DE1763408A1 - Vorrichtung zum Steuern der Beschleunigung oder Verzoegerung eines Rades - Google Patents
Vorrichtung zum Steuern der Beschleunigung oder Verzoegerung eines RadesInfo
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Description
Birmingham / England 20. Mai I960
Vorrichtung zum Steuern der Beechleunigung oder Verzögerung eines Rades
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Beschleunigung oder Verzögerung eines Rades. Die
Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Schienenfahrzeuge vorgesehen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator vorgesehen ist, der mittels
des Rades angetrieben wird, daß ferner eine Einrichtung vorgesehen iat, die ein elektrisches Signal erzeugt, dessen
Stärke von der Verzögerung des Rades abhängig 1st, daß weiterhin eine Gleichetromsteuersohaltung angeordnet ist,
an die das genannte Signal anlegbar 1st, die im Betrieb derart betätigbar ist, daß beim Erreichen eines vorbestimmten
Wertes der Signale die Bremsen freigegeben werden, daß ferner eine Gleichstromquelle vorgesehen ist, die von dem
Generator aufladbar ist, die die Energie für die genannte Steuerschaltung liefert sowie daß ein Verzögerungsnetzwerk
innerhalb der Steuerschaltung angeordnet ist, das die Schaltung in einem Zustand der Freigabe der Bremsen für
den Pail aufrechterhält, daß das Rad blockieren sollte,
bevor die Bremsen gelöst sind.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Steuerung der Beechleunigung
eines Rades, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator vorgesehen ist, der von dem Rad angetrieben wird, daß ferner
22 222
Ma/He 10982 7/0397
BAD
eine Vorrichtung angeordnet ist, die ein elektrisches Signal erzeugt* dessen Stärke von der Beschleunigung des
Rades abhängig ist, daß ferner eine Gleichstromsteuerschaltung angeordnet 1st, an die das Signal anlegbar ist, die
eine Vorrichtung enthält, die im Betrieb derart betätigbar
1st, daß die Übertragung einer Antriebekraft auf das genannte Rad verhindert wird, wenn die Stärke des Signals
einen vorbestimmten Wert erreicht, dafl ferner eine Oleichstromquelle vorgesehen 1st, die von den Generator aufladbar ist und di· die Energie an die genannte Steuerschaltung
liefert sowie, dafl ein Verzögerungsnetzwerk innerhalb der Steuerschaltung vorgesehen ist, das die Schaltung In dem
Zustand aufrechterhält, die eine Zufuhr von Energie an das genannte Rad verhindert für den Fall, daß das Rad zu gleiten beginnt, bevor die genannte Kraft aufhört wirksam zu
sein.
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand des beillegenden Schaltungsschemaa näher erläutert
werden.
Das AusfUhrungsbeispiel, das näher beschrieben werden soll, bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern der Bremsung,
die für ein Schienenfahrzeug verwendbar 1st« bei den jedes
der vier Räder eine in sich abgeschlossene Einheit enthält,
die die Bremskraft, die auf die Räder ausgeübt wird, steuert. Da die Anordnung für jedes der vier Räder die glelohe
ist, soll nachstehend nur eine Vorrichtung näher beschrieben werden.
Das Rad treibt einen Wechselstromgenerator an» der schematlsoh mit 11 bezeichnet ist und dessen Auegangespannung
an die KlemmenQber einen DoppelwegbrUokenglelohrlohter angelegt wird, der aus den Dioden D2, Dj>, 0% und D5 besteht.
Die Ausgangsklemmen des Doppelweggleichriohtere sind mit
15, 16 bezeichnet. An der Auegangsklemme 13 1st eine .
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1 7 6 3 Z1 O 8
öpannungsleitung l4 angeschlossen und an der Klemme 16
liegt eine Spannungsleitung 13 über den Kollektor und Emitter eines n-p-n-Transistors q6 an, in dessen Emitterstromkreis
ein Widerstand R8 geschaltet ist. Die Klemme 3 6 ist ferner mit der Basis des Transistors q6 über einen Widerstand
R12 und die Basis des Transistors q6 ist mit der Klemme 15 über eine Zenerdiode 12 verbunden. Die Klemme
l6 ist an die Leitung l4 über einen Kondensator C7 angeschlossen. Die Leitungen 13, l4 liegen an einer Gleichstromquelle
19 an, die in geeigneter Weise in Gestalt einer Niekel-Cadmiumbatteriezelle ausgeführt ist.
Ferner enthält die Schaltung einen n-p-n-Transistor Ql,
dessen Emitter an der Leitung 14 anliegt und dessen Kollektor mit der Leitung 13 über einen Widerstand R2 verbunden
1st. Der Kollektor und die Basis des Transistors Ql sind über einen Widerstand Rl miteinander verbunden und
der Kollektor ist ferner über einen Widerstand R3 an der Basis eines weiteren n-p-n-Transistors Q2 angeschlossen,
dessen Emitter an der Leitung 14 über einen Widerstand R^
anliegt und dessen Kollektor an der Leitung 13 über einen Widerstand R4 anliegt. Der Kollektor und die Basis des
Transistors Q2 sind miteinander über den Kondensator Cl verbunden und der Kollektor ist ferner an der Basis eines
p-n-p-Transistors Q3 angeschlossen, dessen Emitter mit
der Leitung 13 über einen Widerstand R6 und dessen Kollektor mit der Basis eines n-p-n-Transistors Q4 verbunden ist,
dessen Kollektor an der Leitung 13 über den Widerstand R6
und dessen Emitter mit der Leitung 14 über einen Widerstand R7 anliegt. Der Emitter des Transistors Q4 ist ferner
mit der Basis eines n-p-n-Transistors Q5 verbunden, dessen Emitter an der Leitung 14 anliegt, dessen Kollektor
an der Leitung 13 über ein Solenoid 21 anliegt, das mittels einer Diode Dl überbrückt ist und dessen Kollektor
und Basis miteinander über einen Kondensator C6 verbunden
sind. Zwei Widerstände Rl4, R13 sind in Reihe an der KoI-
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lektor-Emitter-Bahn des Transistors Q5 angeschlossen und
die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen Rl4, RI3
ist mit der Basis des Transistors Q2 über einen voreingestellten Widerstand 22 verbunden. Die Basis des Transistors
05 ist ferner über einen Widerstand RIl und einen Thermistor
23 in Reihe mit der Basis des Transistors Ql verbunden.
Ein Eingangssignal zu der Basis des Transistors Ql wird von
der Klemme l6 über die Widerstände R9 und RIO und über
einen Kondensator C2 in Reihe angelegt. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R9, RIO ist mit der Leitung
13 über einen Widerstand RI6 und mit der Leitung 14 über
einen Kondensator C^ verbunden, der mittels eines normalerweise
offenen Schalters 24 und eines Widerstandes R15 in Reihe überbrückt ist. Die Verbindungsstelle zwischen dem
Widerstand RIO und dem Kondensator C2 ist an die Leitung
14 über einen Kondensator C4 angeschlossen und wie nachstehend
noch näher erläutert werden soll, kann der Kondensator C2 auch mit der Basis des Transistors Q2 anstatt mit
der Basis des Transistors Ql verbunden werden.
Der Wechselstromgenerator erzeugt eine Ausgangsspannung, die von der Umlaufgeschwindigkeit abhängig ist und diese
Ausgangsspannung wird über den Transistor Q6 und die mit ihm verbundenen Schaltungselemente geleitet, die in einer
bekannten Art einen gleichgerichteten Strom in der Leitung 13 erzeugen und die Batterie 19 aufladen. Die Widerstände
R9 und RIO, die Kondensatoren C7* CJ>
und C4 wirken als ein Glättungsnetzwerk und die geglättete Ausgangsspannung wird über den Kondensator C2 an die Basis des
Transist-ors Ql angelegt, so daß an der Basis des Transistors Ql nur ein Signal erscheint, wenn das Rad beschleunigt
oder verzögert wird. Das Signal ist negativ mit Bezug auf die Leitung 14, wenn das Rad verzögert wird,
jedoch positiv mit Bezug auf diese Leitung, wenn das Rad
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beschleunigt wird. Ein Signal, das positiv mit Bezug auf die Leitung 14 ist, hat keine Wirkung auf den Kondensator
C2, der an der Basis des Transistors Ql wie gezeigt anliegt,
so daß die Beschleunigungssignale für diesen Fall außer Acht gelassen werden können.
Angenommen, daß das Rad des Schienenfahrzeugs nicht verzögert wird und der Transistor Ql im leitenden Zustand
durch den Stromfluß durch die V/iderstände R 2 und Rl aufrechterhalten
wird, so daß ein Teil, jedoch nicht der ganze Basisstrom von dem Transistor Q2 abgeleitet wird. Der
leitende Zustand des Transistors 0,2 schaltet den Transistor 03 ein, der seinerseits bewirkt, daß der Transistor
q4 in den leitenden Zustand gelangt, der einen Strom zu
der Basis des Transistors Q5 durchleitet, so daß alle Transistoren sich im leitenden Zustande befinden. Indessen
sind die Werte der Schaltungselemente derart gewählt, daß der Strom, der durch den Transistor Q5 zum Solenoid 21
fließt, nicht genügend stark ist, um das Solenoid 21 zu erregen.
Wenn die Bremsen des Schienenfahrzeuges betätigt werden, so daß das Rad verzögert wird, wird ein negatives Signal,
dessen Stärke von der Verzögerung abhängig ist, durch den Kondensator C2 geleitet und neigt dazu, den Transistor Ql
abzuschalten, so daß ein stärkerer Strom durch den Widerstand R3 fließen kann und die Transistoren Q2, 03, 0Λ und
Q5 in einen stärker leitenden Zustand versetzt v/erden. Die Größe, in der sich der Transistor Q2 im leitenden Zustand
befindet, wird von dem Wert des Widerstandes 22 bestimmt, der oine alternative Bahn für den Strom bildet,
der durch den Widerstand Rj5 fließt. Der Wert des Widerstanden
22 wird bei der Herstellung so eingestellt, daß wenn ein vorbor;tlmtnten iJLgnal durch den Kondensator G2 hlndureh-
^e Leitet wird, das einen Zustand darstellt, bei dett- Ήο
Räder dicht am blockieren sind, wird der Transistor· ',),[>
in einen f;enUgend leitenden Zustand versetzt, um dm:
1 Π 9 « y 7 / Π 3 9 7
Solenoid 21 zu erregen. Das Solenoid ist an das Bremssystem in einer geeigneten Weise angeschlossen, so daß,
wenn es erregt wird, es die Bremsen freigibt.
Es kann festgestellt werden, daß die Anordnung, die oben beschrieben wurde, wirksam ein Blockieren der Räder verhindert,
so daß theoretisch die Bremsen gelöst werden, bevor die Räder blockieren. Indessen tritt in der Praxis
eine unvermeidbare Verzögerung zwischen einem Empfang des Signals durch den Kondensator C2 und dem Lösen der Bremsen
durch Erregung des Solenoids 21 auf. Während dieser Verzögerungsperiode ist es möglich, daß die Räder blockieren
und falls ein solcher Zustand eintritt, hören die Räder auf sich zu drehen, so daß kein weiteres Signal durch den
Kondensator C2 hindurchgeleitet wird und falls keine weiteren Schritte unternommen werden, werden die Bremsen
nicht gelöst. Der Kondensator Cl ist vorgesehen, um diese Schwierigkeit zu beheben. Wenn der Transistor Ql abgeschaltet
wird, wird der Kondensator Cl entladen. Für den Fall, daß die Räder blockleren, so daß der Transistor Ql wieder
eingeschaltet wird, fällt der Kollektor des Transistors Ql gegen das Potential der Leitung 14 ab, wobei der Basisstrom
des Transistors Q2 mit der sich ergebenden Möglichkeit verringert wird, so daß das Solenoid 21 entregt
wird. Unter diesen Umständen wird der Kondensator Cl über die Basis und Emitter des Transistors Q2, den Widerstand
R5, die V/iderstände Rl^ und Rl4, das Solenoid 21
und den Widerstand R4 aufgeladen, so daß der Transistor Q2 für eine vorbestimmte Zeitspanne im leitenden Zustand
gehalten wird. Solange der Transistor Q.2 sich im leitenden Zustand befindet, befinden sich die Transistoren Qj5, Q4
und Q5 ebenso im leitenden Zustand und das Solenoid verbleibt
erregt, so daß auf diese Weise diese Anordnung sicherstellt, daß die Bremsen gelöst werden, selbst wenn
die Räder blockieren sollten, bevor die tatsächliche Freigabe der Bremsen stattfindet.
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Falls es erwünscht isti die Schaltung zum Steuern der Beschleunigung
des Rades zu verwenden, wird ein Kondensator C2 mit der Basis des Transistors Q2 anstatt mit der Basis
des Transistors Ql verbunden. Ein negatives Signal, das durch den Kondensator C2 während der Verzögerung hindurchgeleitet
wird, neigt dazu, den Transistor Q2 abzuschalten. Das hat jedoch keine Bedeutung, da eine Verringerung der
Stromstärke durch den Transistor Q2 nur eine Verringerung des Stromes durch die Transistoren Q3, Q4 und Q5 ergibt
und auf diese Weise eine Verringerung des Stromes durch das Solenoid 21 bewirkt, das in jedem Fall nicht erregt
war. Indessen, wenn das Rad beschleunigt wird, wird ein positives Signal an die Basis des Transistors Q2 angelegt,
so daß der Transistor stärker in den leitenden Zustand versetzt wird. Bei einer vorbestimmten Beschleunigung,
die durch eine Einstellung des Widerstandes 22 gewählt wird, der gerade so eingestellt ist, daß bevor das Rad anfängt
zu gleiten, der Transistor Q2 genügend leitend wird um zu bewirken, daß der Transistor Q5 einen genügenden
Strom erhält, um das Solenoid 21 zu erregen. Das Solenoid 21 betätigt in seinem erregten Zustande einen geeigneten
Mechanismus, so daß ein weiterer Antrieb der Räder des Schienenfahrzeuges verhindert wird. Der Kondensator Cl
besitzt bei dieser Betätigung genau die gleiche Funktion wie bei der Verzögerung des Rades.
Der Schalter 24 ist vorgesehen, um die oben beschriebene
Schaltung zu überprüfen. Wenn der Schalter 24 geschlossen wird, erzeugt er auf diese Weise ein Signal über den Kondensator
C2, das eine Beschleunigung des Rades darstellt. Dieses Signal hat somit keine Wirkung, jedoch, wenn der
Schalter 24 wieder geöffnet wird, wird ein Signal erzeugt, das gleichwertig einem Verzögerungssignal ist, so daß
das Solenoid 21 augenblicklich erregt wird. Es kann festgestellt werden, daß die Anordnung des Schalters 24 eine
derartige ist, daß keine getrennte Stromquelle für die
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Prüfung der Vorrichtung erforderlich ist. Die Energie wird von der Batterie 19 geliefert. Ferner werden die bedeutendsten
Teile der Schaltung auch dann geprüft, selbst wenn die Batterie 19 teilweise entladen ist, so daß die
Gefahr, daß das Solenoid 21 nicht arbeitet als Ergebnis einer ungenügenden Batteriespannung mit einer sich daraus
ergebenden falschen Diagnose eines Fehlers in der Schaltung unmöglich ist. Der Schalter 24 wird vorzugsweise
magnetisch betätigt und die Anordnung ist derart, daß normalerweise der Schalter magnetisch gegenüber einem benachbarten
Magnet mittels eines Eisenschirmes abgeschirmt wird. Wenn die Prüfung ausgeführt wird, wird der Schirm
augenblicklich aus seiner normalen Stellung, beispielsweise mittels eines Druckknopfes bewegt, so daß der Schalter
unter den Einfluß des Magneten gelangt und schließt. Das Loslassen des Druckknopfes bewirkt dann, daß der
Schirm in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt, so daß der Schalter wieder geöffnet wird. Indessen, kann der
Schalter auch direkt mittels eines Magneten geschlossen und geöffnet werden. Auch andere Arten eines Schalters können
verwendet werden.
Der Thermistor 23 in dem Basisstromkreis des Transistors
Ql dient in Verbindung mit dem Widerstand RIl, um die Temperaturänderungen zu kompensieren.
Die gesamte gezeigte Schaltung kann in einem Achsgehäuse eines Rades untergebracht werden und bildet eine geeignete,
in sich selbst abgeschlossene, Baueinheit. Die eigene Stromversorgung ist insbesondere bei Fahrzeugen nützlich,
die keine Energieversorgung haben, ist jedoch auch ebenso nützlich bei Fahrzeugen mit einer Energieversorgung,
weil normalerweise große Änderungen der Nominalspannung der Stromversorgung bei solchen Fahrzeugen auftreten und
nur eine eigene Energieversorgung eine vollständige Standardisierung ermöglicht. Schwierigkeiten, die von einer
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Interferenz aus einem anderen Versorgungsnetz herrühren, (beispielsweise fluoreszierende Lampen) werden ebenso
vermieden.
Obwohl vorzugsweise eine Gleichstromquelle in Gestalt einer Batterie 19 verwendet wird, kann die Batterie in
gewissen Fällen auch durch einen Kondensator ersetzt werden, der als eine Gleichstromquelle wirkt.
Es ist selbstverständlich nur erforderlich, eine Baueinheit von der beschriebenen Art für jede Achse eines Schienenfahrzeuges
vorzusehen, selbst wenn an der Achse zwei Räder angeordnet sind. Wenn die Achsen eines Schienenfahrzeuges
gekoppelt sind, wie es bei einigen Fahrzeugen der Fall ist, können selbstverständlich Herstellungskosten
eingespart werden, indem nur eine Baueinheit auf den Achsen angeordnet wird. Darüber hinaus, selbst wenn die
Achsen nicht gekoppelt sind, können Kosten, falls es erwünscht ist, eingespart werden, indem eine einzige Steuereinheit
auf einer der Achsen angeordnet ist und das Lösen des Bremsteils an allen Achsen gleichzeitig erfolgt. Bei
einer solchen Anordnung können Signale von allen Achsen erhalten werden, so daß, wenn irgend eines der Räder zu
blockieren beginnt, die Bremsen an allen Achsen gelöst werden.
Der Kondensator Co ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß
die negative Rückkopplung, die über die Widerstände R13, R22, RIl und R23 gebildet wird, keine !Instabilität erzeugt.
Patentansprüche:
1 0 9 B V 7 / 0 'λ 9 7
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Steuern der Verzögerung eines Rades,
daduroh gekennzeichnet, daß ein Generator (ll) vorgesehen
1st, der mittels des Rades angetrieben wird, daß ferner eine Einrichtung (D2, D?, D4, D5) vorgesehen ist, die
ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Stärke von der Verzögerung des Rades abhängig ist, daß ferner eine
Gleichstromsteuerschaltung (Ql, Q2, 03, Q4, Q5, q6) angeordnet ist, an die das genannte Signal anlegbar 1st, die*
im Betrieb derart betätigbar let, daß beim Erreichen eines vorbestimmten Wertes des Signals, die Bremsen freigegeben werden, daß ferner eine Oleichstromquelle (19)
vorgesehen 1st, die von dem Oenerator (11) aufladbar 1st, die die Energie für die genannte Steuerschaltung
liefert sowie, daß ein Verzögerungsnetzwerk (Cl) innerhalb der Steuerschaltung angeordnet 1st, das die Schaltung in einem Zustand der Freigabe der Bremsen für den
Fall aufrechterhält, daß das Rad blockleren sollte, bevor die Bremsen gelöst werden.
2. Vorrichtung zum Steuern der Beschleunigung eines Rades, daduroh gekennzeichnet, daß ein Generator (11) vorgesehen
ist, der von dem Rad angetrieben wird, daß ferner eine Vorrichtung (D2, D3, D4, D5) angeordnet ist, die ein
Signal erzeugt, dessen Stärke von der Beschleunigung des Rades abhängig ist, daß ferner eine Gleichstromsteuerschaltung (Ql bis Q.6) angeordnet 1st, an die das Signal
anlegbar ist, die eine Vorrichtung (21) enthält, die im Betrieb derart betätigbar ist, daß die übertragung der
Antriebskraft auf das genannte Rad verhindert wird, wenn die Stärke dea Signals einen vorbestimmten Wort erreicht,
daß ferner eine Gleichstromquelle (19) vorgesehen ist, die von dem Generator aufladbar ist und die die Energie
an die genannte Steuerschaltung liefert sowie, daß ein
1 0 9 ft > 7/0397
- 11 -BAD ORIGINAL,
Verzögerungsnetzwerk (Cl) innerhalb der Steuerschaltung
vorgesehen ist, das die Schaltung in dem Zustand aufrechterhält, die die Zufuhr von Energie an das genannte
Rad verhindert, für den Fall, daß das Rad zu gleiten beginnt, bevor die genannte Kraft aufhört wirksam zu
sein.
3. Vorrichtung3nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die das elektrische Signal erzeugt, aus einem Wechselstromgenerator (11)
besteht, der von dem Rad angetrieben wird, an den ein Doppelweggleichrichter (D2, DJ, D4, D5) angeschlossen
ist, der außerdem zum Aufladen der genannten Gleichstromquelle dient.
4. Vorrichtung nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oleichstromquelle (19) eine Batterie ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß
die aieichstromquelle ein Kondensator ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (24) vorgesehen ist,
der einen Teil der Steuerschaltung bildet und zum Prüfen der Vorrichtung dient und daß die Energie für diese
Prüfung von der Gleichstromquelle lieferbar 1st.
109827/0397
Leerseite
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