DE1755486B2

DE1755486B2 - Einrichtung zum Regeln der pneumatischen Bremskraft in Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE1755486B2
Application number: DE1755486A
Authority: DE
Inventors: Hansrudi Ciona Di Carona Tessin Buehler; Hans Peter Birmensdorf Wenk
Original assignee: Maschinenfabrik Oerlikon AG
Current assignee: Maschinenfabrik Oerlikon AG
Priority date: 1967-06-01
Filing date: 1968-05-15
Publication date: 1975-07-03
Also published as: CH474393A; SE337388B; DE1755486A1; GB1187517A; JPS4911895B1; YU31366B; AT285671B; BE716043A; ES354565A1; US3537758A; FR1579549A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der pneumatischen Bremskraft in Schienenfahrzeugen mit einer durchgehenden Hauptluftleitung zum Steuern des Bremsdruckes in den Bremszylindern und einem auf dem Zugführerfahrzeug angeordneten Bremskraftregler zum Regeln des Druckverlaufs in der Hauptleitung auf Grund einer elektrischen Steuergröße in Abhängigkeit von einem der

)ifferenz der Soll- und der Istverzögerung des Zuges mtsprechenden elektrischen Signal, wobei im Bremskraftregler ein Integrator angeordnet ist, dessen elekrische Ausgangsspannung zum Einstellen des Luftlruckes dient

Eine Einrichtung dieser Art ist z. B. aus dem \ufsatz »Automatische Regelung in der elektrischen Zugförderung«, erschienen in »Neue Technik«, Ausgabe A2 1964, insbesondere S. 65, Verlag Neue Technik AG Zürich, Tiefenhöhe 11, bekannt. Die bekannte Einrichtung weist einen Sollwertrechner auf, der aus vorgegebenen Geschwindigkeits- und Verzögerungswerten eine Sollwertgröße, die Geschwindigkeit, ermittelt. Der Sollwertrechner ist im wesentlichen als Integrator aufgebaut, d. h., er steuert den Anstieg und den Abfall des Geschwindigkeitssollwertes nach Maßgabe der eingestellten Beschleunigung und Verzögerung.

Wenngleich die bekannte Regeleinrichtung eine Verbesserung des Bremsvorganges ermöglicht, haften ihr doch gewisse Unzulänglichkeiten an: Durch die Regelung auf einen Sollwert, der sich innerhalb weiter Grenzen verändern kann, muß der Realer laufend an diesen Sollwert angepaßt werden. Weiterhin tritt infolge der Sollwertregelung Überschwingen auf, das ein mehrfaches abwechselndes Bremsen und Lösen und damit unerwünschte Stöße und Zerrungen des Zuges bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Regeln der pneumatischen Bremskraft in Schienenfahrzeugen der eingangs genannten Art 2U schaffen, welche die Nachteile bekannter Regeleinrichtungen nicht aufweist und die es ermöglicht, den Einschwingvorgang beim Bremsen derart zu beeinflussen, daß der nötige Bremszylinderdruck in kurzer Zeit und ohne Überschwingen erreicht wird, ohne von der vorgegebenen Verzögerung und dem Bremsverhältnis abhängig zu sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Integralkanal des Integrators ein Proportionalkanal parallel geschaltet ist.

Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte pneumatische Bremseinrichtung eines Eisenbahnwagens,

F i g. 2 einen Bremsregelkreis mit einer Bremsregeleinrichtung in schematischer Darstellung,

F i g. 3 eine Ausführungsform der Bremsregeleinrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

F i g. 4 eine weitere Ausfiihrungsform der Bremsregeleinrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 5a bis 5d den zeitlichen Verlauf von Eingangs- und Ausgangsgrößen der Bremsregeleinrichtung der F i g. 4 bei Änderungen der Sollwertverzögerung,

F i g. 6a und 6b Kennlinien von Schaltungsteilen der Bremsregeleinrichtung der F i g. 4,

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

F i g. 8, 9, 10a bis 1Oe und 11 den Verlauf von Größen der Schaltungsanordnung der F i g. 7 in Abhängigkeit der VcrzögerungsdifTerenz der Zeit und der Sollverzögcrung.

Eine Druckluft-Bremseinrichtung, die sich auf jedem Wagen eines Eisenbahnzuges befindet, weist ein Steuerventil 1 auf, das an eine durch den Zug durchgehende Hauptluftleitung 2 angeschlossen ist. In der Hauptluftleitung 2 heirscht ein Druck p, der im Normalzustand, d. h. bei gelösten Bremsen, beispielsweise 5 kg/cm² beträgt. Im Normalzustand sind ein Steuerbehälter 3 und ein Hilfsluftbehälter 4 über das Steuerventil 1 mit der Hauptluftleitung 2 verbunden, so daß auch in diesen beiden Behältern der Druck ρ herrscht. Ein ebenfalls an das Steuerventil 1 angeschlossener Bremszylinder 5 ist im Normalzustand mit der Außenluft verbunden, so daß vom Druck im Bremszylinder 5 an die Räder 6 andrückbare Bremsklötze 7 gelöst sind.

Wird der Druck ρ in der Hauptluftleitung 2 reduziert, so sperrt das Steuerventil 1 den Steuerbehälter 3 ab, si, daß in ihm der ursprüngliche Druck von beispielsweise 5 kg/cm² erhalten bleibt. Über ein im Steuerventil Ϊ eingebautes, nicht dargestelltes Regulierventil wird bei der A bsenkung des -Druckes ρ in der Hauptluftleitung 2 der Hilfsluftbehälter 4 mit dem Bremszylinder 5 verbunden, der gleichzeitig gegenüber der Außenluft gesperrt wird. Dadurch baut sich im Bremszylinder 5 ein Bremsdruck auf, der gemäß den Steuerkennlinien des Steuerventils 1 vom jeweiligen abgesenkten Druck ρ der Hauptluftleitung 2 abhängt. Wird der Druck ρ in der Hauptluftleitung ? 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 Hauptluftleitung 2 gemäß der Steuerkennlinie erreicht ist.

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

Ein Bremskraftregler 8 erzeugt eine Druckabsenkung ρ,,, welche auf Bremseinrichtungen 9 wirkt. Durch die Bremseinrichtungen 9 wird ihrerseits bewirkt, daß am Zug 10 eine Verzögerung a„ gemessen

werden kann. Die Verzögerung a„ ist also der Verzöcerungs-Istwert des Zuges, der mit einem vorgegebenen Verzögerungs-Sollwert a_hc verglichen wird. Der Verzögerungs-Istwert a₀ 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. 2 einfachheitshalber mit dem durch die pneumatische Bremskraft bewirkten Verzögerungs-Istwert zusammengefaßt. Die Verzögerungsdifferenz a_be wird dem Regler 8 als Stellgröße zugeführt, so daß der Regelkreis geschlossen ist. In Fig. 2 sind die Einrichtungen zur Umwandlung von Druck, Geschwindigkeit und Verzögerung in entsprechende elektrische Größen und umgekehrt, wie sie bei Geschwindigkeitsregelungen und Bremsrcgelungcn auf Triebfahrzeugen bekannt sind, nicht dargestellt.

Ein Umschaltglied 11 wird vom Signal der Verzögerungsdifferenz α,,,,, einem Analogsignal, gesteuert. Im einen Schaltzustand des Umschaltgliedes 11 liegt am Eingang eines Integrators 12 eine konstante Spannung g_b. Am Integratorausgang wird die Spannung p_a

abgenommen, welche gemäß Fig. 2 eine proportionale Diuckabsenkung in der Hauptleitung der B rein-. einrichtungen bewirkt. Im anderen Schaltzustand sL'-· Umschaltgliedes 11 ist die konstante Spannung«/, vom Eingang des Integrators 12 abgetrennt. Dagegen ist die Ausgangsspannung p„ über em ohmsüics Rückkopplungsglied 13 an den F.ingang des Integrators 12 gelegt.

Die beiden angeführten Schaltzustände des Umsehaltghedes 11 et.tsprechen den Funktionen de' i» Bremskraftregler lür »Bremsen« bzw. iür »Lösen Beim Bremsen lmiß der Bremszylinderdruck an-.u-igen, solange die Vcizögerungsdilleicnz a_be positiv ist, bzw. beim Losen abnehmen, wenn die Vcrzogeivng;--· diiferenz a,_H. negativ ist. Da bei der Stellung .·>Β emsen* des Steuerventils 1 (Fig. 1) der Bremszylinderdruck praktisch geradlinig mit der Zeit ansteigt und im stationären Zustand zwischen der Druckabsenkung in der Haupttuftleitung 2 und dem l!remsz\hnderdruck ein linearer Zusammenhang besteht, sollen ■« die Druckabsenkung und damit die Spannung/;,, burn Bremsen linear mit der Zeit ansteigen Dies wird gemäß F1 g. 3 durch den Integrator !2 er/.iell. an dessen Hingung durch das Umschaltglied bei positiver Yerzogerungsdifierenz u_hl. die konstante Spannung&'jF, gelegt ist. Die Zeitkonstante des Integrator·· 12 und der Wert der konstanten Spannung^, sind hierbei so gewählt, daß der Brcms/.ylinderdruck n.:· seiner natui liehen Anstiegsgeschwindigkeit gerade de: Druckabsenkung in der Hauptluftleitung bzw. der entsprechenden Ausgang-'-panung/j„ de^ Integnu.o; ■-. nachkommt.

In der Stellung vLoseiK. des Steuerventils I (Fig.!) klingt der Bremszylindcrdruck praktisch nach einer Exponentialfunktion ab. Wenn demnach die Druckabsenkimg in der Hauptluftkiuing bzw. die Ausgaiigsspannung p_a des Integrators 12 (Fig. M entsprechend exponeniiai verändert wird, so kann auch beim Lösen der Bremszylinderdruck iv.t seiner natürlichen Abklinggeschwindigkeit gerade der ;v- 4« gaiiv verlaufenden Druckabsenk'mg, d. h dem ΠπίνΚ-anstieg. folgen. Gemäß F i g. 3 ν rd die>c Wirkungsweise durch das Rückkopplungs^licd 13 erzielt, u;>. bei negativer Verzögerungsdifterenz <;,„ durch das üinschaltglied Il über den Integrator 12 gelegt Ni und dessen Große so gewählt ist, daß das expomntielle Abklingen der Ausgangsspannung p_a ent sprechend der natürlichen Abklingce^chwindigkeit de^ Bremszylinderdmckes erfolgt.

Der Bremskraftregler nach F 1 g. 3 wird somit so lange die die Druckabsenkung erzeugende Spannung p„ aufbauen, bis die Verzogerungsdifiereti/ deich Null ist. Da der Bremszyiinderdruck jeder "·:^;ι der DruckalT-enkung in der Hauptluftieitung folgen kann, so ist im gleichen Zeitpunkt auch gerade der notwendige Bremszyhnderdruck erreicht, um die *orgegebene Verzögerungen (Fig. 2) einhalten zu können Ist die Verzögerungsdifferenz a_hc gleich Null. μ> flattert das Schaltglied 11 (Fig. 3) dauernd zwischen den beiden Schaltzustandep hin und her. ->o daß am Ausgang des Integrators 12 die die Druckab>enk n·.; bewirkende Spannung p_a mindestens anger ahc rt k» nstant bleibt. Der beschriebene Bremskraftregler tvc.r.-fluot demnach in vorteilhafter Weise den F.insehwmcvorgang und den stationären Zustand beim Bremsen unabhängig vom Sollwert der Verzögerung und \>>m Bremsverhältnis des Zuges so, daß der Bremsz>!inderdruck in kürzester Zeit und ohne CKr-.i-hu.ir. .n im Sini,0 einer schnelligkeilsoptimalen Regelung erreicht wird. Insbesondere sind die durch das Überschwingen der Diuckabsenkung bzw. des Bremszylinderdruckes bewiikten, unerwünschten Stöbe und Zerrungen des Zuges bei dem beschriebenen Bremskraftregler ν ei mieden und die Wirksamkeit der Bremsen nicht beeinträchtigt.

Der beschriebene Bremskraftregler eignet sich vor allem für kurze Züge mit wenigen Wagen odei fin Züge, die mit einer elektropneumatischen Bremse ausgerüstet sind. Bei Hingeren Zügen mit druckluligesteuerten Bremsen macht sieh jedoch der Lmfluß der Länge der duu 1 ilen ganzen Zug geführten llauptlulileilung bemerkbar, indem der Anstieg des Uremvylinderdruckes mit zunehmender Zuglänge gegenüber den Steuerventileigenzeiten wesentlich verzögert wird. Diese zeilliche Verzögerung des Haupt- !uH'ieitungs- und des Bremszylinderdruckes wirkt '•ich auf die Stabilität des Bremsregelkreises lUH'iinstip aus.

In F 1 L\ 4 lit eine weitere Alisführungsform des Bremsreglers schematich dargestellt, durch welche der angeführte Nachteil bei langen Zügen vermieden lsi. Gemäß F i g. 4 weist der Bremskraftregler, an dessen Lingang das Signal der Vcrzögerungsditlerenz «,„, entsprechend F1 g. 2 geführt ist, zwei Übertragungskanäle auf, die am Ausgang des Bremskraftregler . wieder zusammengeführt sind. Im unteren Kanal gelangt die Ven-ogerungsdilferenz a_lte an den Lingang eines Vcrstarkeis 14, der die VerzögerungsdilTerenz verstärkt und sowohl den positiven als auch din negativen Spannimgswert auf einen einstellbaren Grenzwert begrenzt. Das Ausgangssignal/,· des Verstärkers 14 ist demnach je nach Vorzeichen der Yei zögerungsdifierenz u_hl eine positive oder negative Gleichspannung und isi einem Integrator 15 '/u>;■:·- führt, dessen Ausgang^signal einen Teil der Span nimg p„ bildet, welche der Erzeugung eines proportionalen Hauptluiileiiungsdruckes dient.

Im oberen Kanal ist die Verzögerungsdifferenz <;,.,. an den Hingang eines Übertragungsgliedes 16 gelegt, das eine nichtlineare Oiler mindestens angenähert lineare Kennlinie aufweist und im letzteren Falle beispielsweise ein ohmscher Widersland sein kann. Das •\usgangssignal/₀ des Cbertragungsgliedes 16 wird zum Ausgangssignal de*. Integrators IS vorzeichenrichtic addiert und bildet mit diesem zusammen die Spanr _;;ii; />,.', weiche der Spannung p_e der F i e. 3 entspricht.

