<Desc/Clms Page number 1>
Nachlaufregelung, insbesondere für
Schienenfahrzeuge
EMI1.1
motor befindet sich direkt am Antriebsmotor, in Unterfluranlagen also schlecht zugänglich unter dem Wa- genboden und enthält über Nockenscheiben gesteuerte Schalter. Es ist notwendig, zur Einstellung des An- triebsmotors auf bestimmte Drehzahlen in den einzelnen Fahrstufen diesen jeweils abzuschalten, um die erforderliche Verstellung an den Nockenscheiben, die den Füllungsgrad der Einspritzpumpe und damit die
Drehzahl des Antriebsmotors bestimmen, vorzunehmen. Die Verstellung ist also nur bei stehendem Schie- nenfahrzeug möglich.
Werden mehrere aneinander gekuppelte Fahrzeuge von einem Fahrstand aus gesteu- ert, so bereitet die Einstellung aller Antriebsmotoren auf gleiche Leistungsabgabe in den einzelnen Fahr- stufen grosse Schwierigkeiten und erfordert einen grossen Zeitaufwand, da ja der aus mehreren gekuppel- ten Fahrzeugen bestehende Zug nach jeder Einstellungsänderung wieder angefahren und bis in die höchsten
Fahrstufen ausgefahren werden muss.
Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden, die Stellung eines Gerätes in einem Istwertgeber durch eine elektrische oder magnetische Grösse nachzubilden und aus dem Vergleich dieser elektrischen oder magnetischen Grösse mit der gleichartigen Grösse eines Sollwertgebers eine Fernanzeige oder einen Stellbefehl herzuleiten, der direkt oder über einen Verstärker die Verstellung des Gerätes und des Istwertgebers im Sinne der Aufhebung des Stellungsunterschiedes zwischen Soll-und Istwertgeber bewirkt. Als Ist- und Sollwertgeberdienendabei z. B. Widerstandspotentiometer oder induktive Systeme.
Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Nachlaufregelung, bei der die Stellbefehle aus dem Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert von der Antriebsmaschinendrehzahl entsprechenden elektrischen oder magnetischen Grössen gebildet und über elektrische und bzw. oder elektronische Schalter und bzw. oder Verstar- kereinem Stellmotor zugefuhrt werden. Nach der Lehre der Erfindung bestehen die im Fahrstand untergebrachten und zur Bildung des Sollwertes dienenden Teile der Regeleinrichtung-jeweils aus getrennten, ver- änderbaren Schaltelementen zur Gewinnung des Sollwertes für die Auf-Regelung und die Ab-Regelung.
Die Nachteile bekannter Steuerungen von Schienenfahrzeugen werden sicher vermieden und die Technik auf diesem Gebiete erfährt in fortschrittlicher Weise eine Bereicherung : Die Einstellung des Füllgrades der Einspritzpumpe in den einzelnen Fahrstufen erfolgt nicht mehr durch Verdrehung der Nockenscheiben auf der Istwertseite, sondern durch Verstellung der veränderbaren Schaltelemente auf der Sollwertseite.
Da die Schaltelemente im Fahrstand angeordnet und verstellbar sind, lässt sich eine Einstellung der Motordrehzahl entsprechend den einzelnen Fahrstufen während der Fahrt leicht durchführen. Die bisher im Boden des Wagens für die Verstellung der Nockenscheiben vorgesehene Klappe erübrigt sich, so dass eine Dämpfung des Motorengeräusches und Vereinfachung der Konstruktion erreicht wird.
Weiterhin können durch diese Aufteilung die in den Verstelleinrichtungen sich auswirkenden Unge- nauigkeiten der Einspritzpumpe, des Spieles der Übertragungselemente zwischen Stellmotor und Einspritzpumpe usw. ausgeglichen und damit ein genaues Einstellen derselben Antriebsmotordrehzahl bei Auf- und Abwärts-Regelung erreicht werden.
Die leichte Einstellbarkeit der zur Bildung des Sollwertes dienenden Teile der Regeleinrichtung macht sich besonders vorteilhaft bemerkbar beim Betrieb von mehreren Antriebsmotoren, die von einer Stelle aus
<Desc/Clms Page number 2>
gesteuert werden und in ihrer Drehzahl genau übereinstimmen sollen.
Wenn für die Einschaltung des Stellmotors für Auf- und Ab-Regelung jeweils verschiedene Schalter und bzw. oder Verstärker vorgesehen sind, die ausserdem in jeweils verschiedenen Stromkreisen liegen, so ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Einstellung durch eine ebenfalls vorgesehene Unterteilung des
Sollwertgebers in einzelne, jeder Fahrstufe gesondert zugeordnete Schaltelemente, deren Einstellung die Schaltelemente der übrigen Stufen nicht beeinflusst. So müssen bei einer Veränderung oder bei einem Aus- tausch in einer Stufe nicht alle Schaltelemente des ganzen Sollwertgebers für die betreffende Richtung nachgestellt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung seien an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Fig.
1-3 dargestellt sind. Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Steuerbefehl für den die Ein- spritzpumpe des Antriebsmotors verstellenden Stellmotor aus einem Spannungsvergleich des Sollwerte- bers und des Istwert-Gebers gewonnen wird.
In der Fig. l liegen die aus Spannungsteilern mit veränderbaren Abgriffen bestehenden Schaltelemen- te 10 für die Auf-Regelung und 11 für die Ab-Regelung an den Klemmen 12 und 13 einer Spannungsquelle, deren Spannung zur Erhöhung der Nachlaufgenauigkeit und zum Ausgleich von Spannungsschwankungen durch eine Zenerdiode 14 stabilisiert ist. Die Relais 15 - 20 der einzelnen Fahrstufen können mit dem
Fahrschalter 21 in Einzelschaltung nacheinander an eine Spannungsquelle gelegt werden. Die Schaltkontakte 22 und 23 der Relais 15 - 20 liegen in verschiedenen Stromkreisen und schalten die einzelnen, durch die Abgriffe der Spannungsteile 10 und 11 veränderbaren Sollwertspannungen in die getrennten Stromkreise für Auf- und Ab-Regelung ein.
Gleichfalls getrennt für Auf- und Ab-Regelung sind elektrische Schalter vorgesehen, die aus den polarisierten Relais 24 und 25 bestehen. Diese polisierten Relais wirken als Verstärker, die die Erregungsleistung der den Stellmotor 26 in verschiedenen Drehrichtungen einschaltenden elektrischen Schalter 27 und 28 schalten können. Mit 29 ist die Erregerwicklung des Stellmotors 26 bezeichnet. Der Istwertgeber 30 ist ebenfalls als Spannungsteiler ausgebildet. Die gestrichelte Linie 31 deutet die mechanische Verbindung zwischen der Welle des Stellmotors 26 und dem Schleifkontakt 32 des Istwertgebers an. Ohne die Erfindung an sich zu beeinträchtigen, lassen sich natürlich die elektrischen Schalter 24,25, 27 und 28 durch elektronische Schalter, wie z. B. Transistoren, elektronische oder magnetische Verstärker ersetzen.
Um eine besonders feine Einstellbarkeit und kleine Bauweise der Sollwertspannungsteiler zu erreichen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung für jede Fahrstufe ein besonderer Spannungsteiler vorgesehen. Diese Spannungsteiler werden einander parallelgeschaltet.
Jeder Spannungsteiler besteht aus einem Widerstand mit veränderlichem Abgriff (z. B. Drehpotentiometer und vor-und oder nachgeschalteten Festwiderständen).
Die Nachlaufregelung wirkt auf folgende Weise : Durch den Fahrschalter 21 wird beispielsweise das Relais 16 für die erste Fahrstufe an Spannung gelegt. Das Relais 16 schliesst und stellt die Verbindung zwischen den der Bildung des Sollwertes dienenden Spannungsteilern 10 und 11 und den polarisierten Relais 24 und 25 her. Infolge der Spannungsdifferenz zwischen Sollwert-und Istwertspannungsteiler spricht ein polarisiertes Relais an, beispielsweise das Relais 24, und schaltet über den elektrischen Schalter 27 den Stellmotor 26 im Sinne einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors ein. Dieser verstellt den Istwertspannungs- teiler, bis die Spannungsdifferenz ausgeglichen ist und das polarisierte Relais 24 abfällt.
Die Einschaltung des Stellmotors 26 im Sinne einer Abwärtsregelung der Drehzahl des Antriebsmotors erfolgt analog durch den Spannungsteiler 11 und das polarisierte Relais 25.
Das Ausfahrungsbeispiel nach Fig. 2 vereinfacht die Nachlaufregelung nach Fig. 1, wobei deren Vorteile erhalten bleiben. Die Erfindung wird darin gesehen, dass der Istwertgeber mittels Schaltelemente über einstellbare Widerstände mit Feinrelais verbunden wird. Durch diese Ausgestaltung ist die Nachlaufregelung gegenüber der nach Fig. 1 vereinfacht, da der Sollwertgeber keine Hilfsspannung mehr benötigt. Zur Vermeidung von Spannungsschwankungen, die zu Fehlern in der Regelung führen können, wird die Eingangsspannung am Istwertgeber wieder stabilisiert.
Mit 31 - 35 sind Relais bezeichnet, die vom Fahrschalter 36 in einer Folgeschaltung betätigt werden.
Zur Erhöhung der Drehzahl des nicht dargestellten Antriebsmotors werden die Relais 31 - 35 der Reihe nach eingeschaltet, während zur Verminderung der Drehzahl die Relais nacheinander abgeschaltet werden.
Die einstellbaren Widerstände 37-41, von denen der Widerstand 37 den höchsten, der Widerstand 41 den niedrigsten Widerstandswert besitzt, dienen zur Vorgabe des Sollwertes für steigende Drehzahlen des Antriebsmotors. Die einstellbaren Widerstände 42 - 46 geben den Sollwert für sinkende Drehzahlen vor. Bei den Widerständen 42 - 46 besitzt der Widerstand 42 den grössten und der Widerstand 46 den kleinsten Widerstandswert. Der Stellmotor 47 verstellt den Istwertgeber sowie den Füllungsgrad der Einspritzpumpe, was nicht dargestellt ist, und damit die Drehzahl des Antriebsmotors. Die Einschaltung des Stellmotors 47
<Desc/Clms Page number 3>
im Sinne einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors erfolgt über das Feinrelais 48 in Verbindung mit dem
Relais 49.
Die Einschaltung im Sinne einer Drehzahlsenkung bewirkt das Feinrelais 50 aber Relais 51. Der
Istwertgeber 52 ist in der Zeichnung in Leerlaufstellung dargestellt. Die Zenerdiode 53 ist zur Stabilisie- rung der Spannung des Istwertgebers 52 vorgesehen. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :
Bei Einschaltung der ersten Fahrstufe spricht das Relais 31 an, so dass die Verbindung zwischen dem positiven und negativen Pol der Spannungsquelle, über den Istwertgeber 52, den Widerstand 37 und das
Feinrelais 48 hergestellt wird. Das Feinrelais 48 zieht an, wodurch der Stellmotor 47 im Sinne einer Dreh- zahlerhöhung des Antriebsmotors eingeschaltet wird.
Der Stellmotor 47 verstellt den Istwertgeber 52 so lange, bis infolge der kleiner werdenden Spannungsdifferenz zwischen dem positiven PolderSpannungsquelle und dem Abgriff des Istwertgebers in dem oben beschriebenen Kreis der Strom so gering wird, dass das Feinrelais 48 abfällt und damit der Stellmotor 47 abgeschaltet wird. Die Einschaltung der folgenden
Fahrstufen zur Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors erfolgt analog.
Die Verringerung der Drehzahl geschieht in umgekehrter Weise. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 be- steht der Istwertgeber selbst aus einer Spannungsquelle, die eine der Drehzahl der Antriebsmaschine pro- portionale Spannung abgibt. Diese Spannung des Istwertgebers wird wie beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 2 auch zur Bildung des Sollwertes herangezogen. Dieses Merkmal macht die Nachlaufregelung von den Nachteilen unabhängig, die mit einer Fremdspannungsquelle verbunden sind. Als Spannungsquelle wird ein sogenannter Drehzahlgeber verwendet, der z. B. aus einer kleinen Tachometermaschine bestehen kann.
Es wird in direkter Abhängigkeit von der drehzahlabhängigen Spannung des Drehzahlgebers die Drehzahl des Antriebsmotors geregelt.
Durch Anziehen oder Abfallen von Feinrelais wird der Verstellmotor, der durch die Verstellung der
Einspritzpumpe die Drehzahl des Antriebsmotors bestimmt, im Sinne einer Drehzahlerhöhung bzw. -sen- kung eingeschaltet. Die von einem Fahrschalter betätigten Relais schalten jeweils einen einstellbaren Wi- derstand als veränderbare Schaltelemeat in den Stromkreis des Feinrelais für Drehzahlerhöhung sowie in den Stromkreis des Feinrelais für Drehzahlsenkung ein. Der in den Stromkreis des Feinrelais für Drehzahl- erhöhung geschaltete Widerstand besitzt einen geringeren Ohmwert als der in den Stromkreis des Feinre- lais für Drehzahlsenkung eingeschaltete.
Die Ohmwerte der Widerstände in beiden Stromkreisen werden mit steigender Fahrstufe grösser, derart, dass der in den Stromkreis des Feinrelais fUr Drehzahlerhöhung eingeschaltete Widerstand der nächsten Fahrstufe grösser ist, als der in den Stromkreis des Feinrelais für
Drehzahlsenkung, eingeschaltete Widerstand der vorhergehenden Fahrstufe.
In Fig. 3 ist mit 54 einer der üblichen Fahrschalter mit 6 Stufen bezeichnet. Die erste Stufe stellt die
Leerlaufstufe dar. Die übrigen 5 Stufen des Fahrschalters 54 sind mit den Relais 55-59 mittels Leitun- gen verbunden. 60 stellt einen Drehzahlgeber dar, dessen Spannung proportional der Drehzahl des An- triebsmotors ist und im Gleichrichter 61 gleichgerichtet wird. Die Feinrelais 62 und 63 werden durch die
Relais 55-59 über die einstellbaren Widerstände 64 - 74 mit dem Gleichrichter 61 verbunden. Die durch die einzelnen Relais 55-59 jeweils in den Stromkreis des Feinrelais 62 eingeschalteten Widerstände 64,
66, 68, 70, 72,74 besitzen einen geringeren Ohmwert als die in den Stromkreis des Ftlnielals 63 einge- schalteten Widerstände 65,67, 69,71, 73.
Die Relais 75 und 76 bewirken die Einschaltung des Verstellmo- tors 77 in der einen oder andern Drehrichtung, wodurch die Füllungsregulierung und damit die Drehzahl- regelung des nicht näher dargestellten Antriebsmotors erfolgt.
Beim Start des Motors wird das Schütz 78 eingeschaltet. Dadurch zieht das Relais 79 der Leerlaufstu- fe an. Ferner schaltet das Schütz 78 über den Ruhekontakt des Feinrelais 62 das Relais 75 ein, das den
Verstellmotor 77 im Sinne der Verstellung zu grösserer Füllung des Antriebsmotors an Spannung legt. Der
Antriebsmotor erhöht seine Drehzahl und damit erhöht sich die Spannung des Drehzahlgebers 60. Bei Er- reichen einer bestimmten Spannung zieht das Feinrelais 62 an, da der Widerstand 64 gegenüber dem Widerstand 65 einen geringeren Ohmwert besitzt. Dies hat das Abfallen des Relais 75 zur Folge, so dass der
Verstellmotor 77 stillgesetzt wird. Bei Einschaltung der ersten Fahrstufe mittels des Relais 55 werden die
Widerstände 64 und 65 aus den Stromkreisen der Feinrelais 62 und 63 ausgeschaltet und stattdessen die
Widerstände 66 und 67 eingeschaltet.
Der Widerstand 66 besitzt gegenüber dem Widerstand 67, der durch das gleiche Relais 55 eingeschaltet wird, einen geringeren Ohmwert, jedoch gegenüber dem Widerstand 65 der vorhergehenden Fahrstufe einen höheren Ohmwert. Infolge dieser Bemessung des Ohmwertes des
Widerstandes 66 fällt das Feinrelais 62 ab, da der vom Drehzahlgeber 60 abgegebene Strom nicht ausreicht, das Feinrelais 62 zu halten. Durch das Abfallen des Feinrelais 62 wird das Relais 75 an Spannung gelegt und der Verstellmotor 77 im Sinne einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors eingeschaltet. Mit steigender Drehzahl des Antriebsmotors steigt auch die vom Drehzahlgeber abgegebene Spannung, bis das Feinrelais 62 anzieht. Die bereits geschilderten Vorgänge wiederholen sich für jede Stufe, bis die letzte
<Desc/Clms Page number 4>
Fahrstufe erreicht ist.
Beim Abwärtsregeln zieht das Feinrelais 63 an, weil dessen Stromkreis über einen Widerstand geschlossen wird, dessen Ohmwert niedriger ist, als der gerade benutzte Widerstand in der Auf-Richtung.
Bei Erreichen der letzten Fahrstufe war durch das Relais 59 der Widerstand 74 in den Stromkreis des Feinrelais 62 eingeschaltet. Wird nun abwärts geschaltet, so fällt das Relais 59 ab und die Widerstände 72 und 73 werden in die Stromkreise der Feinrelais 62 und 63 eingeschaltet. Wie bereits erwähnt, liegt der Ohmwertdes Widerstandes 73 zwischen denen der Widerstände 73 und 72, so dass das Feinrelais 63 anzieht und das Relais 76 an Spannung legt, wodurch der Verstellmotor im Sinne einer Drehzahlsenkung des Antriebsmotors eingeschaltet wird. Das Feinrelais 62 bleibt während der Abwärtsregelung infolge der niedrigeren Ohmwerte der Widerstände 64,66, 68,70, 20 gegenüber den Widerständen 65, 67,69, 71,73 angezogen. Die Abwärtsregelung der weiteren Stufen erfolgt in analoger Weise.
Die Feinrelais für Aufwärts und Abwärts sind vorzugsweise als empfindliche stromrichtungsabhängige Relais, z. B. polarisierte Relais, ausgebildet.
Statt der in den Ausführungsbeispielen verwendeten Relais als Schalter und Verstärker können auch í Transistoren, Röhren- oder Magnetverstärker verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines Verbrennungsmotors als Antriebsmotor beschränkt, sondern lässt sich auch in vorteilhafter Weise bei Elektromotoren anwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nachlaufregelung für die die Drehzahl der Antriebsmaschinen von Schienenfahrzeugen bestimmenden Einrichtungen, wobei die Stellbefehle aus dem Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert von der Antriebsmaschinendrehzahl entsprechenden elektrischen oder magnetischen Grössen gebildet und über elektrische und/oder elektronische Schalter und/oder Verstärker einem Stellmotor zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fahrstand untergebrachten und zur Bildung des Sollwertes dienenden Teile der Regeleinrichtung aus gesonderten, veränderbaren. Schaltelementen für die Auf-Regelung und für die Ab-Regelung bestehen.