DE1906513A1

DE1906513A1 - Schleuderschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE1906513A1
Application number: DE19691906513
Authority: DE
Inventors: Hansrudi Buehler; Moser Dipl-Ing Rudolf
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1968-04-17
Filing date: 1969-02-10
Publication date: 1969-10-30
Also published as: FR2006339A1; GB1246053A; CH470282A

Description

Maschinenfabrik Oerlikon, ZUrich-Oerlikon (Schweiz)

Schleuderschutzeinrichtung.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleuderschutzeinrichtung für Schienentriebfahrzeuge.

Bei modernen Lokomotiven werden grundsätzlich alle Radsätze angetrieben. Ferner stehen hohe Zugkräfte in einem grossen Geschwindigkeitsbereich zur Verfugung, und man ist bestrebt, die maximale, zwischen Rad und Schiene verfügbare Adhäsion soweit als möglich auszunützen, wobei sowohl mechanische als auch elektrische Massnahmen zur Anwendung gelangen. Falls die Zugkräfte die Adhäsionsgrenze jedoch überschreiten, schleudern die Räder, wodurch einerseits die Zugkraft reduziert wird und andererseits die Gefahr von Beschädigungen an Motoren, Getrieben, Radsätzen und Schienen besteht.

Es sind deshalb bereits Schleuderschutzeinrichtungen entwickelt worden, die das Durchdrehen der Räder beim Ziehen und das Blockieren beim Bremsen verhindern sollen.

Als Kriterium- für das Auftreten eines übermässig grossen Schlupfes zwischen Rad und Schiene kann entweder- das Erreichen einer maximalen Drehzahl einseiner Radsätze,deren Beschleunigung, die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen zwei einzeln angetriebenen Radsätzen bzw. Radsatzgruppen bei gekuppelten

QbJ. >279fc

Achsen oder das Vorhandensein unterschiedlicher Motorströme im Falle von parallelgeschalteten, bzw. unterschiedlicher Ankerspannungen im Falle von reihengeschalteten Antriebsmotoren dienen. '

Als Mittel zur Behebung des Schieuderns kommen wahlweise rein mechanische Mittel wie Schleuderbremsen, welche den schleudernden Radsatz verzögern oder elektrische Massnahmen zur Reduktion der an den Radsätzen wirksamen Zug- bzw. Bremskräfte zur Anwendung.

Betriebserfahrungen zeigen, dass immer wieder Fälle auftreten, in denen mit den bekannten Methoden ein Schleudervorgang nicht oder zumindest nicht rechtzeitig genug erfasst werden kann.

So ist unter Zugrundelegung einer maximalen Drehzahl die Zeitspanne bis zum Erreichen dieser Drehzahl relativ gross, so dass beim Schleudern ohne weiteres Schaden an den Rädern bzw. Schienen entstehen können. Wählt man die Beschleunigung als · Schlupfkriterium, so wird eine rasche Erfassung des Schleuderns nicht möglich, da der Beschleunigungswert verhälfcnismässig hoch gewählt werden muss, einerseits um Anfahrten mit unterschiedlicher Beschleunigung zu ermöglichen, anderseits um zu verhindern, dass jedes geringfügige Rutschen der Räder bereits: zur Auslösung des Schleuderschutzes führt. Das Kriterium der Geschwindigkeitsdifferenz schliesslich'ist ebenfalls unsicher in allen Fällen, wo mehr als nur ein Radsatz-zum Schleudern kommt. Schleudern im Extremfall alle Radsätze gleichzeitig und gleich stark, so ist die Geschwindigkeitsdifferenz null. In diesem Falle treten darüber hinaus weder unterschiedliche Motor-

909844/0332

- ^mmm »-,■-■·■ ■ badorigimal :

ströme noch unterschiedliche Ankerspannungen auf, so dass der¹ Schleuderschutz nicht ansprechen kann. Pas gleichzeitige Schleudern sämtlicher Radsätze stellt keine Seltenheit dar. Gerade jene Vorkehrungen, die eine gleichmässige Ausnützung der Adhäsionskräfte aller Radsätze bezwecken, begünstigen ein derartiges Schleudern. - ' . '

Anhand von Fig. 1 lassen sich die Nachteile des Bekannten im Zusammenhang mit dem Verlauf des Adhäsions-Koeffizienten genauer erkennen. Auf der Abzisse ist die Schlu^pfgeschwindigkeit s zwischen Rad und Schiene, auf der Ordinate der Abhäsions-Koeffizient μ auftragen. Bei einem bestimmten Schlupf s , der im Bereich des sog. Makroschlupfes liegt und der mehrere km/h betragen kann, erreicht der Adhäsions-Koeffizient μ den Maximalwert ιμ. entsprechend der grosstmöglich übertragbaren Zugbzw. Bremskraft. Mit weiter wachsender Schlupfgeschwindigkeit sinkt der Adhäsions-Koeffizient und damit die übertragbare Zugkraft wieder ab. Die Form der u-Kurve sowie die Beträge für s. und u. sind nicht konstant, sondern abhängig vom Ort, von der Witterung (Feuchtigkeit), von Verschmutzung, vom Schienenprpfil und von der Fahrgeschwindigkeit. Fig. la zeigt die Gegenüberstellung der Kurve u = f(s) bei trockenem Wetter und der Kurve u¹ = f(s) bei feuchten Schienen als ein Beispiel. Soweit die zum Stand der Technik gehörenden SchleuderSchutzeinrichtungen überhaupt auf einen absoluten Schlupfwert s ansprechen, erfolgt dies nicht im Kulminationspunkt A (Fig.l), sondern erst bei einem wesentlich grösseren Schlupf s„, so dass der schleudernde Radsatz zu spät verzögert wird und eine relativ lange Zeit vergeht, bis wieder ein stabiler Schlupfwert

909844/0332
erreicht wird. BADORtGlNAU

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Mängel 2U beheben.

