-
Schleuderschutzvorrichtung für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Schleuderschutzvorrichtung für Schienenfahrzeuge, deren Antriebsanlage aus
einer Brennkraftmaschine und einer durch Steuermittel regelbaren Kraftübertragung
mit elastischem Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit besteht,
bei der die Leistung während des Anfahrvorganges durch eine Regeleinrichtung so
begrenzt wird, daß das ausnutzbare Drehmoment nicht überschritten wird. Als Kraftübertragungsmittel
kommen unter anderem insbesondere hydrodynamisch, hydrostatisch oder elektrisch
arbeitende Anlagen in Frage.
-
Es ist eine Eigenheit einer solchen Antriebsanlage, daß für eine bestimmte
Leistung der Brennkraftmaschine die Zugkraftkurve über der Fahrgeschwindigkeit in
erster Annäherung einen hyperbolischen Verlauf hat. Dies bedeutet, daß im Stillstand
und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten die Zugkraft sehr hohe Werte annimmt, die
im allgemeinen die mögliche Reibungszugkraft der Treibachsen wesentlich übersteigen.
-
Diese Reibungszugkraft ist von dem Achsdruck der Treibachsen und vom
Schienenzustand abhängig. Sie fällt von einem Höchstwert bei Stillstand mit steigender
Fahrgeschwindigkeit ab, jedoch in so geringem Maße, daß der Abfall nicht mit dem
hyperbolischen Verlauf der zur Verfügung gestellten Zugkraft vergleichbar ist.
-
Dies bedeutet, daß unterhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit,
bei der Reibungszugkraft und Maschinenzugkraft übereinstimmen, die Leistung der
Antriebsanlage durch Steuermittel verringert werden muß, um Schleudern der Treibachsen
zu vermeiden.
-
Da schleudernde Treibachsen das Triebwerk in einem Maße beanspruchen,
das zu Beschädigungen führen kann, soll das Schleudern möglichst vermieden werden.
Man hat frühzeitig versucht, durch automatisch arbeitende Einrichtungen den Schleudervorgang
zu unterbinden.
-
Allgemein bekannt und in großem Maße verwendet sind Einrichtungen,
die den Beginn des Schleuderns benutzen, um die notwendigen Steuervorgänge einzuleiten.
-
Dies ist einfach, wenn das Fahrzeug auch nicht angetriebene Achsen
hat, oder zwei oder mehrere durch verschiedene Anlagen angetriebene Achsen oder
Achsgruppen, die nicht miteinander gekuppelt sind. In diesem Fall mißt man die Drehzahl
verschiedener Achsen oder Achsgruppen mit üblichen Mitteln und benutzt einen größeren
Drehzahl-Unterschied als Anzeige des Schleudervorganges.
-
Wesentlich schwieriger wird die Aufgabe, wenn alle Achsen des Fahrzeuges
starr gekuppelt sind. In diesem Fall kann nur eine ungewöhnliche Drehbeschleunigung
der Antriebsanlage als Anzeige des Schleudervorganges dienen. Es sind aber bis jetzt
keine Geräte bekannt, die auf Beschleunigung ansprechen und außerdem den rauhen
Betriebsbedingungen von Schienenfahrzeugen gewachsen sind.
-
Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, den Beginn des Schleuderns
überhaupt zu verhindern. Zu diesem Zweck wird bei der eingangs genannten Schleuderschutzvorrichtung
erfindungsgemäß die auf die Treibachsen übertragene Leistung der Antriebsanlage
in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit so geregelt, daß bis zum Erreichen der
Höchstleistung der Brennkraftmaschine die Zugkraft am Radumfang auf einer parallel
und nahe der Reibungsgrenze liegende Kurve oder auf der Reibungsgrenze selbst verläuft.
-
Zum besseren Verständnis werden die Erfindung an Hand der Zeichnung
und eine nicht vorveröffentlichte Ausführung nachfolgend erläutert. Es zeigt Abb.
1 die Zugkraftkurve einer dieselhydraulischen Lokomotive und Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel
für die Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die Zugkraft (siehe Abb. 1) bei voller Leistung der Brennkraftmaschine
folgt der Linie Z. Diese Linie wird im Punkt A von der Reibungsgrenze
b geschnitten. Es ist demnach ein Zugkraftverlauf möglich, der dem schraffierten
Linienzug b-Z folgt. Unterhalb der
dem Punkt A entsprechenden Geschwindigkeit
muß die Leistung der Brennkraftmaschine durch Steuermittel verringert werden.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden.
Wie bereits erwähnt, hat die Zugkraftkurve fair eine bestimmte Leistung einen etwa
hyperbolischen Verlauf, d: h., die Kurven von Teillaststufen laufen etwa parallel
der Zugkraftkurve Z. In Abb. 1 sind zwei solcher Teillastkurven c und d eingetragen.
Hierbei ist die Kurve c diejenige, die bei Stillstand gerade noch unter der Reibungsgrenze
bleibt.
-
Es ist bekannt, dem Lokomotivführer eine schleuderfreie Anfahrt zu
erleichtern, indem man am Fahrschalter die Stufe kennzeichnet, die dieser Teillastkurve
c entspricht, und am Geschwindigkeitsmesser die Geschwindigkeit (dem Punkt A entsprechend),
von der er die volle Leistung aufschalten kann. Mit einigem Geschick und Erfahrung
wird er auch in der Lage sein; mit steigender Geschwindigkeit allmählich höhere
Teillaststufen aufzuschalten, so daß er die volle Leistung gerade dann einschaltet,
wenn das Fahrzeug die gekennzeichnete Geschwindigkeit erreicht.
-
Diese Fahrweise beansprucht jedoch die Aufmerksamkeit des Lokomotivführers
stark, so daß er von der Beobachtung der Strecke abgelenkt wird, was insbesondere
im angestrengten Rangierdienst gefährlich sein kann. Gerade Rangierlokomotiven sind
es aber; bei denen häufig alle Achsen starr gekuppelt sind. Für sie kommen daher
die bekannten Schleuderschutzvorrichtungen kaum in Frage.
-
Nach dem Gegenstand eines älteren Patents wird in einem besonderen
Betriebsfall selbsttätig die Leistung der Antriebsanlage so begrenzt, daß Schleudern
nicht eintritt. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Lokomotivführer im Normalfall
durch Beobachtung seiner Fahrweise das Schleudern verhindert. Sollte jedoch ausnahmsweise
während einer Anfahrt die Bremse angelegt sein, so werden die Treibachsen auch bei
Aufschalten der vollen Leistung nicht zum Schleudern kommen. Wird jedoch jetzt die
Bremse gelöst, so ist heftiges Schleudern die unmittelbare Folge. Um diese Gefahr
für das Triebwerk auszuschließen, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die die Leistung
der Antriebsanlage auf einen Wert begrenzt, der die Teillastkurve c in Abb: 1 ergibt
und mit der Betätigung der Fahrzeugbremse wirksam wird. Es ist somit wirksam verhindert,
daß bei gebremstem Fahrzeug eine Zugkraft ausgeübt wird, die die Reibungsgrenze
b übersteigt.
-
Diese Einrichtung hat den erklärten Zweck, das Triebwerk in bestimmter
Abhängigkeit von der Bremse vor Schaden zu schützen. Es ist daher in diesem Falle
kein Nachteil, daß die Zugkraft mit steigender Geschwindigkeit stark abfällt und
im Beispiel der Abb. 1 bei der dem Punkt A entsprechenden Geschwindigkeit nur etwa
55 Klo des Wertes erreicht, den die Reibung erlauben würde.
-
Demgegenüber soll nach der Erfindung während des Anfahrvorganges die
Leistung der Antriebsanlage ohne Zutun des Lokomotivführers in Abhängigkeit von
der Fahrgeschwindigkeit so geregelt werden, daß, wie schon gesägt, bis zum Erreichen
der Höchstleistung der Brennkraftmaschine die Zugkraft Z am Radumfang auf einer
parallel und nahe der Reibungsgrenze b liegenden Kurve oder auf der Reibungsgrenze
selbst verläuft. Die Regeleinrichtung besteht daher grundsätzlich aus einer Meßeinrichtung
für die Fahrgeschwindigkeit, die nach einem vorbestimmten Gesetz über Steuermittel
auf die Leistungsregelung der Antriebsanlage einwirkt.
