einem Stufenfertigschalter 38 am Schaltwerk, der in dessen Zwischenstellungen schließt, in Vollstufenstellung aber öffnet; Schütze 32 und 33 sind gegenseitig irgendwie verriegelt.
• Sonst erklärt sich die Schaltung des Motors 39 eigentlich von selbst.
• Das »Aufschütz 32« und das »Abschütz 33« werden durch das oben bereits angeführte Spannungswaagerelais 3 gesteuert. Wenn eines der beiden Schütze anspricht, dreht sich der Anker des Motors 39 in der einen oder anderen Richtung. Sind beide Schütze abgefallen, so wird der Anker kurzgeschlossen, bremst also im Auslauf elektrodynamisch stark ab, da das Feld des Motors 39 dauernd erregt ist. Zwecks raschen Rück- oder Ablaufs des Schaltwerks in die Nullstellung wird, nachdem der Handhebel 10 auf Null gebracht ist, durch den Hilfsschalter 11 an diesem ein Teil des Spannungsteilerwiderstandes 34 derart kurzgeschlossen, daß der Anker des Motors 39 volle Spannung erhält und daher rasch zurückläuft. Zweckmäßiger wird durch diesen Hilfsschalter 11 aber die Spule eines Schützes 35 erregt, das sowohl besagten Widerstand 34 kurzschließt, als auch ungeachtet der Stellung des Relais 3 unmittelbar den Motor 39 auf Rücklauf schaltet (gestrichelte Verbindung).
• Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß auch beim vorliegenden Regelproblem wie im allgemeinen bei solchen die Gefahr einer momentanen Übersteuerung des Schaltwerks, also Gefahr von Pendelschaltungen, besteht. Maßnahmen dagegen sind aus Fig. 1 mit Ausnahme von Relais 31 nicht zu entnehmen, doch liegen solche je nach Aufgabestellung im Ermessen des Regelingenieurs. Es können z. B. die entsprechenden Laufwerkgeschwindigkeiten auf die Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges abgestimmt werden; der Ansprechunempfindlichkeitsbereich der Spannungswaage soll der Schaltwerk-Spannungsstufung angepaßt sein; eine Beeinflussung des Meßwerkes durch den Fahrmotorstrom oder in Abhängigkeit der Stufenstellung des Schaltwerkes wird zweckmäßig derart vorgesehen, daß mit steigendem Strom oder steigender Stufenspannung die Ansprechdrehzahl bei festgehaltenem Potentiometerabgriff 5 etwas abfällt. Dies könnte z. B. auch in einfacher Weise durch eine schwache Kompoundierung des Geberdynamofeldes 2 durch einen Nebenschiuß des Fahrmotorstromes geschehen, gegebenenfalls bei Wechselstrom unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters mit Glättungsdrossel oder/und Speicherkondensator. Eine derartige elektrische wie auch gegebenenfalls mechanische Rückführung könnte übrigens auch isostatisch ausgebildet sein.
• Wenn auch die Beschreibung sich in der Hauptsache auf die Stufensteuerung eines fahrdrahtgespeisten elektrischem Fahrzeuges, insbesondere Wechselstromfahrzeuges, bezieht, so braucht sie natürlich nicht nur auf diese beschränkt zu bleiben. Man kann den Erfindungsgedanken sinngemäß auf Fahrzeuge mit eigener Energiequelle, z. B. Dampf-oder Verbrennungskraftfahrzeuge, anwenden.

