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Selbsttätige, unter dem Einfluß eines Beschleunigungswächters stehende
Steuerung für elektrische Triebfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Steuerung,
die den Erfordernissen der neuzeitlichen Fahrtechnik angepaßt ist.
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Die bisher verwendeten Einrichtungen beruhen ausschließlich darauf,
durch Stromwächter die maximalen Grenzen von Anfahr- und Bremsstrom zu überwachen.
Indessen haben die technischen Fortschritte im Wagenbau, insbesondere die Bestrebungen
nach Gewichtsverminderung, den Anteil der Nutzlast an der Gesamtlast immer größer
werden lassen. Diese Tatsache ergibt für die Steuerung mittels Überwachung des maximalen
Anfahr- und Bremsstromes eine je nach Last veränderliche Anfahrbeschleunigung und
Bremsverzögerung; sie zwingt im Hinblick auf die Adhäsion dazu, die Grenzwerte,
die der Stromwächter überwachen soll, für das leere Fahrzeug einzustellen. Naturgemäß
verringern sich dadurch im besetzten Zustand die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte
im Verhältnis der jeweiligen Massen. Da der Anteil der Besetzung an der Gesamtlast
gegenüber den früheren Verhältnissen wesentlich größer geworden ist, tritt dieser
Nachteil stärker in Erscheinung. Schaltungen, bei denen die Stromwächter lastabhängig
beeinflußt werden, haben bisher zu keinen befriedigenden Ergebnissen geführt.
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Der Nachteil der verringerten Anfahrbeschleunigung bei besetztem Zug
bedingt eine Zunahme des Energieverbrauches, bezogen auf gleiche Reisegeschwindigkeit.
Hinzu kommt noch ein zweiter wesentlicher Nachteil, der den durch Stromwächter gesteuerten
Schaltungen anhaftet. Bei dem großen Streubereich der Adhäsion zwischen Rad und
Schiene läßt es sich mitunter nicht vermeiden, daß die Motoren beim Anfahren zum
Schleudern neigen, beim elektrischen Bremsen dagegen an die Blockierungsgrenze herankommen.
Die Steuerungen mittels Stromwächter nehmen auf diesen Zustand nicht nur keine Rücksicht,
sondern bewirken ihrer Natur nach erst recht ein Weiterschalten des Schaltwerkes.
Damit begünstigen sie die unerwünschte Adhäsionsüberschreitung.
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Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile, indem sie vorschlägt,
den Antrieb des Schaltwerkes nicht, wie bisher, von dem maximalen Strom, sondern
von einem in m/82 eingestellten und zu überwachenden mittleren Wert der Anfahrbeschleunigung
und Bremsverzögerung abhängig zu machen.
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Es ist bereits früher vorgeschlagen worden, zum Zwecke des Achsentlastungsausgleichs
die Drehmomente der Motoren von der Beschleunigung abhängig zu machen. Andere Vorschläge
sehen die Anordnung eines auf die Beschleunigung reagierenden Meßgerätes vor, das
seinerseits die Leistung der Motoren beeinflußt. Hierbei ist das zur Steuerung dienende
Meßgerät ein Pendel, dessen Masse entweder durch feste Körper oder durch eine Flüssigkeit
gebildet wird. Diese vorgeschlagenen Einrichtungen beruhen auf der Messung der momentanen
Beschleunigung, wie dies in der Natur eines Massependels liegt. Infolgedessen sprechen
sie auf jede kurzzeitige Schwankung der Beschleunigungskräfte an, wie sie beispielsweise
durch die Zugkraftsprünge der Steuerung eintritt. Dadurch sind trotz Dämpfung unerwünschte
Impulse bedingt.
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Demgegenüber sieht die erfindungsgemäße Anordnung eine selbsttätige,
unter dem Einfluß eines Beschleunigungswächters stehende Steuerung für elektrische
Triebfahrzeuge vor, deren Merkmale darauf beruhen, daß der Wächter die jeweilige
Fahrzeuggeschwindigkeit und gleichzeitig die vom Beschleunigungs- oder Verzögerungsbeginn
maßgebliche Zeit in elektrische Größen umwandelt, dieselben dividiert und durch
den so. gebildeten Quotienten den Antrieb für das Durchschalten der Anfahr- und
Bremswiderstände beeinflußt.
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Dieser Wächter beeinflußt somit die Steuerung auf Grund der von ihm
gebildeten mittleren Beschleunigungs- oder Verzögerungswerte, bezogen auf die Zeit,
während der die Widerstände durchgeschaltet werden, im Gegensatz zu den momentanen,
d. h. den in jedem Augenblick wirksamen Beschleunigungswerten der bisher vorgeschlagenen
Einrichtungen.
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Ein Ausführungsbeispiel, das den, Gedanken der Erfindung zweckmäßig
verwirklicht, it in Abb. 1 dargestellt. Hier wird von einem auf der Triebachse sitzenden
Tourendynamo 1 über ein Drehspulmeßwerk 2 ein am Potentiometer 3 schleifender Abgriff
betätigt: Seine Bewegung ist unterhalb der Adhäsionsgrenze der Geschwindigkeit des
Fahrzeuges, oberhalb derselben der Umfangsgeschwindigkeit der Achse proportional.
Gleichzeitig wird von einem kleinen Motor 8 mit konstanter Geschwindigkeit ein Abgriff
an dem
Potentiometer 4 entlangbewegt, dessen wirksame Widerstandsgröße
der Zeit direkt proportional ist.
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Beide Potentiometer sind in einer vom Batteriestrom gespeisten Brücke
zusammengeschaltet, die außerdem einen für die Beschleunigungsgrenze einstellbaren
Widerstand 5 und einen konstanten Widerstand 6 besitzt. In ihrem Diagonalzweig ist
ein polarisiertes Relais 7 angeordnet, das im Gleichgewichtszustand der Brücke die
Nullage einnimmt. Dies ist dann der Fall, wenn die bekannte Proportion der Brückenwiderstände
3 :4= 5 :6 besteht. Wird sich also die Geschwindigkeit im gleichen Maße ändern wie
die Zeit und somit die Beschleunigung d konstant bleiben, dann wird auch das Verhältnis
der jeweiligen Widerstandsgrößen 3 und 4 gleichbleiben. Demzufolge ist Relais 7
stromlos und hält sich in der Nullage. Bewegt sich dagegen der Abgriff am Geschwindigkeitspotentiometer
3 langsamer als der Zeitabgriff 4, so daß das jeweilige Verhältnis 3 : 4 kleiner
ist als das durch die Einstellung am Potentiometer 5 gegebene Verhältnis 5 : 6,
dann ist die Brücke verstimmt. Relais 7 zieht an und schließt Kontakt 12, Motor
9 ist eingeschaltet und dreht Schaltwerk 10. Dieser Zustand hält an, solange das
Widerstandsverhältnis von 3 : 4 unterhalb desjenigen von 5 : 6 bleibt. Durch den
Justierwiderstand11 wird die Durchschaltgeschwindigkeit angepaßt.
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Wird die Adhäsionsgrenze überschritten, so erhöht sich plötzlich die
Umfangsgeschwindigkeit des auf der schleudernden Treibachse sitzenden Tourendynamos.
Der Widerstandsquotient 3:4 steigt rasch um ein Vielfaches des eingestellten Sollwertes,
Relais 7 schaltet ab und setzt das Schaltwerk 10 still.
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Wie die Einrichtung beim Bremsen ihre Funktionen erfüllt, zeigt ein
Beispiel gemäß Abb. 2. Um bei plötzlicher Geschwindigkeitsabnahme, die infolge starken
Schlupfes oder gar Blockierens bei der Adhäsionsüberschreitung eintritt, einen steigenden
Quotienten für die Verzögerung bzw. ein größer werdendes Verhältnis von 3 : 4 zu
erhalten, werden in der Bremsschaltung die Zuleitungen der Potentiometer 3 und 4
vertauscht. Des weiteren ist beispielsweise vorgesehen, die Abgriffe der Potentiometer
3 und 4 bei Bremsbeginn stets auf gleichen Ausgangspunkt zu halten. Zur Erzielung
einer hohen Verzögerung wird es nämlich zweckmäßig sein, einen Wert am Potentiometer
5 einzustellen, der an der Adhäsionsgrenze, also über 1 m/s2 liegt. Da bei gleichem
Ausgangspunkt der Abgriffe von 3 und 4 das Verhältnis zunächst niemals größer als
Eins ist, ist eine Brückenverstimmung und damit eine Bewegung des Schaltwerkmotors
gewährleistet. Die Voraussetzung gleicher Ausgangspunkte wird dadurch erfüllt, daß
das gleiche oder ein zweites Drehspulsystem 2 von Beendigung der Anfahrt bis zum
Bremsbeginn die Bewegung von Abgriff 4 geschwindigkeitsabhängig übernimmt. Ist die
Steuerung auf Bremsen umgeschaltet, dann wird der Abgriff von 4 über die elektromagnetische
Kupplung 18 vom Motor 8 zeitabhängig weiterbewegt. Im übrigen ist die Funktion der
Überwachung hinsichtlich von Adhäsionsüberschreitung beim Bremsen, die sich nunmehr
auf eine plötzliche Abnahme der Umfangsgeschwindigkeit an der Achse auswirkt, die
gleiche wie bei der Anfahrt.
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Eine besonders vorteilhafte Steuerung ist mit der weiteren Ausgestaltung
des grundsätzlichen Erfindungsgedankens verbunden. Sie bewirkt eine gesteigerte
Ausnutzung der Adhäsionsverhältnisse, indem das Schaltwerk während des normalen
Anfuhr- und Bremsvorganges ständig läuft. Durch eine kontinuierliche Regelung der
Drehzahl des Antriebsmotors wird diese um so geringer, je mehr die Beschleunigung
oder Verzögerung der Adhäsionsgrenze zustrebt.
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Ein Beispiel hierfür zeigt Abb. 3. Grundsätzlich ist die Messung der
Beschleunigung bzw. Verzögerung in der Brücke beibehalten. Indessen ist letztere
als sich selbst abstimmende Brücke so, geschaltet, daß der Nachstellmotor 11 jede
Verstimmung, d. h. jede Ungleichheit der Widerstandsproportion 3 : 4 = 5 : 6 in
bekannter Weise kompensiert. Solange nämlich die vorgenannte Gleichung nicht erfüllt
ist, fließt ein Ausgleichstrom über den Diagonalzweig der Brücke, der das polarisierte
Relais 7 ansprechen läßt. Je nach Richtung des durch 7 fließenden Stromes erhält
Motor 11 über die Kontaktte 12 oder 13 Spannung und stellt Widerstand 5 so lange
nach, bis Proportionalität der vorgenannten Brückenwiderstände besteht. Ist dies
der Fall, wird der Ausgleichsstrom über Relais 7 Null, es fällt ab; Motor 11 bleibt
stehen. Je größer die Beschleunigung v : t und damit 3:4 wird, um so größer wird
auch der Nachstellwiderstand 5.
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Gleichzeitig wird mit zunehmender Beschleunigung der Widerstand 16
derart beeinflußt, daß beispielsweise der Strom von Feld 15 vergrößert und damit
durch Verstärkung der Erregung Motor 9 Schaltwerk 10 langsamer dreht. Bei Überschreitung
der Adhäsion wird die Fahrzeugbeschleunigung zwar kleiner, die Drehbeschleunigung
der Achse, auf der der Geber 8 sitzt, dagegen plötzlich sehr groß, demgemäß auch
das Verhältnis 3:4 bzw. 5:6. Dies hat beispielsweise eine so starke Übererregung
von Schaltwerksmotor 9 zur Folge, daß er sich kaum noch dreht oder je nach Schaltung
stillsteht. Eine geeignete Dimensionierung des konstanten Brückenwiderstandes 6
ermöglicht ebenso, den Regelbereich des veränderlichen Kompensationswiderstandes
5 anzupassen, wie die richtige Wahl des Feldvorwiderstandes 16 die zweckmäßigste
Drehzahl des Schaltwerkmotors einzustellen gestattet.