Erfindungsgemäss lässt sich dies dadurch erreichen, dass Mittel vorgesehen sind, welche zur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie einer aus der Differenz zwischen Radumfangsgeschwindigkeit und Translationsgeschwindigkeit gebildeten Schlupfgeschwindigkeit und in Abhängigkeit Von letzterer zur Auslösung von Schleuderschutzmassnahm'en dienen, insbesondere zur Steuerung einer Schlupfbegrenzung.

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sin.d inbesondere im folgenden zu sehen: · . · -

Da die absolute Schlu-'pfgeschwindigkeit, d.h. die Diffe- . renz zwischen der Radumfangsgeschwindigkeit ν und der .Trans-' . lationsgeschwindigkeit ν des Fahrzeuges erfasst wird, ist die Schlupfmessung in allen Betriebsfällen ausserordentlich genau, und es entfällt die bisherige Unsicherheit in der Detektion des Schleudervorganges, welche beispielsweise ---" ""-■ beim Schlupf vergleich zwischen zwei oder mehreren Triebk radsätzen notwendigerweise vorhanden ist. Eine spezielle Eichung und insbesondere eine Nacheichung im Betrieb ist bei der Schlupfmesseinrichtung nicht erforderlieh, da diese mit einer automatischen Korrektur im Hinblick auf ungleiche _: Raddurchmesser und unterschiedliche Radabnützung ausgerüstet werden kann. Die neue Einrichtung erfasst und korrigiert einen zu grossen Schlupf, ehe ein eigentliches Schleudern,, d.h. ein Durchdrehen oder Gleiten der Triebräder erfolgt.

BAD original

Es lasst sich insbesondere das gefürchtete gleichzeitige Durchdrehen aller Triebräder bei stillstehender oder langsam-■fahrender Lokomotive vermeiden., Durch die Schlupfbegrenzung wird die Ausnutzung der maximalen Adhäsionskräfte möglich, was erlaubt, erhöhte Anhängelasten zu bewältigen. Sehliesslich wird es möglich, nicht nur bei bemannten, sondern auch bei ferngesteuerten Triebfahrzeugen die grosstmögliehe Adhäsion in sicherer Betriebsweise auszunützen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenständes wiedergegeben.
Es zeigt

Fig. 1 die bereits besprochene u-Funktion, Fig. la die ebenfalls bereits abgehandelte ^-Funktion bei Veränderung von Geschwindigkeit und Schienenzustand,

Fig. 2 Einzelheiten der sur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit dienenden Mittel,

Fig. 3 das Blockschema einer Schleuderschutzeinrichtung, Fig. 4 das Prinzipschaltbild eines Schlupfmessgeräts^ Fig. 5 das Schaltschema eines Tote-Zone-Gliedes eines Schlupfbegrensungsgeräts,

Fig. 6 eine Kennlinie des Tote-Zone-Gliedes gemäss Fig.5 Fig. 7 .die Schaltanordnung eines Begrenzungsrechners des Schlupfbegrenzungsgeräts, ■

Fig. b und 9 Kennlinien des Begrenzungsrechners gemäss

Eig. Ί,

Fig. 10 eine Einzelheit eines Stromrichtersteuergeräts,

52791 909844/0332 ' BAD ORIGINAL

Fig. 11 die Anordnung eines Schlupfbegrenzungsgerats in einem'Stromregelkreis, ' ■ . V

Fig. 12 Kennlinien einer Motorstrom-Sollwertkorrektury

Fig. 1J5 den Verlauf des resultierenden Motorstrom-Sollvier t es

- In Fig. 2 ist mit 1 ein Triebrad, mit 2 dessen -Lagerung und mit J> ein Drehgestellrahmen bezeichnet. An letzterem Ist sowohl ein Tragarm 4 als auch ein Schwingungsdämpfer 5 £&*' eine Messrolle 6 -angelenkt. Diese wird von einer Feder 7 ' auf eine Schiene 8 gedrückt und weist, einen feststehenden Teil 9, einen rotierenden Teil 10 sowie eine zugehörige Lagerung 11 auf. Zum feststehenden Teil 9 der Messrolle 6 führt eine elektrische Zuleitung 12 für Mess- und Heizzwecke.

Die Messrolle 6 dient zur genauen Erfassung der Translationsgeschwindlgkeit v_ des Fahrzeuges. Die Federkraft der Feder 7 ist hierzu so zu wählen, dass zwischen Messrolle und Schiene nur ein Mikroschlupf auftritt. Um dies auch im Winter zu gewährleisten und insbesondere eine Vereisung zu verhindern, ist im feststehenden Teil 9 der Messrolle 6 eine nicht besonders dargestellte elektrische Heizung untergebracht, die über entsprechende Zuleitungen 12 gespeist werden kann... Ferner nimmt der feststehende Teil 9 eine nicht näher wiedergegelbene erste Tachodynamomaschine oder einen ersten Impulsgeber auf, weiche die Translationsgeschwindigkeit v„, in elektrische Messwerte umformen. Damit die Messrolle beim Kurvenfahren den Auslenkungen des Drehgestells folgen kann, ohne die Schiene JZU verlassen, ist sie ohne Spurkranz ausgebildet. Sie muss jedocheine genügende Breite besitzen, um stets auf der

w? 3098U/Ö332 " ^; "" '""

Schiene zu bleiben. Auf solche V/eise lässt sich eine spezielle Lenkachskonstruktion vermeiden. Der Raumbedarf für die Messrollenanordnung ist gering, weil man nur eine einzige Messrolle je Fahrzeug benötigt, deren Durchmesser zudem wesentlich kleiner als der Triebraddurehmesser gewählt werden kann. Ferner wird durch Anbringung der Messrolle am Drehgestellrahmen 3 in der Nähe der Triebräder 1 ohnehin ein an sich freier Raum ausgenützt. Der dem mechanischen Verschleiss unterworfene rotierende Teil 10 der Messrolle ist zweckmässigerweise auswechselbar gestaltet.

In Fig. 3, die ein Blockscheraa einer Schleuderschutz— einrichtung zeigt* ist mit 13 ein Fahrdraht, mit 14 ein Stromabnehmer, mit 15 ein Transformator, mit 16 ein Strommesser, mit 17 ein Thyristorgleichrichter, bzw. Viechseirichter im Falle der Recuperation, mit Ϊ8 ein Triebmotor, mit 1 wiederum das Triebrad, mit 6 die Messrolle bezeichnet. Eine nicht näher dargestellte, zweite Taehodynamomaseiilne 75 bzw. ein zweiter Impulsgeber stehen mit dem Triebrad 1 in Verbindung und liefern an ein Schlupf messgerät 19 einen iiessiv'ert, welcher der Radumfangsgeschwlndlgkeit ν entspricht. Weiterhin werden dem Schlupfmessgerät 19 Daten eingegeben, welche die Translationsgeschwindigkeit v™, die Motorstromscärke J und den mittels eines Druckindikators 20 erfassten Druck ρ eines BremsZylinders 21 abbilden. Ein Bremsklotz Ist mit der Bezugsziffer 22, ein Steuerventil mit der Zahl 23 versehen. Vom Ausgang des Schlupfmessgeräts 19 gelangen die Informationen s=v-v_T und v„ zu einem Schlupfbegrenzungsgerät 24. Diesem werden weiterhin Signale,

90984V/0332

welche der Motorstromstärke J und der Fahrschalterstellung P des Fahrschalters 25 entsprechen, zugeleitet". Das Schlupfbegrenzungsgerät erteilt Steuerbefehle a,b entweder einem Stromrichtersteuergerät 26 oder dem Steuerventil 23. Ersteres erhalt zusätzlich ein Fahrschalterstellungssignal F.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist als Speisenetz ein Wechselstromsystem vorausgesetzt. Im Falle eines Gleichstromhetzes entfällt der Transformator 15 und an Stelle des'Thyristorstromrichters 15 tritt ein sog. Gleichstromsteller, der in der Art eines Zerhackers wirkt.

Bei Fahrzeugen mit mehreren Triebmotoren findet je Motor eine gesteuerte Stromrichteranordnung 17? bzw. ein Gleichstromsteller Verwendung, so dass eine individuelle Steuerung* bzw,. Regelung jedes Motors erreichbar ist. Für einfachere Aus- ■ rüstungen können auch einige Triebmotoren zu einer regulierten Gruppe zusammengefasst werden*

In Fig. 4 ist mit 27 ein erster, mit 28 ein zweiter und mit 29 ein dritter Wirkwiderstand bezeichnet}· Ein erster Rückkopplungswiderstand 30 ist an einen ersten Gleichstromverstärker 31 geschaltet. Ein Potentiometer 32 kann mit Hilfe eines Servomotors 33 verstellt werden, falls ein Relais J^ seinen zugehörigen Kontakt 35 schliesst und am Verstärker 31 eine endliche Spannung vorhanden ist. Die Bezugsziffern 36j 37 > >8 bezeichnen einen ersten, zweiten und dritten Grenzwertmelder, wofür Schmitt-Trigger Verwendung finden können. Ein Und-Tor 39 steht mit einem Schaltverstär-ker 40 in Verbindung Und dieser wiederum mit dem Relais 34. Am Eingang ;' des dritten Gren.zwertmelders 38 'liegen Kontakte des Druck-

< μ, '- on 909844/0332

indikators 20. - ■

■■■.-.-■■ iÄDOHIQINÄL ■':■■"-3279I .P-::^: -'< ".■;·■■■ - ■ ■ . : .-■■'■

Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten Schlupfmessgeräts ist folgende:

Die mit der Messrolle verbundene Tachodynamomasehine liefert eine der Translationsgeschwindigkeit ν proportionale Gleichspannung, welche mit negativem Vorzeichen dem ersten Wirkwiderstand 27 sowie dem ersten Grenzwertmelder J>6 zugeführt wird. Die vom jeweiligen Triedradsatz angetriebene Tachodynamomaschine erzeugt eine der Radumfangsgeschwindigkeit ν pro» portionale Gleichspannung, welche an der Reihenschaltung ₃ g©~ gildet aus dem dritten Wirkwiderstand 29 und dem Potentiometer 32, liegt. An einem Abgriff dieses Potentiometers ist der zweite Wirkwiderstand 28 angeschlossen. Am Eingang des ersten Gleichstromverstärkers j51 tritt demnach sowohl eine der Translationsgeschwindigkeit ν_φ als auch eine der Radumfangsgeschwindigkeit ν proportionale Spannung auf, und es erscheint am Verstärkerausgang ein der Grosse v-v„, d.h. ein der Schlupfgeschwindigkeit s proportionaler Spannungswert, Sofern das Fahrzeug zieht, ist v_ kleiner als ?, die Grosse s also positiv, beim Bremsen wird v_ hingegen grosser als v, s also negativ.

Am Ausgang des ersten Grenzwertmelder 36 erscheint dann ' ein Signal 1, womit ein vorbestimmtes Potential bezeichnet werden soll, wenn die Translationsgeschwindigkeit ν_ einen Minimalwert von beispielsweise 60 km/h überschritten hat. Sine dem Motorstrom J proportionale Gleichspannung liegt am Eingang des zweiten Grenzwertmelders 37, dessen Ausgangssignal gleich 1 wird, wenn J einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Schliesslich erscheint am Ausgang des dritten Grenzwertmelder 38 das Signal Ι,γ/enn der Druckindikator 20; Öffnet, der Druck ρ

-'■"- 90 9 044/0332 *
32792 BAD ORIGJNAU

im Zylinder also kleiner ist als ein bestimmter Grenzwert

P ■ " ■ "

von beispielsweise 0,8. .1,0 kg/cm". Sobald die vorgenannten ' Bedingungen für v™ , J und ρ erfüllt sind., rollt das Fahrzeug praktisch ohne Sehlupf der Räder. Da weiterhin sämtliche Eingänge des Und-Tores 39 gleich 1 sind., betätigt dieses über den'Schaltverstärker 4Ö das Relais 34, welches den Kontakt 35 . ■ ■ schliesst. Falls nun am. ersten Gleichstromverstärker 31 eine : Spannung vorhanden ist, obwohl bei. rollendem Zug der Schlupf s den Betrag Null aufweisen müsstej, verstellt der Servomotor 33 den Abgriff am Potentiometer 32 so lange, bis die Ausgangsspannung das,Verstärkers Jl den Wert Null annimmt» Man er- · reicht auf diese Weise einen automatischen Abgleich der Schlupfmessung und kann den Einfluss von unterschiedlichen Raddurchmessern bzw. untersehiedlieiieu RaäabnütZungen eliminieren. Es lässt sich also eine unkorrekte Schlupfmessung stets mit Sicherheit vermeiden. An Stelle des Servomotors 33 und des Potentiometers J>2 konnte natürlich auch ein 'Schrittschaltwerk, mit einer entsprechenden Steuerung treten«

Das Schlupfbegrenzungsgerät 24 besteht aus einem Tote-Zone -G Ii ed, und einem Begrenzungsreehner. -

Fig. 5 zeigt den Aufbau des Tote-Zone-Gliedes. Am-Mittelpunkt einer aus vier Widerständen 4l,42._a43,44 gebildeten Wider- Standskette liegt eine der Schlupfgesciiwindlgkeit s proportionale Gleichspannung, d.h. der Ausgang des ersten Gleienstrotnverstärkers 3I. Zwischen den Widerständen 41,42 ist eine erste Diode 45 angeklemmt, welche über einen vierten,^irkwiderstand 46 "zum Eingang eines zweiten Gleichstromverstärkers 47 führt, der miteinem zweiten Rückkopplungswiderstaad 48 versehen,ist. Eine

3279X BAD ORIGfNAL

aus einer zweiten Diode 49 und einem fünften Wirkwiderstand 50 gebildeten Reilienschaltung liegt zwischen dem Eingang des zweiten Gleichstromverstärker 47 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Aj5,44 der Widerstandskette. Schiiesslieh ist an den Ausgang des Gleichstromverstärkers 47 ein vierter Grenzwertmelder 51 angeschlossen.

Das Tote-Zone-Glied wirkt wie folgtt

Die Diode 45 leitet nur, wenn am Anschlusspunkt zwischen den Widerständen 4l,42 ein negatives Potential vorhanden ist. Hierzu gehört eine entsprechende-Eingangsspannung s. Ueber den Widerstand 46 fliesst dann ein Strom, der im Zusammenwirken mit dem Rückkopplungswiderstand 48 zur Folge hat, dass am Ausgang des Gleichstromverstärkers 47 eine positive Spannung a auftritt. Umgekehrt leitet die Diode 49 nur dann, wenn der Anschlusspunkt zwischen den Widerständen 43, 44 ein positives Potential aufweist. Dies bedingt eine negative Spannung des Verstärkers 47. Innerhalb eines bestimmten Bereiches der Eingangsgrösse s leitet keine der beiden Dioden 45, 49, und die Verstärkerausgangsspannung ist dann gleich Null. Es ergibt sich somit eine Kennlinie entsprechend Fig. 6. Die Entfernung der beiden Schlupfwerte S₁ und s„, d.h. die Breite der Tote-Zone hsigt vom Verhältnis der Widerstände 41. .44 und der Gröss.e einer Hilfsspannung U. ab. Je grosser letztere ist, umso breiter ist die Tote-Zone. Die Ausgangsspannung a des Tote-Zone-Gliedes wird einerseits dem Stromrichtersteuergerät 26, andererseits dem vierten Grenzwertmelder 51 zugeführt. Letzterer spricht an, wenn a einen bestimmten negativen Wert erreicht, \-ias gemäss

3279I 909844/0332

- - 12 -■■

Pig. 6 einem negativen Schlupf, d.h. dem Bremsbetrieb entspricht. Das Ausgangssignal b des Grenzwertmelders 51 wirkt über einen nicht dargestellten Signalverstärker auf das Steuerventil 23 (Fig. 3), welches den Bremszylinder der Druckbremse entlüftet und hierdurch die mechanische Bremskraft reduziert.

Mit Hilfe des Tote-Zone-Gliedes lässt sich erreichen, dass der Schleuderschutz in der Nähe des Kulminations-Punktes A~ der ^-Funktion (Fig. 1) zum Ansprechen gelangt. Der Verlauf dieser u-Kurve hängt nun aber vom Schienenzuständ und von der Translationsgesohwindigkeit ab. Bei nassen Schienen sinkt u_A auf ja.¹ und die zum Kulminationspunkt A' gehörende Schlupfgeschwindigkeit S_n ¹ vergrössert sich auf s.¹. Das gleiche·.

A A .

gilt für eine erhöhte Translationsgeschwindigkeit. Die vorgenannten Verhältnisse sind in Fig. la wiedergegeben.

Um auch die eben beschriebenen Einflüsse zu erfassen, ist das Schlupfbegrenzungsgerät 24 mit einem Begrenzungsrechner versehen. Er liefert eine entsprechende Hilfsspannung UV für das Tote-Zone-Glied. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Begrenzungsrechners. Am Eingang eines dritten Gleichstromverstärkers 52, der einen dritten Rückkopplungswiderstand 53 aufweist, liegen ein sechster, siebenter und achter Wirkwiderstand 54,55,56. Ferner sind neunte und zehnteWirkwiderstände 57*50 und eine dritte Diode 59* ein Umschalter 6O, ein zweites Potentiometer 6l und ein elfter Wirkwiderstand 62 vorgesehen. Die Funktionsweise des Begrenzungsrechners ist folgendes " Am Widerstand 5^ liegt eine Bezugsgleichspannung U ,am ; Widerstand 55 eine der Translationsgeschwindigkeit ν_φ propor- '

3279J, 9098U/0332 ■ ;: '.;[;1_; ^:;

tionale Gleichspannung und am Widerstand 56 mit umgekehrtem Vorzeichen eine dem Motorstrom J proportionale Gleichspannung.' Am-Ausgang des Gleichstromverstärkers erscheint dann eine Hi.lfsspannung U^ = k · U_Q + Jc · v_, - k, · J. Hier aus folgen Kennlinien gemäss Fig. 8 und Fig. 9· Mit steigendem ν_φ wächst auch U,. Damit wird aber s. vergrössert (Fig. 6) und der Tatsache Rechnung getragen, dass s. mit erhöhter Translationsgeschwindigkeit zunimmt. Die Stromstärke J stellt ein Mass für die Adhäsionskraft dar. Bei trockenen Schienen kann z.B. der maximale Motorstrom J in Fig. 9 erreicht werden, was in Fig. la einer Zugkraft Z* entspricht. Der dabei zuzulassende Schlupf beträgt s. . Bei" nassen Schienen wird J nicht mehr erreicht

A IDcLX.

entsprechend der verkleinerten möglichen Zugkraft Z ' nach Fig. la. Gleichzeitig muss aber der zugehörige Schlupf vom Wert s. auf einen neuen Wert s ' erhöht werden. Diesem Umstand wird durch den Verlauf der Spannung U in Fig. 9 Rechnung getragen, wobei U. mit sinkendem Strom steigt, was eine Erhöhung des zulässigen Schlupfes mit sinkender Zugkraft (schlechte Schienenverhältnisse) bedeutet.

Mit Hilfe der Widerstände 57,58 und der Diode 59 wird die Verstärkerausgangsspannung auf einen maximalen Wert U, begrenzt. Hierdurch lässt sich erreichen, dass der Schlupf nicht über einenbestimmten Höchstbetrag ansteigen kann, der insbesondere durch die zulässige Abnützung von Rad und Schiene vorgegeben ist. Falls der Fahrzeugführer selbst einen Schlupfbegrenzungswert wählen v/iH₄ braucht er nur den Umschalter zu betätigen* Auf solche Weise wird am Potentiometer 61 eine • Hilfsspannung abgegriffen. Der Abgriff dieses Potentiometers

ist zweckmässigerweise mit dem Fahrschalter gekuppelt. 32792, <>0S8AA

Fig. 5 wird eine positive und riegatiVe Hilfsspannung U_h zur Einstellung der.PunkteS₁ und S₂ (Fig^. 6) genötigt. * Falls diese Punkte symmetrisch zur Ordinate .liegen,, kann man + U_h und - U. mit Hilfe eines Umkehr ν er stärkers gewinnen, bei ... unsymmetrischer Lage von s, und Sp werden zwei analoge Sehair tungsanordnungen entsprechend Fig. 7 mit- uragekehrter Polarität der Eingangsgrössen erforderlich. . ,. ■ ..'.-. _:. . Das Stromrichtersteuergerät 26 (Fig. 3) ist mit einem -,...;. vierten Gleichstromverstärker 63 versehen (Fig* XO),, der einen vierten Rückkopplungswider stand 6k auf'w eist. Der Eingang des, vierten Gl ei chstroijiv erstärker s 65 steht-rait eineni zwölf ten .. Wi rla-i id erstand 65 und einem dreizehnten. Wirkwiderstand 66' in ■. , Verbindung.

Der Summierverstärker 63 liefert eine S teuer spannung C₁₈ welche sich aus der Beziehung e = P - a ergibt. F bedeutet ' hierbei die am Fahrsehalter 25 eingestellte Spannung, a die ._;; Alisgangsspannung des ¹Tb te-Zone-Gliedes (Fig. 5) · „Solange der..._; Schlupf in den gewünschten, erträglichen Grenzen .bleibfcj, ista= ο (Fig. 6). Dann wird c ^= F. Der, Fahrseugführer stellt also, mit Hilfe des_; Fahseugschalters den Zündwiniceü: der Strorariciiter : und damit die Motorspannung ein-,, bei frequeßzgest euer ten .-.-;..■> Motoren analog die Frequenz F. lieber schreitet jedoch die Schlupfgeschwindigkeit s den Wert_: s^. go steigt a sehr stark,,,,. an, so dass c rasch abniEirot. Die Triebmotorspannung (resp. Frequenz) und/damit die ausgeübte^ Zugkraft_werden auf solche . Weise- selbsttätig reduziert. Falls der Stromrichter 17 bei __t Nutzbremsung; als Weehselrichter arbeitet, wird die Sehlüpf-- . geschwindigkeit infolge der Kennlinie des Tpte-Zone-Gliedes

οη<38ΑΛ

ohne jegliche Umschaltung auf den Wert s_? begrenzt. Gelangt eine Widerstandsbremsung zur Anwendung, bei welcher die Erregung der Bremsmotoren über gesteuerte Gleichrichter erfolgt, so ist die Steuerspannung c an den betreffenden Steuersatz zu schalten. .

Fig.11 zeigt ein Schlupfbegrenzungsgerät 74 bei Anwendung eines Stromregelkreises. Mit 6f ist ein Stromrichtertransformator, mit 68 eine aus steuerbaren Gleichrichtern aufgebaute Stromrichterbrücke, mit 69 ein Gleichstromwandler, mit 70 eine Erregerwicklung und mit 71 der Anker eines Wellenstrom-Reihenschluss-Kollektormotors bezeichnet. Ein Stromrichtersteuersatz hat die Bezugsziffer 72, ein Regelverstärker die Bezugsziffer 73-

Die Anordnung gemäss Fig. 11 wirkt wie folgt: Der Motorstromsollwert J , der entv/eder vom Triebfahrzeugführer oder von einem Geschwindigkeitsregler vorgegeben sein kann, wird mit einem Korrektursollwert J . , welcher vom Schlupfbegrenzungsgerät 7^ stammt, zum resultierenden Sollwert J zusammengesetzt. Der Istwert J wird mit J verglichen und auf diesen Wert geregelt. Normalerweise ist J . gleich Null. Erreicht jedoch die Schlupfgeschwindigkeit den

Wert S₁, steigt J , entsprechend Fig. 12 an und J fällt χ ck ·«· er

gemäss Fig. IjJ. Die Neigung der in den Fig. 12 und I3 wi ed ergegebenen Kennlinien ist dabei so zu wählen, dass in Abhängigkeit vom Schienenzustand die maximal zulässige Zugkraft übertragen wird. Beim Ueberschreiten eines bestimmten Schlupfwertes wird also J und damit J gesenkt und das Kotordrehmoment ver-3279a 909844/0332

mindert. Die beschriebene Schaltung wirkt im Bremsbetrieb analog. . .

Im vorstehenden ist die Schleuderschutzeinrichtung im Zusammenhang mit Stromrichtersteuergeräten beschrieben worden. Sie könnte aber natürlich auch in anderer Weise wirksam werden, beispielsweise über einen Stufenschalter, eine Feldschwächung, Ankershuntung usw., um hierdurch die Motorzugkraft sinnge-? mass zu beeinflussen. Schliesslich wäre auch ein Zusammenwirken mit einer Schleuderbremse und einer Sandstreueinrichtung möglich.

909844/0332

Bezeichnungsliste

1 = Triebrad

2 .= Triebradlagerung

3 = Drehgestellrahmen

4 = Tragarm für Messrolle

5 = Schwingungsdämpfer für

Messrolle

6 = Messrolle

7 = Feder für Messrolle

8 = Schiene

9 = feststehender Teil der

Messrolle

10 = rotierender Teil der

Messrolle

11 = Lagerung der Messrolle

12 = Zuleitung zum feststehenden Teil der Messrolle

15 = Fahrdraht

14 = Stromabnehmer

15 = Transformator

16 = Strommesser ·

17 =Thyristorstromrichter

18 = Triebmotor

19 = Schlupfmessgerät

20 = Druckindikator

21 = Bremszylinder

22 = Bremsklotz 25 = Steuerventil 24 = Schlupfbegrenzungsgerät

909844/0332

25 = Fahrschalter

26 = Stromrichtersteuergerät

27 = erster Wirkwiderstand

28 = zweiter Wirkwiderstand

29 = dritter Wirkwiderstand

30 = erster Rückkopplungs-

Widerstand

31 = erster Gleichstromverstärker

32 = erstes Potentiometer

33 = Servomotor

34 = Relais

35 = Relaiskontakt

36 = erster Grenzwertmelder

37 '= zweiter Grenzwertmelder

38 = dritter Grenzwertmelder

39 =. Und-Tor

40 = Schaltverstärker

41,42,43,4^ -·Widerstände einer Widerstandskette

45 = erste Diode

46 = vierter Wirkwiderstand

47 = zweiter Gleichstromverstärker

48 - zweiter Rückkopplungs

wider stand

49 = zweite Diode

50 = fünfter V/irkwiderstand

- - 18 -

51 = vierter Grenzwertmelder

52 - dritter Gleichstrom

verstärker

53 = dritter Rückkopplungswiders t and

5^ = sechster V/irkwiderstand

55 = siebenter Wirkwiderstand

56 = achter Viirkwiderstand

57 = neunter Wirkwiderstand

58 = zehnter Wirkwiderstand

59 = dritte Diode

60 = Umschalter

61 = zweites Potentiometer

62 = elfter Wirkwiderstand

63 = vierter Gleichstrom-

. verstärker

64 = vierter Rückkopplungswiders t and

65 = zwölfter Wirkwiderstand

66 = dreizehnter Wirkwiderstand

67 = Stromrichtertransformator

68 = Stromrichterbrücke

69 = Gleichstromwandler

70 = Erregerwicklung eines Wellen-

strommotors

* 71 = Anker eines Wellenstrommotors

72 = Stromrichtersteuersatz

73 - Begelverstärker

74 = Schlupfbegrenzungsgerät

= Tachodynamo oder

Impulsgeber am Radsatz

a = Ausgangsspannung des Tote-Zone-Gliedes

b - Ausgangssignal des

vierten" Grenzwertmelders

c = Steuerspannung des

vierten Gleichstromverstärkers

ρ = Druck eines Bremszylin- ; ders

s = Sehlupfgeschwindigkeit

eines Radsatzes ν = tatsächliche Hadüm-

fangsgeschwlndigkeit

V™ = Pahrzeugtranslationsgeschwindigkeit

F = von der* schalterstellung abhänglse Spannung

J = Motorstrom-Istwert

J = Motors troni-Sollwert c

= Motorstrom-Sollwertkorrektur

= resultierender Motorstrom-Sollwert

= Hilfsspannung des BegrenzungSFechners

= Maximalwert von U.

Ü = BezugsgleichSToannung P '

Z ^Zugkraft oder Adhäsionskraft

09844/03 32

Claims

Patentansoruche;

ji\ Schleuderschutzeinrichtung für Schienentriebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6,19,24) vorgesehen sind, welche zur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit (v_) des ■ Fahrzeuges sowie einer aus der Differenz zwischen Radumfangsgeschwindigkeit (v) und Translationsgeschwindigkeit (v„) gebildeten Schlupfgeschwindigkeit (s) und in Abhängigkeit von letzterer zur Auslösung von Schleuderschutzmassnahmen dienen, insbesondere zur Steuerung einer Schlupfbegrenzung.

X. Schleuderschutzeinrichtung nach Patentansprüehidadurch ' gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit (v„) des Fahrzeuges eine Messrolle (6) dient, welche in der Nähe eines Triebrades (1) mittels eines Tragarmes (4) und eines Sciwingungsdärr.pfers (5), der unter dem Einfluss einer Feder (7) steht, am Drehgestellrahmen (jj) angelenkt ist.
2. Schleuderschutzeinrinrichtung nach ttefe«i4.nspruch JL, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrolle (6) einen feststehenden Teil (9)" sowie einen rotierenden Teil (10) aufweist, wobei der feststehende Teil (9) Heiz- und Messvorrichtungen aufnimmt, zu denen Leitungen (12) führen und der rotierende Teil (10) auswechselbar, spurkranzlos und in solcher Breite ausgebildet ist, dass er auch beim kurvenfahren stets auf der Schiene (8) verbleibt.

