DE1413577A1

DE1413577A1 - Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektischer Triebfahrzeuge

Info

Publication number: DE1413577A1
Application number: DE19611413577
Authority: DE
Inventors: Koehl Dipl-Ing Hans; Heinrich Teichert; Moellendorff Dipl-Ing Helm Von
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-09-22
Filing date: 1961-09-22
Publication date: 1969-04-24
Also published as: CH404717A

Description

Verfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektrischer Triebfahrzeuge.
asassssas3saasaa=aasssssasasasasssasrasaassssssa@ssassssssssasas Ein großer Teil des schienengebundenen Nahverkehrs wird heute mit Gleichstrombahnen bewältigt. Dabei gibt es einerseits Bahnen mit eigenem Gleichkörper, wie Untergrund- und Stadtbahn, und andererseits Strassenbahnen,die sich dem allgemeinen Strassenverkehr einordnen müssen. Obwohl bei beiden Arten die Fahrmotoren über eine Anzahl :Yiderstandsstufen und meist mit einer Reihen-Parallel-Gruppierung angelassen und elektrisch wieder abgebremst werden, haben sich doch ganz verschiedene Lösungen dieser Ausgabe herausgebildet. Ein besonderes Problem stellt in diesem Rahmen die Betätigung der Fahrschalterwalze dar. Die klassische Ausrüstung hon Triebwagen sah eine vom Triebwagenführer zu bedienende Kandkurbel vor. Auf Grund der in neuerer Zeit für den Triebwagenführer vorgesehenen Sitzgele- genheiten auf dem Führerstand und der damit veränderten Normal- haltung des Bedienenden wurde die kreisförmig auszuführende Be- wegung als störend empfunden. Vorteilhafter wurde eine gerad- linige, z.B. in Fahrtrichtung gerichtete Bewegung bezeicii :@.et . Neuere Triebwagen wurden demzufolge mit einem geradlinig ge- führten Steuerschalter und einer dabei direkten Vorstellung der Fahrschalterwalze ausgeführt. Diese Lösung war jedoch mit einem großen Nachteil verbunden. Während der Kurbelantrieb fast einen Schaltweg von 360o bestrich, ergab sich bei der neueren Bauweise nur ein weit geringerer, von NaW verstellbarer :Yinkelbereich, in dem die annähernd gleich gebliebene Anzahl der Kon- takte anzuwählen war, wenn nicht der mühelos ohne Körperbewegungen, lediglich :durch Armstellungen zu beherrschende Bewegungsbereich überschritten werden sollte. In. dieser Situation wirkt eich besonders nachteilig der notwendigerweise bereit zu stellen- de Sicherheitsraum zwischen Fahr- und Bremsstufen aus,der im Sinne einer Minderung der durch Lichtbögen bedingten Schäden wirkt.Eine derartige Gefahr ist besondere dann gegeben,wenn der Triebwagenführer den Steuerschalter möglicherweise infolge Sohreckeinwiriungen aus dem Fahr- in den Bremsbereich über viele Stufen durchreißt.
Die Erfindung weicht von dem Grundsatz ab, den Fahrschalter direkt tu betätigen. Sie bedient sich dazu eines Regelkreises.
Da dem Triebwagenführer lediglich eine Sollwertvorgabe möglich ist, die Fahrschalterwaise jedoch nur mit vorgebbaren und Randbedingungen des Betriebszustandes des elektrischen Fahrzeuges berücksichtigenden Fortschaltgeschwindigkeiten dem Flegelbefehl folgt, läßt sich der zwischen Fahr- und Bremsstuten vorzusehende Sicherheitsbereich ebenfalls verkleinern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Pahrmotorstromen elektrischer Triebtahrzeuge. Erfindungsgemäß wird eine nach einem Soll-Istvergleich an dem Ausgang eines Vergleichs- gliedes auftretende Flegelabweichung über einen elektro- hydraulischen Umwandler in der Regelabweichung proportionale Fortschaltgeschwindigkeiten der Fahrschalterwalze umgewandelt. Ein schematisches Ausführungsbeispiel der.L'rfind:ung sei an Hand einer'Zeichnung beschrieben. Die in der Regelstrecke--1 liegenden, vom Strom I durchflossenen Fahrmotoren sind. mit 2 bezeichnet. Es stellt 3 einen Istgrößengeber des Stromes I dar. Die Istgröße und die Sollgröße dieses Stromes, letzterer abhängig-von der Stellung des Steuerschalters 4 im Führerhaus des Triebwagens, :erden zu einem Vergleichsglied 3 geführt. Dieses Vergleichsglied kann -z .B. .ein an sich bekannter Magnetverstärker, ein elektronisch arbeitendes Rechengerät oder dergl. sein. Die Differenz saischen

