DE1755486A1

DE1755486A1 - Einrichtung zur Regelung der pneumatischen Bremskraft eines Eisenbahnzuges

Info

Publication number: DE1755486A1
Application number: DE19681755486
Authority: DE
Inventors: Hansrudi Buehler; Wenk Hans Peter
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1967-06-01
Filing date: 1968-05-15
Publication date: 1971-08-12
Also published as: ES354565A1; US3537758A; DE1755486B2; AT285671B; FR1579549A; GB1187517A; CH474393A; SE337388B; YU31366B; JPS4911895B1; BE716043A

Description

Maschinenfabrik Oerlikon,' Zürich (Schweiz)

Einrichtung zur Regelung der pneumatischen Bremskraft eines Eisenbahnzuges.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der pneumatischen Bremskraft eines Eisenbahnzuges, bei welchem das Sriebfahrzeug und/oder die Wagen mit einer an eine Druckluft-Hauptleitung angeschlosseneni einen oder mehrere Bremszylinder aufweisenden Bremsvorrichtung versehen sind, wobei der Luftdruck in jedem Bremszylinder in Abhängigkeit vom Luftdruck in der Hauptleitung gesteuert ist, und bei welchem das Triebfahrzeug oder ein Steuerwagen einen Bremsregler aufweist, der eine elektrische Steuergrösse zur Einstellung des Luftdruckes in der Hauptleitung in Abhängigkeit von einem der Differenz der Soll-Verzögerung und der Ist-Verzögerung des Eisenbahnzuges entsprechenden elektrischen Signal erzeugte

25,4.68Ag - 1 -.

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Es ist bekannt, auf Triebfahrzeugen von Eisenbahnzügen eine Fahrautomatik, z.B. eine Geschwindigkeitsregelung, eine Zugkraftregelung, eine Beschleunigungsregelung, vorzusehen, welche auch eine Regelung der pneumatischen Bremskraft vorsieht. Der Einsatz einer Druckluftbremse erfolgt hierbei erst dann, wenn die elektrische Bremse des Triebfahrzeuges nicht mehr ausreicht, um eine vorgegebene Verzögerung des Zuges zu bewirken.

Die bekannten Anordnungen und Verfahren zur Regelung der pneumatischen Bremskraft verwenden hierbei beispielsweise P-Regler oder PD-Regler, die aus Stabilitätsgründen verhältnismässig kleine Verstärkungen aufweisen. Daraus ergibt sich der Nachteil einer grossen Regelabweichung, so dass für den Einsatz der Druckluftbremse eine grosse Geschwindigkeitsabweichung notwendig ist, was das Einhalten einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit erschwert.

Andererseits tritt bei grosser Verstärkung des Bremsregelkreises insbesondere bei reinen P-Regeln ein starkes Ueberschwingen auf, das demnach ein mehrfaches abwechselndes Bremsen und Lösen bewirkt und damit unerv/Unschte Stösse und Zerrungen des Zuges bewirkt. Bei einem PD-Regler tritt ein Ueberschwingen bei zunehmendem Verzögerungswert, und bei zunehmendem Bremsverhältnis des Zuges auf, was ebenfalls von Nachteil ist.

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Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden und einen Bremsregler zu schaffen, der den Einschwingvorgang beim Bremsen so beeinflusst, dass der nötige B;remszy linderdruck in kurzer Zeit und ohne Ueberschwingen erreicht wird, ohne von der vorgegebenen Verzögerung und dem Bremsverhältnis abhängig zu sein. ■'·■'.

Erfindungsgemäss ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass im Bremsregler eine vom Signal der Verzögerungsdifferenz abhängige, mindestens einen einstellbaren Grenzwert aufweisende Spannung einem Integrator zugeführt ist, dessen .Ausgangsspannung zur Bildung der elektrischen Steuer-, grösse zur Einstellung des Luftdruckes dient und dessen Zeitkonstante von solcher Grosse ist, dass die zeitliche Aenderung des Luftdruckes in der Hauptleitung mindestens angenähert gleich oder kleiner ist als die maximale λ

Aenderung des Luftdruckes in jedem Bremszylinder.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte pneumatische Bremseinrichtung eines Eisenbahnwagens,

Fig. 2 einen Bremsregelkreis mit einem Bremsregler in sehematlscher Darstellung,

Fig. 3 eine Ausführungsform des Bremsreglers nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig.'4 eine weitere Ausführungsform des Bremsreglers in schematischer Darstellung,

Fig. 5a bis 5d den zeitlichen Verlauf von Eingangs- und Ausgangsgrössen des Bremsreglers der Fig. 4 bei Aenderungen der Sollwertverzogerung,

Fig. 6a und 6b Kennlinien von Schaltungsteilen des Bremsreglers der Fig. 4,

Fig. 7 die Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsform des Bremsreglers nach der Erfindung,

Fig. 8, 9, 10a bis 1Oe und 11 den Verlauf von Grossen der Schaltungsanordnung der Fig. 7 in Abhängigkeit der Verzögerungsdifferenz der Zeit und der Sollverzögerung.

