Steuerungseinrichtung für Dieselelektrische Fahrzeuge. Die Erfindung betrifft eine Steuerungs einrichtung für Dieselelektrische Fahrzeuge mit automatischer Regulierung der Gene ratorspannung durch einen vom Drehzahl regler des Dieselmotors beeinflussten, die Be lastung des Dieselmotors auf einem konstan ten Wert haltenden Feldregler und auto matischer Feldschwächung der Triebmotoren. Die Erfindung besteht darin, dass in der Endlage des Feldreglerservomotors, in wel- ehem der regulierte Vurschaltwiderstand im Feldstromkreis des Generators bei Erreichen der der betreffenden Drehzahl entsprechen den Maximalspannung kurzgeschlossen ist,
reit Hilfe eines Servomotors die Feldschwä- cbung der Triebmotoren eingeleitet wird, wobei die Überdeckung des Steuerorganes der Feldschwächvorriehtung so gross ist, dass der Feldregler des Generators ohne Verstellung des Servomotors der Triebmotorfeldschwä chung einen Bereich des Regulierwiderstandes bestreicht, der mindestens eine so grosse Be lastungsänderung auszugleichen erlaubt, als der durch eine Stufe des Feldschwächwider- standen verursachten Belastungsänderung entspricht.
Es sind schon automatische Steuerungen angewendet worden, bei denen nach Errei chen einer bestimmten Spannung des Gene- rators die Feldschwächung der Triebmotoren erfolgt. Die Fahrgeschwindigkeit kann dann unter Aufrechterhaltung der vollen Leistung weiterhin erhöht werden, ohne dass die Gene ratorspannung ebenfalls noch gesteigert wer den muss.
Diese Steuerungen haben aber -den Nachteil, dass die Regulierung in einem Fahr- geschwindigkeitsbereich mit Spannungsregu lierung des Hauptgenerators und einem voll ständig ausserhalb des ersteren liegenden Be reich mit Feldregulierung der Triebmotaren erfolgt.
Ist die Geschwindigkeit im Bereich der Triebmotor-Feldregulierung gerade auf einem Wert, wo die Leistung bei der im Mo ment eingeschalteten Feldschwächstufe zu gross und bei der vorhergehenden Stufe zu niedrig ist, so schältet der entsprechende Feldschwächschalter infolge der automati schen Regulierung beständig ein und aus.
Dies ist für die Kommutation der Triebmoto ren schädlich, und da für diese nur Serie- wieklung in Betracht kommt und somit im Hauptstromkreis reguliert wird, sind bestän dig relativ grosse Ströme zu schalten, so dass der Kontaktabbrand der betreffenden Schal ter ein beträchtlicher ist.
Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Schaltskizze eines Diesel elektrischen Fahrzeuges mit automatischer Feldschwächung der, Triebmotoren, Fig. 2 desgleichen, jedoch mit einer Variante für die zur Begrenzung der Feldschwächung auf Betrieb bei hoher Spannung notwendige Ap paratur, Fig. 3 eine weitere Ausbildung des dem letzteren Zweck dienenden Organes.
In Fig. 1 treibt der Dieselmotor 1 den Hauptgenerator 2 und den Hilfsgenerator 3, welcher unter anderem die Erregung für den Hauptgenerator liefert. Der Hauptgenerator 2 speist die Triebmotoren 4 über verschie dene, in der Figur durch das Rechteck 5 dar gestellte, der Abschaltung, Reversierung und dem Schutz dienende Organe. Die Vorrich tung 7 dient zur Drehzahlregulierung des Dieselmotors 1, indem durch Drehen des Handrades 7' die Federn 7" des Zentrifugal reglers 6 mehr oder weniger stark bespannt werden.
Mittels des Gestänges 8-11 und des Feldreglers 12 wird auf bekannte Weise die Spannung des vom Hilfsgenerator 3 erregten Hauptgenerators 2 in Abhängigkeit der Stel lung des Dieselmotorreglers 6 so reguliert, dass bei einer bestimmten Stellung der Dreh zahlverstellvorrichtung 7 die Belastung des Dieselmotors 1 konstant bleibt. Anderseits dient das Gestänge 8-11 dazu, jeder Dreh zahl auf bekannte Weise eine bestimmte Lei stung bezw. ein bestimmtes Drehmoment zu zuordnen.
Die Vorrichtung 18 stellt den vom Feldregler 12 aus betätigten Servomotor zur Shuntung der Triebmotoren 4 dar, wobei der Zwischenschieber 22, gesteuert vom Elektro magnet 27, dafür sorgt, dass der Kolben 20 sich aus der gezeichneten Lage, welche dem Betrieb mit vollem Feld der Triebmotoren entspricht, nur entfernen kann, wenn der Hauptgenerator 2 mindestens eine Spannung erreicht hat, die höher ist als die niedrigste Spannung bei Vollast und der betreffenden Drehzahl.
Die ZVirlkungsweise des Feldschwäch- survomnotors 18 ist folgende: In der gezeich neten Lage des Feldreglerkolbens 14 hat des sen Kolbenstange 15 keinen Kontakt mit dem Schieber 19, der von der Feder 21 nach unten gedrückt wird, und zwar trotzdem der über Leitungen 32 und 33 mit den Klemmen des Hauptgenerators 2 verbundene Magnet 27 seinen Anker gegen den Druck der Feder 26 angezogen und den Zwischenschieber 22 nach unten gedrückt hat. Die Öffnung 24 im Zwischenschieber 22 verbindet dann die untere Seite des Kolbens 20 nit dem Druck- ölzutritt, während Öffnung 23 die obere Seite entlastet.
Der Kolben 2t0 bleibt also in der gezeichneten obern Endlage, so dass der Hebel 28 nach oben gedreht bleibt und die Hebel 29 den Shuntstromkreis der Triebmotorfelder unterbrochen halten. Kommt nun die obere Kante des Kolbens 14 bei zunehmender Fahr geschwindigkeit in die Lage A, so berührt dessen Stange 15 den Scbieber 19 und hebt ihn bei weiterer Aufwärtsbewegung vom Zwischenschieber 22 ab. Die Öffnungen 23 und 24 werden allmnählich geschlossen und bleiben infolge zienilicb starker durch den Schieber 19 geschlossen, bis der Kolben 14 fast in die Endlage B gelangt ist.
Kurz vor dieser --eben di < , untern Kan- 1en des Schieber: 19 die 23 und 24 frei, so dass nmi durch die Leitung ?0' Druckmittel ziii# obern Seite des Kolbens<B>920</B> zutritt, während die untere Seite des Kolbens 0 entlastet wird.
Der Kolben 20 geht also nach unten und die Hebel 29 schalten die erste Stufe der Widerstände 30 ein. Dadurch schliesst sich ein Parallel.#tromkreis zu den Feldern b der Triebmotoren 4.
Der Strom der Triebmoloren nimmt zu. und weil die Spannung des Generators ? infolge Annähe rung des Kolbens 14 an die obere Endlage konstant geblieben oder eher noch sehwach -gestiegen ist, nimmt die Belastung des Gene- rators zu, die Gewichte des Reglers 6 gehen nach innen, der Hebel 9 dreht sich im Gegen uhrzeigersinn, die Stange 10 geht nach oben, ebenso der Schieber 13, da sich der Hebel 11 infolge dieser Bewegung auch im Gegenuhr zeigersinn dreht, so dass der Kolben 14 wie der nach unten gedrückt wird. Schon bevor sich Stange 15 vom Schieber 19 abhebt, schliessen sich die Öffnungen 23 und 24.
Der Kolben 20 kommt also zum Stillstand, wäh rend der Widerstand 17 sich so lange erhöht, bis das Feld des Generators 2 so weit ge- chwächt ist, als zur Aufrechterhaltung der s<B>s</B> konstanten Leistung bei dem erhöhten Trieb motorstrom nötig ist.
Dabei ist es natürlich wichtig, die Abstufung des Widerstandes 17 im Verhältnis zur Abstufung der Wider stände 30 so vorzunehmen, dass der Weg, den der Kolben 14 nach unten zurücklegt, bis die Öffnungen 23 und 24 im Zwischenschieber 22 von den obern ganten des Schiebers 19 abge deckt werden, genügt, um die Spannung des Generators 2 unter den Wert zu reduzieren, welcher der Solleistung des Dieselmotors ent spricht, nachdem eine Stufe des Widerstandes 30 eingeschaltet ist.
Wäre der Teil des Wi derstandes 17, der eingeschaltet wird vom Moment an, wo der Kolben 20 sich so weit nach unten bewegt hat, dass eine Stufe der Widerstände 30 hineingeht, bis zum Moment, wo der Schieber 19 die Öffnungen 23 und 24 mit der obern Kante freigibt, nicht gross genug, um die erwähnte Entlastung zu er zielen, so würde der Kolben 20 in einem oge- wissen Bereich hin und her pendeln und der gewünschte Effekt, der der ganzen Erfin dung zugrunde liegt, nämlich die Verhinde rung von Pendelungen der Feldschwächvor- richtung, würde nicht erreicht.
Auf diese Weise gehen dann die Hebel 29 schrittweise nach oben, bis der ganze regulierbare Wider stand 30 abgeschaltet ist, während der Kol ben 14 immer ungefähr zwischen Lage A und B hin und her pendelt. Wenn die Hebel 29 allen regulierbaren Widerstand 30 abgeschal tet haben, sind nur noch die Widerstände 31 in den Shuntstromkreisen, und es ist dadurch die maximale Shuntung erreicht.
Der Magnet 27 und Zwischenschieber 22 sind aus folgenden Gründen notwendig: Um den Regulierbereich des Widerstandes 17 auf ein Minimum zu reduzieren, ist es üblich, dem Generator 2 mittels geeigneter Kombi- natonvonWicklungen (beispielsweise Fremd erregung, Nebenschluss, Gegenkompound) eine stark abfallende Stromspannungscharakteri- stik zu geben. Bei gleicher Einstellung der Widerstände in den Stromkreisen der Erre gerwicklungen, d. h. also z. B. bei gleichblei bender maximaler Fremderregung, kann so wohl eine sehr niedrige Spannung bei Maxi malstrom als auch die maximale Spannung bei sehr niedrigem Strom auftreten.
Im erste ren Fall wäre es nicht nur nutzlos, die Trieb motoren zu shunten, sondern dies wäre für die Triebmotoren direkt schädlich. Die Feld schwächung bei niedriger Spannung wird durch den Magnet 27 auf folgende Weise v er hindert: Solange die Spannung zu niedrig n ist, um den Druck der Feder 26 zu über winden, wird der Zwischenschieber 22 in seine obere Endlage gezogen. Die Stange 15 kommt dann auch in der Lage B des Kolbens 14 nicht mehr in Berührung mit dem Schie ber 19, und der Kolben 20 steht beständig von seiner Unterseite her unter Druck, so dass keine Feldschwächung erfolgt.
Der Schieber 19 wird in Flg. 1 von der Feder 21 gegen einen Anschlag am Zwischen schieber 22 gedrückt. Es könnte aber ebenso gut auch ein fester Anschlag vorgesehen werden, indem auch dann der Kolben 20 bei hochgezogenem Zwischenschieber von unten mit Druckmittel beaufschlagt wird, wenn Kolben 14 in Lage B gekommen ist und Stange 15 den Schieber 19 ganz nach oben geschoben hat.
Während bei Fig. 1 die Blockierung der Feldschwächvorrichtung, durch den Magnet <B>27</B> erfol;,t, dient bei Fig. 2 ein Sehütz 34 dem gleichen Zweck.
Dieser Schütz 34 ist eben falls über Leitungen 32 und 38 an den Gene rator 2 angeschlossen und schliesst den Feld- schwäch-Stromkreis erst, wenn die Spannung des Generators einen bestimmten Wert er reicht 'hat. Der Feldschwäch=Servomotor 18 t ritt also hier jedesmal in Funktion, wenn der Feldreglerkolben 14 in der obern Endlage B angelangt ist. Die Feldschwächung wird aber nicht wirksam, weil der Stromkreis von der einen Seite der Felder 4b über die Wider stände 30/31 zur andern Feldseite nicht ge schlossen ist.
Falls der Servomotorkolben 14 des Feld reglers als Drehkolben ausgebildet ist, mag es zweckmässig sein, den Schieber 19 nicht durch die Kolbenstange 15, sondern vom Hebel 16 aus zu betätigen. Im übrigen kann sowohl für den Servomotor 12 als auch den Servomotor 18 statt der hydraulischen Bau art irgendeine andere der bekannten Bauwei sen, z. B. elektropneumatisch, elelktromoto- risch, elektrohydraulisch usw., verwendet werden, ohne dass sich an der grundsätzlichen Wirkungsweise der Vorrichtung etwas ändert.
Die automatische Feldschwächvorrichtung gemäss Erfindung ist auch nicht unbedingt an die in Fig. 1 dargestellte Zuordnung eines Drehmomentes zu jeder Drehzahl gebunden. Drehzahl und Drehmoment können ebensogut durch separate Organe eingestellt werden.
Die Abstufung der Widerstände 30 kann ziemlich fein vorgenommen werden, was be züglich Kommutation der Triebmotoren, Überlastung des Dieselmotors und stossfreie Fahrt gegenüber der grobstufigen Feldschwä chung mit Schützen Vorteile bietet. Die Ab stufung kann mit Vorteil noch verfeinert werden, indem die einzelnen Hebel 29 etwas gegeneinander versetzt werden, so dass die Einschaltung gewisser Feldschwächstufen für die verschiedenen Triebmotoren nicht gleichzeitig erfolgt.
Die Spannung, bei der Widerstand 17 kurzgeschlossen ist, nimmt mit sinkender Drehzahl ab. Falls die Rechnung zeigt, dass die niedrigste Spannung, bei der das Organ 27 oder 34 bei der höchsten Drehzahl anspre chen darf, höher ist als die höchste Spannung bei der niedrigsten Drehzahl, bei der man noch Feldschwächung haben möchte, so kann mit der Vorrichtung 7 ein Widerstand kom biniert werden, der die Ansprechspannung der Organe 27 oder 34 zum Teil von der Drehzahl abhängig macht, oder dieses Organ (z. B.
Magnet 27) erhält vorteilhaft nach Fig. 3 eine vom Erregerstrom des Hilfsgene- rators 3 durchflossene Hilfswieklung 35, welche den gleichen Effekt hat, da der Er regerstrom des Hilfsgenerators mit sinkender Drehzahl abnimmt, indem dessen Grösse durch den mit der Drehzahlverstellvorrichtung 7 verbundenen Widerstand 36 derart der Dreh zahl angepasst wird, dass die Spannung des Hilfsgenerators 3 konstant bleibt.
Die Schwierigkeiten werden dadurch be seitigt, dass die Spannungsregulierung wäh rend der Feldschwvä chungsregulierung wei ter arbeitet, so dlass nach Einschaltung einer bestimmten Feldschwä chstufe und daraus resultierender Überlastung des Dieselmotors diese Stufe nicht sofort wieder ausgeschaltet wird, sondern die entsprechende Leistungs reduktion durch Herabsetzung der Generator spannung erfolgt. Erst wenn im Verlauf der weiteren Beschleunigung des Fahrzeuges die Spannung wieder auf den gleichen Wert an gestiegen ist wie im Moment, als die vorber erwähnte Feldschwächungsstufe eingeschal tet wurde, scbaltet die Vorrichtung eine wei tere Feldsclhwächrungstufe ein.
In beiden Ausführungsbeispielen ist Feld- schwwächung in Form von Shuntung vorge sehen. Die Steuerung gemäss Erfindung könnte ebensogut auf eine Feldschwächvor- richtung mittels Feldanzapfung angewendet werden oder auf eine aus Shuntung und Arn- zapfung kombinierte Vorrichtung.