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Vorrichtung zum Beaufschlagen einer Schleuderschutzbremse Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beaufschlagen einer Schleuderschutzbremse
für die Treibräder von Schienenfahrzeugen in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße
beim Anfahren. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind auf den Achswellen der zu.
überwachenden Treibräder Überwachungsgeneratoren vorgesehen, die zusammen mit einem
auf einer Achswelle eines Radsatzes angeordneten Vergleichsgenerator über ein polarisiertes
Relais das Beaufschlagen der Schleudersehutzbremse steuern. Das polarisierte Relais
kann jedoch erst dann ansprechen, wenn die Stromstärke in einer Wicklung größer
ist als in der anderen Wicklung, d. h., daß mindestens ein Überwachungsgenerator
mehr Strom liefert als der Vergleichsgenerator. Dies tritt jedoch nur dann ein,
wenn der Treibradsatz des Überwachungsgenerators schneller als der Vergleichsradsatz
läuft oder, mit anderen Worten, wenn der Treibradsatz bereits schleudert. Die Schleuderschutzbremse
wird daher erst dann beaufschlagt, wenn mindestens ein Treibradsatz schon schleudert.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung
zum Beaufschlagen einer Schleuderschutzbremse gemäß dem Gattungsbegriff zu schaffen,
die ein Schleudern der Treibräder von vornherein verhindert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die die Schleuderschutzbremse
beaufschlagende Vorrichtung in Abhängigkeit von der Größe der durch die Antriebsdrehmomente
der Treibräder bestimmten Zugkraft gesteuert ist. Weiterhin wird vorgeschlagen,
daß die die Schleuderschutzbremse beaufschlagendeVorrichtung zusätzlich zur
Steuerung
durch die Zugkraft noch in Abhängigkeit von den Raddruckschwankungen gesteuert ist.
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Durch diese Maßnahmen wird indessen nicht nur die Erfindungsaufgabe
in vorteilhafter Weise gelöst. Darüber hinaus ergibt sich noch der wesentliche Vorteil,
daß der Bremsdruck der Schleuderbremse unabhängig von willkürlicher Beeinflussung
in dem erforderlichen Maße eingestellt wird, so daß sich in jeder Anfahrphase die
maximale Zugkraft ohne Schleudergefahr einstellt. Damit ist auch die sparsamste
Anwendung der Schleuderbremse gewährleistet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. i die Ansicht einer hilfskraftbeaufschlagten
S.chleuderschutzbremse mit einem einfach wirkenden Kolbenschieberventil für einen
durch einen Tatzlagermoto.r angetriebenen Treibradsatz, Abb. 2 einen Längsmittelschnitt
durch ein doppelt wirkendes Kolbenschieberventil zum unmittelbaren Anbringen an
einem die Drehmomente des Treibradsatzes am Rahmen abstützenden Teil, Abb. 3 einen
Querschnitt durch ein doppelt wirkendes Drehkolbenventil zum Beaufschlagen eines
Bremszylinders, Abb.4 die Ansicht einer elektromagnetischen Schleuderschutzbremse,
Abb. 5 die Ansicht einer unmittelbar durch den Abstützdruck eines Tatzlagermotors
beaufschlagten Schleuderschutzbremse, Abb. 6 die Ansicht der Anordnung eines Druckzylinders
an einer Drehmomentstütze eines Gelenkwellenantriebes, Abb. 7 die Ansicht der Anordnung
eines Druckzylinders an einem Gestellmotor, Abb. 8 das Schaubild einer elektromagnetischen
Schleuderbremse im Stromkreis eines Fahrmotors, Abb.9 das Schaltschema einer elektromagnetischen
Schleuderschutzbremse parallel zur Ständerwicklung eines Fahrmotors.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist ein Tre ibradsatz i einer
elektrischen Lokomotive in üblicher Weise über eine Achslagerführung und Federung
in dem nicht näher dargestellten Hauptrahmen oder Drehgestellrahmen gelagert. Zum
Antrieb des Treibradsatzes i ist ein bekannter Tatzlagermoto,r 2 vorgesehen, der
einerseits auf der Achswelle 3 des Treibradsatzes i und andererseits über Pratzen
.4 und eine federnde Abstützung 5 auf dem Rahmen gelagert ist. Die parallel zur
Achswelle 3 des Treibradsatzes -i liegende Welle 6 des Tatzlagarmotors, 2 ist ein,
oder beidseitig mit einem RitzQ17 versehen, das jeweils mit einem entsprechenden
auf der Achswelle 3 angeordneten Großrad 8 kämmt. Zum Bremsen des Treibradsatzes
i ist eine übliche Druckluftbremse vorgesehen, deren Bremszylinder 9 in bekannter
Weise mittel- oder unmittelbar auf die Bremsklötze io jedes Rades des Treibradsatzes
i wirken.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hauptluftbehälter i i und dem Bremszylinder
9 parallel zur üblichen Bremsluftleitung mit Bremsventil- eine Vorrichtung zum Beaufschlagen
der Bremseinrichtung als Schleuderschutzbremse angeordnet, die in Abhängigkeit von
der Zugkraft und/oder dem Raddruck gesteuert ist. Dazu ist als Vorrichtung ein Kolbenschieberventil
12 bis 14 vorgesehen, das zur Be- und Entlüftung des Bremszylinders 9 dient, falls
die Bremseinrichtung als Schleuderschutzbremse verwendet wird. Das Kolbenschieberventil
12 bis 14 besteht im wesentlichen aus einem innen zylindrischen Gehäuse i2 und,
einem darin mittels einer Kolbenstange 13 verschiebbaren Kolben 14. Der Kolben ist
mit einer Ringnut 15 versehen. In den Innenraum des Gehäuses 12, im Bereich des
in Ruhestellung befindlichen Kolbens 14 mündet die vom Hauptluftbehälter i i kommende
Zuführungsleitung 16 und axial dazu verschoben eine Entlüftungsleitung 17, während
die zum Bremszylinder 9 führende Leitung 18 etwa gegenüber der Entlüftungsleitung
17 einmündet und eine langlochartige Mündung i9 aufweist, deren Länge sich etwa
über den Abstand der Mündungen der Zuführungsleitung 18 und der Entlüftungsleitung
17 erstreckt. Der Durchmesser der beiden letzteren, die Breite der Ringnut
15 sowie die Länge des Kolbens 14 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei
voller Freigabe einer Mündung, z. B. der Entlüftungsleitung 17, die andere
Mündung, d. h. dann die Zuführungsleitung 16, geschlossen ist, und umgekehrt. Die
Entlüftungsleitung 17 wird durch das nicht dargestellte Bremsventil der üblichen
Druckluftbremse, falls diese über das Bremsventil durch den Lokomotivführer beaufschlagt
wird, geschlossen.
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Zum Steuern des Kolbens 14 gleitet das freie Ende der Kolbenstange
13 auf einem Kurvenstück 2o, das in der Bewegungsrichtung der Pratzen 4 des Tatzlagermotors
2 verschiebbar und mit diesen fest verbunden ist. Das Kurvenstück 2o ist derart
ausgebildet, daß in Ruhelage der Pratzen 4, also bei Normalbeanspruchung des Tatzlagermotors
2, die Mündung der Zuführungsleitung 16 durch den Kolben 14 verschlossen ist, während
bei höherer Beanspruchung des Tatzlagermotors 2, also bei Schleudergefahr des Treibradsatzes
i, die Pratzen 4 sich aus der Ruhelage herausbewegen und das formschlüssig mit ihnen
verbundene Kurvenstück 2o bei Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt auf- bzw. abschieben.
Die Mündung der Zuführungsleitung 16 wird dadurch geöffnet und die der Entlüftungsleitung
17 geschlossen, so daß der Bremszylinder 9 mit Druckluft beaufschlagt wird.
Das freie Ende der Kolbenstange 13 wird hierbei mittels Federkraft schlüssig
gegen das Kurvenstück 2o gedrückt, wozu beispielsweise eine zwischen der geschlossenen
Stirnseite des Gehäuses 12 und der freien Stirnfläche des Kolbens 14 angeordnete
Schraubenfeder 21 dienen kann. Damit der Druck im Bremszylinder 9 eine vorbestimmte
Höhe nicht überschreitet, ist in der Zuführungsleitung 16 zwischen dem Kolbenschieberventil
12 bis 14 und dem Hauptluftbehälter i i ein Druckminderventil 22 vorgesehen. Falls
die Bewegungen der Pratzen des Tatzlagermotors 2 zum Steuern des Kolbenschieberventils
12
bis 14 zu klein sind, kann zwischen die Kurve 2o und! die Pratze 4 eine Übersetzung
eingeschaltet werden.
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Da der Reibungskoeffizient mit steigendem Raddruck wächst und mit
fallendem Raddruck sinkt, ist es von Vorteil, um eine geringstmögliche Bremsung
des Treibradsatzes i zu erzielen, auch diese Größe beim Steuern des Bremszylinders
9 zu berücksichtigen.
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Dazu ist die Achswelle 3 des Treibradsatzes i bzw. ein Tatzlager 23
des Tatzlagermotors 2, wie auf der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, mittels
eines an ihm angelenkten Lenkers 24, eines am Rahmen gelagerten Winkelhebels 25
und einer weiteren Zug- und Druckstange 26 mit dem Gehäuse 12 des Kolbenschieberventils
12 bis 14 verbunden. Die Zug- und Druckstange 26 ist gleichachsig zur Kolbenstange
13 des Kolbens 14 angeordnet, so daß' sich die Bewegungen des Tatz-Lagers 23 und
die der Pratzen ,1 überlagern und die Druckluftzufuhr in der erforderlichen Weise
steuern, d. h., die Druckluftzufuhr und damit die Bremsung steigert sich, wenn die
Zugkraft steigt und/oder wenn der Achs- bzw. Raddiruck fällt, und umgekehrt.
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Falls auch der Raddruck Berücksichtigung finden soll, ist es selbstverständlich
notwendig, daß das Gehäuse des Kolbenschieberventils 12 bis 14 nicht mehr am Rahmen
befestigt ist und daß die Zuführungsleitung 16 und die zum Bremszylinder 9 führende
Leitung 18 im Bereich des Kolbenschieberventils 12 bis 14 beweglich, z. B. mindestens
teilweise als Schlauchleitung, ausgebildet sind.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i zum Steuern des einfach
wirkenden Kolbenschieberventils 12 bis 14 das Kurvenstück 2o oder eine ähnlich wirkende
Vorrichtung vorgesehen sein muß, ist dies bei dem doppelt wirkenden Kolbenschieberventil
nach Abb. 2 nicht mehr der Fall.
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Das Gehäuse 27 des doppelt wirkenden Kolbenschieberventils weist drei
in axialer Richtung im gleichmäßigen Abstand angeordnete und mit dem Bremszylinder
9 über die Leitung 18 verbundene Mündungen oder Schlitze 28 auf. Diametral gegenüberliegend
sind drei weitere, ebenfalls in. gleichmäßigem, jedoch .geringerem Abstand voneinander
angeordnete Mündungen oder Schlitze 29, 3o angeordnet, von denen der mittlere in
der gleichen Querebene wie der mittlere Schlitz 28 der zum Bremszylinder 9 führenden
Leitung 18 liegt und ins Freie mündet. Der Kolben 14 ist wiederum mit einer etwa
in seiner Quermittelebene liegenden Ringnut 15 versehen und mit solcher Länge ausgeführt,
daß er die zu beiden Seiten des ins Freie führenden Schlitzes 29 vorgesehenen Schlitze
3o gerade noch gleichzeitig überdecken und verschließen kann.
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Bei einem Verschieben des Kolbens 14 in beliebiger Richtung aus der
Ruhelage (Abb. 2) wird die Verbindung der beiden in der gemeinsamen Querebene liegenden
Schlitze 28 und' 29 durch die Ringnut 15 unterbrochen und ein Überströmen der Druckluft
aus der Zuführungsleitung 16 in die zum Bremszylinder 9 führende Leitung 18 ermöglicht.