Claims (19)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von Triebfahrzeugen, insbesondere von elektrischen Lokomotiven und Triebwagen, durch Vergleich einer durch ein Steuergerät einstellbaren physikalischen Meßgröße (Sollwert) mit einer gleichartigen, von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängigen Meßgröße (Istwert) in der Weise, daß die Energiezufuhr zu den Fahrmotoren je nach dem Überwiegen der einen oder der anderen Meßgröße vermehrt oder vermindert wird, wobei für die Einstellung des Sollwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit ein in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung arbeitendes Antriebswerk vorgesehen ist, durch welches die durch das Steuergerät einzustellende Geschwindigkeitsstufe in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung des Fahrzeuges angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechend der Sollbeschleunigung des Fahrzeuges vorgenommene Regelung der Geschwindigkeit des Antriebswerkes für die Einstellung des Sollwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Zeit oder vom zurückgelegten Weg abhängig ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebswerk zur Einstellung des Sollwertes der Fahrzeugbeschleunigung während des Anlaß- und Regelvorganges willkürlich in Betrieb genommen und wieder stillgesetzt werden kann.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druckknöpfe für das willkürliche Inbetriebnehmen oder Stillsetzen des Antriebs vorgesehen sind.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß elektromechanische Hilfsmittel, wie z. B. Nachlaufsteuerungen zum Vergleich von Soll- und Istwert, vorhanden sind, wobei das dem Sollwert entsprechende Organ mit Hilfe von Kurvenscheibengetrieben od. dgl. nach dem vorgegebenen Beschleunigungsprogramm verstellt wird.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwecks Steuerung des Motors des Stufenschalters für die Fahrmotoren eine einstellbare elektrische Gleichspannung mit der Spannung eines mit der Fahrzeugachse gekuppelten Geberdynamos verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteigen der einstellbaren Spannung bis zu einem gegebenen Festwert durch die Beeinflussung der Geschwindigkeit eines Einstellmotors der Nachlaufsteuerung nach einem gewählten Programm in Abhängigkeit von der Zeit oder dem zurückgelegten Weg gesteuert wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5 unter Verwendung eines Potentiometers zur Erzeubwng der einstellbaren elektrischen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriffkontakt des Potentiometers von dem Einstellmotor mit regelbarer oder konstanter Drehzahl verschoben wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentiometerwiderstand eine Stufung aufweist, welche bei einer konstanten Drehzahl des den Abgriffkontakt antreibenden Motors einer gewünschten Beschleunigungsänderung entspricht. B.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 7 unter Verwendung eines spannungsabhängigen Differentialrelais als Vergleichsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialrelais ein Verstell- oder Schaltwerk für die Kraftzufuhr zur Kraftmaschine (Fahrmotor) in dem Sinne über Kontakte, Druckluft oder Drucköl-Steuerventile steuert, daß bei höherer Potentiometerabgriffspannung dieses durch die Servokraft im Sinne einer erhöhten Kraftspeisung des Fahrzeuggetriebes, insbesondere der Fahrmotoren, bewegt wird, bei höherer Geberdynamospannung dagegen im Sinne einer Kraftzufuhrverminderung.
9. 9. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei stufenweiser Einstellung des Schaltwerkes elektrische oder mechanische Verriegelungen vorgesehen sind, welche ungeachtet des Abschaltens des Steuermechanismus des Differentialrelais immer auf volle Schaltwerkstufen fertigschalten.
10. 10. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den beweglichen Abgriff am Potentiometerwiderstand antreibende Motor mittels Nachlaufsteuerung einem Geber im Führerstand folgt, wobei die Laufgeschwindigkeit des Motors konstant gehalten oder mittels Steuerorgan wählbar einstellbar ist.
11. 11. Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrmotorstrom-Überwachungsrelais vorgesehen ist, dessen Kontakt mit der Steuerung elektrisch verriegelt ist, so daß bei Erreichen eines festen maximalen oder einstellbaren Stromwertes die Bewegung des Schaltwerkes in Aufschaltrichtung unterbrochen wird.
12. 12. Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung eines bestimmten Fahrmotorstromes mittels des Überwachungsrelais durch entsprechende Schaltmaßnahmen der Antrieb für die Abgriffverschiebung am Potentiometer selbsttätig auf Stellungen niederer Geschwindigkeit gebracht wird, wobei die Rückschaltgeschwindigkeit der natürlichen Verzögerung des Fahrzeuges angepaßt und der Strom der Fahrmotoren konstant gehalten wird.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch das überwachungsrelais das Kommando des Differentialrelais unwirksam gemacht wird.
14. 14. Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 13, gekennzeichnet durch eine einstellbare Verriegelung zwischen dem Antrieb des Schaltwerkes und dem vom Führer betätigten Geschwindigkeitsgeber, so daß für die Aufwärtsschaltung eine andere Geschwindigkeit des Schaltwerksantriebs wählbar ist als für die Abwärtsschaltung.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtssehaltgeschwindigkeit am grüßten ist bei Stellung des Geschwindigkeitsgebers auf Null oder kleinste Werte.
16. 16, Anordnung nach den Ansprüchen 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Rückkopplung des Fahrmotorstromes auf das Meßwerk des Differentialrelais derart vorgesehen ist, daß mit steigendem Strom die Regelgeschwindigkeit bei fester Gebereinstellung mindestens vorübergehend automatisch abgesenkt wird.
17. 17. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 15, gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Rückkopplung des Fahrmotorstromes auf das Regelsystem durch Einwirkung auf das Feld des Geberdynamos im Sinne einer Senkung der Regeldrehzahl mit anwachsendem Strom.
18. 18. Anordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Einwirkung auf das Feld des Geberdynamos mit Hilfe von Wechselstrom und eines Gleichrichters unter Einschaltung von Kondensatoren und/oder Drosselspulen.
19. 19. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 14, gekennzeichnet durch eine Reglerrückführung mittels der Stufenspannung oder der mechanischen Stufenstellung des Schaltwerkes. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 564 228, 613 618, 720 262; VDE-Fachberichte, 1934, S. 91, 92.