Gemäss Fig. 1 weist eine Druckluft-Bremseinrichtung, die sich auf jedem Wagen eines Eisenbahnzuges befindet, ein Steuerventil 1 auf, das aji eine durch den Zug OUrGhgehende Druckluft-Hauptleitung 2 angeschlossen ist» In der Hauptleitung 1 besteht der Druck p, der im Normalzustand, d.h. bei gelösten Bremsen, beispielsweise ^: 5 kg/cm beträgt. Im Normalzustand sind ein Steuerbehi&lter

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und ein Hilfsluftbehälter 4 über das Steuerventil 1 mit der Hauptleitung 2 verbunden, so dass auch in diesen beiden Behältern der Druck ρ vorherrscht. Ein ebenfalls an das Steuerventil 1 angeschlossener Bremszylinder 5 ist im Normalzustand mit der Aussenluft verbunden, so dass vom Druck im Bremszylinder 5 auf die Räder 6 andrückbare Bremsklötze 7 gelöst sind. Λ

Wird der Druck ρ in der Hauptleitung 2 reduziert, so sperrt das Steuerventil 1 den Steuerbehälter J5 ab, so dass in ihm der ursprüngliche Druck von beispielsweise 5 kg/cm erhalten bleibt. Heber ein im Steuerventil 1 eingebautes, nicht dargestelltes Regulierventil wird bei der Absenkung des Druckes ρ der Hauptleitung 2 der Hilfsluftbehälter k mit dem Bremszylinder 5 verbunden, der gleichzeitig gegenüber der Aussenluft gesperrt wird. Dadurch baut sich im Bremszylinder 5 ein Bremsdruck auf, I

• der gemäss den Steuerkennlinien des Steuerventils 1 vom jeweiligen abgesenkten Druck ρ der Hauptleitung. 2 abhängt. Wird der Druck ρ in der Hauptleitung 2 anschliessend wieder auf einen höheren Wert gebracht, so wird der Bremszylinder 5 durch das Steuerventil 1 so lange mit der Aussenluft verbunden, bis der Gleichgewichtszustand mit dem neuen Druck in der Hauptleitung 2 gemäss der Steuerkennlinie erreicht ist.

■■■■ '■■■■= - 5 - ■ " ; ■ ^ ^ 109833/0633

Insbesondere in geschwindigkeitsgeregelten Eisenbahnzügen sind die in Fig. 1 dargestellten Druckluft-Bremseinrichtungen zusammen mit einem auf dem Triebfahrzeug oder einem Steuerwagen angebrachten Bremsregler, welcher den Druck ρ in der Hauptleitung 2 liefert, zu einem Bremsregelkreis vereinigt. Ein derartiger Bremsregelkreis ist in Fig. 2 schematisch und stark vereinfacht dargestellt.

Ein Bremsregler 8 erzeugt eine Druckabsenkung ρ > Vielehe auf die Bremseinrichtung»9wirkt. Durch die Bremseinrichtungen 9 wir.d ihrerseits bewirkt, dass am Zug 10 eine Verzögerung a gemessen werden kann. Die Verzögerung a ist also der Verzögerungs-Istwert des Zuges, der mit einem vorgegebenen Verzögerungs-Sollwert a, verglichen wird. Der Verzögerungs-Istwert a weist zudem einen Anteil der Verzögerung durch die elektrische Bremse des Triebfahrzeuges sowie einen Anteil der Verzögerung durch den Fahrwiderstand auf. Diese beiden Anteile sind als Störgrössen in der schematischen Darstellung der Fig. einfachheitshalber mit dem durch die pneumatische Bremskraft bewirkten Verzögerungs-Istwert zusammengefasst. Die Verzögerungsdifferenz a, wird dem Regler 8 als Stellgrösse zugeführt, so dass der Regelkreis geschlossen ist. In Fig. 2 sind die Vorrichtungen zur Umwandlung von

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■■■:v..

Druck, Geschwindigkeit und Verzögerung in entsprechende elektrische Grossen und umgekehrt, wie sie bei Geschwindigkeitsregelungen und Bremsregelungen auf Triebfahrzeugen bekannt sind, nicht eingezeichnet.

In Fig. 3 ist als Prinzipschema eine erste Ausführungsform des Bremsreglers 8 der Fig. 2 nach der Erfindung dargestellt, bei welchem die genannten nachteiligen Erscheinungen nicht auftreten. Ein Umschaltglied 11 wird vom Signal der Verzögerungsdifferenz a , einem Analog-

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signal gesteuert. Im einen Schaltzustand des Umschaltgliedes 11 liegt am Eingang eines Integrators 12 eine konstante Spannung g,. Am Integratorausgang wird die Spannung p„ abgenommen, welche gemäss Fig. 2 eine ■ proportionale Druckabsenkung in der Hauptleitung der Bremseinrichtungen bewirkt. Im anderen Schaltzustand des Umschaltgliedes 11 ist die konstante Spannung g, vom Eingang des Integrators 12 abgetrennt. Dagegen ist die Ausgangsspannung ρ über ein ohmsches Bückkopplungsglied

«■

an den Eingang des Integrators 12 gelegt,

Die beiden angeführten Schaltzustand^ des Umschaltgliedes 11 entsprechen den Funktionen 'des Bremsiqglers für "Bremsen" "bzw, für "Lösen". Beim Bremsen muss der Bremszylinderdruek ansteigen, solange die Verzögerungsdifferenz a positiv ist,

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bzw. beim Lösen abnehmen, wenn die Verzögerungsdifferenz a negativ ist. Da bei der Stellung "Bremsen" des Steuerventils 1 (Fig. 1) der Bremszylinderdruck praktisch geradlinig mit der Zeit ansteigt und im stationären Zustand zwischen der Druckabsenkung in der Hauptleitung 2 und dem Bremszylinderdruck ein linearer Zusammenhang ^ besteht, sollen die Druckabsenkung und damit die Spannung

ρ beim Bremsen linear mit der Zeit ansteigen. Dies wird a

gemäss Fig. 3 durch den Integrator 12 erzielt, an dessen Eingang durch das Umschaltglied bei positiver Verzögerungsdifferenz a die konstante Spannung g, gelegt ist. Die Zeitkonstante des Integrators 12 und der Wert der konstanten Spannung g. sind hierbei so gewählt, dass der Bremszylinderdruck mit seiner natürlichen Anstiegsgeschwindigkeit gerade der Druckabsenkung in der Hauptleitung bzw. der entsprechenden Ausgangsspannung ρ des Integrators nachkommt.

Auf der Stellung "Lösen" des Steuerventils 1 (Fig. 1) klingt der Bremszylinderdruck praktisch nach einer Exponentialfunktion ab. Wenn demnach die Druckabsenkung in der Hauptleitung bzw. die Ausgangsspannung ρ des

Integrators 12 (Fig. 3) entsprechend exponential verändert wird, so kann auch beim Lösen der Bremszylinderdruck mit seiner natürlichen Abklinggeschwindigkeit gerade

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der negativ verlaufenden Druckabsenkung, d.h. dem Druckanstieg, folgen. Getnäss Fig. j5 wird diese-Wirkungsweise durch das Rückkopplungsglied Ij5 erzielt, das bei negativer Verzogerungsdifferenz a, durch das Umschaltglied 11 über den Integrator 12 gelegt ist und dessen Grosse so gewählt ist, dass das exponentielIe Abklingen der Ausgangsspannung ρ entsprechend der natürlichen. Abklingge-

schwindigkeit des Bremszylinderdruckes erfiLgt.

Der Bremsregler der Fig. 3 wird somit solange die die Druckabsenkung erzeugende Spannung ρ aufbauen, bis die Verzögerungsdifferenz a gleich null ist. Da der Bremszylinderdruck jederzeit der Druckabsenkung in der Hauptleitung folgen kann, so ist im gleichen Zeitpunkt auch gerade der notwendige Bremszylinderdruck erreicht, um die vorgegebene Verzögerung a (Fig. 2) einhalten zu können. Ist die Verzögerungsdifferenz a gleich null, so flattert das Schaltglied 11 (Fig. J5) dauernd zwischen den beiden Schaltzuständen hin und her, so dass am . Ausgang des Integrators 12 die die Druckabsenkung bewirkende Spannung ρ mindestens angenähert konstant bleibt. Der beschriebene Bremsregler beeinflusst demnach in vorteilhafter Weise den Einschwingvorgang und den stationären Zustand beim Bremsen unabhängig vom Sollwert der Verzögerung und vom Bremsverhältnis des Zuges so, dass der

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Bremszylinderdruck in kürzester Zeit und ohne Ueberschwingen im Sinne einer schnelligkeits-optimälen Regelung erreicht wird. Insbesondere sind die durch das Ueberschwingen der Druckabsenkung bzw. des Bremszylinderdruckes bewirkten,, unerwünschten Stösse und Zerrungen des Zuges bei dem beschriebenen Bremsregler vermieden und die Wirksamkeit fe der Bremsen nicht beeinträchtigt.

Der beschriebene Bremsregler eignet sich vor allem für kurze Züge mit wenigen Wagen oder für Züge, die mit einer elektropne,umatischen Bremse ausgerüstet sind. Bei längeren Zügen mit druckluftgesteuerten Bremsen macht sich jedoch der Einfluss der Länge der durch den ganzen Zug geführten Druckluft-Hauptleitung bemerkbar, indem der Anstieg des Bremszylinderdruckes mit zunehmender Zuglänge gegenüber den Steuerventileigenzeiten wesentlich

^ψ verzögert wird. Diese zeitliche Verzögerung des Hauptleitungs- und des Bremszylinderdruckes wirkt sich auf die Stabilität des Bremsregelkreises ungünstig aus.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Bremsreglers schematisch dargestellt, durch welche der angeführte Nachteil bei langen Zügen vermieden ist. Gemäss Fig. 4 weist der Bremsregler, an dessen Eingang das Signal der Verzögerungsdifferenz a entsprechend Fig. 2 "geführt ist,, zwei Uebertragungskanäle auf, die am Ausgang des Brems-

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reglers wieder zusammengeführt sind. Im unteren Kanal gelangt die Verzögerungsdifferenz a, an den Eingang eines Verstärkers 14, der die Verzögerungsdifferenz verstärkt und sowohl den positiven als auch den negativen Spannungswert auf einen einstellbaren Grenzwert begrenzt.

Das Ausgangssignal f. des Verstärkers l4 ist demnach je nach Vorzeichen der Verzögerungsdifferenz a, eine, positive .M oder negative Gleichspannung und ist einem Integrator 15 zugeführt, dessen Ausgangssignal einen Teil der Spannung

p¹ bildet, welche der Erzeugung eines proportionalen Haupta

leitungsdruckes dient.

Im oberen Kanal ist die Verzögerungsdifferenz a an den Eingang eines Uebertragungsgliedes 16 gelegt, das eine nichtlineare oder mindestens angenähert lineare Kennlinie auf v/eist und beispielsweise ein ohmscher Widerstand sein

kann. Das Ausgangssignal f des Uebertragungsgliedes 16 f

wird zum Ausgangssignal des Integrators 15 vorzeichenrichtig addiert und bildet mit diesem zusammen die Spannung p^T ,

welche der Spannung ρ der Fig. 3 entspricht.

Der beschriebene Aufbau des Bremsreglers und seine Funktionsweise beruhen auf der folgenden Ueberlegung: Damit der Uebergangsvorgang beim Bremsen möglichst rasch, aber trotzdem ohne unerwünschte Stösse und Zerrungen abläuft, ist es von Vorteil, wenn bei einer

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Aenderung der Soll-Verzögerung a^ (Fig. 2)' die Druck-

OC

absenkung am Anfang der Hauptleitung bzw. die entsprechende Ausgangsspannung ρ des Bremsreglers so rasch wie mögli'ch

denjenigen Wert annimmt, der zur Einhaltung der Soll-Verzögerung notwendig ist. In Fig. 5a ist der gewünschte zeitliche Verlauf der Druckabsenkung bzw. der Spannung ρ^.

dargestellt, wenn die So 11-Verzögerung a, gemäss Fig. 5£>".

DC

im Zeitpunkt t, sprunghaft vergrössert und in einem späteren Zeitpunkt tp sprunghaft verkleinert wird. In Fig. 5c ist der entsprechende Verlauf der Verzögerungsdifferenz a, dargestellt. Aus den Fig. 5c und 5d ist dann ersichtlich, das,s sich· die Spannung p¹ der gewünschten

Druckabsenkung aus zwei Anteilen zusammensetzen muss, nämlich aus einem Anteil, der direkt von der Verzögerungsdifferenz a, abhängt undeinem in Fig. 5d gestrichelt dargestellten Anteil, bei dem eine Funktion der Verzögerungsdifferenz a integriert wird, da für a = O die Druck- : absenkung einen bestimmten Wert annehmen muss. Diese Signalanteile werden in guter Annäherung durch die einfache Schaltungsanordnung der Fig. 4 erzeugt.

In den Fig. 6a und 6b sind die Kennlinien des Uebe-rtra-gungsgliedes 16 bzw. des begrenzenden Verstärkers Ik der Fig. 4 dargestellt. Infolge der Verstärkung und des charakters des Verstärkers Ik nimmt die Spannung f,, geaäss Fig. 6b mit steilem Anstieg den maximalen oder miniiiaj.©n

Wert beim Bremsen bzw. Lösen an. Am Ausgang des Integrators 15 (Fig. 4) erscheint demnach vom Zeitpunkt t, an eine linearansteigende Spannung bzw. vom Zeltpunkt t_? an eine linear abfallende Spannung, die erst dann, wenn die Verzögerungsdifferenz a, gegen null strebt, quasi exponentiell verläuft. Wegen der geradlinigen Charakteristik des Uebertragungsgliedes l6 (Fig. 6a) und des angenähert geradlinigen Verlaufs der Verzögerungsdifferenz a, vom Zeitpunkt t, bzw. tp an, verläuft auch die Ausgangsspannung f entsprechend geradlinig. Die Summe der a .

Ausgangsspannung f des Verstärkers 16 und des Integrators 15, nämlich die Spannung ρ',hat demnach bei entsprechender Wahl des Uebertragungsmasses des Uebertragungsgliedes l6 und der Zeitkonstarite des Integrators I5 den gewünschten, in Fig. 5d dargestellten Verlauf. Hierbei entspricht der in Fig. 4 dargestellte untere Kanal mit dem Begrenzungsverstärker l4 und dem Integrator 15 beim Bremsen, d.h. bei positiven Werten der Verzögerungsdifferenz a, , der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform.

Es ist von Vorteil, die Neigung der in Fig. 6a dargestellten Geraden in Abhängigkeit vom Bremsverhältnis \ des Zuges zu wählen, wobei, wie in Fig. 6a angedeutet,

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die Neigung umso kleiner sein soll, je grosser das Bremsverhältnis /\ des Zuges ist. Die Begrenzung des dem Bremsen entsprechenden· positiven Astes der in Fig. 6b dargestellten Kennlinie des Verstärkers 14, ist mit Vorteil umso tiefer gelegt, je höher die Achsenzahl A des Zuges ist, wie dies in Fig. 6b angedeutet ist. Der dem Lösen der Bremse entsprechende negative Ast kann ™ dagegen bis zu hohen Achszahlen, z.B. 60 Achsen, den gleichen Begrenzungswert aufweisen.

Der beschriebene Bremsregler der Fig. 4 erlaubt es, einen optimalen'Druckverlauf in der Hauptleitung und in. den Bremszylindern bei raschen Verzögerungsänderungen auch für lange Züge zu erzielen. Um in der Praxis keinen grossen Aufwand bei der Anordnung von in Fig. 4 nicht dargestellten Einstellgliedern für die Kennlinien des _fc Uebertragungsgliedes 16 und des Verstärkers 14 treiben zu müssen, kann es zweckmässig sein, die Kennlinien nur für beispielsweise zwei Werte des Bremsverhältnisses X bzw. der Achsenzahl A einzustellen und für andere Werte eine geringfügige Abweisung vom optimalen Regelverhalten in Kauf zu nehmen.

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109833/0633 ^ßAD

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Die anhand der Fig. 5 und k beschriebenen Bremsregler benötigen keinen grossen Aufwand an Schaltungselementen.. Zudem sind die benötigten Beeinflussungsgrossen für den Bremsregler, insbesondere die Verzögerungsdifferenz a_fee, in der auf dem Triebfahrzeug vorgesehenen Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung, d.h. der Fahrautomatik, bereits vorhanden und dort greifbar.

Anhand der Fig. 7 wird im folgenden die Schaltungsanordnung eines Bremsreglers beschrieben, der auf der in Fig. 4 schematiseh dargestellten Ausfünrungsform beruht und darüber hinaus weitere Merkmale aufweist, welche zwei Betriebözustände erlauben, nämlich das Verzögern auf eine niedrigere Geschwindigkeit und die Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle. Die in der Schaltungsanordnung der Fig. ? verwendeten Schaltungselemente oder Gruppen von Schaltungselement en sind hierbei in üblicher V/eise ausgebildet, so dass ihre ausführIiehe Beschreibung entfallen kann.

Gemäss Fig. 7 ist ein Signal a. an den Eingang eines

Verstärkers 21 gelegt, dessen Verstärkung mittels eines Potentiometers 22 einstellbar ist. Das Signal a, ist die Korrekturspannung der Sollbeschleunigung des Triebfahrzeuges, d.h. eine der zeitlichen Ableitung der Geschwindigkeit dv/dt beim Ansprechen der Bremsstrombegrenzung des Triebfahrzeuges entsprechende analoge Spannung.

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Dieser Analogspannung ist die von der pneumatischen Bremse aufzubringende Verzögerungsdifferenz bzw. die entsprechende Spannung a, , welche am Eingang des Bremsreglers gemässPig. 4 liegt, proportional. Die Verzögerungsdifferenz a. ist also der Verzögerungswert, der von der elektrischen Bremse des Triebfahrzeuges nicht geliefert werden kann. Die Analogspannung a. wird dem auf dem Triebfahrzeug befindlichen Geschwindigkeitsregler entnommen. Da beim Bremsen dv/dt und damit a, negativ sind, die Verzögerungsdifferenz a, aber beim Bremsen positiv sein soll, wird durch den Verstärker 21 ein Vorzeichenwechsel bewirkt. Am Ausgang des Verstärkers liegt demnach die gewünschte Verzögerungsdifferenz a, als eigentliche Eingangsgrösse des Bremsreglers.

Aus der Verzögerungsdifferenz a, wird durch die Schaltungsanordnung der Fig. 7 nach der Prinzipschaltung der Pig. 4 ein Integralanteil fj und ρ sowie ein Proportionalanteil f und ρ abgeleitet, wobei beide

a ρ

Anteile ρ und p" zur Sollspannung ρ der Druckab-Senkung in der Hauptleitung der Bremseinrichtung entsprechend der Spannung p_e der Fig. 4 summiert werden.

el

Zu diesem Zweck ist die Verzögerungsdiffereiiz a ' an den Eingang eines weiteren Verstärkers 2j5 gelegt, dessen Verstärkung ebenfalls mit Hilfe eines Potentio meters 24 einstellbar ist. Zudem werden der positive

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und der negative Spannungswert der verstärkten Verzögerungsdifferenz a, durch eine Begrenzerschaltung limitiert, welche Dioden 25 und*2β enthält, deren Vorspannung zur Festlegung des Begrenzungsniveaus mittels Potentiometer 27 bzw. 28 einstellbar ist. Der Diode 25 ist eine weitere Anordnung 29 mehrerer Dioden parallelgeschaltet, die durch ein logisches Signal c in den leitenden Zustand gebracht werden kann und damit eine Absenkung des ' Begrenzungsniveaus der Diode 25 auf ein tieferes Niveau bewirkt, wenn das Signal e den Wert 1 aufweist, wie dies iri Fig. 8 dargestellt ist. D*er Wert des abgesenkten Niveaus ist hierbei mittels eines Potentiometers 30 einstellbar. Die Bedeutung und Herleitung des logischen Signals c wird später erläutert.

Am Ausgang des Verstärkers 23 liegt das Signal f. vor, welches dem gleich bezeichneten Signal f. der Fig. 4 . entspricht und in der Folge ebenfalls einem Integrator zugeführt ist. Der Integrator weist in bekannter Weise einen durch einen Kondensator 31 rückgekoppelten Verstärker 32 auf. Eine zusätzlich vorgesehene Diodenrückkopplung 33 lässt nur eine positive Ausgangsspannung p. des Integrators zu, wie sie für den Bremsvorgang vorgesehen ist. Durch ein logisches Signal p., dessen Herleitung später erläutert wird und das dem Eingang des Integrators ■ 31, 32 über einen Kondensator y\ und eine Diode 35 zugdührt ist, kann cfer' Tnfceg.ralanfce.il, d.h. die Ausgangs spannung p,

_: ; ιώ 109833/1&633

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des Integrators auf null gesetzt wer dien.

Der Proportionalanteil f ist gleich der Verzögerungsdifferenz a, und ist einer Diodenanordnung 36 zugeführt, die so ausgebildet ist, dass die Ausgangsspannung ρ in linearem Zusammenhang mit der Verzö'gerungsdiffsrenz a, steht, d.h. die normalerweise leitend ist. Eine weitere Diodenanordnung 37, die durch das logische Signal c gesteuert ist und auf einen Teil der Diodenanordnung J>6 wirkt, erlaubt es , den positiven Ast des Proportionalanteils f zu sperren, so dass beim Wert 1 des logischen Signals c die Spannung ρ nur einen negativen Ast aufweist,, wie dies in Pig. 9 dargestellt ist.

Der Proportionalanteil ρ und der Integralanteil p. sind am Eingang eines Verstärkers 3& zusammengefasst, dessen Verstärkung wiederum mittels eines Potentiometers 39 einstellbar ist. Das Ausgangssignal ρ des Verstärkers 38 stellt demnach die Sollspannung für die Erzeugung der Druckabsenkung in der Hauptleitung dar.

Um zu verhindern, dass in der Hauptleitung der Druckluftbremsen eine sehr geringe Druckabsenkung auftritt, welche unterhalb einem für das richtige Funktionieren der auf den Wagen angebrachten Steuerventile nötigen Minimalwert liegt, ist dem Verstärker 38 ein Messtrigger 40 naehgeschaltet, der die Spannung ρ erst dann an die Stelle 41

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seines Ausganges weiterleitet, wenn die Spannung ρ ein

3*0

bestimmter Minimal viert erreicht hat, der beispielsweise

ο ·

einer Druekabsenkung von 0,4 kg/cm in der Hauptleitung entspricht. Dabei soll jedoch das Zurückkippen des Messtriggers 40 bei einem kleineren Viert erfolgen, d.h.

der Messtrigger 40 soll eine verhältnismässig grosse

Hysterese aufweisen, die durch einen Eückführwiderstand 42 -

erzielt wird. Beim Ansprechen des Messtriggers erscheint an dessen Ausgang ein logisches Signal p, , das über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung dem Kondensator 34 und damit als dynamisches Signal dem Eingang des Integrators 31, 32 zugeführt ist.

Die vom Messtrigger durchgeleitete Soll-Spannung ρ der '

ac

Druekabsenkung wird schliesslich in einem Differenz-

43 ·

verstärker von einer Referenzspannung p. abgezogen,

welche dem Normaldruck in der Hauptleitung entspricht, |

also beispielsweise einem Druck von 5 kg/cm .Am Ausgang des Verstärkers 43 erscheint also eine Sollspannung ρ für den effektiven, erforderlichen Druck in der Hauptleitung. Die Spannung ρ ist einem nicht dargestellten elektropneumatischen Druckübersetzer als Steuerspannung zugeführt.

