DE2410523B2 - Regeleinrichtung für die Drehgeschwindigkeit mindestens eines Rades eines mit Antrieb und Bremsen versehenen Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die Drehgeschwindigkeit mindestens eines Rades eines mit Antrieb und Bremsen versehenen Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, durch Einwirkung auf das Fahrzeugrad unter Zuhilfenahme eines Vergleichs von Soll- und Istgeschwindigkeit mit einer das Beaufschlagen der Bremsen durch Anschluß an eine DruckmittelqueUe oder an die Atmosphäre steuernden Ventileinrichtung, der entsprechend der Ist- bzw. der Solldrehzahl des Rades in derselben Richtung drehende, zueinander koaxiale Wellen zugeordnet sind, und mit einer Differentialeinrichtung, welche ein Nacheilen oder Voreiien der Drehbewegung der Solldrehzahlwelle in bezug auf die Istdrehzahlwelle abfühlt und entsprechend das Beaufschlagen der Bremsen steuert

Beim Einstellen der Bremskraft mit Hilfe eines Steuerventils in Fahrzeugen, wie z. B. Eisenbahnzügen, Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen, werden in der Regel

to die bekannten Faktoren wie der Reibungskoeffizient zwischen Rad und Fahrbahn und andere Einflüsse nur ungenau erfaßt und berücksichtigt

Dieser Umstand hat beispielsweise zu lange Bremswege, einen zu großen Radverschleiß durch Rutschen, die Erzeugung von Flachstellen auf den Rädern oder den vollständigen Bremswirkungsverlust infolge blokkierter oder gleitender Räder zur Folge.

Durch die DE-PS 5 63 696 ist eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, welche selbsttätig die Bremswirkung in Abhängigkeit von der Haftreibung regelt und bei welcher eine DifferenüiaJeinrichtiing zur Regelung der Bremswirkung durch Vergleich der Geschwindigkeiten zweier Achsen dient und die Gleitbewegung einer ihre Drehgeschwindigkeit gegenüber einer nichtgleitenden Achse vermindernden Achse zur Beeinflussung der Bremswirkung verwendet ist Dabei wird also mit Hilfe des Vergleichs der Drehgeschwindigkeit der nichtgleitcnden Achse und einer absichtlich überbremsten Achse die Bremsung der Räder selbsttätig auf der durch die Adhäsion gegebenen Grenze gehalten. Diese bekannte Regeleinrichtung kann die Drehgeschwindigkeit der Räder eines Fahrzeugs aber nur in einer Richtung, d. h. im Sinne einer Verzögerung durch Bremsung, regeln,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist die Drehgeschwindigkeit mindestens eines Rades eines Fahrzeugs in beiden Richtungen, d.h. im Sinne einer Verzögerung durch

*> Bremsen und im Sinne einer Beschleunigung durch Antreiben, zu regeln.

Als Lösung dieser Aufgabe ist eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet daß die Ventileinrichtung einen zweiten Anschluß zum Steuern der Leistung des Antriebs ebenfalls mit Hilfe der Differentialeinrichtung hat und eine Verstelleinrichtung enthält die einen zu der Phasendifferenz der sich drehenden Wellen proportionalen Steuerdruck entsprechend dem Richtungssinn der Phasendifferenz für die Bremse oder den Antrieb liefert Bei der Regeleinrichtung nach der Erfindung wird also entsprechend dem Richtungssinn der Phasendifferenz der sich drehenden Wellen ein Steuerdruck für die Bremse oder den Antrieb geliefert Mit der Regeleinrichtung nach der Erfindung lassen sich außerdem kürzere Bremswege erzielen, das Gleiten von Rädern wird verhindert und deren Rutschen auf ein Minimum verringert Sämtliche Räder werden durch die Regeleinrichtung nach der Erfindung gezwungen, mit der gleichen Geschwindigkeit anzulaufen. Es werden sämtliche Veränderlichen, wie das Fahrzeuggewicht der Reibungskoeffizient der Bremsen und örtliche Adhäsionswerte, die die Bewegung des Fahrzeugs beeinflussen, kompensiert Die tatsächliche Beschleunigung des Fahrzeugs ist daher von diesen Veränderlichen weitgehend unabhängig, und es braucht keine Vorrichtung vorgesehen zu sein, um diese im einzelnen festzustellen und zu korrigieren. In Fällen, in welchen

örtliche Schienen- oder Straßenzustände an einem Rad so sind, daß die verlangte Größe der Verzögerung oder Beschleunigung nicht gehalten werden kann, wird das Rad einfach aufhören, zu der Gesamtbrems- oder Gesamtbeschleunigungswirkung einen Bei. rag zu leisten, und sein Anteil an dieser Wirkung wird auf- die übrigen Räder verteilt In keinem Fall wird ein solches Rad gleiten, d.h. blockiert sein, und es kann nur in Fällen, in welchen alle oder die meisten Räder dss Fahrzeugs in gleichem haftungslosen Zustand sind, rutschen bzw. schlüpfen, d. h. sich mit einer Tangentialgeschwindigkeit drehen, die kleiner ist als die Fahrzeuggeschwindigkeit Das wäre im Fall des Eisenbahnbetriebs zwar eine äußerst seltene Erscheinung, es könnte jedoch in dem Fail eines Kraftfahrzeugs oder eines Flugzeugs geschehen. Auch in diesen Fällen wird aber jedes Rad sofort wieder zur Bremswirkung beitragen, sobald es Adhäsionsbedingungen vorfindet, die die verlangte Beschleunigung zulassen.

