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Elektrodynamische Bremsung von Gleichstrom-Fahrzeug-Elektl'omotoren.
Es ist bekannt, für die Bremsung elektrisch angetriebener Fahrzeuge den Strom zu verwenden, welcher durch die Antriebsmotoren erzeugt wird, wenn diese von der Speiseleitung abgeschaltet, unter der Einwirkung der lebendigen Kraft des Zuges als Generatoren laufen, wobei dieser Strom an den Klemmen des Motors liegende Widerstände durchfliesst.
Man hat auch vorgeschlagen, die so erzeugten Ströme für die Betätigung von elektromagnetischen Bremsen zu verwenden, welche mechanisch auf die drehenden Teile des Fahrzeuges wirken oder auch für solche, die der natürlichen Adhäsion eine zusätzliche magnetische Adhäsion zu den Schienen hinzufügen.
Diese Vorrichtungen haben den beträchtlichen Nachteil, dass. wie immer ihre Anordnung und Zusammenschaltung mit den Motoren sei, die Bremswirkung der so erzeugten elektrischen Ströme rasch mit der Verminderung der Zuggeschwindigkeit abfällt, da auch die von den Motoren erzeugte Spannung rasch sinkt. Hieraus ergibt sich, dass, wenn die Geschwindigkeit noch ziemlich gross ist, die Bremswirkung schon praktisch vernachlässigbar klein wird. Das macht die Verwendung von Bremsen anderer Art zur Vervollständigung der Bremsung notwendig ; schliesslich werden aber selbst bei Benutzung dieser an sich unvollständigen Bremsung die Motoren ausserordentlichen elektrischen und mechanischen Beanspruchungen unterworfen.
Im übrigen ist noch zu beachten, dass die Verwendung einer kontinuierlich wirkenden oder mechanischen Hilfsbremse die elektrische Bremsung unwirksam machen kann, wenn mit Hilfe der ersteren die Räder im Moment der Gefahr gänzlich abgebremst werden und der Zug zu gleiten beginnt.
Ferner ist es auch bekanntgeworden, für die Steuerung und Nutzbremsung mit Energieruck-
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deren Kraftfluss gesondert geregelt werden muss, in Verbindung gebracht werden.
Gegenstand der Erfindung bildet demgegenüber ein System einer elektrodynamischen Bremsung von Gleichstromfahrzeugmotoren, die durch einen umlaufenden Spannungsteiler angelassen und geregelt werden, wobei während der Bremsung die Bremsstrom liefernden Fahrzeugmotoren als Stromerzeuger auf den Spannungsteiler geschaltet werden und deren Erfindungskennzeichen im Wesen darin besteht, dass dem Spannungsteiler eine Spannung zur Speisung einer elektromagnetischen Bremse entnommen wird, wobei die Grösse der entnommenen Spannung zwecks Einstellung der Bremswirkung mittels desselben Schaltorgans, das die Regelung der Antriebsmotoren während der Fahrt bewirkt, dadurch geregelt wird, dass die Fahrzeugmotoren dem Spannungsteiler eine abgestufte Spannung liefern.
Im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Anordnungen handelt es sich hier also nicht um Energierückgewinnung, sondern um eine neuartige Bedienung einer elektromagnetischen Bremse, wobei überdies keinerlei besondere Regelung des in der Motordynamo zirkuliernden Kraftflusses nötig ist, sondern der Kontroller nur in absolut gleicher Weise, wie beim Anfahren und der Geschwindigkeits-
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Der Wechsel der Schaltung wird mit Hilfe einer Kombination von beweglichen und festen Kontakten bewirkt, welche auf einer Sehaltwalze angeordnet sind, wobei diese Kontakte mit jenen Kontakten zusammenfallen, welche für die Betätigung der Geschwindigkeitsregelung der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge dienen.
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Um die scharfen Stösse des genannten Stromes bei Beginn der Bremsung und bei den aufeinanderfolgenden Sehaltvorgängen zu vermindern, kann man eine geeignete Einrichtung verwenden, welche automatisch zusätzliche Widerstände, die zu diesem Zwecke vorgesehen sind, aus-und einschaltet. Diese
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wieklung versehen ist, die gegen eine zweite Wicklung wirkt, die in den Ankerkreis der Motoren einge- schaltet ist.
Um die gefährlichen und unangenehmen Stösse zu beseitigen, welche durch die Unterbrechung und die Stromumkehrungen in den Motoren während des Anlassvorganges und der Bremsung auftreten, kann man schliesslich geeignet angeordnete Hilfswiderstände verwenden. Diese Hilfswiderstände können mit dem einen Ende mit einem der beiden Pole jedes Motors und mit dem andern Ende mit einem Schalter verbunden sein, welcher derart wirkt, dass er während eines Momentes eine Kurzschliessung eines der zwei aufeinanderfolgenden Kreise bewirkt, zwischen welchen die Umschaltung erfolgt, u. zw. eben in jenem Moment, in welchem diese beiden Kreise durch die Wirkung dieser Umschaltung unterbrochen wären.
Die Zeichnung stellt zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Einrichtung dar, mit deren Hilfe die Erfindung durchgeführt werden kann.
Die Fig. l bis 6 stellen in Schema die Art der Anschaltung der beiden in Serie oder parallel liegenden Motoren an die verschiedenen Punkte der Motordynamogruppe dar. Fig. 7 zeigt das Schaltschema bei abgeschalteten Motoren. Fig. 8 zeigt dasselbe Schaltschema, mit der automatischen Regelvorrichtung versehen. Fig. 9 stellt ein für die Durchführung der Regelung nach der Darstellung in Fig. 8 geeignetes Gerät dar. Fig. 10 zeigt ein Schaltschema unter Einzeichnung der für die Dämpfung der Stösse verwendeten Hilfswiderstände.
In allen Darstellungen der gezeichneten Ausführungsbeispiele wird das Vorhandensein von zwei Motoren 1, 2 mit Kompounderregung angenommen, welche in Serie oder parallel zueinander an verschiedene Paare von Klemmen einer Mehrfach-Motordynamo geschaltet werden können, die nach dem in den Fig. 1 bis 7 gezeichneten Ausführungsbeispiel als aus zwei Maschinen mit drei Anschlussklemmen 3.
4, 5 bestehend angenommen ist, welche die Linienspannung derart unterteilen, dass man zwischen 3 und 4 ein Viertel der Linienspannung und zwischen 4 und 5 drei Viertel der Linienspannung hat. An beide Klemmen 3, 4 ist eine elektromagnetische Bremseinrichtung angeschlossen, welche in der Zeichnung schematisch in Form einer Spule dargestellt ist, in Wirklichkeit aber in der verschiedensten Weis ? ausgestaltet sein kann.
Zwischen der vorgenannten Einrichtung und der Motordynamo ist ein Trennschalter 7 eingeschaltet, welcher von Hand aus oder auch mit Hilfe eines direkt oder automatisch wirkenden Relais betätigt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass derselbe einfach mit dem Haupttrennsehalter 8 derart gekuppelt ist, dass die Öffnung des letzteren die Schliessung des Trennschalters'1 bewirkt und umgekehrt.
Die Antriebsmotoren 12 können untereinander und mit der Motordynamo nach irgendeiner der sechs in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Arten zusammengeschaltet sein oder sie können auch von der Motor- dynamo ganz abgeschaltet sein, wie in Fig. 7 dargestellt.
Die dementsprechende Umschaltung kann mit Hilfe eines Kontrollers beliebiger Art erfolgen, der mit festen und beweglichen Kontakten versehen ist, wie alle bekannten und in der elektrischen Zugförderung verwendeten Fahrtkontroller. Dieser Kontroller kann auch mit dem Fahrtkontroller kombiniert und vereinigt sein.
Es sei angenommen, dass sich die Anordnung in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet, in welcher die Motoren parallel geschaltet und an die maximale Linienspannung angelegt sind und wobei der Hauptsehalter 8 geschlossen ist und die Verbindung mit der Oberleitung herstellt.
Um auf die Bremsung überzugehen, genügt es den Haupttrennschalter 8 von der in vollen Linien gezeichneten Stellung in die in gestrichelten Linien dargestellte Stellung umzulegen. Hiedurch wird der Schalter geschlossen. Der Bremskreis 6 wird durch die Spannung gespeist, welche sich zwischen den Klemmen 3 und 4 infolge der von den Motoren erzeugten und in die Motordynamo gesandten Ströme ausbildet, derart, dass seine Bremswirkung beginnt. Gleichzeitig erfolgt eine Verlangsamung der Motoren und entsprechend auch der Motordynamo.
Wenn nun der Wagenführer bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung verbleibt, tritt eine Verlansamung und damit auch eine Verminderung sämtlicher Ströme, also auch des Stromes, welcher den Bremskreis 6 durchfliesst, ein, bis zum gänzlichen Aufhören der Bremswirkung. In diesem Punkte oder etwas vorher bewirkt man den Übergang auf das Schema nach Fig. 2, wo die beiden Motoren parallel und an die Klemmen 4, 5 angeschaltet sind.
Jetzt setzt sich der elektromotorischen Kraft, welche bei der verbleibenden Geschwindigkeit in den Motoren noch erzeugt wird, bloss die elektromotorische Kraft entgegen, welche zwischen 4 und J herrscht. Dies bewirkt eine Vermehrung der Geschwindigkeit der Mototdynamo und demzufolge auch eine Vennehrung der elektromotorischen Kraft zwischen 3 und 4. Diese elektromotorische Kraft, welche den Bremskreis 6 speist, verstärkt mit ihrem Anwachsen die Bremswirkung von neuem.
Wenn bei der folgenden Verlangsamung der Motoren und der Motordynamo die im Bremsstromkreis wirksame elektro-
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motorische Kraft wieder zu gering ist, geht man von der in Fig. 2 dargestellten Schaltung auf die in Fig. 3 dargestellte über, wobei sich die im Vorstehenden beschriebenen Erscheinungen wiederholen.
Indem man auf diese Weise aufeinanderfolgend die Schaltung verändert, bis man zu dem in Fig. 6 dargestellten Schema gelangt, erhält man abfallende Geschwindigkeiten der Motoren, während die Motordynamo mit jeder Umschaltung eine momentane Beschleunigung erfährt, derart, dass beim Übergang von dem Schema nach Fig. 6 auf jenes nach Fig. 7, die in der Motordynamo vorhandene Geschwindigkeit verhältnismässig viel weniger vermindert ist als jene der Motoren. Auf diese Weise ist, selbst wenn das Fahrzeug nicht vollständig abgebremst ist, die in der Motordynamo verbleibende Bewegungsenergie noch imstande, einen Strom in den Bremskreis zu entsenden, der dazu ausreicht, vollständig abzubremsen und den Stillstand aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich das Fahrzeug auf einem Bahnteil befindet, welcher eine bestimmte Neigung besitzt.
Die Bremsung kann natürlich auch bei irgendeiner der in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Motorschaltungen beginnen und davon ausgehend alle übrigen bis zum Schema 7 durchlaufen.
Es ist zu beachten, dass jedesmal beim Übergang von einem Schema auf das andere das rasche Ansteigen der von den Motoren gelieferten Ströme erst mittelbar auf den Stromkreis übertragen wird, denn bei jeder Umschaltung tritt vor allem ein gewisses Ansteigen der lebendigen Kraft der Motordynamo ein, welche auf diese Weise die Wirkung einer zwischengeschalteten elektrischen Dämpfungsvorrichtung für das Anstellen der Bremse erhält.
Indessen können, u. zw. vor allem bei sehr raschen Umsteuerungen, die genannten Stösse noch immer ausserordentlich hoch bleiben. Die im folgenden beschriebene Hilfseinrichtung, die in der Fig. 8 dargestellt ist, dient dazu, diese Gefahr zu verringern.
In Reihe mit jedem Motor ist nach dieser Einrichtung ein Zusatzwiderstand 9 vorgesehen, welcher in dem gewünschten Augenblick eingeschaltet werden kann, z. B. mit Hilfe eines Differentialrelais, das einen Kontaktgeber 10 besitzt, der von zwei hintereinander auf derselben Achse sitzenden beweglichen Ankern 11 betätigt wird. Diese Anker werden in entgegengesetztem Sinne angezogen, u. zw. der eine durch einen an den Klemmen des betreffenden Motors (1) liegenden Nebensehlusselektromagneten 12 und der andere durch einen Hauptschlusselektromagneten 13, welcher von dem Ankerstrom des entsprechenden Motors durchflossen ist.
Dieses Relais ist so eingerichtet, dass der Zusatzwiderstand 9 immer dann eingeschaltet wird, wenn der Ankerstrom einen gewissen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, während er kurzgeschlossen wird, sobald der Strom unter den genannten Grenzwert fällt.
Praktisch kann dieser Hilfsapparat die verschiedensten Ausführungsformen annehmen. Indessen ist es, weil er während seiner Betätigung ganz beträchtlichen Kräften unterworfen ist, notwendig, dem Steueranker eine geeignete Ausbildung zu geben, u. zw. mindestens was den dem Hauptschlusselektro-
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Die in Fig. 9 beispielsweise dargestellte Ausführungsform genügt den vorgenannten Bedingungen.
Hiebei sitzen zwei gleiche Anker 11 (Fig. 10) hintereinander auf der Drehachse 14, auf welcher auch die Kontakte befestigt sind. Sie sind zwischen den Polen zweier gleicher hintereinander liegender Elektromagneten 15 angeordnet, von denen der eine die Wicklung 12 und der andere die Wicklung 13 zur Erzeugung der obengenannten Differentialwirkung trägt. Die Anker stehen mit ihren zylindrischen Flanken 16, 17 (Fig. 9) unter Bildung eines sehr kleinen Luftspaltes entsprechend ausgebildeten Polschuhen 18, 19 gegenüber, welche ebenfalls zylindrische Flanken aber von solcher Länge besitzen, dass selbst wenn der Anker vollkommen angezogen ist, noch ein beträchtlicher Teil der Polschuhe frei bleibt.
Der Anker besitzt ferner zwei flügelartige Ansätze 20, 20'die den Polschuhen entsprechend ausgebildet sind und zwischen sich und ihnen einen veränderlichen Luftspalt bilden. Die magnetischen Wirkungen auf die zylindrischen Flanken sind sehr beträchtlich und bleiben während der ganzen Drehung des Ankers gleich, wenn durch ihre Formgebung die Sättigung des Eisens in jeder Stellung verhindert wird. Die Wirkung auf die flügelartigen Ansätze wächst im Gegensatz hiezu, sobald sich der Anker dem Elektro-
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stützt und so die Stabilität der Bewegung erhöht.
Dem ganzen System kann durch sein Eigengewicht oder durch zu diesem Zwecke angeordnete Federn, welche den Kontakt in der geöffneten Ruhestellung zu halten streben, eine Riehtwirkung erteilt werden. Wenn während der Betätigung der Stromkreis der Nebenschlussspule unterbrochen wird, wird durch die genannte Richtwirkung auch der Kontakt geöffnet. Die Öffnung wird durch die Mitwirkung des Stromes in dem Hauptschlusselektromagneten beschleunigt. Die sich ergebende Wirkung ist folgende : Durch entsprechende Kontakte (vergl.
Kontaktfinger 22, 41 der Fig. 10 oben) ist der Nebenschluss- elektromagnet 12 in jeder der sechs in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Stellungen stromdurebflossen ; während des Überganges von einer Stellung in die andere dagegen ist der Strom an diesen Kontakten unterbrochen ; das Relais öffnet sich durch die Richtwirkung und infolge der allenfalls durch den Haupt- schlusselektromagneten fliessenden Ströme. Wenn aber die neue Schaltung hergestellt ist, erhält der Nebenschlusselektromagnet von neuem Strom. Der Relaiskontakt schliesst sich also nur, wenn die Wirkung des Nebenschlusselektromagnetpn das Übergewicht erreicht.
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Ein und derselbe Kontroller kann erfindungsgemäss sowohl für das Anfahren als auch für das
Bremsen verwendet werden, je nachdem, ob der Hauptschalter 8 geschlossen oder offen und der Schalter 7 dementsprechend offen oder geschlossen ist.
Eine solche Anordnung ermöglicht die Erreichung einer absoluten Sicherheit bei der Anwendung der Bremse, wie sie auch dringend notwendig ist, denn der Wagenführer darf, wenn er die normale Abbremsung des Zuges bewirken will, keine von seinen gewöhnlichen Handgriffen abweichende Arbeit auszuführen haben. Er braucht bloss vorerst die Öffnung des Hauptschalters 8 zu bewirken, was auf verschiedene Weise auch automatisch erzielt werden kann. Im übrigen kann die beschriebene Anordnung direkt dazu verwendet werden, um, nachdem die notwendigen Handgriffe für die stufenweise Verlangsamung ausgeführt sind, die normale Abbremsung bis zum Stillstand des Fahrzeuges zu bewirken, ohne dass zu einer gesonderten Bremsung Zuflucht genommen werden müsste.
Es genügt für diesen Zweck auf dem Kontroller geeignete Kontakte anzubringen, welche mit dem Bremskreis und der Motordynamo in entsprechender Weise verbunden sind. Diese (nicht gezeichneten) Kontakte, müssen so angeordnet sein, dass sie sich schliessen, wenn man den Übergang von Schema nach Fig. 6 auf das in Fig. 7 bewirkt.
Bei diesem letzten Schema bleibt der Schalter 7 offen, während der Schalter 8 geschlossen ist und die Motoren abgeschaltet sind. Die Schliessung des Bremskreises 6 auf die Motordynamo, die mittels der vorerwähnten Kontakte durch den Kontroller bewirkt wird, erzeugt eine Bremswirkung, auch während der Schalter 7 offen bleibt.
Bei dem Schema, welches in der Fig. 10 dargestellt ist, sind Einrichtungen vorgesehen, die geeignet sind, die Unterbrechungen und Umkehrungen des Stromes in den Motoren während der Umsehaltungen zu verhindern. In diesem Schema sind alle die Apparate und Organe weggelassen, die keine direkte Beziehung zu der genannten Spezialeinriehtung haben, um auf diese Weise eine möglichst grosse Klarheit zu erzielen. Insbesondere ist die Bremseinriehtung und der Umschalter 7, 8 nicht dargestellt, jedoch muss naturgemäss bei der praktischen Durchführung der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung die Brems- einriehtung an den Spannungsteiler D1, D2, D3 angeschlossen werden.
Nach Fig. 10 werden die beiden Motoren Mi, M2 mit Hilfe des Kontrollers 0 gesteuert, welcher mit
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stehend gewählt sind. Die Motordynamo ist dabei zwischen dem Stromabnehmer T und der Erde t eingeschaltet.
Zwei Paare von Hilfswiderständen 1'1, 1'3 und f4, -1z (die induktiv sein können oder nicht) sind in geeigneter Weise mit dem Kontroller 0 und mit den Motoren MI, M2 verbunden. Zwei Zusatzwider- stände R1, R2 können mit Hilfe eines Differentialrelais r kurz gesehlossen werden, das mit zueinander in
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Die Regelung des Stromes in den Motoren, welche mit Hilfe der automatischen, die zusätzlichen Widerstände Ri, kurzschliessenden Einrichtungen erhalten wird, genügt allein nicht, um alle störenden Stösse auszuschalten.
Die genannten Stösse werden durch die Stromunterbrechungen hervorgerufen, die auftreten, wenn man von einer Spannung auf die andere übergeht.
Die genannten Hilfswiderstände sind bei der dargestellten Einrichtung derart angeordnet, dass während des Bremsens, beim Übergang von einem Kontakt des Kontrollers zum nächsten, der zu unterbrechende Stromzweig noch geschlossen bleibt bis der nachfolgende Kontakt erreicht wird, so dass der Strom nie unterbrochen sein kann. Natürlich tritt beim Anlagen eine ähnliche Erscheinung auf, u. zw. wird der nächste Stromzweig geschlossen bevor der vorstehende Kontakt unterbrochen wird und dies dem Anlassen günstig ist.
Um dies zu erreichen, sind an die Punkte 25, 57 bzw. 26, 36 (Fig. 10) die beiden Paare von Hilfs-
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um die Hälfte des Abstandes zwischen den Mittellinien zweier aufeinanderfolgender Kontaktreihen versetzt sind. Dies bewirkt, dass die Motorankerkreise nie unterbrochen werden, da, wenn nicht die Haupt- kontaktfinger 25 a, 3'1 a und 26 a, 36 a Kontakt geben, die Hilfskontaktfinger 25 b, 37 b und 26 b, 36 b den Kontakt herstellen. Demzufolge kann über die Widerstände fig und r2, r4 ein verringerter Strom in den Ankerwicklungen fliessen.
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und 37 entsprechen, von der Stellung Null bis zur vierten Stellung durchlaufend ausbildet.
Was die konstruktive Ausbildung der Hilfskontaktfinger anlangt, könnten dieselben sich auch auf gesonderte Kontaktklötze stützen, die in geeigneter Weise auf der Steuerwalze angebracht sind, anstatt auf die mit den Hauptkontaktfingern zusammenarbeitenden Klötze.
Jede weitere Veränderung und analoge Vereinfachung fällt natürlich auch in den Rahmen der Erfindung.