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An den Eingang des Verstärkers "58, an welchem der

Proportionalanteil ρ und der Integfalanteil p. «usammengeführt sind, ist ein weiterer Signalanteil p^ gelegt, der den Verlauf einer positiven, abnehmenden Spannung aufweist. Zur Erzeugung des Anteils p_k dient ein Kondensator 44, der duroh ein über eine Diode 45 zugeführtes logisches Signal k* mit der Zeitkonstante der Schaltung umgeladen wird. Eine Diode 46 verhindert das Auftreten eines negativen Spannungsteils.

Das dem Kondensator 44 zugeführte logische Signal k* wird duroh einen bistabilen Speicher 4f erzeugt, wenn dieser den Uebergang 1-—►O ausführt. Zum Auslösen dieses Uebergangs ist dem einen Eingang des Speichers ein logisches Signal k. zugeführt, das von einem Messtrigger 48 erzeugt wird. Am Eingang des Messtriggers liegt über eine Diode 49 die Korrekturspannung a der Sollbeschleunigung des Triebfährzeuges derart, dass der Messtrigger 48 bei einem sehr· geringen negativen Wert von a , also bei einer kleinen Sollverzögerungskorrektur anspricht. Der Messtrigger 48 weist .zudem eine geringe Hysterese auf.

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Die beiden anderen Eingänge des Speichers 47 sind als "Oder"-Eingänge geschaltet. Die an sie angelegten logischen Signale p* bzw. ic, setzen den Speicher 4j auf 1 und

bewirken also den Uebergang O- ί 1 des Speichers. Das

Signal ß, ist das inverse Signal zu k, dem Ausgangssignal des Messtriggers 48. Das Signal p* ist das dynamische Signal von p», dem inversen Signal des am Ausgang des Messtriggers 40 erscheinenden logischen Signals p, und hat eine vorgegebene Mindestdauer.SZu seiner Erzeugung ist ein weiterer Messtrigger 50 vorgesehen, an dessen Eingang das Signal p. über^inen Kondensator gelegt ist und der eine Rückkopplungsleitung mit einer Widerstandskondensator-Anordnung 52 aufweist. Die Vorgänge am Speicher 47 werden später anhand der Fig. 10a bis 1Oe erläutert.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 7 weist schliesslich einen Schaltungsteil auf, durch welchen das Eingangsa. des Verstärkers 21 für bestimmte, später näher erläuterte Betriebszustände reduziert werden kann. Vom Abgriff eines von einem.Analogsignal a beaufschlagten Potentiometers 53 wird eine Teilspannung T^ ^a über

eine Diodenanordnung 54, 55 dem Eingang des Verstärkers 21 zugeführt, so dass am Eingang die Spannung a. - )*. a liegt, Die Diodenanordnung 54, 55 stellt einen kontaktlosen. Schalter für das Analogsignal 7*"' ^a _n dar und ist

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aus einem "Grösser-als"-Glied und einem "Kleiner-als"-Glied zusammengestellt. Zur Steuerung dieses Schalters sind das bereits erwähnte logische Signal c und sein inverses ;■ Signal c verwendet. Der Schalter leitet für c = 1 bzw. c = 0 und sperrt für c = 0 bzw, c ta 1. Diese Schalterfunktion ist in Fig. 11 dargestellt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der in Fig. ¹J dargestellten Schaltungsanordnung des Bremsreglers beschrieben.

Unter der Annahme, dass c =0 ist und dass die Zuführung

ι ■ ■

des Anteils p, an den Eingang des Verstärkers 38 unterbrochen ist, weist die Schaltungsanordnung der Fig. 7 ... die gleiche Wirkungsweise wie diejenige des anhand der Fig. 4 vorbeschriebenen Bremsreglers auf. Darüberhinaüs weist der Bremsregler der Fig. 7 zwei verschiedene ψ Betriebszustände auf, nämlich:

I) den Zustand für das Verzögern auf eine niedrigere Geschwindigkeit und

II) den Zustand für das Erzielen einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle.

Im Betriebszustand I ist das logische Signal c gleich null, so dass in diesem Betriebszustand der Bremsregler der Fig. 7 im wesentlichen die gleiche Funktionsweise wie

- 22 -

-o _;, 109833/0633

ir

derjenige der Fig. 4 aufweist. Der Einfluss des dem Integralanteil p^ und dem Proportionalanteil ν_Ό züsätzlich zugefügten Anteils p_k ist im Betriebszustand I, bei welchem die Verzögerungsdifferenz a,_g grosser als der Viert für eine den Messtrigger 40 betätigende minimale Sollabsenkung ρ ist, im allgemeinen vernachlässigbar klein, wie dies aus den nachfolgenden Erläuterungen hervorgeht.

Im Betriebszustand II (Fahrt im Gefälle) weist das logische Signal c den Viert 1 auf und ist also für den jeweiligen Betriebszustand des Bremsreglers massgebend. Das logische Signal c kann zum Beispiel aus dem auf dem Triebfahrzeug befindlichen Sollwertgeber für die Geschwindigkeit (nicht dargestellt), d.h. aus dem Kriterium, ob die Vorwahlgeschwindigkeit erreicht oder nicht erreicht ist, und der Stellung des Wendeschalters auf.dem Triebfahrzeug abgeleitet werden.

Im Betriebszustand II (c = 1) sperrt das logische Signal c über die Diodenanordnungen 37 und 36 den positiven, für das Bremsen massgebenden Ast des Proportionalanteils ρ , so dass dieser Anteil in Funktion der Verzögerungsdifferenz a.: den in Fig. 9 gestrichelt dargestellten Verlauf hat. Durch diese lint erdrückung des Proportionalanteils ρ wird bei Fahrt im Gefälle ein Ueberbretnsen

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des Zuges vermieden. Dagegen erfolgt das Lösen der Bremsen unverändert schnell, da der negative Ast des Proportionalanteils ρ auch bei c = 1 nicht gesperrt ist.

P ·

Im Betriebszustand II (c = 1) schaltet ferner das logische Signal c das negative Begrenzungsniveau des Verstärkers 2j5 über die Diodenanordnung 29 auf einen geringeren

™ als den maximalen Wert des Signals f herab, beispielsweise auf 0,54 · f. , wie dies aus Fig. 8

ι max

ersichtlich ist. Dadurch wird bei der Fahrt im Gefälle ebenfalls ein Ueberbremsen des Zuges vermieden, da bei reduziertem Begrenzungsniveau der Integralanteil p. langsamer ansteigt. Das Lösen der Bremsen erfolgt jedoch unverändert schnell, da das positive Begrenzungsniveau des Verstärkers 23 nicht beeinflusst ist. Ueber den Kondensator ~$K und die Diode 35 wird.beim Lösen der Bremsen durch den Uebergang 1 ■»■ 0 des logischen Signals

p. der Integralanteil p. auf null gesetzt wie im Betriebszustand I.

Um bei Fahrt im Gefälle, insbesondere auch bei der Einfahrt in ein Gefälle, den Geschwindigkeitsanstieg in erträglichen Grenzen zu halten, soll der Bremsregler möglichst früh ansprechen. Da im Betriebszustand II nach den obenstehenden Ausführungen die Spannung ρ nur

cLC

über den Integralanteil p. aufgebaut wird, muss eine ' minimale Druckabsenlcung mit anderen Mitteln bewirkt

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werden, sobald die Sollbeschleunigungskorrektur a

ic

negativ wird. Hierzu wird der abnehmende Grundanteil ρ

zugeschaltet, der von solcher Grosse ist, dass der Messtrigger 40 mit Sicherheit gerade anspricht, woöurch eine minimale Druckabsenkung von beispielsweise 0,4 kg/cm erzeugt wird. Diese Druckabsenkung muss aber insbesondere bei jenen Gefällen, die leicht über dem Grenzfall liegen, bei dem die elektrische Bremse des Triebfahrzeuges allein ausreicht, reduziert werden, bevor die volle Bremswirkung erreicht ist. Aus diesem Grund nimmt der Grundanteil p. zeitlich ab, z.B. auf den halben Viert innerhalb 4 Sekunden. Bei grösseren Gefällen wird die Abnahme des Grundanteils p, durch den sich aufbauenden Integralanteil ρ. mindestens teilweise kompensiert, so dass die resultierende Druckabsenkung höchstens leicht absinkt.

Sobald die Spannung a, einen negativen Wert erreicht, der einer Sollverzögerung von beispielsweise - 0,05 m/s entspricht, spricht der Messtrigger 48 an und erzeugt das logische Signal k,, das den Uebergang 1 -—►· 0 des Speichers 4? bewirkt. Am Speicherausgang erscheint deshalb das logische Signal k*v das den Kondensator 44 in der Folge über die. mit ihm,verbundenen. Widerstände umlädt, so dass das abnehmende Signal ρ entsteht. In den Fig. 10a, 10b und 1Oe sind die zeitlichen Verläufe für das am

37 0,^3-3

Ausgang des Verstärkers J58 erscheinende, dem Anteil ρ bei Fehlen des Integralanteils p. entsprechende Signal ρ der Sollverzögerung, ferner des Ausgangssignals k* des Speichers 47 und des Ausgangssignals k. des Messtriggers dargestellt.

ρ Der Uebergang 0 ►! des Speichers 47, d.h. die Rückstellung des Speichers in den Zustand 1, wird im einen Fall durch das inverse Signal ic. bewirkt, nämlich dann, wenn das Signal k, gleich null ist, d.h. das Analogsignal a, positiv geworden ist, was einer positiven SoilbeschleunigungskorreiCüur entspricht. Im andern Fall

wird der Uebergang 0 *■! des Speichers 47 durch das

Signal p* bewirkt, wobei p* das dynamische, vom Messtrigger 50 erzeugte Signal des inversen Signals p. ist

^ und eine Mindestdauer von beispielsweise 5 Sekunden auf^ weist. Der zeitliche Verlauf der Signale p$ und p, ist ■■■,, in den Fig. 1Od bzw. 1Oe dargestellt. Durch die alternative Setzmöglichkeit des Speichers 47 wird erreicht, dass der Grundanteil p. auch dann wieder aufgeschaltet wird, wenn nach einem allfälligen Lösen der Bremsen, z.B. infolge einer Stabilisierungsmassnahme, das Signal k. dauernd anstöit und demnach das Signal k. zum Setzen des Speichers 47 auf 1 nie 1 wird.

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Um bei Fahrt in leichtem Gefälle das Abschalten der elektrischen Bremse des Triebfahrzeuges infolge Ueberbremsens des Zuges durch die Druckluftbremse zu vermeiden und um einen gleichmässigen Verlauf, der Geschwindigkeit zu erzielen, ist es vorteilhaft, eine entsprechende Stabilisierung des Bremsregelkreises vorzusehen. Eine solche Stabilisierung wird beim Bremsregler der Fig. 7 dadurch erzielt, dass die Sollverzögerungskorrektur a ' durch eine Komponente, bestehend aus Faktor j mal Sollbeschleunigung a reduziert wird, so dass&ie effektive • Verzögerungsdifferenz a am Eingang des eigentlichen Reglers durch den Wert a = a. - Y" · a gegeben ist. Der Reduktionsanteil / · a wird, wie vorbeschrieben, am Potentiometer 53 abgegriffen. Im Betriebszustand II (c = 1, c= 0) gelangt der Reduktionsanteil / · a an den Eingang des Verstärkers 21, während im Betriebszustand I (c = 0, c = 1), bei welchem eine Reduktion von a, unerwünscht ist, das Analogsignal f" · a durch den von den Diodenanordnungen 54 bzv/. 55 gebildeten Schalter gesperrt ist.

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Claims

Patentansprüche!.

1. Einrichtung zur Regelung der pneumatischen Bremskraft eines Eisenbahnzuges, bei welchem das Triebfahrzeug und/oder die Wagen mit einer an eine Druckluft-Hauptleitung angeschlossenen, einen oder mehrere Bremszylinder aufweisenden Bremsvorrichtung versehen sind, wobei der Luftdruck in jedem Bremszylinder in Abhängigkeit vom Luftdruck in der Hauptleitung gesteuert ist, und bei welchem das Triebfahrzeug oder ein Steuerwagen einen Bremsregler aufweist, der eine elektrische Steuergrösse zur Einstellung des Luftdruckes in der Hauptleitung in Abhängigkeit von einem der Differenz der Soll-Verzögerung und der Ist-Verzögerung des Eisenbahnzuges entsprechenden elektrischen Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bremsregler eine vom Signal der Verzögerungsdifferenz abhängige, mindestens einen einstellbaren Grenzwert aufweisende Spannung einem Integrator zugeführt ist, dessen Ausgangsspannung zur Bildung der elektrischen Steuergrösse zur Einstellung des Luftdruckes und dessen Zeitkonstante von solcher Grosse ist, dass die zeitliche Aenderung des Luftdruckes in der Hauptleitung mindestens angenähert gleich oder kleiner ist als die maximale Aenderung des Luftdruckes in jedem Bremszylinder.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsregler ein vom Signal (a_be) der Verzögerungsdifferenz steuerbares Umschaltglied (11) aufweist, das in der einen dem Bremsen

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entsprechenden Stellung eine konstante Spannung (g_b) an den Eingang des Integrators (12) schaltet und das in der anderen, dem Lösen der Bremsen entsprechenden Stellung den Ausgang des Integrators (12) über ein Rückführglied (13) mit seinem Eingang verbindet.

5* Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführglied (13) ein ohmscher Widerstand ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, dass Im Bremsregler das Signal (a~ ) der Verzögerungsdifferenz einem in einem integralkanal angeordneten Begrenzungsverstärker (l4, 23), an dessen Ausgang der Integrator (15> 32) angeschlossen ist, und einem in einem Proportionalkanal angeordneten Uebertragungsglied (16, 36) zugeführt ist, wobei die Ausgangsspannung des Integrators (15, 32) und des Uebertragunsgliedes (l6, 36) mit gleichen Vorzeichen zusammengeführt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Bremsreglers eine Schwellwertschaltung (40) angeschlossen ist, welche leitend ist, wenn das Ausgangssignal

(ρ ) des Bremsreglers einen einer minimalen Druckabsenkung in ac

der Hauptleitung entsprechenden Wert erreicht oder überschreitet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerschaltung (40) einen Messtrigger enthält/ der zur Erzielung einer Hysterese mit einer Rückführung (42) versehen

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ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang des Integrators (32) über einen Kondensator (34) ein logisches, dem Messtrigger der Schwellwertschaltung (40) entnommenes Signal (p.) zugeführt ist, um den Integrator (32) beim Lösen der Bremsen auf null zu setzen!

™ 8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsniveaus des Verstärkers (14, 23) einstellbar sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine, für das Bremsen massgebende Begrenzungsniveau des Verstärkers (23) mittels eines an einen Diodenschalter (29) gelegten, logischen Signals (c) veränderbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der für das Bremsen massgebende Ast der Kennlinie des üebertragungsgliedes (36) mittels einesian einen Diodenschalter (37) gelegten, logischen Signals (c) sperrbar ist.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Signal (a^) der Verzögerungsdifferenz ein von einem der Sollbeschleunigung entsprechenden Analogsignal (a ) abgeleitetes Reduktionssignal ( · a ) über einen von

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einem logischen Signal (c) betätigbaren Diodenschalter (54,55) zugefügt ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das logische Signal (c) in einem Betriebszustand des Bremsreglers für Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle erzeugt ist, z.B. durch Ableitung aus dem Zustand eines

Sollwertgebers für die Geschwindigkeit.

1J>. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsspannung (p.) des Integrators (>2) eine zeitlich abnehmende Grundspannung (p.) zugeschaltet ist, um bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle ein rasches Ansteigen des Ausgangssignals (p ) auf den der minimalen Druckabsenkung entsprechenden Wert zu erzielen.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ζιη· Erzeugung der Grundspannung (p_v) das beim Uebergang eines Speichers (47) von seinem einen in den andern Schaltzustand an seinem Ausgang erscheinende logische, einem umladbaren Kondensator (44) züge führ te Signal (k*) dient, wobei dem einen Eingang des Speichers (47) ein logisches, vom Signal (a^gi a. ) der Verzögerungsdifferenz bei dessen Erreichen eines minimalen Wertes für das Bremsen abgeleitetes Signal (k.) zugeführt ist.

■15-. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

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"*" 34

dem anderen als "Oder"-Schaltung ausgebildeten Eingang des
Speichers (47) zum Rückstellen des Speichers das inverse Signal (k.) des vom Signal (a, ) der Verzögerungsdifferenz abgeleiteten logischen Signals (k, ) und ein beim Lösen der Bremsen erzeugtes logisches Signal (p>) zugeführt sind.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen f und 14, dadurch gekenn·*
zeichnet, dass das inverse Signal (p,) des logischen, dem Messtrigger des Schwellwertschaltung (40) entnommenenen Signals
(p. ) einem weiteren Messtrigger (50) zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Speichers zur Zuführung des
beim Lösen der Bremsen erzeugten logischen Signals (p*) verbunden ist.

17· Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mindestdauer des beim Lösen der Bremsen erzeugten logischen Signals (p*) einstellbar ist, z.B..mitteIs eines dem weiteren
Messtrigger (50) zugeordneten RC-Netzwerkes (52).

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