Der beschriebene Aufbau des Bremskraftregler* MnU -ein:. Funktionsweise beruhen auf der folgenden I beriegunc: Damit der Übergangsvorgang beim Bremsen möglichst rasch, aber trotzdem ohne unerwünschte Stoße und Zerrungen abläuft, ist es von Vorteil, wenn bei einer Änderung der Soll-Vtfzugerung a_bc (Fig. 2) die Diuckabsenkung am Anfang de; Hauptluftleitung bzw. die entsprechende Ausgangsspannung p_a des Bremskraftreglers so raser wie möghch denjenigen Wert annimmt, der zur Ein haltung der Soll-Verzögerung notwendig ist. Ir F ι ε. 5a ist der gewünschte zeitliche Verlauf de; Druckahsenkung bzw. der Spannungp_a dargestellt wenn uie Soll-Verzögerunga_bc gemäß Fig. 5b in Zeitpunkt /, sprunghaft vergrößert und in einem spä tercn Zeitpunkt i, sprunghaft verkleinert wird. Ii F11: 5c ist der entsprechende Verlauf der Ver zogt mn .:sdifTerenz a_be dargestellt. Aus den Fig. 5· iin-1 5J ;st dann ersichtlich, daß sich die Span

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mine Pa der gewünschten Druckabsenkung aus zwei Anteilen zusammensetzen muß, nämlich aus einem Anteil, der direkt von der Verzögerungsdifferenz a_bl, abhängt, und einem in F i g. 5d j;estrtchclt dargestellten Anteil, bei dem eine Funktion der VerzögerungsdiiTerenz a_bl. integriert wird, da für u_bl.~- 0 die Druckabsenkung einen bestimmten Wert annehmen muß. Diese Signalanteile werden in guter Annäherung durch die einfache Schaltungsanordnung der Fig. 4 cr/.cugt.

In den Fig. 6a und 6b sind die Kennlinien des Übcriragungsglicdcs 16 bzw. des begrenzenden Veritärkers 14 de:r Fig. 4 dargestellt. Infolge der Ver-Kärkung und des Begrenzungscharakters des Ver-Itärkers 14 nimmt die Spannung /, gemäß Fig. 6b mit steilem Anstieg den maximalen oder minimalen Wert beim Bremsen bzw. Lösen an. Am Ausgang des Integrators 15 (Fig. 4) erscheint demnach vom Zeitfiunkt I₁ an eine linear ansteigende Spannung bzw. vom Zeitpunkt f., an eine linear abfallende Spannung, " die erst dann, wenn die Verzögerungsdifferenz a_bc gegen Null strebt, quasi exponentiell verläuft. Wegen der geradlinigen Charakteristik des Übertragungsgliedes 16 (F i g. 6 a) und des angenähert geradlinigen Verlaufs der Vcr/ögerungsdifferenz a_bv vom Zeitpunkt I₁ bzw. f., an verläuft auch die Ausgangsspannung /„ entsprechend geradlinig. Die Summe der Ausgang"sspannung /„ des Verstärkers 16 und des Integrators 15, nämlich die Spannung p„', hat demnach bei entsprechender Wahl des Übertragungsmaßes des Übertragungsgliedes 16 und der Zeitkonstante des Integrators 15 den gewünschten, in F i g. 5 d mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf. Hierbei entspricht der in Fig. 4 dargestellte untere Kanal mit dem Besirenzungsverstärker 14 und dem Integrator 15 beim Brensen" d. h. bei positiven Wertcn d"er Verzöecrunesdifferenz a_bc, der in F i g. 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, die Neieung umso kleiner sein soll, je größer das Bremsverhältnis l_z des Zuges ist. Dic Beerenzun« des dem Bremsen entsprechenden positiven Astes"der in Fig. 6b dargestellten Kennlinie des Verstärkers 14 ist mit Vorteil um so tiefer gelegt, je höher die Achsenzahl A des Zuges ist, wie dies in F i g. 6 b 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 Bremskraftregler nach F i g. 4 erlaubt es, einen optimalen Dmckverlauf in der Hauptluftlcitung und in den Bremszylindern bei raschen Verzögerungsänderungen auch für lange Züge zu erzielen. Um in der Praxis ke nen großen Aufwand bei der Anordnung von in F i g. 4 nicht dargestellten Einstellgliedern für die Kennlinien des übertragungsgliedes 16 und des Verstärkers 14 treiben zu müssen, kann es zweckmäßig sein, die Kennlinien nur für beispielsweise zwei Werte des Bremsverhältnisses t._z bzw. der Achsenzahl A einzustellen und für andere Werte eine geringfügige Abweichung vom optimalen Regelverhalten in Kauf zu nehmen.

Die an Hand der Fig.? und 4 beschriebenen Bremskraftregler benötigen keinen großen Aufwand an Schaltuncvclementen. Zudem sind die benötigten BecinflusNungseroßen für Jen Bremskraftregler, insbesondere die Verzögerungsdifferenz a_be, in der auf dem Triebfahrzeug vorgesehenen Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung, d. h. der Fahrautomatik, bereits vorhanden und dort greifbar.

In Fig. 7 ist die Schaltungsanordnung eines Bremskraftreglcrs dargestellt, der auf der in Fig. 4 schematisch dargestellten Ausführungsform beruht und darüber hinaus weitere Merkmale aufweist, welche zwei Betriebszustände erlauben, nämlich das Verzögern auf eine niedrigere Geschwindigkeit und die Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle. Die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 verwendeten Schaltungselemente oder Gruppen von Schaltungselementen sind hierbei in üblicher Weise ausgebildet, so daß ihre ausführliche Beschreibung entfallen kann.

Ein Signal a_k ist an den Eingang eines Verstärkers 21 gelegt, dessen Verstärkung mittels eines Potentiometers 22 einstellbar ist. Das Signal a_k ist die Korrekturspannung der Sollbeschleunigung des Triebfahrzeuges, d. h. eine der zeitlichen Ableitung der Geschwindigkeit dvldt beim Ansprechen der Bremsstrombegrenzung des Triebfahrzeuges entsprechende analoge Spannung.

Dieser Analogspannung ist die von der pneumatisehen Bremse aufzubringende Verzögerungsdifferenz bzw. die entsprechende Spannung a_b,, welche am Eingang des Bremskraftreglers gemäß F i g. 4 liegt, proportional. Die Verzögerungsdifferenz a_be ist also der Verzögerungswert, der von der elektrischen Bremse des Triebfahrzeuges nicht geliefert wevden kann. Die Analogspannung a_k wird dem auf dem Triebfahrzeug befindlichen Geschwindigkeitsregler entnommen. Da beim Bremsen dvldt und damit a_k negativ sind, die Verzögerungsdifferenz a_bc aber beim Bremsen positiv sein soll, wird durch den Verstärker 21 ein Vorzeichenwechsel bewirkt. Am Ausgang des Verstärkers 21 liegt demnach die gewünschte Verzögerungsdifferenz a_bl, als eigentliche Eingangsgröße des Bremskraftreglers.

Aus der Verzögerungsdifferenz a_bc wird durch die Schaltungsanordnung der Fig. 7 nach der Prinzipschaltung der Fig. 4 ein Imegralanteil j_t und p, sowie ein Proportionalanteil /„ und p„ abgeleitet, wobei beide Anteile p_t und p„ zur Sollspannungp_ac der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung der Bremseinrichtung entsprechend der Spannung p_a der F i g. 4 summiert werden.

Zu diesem Zweck ist die Verzögerungsdifferenz a_be an den Eingang eines weiteren Verstärkers 23 gelegt, dessen Verstärkung ebenfalls mit Hilfe eines Potentiometers 24 einstellbar ist. Zudem werden der positive und der negative Spannungswert der verstärkten Verzögerungsdifferenz α;,, durch eine Begrenzerschaltung limitiert, welche Dioden 25 und 26 enthalt, deren Vorspannung zur Festlegung des Begrenzungsniveaus mittels Potentiometer 27 bzw. 28 einstellbar ist. Der Diode 25 ist eine weitere Anordnung 29 mehrerer Dioden parallel geschaltet, die durch ein logisches Signal c in den leitendϊη Zustand gebrachi werden kann und damit eine Absenkung des Begrenzungsniveaus der Diode 25 auf ein tieferes Niveai bewirkt, wenn das Signal c den Wert 1 aufweist, wi< dies in F i g. 8 dargestellt ist. Der Wert des abgesenk ten Niveaus ist hierbei mittels eines Potentiometer 30 einstellbar.

Am Ausgang des Verstärkers 23 liegt das Signal vor. welches dem gleich bezeichneten Signal /, de

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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_b, das dem Eingang des Integrators 31, 32 über einen Kondensator 34 und eine Diode 35 zugeführt ist, kann der Integralanteil, d. h. die Ausgangsspannung p, des Integrators, auf Null gesetzt werden.

Der Proportionalanteil /₀ ist gleich der Verzögerungsdifferenz a_bc und ist einer Diodenanordnung 36 zugeführt, die so ausgebildet ist, daß die Ausgangsspannung p„ in linearem Zusammenhang mit der Verzögerungsdifferenz a_br 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 36 wirkt, erlaubt es, den positiven Ast des Proportionalanteils /„ zu sperren, so daß beim Wert 1 des logischen Signals c die Spannung p_n nur einen negativen Ast aufweist (F i g. 9).

Der Proportionalanteil p„ und der Integralanteil p_t sind am Eingang eines Verstärkers 38 zusammengefaßt, dessen Verstärkung wiederum mittels eines Potentiometers 39 einstellbar ist. Das Ausgangssignal p_ac des Verstärkers 38 stellt demnach die Sollspannung für die Erzeugung der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung dar.

Um zu verhindern, daß in der Hauptluftleitung der Druckluftbremsen eine sehr geringe Druckabsenkung auftritt, welche unterhalb einem für das richtige Funktionieren der auf dem Wagen angebrachten Steuerventile nötigen Minimalwert liegt, ist dem Verstärker 38 ein Meßtrigger 40 nachgeschaltet, der die Spannung p_ac erst dann an die Stelle 41 seines Ausganges weiterleitet, wenn die Spannung p„, einen bestimmten Minimahvert erreicht hat, der beispielsweise einer Druckabsenkung von 0,4 kg/cm² in der Hauptluftleitung entsprcht. Dabei soll jedoch das Zurückkippen des Meßtriggers 40 bei einem kleineren Wert erfolgen, d. h., der Meßtrigger 40 soll eine verhältnismäßig große Hysterese aufweisen, die durch einen Rückführwiderstand 42 erzielt wird. Beim Ansprechen des Meßtriggers erscheint an dessen Ausgang ein logisches Signal p_b, 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 40 zum Punkt 41 geschaltete Soll-Spannung p_ac der Druckabsenkung wird schließlich in einem Differenzverstärker 43 von einer Referenzspannung p_hc abgezogen, welche dem Normaldruck in dei Hauptluftleitung entspricht, also bei- Spielsweise einem Druck von 5 kg/cm². Am Ausgang des Verstärkers 43 erscheint also eine Sollspann ungp,. für den effektiven, erforderlichen Druck in der Hauptluftleitung. Die Spannung p_c ist einem nicht dargestellten elektropneumatischen Druckübersetzer als Steuerspannung zugeführt.

An den Eingang des Verstärkers 38, an welchem der Proportionalanteil p„ und der Integralanteil p, zusammengeführt sind, ist ein weiterer Signalanteil p_k gelegt, der den Verlauf einer positiven, abnehmenden Spannung aufweist. Zur Erzeugung des Anteils p_k dient ein Kondensator 44, der durch ein über eine Diode 45 zugeführtes logisches Signal k_b* mit der Zeitkonstante der Schaltung umgeladen wird. Eine Diode 46 verhindert das Auftreten eines negativen Spannungsteils.

Das dem Kondensator 44 zugeführte logische Signal k_h* wird durch einen bislabilen Speicher 47 erzeugt, wenn dieser den Übergang 1 — 0 ausführt. Zum Auslösen dieses Übergangs ist dem einen Eingang des Speichers 47 ein logisches Signal k_b zugeführt, das von einem Meßtirigger 48 erzeugt wird. Am Eingang des Meßtriggers 48 liegt über eine Diode 49 die Korrekturspannung a_k der Sollbeschleunigung des Triebfahrzeuges derart, daß der Meßtrigger 48 bei einem sehr geringen negativen Wert von a_k, also bei einer kleinen Sollverzögerungskorrektur, anspricht. Der Meßtrigger 48 weist zudem eine möglichst geringe Hysterese auf.

Die beiden anderen Eingänge des Speichers 47 sind als »Oder«-Eingängc geschaltet. Die an sie angelegten logischen Signale p_b* bzw. Tc,, setzen den Speicher 47 auf 1 und bewirken also den Übergang 0-*- 1 des Speichers. Das Signal Ti₁, ist das inverse Signal zu k,„ dim Ausgangssignal des Meßtrigpers 48. Das Signal p',* ist das dynamische Signal von p₆, dem inversen Signal des am Ausgang des Meßtriggers 40 erscheinenden logischen Signals p_h und hat eine vorgegebene Mindestdauer. Zu seiner Erzeugung ist ein weiterer Meßtrigger 50 vorgesehen, an dessen Eingang das Signal p~_h über einen Kondensator 51 gelegt ist und der eine Rückkopplungsleitung mit einer Widerstandskondensator-Anordnung 52 aufweist.

Die Schaltungsanordnung der F i g. 7 weist schließlich einen Schaltungsteil auf, durch welchen das Eingangssignal a_h des Verstärkers 21 für bestimmte, später näher erläuterte Betriebszustände reduziert werden kann. Vom Abgriff eines von einem Analogsignal a_c beaufschlagten Potentiometers 53 wird eine Teilspannung ya_c über eine Diodenanordnung 54, 55 dem Eingang des Verstärkers 21 zugeführt, so daß am Eingang die Spannung a_k -ya_c liegt. Die Diodenanordnung 54, 55 stellt einen kontaktlosen Schalter für das Analogsignal ya_c dar und ist 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 = 1. Diese Schalterfunktion ist in F i g. 11 dargestellt.

Die Wirkungsweise der in F i g. 7 dargestellten Schaltungsanordnung des Bremskraftreglers ist wie folgt:

Unter der Annahme, daß c = 0 ist und daß die Zuführung des Anteils p_k an den Eingang des Verstärkers 38 unterbrochen ist, weist die Schaltungsanordnung der F i g. 7 die gleiche Wirkungsweise wie diejenige des an Hand der F i g. 4 vorbeschriebenen Bremskraftreglers aut. Darüber hinaus weist der Bremskraftregler nach Fi g. 7 zwei verschiedene Betriebszustände auf, nämlich:

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

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

Im Betriebszustand I ist das logische Signal < gleich Null, so daß in diesem Betriebszustand de: Bremskraftregler nach F i g. 7 im wesentlichen di< gleiche Funktionsweise wie derjenige nach F i g. <■ aufweist. Der Einfluß des dem Integralanteil p_f um

dem Proportionalanteil p„ zusätzlich zugefügten Anteils p_k ist im Betriebszustand I, bei welchem die Verzögerungsdifferenz a_be größer als der Wert für eine den Meßtrigger 40 betätigende minimale Sollabsenkung p_ac ist, im allgemeinen vernachlässigbar klein, wie dies aus den nachfolgenden Erläuterungen hervorgeht.

Im Betriebszustand II (Fahrt im Gefälle) weist das logische Signal c den Wert 1 auf und ist also für den jeweiligen Betriebszustand des Bremskraftreglers maßgebend. Das logische Signal c kann z. B. 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 p„, so daß dieser Anteil in Funktion der Verzögerungsdifferenz a_be den in F i g. 9 gestrichelt dargestellten Verlauf hat. Durch diese Unterdrückung des Proportionalanteils p„ wird bei Fahrt im Gefälle ein Überbremsen des Zuges vermieden. Dagegen erfolgt das Lösen der Bremsen unverändert schnell, da der negative Ast des Proportionalanteils P_n auch bei c = 1 nicht gesperrt ist.

Im Betriebszustand II {c -= 1) schaltet ferner das logische Signal c das negative Begrenzungsniveau des Verstärkers 23 über die Diodenanordnung 29 auf einen geringeren als den maximalen Wert des Signals ft herab, beispielsweise auf 0,54 f_imax, wie dies aus F i g. 8 ersichtlich ist. Dadurch wird bei der Fahrt im Gefälle ebenfalls ein Überbremsen 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. Über den Kondensator 34 und die Diode 35 wird beim Lösen der Bremsen durch den Übergang 1 -* O des logischen Signals p_h 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 p_ac nur über den Integralanteil ρ, aufgebaut wird, muß eine minimale Druckabsenkung mit anderen Mitteln bewirkt werden, sobald die Sollbeschleunigungskorrektur a_k negativ wird. Hierzu wird der abnehmende Grundanteil p_k zugeschaltet, der von solcher Größe ist, daß der Meßtrigger 40 mit Sicherheit gerade anspricht, wodurch eine minimale Drackabsenkung von beispielsweise 0,4 kg/cm² 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_k zeitlich ab, z. B. auf den halben Wert innerhalb 4 Sekunden. Bei größeren Gefällen wird die Abnahme des Grundanteils p_k durch den sich aufbauenden Integralanteil p_t mindestens teilweise kompensiert, so daß die resultierende Druckabsenkung höchstens leicht absinkt.

Sobald die Spannung a_k einen negativen Wert erreicht, der einer Sollverzögerung von beispielsweise — 0,05 m/s² entspricht, spricht der · Meßtrigger 48

ίο an und erzeugt das logische Signal k_b, das den Übergang 1 — 0 des Speichers 47 bewirkt. Am Speicherausgang erscheint deshalb das logische Signal k_b*, das den Kondensator 44 in der Folge über die mit ihm verbundenen Widerstände umlädt, so daß das abnehmende Signal p_k entsteht. In den Fig. 10a, 10b md 10 c sind die zeitlichen Verläufe für das am Ausgang des Verstärkers 38 erscheinende, dem Anteil p_k bei Fehlen des Integralanteils p,- entsprechende Signal p_ac der Sollverzögerung, ferner des Ausgangs-

signals k_b* des Speichers 47 und des Ausgangssignals k_h des Meßtriggers 48 dargestellt.

Der Übergang 0 -». 1 des Speichers 47, d. h. die Rückstellung des Speichers in den Zustand 1, wird im einen Fall durch das inverse Signal ~k_b bewirkt, nämlich dann, wenn das Signal k_b gleich null ist, d. h. das Ausgangssignal a_k positiv geworden ist, was einer positiven Sollbeschleunigungskorrektur entspricht. Im anderen Fall wird der Übergang 0 —>- 1 des Speichers 47 durch das Signal ~p_b* bewirkt, wobei

p_h* das dynamische, vorn_Meßtrigger 50 erzeugte Signal des inversen Signals p_b ist und eine Mindestdauer von beispielsweise 5 Sekunden aufweist. Der zeitliche Verlauf der Signale p₆* und p_b ist in den Fig. 1Od bzw. 1Oe dargestellt. Durch die alternative Setzmöglichkeit des Speichers 47 wird erreicht, daß der Grundanteil p_k auch dann wieder aufgeschaltet wird, wenn nach einem allfälligen Lösen der Bremsen, z. B. infolge einer Stabilisierungsmaßnahme, das Signal k,, dauernd ansteht und demnach das Signal t_b zum Setzen des Speichers 47 auf 1 nie 1 wird.

