DE1563965A1

DE1563965A1 - Schleuderschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE1563965A1
Application number: DE1967M0075594
Authority: DE
Inventors: Hansrudi Buehler; Alfred Ernst; Beat Steiner
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1966-11-24
Filing date: 1967-09-22
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1204186A; CH464998A; DE1563965B2; FR1557733A; DE1563965C3; US3560759A; ES346335A1

Description

Maschinenfabrik Oerlikon, Zürich-Oerlikon (Schweiz)

S chi eud er schutz einrichtung. 1 563965

Es gehören bereits Schleuderschutzeinrichtungen zum Stand der Technik, bei denen die Beschleunigung eines: Triebrades erfasst und beim Ueberschreiten eines bestimmten Beschleunigungswertes eine rein mechanische Schieuderbremse eingelegt wird. Steigt die Beschleunigung trotz dieser Bremse weiter an, erfolgt eine Betätigung des Stufenschalters.

Die Nachteile des Bekannten bestehen darin, dass nur eine konstante Zugkraftreduktion möglich ist, dass sich also eine Anpassungen die jeweilige Adhäsionskraft zwischen Rad und Schiene nicht erreichen lässt und dass·ferner ein Verschleiss und Leistungsverlus.te auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorbeschriebenen Mängel zu beheben. Der Erfindungsgegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die zur Erzielung einer ersten, während des Schleudervorganges weitgehend veränderlichen Zugkraftreduktionskomponente dienen, sowie weitere Mittel, die eine während des Schleudervorganges nahezu konstante, zweite Zugkraftreduktionskomponente bedingen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. .

Fig. X zeigt den'Zusammenhang zwischen der Schlupfgeschwindigkeit und der Zugkraft, bzw. der Adhäsionskraft. .

Pig. 2 stellt den zeitlichen Verlauf der Motorzugkraft

und der Adhäsionskraft während des Schleudervorganges dar. ■·'■".·. 009850/0034

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Aus Fig. 5 lässt sich die Radbeschleunigung und -Verzögerung während des Schleudervorganges entnehmen.

Fig. 4 veranschaulicht die Zugkraftreduktionskomponenten in Funktion der Zeit.

Die Schalteinrichtung gemäss Fig. 5 enthält die Mittel zur Erzielung der Zugkraftreduktionskomponenten.

Aus Fig. 6 ist die Charakteristik eines ersten Grenzwertmelders zu ersehen, aus Fig. 7 diejenige eines zweiten Grenzwertmelders.

Fig. 8 gibt die Schleuderschutzeinrichtung im Zusammenhang mit einem über gesteuerte Gleichrichter gespeisten Triebmotor wieder.

In Fig. 1 ist die Schlupfgeschwindigkeit 4V als Funktion der auf den Radumfang bezogenen Zugkraft Z bzw. der Adhäsionskraft wiedergegeben, wobei der Adhäsionskoeffizient u bzw. >?_β als Parameter auftritt. ^V stellt die Differenz zwischen der tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rades und der Fahrzeuggeschwindigkeit dar.

Es sei nun angenommen, dass die dem Motordrehmoment entsprechende Zugkraft in einem bestimmten Zeitpunkt gleich Z ist und der Adhäsionskoeffizient den Wert /i aufweist. Dann · besteht Gleichgewicht zwischen Z und der Adhäsionskraft Ί>μ_ο (Zeitraum 0-^ in den Fig. 1 bis j5). Sinkt nun plötzlich (Zeitpunkt t^) der Adhäsionskoeffizient vom Wert^^auf M. , so bleibt im ersten Moment ^V (Fig. 1) konstant und Z

a ma

übersteigt den Wert von Z « (Fig. 1 und 2). Der Radsatz wird also beschleunigt. Die Beschleunigung a (Fig. 3) sowie die

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Sehlupfgeschwindigkeit ^V (Pig. 1) vergrössern sich (Zeitraum *T ~ kg^* ^{iglit wachsendem} Ä^v nimmt die Kraft Z« in Richtung auf ihren Maximalwert hin zu und fällt danach wieder ab (Fig. und 2). Zum Zeitpunkt t_o, d.h. beim Erreichen der mit a bezeichneten maximalen Beschleunigung setzt der Schleuderschutz ein. Die Motorzugkraft Z_ wird rasch unter Zugesenkt, so dass auch a_ fällt und schliesslich negative Werte annimmt (Zeitraum tp - t^). Solange die Beschleunigung noch positiv ist, steigt auch ^V; schon zwischen tp und t, tritt Jedoch eine Verzögerung ein, die Schlupfgeschwindigkeit fällt, und Zjt nimmt wieder in Richtung auf den Maximalwert hin zu. Zwischen den Zeitpunkten t_ und t_J( bleibt Z auf dem Kleinstwert Z ,

j . "t m mo

Die Verzögerung wächst aber infolge der steigenden Adhäsionskraft und der damit zunehmenden Differenz zwischen Z>«und Z . weiter an. Im Zeitraum t^ bis t^ wird die von der Schleuderschutzeinrichtung hervorgerufene Zügkraftreduktion^jZ₁. wieder verkleinert. Die Verzögerung bleibt bis kurz vor t,. auf dem

Maximalwert -a und fällt dann sehr schnell auf 0 ab, da risax

die Differenz Z₄- Z ebenfalls rasch sinkt. Ausserhalb des

/ m .._■■■

Zeitpunktes t,- steigt Z zunächst stell und dann langsam stetig an. Es" tritt eine (allerdings sehr kleine) Beschleunigung ein, die zu grösseren ^V-Werten und damit steigendem Za führt. Auf solche Weise tastet die Einrichtung auch bei fortwährend veränderlichem Adhäsionskoeffizienten stets die maximale Adhäsionskraft ab. Sobald diese überschritten wird, kann erneut ein Schleudervorgang eintreten, der wiederum die beschriebenen Vorgänge zur Folge hat.

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Der Fig. 4 ist zu entnehmen,dass sich Δ Z aus zwei Komponenten zusammensetzt. Die erste Komponente ΔΖ , steigt zunächst rasch an (Kurventeil A), bleibt darauf eine bestimmte Zeit lang konstant (Verlauf B), wird dann wieder kleiner (Ast C) und fällt hierauf etwa linear mit der Zeit ab (Teil D). Der geschilderte Verlauf ermöglicht die schon vorher brschriebene Annäherung an die maximale Adhäsionskraft. Die zweite Komponente

Δ Zp dient zum sicheren Verzögern des Radsatzes und ist im Zeitraum t, bis tj. konstant. Bei Beginn des Schleudervorganges nimmt sie rasch zu und sinkt nach t_c schnell wieder ab.

Fig. 5 zeigt eine Schalteinrichtung, welche zur Erzeugung der Zugkraftreduktionskomponenten nach Fig.4 dient. Mit 1 ist ein Mittelfrequenz-Tachogenerator, mit 2 eine Gleichrichterbrücke, mit 3 eine Drossel, mit 4 ein erster Kondensator, mit 5 ein zweiter Kondensator, mit 6 ein erster Verstärker und mit 7 ein Rückkopplungswiderstand bezeichnet. Der Ausgang des Verstärkers 6 führt zum Eingang eines ersten Grenzwe'rtmelders 8 und eines zweiten Grenzwertmelders 9* deren Ausgänge wiederum mit einem Oder-Tor 10 verbunden sind.Als Grenzwertmelder

s ·

können Schmitt-Trigger Verwendung finden. Am Ausgang »'des Oder-Tores 10 liegt eine, erste Schaltanordnung I, am Umkehrausgang s¹ eine zweite Schaltanordnung II. Ferner ist an den Umkehrausgang s,' des. ersten Grenzwertmelders 8 eine dritte Schaltanordnung III angeschlossen, und der Ausgang des ersten Verstärkers 6 steht mit einer vierten Schaltanordnung IV in Verbindung. Die Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Schaltanordnung ■ ■

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sind an einen zweiten Verstärker 16 angeklemmt, der einen ' dritten Kondensator 15 (Rückkopplungskondensator) aufweist. • ■·- Die dritte Schaltanordnung III besteht aus einer Zener-· · diode 11, einem ersten Widerstand 12, einer ersten Diode Y$, sowie einem zweiten Widerstand 14. Die vierte Schaltanordnung IV enthält einen dritten Widerstand 17, einen vierten Widerstand 18, einen dritten Verstärker 19, eine zweite Diode 20 und einen fünften Widerstand 21. Die zweite Schaltanordnung II setzt sich aus einem sechsten Widerstand 22, einem siebenten Widerstand 23, einer dritten Diode 24 und einem achten Wider-' stand 25 zusammen. Schliesslich weist die erste Schaltanordnung I einen neunten Widerstand 26, einen zehnten Widerstand 27, eine vierte Diode 28, eine fünfte Diode 29 und einen vierten Kondensator 30 auf, .

Die Einrichtung gemäss Fig. 5 wirkt wie folgt: Der Mittelfrequenz-Tachogenerator 1 ist mit der Triebachse gekuppelt und erzeugt eine Wechselspannung, welche der Radumfangsgeschwindigkeit proportional ist. Mit Hilfe der vereinfacht dargestellten Gleichrichterbrücke 2 wird die Wechselspannung des Tachogenerators gleichgerichtet und durch das aus der Drossel 3 sowie dem ersten Kondensator Λ bestehende Siebglied geglättet. Aenderungen der Gleichspannung lassen sich über ein Differenzierglied, d.h. den zweiten Kondensator 5, den ersten Verstärker β und den Rückkopplungswiderstand 7 erfassen. Am Ausgang des Verstärkers 6 erscheint dann eine ■ Spannung, (jlie der Aenderung der Radümfangsgeschwindigkeit und

; ■ / ■ ι -:'■." ■■.'".

damit der Beschleunigung bzw, der Verzögerung des Rades ent- \·' spricht".

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Das Radbeschieunigungs- oder Verzögerungssignal a wird den beiden Grenzwertmeldern 8,9 zugeführt;. Der erste Grenzwertmelder 8 spricht an, wenn die Radbesehleunigung' den maximalen Wert a_rmax aufweist und fällt ab, wenn a einen gewünschten negativen Mittelwert -a , aufweist. Das Ausgangssignal s^ hat also die in Fig. 6 angegebene Charakteristik. Der Grenzwertmelder 9 spricht hingegen bei -a . an und fällt etwa beim gleichen Wert wieder ab (Pig. 7).

Im nachstehenden wird beschrieben, auf welche V/eise die Funktion^ Z_gl = f(t) gemäss Fig. 4 erzielbar ist.

Die Flanke A zwischen den Zeitpunkten t_o und t-, kommt folgendermassen zustande: Das Signal s ' des Grenzv/ertmelders 8 ist gleich Null, solange s, = 1 ist. Hierbei soll mit 1 ein vorbestimmtes negatives Potential bezeichnet werden. Dies ist zwischen a_rmax und ^a _rrneci ^der Fall. Der Punkt P. zwischen der Zenerdiode 11 und dem Widerstand 12 ist dann gegenüber einem nicht näher angegebenen Nulleiter stark positiv, und die erste Diode 13 leitet. Ueber den niederohmigen Widerstand IH- und den zweiten Verstärker 16 erfolgt eine Schneiladung des dritten Kondensators I5. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 steigt in.negativer Richtung rasch an und erzeugt ein Korrektursignal, das einem Korrekturstrora Δ2 -, entspricht.

Sobald s,' = 1 wird, was bei -a , eintritt (da dann s, = 0 ist) 1 rmed -1 '

erhält die Anode der Diode 13 negatives Potential und 4J bzw. Δ Z_sl bleiben infolge der Ladung des Kondensators I5 konstant

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(Teil B eier Kurve) .Der Ast G, der zwischen t^ und t, liegt, wird auf folgende V/eise ermöglicht: Die beiden Widerstände 17,18, die am Eingang des dritten Verstärkers 19 liegen, sind so abgeglichen, dass air. Ausgang dieses Verstärkers „dann ein negatives Potential erscheint, wenn die Verzögerung des Rad-

satses "ä„„„_v erreicht. Dann leitet die Diode 20 und über rinax

den Widerstand 21 wird der Kondensator I5 entladen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 sinkt ebenfalls, was den angegebenen Verlauf von Δ Z_si zur Folge hat. Schliesslich dienen dieElemente 22,23,24 und 25 zur Erzielung des Kurventeils D. Solange das Umkehrsignal s¹ des Oder-Tores 10 gleich Null ist, was von t₂ bis tj- gilt, da hier s = 1· ist, weist der Punkt Pp zwischen den Widerständen 22,25 ein positives Potential auf, so dass die dritte Diode 24 sperrt. V/lrd hingegen sV ~ 1 (d.h. s = 0) ,besitzt P₂ negatives Potential, die Diode 24 leitet, und der Kondensator 15 entlädt sich über den hochohmigen Widerstand 25* Hierdurch sinkt die Spannung am Ausgang des Verstärkers 16 langsam, etwa linear mit der Zeit ab. Zur Erzeugung des Verlaufs AZ _o = f (t) dient die erste

St ■

Schaltanordnung I.

Mit Beginn des Schleuderns wird s = 1. Dies hat zur Folge, dass sich der Kondensator j50 über die Diode 28 sehr rasch auflädt. Der Punkt P, nimmt ein negatives Potential an, und die Diode 29 leitet. Hierdurch kommt wiederum ein Strom 2JJ_s2 zustande und damit eine Zugkraftreduktionskomponente ₂gemäss dem Teil E der Kurve. Nach Beendigung der Auf-

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ladung des Kondensators 30 bleibt 4Z₂ konstant (Ast F). Sobald jedoch s=0 ist, sperrt die Diode 28, der Kondensator entlädt sich relativ rasch über den Widerstand 26 und dement-• sprechend klingt der Strom über die Diode 29 infolge des an P, ' auftretenden positiven Potentials ab. Hierdurch kommt der Kurventeil G zustande.

Fig. 8 zeigt das Schleuderschutzgerät in Zusammenhang mit

einer gleichrichtergespeisten Triebmotorgruppe. Mit J>1 ist

über ein Potentiometer bezeichnet, an welchem vein nichtlineares Glied 252, das in bekannter Weise aus vorgespannten Dioden aufgebaut sein kann, der Motorstrom-Sollwert J abgegriffen

wird." Das Element 32 ermöglicht eine Motorstrombegrenzung. Die Schleuderschutzeinrichtung J>J> liefert eine Sollwertkomponente J_n-, die sich aus<jJ , und δJ _o zusammensetzt. Der resul-

CS SX S c-

tierende Sollwert J wird nach Vergleich mit dem Istwert J einem Regelverstärker J54 zugeführt. Mit Hilfe des Gleichstromwandlers yi erfasst man den Motorstrom-Istwert. Ein Steuersatz 35 dient zur'Steuerung einer Gleichrichterbrücke 36, an welche ein Wellenstrom-Reihenschluss-Kollektormotor 38 angeschlossen

Die Vorbeschriebene Einrichtung lässt eich nach einer Vorzeichen-Umkehr von a und ΔΖ auch als Gleitschutz-beim elektrischen Bremsen verwenden.

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Claims

Patentanspruch^: .

^' ■Schleuderschutzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die zur Erzielung einer ersten, während des Schleudervorganges weitgehend"veränderlichen Zugkraftreduktionskomponente (<A^z _sl) dienen, sowie weitere Mittel, die eine während des Schleudervorganges nahezu konstante, zweite Zugkraftreduktionskomponente (Δ Z_s2) bedingen.

. i- ■

%. Einrichtung nach Patentanspruch/^ dadurch gekennzeichnet, dass ein Tachogenerator (1) über ein Differenzierglied (5*6,7) mit den Eingängen zweier Grenzwertmelder (8,9) in Verbindung steht, die wiederum zu je einem Oder-Tor (10) führen, andessen einem Ausgang (s) eine erste Schaltanordnung (I) liegt, welche Widerstände (26,27), Dioden (28,29) und einen Kondensator (30) aufweist, während der Umkehrausgang (s^T) des Oder-Tores (lo) mit einer zweiten Schaltanordnung (II) verbunden ist, die Widerstände (22,25,25) sowie eine Diode (24) enthält, dass ferner an den Umkehrausgang (S₁') des ersten Grenzwertmelders (8) eine dritte Schaltanordnung (III) angeschlossen ist, die aus Widerständen (12,14), einer Diode (13) sowie einer Zenerdi°ode (11) besteht, dass weiterhin der Ausgang des Differenziergliedes (5>6,7) zu einer vierten Schaltanordnung (IV) führt, die Widerstände (17,18,21), eine Diode (20) sowie einen Verstärker (19) besitzt und dass die Ausgänge der zweiten, dritten und vielten Schaltanordnung (II,III,IV) an einem Verstärker (l6) angeklemmt sind, der einen Rückkopplungskondensator (15) aufweist.·

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'/ - ■ ■,■■ : *., --.■ . ... ■.. ' ■ Λ. ■ ■ ■■.■■■.

. 3. Einrichtung nach Uspruch %, dadurch gekennzeichnet, dass ein iMittelfrequenz-Tachogenerator (1) mit einer Gleichrichterbrücke (2) verbunden ist, an welcher eine Drossel (3) angeschlossen ist, die sowohl zu einem ersten (4) als auch zu einem zweiten Kondensator (5) führt, welcher an einem ersten Verstärker (6) liegt.

^c % 3

%. Einrichtung nach den -anspruch en i- und £, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltanordnung (I) einen zehnten Widerstand (27) aufweist, der mit einem Ende an einem positiven Potential, mit dem anderen Ende sowohl an der Kathode einer fünften Diode (29), als auch an einem vierten Kondensator (30), einem neunten Widerstand (26) und der Anode einer vierten Diode (28) liegt, welche den neunten Widerstand (26) überbrückt und mit der Kathode zum Ausgang (s) des Oder-Tores (10) führt.

JlUU I *

Einrichtung nach den -fcfe&eitansprüchen -i- bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltanordnung (II) einen siebenten Widerstand (2;5) aufweist, der mit einem Ende an einem positiven Potential,mit dem anderen Ende sowohl an der Kathode einer mit einem achten 'Widerstand (25) in Reihe geschalteten dritten Diode (24), als auch an einem sechsten Widerstand (22) liegt, der zum Umkehrausgang (s') des Oder-Tors (10) führt. Einrichtung nach den ¥»£eziansprüchen 1- bis ^v dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltanordnung (III) einen ersten Widerstand (12) aufweist, der mit einem Ende an einem positiven Potential, mit dem anderen Ende sowohl an der Anode einer mit einem zweiten Widerstand (14) in Reihe geschalteten ersten Diode (15), als auch an einer Zenerdiode (11) liegt,die zum Umkehi». Ausgang (S₁') des ersten Grenzwertmelders (8) führt.

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i. Einrichtung nach den HnirwansprUchen 4-bis ^ dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schaltanordnung (IV) einen dritten Widerstand (17) aufweist, der mit einem Ende an dem Aussgang eines ersten Verstärkers (6),mit dem anderen Ende an dem Eingang eines dritten Verstärkers (19) liegt, dass ferner ein vierter Widerstand (18) vorgesehen ist, der mit dem einen Ende an ein negatives Potential,mit dem anderen Ende an den Eingang des dritten Verstärkers (19) angeschlossen ist,' dessen Ausgang wiederum zur Kathode einer zweiten Diode (20) führt, die mit einem fünften Widerstand (21) in Reihe geschaltet ist. Einrichtung nach den Jfofceransprüchen JL- bis %·> dadurch gekennzeichnet, dass ein Schleuderschutzgerät (33) im Steuerkreis einer Gleiehrichterbrücke (36) liegt, welche zur Speisung eines WellenstromreihenschlusSfKollektormotors (38) dient.

MASCHINENFABRIK OERLIKON

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