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Selbsttätige Schutzeinrichtung für den Verbrennungsmotor eines Verbrennungsmotor-, besonders dieselelektrischen Fahrzeuges.
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit dieselelektrischer Übertragung zu bauen, bei denen der Dieselmotor einen Gleichstomgenerator antreibt, der durch eine ebenfalls vom Hauptdieselmotor angetriebene Erregermaschine erregt wird. Diese Anordnung hat erstens den Vorteil, dass man die Spannung der Erregermaschine konstant halten und zur Speisung der Hilfsbetriebe benutzen kann, wobei man die Erregung im Erregerkreis des Generators regelt, und zweitens, dass der Generator ohne Rücksicht auf das Knie der Magnetisierungskurve beliebig tief heraberregt werden kann.
Man hat auch schon den Dieselmotor mit veränderlicher Drehzahl laufen lassen. Die Normalleistung des Dieselmotors, die er bei normalem mittleren indizierten Druck und bei bester Verbrennung hergeben kann, ist ungefähr, wenigstens von /s bis Va seiner normalen Drehzahl an, nach oben verhältnisgleich der Drehzahl. Da nun im Bahnbetrieb sehr stark wechselnde Belastungen vorkommen, so ist es während eines grossen Teiles der Betriebszeit möglich, den Dieselmotor mit verminderter Drehzahl laufen zu lassen. Es werden dadurch das Geräusch, die Abnutzung und gegebenenfalls die Verluste verkleinert. Die Drehzahl des Diesel-
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bestimmten Stellung die Drehzahl konstant hält.
Es ist auch bekannt, beim Betrieb mit veränderlicher Drehzahl des Dieselmotors die Spannung der Erregermaschine konstant zu halten, sei es dadurch, dass bei Verstellung der Drehzahl auch der Erregerwiderstand der Erregermaschine entsprechend verändert wird, sei es durch einen selbsttätigen Spannungsregler oder durch beide Mittel. Dies hat nicht nur den Vorteil, dass eine gleichbleibende Spannung für die Ladung der Batterie und die Speisung der Hilfsbetriebe erhalten, sondern auch dass die Regelung erleichtert wird. Denkt man sich nämlich den Generatorstrom und damit das Drehmoment der Triebmolaren. welche ja meistens Reihenschlussmotoren sind, konstant, so steigt bei gleichbleibender Erregung die Spannung des Generators und damit auch die vom Generator abgegebene Leistung verhältnisgleich mit der Drehzahl.
Wie oben erwähnt, entspricht dies der Charakteristik des Dieselmotors, dessen Normalleistung ebenfalls ungefähr verhältnisgleich mit der Drehzahl steigt.
Es ist weiterhin bekannt, dass neben der Beeinflussung der Dieselmotordrehzahl auch
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halb, weil die Anzahl der Betriebsdrehzahlen des Dieselmotors nur beschränkt ist und daher die Regelung zu wenig fein wäre, sondern auch deshalb, weil die richtige Belastung des Dieselmotors einstellbar sein muss. Besonders müssen Überlastungen des Dieselmotors, welche für ihn schädlich sind und seinen Wirkungsgrad verschlechtern, vermieden werden. Während eine gleichbleibende Erregung am Platze ist, so lange der Generatorstom und das Motordrehmoment gleich bleiben, wird eine Änderung der Erregung notwendig, sobald der Generatorstrom sich ändert. In der Tat würde ja, gleichbleibende Drehzahl des Dieselmotors voraus-, gesetzt, jede Zunahme des Generatorstromes eine Überlastung des Dieselmotors bedeuten.
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Durch eine Steuerwalze gibt man nun dem Führer die Möglichkeit, die Erregung des Generators durch Ändern von Widerständen im Haupterregerkreis noch für sich zu regeln.
Die Möglichkeit, die Drehzahl des Dieselmotors unabhängig von der Erregung des Generators beeinflussen zu können, bringt bekanntlich die Gefahr der Überlastung des Dieselmotors mit sich. Auch ist es möglich, den Dieselmotor unnötig schnell laufen zu lassen. Die Überlastung tritt dann ein, wenn der Dieselmotor bereits voll belastet ist und der Führer nun, um die Geschwindigkeit zu erhöhen oder um sie bei Zunahme der Steigung aufrecht zu erhalten, die Erregung verstärkt, anstatt den Dieselmotor auf eine höhere Drehzahl zu bringen, damit die Zunahme der Generatorspannung, die sich in beiden Fällen ergibt, auch von einer Erhöhung der Dieselmotorleistung begleitet ist.
Umgekehrt wird eine Unterlastung, d. h. eine unnötig hohe Drehzahl, des Dieselmotors eintreten, wenn der Dieselmotor bereits voll belastet war und der Führer nun, zwecks Verlangsamung der Geschwindigkeit, die Erregung vermindert, ohne die Drehzahl des Dieselmotors zu verringern.
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Schutzeinrichtung für den Verbrennungsmotor eines verbrennungsmotor-, besonders dieselektrischen Fahrzeuges. Sie bezweckt vor allem, den Dieselmotor des Fahrzeuges vor Überlastungen zu schützen. Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, dass gemäss der Erfindung zur Begrenzung der Erregung des Hanptgenerators zusätzliche Organe vorgesehen sind, die durch selbsttätiges Schalten von Widerständen des Erreger-
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so dass der Dieselmotor stets mit vollem Drehmoment arbeitet.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegen- standes veranschaulicht. Soweit die einzelnen Teile beider Ausführungen einander gleich sind. haben sie dieselben Bezugszeichen.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 bezeichnen s den Dieselmotor, b seinen Drehzahlregler.
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der Erreger f werden vom Dieselmotor a durch die Welle'In angetrieben. Der Generator (t liefert Strom für die hier in Parallelschaltung betriebenen Fahrzeugantriebsmotoren n und ihre Feldwicklungen o sowie die hintereinanderliegenden Relais pli-jazz Letztere überwachen die
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des Erregerkreises des Hauptgenerators c dienen und durch eine Steuerwalze s nacheinander an die Klemmen des Erregers f angeschlossen werden.
Es sei zunächst angenommen, dass die Erregerwiderstände r durch stufenweises Schliessen der Schützen q teilweise kurzgeschlossen und dadurch geregelt werden. Gleichgültig, ob die Schützen elektromagnetisch oder elektropneumatisch betrieben sind, werden sie durch Steuerströme, die von der Steuerwalze s ein-und ausgeschaltet werden, betätigt. Jedem Schütz q ist ein Blockrelais p zugeordnet, über dessen Kontakt der betreffende Steuerstrom geleitet wird.
Das Blockierrelais ist vom Generatorstrom oder einem ihm proportionalen Strom erregt und spricht bei einem bestimmten Grenzstrom, welcher von Relais zu Relais verschieden ist, an. wobei es die Schwerkraft, eine Federkraft oder irgendeine andere Gegenkraft überwindet.
Beim Ansprechen wird der Steuerstromkreis betätigt, beispielsweise geöffnet. Es kann also jedem Schütz ein Grenzstrom zugeordnet werden, nach dessen Überschreitung jenes nicht mehr geschlossen werden kann, weil der Steuerstrom durch das zugehörige Blockierrelais geöffnet ist. Der Führer wird also beispielsweise beim Anfahren die Steuerwalze s nach vorwärts drehen und dabei stufenweise die Erregerschützen q schliessen.
Alle bereits geschlossenen Schützen können natürlich geschlossen bleiben, da sie an der kurzgeschlossenen Seite des Widerstandes l'liegen. Bei Erreichung der dem vorhandenen Generatorstrom entsprechenden Grenz- stellung der Steuerwalze s sehliesst sich trotz dem erhaltenen Kommando das zuletzt betroffene Schütz q nicht mehr, auch wenn die Steuerwalze s weitergedreht wird. Letztere kann ohne weiteres in dieser weitergedrehten Stellung verbleiben. Sobald der Generatorstrom zuriiek-
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selbst, wodurch die Erregung an jene obere Grenze geht. die ihr entweder durch die Stellung der Steuerwalze s oder durch die Grösse des Generatorstromes vorgeschrieben Ist. Damit ist ein selbsttätiger Schutz vor Überlastungen des Dieselmotors a erreicht.
Es mag ferner der Wunsch bestehen, auch Unterlastungen des Dieselmotors a wenigstens anzuzeigen, wenn deren Möglichkeit auch nicht verhindert werden soll. Hiefür kann in Verbindung mit der vorbeschriebenen Einrichtung folgende in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtung dienen. Die Blockierrelais p werden mit einem zweiten Kontaktpaar verseifen. welches beispielsweise beim Ansprechen des Blockierrelais p geschlossenwerdenmöge. Der Stromkreis einer auf dem Führerstand befindlichen Signallampe wird in parallelen Zweigen über diese letztgenannten Kontakte geführt und ausserdem je über zugehörige Kontakte der
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Steuerwalze s.
Es kann nun die Anordnung so getroffen werden, dass in jeder Stellung der Steuerwalze s der Lampenkreis dann geschlossen wird, wenn das Blockierrelais p der nächsthöheren Erregerstufe t'angezogen ist. Solange also heim Aufschalten das Blockierrelais p der nächstfolgenden, noch nicht erreichten Stufe r noch nicht angesprochen hat, brennt die Lampe nicht, sie brennt vielmehr nur, wenn man der ersten gesperrten Stufe r unmittlelbar benachbart ist. Wird die Steuerwalze s trotzdem weitergedreht, so brennt die Lampe weiter, weil ja die den folgenden Stufen r grösserer Erregung zugeordneten Blockierrclais p auch angesprochen haben.
Es ergibt sich also, dass das Brennen der Lampe volle Belastung des Dieselmotors (t anzeigt, das Nichtbrennen hingegen Unterlastung. Um den Dieselmotor a wieder voll zu belasten, würde der Führer dessen Drehzahl vermindern. Dadurch sinkt die Fahrgeschwindigkeit. und um sie wieder in die Höhe zu bringen, wird er nun die Erregung d verstärken, bis an die Grenze, die ihm bei dem vorliegenden Generatorstrom durch die selbsttätige Einrichtung gezogen ist, bei dieser Grenze brennt dann die Lampe wieder.
Will man dem Führer die Möglichkeit geben, über die durch die Lampe angezeigte V oJ1belastungsstellung noch einige Erregerstufen hinauszugehen, so kann dies ohne weiteres durch geeignete Zuordnung der Blockierrelais p zu den Stellungen der Steuerwalze s hinsichtlich der Führung des Lampenstromkreises geschehen. Es würde beispielsweise dann die Lampe zu brennen beginnen, nicht wenn man sich mit der Steuerwalze s, der durch den Generatorstrom vorgeschriebenen Grenzstellung bis zur unmittelbaren Nachbarschaft genähert hat, sondern wenn noch eine, zwei oder beliebig viele Stufen dazwischen liegen.
Es muss aber bemerkt werden, dass es eigentlich gar nicht erwünscht ist, dem Führer die Möglichkeit zu geben, den Dieselmotor zu überlasten, solange der Dieselmotor nicht mit höchster Drehzahl arbeitet. Dann allerdings sollte eine Überlastungsmöglichkeit vorliegen. Zu diesem Zweck könnte man im Führerstand einen besonderen Schalter, etwa einen Druckknopf schalter, vorsehen, der beim Drücken die Erregung der Blockierrelais p unterbricht, so dass diese nicht mehr zur Wirkung kommen. Dieser Schalter könnte durch eine Leitung, die über einen Kontakt am Drehzahlverstellhebel des Dieselmotors a geht, überbrückt werden.
Der Kontakt wäre auf allen Drehzahlstellungen. mit Ausnahme der höchsten, geschlossen, so dass der Druckknopfschalter, welcher die Aufhebung der Blockierung hewirkt, nur bei der höchsten Drehzahl des Dieselmotors wirksam ist. Bei kleineren Drehzahlen soll der Führer zunächst die Drehzahl des Dieselmotors erhöhen ; bevor er ihn mit einem höheren Drehmoment belastet.
Die Ausführung nach Fig. 2 ist der nach Fig. 1 ähnlich. Sie unterscheidet sich von der ersten Ausführung vor allem dadurch, dass die Erregung des Hauptgenerators c statt durch Schützen q (Fig. 1) mittels einer Schaltwalze s geregelt wird, die die V orschaltwiderständp r
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getrieben wird. Auf der gleichen Welle t'sitzt ferner eine zweite Steuerwalze M'zum stufenweisen Einschalten von Einstellwiderständen i- ;. Auch auf der von Hand gesteuerten Welle i sitzt ausser der Steuerwalze t zum Schalten der Vorschaltwiderständ des Erregerkreises des Hauptgenerators c eine zweite Steuerwalze y zum Sciialten der Regelwiderstände h des Erregerkreises der Erregermaschine f.
Der Dieselmotor a kann durch Verstellen des entsprechenden, im Führerstand vorgesehenen Handrades Je auf verschiedene Drehzahlen geregelt werden. Bei der gezeichneten Ausführungsform sind der Einfachheit wegen nur vier Drehzahlen vorgesehen. Eine andere Regelmöglichkeit besteht für den Führer nicht, und es wird angenommen, dass diese vier Drehzahlstufen genügen, um alle im Arbeitsbereich des Fahrzeuges liegenden Zugkräfte und Ge- schwindigkeiten einzustellen.
Der Generator c ist durch die selbsterregte Erregermaschine f fremderregt, welche mittelbar oder unmittelbar vom Dieselmotor angetrieben sein kann. Beim Verdrehen der Welle ? der Drehzahlverstellvorrichtung b wird auch die Steuerwalze y der Erregermaschine f mitverdreht, u. zw. derart, dass auch hier wiederum die Spannung der Erregermaschine f bei allen Drehzalden soweit wie möglich konstant gehalten wird. Die Antriebssvorrichtung a, die die Steuerwalze s zur Erregung des Generators c antreibt, ist derart gebaut, dass sie bei Erregung ihres
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Vorwärtsbewegung einstellt und bei Entregung heider Ventile 1 und 2 rückwärisläuft.
Die Erregung der beiden Ventilspulen ?,. 5 ist über je ein Kontaktrelais 3, 4 geführt, das einerseils vom Generatorankerstróm und anderseits von einem für jede Steuerwalzenstellung eigens durch entsprechende Einstellung der Widerstände J"i bis : t'g abgestimmten Hilfsstrom erregt wird. Die Steuerung des Hilfsstromes erfolgt durch die Steuerwalze M', die auf derselben Welle 'wie die Steuerwalze s der Generatorerregung und die Antriebsvorrichtung un sitz@ und sich mit diesem dreht.
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etwas grösser, z. B. 15%. als für das Aufschaltrelais 3.
Der Unterschied der beiden Amperewindungszahlen soll möglichst klein sein. muss aber immerhin so gross gehalten werden, dass die Relais im nachstehend beschriebenen Sinne richtig arbeiten können. Durch die Abstimmung des Hilfsstromes für jede Steuerwalzenstellung wird erreieht, dass die beiden Kontaktrelais 3. 4 bei Generatorstrümen ansprechen, die jeweils eine Funktion der Stellung der Steuerwalze s
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immer beim Vollast-Drehmoment des Dieselmotors a stattfindet. Sobald bei irgendeiner Stellung der Generatorsteuerwalze s der zugehörige Grenzstrom überschritten ist, spricht zunächst das Leistungsbegrenzungsrelais 3 für Aufschalten der Antriebsvorrichtung (an und entregt das zugehörige Ventil 1.
Dadurch wird in bekannter Weise die Antriebsvorrichtung zum Stillstand gebracht und eine weitere Steigerung des Generator-Drehmomentes zunächst vermieden. Nimmt jedoch die Steigung der Fahrstrecke oder der Fahrwiderstand zu. so erhöht sich trotz der gleichbleibenden Erregung der Generatorstrom wegen der Seriencharakteristik der Triebmotoren 11.
Sofern der Generatorstrom genügend (nämlich um die vorher genannten 15"/") steigt. so spricht auch das Abschaltrelais 4 an und bringt die Antriebsvorrichtung u zum Rücklauf, bis die beiden Kontaktrelais 3, 4 wieder abgefallen sind. Es wird also die Erregung des Generators @ selbsttätig auf bestimmte Werte eingeregelt, welche für jede Steuerwalzenstellung eine vorausbestimmte Funktion des Generatorstromes sind, u. zw. ist diese Funktion derart bestimmt, dass der Dieselmotor stets mit vollem Drehmoment arbeitet.
Es möge nun nur noch der Anlassvorgang des Fahrzeuges etwas näher betrachtet werden.
Der Dieselmotor ? wird zunächst auf die kleinstmögliche Drehzahl angelassen. Die Gener. itor- erregung d ist noch unterbrochen. Mit der Welle i der Drehzahlverstellvorrichtung b ist die Einschaltsteuerwalze t mit beispielsweise zwei Stellungen verbunden, und es werden hei Drehung des Führerstandhandrades k zunächst diese zwei Stellungen durchfahren. bevor die Drehzahl des Dieselmotors s weiter erhöht wird. Auf der ersten dieser zwei Stellungen wird die Generatorerregung der Erregermaschine f über einen Vorschaltwiderstand r1 eingeschaltet. Auf der zweiten Stufe ist dieser Widerstand kurzgeschlossen. Es ergibt sich also
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mit der leeren Lokomotive angenehm ist.
Erst auf der letzten dieser zwei Stufen werden die Erregerstromkreise der heiden Ventile 1, 2 der Antriebsvorriehtung (eingeschaltet und dann erst beginnt also die selbsttätige Wirkungsweise der Generatorsteuerwalze t, Vorher stand die Antriebsvorrichtung M wegen der Entregung beider Ventile 1. : 2 in der Nullstellung, und es war deshalb an der Generatorsteuerwalze t der grösste Widerstand r, d. h. die kleinste Er-
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Wirkungsweise insofern. als die Generatorerregung nun von selbst gesteigert wird. sofern der Generatorstrom dies erlaubt.
Dies findet statt auf allen weiteren Drehzahlstufen, auf denen die Einschaltsteuerwalze t stets die Erregung der Ventile 1.. ? gestattet und den zusätzlichen Erregerwiderstand r1 für den Rangierbetrieb kurzschliesst.
Genügen die Drehzahlstufen des Dieselmotors nicht, um einen einwandfreien Fahrbetrieb. besonders eine genaue Einhaltung der im Fahrplan vorgeschriebenen Fahrzeiten, zu gewähr- leisten. so kann man zwischen den Drehzahlstufen zusätzliche Widerstandestufen im Erregerkreis des Hauptgenerators ähnlich den für den Rangierbetrieb erforderlichen Wiederstandsstufen (Fig. 2) vorsehen, die beim Bedienen des Handrades k geschaltet werden. Hiebei empfiehlt es sich. jene Stellungen, bei denen kein zusätzlicher Erregerwiderstand vorgeschaltet ist, irgendwie als Hauptstellungen zu kennzeichnen. Auf diese Weise sieht der Fuhrer zugleich. ob er mit einer Haupt-oder einer Nebenstellung fährt.
Letztere darf er nur dann benutzen, wenn die Einschaltung der vom Fahrplan vorgeschriebenen Fahrzeit oder eine Geschwindigkeits- vorschrift der Strecke es unbedingt erfordern, da ja auf diesen Nebensteimngell der Diesel- motor nicht vollbelastet. also unwirtschaftlich arbeitet. Im vorliegenden Falle ist f'ern'T angenommen, dass auch beim Fahren mit den Nebenstellungen die selbsttätig wirkende Einrichtung wirksam ist. Es werden deshalb keine Pendelungen entstehen, da die selbsttätige Einrichtung nicht auf bestimmte Erregungen. sondern auf bestimmte Stellungen der Generatorschaltwalze. s reagiert.
Für gewisse Fälle ist es ausserdem noch erwünscht. wenn die zur Begrenzung der Erregung des Hauptgenerators dienenden Organe nicht nur abhängig von seinem Ankerstrol1l. sondern auch abhängig von der Dieselmotordrehzahl arbeiten. Man erreicht dies beispielsweise
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Vorschaltwiderstände zusätzlich vorsieht, die abhängig von der Dreliung der Welle t geschehet. z. B. bei niederen Drehzahlen des Dieselmotors a allmählich kurz geschlissen werden.
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