-
Da der für die Reibung maßgebende Schienenzustand von der Witterung
abhängig veränderlich ist, ist es zweckmäßig, die Regeleinrichtung in Abhängigkeit
von den jeweiligen Reibungsverhältnissen an der Schiene verstellbar zu machen. Es
ist dabei vor allem daran gedacht, daß der Lokomotivführer die Einrichtung einem
Zustand anpassen kann, der von den normalen Verhältnissen stark abweicht. So wird
z. B. an einem feuchten Herbstmorgen mit starkem Laubfall auf den Schienen die Reibungsgrenze
stark herabgesetzt sein, so daß die Zugkraft niedriger eingestellt werden muß.
-
Die Einwirkung der Regeleinrichtung auf die Leistungsregelung wird
zwar meist ein Eingriff in die Brennstoffzuteilung der Brennkraftmaschine sein.
Es kann jedoch auch auf irgendein Glied der Kraftübertragung eingewirkt werden.
-
In diesem Falle bieten sich an: Bei hydrodynamischer Kraftübertragung
Einwirkung auf einzelne Teile der Kreisläufe, z. B. Pumpen-, Turbinen- oder Leitschaufeln,
oder auf die Steuerung der Kreisläufe, z. B. deren Füllung.
-
Bei hydrostatischer Kraftübertragung Einwirkung auf Pumpe oder Motor
der Anlage, oder auf den Druck der übertragungsfiüssigkeit.
-
Bei elektrischer Kraftübertragung Einwirkung auf die Fahrmotoren oder
auf den Generator.
-
Welcher dieser Wege gewählt wird, richtet sich nach der Kraftübertragungsart
des Fahrzeuges. Eine besonders einfache und unempfindliche Ausführung ergibt sich
bei hydrodynamischer Kraftübertragung und Regelung der Brennstoffzuteilung der Brennkraftmaschine
durch Druckluft, wie dies in Abb. 2 als Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
-
Der Fahrschalter 1 steuert stufenlos die Brennstoffzuteilung, wobei
die Füllung des Motors 4 proportional dem in der Steuerleitung herrschenden Luftdruck
ist.
-
In die Steuerleitung zum Motorregler 3 ist ein federbelastetes Druckminderventil2
eingebaut, welches von einem Steuerorgan geregelt wird, das auf der Sekundärseite
des hydrodynamischen Getriebes 5 proportional zur Fahrgeschwindigkeit angetrieben
wird. Dieses Steuerorgan kann ein Fliehkraftregler sein.
-
Im dargestellten Beispiel ist jedoch eine Meßpumpe 6 zweckmäßig, die
von einer Zapfwelle des hydrodynamischen Getriebes 5 angetrieben wird und deren
Fördermenge proportional der Fahrgeschwindigkeit ist. Sie fördert Öl aus einem Vorratsbehälter
8 über eine feste Drosselstelle mit überströmventil 7 in den Vorratsbehälter zurück.
Vor der Drosselstelle entsteht ein Druck, der mit der Fahrgeschwindigkeit steigt
und auf das Druckminderventil 2 wirkt, wo er die Wirkung der Regelfeder unterstützt.
An dem Druckminderventil 2 sorgt die Feder für den zulässigen Steuerluftdruck bei
Stillstand; sie kann durch ein Handrad verstellt werden zur Berücksichtigung des
Schienenzustandes. Durch den mit der Fährgeschwindigkeit steigenden Öldruck steigt
der Steuerluftdruck von dem eingestellten Stillstandwert aus in der gewünschten
Weise an, bis der Höchstdruck erreicht ist. Bei sinkender Fahrgeschwindigkeit verläuft
der Vorgang umgekehrt. Nach Erreichen des vollen Steuerluftdrucks ist eine weitere
Steigerung des Öldrucks
zwecklos: er wird daher durch das überströmventil
7 begrenzt.
-
Während des ganzen Anfahrvorganges wird der Fahrschalter 1 sofort
ganz geöffnet, so daß der Lokomotivführer seine volle Aufmerksamkeit der Beobachtung
der Fahrstrecke widmen kann.
-
Die Ansprüche 2 bis 10 gelten nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch.