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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern des Schlüpfens
(Gleitens oder Schleuderns) der Radsätze von Schienenfahrzeugen, insbesondere Lokomotiven,
wobei die Schlupfvorgänge durch einen elektrischen Steuersignalgeber erfaßt und
dessen Steuersignale in mechanische oder elektrische Arbeitsimpulse umgewandelt
bzw. verstärkt werden, durch welche die zum Unterbinden des Schlupfes vorgesehenen
Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
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Ein derartiges Verfahren ist bekannt.
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Es sind weiter Gleit- bzw. Schleuderschutzeinrichtungen für Schienentriebfahrzeuge
bekannt, die als Steuersignalgeber einen sogenannten Masseregler mit einer gegenüber
dem Radsatz federnd aufgehängten Schwungmasse verwenden, die beim Schleudern oder
Gleiten der Räder auf den Schienen aus ihrer Mittellage pendelt und dabei Kontakte
betätigt, durch die elektrische Steuersignale hervorgerufen werden, welche die Auslösung
entsprechender Gegenmaßnahmen bewirken. Die Masseregler arbeiten insofern mangelhaft,
als sie bei einem Schleudervorgang mehrere Male pendeln, wodurch sich die eingeleiteten
Gegenmaßnahmen meistens unnötig oft wiederholen. Dadurch wird z. B. bei der Gegenmaßnahme
»Sanden« viel und zum Teil unnütz Sand verbraucht. Ein zu großer Sandverbrauch ist
jedoch aus Gründen der Mitführung größerer Sandmengen unerwünscht und wirkt sich
unter anderem besonders nachteilig auf die Beweglichkeit und das exakte Schließen
der Weichen aus. Aber auch die bekannten Gleit- bzw. Schleuderschutzeinrichtungen
mit elektrischen und insbesondere elektronischen Steuersignalgebern tendieren, sofern
hierbei »Sanden« als Gegenmaßnahme herangezogen wird, durch ihre hohe Ansprechempfindlichkeit
in Richtung »hoher Sandverbrauch«. Mit Rücksicht darauf hat man bis heute vielfach
bei elektronischen Gleitschutzeinrichtungen auf die Gegenmaßnahme »Sanden« überhaupt
verzichtet.
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Um auf das gegen Gleiten und Schleudern so wirkungsvolle Sanden nicht
verzichten zu müssen, gleichzeitig aber den Sandverbrauch möglichst einzuschränken,
ist es ferner bekannt, die Gleitschutzeinrichtung so auszulegen, daß erst nach einer
bestimmten Anzahl von Gleit- oder Schleudervorgängen gesandet wird. Diese Richtung
wird jedoch durch die Erfindung nicht verfolgt, vielmehr ist es Ausgangspunkt der
Erfindung, bereits beim Beginn des Schlupfens also im Entstehungszustand die Gegenmaßnahmen
einzuleiten.
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Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen,
durch das eine vorübergehende Erhöhung des Haftwertes zwischen Rad und Schiene bei
geringstmöglichem Sandverbrauch erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird bei dem vorausgesetzten Verfahren dadurch gelöst,
daß beim Auftreten von Schlupf zwischen Rad und Schiene selbsttätig impulsweise
gesandet wird.
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Die Überlegungen, die im Sinne einer vorteilhaften Lösung der gestellten
Aufgabe zum impulsweisen Sanden führen, sind folgende: Beim Einblasen einer bestimmten
Sandmenge zwischen den Radumfang bzw. die Radlauffläche und die Schiene wird im
Augenblick des Auftreffens des Sandes auf die Schiene im Bereich des Spaltes zwischen
Radlauffläche und Schiene nur ein Teil der Sandmenge vom Rad erfaßt, während der
andere Teil des Sandes an der Schiene reflektiert wird. Hiervon wiederum fällt ein
Teil seitlich fort, ein' großer Teil aber verbleibt in der Radebene und wird nach
dem physikalischen Gesetz »Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel« zur Radlauffläche
hin gelangen. Der vom Radumfang durch Grenzschichtreibung mitgenommene Luftring
oder die Luftzirkulation, die zum Spalt zwischen Radlauffläche und Schiene gerichtet
ist, und das Rad selbst erfassen den in der Radebene verbleibenden Teil der reflektierten
Sandmenge, und zwar zeitlich noch nach dem eigentlichen Sandungsimpuls, so daß nicht
nur Sand während des eigentlichen Sandungsvorganges zur Verfügung steht, sondern
auch noch während der Impulspause. Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird also
der Sandverbrauch »gestreckt«, der Effekt jedoch gegenüber dem kontinuierlichen
Sanden nur wenig vermindert; anders ausgedrückt, das Verhältnis zwischen Sandverbrauch
und erzielter Reibungsverbesserung ist relativ betrachtet wesentlich größer als
bei kontinuierlichem Sanden. Außerdem tritt beim Impulssanden noch das Phänomen
auf, daß während des Sandungsimpulses durch die augenblickliche Erhöhung des Reibwertes
zumindest vorübergehend die rollende Reibung wiederhergestellt wird, wodurch sich
der Reibwert ohnehin von selbst wieder vergrößert. Ein Losbrechen des Rades gegenüber
der Schiene, also das erneute Auftreten eines Schlupfes, wird sich aber zumindest
bis zum nächsten Sandungsimpuls verzögern, so daß Gleiten trotz nur impulsweisen
Sandens fortlaufend weitestgehend verhindert wird.
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Zur Beherrschung auch extremer Situationen bei Brems- oder Beschleunigungsvorgängen
werden in Weiterverfolgung der Erfindung ergänzend zum Hauptgedanken in ihrer Wirkung
abgestufte Gegenmaßnahmen, d. h. den jeweiligen Schlupf- bzw. Gleitzuständen angepaßte
Schritte, vorgeschlagen, dergestalt, daß bei überhöhten Drehbeschleunigungen am
Radsatz zunächst impulsweise gesandet wird, daß bei weiter zunehmenden Drehbeschleunigungen
und der damit verbundenen Vergrößerung des Schlupfes zwischen Rad und Schiene trotz
impulsweisen Sandens an Stelle dessen kontinuierlich gesandet wird und daß bei weiterer
Steigerung dieser Werte der Bremsdruck vermindert oder beim Durchgehen (Schleudern)
der Räder die Antriebsleistung zurückgenommen wird.
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Der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Steuersignalgeber
besteht aus drei parallelen, die drei vorgesehenen Gegenmaßnahmen »Impulssanden,
kontinuierliches Sanden und Lösen der Bremsen« kommandierenden Steuerkreisen mit
in Abhängigkeit der Drehzahländerung des zu überwachenden Radsatzes arbeitenden
Differenzierkreisen, die von einem gemeinsamen Gleichstromgenerator gespeist sind,
in dessen Ankerstromkreis zum Erzeugen von von Drehzahländerungen abhängigen Spannungsschwellwerten
zueinander parallelgeschaltete Differenzierkondensatoren liegen, denen Potentiometer
zum Auswählen von Spannungsschwellwerten (Signalen) mit einer bestimmten Steilheit
zugeordnet sind, ferner mit drei den Differenzierkreisen nachgeschalteten, auf deren
Signale ansprechenden, an sich bekannten Kippschaltungen in Form rückgekoppelter
Amplitudendiskriminatoren und außerdem mit drei den letzteren nachgeschalteten Relais
(Steuerrelais), die Arbeitskreise für die vorgesehenen Gegenmaßnahmen steuern.
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Zum Selektieren der auftretenden Drehbeschleunigungen
oder
Drehverzögerungen am Radsatz bezüglich unterschiedlicher Größengruppen zum Einleiten
derselben in die drei einzelnen Steuerkreise ist erfindungsgemäß von den drei Potentiometern
das Potentiometer des ersten Steuerkreises hochempfindlich, das Potentiometer des
zweiten Steuerkreises weniger empfindlich und das Potentiometer des dritten Steuerkreises
am wenigsten empfindlich eingestellt.
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Zur Erzeugung der vorgesehenen Impulssandung ist im ersten, hochempfindlich
arbeitenden Steuerkreis der Kippschaltung eine intermittierend arbeitende Steuereinrichtung
nachgeschaltet. Diese besteht aus zwei parallel zur vorgenannten Kippschaltung liegenden,
je einen Kondensator aufweisenden Stromkreisen, und zwar aus einem die Zeitdauer
der Sandungsimpulse bestimmenden Stromkreis mit einer zur Basis des zweiten Transistors
der Kippschaltung führenden zu- und abschaltbaren Zweigleitung und einem die Zeitdauer
der Impulspausen festsetzenden, ein- und ausschaltbaren Stromkreis mit einer an
der Basis des ersten Transistors der Kippschaltung angeschlossenen Verbindungsleitung,
wobei beide Stromkreise durch das Steuerrelais gleichzeitig über Schalter gesteuert
werden, in dem Sinne, daß bei angezogenem Steuerrelais durch den einen Schalter
der eine die Sandungsimpulse bewirkende Stromkreis unterbrochen und auf die zugeordnete
Zweigleitung umgeschaltet wird, während durch den zweiten Schalter der andere Stromkreis
geschlossen wird, wobei das Steuerrelais gleichzeitig den Arbeitskreis für die Sandungseinrichtung
geschlossen hält.
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Zur Festlegung der Dauer der einzelnen Sandungsimpulse und der Dauer
der Impulspausen sind in den beiden Leitungen zu den Basen der beiden Transistoren
der Kippschaltung des ersten Steuerkreises einstellbare Widerstände vorgesehen.
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Die Vorteile der Erfindung liegen in einer wirkungsmäßig optimalen,
den augenblicklichen Brems-bzw. Verzögerungssituationen oder Beschleunigungsvorgängen
Rechnung tragenden Form des Einsatzes der Sandungsvorrichtung bei gleichzeitig sparsamstem
Sandverbrauch.
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In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles das Schaltbild
eines elektronischen Steuersignalgebers einer Gleit- oder Schleuderschutzeinrichtung
zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.
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Der Steuersignalgeber gemäß der Zeichnung besteht im wesentlichen
aus drei zueinander parallelgeschalteten Steuerkreisen 1, 2 und 3. Jeder Steuerkreis
besteht aus einem Differenzierkreis 4 bzw. 5 bzw. 6 mit je einem Differenzierkondensator
7 bzw. 8 bzw. 9, die alle drei an einem von einem Radsatz angetriebenen Gleichstromgenerator
10 parallel angeschlossen sind. Den Differenzierkreisen 4, 5 und 6 sind Potentiometer
11, 12 und 13 zugeordnet, die dazu dienen, für die in den Differenzierkondensatoren
erzeugten Spannungsschwellwerte eine bestimmte Steilheit einzustellen, wobei nur
die über der durch das jeweilige Potentiometer eingestellten Steilheit liegenden
Spannungsschwellwerte als echte Signale durchgelassen und weitergeleitet werden.
Den Differenzierkreisen 4 bzw. 5 bzw. 6 nachgeschaltet sind Kippschaltungen 14 bzw.
15 bzw. 16 in Form von rückgekoppelten Amplitudendiskriminatoren mit je zwei npn-Transistoren
14a und 14b, 15a und 15b,
16 a und 16 b, deren Kollektor-Emitter-Stromkreis
an einem spannungsstabilisierten Leitungsnetz mit einer Plusleitung 1.7a und einer
Minusleitung 17b angeschlossen sind. Die Kippschaltungen 14, 15 und 16 haben,
wie bekannt, die Aufgabe, die in den Differenzierkreisen 4, 5 und
6 erzeugten, kurvenförmig verlaufenden Spannungsschwellwerte in Rechteckspannungen
mit exakten Schaltpunkten umzuwandeln. Den Kippschaltungen 14, 15 und 16 nachgeschaltet
ist jeweils ein Steuerrelais 18 bzw. 19 bzw. 20, die über Schalter
21, 22 und 23 jeweils einen Arbeitskreis 24 bzw. 25 bzw. 26 steuern, wobei die beiden
Arbeitskreise 24 und 25 zu einem gemeinsamen Arbeitskreis
24, 25 zusammengefaßt sind und auf eine Sandungseinrichtung 27 einwirken,
während der Arbeitskreis 26 die Bremsvorrichtung 28 des Schienenfahrzeuges betätigt.
Bei auftretenden Schleudervorgängen wird als letzte der drei vorgesehenen, in ihrer
Wirkung zueinander abgestuften Gegenmaßnahmen an Stelle der Gegenmaßnahme »Bremsen
lösen« die Antriebsleistung vermindert, d. h., der Arbeitskreis 26 ist dann auf
die Leistungsregelung (Regelstange der Einspritzpumpe bei Dieselmotoren) der Antriebsmaschine
umgeschaltet.
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Im Steuerkreis 1 ist der Kippschaltung 14 eine intermittierend
arbeitende Steuereinrichtung 29 zugeordnet, die im wesentlichen aus zwei parallel
zur Kippschaltung 14 liegenden Stromkreisen 30 und 31 mit je einem Kondensator 32
bzw. 33 und je einem Schalter 34 und 35 besteht. Dem Stromkreis 30 ist eine über
den Schalter 34 zu- und abschaltbare Zweigleitung 36 mit einem regelbaren
Widerstand 37 zugeordnet, die an der Basis des Transistors 14b angeschlossen ist.
Eine Verbindungsleitung 38 mit einem regelbaren Widerstand 39 ist
am Stromkreis 31
angeschlossen und führt zur Basis des Transistors 14a. Während
des normalen Betriebs, d. h., wenn keine Verzögerung auftritt bzw. der Transistor
14 b durch negative Vorspannung seiner Basis gesperrt ist, ist der Stromkreis
30 zwischen der Plusleitung 17a und der Minusleitung 17b, der die Sandungsimpulse
bewirkt, durch den Schalter 34 geschlossen, während der Stromkreis 31, der
die Impulspausen bestimmt, durch den Schalter 35 geöffnet ist. Beide Schalter 34
und 35 werden durch das Steuerrelais 18 gemeinsam betätigt, das gleichzeitig
den Schalter 21 betätigt, durch den der Arbeitskreis 24 ein- und ausgeschaltet wird.
Durch den regelbaren Widerstand 37 wird die Zeitdauer der Sandungsimpulse eingestellt,
während durch den regelbaren Widerstand 39 die Zeitdauer der Impulspausen einstellbar
ist.
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Die Wirkungsweise der Gleitschutzeinrichtung ist folgende: Wird im
Steuerkreis 1 durch einen Bremsvorgang ein über der im Potentiometer 11 eingestellten
Steilheit liegender Spannungsschwellwert, also ein echtes Steuersignal, das im folgenden
als Grundsignal bezeichnet wird, erzeugt, das die Kippschaltung 14 zum Umschalten
bringt, so sperrt der Transistor 14 a. dessen Basis nunmehr negativ vorgespannt
wird, während der Transistor 14b durch nunmehr positive Vorspannung seiner
Basis leitend wird, wodurch das Steuerrelais 18 anzieht und die Schalter 34 und
35 in die linke Stellung bringt. Durch das Schließen des Schalters 35 wird jedoch
die Basis des Transistors 14a über die Verbindungsleitung 38 augenblicklich wieder
positiv vorgespannt, d. h., das Grundsignal, das diese Basis negativ halten will,
wird vorübergehend überspielt. Gleichzeitig wird der Kondensator 33 aufgeladen.
Eine positive Basis des Transistors 14 a über die Verbindungsleitung 38 augenblicklich
sistor
14b nach sich ziehen. Dieser Zustand tritt jedoch nicht ein, vielmehr wird
durch die Kapazität des Kondensators 32 über den geschlossenen Schalter 34 die Basis
des Transistors 14b positiv gehalten, so daß das Steuerrelais 18 so lange angezogen
bleibt,. bis der Kondensator 32 entladen ist. Die Entladezeit' dieses Kondensators
ist also ein Maß für die Zeitdauer eines einzigen Sandungsimpulses und kann andererseits
noch beeinfiußt werden durch den einstellbaren Widerstand 37. Ist der Kondensator
32 entladen, so wird die Basis des Transistors 14b wieder negativ, d. h., sein Kollektor-Emitter-Stromkreis
wird unterbrochen, das Steuerrelais 18 fällt ab, und die beiden Schalter 34 und
35 gehen wieder nach rechts, so daß der Kondensator 32 wieder aufgeladen werden
kann. Der in der Zwischenzeit aufgeladene Kondensator 33 hält nun durch seine Ladung
über die Verbindungsleitung 38 die Basis des Transistors 14a weiterhin positiv,
wodurch die Basis des Transistors 14 b negativ bleibt, so daß das Steuerrelais
18
abgefallen bleibt. Die Entladezeit des Kondensators 33 bestimmt zusammen
mit dem regelbaren Widerstand 39 die Zeitdauer der Impulspause nach dem Sandungsimpuls.
Nachdem die Kapazität des Kondensators 33 erschöpft ist, kommt das im Differenzierkreis
4 erzeugte Grundsignal, das immer noch vor dem Transistor 14a ansteht,
wieder zur Wirkung, d. h., die Basis des Transistors 14a wird negativ und die Basis
des Transistors 14b positiv, so daß das Steuerrelais 18 wieder anzieht, wodurch
das intermittierende Spiel von neuem beginnt, und zwar so lange, wie das Grundsignal
überhaupt anhält.
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Erreicht bei stärkerem Bremsen der in den Differenzierkreisen
4, 5 und 6 erzeugte Spannungsschwellwert (Steilheit) eine Größe, die
auch über den im Potentiometer 12 eingestellten Wert hinausgeht, so schaltet die
Kippschaltung 15 um, d. h., die Basis des Transistors 15a wird negativ, die
Basis des Transistors 15 b dagegen positiv, wodurch das Steuerrelais
19 anzieht und den Arbeitskreis 25 über den Schalter 22 schließt. Da das Steuerrelais
19 über die gesamte Dauer des Steuersignals des zweiten Steuerkreises angezogen
bleibt, erfolgt eine kontinuierliche Sandung.
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Tritt eine noch höhere Verzögerung beim Bremsen ein, so daß der im
Differenzierkreis 6 erzeugte Spannungsschwellwert über der im Potentiometer 13 eingestellten
Steilheit liegt, so schaltet die Kippschaltung 16 um, d. h., die Basis des
Transistors 16 a wird negativ, während die Basis des Transistors 16 b positiv
wird, wodurch das Steuerrelais 20 anzieht und über den Schalter 23 den Arbeitskreis
26 schließt, über den die Gegenmaßnahme »Lösen der Bremsen oder Vermindern des Bremsdruckes«
eingeleitet wird. Gleichzeitig kann über eine Koppeleinrichtung 40 ein im gemeinsamen
Arbeitskreis 24, 25 gelegener Schalter 41 geöffnet werden, der diesen gemeinsamen
Arbeitskreis unterbricht, so daß hierbei die Gegenmaßnahme »Sanden« überhaupt in
Wegfall kommt.