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Verfahren zur Erfassung des Dürchgehens von Motoren oder des` Schleuderns
der Triebräder.von. Schienenfahrzeugen. Bei Triebfahrzeugen ist man bestrebt, um
hohe Zugkräfte ausüben zu können, das Reibungsgewicht bis nahe an die Schleudergrenze
der Triebräder auszunützen: Da die Reibungsverhältnisse zwischen Rad -und Schiene
sehr unterschiedlich sein können,treten ab und zu-Schleudervorgänge auf. Solche
Schleudervorgänge_ßind sehr wenig erwünscht, da sie nicht nur mit einem U#gkraftabfüll
verbunden sind, sondern weil beim Schleudern auch hohe Materialbeansprüehungen durch
Fliehkräfte auftreten können. Auch treten dann; wenn sich die Räder nach dem Schleudervorgang
wieder-fangen, stoßartige Beanspruchungen für. das Material auf.-Es-ist deshalb
erwünscht, einen auftretenden Schleudervorgang möglichst schnell zu erfassen und
durch Verkleinerung des .Antriebsdreh- ' momentes oder durch Betätigung einer S@andstreueinrichtung
zu beenden.
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Es'eind bereits -Sohleudersehutzeinrichtungen bekannt' bei denen mit.den
Triebrädern, kleine Schwungmassen verbunden 'sind, die über eine-Schlupfkupplung
angetrieben werden.'Werin die Winkelbeschleunigung der Triebräder zu gross wird,
wie dies z.B.
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beim Eintreten eines Schleudervorganges der Fall,.ist;_kann die Schlupfkupplung
das zur Beschleunigung der Schwungmassen erforderliche Drehmoment nicht mehr aüf-diese.übertrage:n.
Das . -Rutschen der Schlupfkupplung ist ein Kriterium für das Auftreten eines Schleudervorganges
uridkannfür die Einleitung der Verminderung des Antriebsdrehmomentes herangezogen
werden bezw, die Betätigung der Sandstreueinrichtung einleiten.' .
Es
sind auch elektrisch wirkende Schleuderschutzvorrichtungen bekannt. Bei Triebfahrzeugen,
die eine oder mehrere Laufachsen ' besitzen, kann das Vorhandensein einer Drehzahldifferenz
zwischen einer Triebachse und einer Laufachse als Kriterium für den Schleudervorgang
herangezogen werden. Dieses Verfahren ist aber, wie gesagt, nur bei Triebfahrzeugen
mit Laufachsen anwendbar.
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Es sind auch bereits Schleuderschutzvorrichtungen bekannt, die auf
das plötzliche Fallen des Fahrstromes ansprechen. Eine solche bekannte Einrichtung
weist z. B. ein polarisiertes Anzeigern oder Steuergerät auf, das mit dem Fahrmotorstromkreie
induktiv oder kapazitiv so gekoppelt ist, dass es nur auf zeitliche Minderungen,
also wenn der Differentialquotient des Fahrmotor stromes über der Zeit negativ wird,
anspricht.
| Es sind auch ferner elekdiiisch-wirkende Sehleuderachutzeinrich- |
| tungen bekannt, die auf Winkelbeschleunigung der Triebräder |
ansprechen. Die Winkelbeschleunigung der Triebräder kann jedoch nur dadurch in relativ
einfacher Weise erfasst werden, dass jeweils die Spannung eines mit einer Triebachse
gekuppelten Tachometergenerators, die der Geschwindigkeit proportional ist, einem
Differenzierglied zugeführt wird, wobei die differenzierte Spannung zur Betätigung
des Schaltwerkes dienen kann. Es be-
| reitet aber grosse Schwierigkeitpn, die Störimpulse, die immer |
| vorhanden sein können, und durchdoberwellen in der Spannung |
des Taehometergenerators oder auch durch das Zahnspiel im Ge-
triebe, oder
durch Schalthandlungen bei elektrischen Triebfahrzeugen verursacht sind, von den
Spannungsimpulsen, die .durch einen Schleudervorgang hervorgerufen werden, zu trennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sehleuderaehutzeinriohtung zu schaffen, bei der
eine einwandfreie Unterscheidung des durch einen Schleudervorgang in einer Differenziereinrichtung
,erzeugten Spannungsimpulses von Störimpulsen möglich ist.