J^* Schleuderschutzeinrichtung nach Paten-tansprueh-^/und 4e»- X und *, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem

**■ Triebradsatz ein Messelemente beispielsweise eine Tachodynamo-

to maschine oder ein Impulsgeber, in Verbindung steht, welches

¹^ die Radumfängsgeschwindigkeit (v) erfasst und die Messroile (6)

ebenfalls ein solches Messelement aufweist, dass ferner die genannten Messelemente mit dem Eingang eines Schlupfmessgeräts (19) verbunden sind, dessen Ausgang zum Eingang eines Schlupfbegrenzungsgeräts (24) führt, das zur Beeinflussung, von Steuer-· geräten (25,26) dient.

Schleuderschutzeinrichtung nach Uft£ei*anspruch 5., dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupfmessgerät (19) einen ersten Gleichstromverstärker (3I) aufweist, dessen Eingang mit einem ersten und zweiten Wirkwiderstand (27,28) verbunden ist, an fe denen Gleichspannungen abfallen, welche der Translations- (ν-) ['-."■

und RadumfangEgeschwindigkeit (v) proportional sind, dass ferner der Ausgang des Gleichstromverstärkers (Jl) nach Schliessen des Kontaktes (35) eines Relais (34) an eine Verstelleinrichtung, beispielsweise einen Servomotor (33)* der zur Betätigung des. Abgriffs eines Potentiometers (32) dient, angeschlossen ist und das Relais (34) mit einem Schaltverstärker (Λθ) in Verbindung steht, welcher mit dem Ausgang eines Ünd-Tores (39) verbunden ist und die Ausgänge von drei Grenzwertmeldern (36, W 37i38) ^z^ den Eingängen des Und-Tores (39) führen, wobei am Eingang des ersten Grenzwertmelders (>6) eine der Translationsgeschwindigkeit (v_T) des Fahrzeuges proportionale Gleichspannung _} am Eingang des zvieiten Grenzv/ertmelders (37) eine dem Motorstrom (J) proportionale Gleichspannung und am Eingang des · dritten Grenzwertmelaers (38) »eine dem Druck (p) eines Druckindikators (20) proportionale Gleichspannung liegt.

844/0332

5. Schleuderschutzeinrichtung nach ¥a£«*4nsprueh $·,* gekennzeichnet, dass das Schlupfbegrenzungsgerät (24) ein Tote-Zone-Glied aufweist, das eine Widerstandskette (41,42,-enthält, an deren Mittelpunkt eine der Schlupfgesehwindigkeit (s) proportionale Gleichspannung liegt und ein zweiter Gleich-. stromverstärker (47) vorgesehen ist, mit dessen Eingang ein vierter und ein fünfter Viirkwiderstand (46,50) in Verbindung stehen, welche über erste und zweite Dioden (45,49) an Punkte der Widerstandskette angeschlossen sind, während der Ausgang des zweiten Gleichstromverstärkers (47) einerseits mit dem Gleichrichtersteuergerät (26),andererseits mit einem vierten Grenzwertmelder (51) in Verbindung steht, der zur Beeinflussung eines Steuerventils (2j5) dient.

%L Schleuderschutzeinrichtung nach-rnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupfbegrenzungsgerät (24) zumindest einen Begrenzungsrechner aufweist, der einen dritten Gleichstromverstärker (52) enthält, an dessen Eingang ein siebenter und achter Wirkwiderstand (55,56) angeschlossen sind, wobei an • einem dieser Widerstände (55) eine der Translationsgeschwindigkeit (Vm) proportionale Spannung, am anderen Widerstand (56) eine der Motorstromstärke (J) proportionale Gleichspannung liegt, und ein Umschalter (60) vorgesehen ist, der zum wahlweisen Abgriff einer Hilfsspannung (U.) entweder am Ausgang des Gleichstromverstärkers (52) oder an einem zweiten Potentiometer (61) liegt, welches mit dem Fahrschalter (25) gekuppelt ist.

%"* Schleudersehutzeinrichtung nach tnspruch &, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gleichstromverstärker (52) durch

9 09844/0332 ORIGINAL INSPECTED

eine Reihenschaltung* gebildet aus einer dritten Diode (59) und einem zehnten VJirlcwiderstand (58) überbrückt und der Verbindungspunkt zwischen der dritten Diode (59) sowie dem zehnten Wirkwiderstand- (5S) an einen neunten Wirkwider stand (57) angeschlossen ist, an welchem eine vorbestimmte Spannung liegt.

Schleudersehutzeinrichtung nach nsprueh 3-j dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (26) einen vierten Gleichstromverstärker (6>) aufweist, mit dessen Eingang zwei Wirkwiderstände (65*66) verbunden sind, wobei an einem der Widerstände (65) eine der Fahrschalterstellung entsprechende Spannung (F), am anderen Widerstand (66) eine der Ausgangsspannung (a) des Tote-Zone-Gliedes proportionale Spannung

Schleuderschutzeinrichtung nach -öftfeepansprueh 3-i dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupfbegrenzungsgerät -(24;7^) iJn_:. Stromregelkreis eines Triebmotors (70,71) angeordnet ist.

MASCHINEMPABRIK OERLIKON

909844/0332

Leerseite