Um bei Fahrt in leichtem Gefälle das Abschalten der elektrischen Bremse des Triebfahrzeuges infolge Überbremsens des Zuges durch die Druckluftbremse zu vermeiden und um einen gleichmäßigen Verlauf der Geschwindigkeit zu erzielen, ist es vorteilhaft, eine entsprechende Stabilisierung des Bremskraftregelkreises vorzusehen. Eine solche Stabilisierung wird beim Bremskraftregler nach Fig. 7 dadurch erzielt, daß die Sollverzögerungskorrektur a_k durch eine Komponente, bestehend aus Faktor γ mal Sollbeschleunigung a_e, reduziert wird, so daß die effektive Verzögerungsdifferenz a_be am Eingang des eigentlichen Reglers durch den Wert a_bc = a_k — ya_c gegeben ist. Der Reduktionsanteil ya_c wird, wie vorbeschrieben, am Potentiometer 53 abgegriffen. Im Betriebszustand Π (c = 1, c = 0) gelangt der Reduktionsanteil ya_c an den Eingang des Verstärkers 21, während im Betriebszustand I (c = 0, c — 1), bei welchem eine Reduktion von a_k unerwünscht ist, das Analogsignal ya_c durch den von den Diodenanordnungen 54 bzw. 55 gebildeten Schalter gesperrt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der pneumatischen Bremskraft in Schienenfahrzeugen mit einer durchgehenden Hauptluftleitung zum Steuern des Bremsdruckes in den Bremszylindern und einem auf dem Zugführerfahrzeug angeordneten Bremskraftregler zum Regeln des Druckverlaufs in der Hauptluftleitung auf Grund einer elektrischen Steuergröße in Abhängigkeit von einem der Differenz der Soll- und der Istverzögerung des Zuges entsprechenden elektrischen Signal, wobei im Bremskraftregler ein Integrator angeordnet ist, dessen elektrische Ausgangsspannung zum Einstellen des Luftdruckes dient, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integralkanal des Integrators (12, 15) ein Proportionalkanal parallel geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskraftregler ein vom Signal (a_be) der Verzögerungsdifferenz steuerbares Umschaltglied (11) aufweist, das den Eingang des Integrators (12) in der einen — dem Bremsen entsprechenden — Stellung mit einer konstanten Spannung (g_b) und in der anderen — dem Lösen der Bremsen entsprechenden — Stellung mit einem Rückführglied (13) im Proportionalkanal verbindet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführglied (13) ein ohmscher Widerstand ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremskraftlegier das Signal (a_he) der Verzögerungsdifierenz einem im Integralkanal angeordneten und dem Integrator (IS) vorgeschalteten Begrenzungsverstärker (14) und einem im Proportionalkanal angeordneten Übertragungsglied (16) zugeführt ist, wobei die Ausgangsspannungen des Integrators und des Übertragungsgliedes mit gleichen Vorzeichen zusammengeführt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Bremskraftregler eine Schwellwertschaltung angeschlossen ist, welche bei Erreichen oder Überschreiten eines einer minimalen Druckabsenkung in der Hauptkraftleitung entsprechenden Wertes anspricht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung einen Meßtrigger (40) enthalt, der zur Erzielung einer Hysterese mit einer Rückführung (42) versehen ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Integrators (IS) über einen Kondensator (34) ein dem Meßtrigger (40) der Schwellwertschaltung entnommenes Signal (p_b) zugeführt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festlegen des für das Bremsen maßgebenden Begrenzungsniveaus des Verstärkers (23) ein Diodenschalter (29) dient.

9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken des für das Bremsen maßgebenden Astes der Kennlinie (F i g. 9) des Übertragungsgliedes (16) ein weiterer Diodenschalter (37) dient.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signal (a_be) der Verzögerungsdifierenz ein von einem von der Sollbeschleunigung gelieferten Analogsignal (a_c) abgeleitetes Reduktionssignal (γ - a_c) über einen von einem binären Hilissignal (c) betätigbaren Diodenschalter (54, 55) zugefügt ist, wobei das Kilfssignal (c) in einem Betriebszustand des Bremskraftreglers für Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle auftritt.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspannung (ρ,) des Integrators (15) eine zeitlich abnehmende Grundspannung {p_k) zugeschaltet ist, bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit im Gefälle zum Erzielen eines raschen Anstieges des Ausgangssignals (p_ac) auf den der minimalen Druckabsenkung entsprechenden Wert.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Grundspannung (pfr) das beim Übergang eines Speichers (47) von seinem einen in den anderen Schaltzustand an seinem Ausgang erscheinende, einem umladbaren Kondensator (44) zugeführten Binärsignal (A,,*) dient, wobei einem Eingang des Speichers (47) ein vom Signal (α,,,,) der Verzögerungsdifferenz bei dessen Erreichen eines minimalen Wertes für das Bremsen abgeleitetes Binärsignal (k,) zugeführt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß einem anderen als »Oder«- Schalter ausgebildeten Eingang des Speichers (47) zum Rückstellen des Speichers das inverse Signal (R₁,) des vom Signal (<?,„,) der Verzögerungsdifferenz abgeleiteten Binär>ignals (k_h) und ein heim Lösen der Bremsen erzeugtes Binärsignal (/>(,*) zugeführt sind.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 13, dadurch gekennzeichnet, daß das inverse Binärsignal (p,,) des dem Meßtrigger der Schwellwertschaltung (40) entnommenen Signals (p_b) einem weiteren Meßtrigger (50) zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Speichers (47) zum Zuführen des beim Lösen der Bremsen erzeugten Binärsignals (p_b*) verbunden ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestdauer des beim Lösen der Bremsen erzeugten Binärsignals (p_b*) einstellbar ist, z. B. mittels eines dem weiteren Meßtrigcer (50) zugeordneten RC-Netzwerkes (52).