DE686637C - Bremsanordnung fuer mit hoher Geschwindigkeit betriebene elektrische Gleisfahrzeuge - Google Patents

Description

Beim Betrieb von Fahrzeugen mit hohen und sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten, beispielsweise mit 150 bis 2ookm/Std. und mehr, muß der Bremsweg des Fahrzeuges möglichst kurz gehalten werden, um die Signalentfernungen möglichst gering halten zu können. Dazu ist eine hohe Bremsverzögerung notwendig, die möglichst über den ganzen Bremsweg gleich zu halten ist. Nach den neueren Untersuchungen kann man die Zahl für die Haftung zwischen Rad und Schiene unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit als unveränderlich annehmen. Die Zahl für die Reibung zwischen Treibrad und Bremsklotz

'5 nimmt dagegen mit wachsender Geschwindigkeit ab. Man erhält also bei der gewöhnlichen Klotzbremse und bei unverändertem An-. preßdruck zwischen Bremsklotz und Treibrad eine mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit zunehmende Bremskraft statt der gewünschten gleichbleibenden Bremskraft. ■

Es ist bereits bekannt, mit veränderlichem Anpreßdruck zwischen Bremsklotz und Treibrad zu bremsen, derart, daß bei hoher Fahrgeschwindigkeit der Anpreßdruck sehr hoch ist und mit sinkender Fahrgeschwindigkeit verringert wird. Diese Veränderung des Anpreßdruckes zwischen Bremsklotz und Treibrad erfordert eine ziemlich verwickelte Einrichtung. Weiter besteht bei sehr hohem Anpreßdruck und sehr hoher Fahrgeschwindigkeit eine Gefahr für Reifen und Klötze, weil die entstehende Wärme zu Härterissen und Aufschweißungen führt.

Es ist auch bereits bekannt, auf einem Fahrzeug gleichzeitig eine Kurzschlußbremse und eine mechanische Handbremse vorzusehen, wobei je nach den Betriebsverhältnissen entweder eine Bremse einzeln oder beide Bremsen zugleich benutzt werden.

Es ist ferner bekannt, neben einer Luftdruckbremse eine elektrische Zusatzbremseinrichtung, und zwar in Gestalt einer Wirbelstrombremse, zu verwenden, die von den Reibungsverhältnissen unabhängig ist. Dabei ist vorgeschlagen worden, die zusätzliche Wirbelstrombremse vom Einsetzen der Luftdruckbremse abhängig zu machen, indem die Wirbelstrombremse erst dann eingeschaltet wird, nachdem die Druckluftbremse bereits _So eingesetzt hat.

Es war auch bekannt, bei Verwendung einer Druckluftbremse und einer elektrischen Zusatzbremseinrichtung das Bremsmoment

'■') Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Walter Kleinow in Hennigsdorf, Osthavelland, und Otto Michel in.München.

der elektrischen Zusatzbremse abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit derart zu verändern, daß sich eine annähernd gleich.^ bleibende Gesamtbremskraft, vorzugsweise in dem Bereich hoher Geschwindigkeiten, ergab.

Bekannt war auch, in Kombination mit einer Druckluftbremse eine elektrische Zusatzbremse zu benutzen, die durch Generatorbetrieb der Triebmotoren bewirkt wird, wobei die Triebmotoren' auf einen Widerstand arbeiten. Dabei wurden verschiedene Kombinationen der Druckluftbremse und der elektrischen Zusatzbremse ermöglicht, beispielsweise die Unterstützung der einen Bremse durch die andere, der Ersatz der einen Bremse beim Ausfallen der anderen, der gegenseitigen Ergänzung der beiden Bremsen u. dgl. Es lag aber diesen bekannten Kombinationen nicht die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanordnung für mit hoher Geschwindigkeit betriebene elektrische Gleisfahrzeuge zu schaffen, bei der beide Bremsen sich im Bereich der hohen Geschwindigkeiten bis zu einer annähernd gleichbleibenden Gesamtbremskraft ergänzen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanordnung für mit hoher Geschwindigkeit betriebene elektrische Gleisfahrzeuge, die neben einer mechanischen Bremse, insbesondere Druckluftbremse, eine elektrische Zusatzbremseinrichtung haben, deren Bremsmoment abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit derart veränderlich ist, daß sich eine annähernd gleichbleibende Gesamtbremskraft vorzugsweise in dem Bereich hoher Geschwindigkeiten ergibt, und besteht darin, daß das Zusatzbremsmoment von den fremderregten Triebmotoren geliefert wird, die auf einen ein- oder mehrstufigen Bremswiderstand arbeiten.

Eine weitere vorteilhafte Einzelheit der Erfindung besteht darin, daß beim Erreichen derjenigen Geschwindigkeit, bei der die mechanische Bremse allein ausreicht, die elekirische Zusatzbremse sich ausschaltet.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß vom Beginn des Bremsens an die durch die Haftungsverhältnisse zulässige höchste Bremskraft erzielt und voll ausgenutzt wird, wobei insbesondere schon in den ersten Augenblikken nach dem gleichzeitigen Einschalten der beiden Bremsen die elektrische Zusatzbremse mit voller Kraft ihre Wirkung ausübt, wodurch der gesamte Bremsweg erheblich verkürzt wird, so daß es möglich wird, auch für diese mit hohen und höchsten Geschwindigkeiten betriebenen elektrischen Gleisfahrzeuge die durch die Signale bedingten Bremswege einzuhalten. Erzielt wird diese für hohe Fahrgeschwindigkeiten sehr wichtige Bremsung ohne irgendwelche besonderen verwickelten Einrichtungen. Dabei gibt die Heranziehung der Triebmotoren zum elektrischen , ,Bremsen die Möglichkeit, eine beliebige hohe '"Bremskraft elektrisch zu erzeugen und da-"durch nötigenfalls die Klotzbremse zu entlasten, was bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ' Von großer Bedeutung ist, da bei diesen die Arbeitsverhältnisse der Klotzbremse wesentlich anders sind als.bei den bisher üblichen Fahrgeschwindigkeiten.

So haben Versuche an einer neuen elektrischen Lokomotive für Fahrgeschwindigkeiten bis 200 und mehr km/Std. gezeigt, daß die Druckluftbremse außerordentlich träge ist. beispielsweise vom Ansprechen des Steuerventils bis zum Füllen der Bremszylinder bis fast auf den Enddruck eine Zeitspanne von etwa 5 Sek. erfordert, wobei diese Zeitspanne noch größer wird, wenn man noch die Zeit zum Drehen des Führerbremsventils hinzurechnet. Diese ersten Bremssekunden sind aber für die Länge des gesamten Bremsweges von großer Bedeutung, da die Geschwindigkeit des Fahrzeuges während dieser Zeit- spanne noch die höchste ist. Bei dem erfindungsgemäßen Bremsen wird diese Zeitspanne durch die elektrische Bremse voll » ausgenutzt, die eine ganz wesentlich kürzere Ansprechzeit hat und sofort mit ihrer hochsten Bremskraft einsetzt.

Die Versuche haben auch gezeigt, daß das Einsetzen der elektrischen Bremse auch bei höchsten Geschwindigkeiten sich nicht unangenehm bemerkbar macht, sondern daß das Bremsen weich und stoßlos erfolgt.

Die Versuche haben ferner gezeigt, daß bei reiner Druckluftbremsung beim Beginn des Bremsens viel Zeit ungenutzt verlorengeht, die Verzögerung dann aber größer wird und unter Umständen eine unzulässige Höhe erreichen kann, was darauf zurückgeführt werden kann, daß infolge längeren Verweilens bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Erwärmung und Aufschweißung von Klotzmaterial auf die Reifen zu höheren, teilweise schon unzulässigen Reibwerten und entsprechend aohem Verschleiß führen. Es entsteht somit dabei die Gefahr des Rädergleitens, die bei dem erfindungsgemäßen kombinierten Brem- n° sen ausgeschlossen ist, weil die Bereiche hoher, für die Bremsklötze und Reifen gefährlichen Geschwindigkeiten sehr schnell verlassen werden.

Bei dem kombinierten Bremsen ergaben die Versuchswerte ein wesentlich früheres Einsetzen des Bremsens und mäßige und gleichförmige Verzögerungen, die langsam, aber nicht unzulässig ansteigen. Dabei werden auch die Bremsklötze vor übermäßigem Erhitzen, Aufschweißen und übermäßigem Verschleiß zuverlässig geschützt,

Die Zeichnung veranschaulicht in Abb. ι und 2 die Wirkungsweise der Erfindung, während Abb. 3 ein Schaltungsschema für die elektrische Bremseinrichtung zeigt. In der Abb. 1 stellt die Abszisse ein Maß für die Fahrgeschwindigkeit dar. Die in Abb. ι gezeigte Kurvet gibt über der Fahrgeschwindigkeit ν die Bremskraft B an, die mit der Klotzbremse bei unveränderlichem Anpreßdruck zwischen Bremsklotz und Treibrad bei den verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten erreichbar ist. Die waagerechte Gerade C stellt die Bremskraft dar, die unabhängig von der Geschwindigkeit unveränderlich aufrechterhalten werden müßte, um die ge-wünschte, über den ganzen Geschwindigkeitsbereich gleichbleibende Verzögerung zu erzielen. Die Kurve A liegt im größten Teil des Geschwindigkeitsbereiches unter der Geraden C, und die Differenz zwischen beiden, die erfindungsgemäß von der elektrischen Bremse aufgebracht werden soll, ist als elektrische Bremskraft Be in der Abb. 2 über der Geschwindigkeit ν als Kurve Ae aufgetragen. Der Treibmotor oder.die Treibmotoren sollen nun beispielsweise entsprechend Abb. 3 geschaltet sein. Hier bedeutet α den Anker, b die Erregerwicklung, c die Wendepolwicklung und gegebenenfalls die Kompensationswicklung. Die Erregerwicklung b kann unmittelbar oder mittelbar vom Fahrdraht gespeist werden oder auch von einer von der Fahrdrahtspannung unabhängigen Stromquelle. In der Abb. 3 ist als Stromquelle für die Erregung ein Sammler d angedeutet; e bedeutet den Bremswiderstand, auf den der Anker α arbeitet.

Bei gleichbleibender Felderregung ist die EMK des Ankers und damit bei gegebenem Widerstand auch die Stromstärke und die elektrische Bremskraft unmittelbar proportional der Drehzahl der elektrischen Maschine und damit unmittelbar proportional der Fahrgeschwindigkeit. Die elektrische Bremskraft läßt sich also in der Abb. 2 genügend genau darstellen durch eine von dem Ursprung O des Koordinatensystems ausgehende Gerade, die durch zweckmäßige Wahl des Bremswiderstandes e so gelegt werden kann, daß sie sich im wesentlichen der Kurve Ae für die verlagerte elektrische Bremskraft anschmiegt. Eine solche Gerade stellt in Abb. 2 die Linie D dar.

Der Bremsvorgang würde sich nun so abspielen, daß bei Einleitung einer Schnellbremsung mit dem Führerbremsventil der Klotzbremse gleichzeitig, beispielsweise durch Druckluftwirkung, der Treibmotor des Fahrzeugs vom Motorbetrieb auf den gewünschten Bremsgeneratorbetrieb gemäß Abb. 3 umgeschaltet wird. Die elektrische Bremsung würde bei der Höchstgeschwindigkeit mit voller Stärke entsprechend der Geraden D einsetzen und die Bremskraft der Klotzbremse entsprechend der Kurve A (Abb. 1) ergänzen zur gesamten Bremskraft entsprechend der Geraden C. Mit der Abnahme der Fahrgeschwindigkeit infolge der Bremsung nimmt auch die elektrische Bremskraft entsprechend der Geraden D (Abb. 2) ab. Bei der Abszisse X wird dann durch Unterbrechung der Erregung die elektrische Bremsung abgeschaltet.

Werden die Abweichungen zwischen der Geraden D und der theoretisch festgelegten Kurve Ae für zu groß erachtet, so kann eine weitere Anschmiegung an die Kurve Ae durch Umschaltung des Bremswiderstandes bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit erreicht werden. Man wählt beispielsweise den Bremswiderstand e so, daß von der höchsten Fahrgeschwindigkeit aus die Bremskraft zunächst der in Abb. 2 gestrichelten Geraden E entspricht. Ist die Fahrgeschwindigkeit bis auf den der Abszisse y entsprechenden Wert herabgesunken, wird selbsttätig durch einen Schalter / ein so großer Teil des Widerstandes e kurzgeschlossen, daß nunmehr die elektrische Bremskraft sich mit der Geschwindigkeit entsprechend der Geraden F ändert. Die Abweichungen des Ldnienzuges EF von der gewünschten Kurve Ae sind nur noch sehr gering.

Die in Abb. 2 strichpunktiert eingezeichnete Kurve G stellt die der Bremskraft nach der Geraden D entsprechende, im Bremswiderstand e in Wärme umzusetzende Bremsleistung dar. Wie aus der Kurve G ersichtlich ist, nimmt die ursprünglich sehr hohe Bremsleistung schnell ab. Da bei unveränderlich gehaltener Bremskraft; und damit bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs die Bremsung sehr schnell erfolgt, ist der Bremswiderstand nur kurzzeitig eingeschaltet und kann infolgedessen verhältnismäßig klein bemessen werden. Einen weiteren Vorteil dieser elektrischen Zusatzbremse bedeutet die dadurch mögliche geringere Beanspruchung der Bremsklötze und der Radreifen, die damit erheblich geschont werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß alle verwickelten Vorrichtungen zur Abänderung des Anpreßdruckes zwischen Treibrad und Bremsklotz vermieden werden. Die gewünschte Verringerung der elektrischen Bremskraft entsprechend der gegebenen Erhöhung des Druckes der Klotzbremse erfolgt selbsttätig. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil besteht darin, daß bei etwaigem Blockieren der Räder die elektrische Bremse sofort ihre Wirkung verliert und damit die Räder freigibt, sofort aber wieder einsetzt, wenn die.Räder sich wieder drehen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:
   ι. Bremsanordnung für mit hoher Geschwindigkeit betriebene elektrische Gleisfahrzeuge, die neben einer mechanischen Bremse, insbesondere Druckluftbremse, eine elektrische Zusatzbremseinrichtung haben, deren Bremsmoment abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit derart veränderlich ist, daß sich eine annähernd gleichbleibende Gesamtbremskraft, vorzugsweise in dem Bereich hoher Geschwindigkeiten, ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzbremsmoment von den fremderregten Triebmotoren geliefert wird, die auf einen ein- oder mehrstufigen Bremswiderstand arbeiten.
2. 2. Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen derjenigen Geschwindigkeit, bei der die mechanische Bremse allein ausreicht, die elektrische Zusatzbremse sich selbsttätig ausschaltet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen