DE1438780C - Steueranordnung für das Fahr- und Kurzschlußbrems-Schaltwerk eines elektrischen Gleichstrom-Triebfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für das Fahr- und Kurzschlußbrems-Schaltwerk eines elektrischen Gleichstrom-Triebfahrzeuges, bei welcher die Fortschaltung des Schaltwerkes motorstromüberwacht durch Impulse gesteuert wird.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art werden die Impulse zur Fortschaltung des Schaltwerkes — in diesem Falle einer Schützenbatterie — in einem Impulsgeber erzeugt mit einer Frequenz, die abhängig ist von dem vom Fahrer eingestellten Motorstromsollwert. Ein von der Sollwert-Istwert-Differenz des Motorstromes (Fahr- oder Bremsstrom) abhängiger Stromregler überwacht das Weiterschalten, d. h. das Fortschalttempo des Schaltwerkes, durch Sperren oder öffnen eines Summationsgliedes für die Fortschaltimpulse. Als Meß- und Mischglied für die Bildung der Sollwert-Istwert-Differenz dient ein Gleichstromwandler (Magnetverstärker), dessen Ausgangsklemmen ein der Sollwert-Istwert-Differenz proportionaler Gleichstrom entnehmbar ist, der über einen konstanten Widerstand eine proportionale Gleichspannung erzeugt. Über einen Trigger wird Fortschaltbefehl für das Summationsglied jeweils so lange gegeben, bis der Motorstromwert den eingestellten Wert erreicht hat (»Nahverkehrspraxis«, 1962, Heft 1, insbesondere S. 12, Abb. 7 und 8).

Weiterhin bekannt ist eine Anfahranordnung für Wechselstromfahrzeuge, bei der ein Impulsgenerator abhängig vom Motorstrom die Abgriffe eines Transformators über eine Schützenbatterie ansteuert (französische Patentschrift 1256 495).

In einer weiteren ausgeführten Steueranordnung ist auf den gesonderten Impulsgeber gemäß der erstbeschriebenen Anordnung verzichtet und dem Meß- und Mischglied ein Umsetzer nach Art eines Analog-Digitalumsetzers zugeordnet worden, der den gemessenen Wert direkt in eine Impulsfolge zur Fortschaltung umwandelt, deren Frequenz von der Sollwert-Istwert-Differenz abhängig ist.

Bei den bekannten Anordnungen ist Kurzschlußbremsung entweder nicht vorgesehen oder es sind dazu besondere Maßnahmen und Umschaltmittel notwendig. Das liegt an den völlig anderen Bedingungen beim Bremsbetrieb, der im Gegensatz zum Fahrbetrieb anfangs hohe Sollwert-Istwert-Differenzen zeitigt und bei dem im Anfang die normale proportionale Verstellung des Schaltwerkes nicht stattfinden darf.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steueranordnung zu schaffen, die ohne besondere Maßnahmen und Umschaltmittel den Bedingungen des Fahr- und zusätzlich des Bremsbetriebes gleichermaßen genügt und die trotzdem einfach und kompakt aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird für eine Steueranordnung für das Fahr- und Kurzschlußbrems-Schaltwerk eines elektrischen Gleichstrom-Triebfahrzeuges, bei welcher die Fortschaltung des Schaltwerkes motorstromüberwacht durch Impulse gesteuert wird, deren Frequenz sich mit einer als Spannung abgebildeten Regelabweichung vom Sollwert des Fahrmotorstromes ändert, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Lieferung der Impulse für die Fortschaltung des Schaltwerkes ein Meßtrigger mit definierter Ansprech- und Rückfallspannung vorgesehen ist, der vom Ladezustand eines Kondensators gesteuert ist, welcher über einen Ladewiderstand mit einem der Regelabweichung proportionalen Strom aufladbar und über einen vom Ausgang des Meßtriggers gesteuerten Transistor entladbar ist.

Es ist zwar bereits ein Impulsregler bekannt, der regelabweichungsabhängig Impulsfolgefrequenzen abgibt und bei dem ein Sägezahngenerator einen Trigger steuert (Zeitschrift »Automatik«, Dezember 1960, S. 466 bis 468); diese Anordnung vermag jedoch nicht die gestellten Aufgaben aus ihrem gänzlich anders gearteten Anwendungsgebiet, bei dem die

ίο Verstellung nur mit zur Regelabweichung proportionaler Verstellgeschwindigkeit erfolgt, zu erfüllen.

Demgegenüber wird durch die besondere Schaltung nach der Erfindung eines einem Sägezahngenerator integrierten Triggers erreicht, daß die Impulsfrequenz im unteren Steuer-Spannungsbereich schneller anwächst als im oberen. Des weiteren ergibt die besondere Aussteuerung des Triggers über die abfallende Flanke des Sägezahnes eine Impulsfolge, die stets mit einer Lücke beginnt. Letzteres ist für den Fall der Widerstandsbremsung wichtig, bei der es darauf ankommt, dem Bremsstrom Zeit für den Aufbau zu lassen, bevor die Steuerung des Schaltwerkes einsetzt.

In Ausbildung der Erfindung ist die als Spannung

35- abgebildete Regelabweichung um einen Konstantspanmingsbetrag erhöht, der der Ansprechspannung des Meßtriggers entspricht.

Weiterhin zweckmäßig ist es, daß im Entladekreis des Kondensators ein gegenüber dem Ladewiderstand kleiner Entladewiderstand und der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors angeordnet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In dem Schaltbild F i g. 1 ist Tr ein Meßtrigger, AV ein Ausgangsverstärker aus einem transistorisierten Bausteinsystem. Der Meßtrigger ist eine Kippstufe mit einer genau definierten Ansprech- und Rückfallspannung; überschreitet die Spannung an seinem Eingang den Ansprechwert, so springt die Ausgangsspannung plötzlich von Null auf ihren Höchstwert, um erst dann wieder auf Null zurückzukippen, wenn die Eingangsspannung den Rückfallwert unterschreitet. Legt man an die Klemmen A, B eine Spannung, so lädt sich damit über einen Ladewiderstand Rv zunächst der Kondensator C auf. Ist die Spannung kleiner als die Ansprechspannung des Meßtriggers, so geschieht nichts weiter; ist sie größer, spricht der Meßtrigger an, sobald sich der Kondensator C bis auf seine Ansprechspannung aufgeladen hat. An die Klemmen/1, B wird nun eine Spannung gelegt, welche ein Maß für die Differenz zwischen Sollwert und Istwert des Fahrmotorstromes ist. Wie diese Differenzspannung gebildet wird, ist nicht näher dargestellt; es kann hierzu jede der bekannten Schaltungen gewählt werden.

Wenn nun diese Differenzspannung den Ansprechwert des Meßtriggers überschreitet, dann spricht dieser an und die jetzt am Ausgang des Meßtriggers erscheinende Spannung steuert einen Transistor T aus, der damit leitend wird und über den viel kleineren Entladewiderstand Re den Kondensator rasch wieder entlädt. Der vom Meßtrigger gegebene Impuls wird in dem Ausgangsverstärker A V verstärkt und über eine Leitung L an die Steuerung abgegeben. Diese schaltet nun einen Schritt weiter. Hat sich der Kondensator C bis herunter auf die Rückfallspannung des Meßtriggers entladen, so kippt dieser wieder in die Ausgangslage zurück, der Transistor T wird wieder gesperrt, und die Spannung an den

Claims (3)

Klemmend, B beginnt den Kondensator wieder zu einem neuen Spiel zu laden. Ist der Fahrmotorstrom niedriger als der Sollwert, beträgt also die Spannung noch immer einen höheren Wert als die Ansprechspannung des Meßtriggers, dann wiederholt sich die vorstehend beschriebene Impulsgabe. Ist dagegen der Fahrmotorstrom auf den Sollwert angestiegen, dann findet keine weitere Impulsgabe statt, bzw. sie setzt erst dann wieder ein, wenn die Stromstärke der Fahrmotoren unter den jeweils vorgegebenen Sollwert fällt. Hierbei muß beachtet werden, daß im Falle Sollwert = Istwert, also Differenz = Null, die angelegte Spannung nicht Null sein darf, sondern gerade den Wert der Ansprechspannung des Meßtriggers haben muß, die je nach Einstellung des Meßtriggers beispielsweise bei etwa 5 bis 6 V liegt. Diese Spannung muß deshalb der Sollwert-Istwert-Differenzspannung als konstanter Anteil hinzugefügt werden. Sie wird, um bei obigem Zahlenbeispiel zu bleiben, einer stabilisierten 12-V-Versorgung der Transistorschaltung entnommen. In den Schaulinien ist die Wirkungsweise des Stromwächters veranschaulicht. In den F i g. 2 bis 7 sind die Spannungen U in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Hierbei sind folgende Bezeichnungen verwendet worden: Es bedeuten: Ue = die an die Klemmen A, B angelegte Spannung, Usp = die Ansprechspannung des Meßtriggers Tr, Uc = die Spannung am Kondensator C, Ur = die Rückfallspannung des Meßtriggers Tr, Ua = die Ausgangsspannung des Meßtriggers Tr. Die F i g. 2 und 3 zeigen die Wirkungsweise, wenn die Spannung Ue klein ist, d. h., falls der Istwert des Fahrmotorstromes über dem Sollwert liegt. Die Spannung Ue liegt also unter dem Betrag der Ansprechspannung Usp. Wird die Spannung Ue an die Klemmen A, B gelegt, dann steigt die Kondensatorspannung Uc gemäß der dargestellten Kurve an. Die Zeit ί stellt die Zeitkonstante der Aufladung des Kondensators über den Ladewiderstand Rν dar. Die Rückfallspannung Ur des Meßtriggers kommt nicht zum Tragen, da der Meßtrigger nicht kippt. In F i g. 3 ist die Ausgangsspannung Ua des Meßtriggers in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Da der Meßtrigger nicht anspricht, fällt die Ausgangsspannung Ua mit der Abszisse zusammen, d. h. sie ist gleich Null. In F i g. 4 und 5 ist die Wirkungsweise der Schaltung für eine Spannung Ue dargestellt, welche knapp über der Ansprechspannung Usp liegt. Im Punkt 1 schneidet die Kurve der Kondensatorspannung Uc die Linie der Ansprechspannung Usp, der Meßtrigger kippt also und gibt einen Impuls an den Transistor T und den Ausgangsverstärker A V. Der Kondensator C entlädt sich also, und seine Spannung sinkt auf den Wert der Rückfallspannung Ur (Punkt 2). Die Impulsdauer T ist durch den zeitlichen Abstand der Punkte 1 und 2 gegeben. Bei der Rückfallspannung Ur des Meßtriggers setzt im Punkt 2 die Entladung des Kondensators C aus, und je nach der jeweils herrschenden Spannung Ue setzt eine neue Aufladung ein. Die Impulsdauer T während der Entladung ist aus F i g. 5 zu entnehmen. Die Lücke zwischen den beiden dargestellten Impulsen, d. h. also der Zeitablauf vom Punkt 2 zum Punkt 3, ist offensichtlich abhängig von der Höhe der Spannung Ue, mit anderen Worten die Impulsfrequenz ist durch die Größe des Unterschiedes zwischen Sollwert und Istwert des Fahrmotorstromes bestimmt. Dies geht besonders klar aus F i g. 6 und 7 hervor, in welchen eine hohe Impulsfrequenz auf Grund eines besonders hohen Wertes der Eingangsspannung Ue angegeben ist. In einem Schaubild F i g. 8 ist die Impulsfrequenz / ίο in Abhängigkeit von der an die Klemmen A, B angelegten Spannung Ue dargestellt. Bei Verwendung derartiger Steuerungen für Kurzschlußbremsschaltungen ist es besonders günstig, daß die Impulsfolge, welche der Stromwächter gibt, mit einer Lücke und nicht mit einem Impuls beginnt, wie aus den Schaulinien F i g. 5 und 7 hervorgeht. Bei der Kurzschlußbremsung liegt nämlich im Augenblick der Einschaltung lediglich die Remanenzspannung vor, und der volle Bremsstrom (Ist- wert) baut sich nur langsam auf. Dementsprechend erhält der Stromwächter zunächst eine Meßgröße, welche praktisch einen Istwert gleich Null anzeigt. Eine sofortige Regelwirkung ist aber unerwünscht, da sie nicht dem Zustand der Fahrmotorschalter entspricht. Nachdem nämlich innerhalb kurzer Zeit — bis zu einer Sekunde — die Bremswirkung durch den Aufbau des Stromes eingesetzt hat, wäre der Schalter infolge einer voreiligen Regelung bereits auf eine viel zu hohe Bremsstufe fortgeschritten. Dies wird durch die Steueranordnung nach der Erfindung vermieden, da nämlich bei dieser auf jeden Fall die Regelwirkung erst nach Aufbau des Kurzschlußbremsstromes einsetzt, und zwar durch die besondere Art der Impulsgabe, welche mit einer Lücke beginnt. Patentansprüche:

1. Steueranordnung für das Fahr- und Kurzschlußbrems-Schaltwerk eines elektrischen Gleichstrom-Triebfahrzeuges, bei welcher die Fortschaltung des Schaltwerkes motorstromüberwacht durch Impulse gesteuert wird, deren Frequenz sich mit einer als Spannung abgebildeten Regelabweichung vom Sollwert des Fahrmotorstromes ändert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung der Impulse für die Fortschaltung des Schaltwerkes ein Meßtrigger (Tr) mit definierter Ansprech- (Usp) und Rückfallspannung (Ur) vorgesehen ist, der vom

Ladezustand eines Kondensators (C) gesteuert ist, welcher über einen Ladewiderstand (Rv) mit einem der Regelabweichung proportionalen Strom aufladbar und über einen vom Ausgang des Meßtriggers (Tr) gesteuerten Transistor (T) entladbar ist.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Spannung abgebildete Regelabweichung um einen Konstantspannungsbetrag erhöht ist, der der Ansprechspan-

nung (Usp) des Meßtriggers (Tr) entspricht.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladekreis des Kondensators (C) ein gegenüber dem Ladewiderstand (Rv) kleiner Entladewiderstand (Re) und

der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors (T) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen