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Fahrzeug mit dieselelektrischer Kraftübertragung.
Bei dieselelektrischen Fahrzeugen hat man eine Anpassung der Leistung der elektrischen Kraft- übertragung an die vom Dieselmotor aus zur Verfügung stehende konstante Leistung dadurch versucht, dass man dem Generator eine bestimmte Eigencharakteristik gab oder seine Erregung abhängig von bestimmten Betriebsbedingungen änderte. Eine Anpassung der elektrischen Leistung an die zur Verfügung stehende Dieselmotorleistung durch Schaltvorgänge bei den Motoren führte in der Regel zu keinem vollen Erfolg.
Man hat sich daher darauf beschränkt, einen Umschalter im Motorenstromkreis vorzusehen, durch den beim Anfahren die Motoren zunächst in Reihe miteinander, bei steigender Geschwindigkeit parallel zueinander an die Klemmen des Generators gelegt werden.
In der Fig. 1 ist die Charakteristik einer dieselelektrischen Kraftübertragung dargestellt, wie sie sich zunächst bei dem bekannten Regelverfahren ergibt. Als Abszisse ist in dem Diagramm die Zugkraft Z aufgetragen. Als Ordinaten sind der Generatorstrom Je, dite Leistung des Dieselmotors LD und die Fahrgeschwindigkeit V benutzt. Das Diagramm gilt für einen gegenkompoundierten Generator. Die Höchstleistung des Dieselmotors wird nur bei der Zugkraft von 1000 leg eneicht ; oberhalb und unterhalb dieser Zugkraft ist der Dieselmotor nicht voll ausgenutzt. Das gleiche gilt für den Generator, der bei hoher Zugkraft durch den grossen Generatorstrom stark belastet wird. Der Generator muss für diesen hohen Strom bemessen sein.
Erfindungsgemäss wird eine wesentlich bessere Ausnutzung der Generatorabmessungen dadurch ermöglicht, dass bei einem dieselelektrischen Fahrzeug mit zwei oder mehr Motoren selbsttätig die vorher parallel liegenden Motoren auf Reihenschaltung bei einer Zugkraft umgeschaltet werden, die entsprechend der Generatorcharakteristik für Parallelschaltung und Reihenschaltung der Motoren gleiche Leistungen ergibt.
Fig. 2 zeigt die neue Charakteristik. die sich bei einem Fahrzeug mit zwei Motoren ergibt. Bei der Zugkraft 1300 erfolgt eine selbsttätige Umschaltung der vorher parallel liegenden Motoren auf Reihenschaltung. Es muss zunächst abwegig erscheinen, eine derartige Umschaltung dann vorzunehmen, wenn man die Fahrgeschwindigkeit erhöhen will. Das Diagramm zeigt, dass dieser Erfolg tatsächlich eintritt.
Bei der Umschaltung sinkt der Generatorstrom auf den Strom eines Motors. Fig. 3 zeigt die zugehörige Generatoreharakteristik. Aus dieser Charakteristik ergibt sich, dass bei dem Sinken des Generatorstromes nach der Umschaltung die Generatorspannung sofort stark ansteigt, u. zw. so stark, dass der Generator wieder unterhalb des Punktes höchster Leistung arbeitet. Bei Steigerung der Zugkraft steigt also auch die Leistung des Generators bzw. des Dieselmotors wieder an. Es ergibt sich vom Umschaltpunkt aus die Kurve LDR als Leistung des Dieselmotors für Reihenschaltung der Motoren. Die erhöhte Leistung bedingt auch, dass die Motorgeschwindigkeit weniger stark absinkt als bei parallel geschalteten Motoren. Die Motorgeschwindigkeit folgt dem Verlauf der Kurve VR (vgl. Fig. 2).
Den Zeitpunkt für die Umschaltung wählt man nun erfindungsgemäss derart, dass er nahe dem Schnittpunkt der Kurven V und VR liegt, ein erheblicher Geschwindigkeitssprung also nicht auftreten kann. Die richtige Wahl des Umschaltmomentes ist insbesondere von Bedeutung bei nicht sehr flacher Generatorcharakteristik. Die etwas gekrümmte Generatorcharakteristik wird man beim Entwurf häufig
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Statt im Schnittpunkt der Kurven V und VR kann man den Umschaltpunkt auch nahe dem Schnittpunkt der Kurven LD und LDR wählen. Da beide Schnittpunkt sehr nahe aneinander liegen, ist es für die Steuerung praktisch ohne Einfluss, an welchem Schnittpunkt die Umschaltung vor sich geht.
Bei dem Entwurf wird man zweckmässig von der Fig. 3 ausgehen, man entnimmt dann der Kurve LD zwei Werte gleicher Leistung, also gleicher Ordinate, jedoch mit doppelt so grossem Strom (Verhältnis der Ordinaten 1 : 2).
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung. Der Generator 1 wird von dem Dieselmotor 2 angetrieben. Der Generator ist mit einer Fremderregerwicklung. : 5, einer Eigenerregung 4 und einer Kompounderregung 5 versehen. Der Generator 1 speist über den Umschalter 9 die beiden Motoren 6 und 7. Der Umschalter 9 wird mit Hilfe des Schaltmagneten J. ? durch das Stromrelais 8, dessen Wicklung im Stromkreis der Motoren 6 oder 7 oder eines der Motoren liegt, gesteuert.
Als Umschaltkriterium kann man statt des Motorenstromes auch die Generatorspannung verwenden. In diesem Falle muss man jedoch den Ansprechwert der Umschalteinrichtungen nach ihrem Ansprechen verändern, da die Rückschaltung bei einem andern Spannungswert vor sich gehen muss. Die hiefür in Frage kommenden Spannungswerte kann man, wie Fig. 3 zeigt, der Generatorcharakteristik entnehmen.
Es ist bereits bekannt, dieselelektrisehe Fahrzeuge mit selbsttätigen Sehalteinrichtungen zu versehen, die die Motoren von Reihenschaltung auf Parallelschaltung umschalten. Man hat den Umschaltzeitpunkt bisher jedoch nie so gewählt, dass sich stossfreie Umschaltung ergab, und benötigte daher
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vor, die während der Umschaltung die Generatorerregung schwächen. Diese bekannten Einrichtungen mildern zwar die im elektrischen Kreis auftretenden Stösse, vorausgesetzt, dass die Umschaltung vom Führer im günstigsten Moment vorgenommen wird. Beobachtet der Führer jedoch nicht fortlaufend die Messinstrumente, so ist eine stosslose Umschaltung auch bei Schwächung der Generatorerregung nicht zu erwarten.
Neben den bei der Umschaltung dann auftretenden Leistungsstössen wird das Fahrzeug nicht entsprechend der vor der Umschaltung zulässigen Höchststromstärke des Generators voll ausgenutzt. Als wesentlicher Vorteil der gemäss der Erfindung vorgenommenen selbsttätigen Umschaltung
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Leistung festzustellen.
Die Schalteinrichtungen nach der Erfindung sind insbesondere für Fahrzeuge von Vorteil, die mit nicht allzu hohen Geschwindigkeiten arbeiten, also z. B. Kleinbahnfalirzeugen mit Fahrgeschwindigkeiten bis zu etwa 50 km pro Stunde. Bei derartigen Fahrzeugen ist die Leistungscharakteristik der Fig. 1 mit niedriger Leistung bei kleiner Zugkraft an sich von Vorteil, da sie ein zu starkes Ansteigen der Wagengesehwindigkeit verhindert. Durch die Erfindung werden die Anwendungsmögliehkeiten der die Charakteristik nach Fig. 1 ergebenden an sich einfachen Schaltungen gerade bei solchen Fahrzeugen wesentlich erweitert.
Wie die Fig. 1-3 zeigen, wird die Reihenschaltung der Fahrmotoren nur bei grosser Zugkraft verwendet, z. B. also in Steigungen. Während des grösseren Teils der Betriebszeit befinden sieh die Motoren in der Parallelschaltung. Diese Tatsache kann man dadurch ausnutzen, dass man während der Reihenschaltung der Motoren die Leistung des Dieselmotors erhöht. Es ist fast stets zulässig, die Leistung eines Verbrennungsmotors einige Zeit ohne Schaden über den Dauerwert hinaus zu steigern.
Man wird dann gleichzeitig mit der Umschaltung der Motoren von Parallel-auf Reihenschaltung etwa durch ein zusätzliches Solenoid den Zentrifugalregler für die Steuerung der Brennstoffzufuhr des Dieselmotors im Sinne erhöhter Kraftmittelzufuhr selbsttätig verstellen. Den Umschaltpunkt muss man dann wieder im Sinne der Erfindung so wählen, dass die Leistung bzw. die Fahrgeschwindigkeit im Augenblick vor und nach der Umschaltung gleich ist.
Die Änderung der Dieselleistung wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 dadurch erreicht, dass der Brennstoffregler 10 durch ein Solenoid 12, dessen Stromkreis über die Schaltwalze 8 geführt ist, zusätzlich beeinflusst wird.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1.. Fahrzeug mit dieselelektrischer Kraftübertragung und einem zwei oder mehrere Motoren speisenden Generator sowie selbsttätigen Schalteinrichtungen, die die Motoren selbsttätig von Reihenauf Parallelschaltung und auch umgekehrt umschalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung bei einer Zugkraft erfolgt, die entsprechend der Generatorcharakteristik für Parallelschaltung und Reihen- schaltung der Motoren gleiche Fahrgeschwindigkeiten bzw. gleiche Leistungen ergibt.