Soll- und Istgröße wird elektrisch als Regelabweichung dem Ein-

gan, eines elektroahydraulischen aandlers/zugeführt. Dieser Wand-

ler 6 kann z.B. ein an sich bekannter Tauchspülenregler sein. Geeignet sind jedoch auch beliebig anders ausgeführte, in gleichartiger :eise wirkende, elektrische Eingangs- in hydromechanische Ausgangsgrößen umformende Elemente. Insbesondere dem Regelkreis durch besondere Charakteristik ihrer-Kennlinie angepaßte Tauchspulenregler ver.,rendet werden. -Der.Wandler 6 stellt mit einer der Regelabweichung proportionalen-Geschwindigkeit ein den Fahrmotorstrom I beeinflussendes Stellglied-7, welches.aus mehreren Einheiten aufgebaut ist,.-Es kann_z.B.eine :7iderstandsatufen und Motorgruppierungen schaltende Fahrschalterwalze 7a und Jiderstandseinheiten 7b enthalten. Die Betätigung des Stellgliedes 7 durch den ;Tandler 6 erfolgt auf direktem "lege oder durch Zwischenschaltung mechanischer Übertragungsglieder, wie z.8. Zahnräder, Ketten, Bänder usw.. Der Regelkreis ist Weitgehend mit elektronisch arbeitenden Elementen ausgeführt.
Das erfinderische Verfahren zur Regelung den Fahrmotorstromes.befreit vorteilhafter Neise den TriebwagenfOrer von dem direkten Stellen der Fahrschalterwalze ?a. Es wird von ihm 1e-. diglich eine Sollgrößeneinstellung 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 ,Meise verwirklicht Werden. Die Betriebssicherheit der Anlage ist somit wesentlich erhöht.
Darüber hinaus wird der Triebwagenführer der physischen Be- lastung der Betätigung der Fahrschalterwalse ?a enthoben.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehtr darin, daß bei einem Zugverband die in jedem Triebfahrzeug vorhandenen, mit elektrisch leicht weiterleitbaren Eingangsimpulsen gespeisten "landler 6 eine technisch mit geringem Aufwand auszuführende Zugsteuerung ermöglichen. Der durch die Elemente 1 bis ? gebildete Regelkreis bildet in fortschrittlicher :eise die Möglichkeit, die Erfüllung der vom Triebijagenführer vorgegebe- nen Sollgrößen durch Uberlagerung weiterer Regelkreise zu dem erläuterten Hauptregelkreis von Kontrollgrößen und von zus@tzli# chen Betriebseinrichtungen abhängig zu machen. So läßt sich z.Be in nicht näher dargestellter Weise dieser Nauptregelkreis mit dem Regelkreis eines vorgeschlagenen Uberbremsschutze-s vernaschen: In die Zeichnung eingetragen sind hingegen zwei Weitere, mit dem flauptregelkreis vermaschte Regelkreise. Ein Regelkreis, gebildet durch die Elemente 21 bis 24, ist für eine geschwindigkeitsabhängige Wahl der Bremsstufen zur Erzielung eines schnellen Bremseinsatzes bei einer in der vorliegenden Anordnung benutzten Kurzachlußbremse des elektrischen Triebfahrzeuges vorgesehen. Der zweite, vorerst zu betrachtende Regelkreis erlaubtes, zusätzlich zu gegebenen Fahr- und Bremsbefehlen des Steuerschalters 4 durch die Stellung eines besßaderen Schalthebels eine bestimmte Stellung der Fahrachalterwalze anzuwählen und einzustellen. Als derartig bevorzugte Stufen wären s.B. für den Fahrbetrieb ,ohne jedoch darauf beschränkt zu bleiben, die erste und die letzte Schaltstute bei Reihenschaltung der Fahrmotoren denkbar. Eine Begründung dafür leitet sich'nus den Bedinguagen für den Rangierverkehr und im anderen Fall für eine besondere wirtschaftliche Fahrweise ab. Ge- eignet 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 14 einen Schalt- befehl, auf Grund dessen die Verbindung zwischen dem Vergleichs-

glied 5 und dem Jandler 6 unterbrochen wird. In. dieser Folge wird

Stell gmelder

die Fahrachalterwalze in der augenblicklichen, durch den 13

gemeldeten. Stellung festgehalten. Der ätellungsmelder 13 steht in a.B.mechanischer oder elektrischer Verbindung mit der Fahrschal terwalze und gibt über deren Stellung mit an sich bekannten Mitteln stetig eine Bieldung an das Gerät 11.Durch eine liullstellurä des Schalthebels 12 wird der letztlich erläuterte Regelkreis außer Betrieb gesetzt. Gleichseitig wird damit die Verbindung Zwischen dem Vergleichsglied 5 und dem tYandler 6 Wieder hergestellt.
Der zweite in die Zeichnung eingetragene,mit dem Haupt-_ regelkreis der Elemente 1 bis 7 vermaschte Regelkreis dient der Anwahl von Bremsstellungen der Fnhrschalterwalge bei der Kurzachlußbremsung des elektrischen Triebfahrzeuges. Dem Wandler 6 wird aus der Schwellstufe 21 bei bestimmten, nooh näher :u 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 au einen Signal aus dem Vergleichsglied 5 auf den Wandler 6 dominierende firkung hat.

Die Schwellstufe 21 erteilt dem Wandler 6 sofort dann einen Befehl, der bei der Fahrschalterwalze eine Weiterschaltung in Richtung höherer Bremsstufen bewirkt,wenn von dem Steuerschalter 4 ein Bremsbefehl vorgegeben ist. Bei konstanter Anaprechspannung der Schwellstufe 21 werden abhängig von der Motordrehzahl und d«it von der Triebwa@;engeschwindigkeit die Stufen der Fahrachalterwal.ze 7a und damit die Widerstände 7b im Stellglied mit der Schnellregelung angewählt,die gerade einen mit Betriebsinstrumen-' ten noch erfaßbaren Bremsstrom den Fahrmotoren vorgeben. Irt diese Stellung erreicht, wird der weitere Bremsverlauf durch den Hsuptregelkreis beeinflußt. Die Schwellstute 21 wird dann. außer Be- trieb geset$t,wenn die Summe zweier sie speisender Spannungen einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der weitere Teil des Bremsvorganges wird dann, Wie bereits erläutert, mit Hilfe des Haupt- regelkreises weitergeführt. Die zwei erwähnten Spannungen werden zu einem Teil z.B. von einer Tachometermaschine 23 geliefert,de= ren Ausgangsgröße proportional der Umdrehungszahl des Motors ist. Die Anordnung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer Taeho-

metermaschine beschränkt. Der zweite Spannungsanteil,erzeugt von

. . . . . , _ . . . . _ ,der

dem Geber 24,@wächst mit der Ordnungszahl/durch die Fahrschalter-

walze,eingestellten Bremsstufe. 1#r läßt eich z.B. leicht über ein

mit der Fahrsehalterwalze ?a gekuppeltes Potentiometer darstellen..

. Der vorangehend beschriebene,von den Elementen 21 bis 24

gebildete. Regelkreis bewirkt, daß mit der@Yorgabe einer Sollgröße

im Bremsbereich des Steuerschalters 4 aus einem beliebigen Yahrsu-

stand des Triebfahrzeuges heraus der Wandler 6 sofort die Yahr-

schalterwalse ?a des Stellgliedes ? schnellstmöglich auf Brems-

stufen umschaltet. Der Regelkreis hat also die Aufgabe einer

Schnellregelung. In einem Masse, in dem die Fahrechalterwalze ?$

den Befehlen des Wandlers 6 folgt, erhöht sich der vom Geber

24 erzeugte Spannungsanteil,bis schließlich zusammen mit der Tacho

meterspannung die Aneprechapannung der Schwellstufe 21 überschrit-

ten und diese außer Betrieb gesetzt ist.

Claims

Patentansprüche: 1) erfahren zur Regelung des Fahrmotorstromes elektrischer Triebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet,daß eine mach einem Soll- Istvergleich an dem Ausgang eines Vergleichsgliedes auftretende Regelabweichung über einen elektrohydraulischen Wandler in der Regelabweichüng proportionale Fortschaltgeschwindigkeiten der Fahrachalterwalse umgewandelt wird. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenazeichnet,daß die Sollgröße des Regelkreises durch die Stellung einer.8teuer- schalters bestimmt wird. 3) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn:eichnet,daß als Istgröße der Fahrmotorstrom (I) dient. . 4) Verfahren nach.Anspruch 1,dadurch gekenaseicbnetfdaß als Vergleichsglied für den Soll-Istvergleich :.B. ein Magnet- verstärker oder ein elektronisch arbeitendes Rechengerät benutzt wird. 5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet9daß als elektrohydraulischer Wandler an sich bekannte Geräte, Brie $.B. Tauchspulenregler benutzt werden,die elektrische Eingangs- in hydromechanische Ausgangsgrößen umformen. 6) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennseichnet,äaß die Fahrschalteraralae direkt von dem mechanischen Ausgang des elektrohydraulischen Wandlers angetrieben wird. 7) Verfahren nach Anspruch '!,dadurch gekennseichnet,daß die Fahrschalteraralse unter Zwischenschaltung a.B.meahanischer oder elektrischer übertraguagsglieder von dem elektro-hydrauli- achen Wandler angetrieben wird.

8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daßdie Sollgrößen$tellungen des Steuerschalters bestimmten :lerten.des Fahrmotorstromes entsprechen. 9) Verfahren- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daB . ein aus den Elementen 1 bis ? gebildeter Hauptregelkreis mit- dem Regelkreis eines Überbremsschutzes vernascht wird. _. 10) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Elementen 1 bis ? gebildete Hauptregelkreis mit einem durch die@Elemente 11 bis 14 bestehenden Regelkreis für Wahlstellungen. der Pahrechalterwal$e vernascht. ist. 11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeiehnet,daB- die Sollgröße des Regelkreisen für Wahlstellungen der Fahrschalter walze durch 'einenßchalthebel (12) vorgegeben wird.- 12) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß die Istgröße des Regelkreises für Wahlatellungen.der Fahrschalter- walze durch einen mit der Fahrschaiterwalze in Verbindung stehen# den Stellungsmelder gemeldet wird, 13) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß bei Übereinstimmung der dem Gerät (11) zugeführten Soll- und Ist- größen dem Umschalter (14) ein die Verbindung zwischeli dem-Ver- gleichsglied (5) und dem Wandler (6) unterbrechender Sehaltbetehl erteilt wird. 14) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ßekennzeichn, ! i ,daß die Nullstellung des Schalthebeln (12) gleichzeitig die Unterbre- chung der Verbindung zwischen dem Vergleichsglied (5).und dem. Wandler (6) durch den Umschalter (14) aufhebt.

15) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,da8 mit dem aus den Elementen 1 bis 7 gebildeten xauptregelkreis@ ein weiterer, eine geschwindigkeitsabhängige Anwahl von Brems- stufen beeinflussender Regelkreis vermascht ist.' 16) verfahren nach Anspruch 15, dädurch gekennzeichnet, daß bei einen Bremsbefehl des Steuexoachalters (4) die Schweilstufe(21) nur dann ein Signal an den ,Wandler (6) gibt,wenn dieSin- gangespannung der Schwelletufe unter einem Ansprechwert liegt. 17) Verfahren nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeich- net, daß die Eingangsspannung der Schwellstufe (21) aus der Summe zweier Spannungen gebildet wird. 18) Verfahren nach Anspruch 15 und 17, dadurch gekennteich- net,daß die eine der Teilspannungen der Motordrehzahl propor- tional ist und z.B. von einer Tachometermaschine erzeugt wird. 19) Verfahren nach Anspruch 15 und 17, dadurch gekennzeich- net,daß die :weite Teilspannung fron dem Geber (24) geliefert wird und mit steigender Ordnungszahl der eingestellten Brems- stufe wächst. 20) Verfahren nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet,daß in der Verbindung des Vergleichsgliedes (5) und des-Wandlers (6) eine Weiche (22) vorgesehen ist. 21) Verfahren nach .Anspruch 15 und 20, dadurch gekennzeich- net, daß infolge der «eiche (22) beim Vorliegen eines Signals der Schwellstufe (21) der Wandler (6) diesem unabhängig von dem Befehl den Vergleichsgliedes (5) folgt..