-
Verfahren und Anordnung zur Schnellbremsung elektrischer Bahnfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schnellbremsung elektrischer Bahnfahrzeuge,
die mit einer elektrischen Betriebswiderstandsbremse und einer mechanischen Reibungs-
oder Haltebremse ausgerüstet sind, bei Ausfall oder Unterbrechung der Fahrleitungsspannung.
-
Elektrische Lokomotiven sind im allgemeinen mit zwei von einander
unabhängigen Bremssystemen ausgerüstet, einer elektrischen Bremse als Betriebs-
und Schnellbremse und einer druckluftbetätigten Klotzbremse als Haltebremse. Bei
modernen Ausführungen ist die elektrische Bremse als Hochleistungsbremse
mit
höherer Bremsleistung als die druckluftbetätigte Klotzbremse ausgeführt, da rein
elektrisch gebremste Achsen wegen der geringeren Pestbremsgefahr eine höhere Haftwertausnutzung
gestatten.
-
Die elektrische Bremse könnte als Netzbremse ausgeführt sein, sie
ist dann zwar wirtschaftlich, jedoch nicht fahrdrahtunabhängig, wie es die Sicherheitsbestimmungen
vorschreiben.
-
Aus diesen Erwägungen heraus wird häufig die Betriebsbremse als Gleichstromwiderstandsbremse
ausgebildet, bei der der als Generator wirksame Gleichstromfahrmotor auf einen Bremswiderstand
arbeitet. Für die Fahrmotoren bzw. Generatoren wird eine recht hohe Erregerleistung
benötigt. Diese Leistung kann nicht der Fahrzeugbatterie entnommen werden. Zusatzbatterien
sind aus Gewichts- und Platzgründen sowie wegen der nur begrenzt möglichen zeitlichen
Leistungsentnahme unsicher und nicht brauchbar. Es ist bereits bekannt, eine selbsterregte
netzunabhängige Widerstandsbremse vorzusehen, für die die Erregerenergie über einen
Umrichter dem Ankerkreis, genauer den Bremswiderständen, selbst entnommen wird.
Die Fahrzeugbatterie wird nur jeweils kurzzeitig zur Stoßerregung herangezogen (z.B.
t'Lokomotivtechnik" (1967) Heft 3, S. 57 ff Die elektrische Bremse der EO3"). Nachteilig
ist hierbei, daß für jeden Bremsvorgang, also auch bei der normalen Betriebsbremsung,
die Batterie belastet wird und die aufwendige Schaltungstechnik für Steuerung und
Umrichter.
-
Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile auszuschalten mit der
Aufgabe, eine einfachere, jedoch gleichermaßen sichere, netzunabhängige Bremse zu
schaffen. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß Netzunabhängigkeit der
Bremsung unter bestimmten Voraussetzungen auch dann gewahrt bleiben kann, wenn eine
netzerregte Widerstandsbremse Verwendung findet.
-
Für ein Verfahren der eingangs genannten Art wird die vorstehend genannte
Aufgabe dadurch gelöst, daß eine im Normalbetrieb netzerregte Gleichstromwiderstandsbremse
vorgesehen ist, die bei Ausfall oder Unterbrechung der Fahrleitungsspannung als
teilausgesteuerte Zusatzbremse zu der beim Bremskommando sofort voll ansprechenden
mechanischen Reibungs-oder Haltebremse wirkt, wobei die für eine festgelegte Gesamtbremskraft
erforderliche Zusatzbremskraft von einem Regler bestimmt wird, der den Erregungsgrad
der aus der Fahrzeugbatterie fremdgespeisten Widerstandsbremse beeinflußt. Im Notfall,
wenn also die Netzerregung ausbleibt, übernimmt die pneumatische Klotzbremse die
Hauptbremsleistung, die allerdings allein noch nicht für das nötige Bremsgewicht
des Fahrzeuges ausreicht, und die Widerstandsbremse erbringt dann nur die nötige
Zusatzbremsleistung. Die geringe Zusatzbremsleistung kann der Fahrzeugbatterie schadlos
entnommen werden; insbesondere dann, wenn nach dem Verfahren zur Leistungsanpassung
die Erregung der Widerstandsbremse über einen steuerbaren
Gleichstrom-Gleichstromumformer
erfolgt.
