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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum selbsttätigen Steuern einer
Gleisbremse in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung,
welche die Geschwindigkeit von im Bereich der Gleisbremse befindlichen Wagen kontinuierlich
erfaßt, wobei Steuerbefehle für die Gleisbremse mit Hilfe einer Vergleichsschaltung
ausgelöst werden, die einen von der genannten Ausgangsgröße abgeleiteten Istwert
mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht, den eine Recheneinheit aus der gewünschten
Auslaufgeschwindigkeit der Wagen und aus einem Meßwert für deren Einlaufgeschwindigkeit
bildet. Weitere bekannte Einflußgrößen, z. B. die Laufeigenschaft und die Länge
des Laufweges des Wagens nach Verlassen der Bremse, werden hierbei von der Recheneinheit
ebenfalls berücksichtigt.
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Die zum selbsttätigen Steuern einer Gleisbremse bekannten Anordnungen
enthalten eine Vergleichsschaltung, welche einen Steuerbefehl (Lösebefehl) zur Freigabe
der beim Einlauf jedes Wagens zunächst in der Bremsstellung befindlichen Bremse
abgibt, sobald die Ausgangsgröße der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung einen vorgegebenen,
von der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit va abhängigen Vergleichswert unterschreitet.
Es wird also bei gleichbleibender Bremskraft die Bremsdauer verändert, so daß, abhängig
von der geforderten Auslaufgeschwindigkeit und der zu deren Erreichung jeweils zu
vernichtenden Bewegungsenergie, die jeweils ausgenutzte Bremsenlänge stark schwankt.
Um diese Schwankung zu verkleinern und darüber hinaus zu vermeiden, daß leichte
Wagen auf die Bremse auflaufen, ist eine Anzahl von beispielsweise drei bis fünf
Bremskraftstufen vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Einstellung eines Bremsstufengebers
über die gesamte Bremsdauer wirksam werden. Die Einstellung des Bremsstufengebers
kann selbsttätig in Abhängigkeit von den quantisierten Meßwerten einer Gleiswaage
erfolgen. Um Fehlauslösungen zu vermeiden, muß in der Steueranordnung außerdem die
Reaktionszeit der Gleisbremse durch einen Korrekturwert berücksichtigt werden.
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Die bekannten Anordnungen erfordern somit einen nicht unerheblichen
Aufwand. Trotzdem ist ihre Arbeitsweise in mancher Hinsicht noch unbefriedigend.
Einerseits wird trotz Anwendung der erwähnten Bremskraftstufen im allgemeinen nur
ein mehr oder weniger großer Bruchteil der verfügbaren Bremsenlänge ausgenutzt.
Andererseits hängt die erforderliche Bremskraft nicht nur von der jeweils zu vernichtenden
Bewegungsenergie, sondern auch von dem beispielsweise durch den Zustand der Radkränze
bedingten Reibungsverhalten der Wagen in der Bremse ab, welches erst während des
Bremsvorganges selbst erkennbar wird und somit nicht schon vorher berücksichtigt
werden kann. Hierdurch können auch unnötig hohe Bremsverzögerungen auftreten. Dann
besteht die Gefahr, daß der betreffende Wagen von einem nachfolgenden Wagen in der
Bremse eingeholt und so angestoßen wird, daß er in der Bremse aufsteigt und enti
gleist.
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Um diese Gefahr zu beseitigen, ist die Anordnung von zwei zusätzlichen
Meldeeinrichtungen bekannt, von denen die erste vor der Bremse liegt und das Vorbeifahren
eines Wagens überwacht, während die zweite den Besetztzustand der Bremse überwacht.
Sie bewirken das Lösen der Bremse, wenn beim Vorbeifahren eines nachfolgenden Wagens
an der ersten Einrichtung die Bremse noch besetzt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, ohne daß eine Gleiswaage und
zusätzliche Meldeeinrichtungen erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Sollwertbildung
eine zweite Recheneinheit vorgesehen ist, die aus dem Meßwert für die Einlaufgeschwindigkeit,
dem Wert für die gewünschte Auslaufgeschwindigkeit und einem Wert für einen vorgegebenen,
einem wesentlichen Teil der Bremslänge entsprechenden Bremsweg den Sollwert nach
der Funktion f(vea va, SB) J 4vILIS = (ve - va)ISB beziehungsweise f(ve,
va, sB) = dv%l't = (ve2 - vag) 2 sB bildet, welcher dem beim Durchlaufen
des vorgegebenen Bremsweges gewünschten Ablauf des Bremsvorganges entspricht, und
daß eine dritte Recheneinheit vorgesehen ist, welche aus der der jeweiligen Wagengeschwindigkeit
entsprechenden Ausgangsgröße der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung einen der Änderung
dieser Größe entsprechenden Istwert F(v) = dv/ds = b(t)/v(t) beziehungsweise F(v)
= dv/dt = b(t) bildet, wobei die Vergleichsschaltung in an sich bekannter Weise
nach Maßgabe der Abweichung des Istwertes vom Sollwert eine Ausgangsgröße liefert,
welche über eine Steuerstufe die Bremswiikung der Gleisbremse derart beeinfiußt,
daß die Abweichung verschwindet.
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Die Erfindung ermöglicht es, bei jedem Bremsvorgang einen Bremsweg
einzuhalten bzw. auszunutzen, der einem möglichst großen Teil der Bremsenlänge entspricht,
sowie das individuelle Reibungsverhalten der Wagen während des Bremsvorganges selbst
zu erfassen und zu berücksichtigen.
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An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im
folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 schematisch und als Blockschaltbild
den grundsätzlichen Aufbau einer Steueranordnung mit der zweiten und dritten Recheneinheit,
F i g. 2 und 3 zwei Beispiele f ür die dritte Recheneinheit zum Bilden der einen
bzw. anderen obenerwähnten Funktion F(v), F i g. 4 eine weitere Ausbildung der Steueranordnung
nach F i g.1.
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F i g. 1 läßt eine in ein Ablaufgleis 1 eingefügte Gleisbremse 2 erkennen,
deren Bremswirkung durch eine Steuerstufe 3 beeinfiußt und deren Betätigung bzw.
Freigabe durch eine Schaltstufe 4 gesteuert werden kann. Die Steuerung der Schaltstufe
4 kann über ihre Eingangsklemme 4' außerdem in Abhängigkeit vom Einlaufen und Auslaufen
der Wagen S aus der Bremse, beispielsweise durch einen von Hand betätigbaren Geber
erfolgen.
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In bekannter Weise ist hinter der Gleisbremse 2 eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
6 vorgesehen, welche kontinuierlich die Geschwindigkeit v(t) des im Bereich der
Gleisbremse befindlichen Wagens erfaßt und eine dieser Geschwindigkeit entsprechende
Ausgangsgröße abgibt. Diese Meßeinrichtung enthält vorzugsweise ein Dopplerradar.
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Unmittelbar vor der Gleisbremse befindet sich eine
Einrichtung
7 zum Bestimmen eines der Einlaufgeschwindigkeit v, des Wagens entsprechenden Meßwertes.
Diese Einrichtung ist hier schematisch mit zwei. Gebern dargestellt, deren jeder
beim Überfahren durch ein Rad einen Impuls abgibt, wobei aus dem bekannten Abstand
der Geber und dem zeitlichen Abstand der Impulse ein der Geschwindigkeit entsprechender
Meßwert gebildet wird. Grundsätzlich könnte man aber zur Erfassung der Einlaufgeschwindigkeit
ve beispielsweise auch das Dopplerradar 6 heranziehen, indem sein Meßwert mit Hilfe
eines Gebers zum Zeitpunkt te des Einlaufens des Wagens festgehalten wird.
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In der in bekannter Weise vorgesehenen ersten Recheneinheit 10 wird
aus dem genannten, der Einlaufgesehwindigkeit ve entsprechenden Meßwert und weiteren,
durch fi symbolisierten Einflußgrößen, z. B. Laufeigenschaft des Wagens und Länge
des Wagenlaufweges nach Verlassen der Bremse, nach bekannten Beziehungen ein der
gewünschten Auslaufgeschwindigkeit va des Wagens entsprechender Ausgangswert gebildet.
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Zusätzlich sind eine zweite und dritte Recheneinheit 11 und 8 vorgesehen.
Die dritte Recheneinheit 8 bildet aus der veränderlichen, von der Wagengeschwindigkeit
v(t) abhängigen Ausgangsgröße der Meß;inrichtung 6 einen Ausgangswert, welcher der
Funktion F(v) entspricht. Zwei Beispiele für die Wahl dieser Funktion sind weiter
unten beschrieben. Der Ausgangswert für die Funktion F(v) wird dem einen Eingang
einer weiter unten behandelten Vergleichsschaltung 9 zugeführt.
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In die zweite Recheneinheit 11 werden die Werte der Einlauf- und der
Auslaufgeschwindigkeit ve bzw. va sowie ein Wert für einen vorgegebenen Bremsweg
sB eingegeben, der einem wesentlichen Teil der insgesamt verfügbaren Bremsenlänge
entspricht.
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Diese Recheneinheit bildet daraus nach einer Funktion f (v"
va, sB) einen Vergleichswert, der dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 9
zugeführt wird. Diese Funktion ist derart gewählt, daß nach Durchlaufen des genannten
Bremsweges SB die Geschwindigkeit des Wagens gleich der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit
va wird, wenn während des Bremsvorgangs der genannte, der Funktion F(v) entsprechende
Ausgangswert der dritten Recheneinheit 8 mit dem vorgenannten Vergleichswert der
zweiten Recheneinheit 11 übereinstimmt.
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Die Vergleichsschaltung 9 ermittelt die Abweichung d F des aus dem
Meßwert für die Geschwindigkeit v (t) nach der weiter oben definierten Funktion
F(v) abgeleiteten Wertes von dem vorstehend definierten nach der Funktion f(ve,
va, sB) gebildeten Vergleichswert: 4 F = F(v) - f (v" va, sB). Sie
liefert eine Ausgangsgröße f (J F), welche über die Steuerstufe
3 die Bremswirkung der Gleisbremse 2
in dem Sinne beeinflußt, daß die genannte
Abweichung 4 F verschwindet.
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Zusammengefaßt ergibt sich somit folgende Wirkungsweise: Wenn ein
Wagen S in den Bereich der Gleisbremse einläuft, wird zunächst durch die Meßeinriehtung
7 ein seiner Einlaufgeschwindigkeit ve entsprechender Meßwert gebildet. In der ersten
Recheneinheit10 wird daraus und aus den Einflußgrößen fi ein der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit
va entsprechender Wert gebildet. Die zweite Recheneinheit 11 bildet aus den Werten
für die Geschwindigkeiten ve und va und dem Bremsweg SB einen den gewünschten Ablauf
des Bremsvorgangs des betreffenden Wagens bestimmenden Vergleichswert nach der Funktion
Ave, va, sB), der einem der beiden Eingänge der Vergleichsschaltung 9 zugeführt
wird. Während des Ablaufs wird durch die Meßeinrichtung 6 laufend ein der jeweiligen
Wagengeschwindigkeit v(t) entsprechender Meßwert abgegeben und hieraus in der dritten
Recheneinheit 8 ein Ausgangswert entsprechend der weiter oben definierten Funktion
F(v) gebildet. Dieser wird dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 9 zugeführt.
Sofern die Differenz d F = F(v) -, f (ve, va, SB)
ungleich Null
und damit der Wert der Ausgangsgröße f (A F) der Vergleichsschaltung
9 endlich ist, wird über die Steuerstufe 3 die Bremswirkung der Gleisbremse 2 derart
beeinflußt, daß die Abweichung d F verschwindet. Da die Funktionen
f (ve, va, SB) und F(v) so gewählt sind, daß für den Fall der Übereinstimmung
ihrer Werte während des Bremsvorganges die Geschwindigkeit des Wagens nach Durchlaufen
des Bremsweges SB der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit va entspricht, wird
auf diese Weise jeder Wagen, unabhängig von seinem Gewicht und seiner Laufeigenschaften,
mit der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit aus der Bremse austreten.
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Aus der im Zusammenhang mit der Beschreibung der zweitenRecheneinheitll
gegebenenundvorstehend wiederholten Bedingung für die Wahl der Funktion
f (v" va, sB) in Anpassung an die Funktion F(v) lassen sich zwei besonders
vorteilhafte Möglichkeiten für die Ausbildung der zweiten und dritten Recheneinheit
realisieren. Beide Möglichkeiten sind im folgenden erläutert.
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Die eine Möglichkeit für die Wahl der Funktion f (ye, Va, SB)
zum Bilden des als Führungsgröße oder Sollwert wirksamen Vergleichswertes und des
als Hilfsregelgröße oder Istwert wirksamen Wertes der Funktion F(v) ergibt sich
durch die Aufstellung der Bedingung, daß über dem gesamten Bremsweg sB die Geschwindigkeitsabnahme
d v des Wagens proportional der zurückgelegten Bremsstrecke d s sein soll. Wie aus
dem Diagramm im linken Teil der F i g. 2 direkt entnehmbar, in welcher die Abszisse
den Weg s und die Ordinate die Geschwindigkeit v darstellt, entspricht dann der
von der zweiten Recheneinheit 11 als Sollwert zu liefernde Vergleichswert folgender
Funktion: f (ve, va, SB) = d VIA S = (ve
- va)ISB# Dem entspricht für den Istwert eine Ausgangsgröße der Recheneinheit
8 nach der Funktion F(v) = dv/ds = (dv/dt) # (dt/ds = )b(t)jv(t).
Somit ergibt sich die Abweichung d F aus der Beziehung d F = b (t)Iv
(t) - (v" - va)ISB.
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Zum Abgeben der dem Istwert entsprechenden Ausgangsgröße enthält die
dritte Recheneinheit 8, wie im rechten Teil der F i g. 2 angedeutet, ein Differenzierglied
81 für den Meßwert der Geschwindigkeit v(t) und ein Dividierglied 82, das den Quotienten
b(t)/v(t) bildet.
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Die andere Möglichkeit ergibt sich aus der Bedingung, daß über dem
gesamten Bremsweg sB während der Zeit tB die Geschwindigkeitsabnahme d v des
Wagens
proportional der Zeit d t ist, innerhalb welcher sie erfolgt. Entsprechend
dem Diagramm im linken Teil der F i g. 3, in welcher die Abszisse die Zeit t und
die Ordinate die Geschwindigkeit v darstellt, ist dann d v/d t = b(konat)
_ (ve - ya)ltB# Mit v(t) = v, - b - t ergibt sich
Daraus mit tB = (ve - va)/b: SB - ye ' (ye --- ya)/b
_` b ' (v" - va)'/2b2; b - SB = ve2 - veva -r (v"2 + vag
- 2ve va)I2; und daraus b = (ve2 - va2)l2SB = Ave, va,
SB).
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Dem entspricht eine Ausgangsgröße der dritten Recheneinheit 8 nach
der Funktion F(v) = dy/dt = b (t).
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Somit ergibt sich die Abweichung d F aus der Beziehung d F = b
(t) - (ve2 - va2)/2sB.
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Die Recheneinheit 8 besteht in diesem Falle nur aus einem Differenzierglied
81 für den Meßwert der Geschwindigkeit v(t).
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Insbesondere zu Beginn des Bremsvorganges wird das Bewegungsverhalten
des Wagens im allgemeinen nicht exakt der Darstellung in den Diagrammen der F i
g. 2 bzw. 3 folgen. Es werden sich meist kurzzeitige Einschwingvorgänge um den jeweiligen
Sollwert ergeben. Diese lassen sich jedoch mit den bekannten Mitteln durch entsprechende
Wahl der Funktion f (d F)
und gegebenenfalls zusätzliche, dem Fachmann bekannte
Maßnahmen klein halten bzw. so gestalten, daß das gewünschte Bewegungsverhalten
im Mittel optimal angenähert wird.
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In diesem Zusammenhang und aus anderen Gründen kann es zweckmäßig
bzw. von Vorteil sein, die Steueranordnung durch Mittel zu ergänzen, welche in bekannter
Weise das Lösen der Gleisbremse bewirken, sobald die gewünschte Auslaufgeschwindigkeit
va erreicht ist. Eine derartige Steueranordnung ist in F i g. 4 gezeigt.
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Die Steueranordnung nach F i g. 4 entspricht in ihrem Grundaufbau
der in F i g. 1 dargestellten. Zusätzlich ist in an sich bekannter Weise eine Vergleichsstufe
12 vorgesehen, welcher der Ausgangswert der ersten Recheneinheit 10 und der Ausgangswert
der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 6 zugeführt werden. Der Ausgang der Vergleichsstufe
12 ist mit einem Eingang der Schaltstufe 4 verbunden. Sobald die Geschwindigkeit
v(t) des in der Bremse befindlichen Wagens der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit
va entspricht, entsteht am Ausgang der Vergleichsstufe 12 ein Signal, welches über
die Schaltstufe 4 das Lösen der Gleisbremse 2 bewirkt.