Auch hierbei kann zwischen- der Pratze ,4 des Tatzlagermotors 2 und dem freien Ende
der Kolbenstange 13 eine Übersetzung vorgesehen werden, um den Steuerweg des Kolbens
14 zu vergrößern.
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Es ist nun nicht notwendig, das Ventil als Kolbenschieberventil auszubilden,
es kann in gleicher Weise und mit gleicher Wirkung als Drehkolbenventil (Abb.3),
Drehschieberventil, Tellerventilanordnung od. dgl. ausgeführt sein.
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Soll auch bei dieser Ventilart der Radd.tuck berücksichtigt werden,
so kann in der zum Bremszylinder 9 führenden Leitung 18 ein weiteres Ventil angeordnet
werden, das wiederum mit dem Tatzlager 23 verbunden ist, derart, daß mit steigendem
Raddruck das Ventil schließt und mit sinkendem Raddruck öffnet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.4 ist ebenfalls wieder ein durch
einen Tatzlagermotor 2 angetriebener Treibradsatz i vorgesehen. Im Gegensatz zu
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erfolgt jedoch die Bremsung zum Verhindern
des Schleuderns auf elektrischem Wege.
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Hierzu ist ein Servomotor, z. B. ein Hubmagnet 31, 32, vorgesehen,
dessen Eisenkern 31 einerseits mit einem auf ein Rad des Treibradsatzes i einwirkenden
Bremsklotz io und andererseits mit einer Rückholfeder 33 verbunden ist, die sowohl
den Eisenkern 31 als auch den Bremsklotz io nach dem Bremsen vom Rad abzieht. Die
Wicklung 32 des Hubmagneten 31, 32 ist mit einer Klemme unmittelbar mit einem Pol
einer Stromquelle verbunden, während die andere Klemme über eine Leitung 34 mit
einem elektrischen Regelwiderstand 35, 36, d. h. mit dessen Wicklung
35, in Verbindung steht. Auf den auf dem Spulenkörper 36 befindlichen Windungen
35 des Regelwiderstandes 35, 36 liegt ein verschiebbarer Gleitschuh 37 auf, der
beispielsweise mit einer parallel zur Längsachse des Spulenkörpers 36 entgegen der
Wirkung einer Schraubenfeder 38 verschiebbaren Schubstange 39 verbunden ist. Das
freie Ende der Schubstange 39 ist mit einer Rolle versehen, die auf einem fest mit
einer Pratze 4 des Tatzlagermotors 2 verbundenen Kurvenstück 2o aufliegt, das in
gleicher Weise wie das Kurvenstück 2o im Ausführungsbeispiel nach Abb. i ausgebildet
ist, d. h., daß bei Auf- oder Abwärtsbewegung der Pratze 4 der Gleitschuh 37 auf
der Wicklung 35 des Regelwiderstandes 35, 36 entlang gleitet. Der Gleitschuh 37
ist mit dem zweiten Pol der Stromquelle verbunden. Der Regelwiderstand 35, 36 weist
in der Ruhestellung des Gleitschuhs 37 den größten Widerstand auf, der sich beim
Verschieben des Gleitschuhs 37 verringert. Der Hubmagnet 31, 32 und dessen Rückholfeder
33 sind so bemessen, daß bei größtem Widerstand des Regelwiderstandes 35, 36 kein
Bremsen eintritt. Erst bei Verringerung des Widerstandes und damit bei einer Erhöhung
der Stromstärke im Hubmagnet 31, 32, also bei Steigerung der Zugkraft bis zur Schleudergrenze,
tritt eine Bremsung ein, deren Größe von der Größe der Zugkraft abhängt.
An
Stelle des Regelwiderstandes 35, 36 kann auch ein Potentiometer, eine Schützschaltung
oder bei Wechselstrom auch ein Regeltransformator vorgesehen werden.
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Auch bei dieser Anordnung gemäß Abb. 4. ist es wiederum möglich, den
Raddruck bzw. Achsdruck zu berücksichtigen, indem der Spulenkörper 36 in Abhängigkeit
von der Durchfederung des Treibradsatzes i in Richtung seiner Längsachse verschoben
wird. Im Beispielsfalle geschieht dies dadurch, daß der Spulenkörper 36 mit einer
gleichachsig angeordneten Zug- und Druckstange 26 verbunden ist, deren freies Ende
durch Federkraft auf ein mit am Tatzlager 23 angelenktes in lotrechter Richtung
verschiebbares Kurvenstück 40 gedrückt wird, wobei die Steigung des Kurvenstückes
.4o zum Tatzlager 23 hin zunimmt, so daß bei Entlastung des Treibradsatzes i ein
Verstärken des Bremsens und bei Belasten eine Verminderung eintritt.
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Der Servomotor, z. B. der Hubmagnet 31, 32, muß jedoch nicht
unbedingt unmittelbar auf einen oder mehrere Bremsklötze io einwirken, er kann auch
zum Bewegen eines Kolbenschieberventils 12 bis 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. i verwendet werden.
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Da die wirksamen: Kräfte an den Drehmomenta.bstützungen von Treibachsen
sehr erheblich sind, können diese auch, unmittelbar zum Beaufschlagen einer Schleuderschutzbrems-e
in Abhängigkeit von der Zugkraft und/oder des Raddruckes. verwendet werden. Bei
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5, das im grundsätzlichen Aufbau dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. i entspricht, ist an. Stelle des Kolbenschieberventils 12 bis 14 jedoch
ein mit einem inkompressiblen Druckmittel, z. B. Öl, gefüllter Druckzylinder 4i
mit D@ruckko@lbeni 42 vorgesehen, dessen Druckraum 43 über .eine Druckmittelleitung
44 mit dem Druckraum 45 eines Arbeitszylinders 46 mit Arbeitskolben 47 verbunden
ist. Der Arbeitskolben 47 wirkt über eine Kolbenstange 48 unmittelbar auf die Bremsanlage
bzw. auf deren. Bremsklötze io ein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 handelt es sich um die grundsätzlich
gleiche Anordnung wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Abb-. 5, jedoch. für Treibradsätze
i von. Lokomotiven mit Gelenkwellenantrieb und. Kegelradachsgetrieben 49, deren,
Drehmomente über eine bekannte Drehnnonientstütze:5o und eine: federnde Aufhängung5i
am Rahmen abgestützt sind. Das freie Ende der Drehmo@ments.tütze 5o ist dabei un.-mittelbar
als Kurvenstück 2o ausgeführt, auf dem das Ende der Kolbenstange 52 des Druckkolbens
42 aufliegt.
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An'Stelle eines Kurvenstückes 2o können auch andere, die: gleiche
Wirkung ergebende Vorrichtungen angeordnet werden. Gemäß Abb,. 7 sind hierfür zwei
än ihren Drehpunkten, fest gelagerte Winkelhebel 53 vorgesehen., deren parallele
Schenkel an einer Zug- und: Druckstange 26 angelenkt und deren, freie Schenkel einander
zugekehrt sind. Die Zug- und Druckstange 26 ist an.. einem die Drehmomente auf den.
Rahmen, übertragenden Teil dar Antriebsanlage angelenkt, im Beispielsfall an einer
Lagerung eines Gestellmotors 54, der über einen bekannten Hohlwedlenantrieb, mit
dem Treibra,dsatz i gekuppelt ist. Die freien Schenkel der Winkelhebel 53 liegen
dabei an. einer Druckplatte 55 der Kolbenstange 52 des Druckkolbens 42 an. Bei Zug-
oder Druckbeanspruchung der Zug- und Druckstange 26 drückt immer ein freier Schenkel
eines Winkelhebels 53 auf die Druckplatte 55, während der andere sich davon abhebt.
Dadurch wird wiederum im Druckraum 43 des Druckzylinders 41 ein von der Größe des
Drehmomentes und damit von der Zugkraft abhängiger Druck erzeugt, der über den Arbeitszylinder
46 auf den Bremsklotz io und somit auf den Treibradsatz i nach Maßgabe der Zugkraft
wirkt.
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Während die vorstehenden Ausführungsbeispiele stets eine mechanische
Bewegung zum Steuern der Ventile bzw. Druckzylinder 'zur Voraussetzung haben und
daher unabhängig von der Antriebsart der Radsätze sind, ist gemäß der Erfindung
für elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge noch eine einfachere Ausführungsmöglichkeit
einer Schleuderbremse gegeben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.8 ist wiederum ein Hubmagnet
31, 32 vorgesehen, der unmittelbar auf die Bremseinrichtung eines elektrischen Schienentriebfahrzeuges
bzw. deren Bremsklötze io einwirkt. Der Eisenkern 3i des Hubmagneten 31, 32 ist
auf der dem jeweiligen Bremsklotz io abgewandten Stirnseite wiederum mit einer Rückholfeder
33 verbunden, die im Ruhezustand, d. h. bei normaler Zugkraft, den Bremsklotz io
vom Radreifen abgezogen hält. Die Wicklung 32 des Hubmagneten3i, 32 ist in den Stromkreis
des den zu bremsenden Treibradsatz i antreibenden Elektromotors 56 eingeschaltet.
Die Rückholfeder 33 und die Wicklung 32 sind so bemessen, daß erst bei einer Stromstärke,
d. h. bei einer Zugkraft, die ein Schleudern erwarten läßt, der Bremsklotz io durch
den Eisenkern 31 gegen das Rad gedrückt wird, um dann, wenn sich der Normalzustand
wieder eingestellt hat, durch die Rückholfeder 33 wieder zurückgezogen zu werden.
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Da für große Motoren mit hoher Stromstärke die Verluste im Hubmagneten
31, 32 sehr groß werden können, ist für solche Fälle eine weitere Möglichkeit gemäß
dem Ausführungsbeispiel nach Abh.9 vorgesehen. Hierbei ist die Wicklung 32 des Hubmagneten
nicht wie beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 8 in Reihe mit dem Fahrmotor 56 geschaltet,
sondern parallel zu dessen Ständerwicklung 57. Die Wicklung 32 des Hubmagneten 3
i, 32 kann daher mit größerer Windungszahl ausgeführt werden, so daß die Stromaufnahme
absinkt und die Verluste verringert werden. In den Stromkreis des Hubmagneten 31,
32 kann dabei ein Regelwiderstand eingeschaltet werden, der mit dem Tatzlager 23
des Tatzlagermotors verbunden ist, derart, daß bei Erhöhung des Raddruckes die Stromstärke
in der Wicklung 32 des Hubmagneten 31, 3a verringert und bei Sinken des Raddruckes
die
Stromstärke vergrößert wird. Damit wird wiederum die Höhe des
Raddruckes beim Bremsen berücksichtigt.
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Falls auch bei dieser Anordnung die Druckluftbremse der Lokomotive
als Schleuderbremse verwendet werden soll`, ist es notwendig, den Hubmagneten 31,
32 zum Bewegen eines Steuerventils, z. B. des Kolbenschieberventils 12 bis 14, gemäß
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i vorzusehen.
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Die Ausführungsbeispiele sind jeweils für einen Treibradsatz dargestellt.
Selbstverständlich müssen bei einem Schienentriebfahrzeug sämtliche voneinander
unabhängigen Treibradsätze mit einem Schutz gegen Schleudern ausgerüstet werden.
Während bei miteinander gekuppelten Treibradsätzen jeweils nur einer mit der erfindungsgemäß
ausgebildeten Vorrichtung versehen werden muß. In einfacher gelagerten Fällen kann
es auch genügen, den oder die am meisten zum Schleudern neigenden Treibradsätze
mit der Vorrichtung zu versehen und die anderen Treibradsätze ebenfalls mittels
dieser Vorrichtung zu bremsen. In gleicher Weise wie für die in den Ausführungsbeispielen
vorgesehenen Klotzbremscn kann der Erfindungsgegenstand auch für andere -Bremsarten,
z. B. Scheibenbremsen, Trommelbremsen od. dgl., vorgesehen werden.