Bei einem
Verfahren zur Erfassung des Durchgehens von Motoren oder des Schleuderns der Triebräder
von Schienenfahrzeugen, bei. der mit jedem Motor bezw, mit jeder Triebachse ein
Tachometergenerator gekuppelt ist und die vom Tachometergenerator induzierte Spannung
einem Differenzierglied zugeführt wird, wird diese dadurch erreicht, dass die Spannung
des Tachometergenerators in einem Differenzierglied mit kleiner Zeitkon-
stante
nach
der Zeit differenziert wird und die dabei entstehende Spannung in einem
Integrierglied mit wesentlich grösserer Zeitkonstante integriert wird, dessen bei
plötzlichem Drehzahlanstieg ansteigende Ausgangsspannung beim überschreiten eines
vorbestimmten Wertes Gegenmassnahmen gegen das Durchgehen des Motors einleitet,
wobei die Ladung des Integriergliedes laufend durch einen hoehohmigen Widerstand
abgeleitet wird.
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Der Anfahrvorgang eines mit einer Einrichtung.gemäse der Erfindung
versehenen Triebfahrzeuges soll. anschliessend näher betrachtet werden, wobei der
Einfachheit halber angenommen werden soll, dass
der Beschleunigungswert beim
Anfahrvorgang konstant bleibt. Die Spannung des mit einem Triebradsatz gekuppelten
Tachometergenerators steigt dann proportional mit der Geschwindigkeit über der Zeit
an. Am Ausgang des Differenziergliedes ergibt sich damit eine konstante Spennung.
Nun möge z.B. infol-
ge Verschmutzung der Schienen der Reibungswert nicht
mehr zur Übertragung des Motordrehmomentes auf die Schienen ausreichend sein. Der
Triebradeat$ kommt dann in's Schleudern und steigert seine Drehzahl sprunghaft.
Der Differentialquotient der von dem Tachometergenerator induzierten Spannung über
der Zeit springt damit auf einen wesentlich höheren Wert und somit ergibt sich am
Ausgang des Differenziergliedes für die Dauer des Schleudervorganges des Triebradsatzes
ein wesentlich höherer Wert als bei einer normalen Beschleunigung. Nachdem die Triebachse
eine bestimmte, wesentlich über der der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl
erreicht hat, tritt oft wieder
ein Gleichgewichtszustand ein,
wobei eine
weitere Besohleuni-
| gung der Triebräder niohtzmehr stattfindet. Der Differential- |
| quotient der Triebraddr geht dann praktisch auf Null zurück. |
Am Ausgang des Differensiergliedes entsteht beim Eintreten
eines Schleudervorganges
damit eine Spannung,,
die einen etwa
trapezförmigeW Verlauf hat.
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Diese trapezförmige Spannung wird einem Integrierglied
zuge-
führt, an dessen Ausgang bei einer mathematisch korrekten
Inte-
gration eine Spannung entstehen würde, deren zeitlicher Ver-
lauf
dem der Spannung des Tachometergenerators entsprechen
würde.
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Ein.solcher Spannungsverlauf am Ausgang des Integriergliedes
brächte keinen Vorteil für die Einwirkung auf. die Steuerung
des
Motors bzw. des Triebmotors. Nun.besteht aber die Möglich-
keit, die
Zeitkonstante des Differenziergliedes und die des
Integriergliedes
verschieden grose.zu machen,Dies reicht für
eine einwandfreie
Erfassung des. Schleudervorgangee, d.h. also
einer Unterscheidung
zwischen den Ungleichmässigkeiten des
Drehmomentes hervorgerufenen
kleinen Geschwindigkeitsschwankungen und einem stärkeren BeschleunigungsetoB
bei einem
Schleudern der Räder aber noch nicht aus,weil bei dem
langsamen Ansteigen der Geschwindigkeit bei einem normalen Anfahrvorgang
auch die Spannung am Integrierglied so lange dauernd
ansteigt
bis die Grösse der Spannung für die Beeinflussung den Schaltwerkes
bezw, des Reglern erreicht wäre. Dem Ausgang des
Integriergliedes
ist daher ein Entladewiderstand parallel ge-
schaltet, der dafür
Sorge trägt, dass die Spannung am Konden-
sator sich bei
einem normalen Beschleunigungsvorgang infolge der dauernden Entladung praktisch
überhaupt nicht erhöht und
dass die Spannung am Ausgang
des Integriergliedes nach Beendigung eines Schleudervorganges
ebenfalls auf den Ausgangswert wieder zurückgeführt wird.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nunmehr die erfindungsgemässe
Einrichtung näher erläutert werden. In der Fig. 1 ist ein Backschaltbild der Schleuderschutzeinrichtung
uhd in den Fig, * 2. ünd 3 sind Prirlzipsohaltbilder des Diff13
Integriergliedeg
und in der Fig. 4 sind drei Diagramme fair die Spannung des Tachometergenerators
für die differenzierte Spannung und für die integrierte Spannung über der Zeit dargestellt,
In den Fig. 1, 2 und-3 ist mit l der Tachometergenerator, mit 2 das Differenzierglied,
mit 3 das Integrierglied-, mit 4"ein Zeitglied mit Selbgthalteeinriehtung, mit 5
eine Verstärkeeinrichtung und mit 6-der .Antrieb des Schaltwerkes bezw: der Regeleinrichtung
des Motors z.B, eines Dieselmotors bezeichnet.
| In der Fig. 2 ist weiterhin mit 21 ein Einstellwiderstand,
mit |
| 22 der Differenziertraif ° mitt°f, ein Einstellwiderstand für
die |
Aufladung-des Kondensators 32 und mit 33 ein Entladewidergtand bezeichnet, und.
in der Fig. 3 mit 21 ein Einstellwiderstand und mit 23 ein Kondensator bezeichnet.
Bei einem Anfahrvorgang steigt die Drehzahl des Motors bezw, der Triebachsen n bezw.
die Spannung uT an dem Tachometergenerator 2 entsprechend der Kurve uT = f (t) bzw.
n= f-(t) wie in Fig. 4a dargestellt von der. Zeit Null bis zur Zeit t1 langsam an.
Der Differentialquotient uD = düT/dt des Wertes .uT, der in
| Fig. 4b dargestellt ist, ist etwa kdnstant und relativ klein. |
| der integrierte WertjuD, dt'der in Pig.: 4e dargestellt ist, |
| würde an und für sich ebenso wie der Spannungswert uT in Fig. |
4a mit grösser werdender Zeit ansteigen. Dieser Anstieg-ist unerwünscht, da sonst
die Gefahr besteht, dass-bei einem normalen Anfahrvorgang der Spannungswert, bei
dem eine Beeinflussung des Schaltwerkes bezw, der Regeleinrichtung des Motors erfolgen
soll, erreicht wird. Dies wird aber durch die Eigenart der Schaltung verhindert,
indem der bereits erwähnte Entladewidergtand dem Kondensator des Integriergliedes
parallel geschaltet ist.
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Im Zeitpunkt t1 soll z. B. infolge verschmutzter Schienen o. dgl.
ein Schleudervorgang einsetzen. Die Spannung uT an dem Tachome= tergenerator 1 steigt
dann plötzlich an, und am Ausgang des Differenziertrangformatorg 22 tritt dann plötzlich
eine hohe Span-. nungsspitze auf, die falls der Triebradsatz nicht mehr weiter
beschleunigt
wird, wieder zum Verschwinden kommt, wie dies in der Fig. 4b angenommen_ist. Am
Ausgang des Differenziertransformators 22 ergibt sich während des in. Betracht gezogenen
Schleudervoganges dann ein etwa trapezförmiger Spannungsverlauf. Diese Spannung
wird über den Widerstand 31, dem Kondensator 32 zugeführt, der damit auf einen-verhältnismäasig
hohen Spannungswert aufgeladen wird.Damit liegt am Eingang des mit dem Kondensator
gekoppelten Zeitgliedes mit Selbsthaltung 4 praktisch die gleiehe Spannung wie am
Kondensator 32. Bei einem bestimmten anliegenden Spannungswert U# (Fig. 4c), auch
wenn dieser nur kurzzeitig ansteht, schaltet das Zeitglied 4 und gibt auf die Verstärkereinrichtung
5 Spannung,- so dass der Antrieb 6 betätigt wird, wobei das Schaltwerk z.B. eine
Stufe zurückschaltet bezw. der Drehzahlsteller des Dieselmotors im Sinne einer Drehzahlverminderung
verstellt wird oder eine Sandstreueinriehtung betätigt wird.
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Nach einer kurzen Zeitspanne nach Ablauf der am Zeitglied 4 eingestellten
Zeit (z.B. nach etwa 2 Sektanden ) schaltet des Zeitglied 4 wieder ab, so dass der
Eingang des Verstärkers 5 und der Antrieb 6 wieder spannungslos werden, also keine
Einwirkung mehr auf den Antriebsmotor ausgeübt wird. In der Fig. 4e ist der Verlauf
der Spannung am Kondensator 32, also am Ausgang des Tntegriergliedea 3 dargestellt:
Vom Zeitpunkt Null bis zum Zeitpunkt t1 ist die Spannung am Kondensator 32 praktisch
Null, da die Spannung des Differenziertransformatore 22 den Kondensator nicht aufladen
kann, da die Ladung laufend durch den Widerstand 33 abfliesst. Erst nach dem Zeitpunkt
t1, wenn eine grössere Spannungszeitfläche bei der Spannung am Differenziertransformator
22 entsteht, ergibt sich am Kondensator 32 ein kräftiger Spannungsanstieg, der bei
Überschreiten des Grenzwertes 'ix zum Ansprechen des Zeitgliedes 4 führen kann.
Das Zeitglied 4 ist so aufgebaut, dass es auch bei einer geringen Überschreitung
des Ansprechwertee UK, selbst wenn dieser Viert nur eine sehr .kurze Zeit ansteht,
den erwähnten Schaltvorgang durchführt.Dies kann $. B, durch eine dem Zeitglied
vorgeschaltete Kippstufe erreicht werden,
Durch die Wirkung
des Entladewideretandes 33 wird die Spannung uj am Kondensator 32
relativ rasch wieder auf Null zurückgeführt, so dass die Einrichtung
wieder für die Abwehr eines neuen
Schleudervorganges zur Verfügung steht.gleinere,
am Ausgang
des Differenziergliedes 2 induzierte Spannungsimpulse,
die z. B. von Oberwellen des Taohometergenerators 1 oder von
Schalthand-lungen oder von Drehmomente en, auf Grund von Verzaxnungsungenauigkeiten
des Getriebes hervorgerufen sein können,
erzeugen zwar auch
an Ausgang des Integriergliedes kleine Spannungsinpulee, jedoch
ist die Grösse dieser Spannungen nie aus-
reichend, um
das Zeitglied 4 zum Ansprechen Zu bringen.
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Die Erfindung kann sowohl beim Anlassen von Gleichstromhauptschlusemotoren
oder auch als Sohleuderschutzeinrichtung_für von elektrischen oder von
Brennkraftmaschinen angetriebenen Schienenfahr$eugen mit hydraulischen oder elektrischen
Drehmomentwandlern angewandt werden.
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Ale Differenzierglied 2 kann nicht nur ein Differenziertransformator,
wie es im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dargestellt ist, sondern auch
eine Widerstandekapazitätakombination (RC-Glied), wie in Pig. 3 dargestellt,
zur Verwendung kommen.
Auch für das Integrierglied können, Widere
Elemente, wie im
Ausführungsbeispiel beschrieben ist, benutzt
werden.