Da die Regeleinrichtung nach der Erfindung in beiden Richtungen der Fahrzeugbeschleunigung wirksam ist, kann sie in Schnellverkehrsbahnen, bei welchen sämtliche Achsen der einzelnen Wagen mit Fahrmotoren ausgerastet sind, verwendet werden, um ohne Stöße oder ohne Durchdrehen der Räder höhere Anlaufgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen nach der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist anhand eines .in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch denjenigen Teil eines kombinierten Brems- und Antriebsregelsystems, den der Führerwagen eines Schnellverkehrspersonenzuges trägt,

F i g. 2 eine Schnittansicht einer Ventileinrichtung,

F i g. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ventileinrichtung und

Fig.4 eine Schnittansicht eines Fühlrades mit angeschlossener mechanischer Übertragungseinrichtung.

Die Einrichtung ist Teil eines Systems zum Regeln des Bremsens und des Antreibens eines Schnellverkehrspersonenzuges, welcher aus mehreren Wagen besteht Es wird angenommen, daß jeder Wagen zwei Drehgestelle hat und daß jedes Drehgestell zwei einzeln angetriebene Achsen aufweist Mit Ausnahme eines Hauptsignalgenerators, welcher nur auf dem Führerwagen benötigt wird, werden in diesem System eine identische Ausrüstung auf sämtlichen Wagen verwendet.

Das auf dem Führerwagen angeordnete Geschwindigkeitsregelsystem ist in folgende Hauptgruppen unterteilt:

a) Einen Hauptsignalgenerator 11, welcher an einen durch den Zug verlaufenden Steuerdraht 12 ein elektrisches Signal mit einer Frequenz liefert die die gewünschte Zuggeschwindigkeit darstellt

b) einen Fahrmotor 15 als Antrieb, der mit einem herkömmlichen Drehzahlwächter 16 ausgerüstet ist und zwei Zangenscheibenbremsen 17 und 18 für jede der vier Achsen 13,14,13a bzw. 14a,

c) einen Regler 19 für jede Achse, welcher dazu dient, über den Antrieb und die Bremsen ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Tangentialgeschwindigkeit der Laufflächen der Räder 21 und der Frequenz des Hauptsignals aufrechtzuerhalten, und

d) eine Druckmittelquelle 22 für die beiden Regler 19 jedes Drehgestells.

Der Hauptsignalgenerator Il enthält eine Batterie 24 und ein von Hand verstellbares Potentiometer 25 zum Ausbilden einer veränderlichen Steuerspannung, die die Sollgeschwindigkeit des Zuges darstellt; ferner ist ein

Tachogenerator 26 vorgesehen, der durch ein auf der Lauffläche eines der Räder 21 anliegendes Fühlrad 27 angetrieben wird; eine sich direkt mit der Istgeschwindigkeit des Zuges ändernde Rückführspannung wird dadurch erzeugt Diese beiden Spannungen werden über Leitungen 28 bzw. 29 einer Geschwindigkeitskontrolleinheit 31 zugeführt die sie miteinander vergleicht und über eine Leitung 32 eine Ausgangsspannung abgibt welche sich direkt mit der Differenz zwischen den Eingangsspannungen ändert Diese Ausgangsspannung und die Steuerspannung in der Leitung 28 werden einem Hauptfrequenzregler 33 zugeführt welcher an den Steuerdraht 12 ein Hauptsignal abgibt dessen Frequenz sich mit einer Geschwindigkeit ändert die zu der Größe der Steuerspannung auf der Leitung 32 und zu dem Sollgeschwindigkeitssignal auf der Leitung 28 proportional ist

Das Hauptsignal auf dem Steuerdraht 12 wird einem Umformer 34 auf jedem Wagen zugeführt welcher es in Dreiphasenstrom mit entsprechender Frequenz um-

formt und denselben als ein Eingangssignal den vier Reglern 19 zuführt die jeder Wagen trägt Jeder dieser Regler 19 weist zwei den Bremsen 17 bzw. 18 zugeordnete Hydraulikbremszylinder 35 und 36, einen dritten Hydraulikzylinder 37 zum Verstellen der Einstellung des Fahrmotor-Drehzahlwächters 16 und eine Ventileinrichtung in Form eines Schiebers 38 auf, welcher mit rotierenden Soll- und Istdrehzahlwellen 39 bzw. 41 versehen ist und dazu dient, die Drücke in den drei Hydraulikzylindern so zu steuern, daß die synchrone Drehzahl der Wellen 39 und 41 aufrechterhalten wird. Die Solldrehzahlwelle 39 wird durch einen Synchronmotor 42 angetrieben, der durch den Umformer 34 gespeist wird und folglich mit einer Drehzahl rotiert die zu der Frequenz des Hauptsignals im Steuerdraht 12 proportional ist Die Istdrehzahlwelle 41 wird über ein Getriebe 43 durch das Fühlrad 27 angetrieben, welches an der Lauffläche eines Rades 21 angeordnet ist Die Winkelgeschwindigkeit der Istdrehzahlwelle ist deshalb zu der Tangentialgeschwindigkeit der Lauffläche, d. h. zu der Geschwindigkeit des Zuges, proportional. Die Antriebsverbindungen der Wellen 39 und 41 sind mit Rutschkupplungen 44 bzw. 45 ausgerüstet um die auf die Wellen ausgeübten Drehmomente zu begrenzen und dadurch eine Beschädigung der Bauteile des Schiebers 38 im Fall einer Störung zu verhindern.

Gemäß F i g. 2 und 3 weist jeder Schieber 38 eine Gehäuse mit einem Anschluß 46, der über eine Leitung 47 mit der Druckmittelquelle 22 verbunden ist zwei Anschlüsse 48 und 49, die mit den Bremszylindern 35 bzw. 36 bzw. mit dem Zylinder 37 über Leitungen 51 bzw. 52 verbunden sind, und zwei Auslaßöffnungen 53 und 54 auf, die mit einem Vorratsgefäß 55 verbunden sind, welches in der Druckmittelquelle 22 für das

eo zugeordnete Drehgestell vorgesehen ist Die Flüssigkeitsströmung zu und von den Anschlüssen 38 und 49 wird durch zwei zusammenwirkende, hin- und herbewegbare Schieberelemente in Form einer Hülse 56 und eines Schieberkolbens 57 gesteuert Die Hülse 56 hat drei mit axialem Abstand voneinander angeordnete radiale Anschlüsse 58,59 und 61, die in kontinuierlicher Verbindung mit den Anschlüssen 46 bzw. 48 bzw. 49 stehen. Außerdem hat die Hülse 56 an den beiden Enden

des Schieberkolbens 57 Innenräume 62 und 63, die in kontinuierlicher Verbindung mit den Auslaßöffnungen 53 bzw. 54 stehen. Am Schieberkolben 57 sind zwei Steuerbunde 64 und 65 gebildet, die mit den Anschlüssen 59 bzw. 61 zusammenwirken, um die durch diese hindurchgehende Strömung zu steuern. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß diese Bunde breiter sind als die zugeordneten Anschlüsse und daß die Überlappung X an dem inneren Rand jedes Anschlusses geringfügig größer ist als die Überlappung Van dem äußeren Rand. Wenn die Hülse 56 in der dargestellten Überlappungsposition in bezug auf den Schieberkolben 57 ist, liegen die Bunde 64 und 65 vor den Anschlüssen 59 bzw. 61 und verhindern deshalb eine Strömung zu und von den Anschlüssen 48 bzw. 49. Wenn sich der Schieberkolben 57 in bezug auf die Hülse 56 nach links bewegt, öffnet der Bund 65 einen Weg vom Anschluß 61 zum Raum 63 der Hülse, um dadurch den Anschluß 49 mit der Auslaßöffnung 54 zu verbinden. Anschließend öffnet der Bund 64 einen Weg vom Anschluß 58 zum Anschluß 59, um dadurch den Anschluß 46 mit dem Anschluß 48 zu verbinden. In ähnlicher Weise ermöglicht eine Relativverschiebung der Hülse 56 und des Schieberkolbens 57 in der entgegengesetzten Richtung, daß der Bund 64 zuerst den Anschluß 48 mit der Auslaßöffnung 53 verbindet, und bewirkt dann, daß der Bund 65 einen Versorgungsweg vom Anschluß 46 zum Anschluß 49 öffnet

Der Schieberkolben 57 wird durch eine zweiteilige Stange 66 hin- und herbewegt, deren eines Ende über eine Keilverzahnung 67 mit der Solldrehzahlwelle 39 gekuppelt und deren anderes Ende über ein Gewinde 68 mit der Istdrehzahlwelle 41 verbunden ist. Diese Teile bilden ein mechanisches Differential, welches die Stange 66 abhängig davon, ob die Solldrehzahlwelle 39 der Istdrehzahlwelle 41 voreilt oder nacheilt, na>ch links oder rechts verschiebt

Der Verschiebungsbereich der Stange 66 ist durch zwei Stifte 69 und 71 begrenzt, die an den Wellen 39 bzw. 41 angeordnet sind; für eine genaue Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist es wesentlich, daß durch eine kleine Phasendifferenz zwischen den Wellen die Stange um den vollen Hub verschoben wird. Das Gewinde 68 hat eine derartige Steigung, daß durch eine Radbewegung von ±40° die Stange aus der dargestellten Mittellage in beiden Richtungen bis an die Grenze verschoben wird. Das Hin- und Herbewegen der Stange 65 wird über zwei Kugellager 72 und 73, die in Senkbohrungen in den Enden des Schieberkolbens durch eine Schulter auf einem der Schieberkolbenabschnitte und einen in den zugehörigen Stangenabschnitt eingesetzten Sprengring gehalten sind, auf den Schieberkolben 57 übertragen. Die Verwendung einer Axialdruckverbindung mit Lagern ermöglicht eine Relativdrehung zwischen der Stange 66 und dem Schieberkolben 57; dadurch wird ein Fressen zwischen dem Schieberkolben und der Hülse bei den hohen Drehzahlen (z. B. in der Größenordnung von 2000 bis 5000 U/min), die die Stange 66 während des Betriebes aufweisen kann, verhindert

Die Hülse 56 jedes Schiebers 38 wird in die dargestellte Mittellage mit Bezug auf das Schiebergehäuse durch zwei Vorspannfedern 74 und 75 gedrückt, die über Bundbüchsen 76 bzw. 77 auf die Hülsenenden einwirken. Die Hülse 56 wird aus dieser Lage durch zwei Flüssigkeitsdruckversteller in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Ein Versteller weist eine axiale Bohrung 78 auf, die in kontinuierlicher Verbindung mit dem Anschluß 59 der Hülse steht und einen auf das Schiebergehäuse rückwirkenden Kolben 79 zum Verschieben der Hülse 56 aus der Mittelstellung nach links. Der andere Versteller hat eine gleiche axiale Bohrung 81 und einen Kolben 82, spricht aber kontinuierlich auf den Druck in dem Anschluß 61 an und bewirkt ein Verschieben der Hülse 56 aus der Mittellage nach rechts. Die Versteller 78, 79 und 81, 82 sowie die Vorspannfedern 74 und 75 verleihen der Hülse 56 eine Nachlaufbewegung in Abhängigkeit vom Druck an den Anschlüssen 48 und 49 und halten die Hülse in bezug auf den Schieberkolben 57 in der Überlappungslage. Da das Verschieben des Schieberkolbens 57 zur Phasendifferenz zwischen den Wellen 39 und 41 proportional ist folgt daß der Schieber 38 eine Abstufung des Drucks an dem einen oder anderen der Anschlüsse 48, 49 direkt gemäß der Relatiwerschiebung zwischen den Wellen bewirkt Die zeitliche Änderung des Drucks ist durch die Kräfte der Federn 74 und 75 festgelegt und diese sind

z. B. so gewählt daß der Druck von 0 bis 703 kp/cm² ansteigt wenn der Schieberkolben 57 um den vollen Hub aus der Mittellage in jeder der beiden Richtungen verschoben wird. Wie oben erwähnt hängt die Richtung, in welcher sich der Schieberkolben 57 aus der Mittellage verschiebt, vom Richtungssinn der Phasendifferenz zwischen den Wellen 39 und 41 ab und legt fest welcher der Anschlüsse 48 und 49 mit Druck beaufschlagt wird. Insbesondere wird der Anschluß 48 mit Druck beaufschlagt und der Schieber 38 steuert die Bremsen 17 und 18 an, wenn die Solldrehzahlwelle 39 der Istdrehzahlwelle 41 nacheilt, wohingegen der Anschluß 49 mit Druck beaufschlagt wird und der Schieber 38 den Versteller 37 für die Fahrmotoren 15 ansteuert, wenn die Solldrehzahlwelle der Istdrehzahlwelle voreilt

Gemäß F i g. 4 ist das Getriebe 43 der Istdrehzahlwelle 41 jedes Schiebers 38 in ein langgestrecktes Gehäuse

83 eingeschlossen, welches an einem Ende an einem Ansatz 84 des Schiebergehäuses drehbar gelagert und

«o durch einen Halter 85 festgehalten ist; an seinem entgegengesetzten Ende trägt das Gehäuse 83 Lager, die die Achse 86 des Fühlrades 27 tragea Das Antriebsvorgelege selbst weist zwei Wellen 87 und 88 sowie zwei Sätze von Kegelrädern auf. Die Welle 87

« wird durch die Welle 86 über Zahnräder 89 und 91 angetrieben. Die Welle 88 ist mit der Istdrehzahlwelle 41 durch eine Keilnutkupplung 92 verbunden und wird durch die Welle 87 über ein Zahnrad 93 und das eine oder andere von zwei mit diesem kämmenden

so Zahnrädern 94 und 95 angetrieben. Das Zahnrad 93 ist über die weiter oben erwähnte Rutschkupplung 45 mit der Welle 87 gekuppelt, und jedes der zugeordneten Zahnräder 94 und 95 ist mit der Welle 88 über eine Einweg-Freilaufkupplung 96 oder 97 gekuppelt Diese Freilaufkupplungen wirken in umgekehrten Richtungen, so daß das Getriebe 43 die Welle 41 unabhängig von der Drehrichtung des Fühlrades 27, d. h. unabhängig von der Bewegungsrichtung des Wagen, immer in derselben Richtung dreht Das Fühlrad 27 muß der Vertikalbewegung des zugeordneten Wagenrades 21 sehr genau folgen, da sonst die Abhängigkeit zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Istdrehzahlwelle 41 und der Tangentialgeschwindigkeit der Radlauffläche nicht aufrechterhalten werden kann. Deshalb sollten das Gewicht des Fühlrades 27 und des Getriebes 43 minimal sein, und das Gehäuse 83 sollte auf dem Gehäuseansatz

84 frei drehbar sein. Für eine optimale Regelung dei Fahrzeuggeschwindigkeit sollte das Zahnradvorgelege

in dem Getriebe 43 eine Übersetzung ins Große vornehmen, weil dadurch die dem Steuerbereich des Schiebers 38 entsprechende Wagenradverstellung bedeutungslos gemacht wird (d.h. die Phasendifferenz zwischen den Wellen 39 und 41, die bewirkt, daß der Schieber den Ausgangsdruck von Null bis zu dem Maximum erhöht).

Um einen mit dem System von F i g. 1 ausgerüsteten Zug in Bewegung zu setzen, stellt der Lokomotivführer das Potentiometer 25 des Hauptsignalgenerators 11 in die Lage, die der Sollgeschwindigkeit des Zuges entspricht, wodurch der Regler 33 veranlaßt wird, an den durch den Zug geführten Steuerdraht 12 ein Hauptsignal abzugeben, dessen Frequenz von Null aus mit einer Geschwindigkeit ansteigt, die durch die von der Einheit 31 abgegebene Ausgangsspannung festgelegt ist Dieses Signal bewirkt, daß die Umformer 34 den Synchronmotoren 42 Strom zuführen, so daß letztere nun die Solldrehzahlwellen 39 der Schieber 38 in Drehung versetzen, und zwar in bezug auf die Istdrehzahlwellen 41 so gerichtet, daß der Schieberkolben 57 sich in F i g. 2 in bezug auf die Hülse 56 nach rechts verschiebt Durch diesen Vorgang werden die Anschlüsse 49 und 48 mit dem Anschluß 46 bzw. mit der Auslaßöffnung 53 verbunden; folglich werden die Bremszylinder 35 und 36 entlüftet, und es wird der zugeordnete Versteller 37 für den Drehzahlwächter 16 mit Druck beaufschlagt Die Drehzahlwächter lassen deshalb die den Zug beschleunigenden Fahrmotoren 15 an.

Während der Anfangsbeschleunigungsperiode sind drei zusammenhängende Systemreaktionen vorhanden. Erstens, in Abhängigkeit von dem ansteigenden Druck an jedem Anschluß 49 erhöht der zugeordnete Versteller 37 die Einstellung des Drehzahlwächters 16 und bewirkt dadurch, daß das Motordrehmoment zunimmt Zweitens, derselbe ansteigende Druck wird durch den Nachlaufversteller 81, 82 abgefühlt und in Abhängigkeit davon verschiebt er die HQlse 56 gegen die Kraft der Vorspannfeder 75 in die Überlappungslage. Drittens, in Abhängigkeit von der Bewegung des Zuges beschleunigen die Fühlräder 27 die Istdrehzahlwellen 41 auf die Winkelgeschwindigkeit der Solldrehzahlwellen 39. Die Gesamtwirkung dieser Reaktionen besteht darin, daß der Zug mit einer Geschwindigkeit beschleunigt wird, die der zeitlichen Änderung der Frequenz des an den Steuerdraht 12 angelegten Hauptsignals entspricht Dabei steigt das Ausgangssignal des Tachogenerators 26 an, die von der Einheit 31 gebildete Spannung sinkt, und der Regler 33 verringert die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz des Hauptsignals. Aus diesem Grund wird der Zug veranlaßt, geringer zu beschleunigen, wenn er sich der Sollgeschwindigkeit nähert; Stöße sind dadurch auf ein Minimum herabgesetzt

Wenn der Zug die Sollgeschwindigkeit erreicht, liefert der Regler 33 eine zu der Spannung in der Leitung 28 proportionale Hauptfrequenz, die Soll- und Istdrehzahlwellen 39 bzw. 41 drehen sich mit dazu entsprechenden gleichen Winkelgeschwindigkeiten, und die Nachlaufversteller 81,82 des Schiebers 38 haben die Hülsen 56 in die Überlappungslagen in bezug auf die mit ihnen zusammenwirkenden Schieberkolben 57 verschoben. Da sämtliche Räder sich mit derselben Tangentialgeschwindigkeit drehen, und da diese Geschwindigkeit allein durch die Hauptfrequenz im Steuerdraht 12 festgelegt ist, folgt daraus, daß die Zuggeschwindigkeit der gewählten Einstellung des Potentiometers 25 entspricht Wenn diese Einstellung vergrößert wird, wird der Regler 33 wiederum die Hauptfrequenz mit einer Geschwindigkeit erhöhen, die durch die Einheit 31 vorgeschrieben ist, die Drehzahl der Synchronmotoren 42 wird ansteigen, und die Schieber 38 werden die Drücke in den Verstellern 37 so erhöhen, wie es zum Angleichen der Winkelgeschwindigkeiten von Soll- und Istdrehzahlwellen 39 und 41 erforderlich ist Wie zuvor, wird der Zug geringer beschleunigt, wenn sich seine

ίο Fahrgeschwindigkeit dem gewählten neuen Wert nähert Wenn diese Fahrgeschwindigkeit erreicht ist, werden sich sämtliche Soll- und Istdrehzahlwellen 39 und 41 mit einer Winkelgeschwindigkeit drehen, die der neuen Frequenz entspricht; die Hülsen 56 und Schieberkolben 57, sämtlicher Schieber 38 werden sich in Überlappungslage befinden.

Falls bei angetriebenem Zug örtliche Schienenzustände nicht die Haftung ergeben, die zum Übertragen der Antriebswirkung eines bestimmten Rades 21 erforderlieh ist, wird dieses Rad vorübergehend beschleunigen und bewirken, daß die Jstdrehzahlwelle 41 des zugeordneten Schiebers 38 der Solldrehzahlwelle 39 voreilt Diese Relativbewegung der Wellen bewirkt, daß sich der Schieberkolben 57 aus der Überlappungslage in bezug auf die Hülse 56 in einer Richtung verschiebt, die zum öffnen eines Auslaßweges von dem Anschluß 49 zu der Auslaßöffnung 54 führt Das hat zur Folge, daß der Druck am Versteller 37 und demzufolge die Drehzahl des zugeordneten Fahrmotors 15 so weit verringert wird, bis die Drehzahlen der Wellen 39 und 41 synchron sind. Dieser Vorgang verhindert das Durchdrehen des betreffenden Rades 21. Dieses Rad trägt jedoch nun nichts zu der Gesamtantriebswirkung bei, und demzufolge wird die Fahrgeschwindigkeit dazu neigen, der Sollgeschwindigkeit vorübergehend nachzueilen. Dieser Übergangsvorgang bewirkt sofort, daß die anderen Schieber 38 die Drücke an ihrem Verstellern 37 so erhöhen, daß die übrigen Fahrmotoren in der Lage sind, den Zug auf einer Geschwindigkeit zu halten, die der vorherrschenden Hauptfrequenz entspricht Sobald die Haftkraft, die erforderlich ist, um die Antriebswirkung durch das inaktive Rad zu übertragen, wieder hergestellt ist, wird dieses Rad sofort wieder angetrieben. Selbstverständlich schließt sich an die Wiederherstellung der Antriebswirkung eine Übergangszeit an, in welcher der Schieber 38 für das zuvor inaktive Rad 21 den Druck an seinem Versteller 37 steigern wird und in welcher die übrigen Schieber 38 kompensierende Druckminderungen an ihren Verstellern hervorrufen

so werden. Das System ist also in der Lage, selbsttätig das Durchdrehen eines Rades oder einer Gruppe von Rädern, die nicht die verlangte Antriebswirkung übertragen können, zu verhindern und den verlorengegangenen Beitrag des inaktiven Rades oder der inaktiven Räder auf die übrigen Räder zu verteilen. Wenn die Anzahl von aktiven Rädern so klein ist, daß ihre individuelle Antriebswirkung über die Grenze hinaus erhöht wird, die die Haftung zuläßt, könnte es selbstverständlich zu einem Durchdrehen sämtlicher Räder kommen. Da ein solcher Zustand jedoch erfordert, daß sämtliche oder mindestens die meisten Räder des Zuges sich auf rutschigen Schienen befinden, ist die Gefahr, daß dieser Zustand eintritt, sehr gering. Und sogar dann, wenn dieser Zustand eintreten würde, könnte das Durchdrehen nur mit der geregelten Sollgeschwindigkeit erfolgen, die durch die Hauptsteuerfrequenz verlangt wird und von der Istfahrgeschwindigkeit nicht sehr verschieben sein könnte, nicht

aber nach Airt des Durchgehens, wie es bei herkömmlichen Regelsystemen der Fall ist

Zum Ausführen einer Betriebsbremsung verstellt der Lokomotivführer das Potentiometer 25 in einer Richtung, in welcher die Spannung in der Leitung 28 vermindert wird, um dadurch den Regler 33 z\i veranlassen, die Frequenz des Hauptsignals zu vermindern. Wie zuvor, ist die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz durch die Ausgangsspannung der Einheit 31 festgelegt Die Änderung der Hauptsignalfrequenz bewirkt eine entsprechende Verminderung der Drehzahl der Synchronmotoren 42 und bewirkt folglich, daß die Istdrehzahlwellen 41 vorübergehend ihren Solldrehzahlwellen 39 voreilen. Infolgedessen wird der Schieberkolben 57 jedes Schiebers 38 in F i g. 2 in bezug auf die Hülse 56 nach links verschoben, um dadurch zunächst die Versteller 37 zu entlüften und die Leistungsabgabe der Fahrmotoren 15 auf Null zu verringern und um dann einen Versorgungsweg vom Anschluß 46 zum Anschluß 48 zu öffnen. Nun wird Druckmittel den Bremszylindern 35 und 36 zugeführt, die Bremsen 17 und 18 bremsen die Räder, und der Nachlaufversteller 78, 79 bewirkt, daß die Hülse 56 in die Überlappungslage verschoben wird. Wie im Antriebsbetrieb wird der Druck am aktiven Anschluß jedes Schiebers 38 selbsttätig so abgestuft, wie es zum Gleichhalten der Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 39 und 41 erforderlich ist Infolgedessen ändert sich zwangsläufig die Fahrgeschwindigkeit mit der zeitlichen Änderung, die durch die Änderungsgeschwindigkeit der Hauptsignalfrequenz vorgegeben ist Nachdem der Zug die der neuen Einstellung des Potentiometers 25 entsprechende Geschwindigkeit erreicht hat, werden die Tangentialgeschwindigkeiten der Räder geringfügig unter die Sollgeschwindigkeit absinken, und die Istdrehzahlwellen 41 der Schieber 38 werden beginnen, den Solldrehzahlwellen 39 nachzueilen. Auf diesen Zustand hin werden die Schieberkolben 57 in bezug auf die Hülsen 56 in Fig.2 nach rechts verschoben, und der Reihe nach wird der Bremszylinderdruck abgebaut und die erneute Druckbeaufschlagung der Versteller 37 bewirkt Die Bremsen werden deshalb gelöst, und die Fahrmotoren 15 geben wieder Leistung an die Räder ab. Wie zuvor stuft jeder Schieber 38 den Druck an dem Versteller 37 ab und steuert folglich den zugeordneten Fahrmotor 15 so, wie es zum Gleichhalten der Winkelgeschwindigkeiten seiner SoIl- und Istdrehzahlwellen 39 und 41 erforderlich ist In kurzer Zeit wird das System den Zug auf der Geschwindigkeit halten, die der neuen stationären Frequenz des Hauptsignals entspricht

Wenn der Lokomotivführer den Zug zum Halten bringen möchte, bewegt er lediglich den Schleifer des Potentiometers 25 in seine Null-Volt-Lage. In diesem Fall vermindert der Regler 33 die Hauptfrequenz auf Null, und jeder Schieber 38 ändert den Druck in den zugeordneten Bremszylindern 35 und 36 so, wie es erforderlich ist, um die Räder 21 zu zwingen, sich bis zum Anhalten in Phase mit dem Abnehmen der Hauptfrequenz langsamer zu drehen. Wie in dem Fall jeder verlangten Änderung der Fahrgeschwindigkeit nimmt die zeitliche Änderung der Hauptfrequenz bei Annäherung an die Sollgeschwindigkeit, d.h. an die Geschwindigkeit, die durch das Potentiometer 25 vorgegeben ist, auf ein vorbestimmtes Minimum ab. Der Zug kommt deshalb ohne Stöße, die durch Durchhängen an den Kupplungen zwischen den Wagen oder durch Änderungen des Reibungskoeffizienten der Bremsklötze verursacht werden, sanft zum Stillstand Wenn der Zug anhält, befindet sich der Schieberkolben 57 jedes Schiebers 38 in einer Lage links von der in Fig.2 dargestellten Mittellage, die Nachlaufversteller 78, 79 haben die Hülse 56 in die Überlappungslage in bezug auf den Schieberkolben verschoben, und die Bremszylinder 35 und 36 werden jeweils auf dem Druck gehalten, den sie während der Endphase der vorhergehenden Beschleunigungsperiode benötigten. Folglich sind die Bremsen 17 und 18 angezogen.

Wenn während eines Bremsvorgangs eines der Wagenräder 21 zum Gleiten neigen sollte, so eilt die Istdrehzahlwelle 41 des zugeordneten Schiebers 38 vorübergehend der Solldrehzahlwelle 39 nach und der Schieberkolben 57 wird von der Überlappungslage in bezug auf die Hülse 56 aus so in einer Richtung verschoben, daß der Auslaßweg vom Anschluß 48 zur Auslaßöffnung 53 geöffnet wird. Durch diesen Vorgang wird der Bremszylinderdruck vermindert, und infolgedessen werden die Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 39 und 41 einander angeglichen. Das Rad 21 wird deshalb auf der Drehzahl gehalten, die der Hauptfrequenz entspricht, obwohl es natürlich nicht zur Gesamtverzögerungswirkung beiträgt, da unter den angenommenen Bedingungen seine Haftkraft für die

verlangte Änderungsgeschwindigkeit nicht ausreicht In einer Weise, die der weiter oben in bezug auf den Antriebsbetrieb beschriebenen ähnlich ist, wird die Regeleinrichtung nun selbsttätig die Ausgangsdrucke der anderen Schieber 38 so ändern (in diesem Fall erhöhen), wie es erforderlich ist, um die Beschleunigungswirkung des inaktiven Rades auf die übrigen Räder zu verteilen. Mit Ausnahme der sehr ungewöhnlichen Situation, in welcher sich alle oder die meisten Räder 21 des Zuges auf einem Schienenbereich mit geringem Reibungskoeffizienten befinden, der nicht die verlangte Beschleunigung zuläßt, erfolgt dementsprechend kein Rutschen irgendeines Rades. Da die Regeleinrichtung die Räder sogar dann in Drehung hält, wenn sie nicht zu der Verzögerungswirkung beitragen, kann außerdem nie ein Blockieren und Gleiten auftreten. Wenn die Haftkraft am inaktiven Rad 21 wieder hergestellt ist, beginnt die Istdrehzahlwelle 41 sofort, der Solldrehzahlwelle 39 vorzueilen, wodurch der Schieberkolben 57 veranlaßt wird, sich relativ zur Hülse 56 zu verschieben und den Druck am Anschluß 48 so zu vergrößern, wie es erforderlich ist, um die Drehzahlen der beiden Wellen synchron zu halten. Mit anderen Worten, sobald der Gleitzustand nachlaßt, wird das Rad 21 sofort wieder zu der Gesamtverzögerungswirkung beitragen. In diesem Zeitpunkt wird selbstverständlich die Regeleinrichtung die Drücke in den übrigen Zylindern 35 und 36 geringfügig in der Weise vermindern, wie es zum genauen Ausgleich der Haftkraft am vorher inaktiven Rad 21 auf die Zugbewegung erforderlich ist.

Die Fahrmotoren 15, die in dem System von F i g. 1 verwendet werden, sind normalerweise mit dynamischen Bremsschaltungen ausgerüstet, so daß die als Generatoren arbeitenden Motoren mindestens einen Teil zu der Gesamtverzögerungswirkung während des Bremsbetriebes beitragen. Die Regeleinrichtung kompensiert selbsttätig die Wirkung einer solchen Hilfsbremse, indem lediglich die Wirkungen der Scheibenbremsen 17 und 18 so beeinflußt werden, daß die Räder

durch die gesamte Bremswirkung in Übereinstimmung mit der verlangten Abnahme der Hauptfrequenz beschleunigen.
Obwohl in dem dargestellten System ein Bordgenera·

tor U verwendet wird, um das Hauptsignal gemäß den Wünschen des Lokomotivführers zu erzeugen und zu regeln, können selbstverständlich auch andere Anordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann das Hauptsignal schienenseitig erzeugt und zu einer Empfangsanlage auf dem Zug übertragen werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird nur der Bremsteil des dargestellten Systems verwendet und in Abhängigkeit von einem herkömmlichen Steuerleitungssignal betätigt werden. In diesem Fall weist das System eine Vorrichtung auf, die ein Hauptsignal entsprechend der Fahrgeschwindigkeit bildet, wenn der Steuerleitungsstrom maximal ist, und die diese Frequenz mit einer veränderlichen Geschwindigkeit, die von der gewählten Verminderung des Steuerleitungsstroms abhängig ist, auf Null vermindert Das beschriebene Bremssystem kann dabei die einzige Reibbremsvorrichtung sein oder es kann als Gleitschutzsteuerung für eine herkömmliche Bremse dienen. In dem letztgenannten Fall würden die Schieber 38 mit dem Hydraulikausgangssignal der Hauptbremsanlage gespeist und auf den Steuerleitungsstrom ansprechen, statt mit dem Ausgangssignal der Konstantdruckquelle 22; sie würden lediglich dazu dienen, den Druck, mit welchem die Druckflüssigkeit den Bremszylindern zugeführt wird, so zu beeinflussen, daß die Räder 21 am Gleiten gehindert werden.

Die hier beschriebene Regeleinrichtung eignet sich zur Kontrolle der durch den Zug zurückgelegten Strecke. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der Tatsache, daß außer in dem kleinen Regelbereich des Schiebers 38 die Stellungen der Soll- und Istdrehzahlwellen 39 und 41 synchronisiert gehalten werden. Da die Versetzung der Solldrehzahlwelle 39 zu der Anzahl von Stromzyklen, die der zugeordnete Synchronmotor 42 aufnimmt, proportional ist und da die Versetzung der Istdrehzahlwelle 41 zu der Translationsbewegung des zugeordneten Rades 21 längs der Schiene proportional ist, ist die Position des Zuges oder die Entfernung, die er zurückgelegt hat, zu der Gesamtzahl der Zyklen direkt proportional; sie kann lediglich durch Zählen der Zyklen des Hauptsignals überwacht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für die Drehgeschwindigkeit mindestens eines Rades eines mit Antrieb und Bremsen versehenen Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, durch Einwirkung auf das Fahrzeugrad unter Zuhilfenahme eines Vergleichs von Soll- und Istgeschwindigkeit, mit einer das Beaufschlagen der Bremsen durch Einschluß an eine Druckmitt elquelle oder an die Atmosphäre steuernden Ventileinrichtung, der entsprechend der Istbzw, der Solldrehzahl des Rades in derselben Richtung drehende, zueinander koaxiale Wellen zugeordnet sind, und mit einer Differentialeinrichtung, welche ein Nacheilen odeir Voreilen der Drehbewegung der Solldrehzahlwelle in bezug auf die Istdrelusüiiwelle abfuhlt und entsprechend das Beaufschlagen der Bremsen steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (38) einen zweiten Anschluß (49) zum Steuern der Leistung des Antriebs (15) ebenfalls mit Hilfe der Differentialeinrichtung (66, 67, 68) hat und eine Verstelleinrichtung (56,78,79,74,811,82,75) enthält, die einen zu der Phasendifferenz der sich drehenden Wellen proportionalen Steuerdruck entsprechend dem Richtungssinn der Phasendifferenz für die Bremse oder den Antrieb liefert

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung für die Bremse oder den Antrieb durch einen Schieberkolben (57) erfolgt, der durch die Differentialeinrichtung (66, Ci7,68) entsprechend der Phasendifferenz der sich drehenden Wellen zum Verbinden des Anschlusses der Bremse oder des Anschlusses des Antriebs an die DruckmittelqueUe axial verschiebbar ist

3. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (56, 78, 7!», 74, 81, 82, 75) eine koaxial auf dem Schieberkolben (57) angeordnete und axial verschiebbare: Hülse (56) aufweist die durch zwei auf ihre Enden einwirkende Vorspannfedern (74 und 75) in eine definierte Mittelstellung gedrückt wird und zwei Kolben (79 und 82) in axialen Bohrungen (78 bzw. 81) enthält von denen die eine mit der Bremszylinderleitung und die andere mit der Antriebssteuerleitung verbunden ist und die Hülse

(56) entsprechend der Phasendifferenz der sich drehenden Wellen gegen die Kraft der einen oder der anderen Feder bis zum Überlappen der Anschlüsse (59 bzw. 61) durch den Schieberkolben

(57) verschieben, wobei der durch die eine oder andere Vorspannfeder erzeugte Druck proportional zu der Phasendifferenz ist