-
In einer vorteilhaften Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist
für die Erregung der Widerstandsbremse aus der Fahrzeugbatterie ein statischer Gleichstrom-Gleichstromumformer,
bestehend aus einem ungesteuerten Wechselrichter mit Summenlöschung und nachgeschaltetem
Gleichrichter in symmetrischer halbgesteuerter Brückenschaltung vorgesehen. Das
erbringt gegenüber den bisher verwendeten statischen Gleichstrom-Gleichstromumformern
mit steuerbarem Wechselrichter mit Einzelphasenlöschung eine beträchtliche Aufwandverringerung.
-
Außerdem sind ungesteuerte Wechselrichter mit Summenlöschung und ausreichender
Leistung häufig bereits auf dem Triebfahrzeug zur Energieumwandlung vorhanden und
können für den beabsichtigten Zweck herangezogen werden. Aufwandsmäßig sind dann
nach der Erfindung praktisch nur ein steuerbarer Gleichrichtersatz, ein Regler und
ein Speisetransformator erforderlich.
-
In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung erfolgt die Koppelung zwischen
dem Wechselrichter und dem Gleichrichter über einen Koppelungstransformator, der
bei einem Ausfall der Fahrdrahtspannung einschaltbar ist. Auch bei Ausfall der Netzspannung
ist dadurch sofortige Betriebsbereitschaft zur Schnellbremsung gegeben. Die Netzunabhängigkeit
bleibt auch bei netzerregter Widerstandsbremse bestehen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung
mit der Beschreibung entnehmbar.
-
An Hand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungsfiguren soll die Erfindung
näher erläutert werden.
-
Es zeigen: Fig. 1 - Eine schematische Schaltungsanordnung für wahlweise
Erregung einer Gleichstromwiderstandsbremse aus dem Fahrleitungsnetz oder der Fahrzeugbatterie.
-
Fig. 2 - Ein Diagramm von Bremskraftverläufen über der Drehzahl.
-
In der Fig. 1 ist mit 1 ein im Bremsbetrieb als Bremsgenerator arbeitender
Fahrmotor bezeichnet, der auf einen Bremswiderstand 2 speist. Die Erregung dieser
als Gleichstromwiderstandsbremse wirkenden Anordnung erfolgt über eine Feldwicklung
3, die normalerweise an das Fahrleitungsnetz 4 über einen Transformator 5 und einen
Netzgleichrichter 6 in unsymmetrisch halbgesteuerter Brückenschaltung angeschlossen
ist.
-
Bei einem Ausfall der Netzversorgung soll eine teilweise Speisung
der Gleichstromwiderstandsbremse aus der Fahrzeugbatterie 7 erfolgen. Dazu ist der
Feldwicklung 3 ein statischer Gleichstrom-Gleichstromumformer parallelgeschaltet,
der aus einem ungesteuerten Wechselrichter mit Summenlöschung 8 und einem Gleichrichter
9 in symmetrisch halbgesteuerter Brückenschaltung besteht. Gekoppelt sind der Wechselrichter
8 und der Gleichrichter 9 über einen Koppelungstransformator 10, der über die Kontakte
11' eines Schützes 11 ein- oder ausgeschaltet werden
kann. Der steuerbare
Gleichter 9 bildet das Stellglied für den Erregerstrom als Regelgröße. Der Istwert
des Erregerstromes wird über eine Bürde 12 erfaßt und mit einer Soll- oder Führungsgröße
verglichen (Punkt 13). Die Regelabweichung wird von einem Regler 14 ausgeglichen,
der das Stellglied, den Gleichrichter 9 beeinflußt. Mit 15 ist noch ein zusätzliches
Ventil gestrichelt angedeutet. Ein solches Ventil kann erforderlich werden, wenn
kein besonderer Freilaufweg vorgesehen ist. Hier bei einer unsymmetrisch halbgesteuerten
Brücke als Netzgleichrichter 6 ist ein solcher Freilaufweg vorhanden. Zur Funktion
der Anordnung wird folgendes ausgeführt. Normalerweise, d.h.
-
bei intakten Fahrleitungsverhältnissen, erfolgt jede Schnell-und Betriebsbremsung
allein von der elektrischen Gleichstromwiderstandsbremse her. Dabei wird die Feldwicklung
vom Fahrleitungsnetz über den Netzgleichrichter 6 gespeist. Die Steuerung des Erregergrades
wird über den Netzgleichrichter 6 vorgenommen. Die Kontakte 11' am Koppelungstransformator
10 sind in diesem Betriebsfall geöffnet und der Gleichstrom-Gleichstromumformer
abgeschaltet. Bei reiner Widerstandsbremsung mit Erregung aus dem Fahrleitungsnetz
ergibt sich ein Bremskraftverlauf, wie er aus der Fig. 2, Kurve 21, hervorgeht.
Die Bremskraft kann über einen weiten Geschwindigkeitsbereich durch Steuerung der
Erregung konstant gehalten werden. Ab einer gewissen unteren Geschweindigkeit fällt
die Bremskraft steil ab, zumindest von diesem Zeitpunkt an greift eine Reibungsbremse
- meist Druckluftbremse - als
Haltebremse ein. Reibungsbremsen allein
können nicht das nötige Bremsgewicht aufbringen, wie es durch die vorbeschriebene
elektrische Bremse (Kurve 21) vorgegeben ist. Die Kurven 22 und 23 der Fig. 2 zeigen
solche mit Reibungsbremsen erzielbaren Bremskräftverläufe bei verschiedenen Bremsarten;
die Kurve 22 für Abbremsung aus einem hohen Geschwindigkeitsbereich (z.B.- Bremsart
R) und die Kurve 23 für eine Abbremsung aus einem mittleren Geschwindigkeitsbereich
(Bremsarten G und P). Die Bremskraftunterschiede der Bremsarten sind in den verschieden
hohen Bremsklotzandruckkräften begründet.
-
Nach Fig. 1 ist bei einem Ausfall des Fahrleitungsnetzes 4 der Netzgleichrichter
6 ebenfalls spannungslos. Wird ein Bremskommando gegeben, dann wird sofort die Reibungsbremse
(hier nicht dargestellt) voll wirksam, z.B. Kurve 22 der Fig. 2. Zusätzlich fällt
das Schütz 11 ab, und die Kontakte 11' des Koppelungstransformators 10 schließen
(Ruhestromkreis). Damit erhält die Erregerwicklung 12 der Gleichstromwiderstandsbremse
über den Gleichstrom-Gleichstromumformer 8/10 von der Fahrzeugbatterie 7 her Spannung.
Die Bremskraft der Gleichstromwiderstandsbremse soll allein die Bremskraft der Reibungsbremse
bis auf die erforderliche Nennbremskraft anheben und wird dementsprechend über den
steuerbaren Gleichrichter 9 vom Regler 14 her geregelt. Die erforderliche Belastung
der Batterie ist damit nur gering. Die Kurven 24 und 25 zeigen mögliche Bremskraftverläufe
für die batterieqespeiste Widerstandsbremse. Bei einer von der
Drehzahl
unabhängigen konstanten Führungsgröße (eingeführt bei Punkt 13) ergibt sich ein
Gesamtbremskraftverlauf, wie ihn die Kurve 26 widergibt. Die elektrische Zusatzbremskraft
ändert sich dann linear mit der Drehzahl (Kurve 24). Es sind auch andere Verläufe
der Bremskraft der elektrischen Zusatzbremse durch entsprechende Führungsgrößenvorgaben
möglich, z.B. nach Kurve 25, was eine Gesamtbremskraft nach Kurve 27 ergibt. Da
die Kurven 26 bzw. 27 schon bei ca. 50 km pro Stunde bereits erheblich die Nennbremskraft
überschreiten, kann Überbremsen eintreten. Zur Abhilfe wird innerhalb des in der
Fig. 2 schraffierten Bereichs 28 eine Umschaltung vorgenommen.
-
Hierbei wird die Widerstandsbremse abgeschaltet und ausschließlich
auf Reibungsbremse mit verminderter Bremskraft gemäß Kurve 23 umgeschaltet. Der
Umschaltbereich kann zweckmäßig mit dem sowieso in diesem Geschwindigkeitsgebiet
vorhandenen Umschaltbereich für den normalen Übergang auf Haltebremse zusammenfallen
und nutzbar gemacht werden.
-
Die Erfindung zeigt einen einfachen Weg, wie mit einer netzabhängigen
Gleichstromwiderstandsbremse auch bei einem Fehlen der Fahrleitungsspannung der
vorgeschriebene Bremsweg eingehalten werden kann.
-
8 Seiten Beschreibung 12 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen