DE3526932C2 - Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsmeßein­ richtung für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Schienen­ fahrzeuge ist aus der DE-OS 25 37 029 bekannt. Dort wird zur digitalen Messung der Geschwindigkeit eines schienenge­ bundenen Fahrzeuges ein am Fahrzeug angeordneter und über der Fahrschiene geführter Linearmotor verwendet, dessen Er­ regerfrequenz analog zur Fahrgeschwindigkeit verstellt wird.

Bei den großen installierten Leistungen bzw. Drehmomenten der heutigen Schienenfahrzeuge ist es erforderlich, daß die Geschwindigkeit mit so großer Genauigkeit gemessen wird, daß damit z. B. die Relativgeschwindigkeit der Räder gegen­ über der Schiene (mechanischer Schlupf) mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden kann. Bei Schienenfahrzeugen ist der Haftwert zwischen Rädern und Schienen je nach Wet­ ter und Schienenzustand starken Schwankungen unterworfen. Die installierten Antriebs- bzw. Bremsleistungen moderner Schienenfahrzeuge sind oft so groß, daß die Antriebs- bzw. Bremskräfte bei schlechten Haftwertbedingungen die Haft­ wertgrenze überschreiten. Die Folge ist bei Fahrbetrieb Schleudern, bei Bremsbetrieb Gleiten oder gar Blockieren der Radsätze. Dies muß verhindert werden, da hierdurch Ver­ schleiß oder Beschädigungen von Rädern und Schienen auf­ treten und außerdem bei großem mechanischen Schlupf der Reibwert und damit die Zug- oder Bremskraft wieder absinkt. Andererseits muß ein kleiner mechanischer Schlupf im Be­ reich unterhalb eines oder einiger Prozent vorhanden sein, damit überhaupt Kräfte vom Rad auf die Schiene übertragen werden können. Um nun die Antriebs- oder Bremskräfte durch eine geeignete Regel- oder Steuereinrichtung so genau do­ sieren zu können, daß keine unerwünschten Schlupfwerte zwi­ schen Rad und Schiene auftreten, muß der Schlupf genau er­ faßbar sein. Die Umfangsgeschwindigkeit der Räder läßt sich mit bekannten Drehzahlgebern aus der Drehzahl und dem Rad­ umfang mit genügender Genauigkeit ermitteln. Die genügend genaue Messung der Fahrgeschwindigkeit dagegen bereitet Schwierigkeiten, da bei modernen Triebfahrzeugen in der Re­ gel alle Achsen angetrieben oder gebremst sind (und damit schleudern oder gleiten können), so daß aus der Drehzahl einer oder mehrerer Achsen nicht sicher auf die tatsächli­ che Fahrzeuggeschwindigkeit geschlossen werden kann. Ver­ fahren, die darauf basieren, daß die Fahrzeuggeschwindig­ keit aus den Drehzahlen der Radsätze durch Rechnung ermit­ telt und bei Schleudern oder Gleiten aller Radsätze durch Speichern der letzten Information erhalten wird, sind na­ turgemäß ungenau, wenn der Zustand des Schleudern oder Gleitens aller Achsen länger anhält. Außerdem fehlt ein Kriterium dafür, wann alle Achsen schleudern oder gleiten.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Fahrzeugge­ schwindigkeit absolut, z. B. durch Radargeräte unter Ausnut­ zung des Dopplereffekts gemessen. Nachteilig ist hier die ungenügende Genauigkeit und die Abhängigkeit von Störgrö­ ßen, wie z. B. unterschiedlicher Untergrund.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren werden die in einem Radsatz bei Erreichen und Überschreiten der Haftwertgrenze in der Regel auftretenden Drehschwingungen der Räder erfaßt. Dieses Mittel ist zwar ein sicheres Zeichen für das Schleudern einzelner Räder, dieses Verfahren erlaubt jedoch keine exakte Schlupfmessung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geschwindig­ keitsmeßeinrichtung für Schienenfahrzeuge der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, die einen genauen Meßwert unabhängig vom Schleudern oder Gleiten eines oder mehrerer Radsätze liefert.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei ist aus der DE-OS 19 54 821 ein Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit von Bahnen aus elektrisch leitendem Ma­ terial bekannt, bei dem die Bahn durch den Luftspalt eines beweglich gelagerten Magneten geführt und die von der Bahn auf den Magneten ausgeübte Kraft gemessen wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß das Einsetzen des Synchronismus zwischen Wanderfeld und Schiene festgestellt werden kann, ohne daß dabei Wanderfeld-Randeffekte das Ergebnis verfälschen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

In den Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Lösung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 1 die Schiene, die gleichzeitig den Kurzschlußläufer der Linearmaschine bildet, bezeichnet. Der entsprechende Ständer 2 der Linearmaschine ist am Fahrzeug 6, das nur schematisch angedeutet ist, befestigt. Der Stän­ der 2 der Linearmaschine ist mit einer mehrphasigen Wick­ lung versehen, die von einem Umrichter 3 mit Strom oder Spannung variabler Frequenz gespeist wird. Das im Ständer 2 erzeugte Wanderfeld tritt in Wechselwirkung mit der Schiene 1, in der Kurzschlußströme induziert werden, die eine An­ triebs- oder Bremskraft entwickeln, wenn das Wanderfeld nicht die gleiche Geschwindigkeit wie das Fahrzeug hat. Bei Synchronismus, d. h., wenn die Wanderfeldgeschwindigkeit gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, werden - abgesehen von den sogenannten Randeffekten der Linearmaschine - in der Schiene keine Kurzschlußströme induziert und keine Kräfte in oder gegen die Fahrtrichtung ausgeübt. Dieser Zu­ stand wird von der Erfassungseinrichtung 5 ausgewertet. Wenn Abweichungen vom Synchronismus auftreten, wird ein Si­ gnal an die Regeleinrichtung von der Erfassungseinrichtung 5 abgegeben. Die Regeleinrichtung 4 verändert die Frequenz f des Umrichters 3 derart, daß Synchronismus zwischen Wan­ derfeld- und Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird. Die Um­ richterfrequenz f ist somit ein exaktes Maß für die Fahr­ zeuggeschwindigkeit.

Um das Eintreten des Synchronismus festzustellen, kann die auf den Ständer ausgeübte Kraft in oder gegen die Fahrt­ richtung oder die Feldverzerrung benutzt werden.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der die auf den Ständer ausgeübte Kraft in oder gegen die Fahrt­ richtung ermittelt wird. Hier wird mittels einer Kraftmeß­ einrichtung 25 die vom mittleren Ständerteil 22 der Linear­ maschine in Fahrtrichtung auf die Halterung im Fahrzeug ausgeübte Kraft gemessen und auf die Regeleinrichtung 24 gegeben. Störende horizontale Beschleunigungskräfte (infol­ ge Beschleunigung des Fahrzeuges) werden durch eine ent­ sprechende Aufhängung 18 und 28 des Ständers mittels einer gleichgroßen Masse 26 kompensiert. Bekanntlich entstehen in den Randzonen am Anfang und Ende einer Linearmaschine durch den zeitlich verzögerten Aufbau des Wanderfeldes Randeffek­ te, die - auch bei Synchronismus - die Kraft in Fahrtrich­ tung nicht zu Null werden lassen. Um diese Randeffekte bei der Auswertung zu vermeiden, wird nach der Darstellung in Fig. 2 nur der mittlere Teil 22 der Linearmaschine zur Messung der Kraft herangezogen, während die Randteile 21 und 23 fest mit hier nicht dargestelltem Fahrzeug verbunden sind.

Claims (3)

1. Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Schienenfahr­ zeuge, wobei in einem mit dem Fahrzeug verbundenen Stän­ der einer Linearmaschine eine ein- oder mehrphasige Wech­ selspannung- oder -strom mit fester oder variabler Frequenz eingespeist wird, die Schiene den Kurzschlußläufer der Linearmaschine darstellt und die elektromagnetische Wech­ selwirkung zwischen dem Ständer der Linearmaschine und dem Kurzschlußläufer erfaßt und zur Ermittlung der Geschwindig­ keit des Fahrzeuges ausgewertet wird, wobei die Linearma­ schine mit zwei- oder mehrphasiger Drehspannung oder zwei- oder mehrphasigem Drehstrom variabler Frequenz gespeist und über eine Regeleinrichtung die Frequenz der Speisespannung so eingestellt wird, daß die Geschwindigkeit des-vom Stän­ der der Linearmaschine erzeugten Wanderfeldes die gleiche Geschwindigkeit wie das Fahrzeug hat, so daß das Wanderfeld gegenüber der Schiene stillsteht und somit synchron zur Schiene ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor für die Regeleinrichtung (4) eine Kraftmeßeinrichtung (25) vorge­ sehen ist, die die von der Schiene (1) auf den Ständer (22) der Linearmaschine ausgeübte Kraft in oder gegen die Fahrt­ richtung mißt, und daß der Ständer der Linearmaschine aus einem mittleren Teil (22) und zwei Endteilen (21,23) be­ steht, wobei die Hauptwicklungen sich über alle drei Teile erstrecken und die Kraftmeßeinrichtung (25) zur Beein­ flussung der Regeleinrichtung (4) nur von der von der Schiene auf den mittleren Teil (22) des Ständers in oder gegen die Fahrtrichtung ausgeübten Kraft beaufschlagt wird.

2. Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Schienenfahr­ zeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil (22) des Ständers der Linearmaschine im Fahr­ zeug so gelagert ist, daß die Wirkung von horizontalen Be­ schleunigungskräften auf diesen mittleren Teil durch eine entsprechende Gegenmasse (26) aufgehoben wird.

3. Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Schienenfahr­ zeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kompensationseinrichtungen vorgesehen sind, die störende Einflüsse, wie z. B. Änderung des Luftspaltes zwi­ schen Ständer und Schiene, Änderung der Kupfer- und Eisen­ widerstände infolge von Temperaturänderungen, ausgleichen.