DE104016C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 20: Eisenbahnbetrieb.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 23, November 1897 ab.

Den zur Zeit für Strafsenbah η betriebe fast ausschliefslich verwendeten Hauptstrommotoren haften neben gewissen Vorzügen hauptsächlich zwei Fehler an. Einmal wird stets beim Anfahren ein grofser Theil elektrischer Energie durch Vorschaltwiderstände vernichtet, andererseits mufs beim Bremsen auf ebener Strecke oder beim Bergabfahren die mechanische Energie durch nutzlose Bremsarbeit vernichtet werden.

Die Vermeidung oder wenigstens Herabminderung der Verluste durch Vorschaltwiderstände ist bereits in den ersten Jahren der elektrischen Strafsenbahntechnik theilweise durch die Reihenparallelschaltung mehrerer Motoren erreicht worden; die grofsen Bremsverluste an dem Gesammtkraftverbrauch haben dagegen erst in jüngerer Zeit zu einer Anzahl mehr oder weniger beachtenswerther Vorschläge geführt. Die einfache Umkehrung des Nebenschlufsmotors als Dynamo legt dessen Verwendung für Strafsenbahnen nahe und in Wirklichkeit hat auch der Nebenschlufsmotor vereinzelte Anwendung für Bergbahnen erhalten. Sehr bald erkannte man jedoch die Nachtheile des reinen Nebenschlufsmotors und suchte schliefslich, da die gleichzeitige Verwendung fahrbarer Secundärbatterien mittlerweile mehr und mehr gebräuchlich geworden war, die Vortheile des Nebenschlufsmotors ohne dessen Nachtheile dadurch auszunutzen, dafs die Feldwickelung nicht von der Linienspannung, sondern von einer kleinen Secundärbatterie getrennt erregt wurde, wie dies z. B. in dem D. R. P. Nr. 84811 und in der elektrotechnischen Zeitschrift 1897, Heft 43, angegeben ist. Das erstrebte Ziel der nutzbaren Verwendung der mechanischen Energie des Wagens wird durch die bekannten Methoden" nur theilweise erreicht, da man mit Hülfe dieser Schaltungsweisen beim Bergabfahren einen grofsen Theil der zur Bergfahrt aufgewendeten Hebungsarbeit, aber nur einen kleinen Theil der lebendigen Kraft beim Anhalten zurückgewinnen kann. Da die Klemmenspannung des Ankers einer Nebenschlufs- oder getrennt erregten Dynamomaschine bei gleichbleibender Felderregung direct proportional der Umlaufszahl ist, so kann die Spannung beim Bremsen und bei Verringerung der Geschwindigkeit nur dadurch höher als die Linienspannung gehalten we'rden, dafs man das Feld verstärkt. Diese Feld Verstärkung erreicht aber, abgesehen von den Mitteln, mit denen man sie bewirken könnte, praktisch sehr bald eine Grenze, so dafs beim Anhalten doch nichts anderes übrig bleibt, als nach Erreichung der langsamsten Fahrgeschwindigkeit den erheblichen Rest lebendiger Kraft abzubremsen.

Die im Folgenden beschriebene Methode will diesen Uebelstand und gleichzeitig die Verluste in den,. Vorschaltwiderständen zum gröfsten Theil beseitigen. Der Gründgedanke ist dabei, den Anker eines Motors beim Anfahren zunächst aus einer Quelle mit niedriger elektromotorischer Kraft zu speisen und letztere mit zunehmender Geschwindigkeit zu erhöhen, bis sie schliefslich der Linienspannung gleichkommt. Beim Anhalten wird dann die der Ankerspannung entgegenwirkende elektromotorische Kraft mit abnehmender Geschwindigkeit verringert und dadurch ermöglicht, dafs der

(z. Auflage, ausgegeben am 3. Januar igo2.)

Anker Arbeit bis kurz vor dem Stillstand abgiebt.

Zur Ausführung dieses Gedankens wird eine Secundärbatterie erforderlich, die ja ohnehin bei gemischtem Betrieb häufig angewendet wird und bei Hoch- und Vollbahnen nebenbei vortheilhaft den Zweck einer Bufferbatterie erfüllen kann.

In nachstehender Beschreibung ist angenommen, dafs die Batterie in fünf Gruppen getheilt ist, sie kann jedoch natürlich je nach Bedarf in eine beliebige Anzahl von Gruppen untertheilt werden.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnung stellt die Verbindungen von Stromzuleitung, Feldwickelung, Anker -und Batterie eines Wagens in der ersten Steuerungslage vor.

In Fig. 2 werden die bei der Steuerungslage II, d. i. der ersten Fahrstufe auftretenden Verbindungen gezeigt.

Fig. 3 ist die Darstellung der ersten Uebergangsstufe von Lage II nach III.

Fig. 4 stellt die zweite, Uebergangsstufe vor, während

Fig. 5 die Verbindungen in der zweiten Fahrstellung, d. i. Steuerungslage III, zeigt.

Die Uebergänge von Steuerungslage III nach IV, V und VI vollziehen sich in entsprechender Weise, so dafs schliefslich in Stellung VI die in Fig. 6 dargestellte Schaltung erreicht wird.

In welcher Weise nun die in Fig. ι bis 6 schematisch dargestellten Schaltungen mit Hülfe einer Steuerung erreicht werden können, zeigt allgemein Fig. 7, während Fig. 10 insbesondere den Betriebszustand der Fig. 2 . und Fig. r 1 denjenigen der Fig. 5 veranschaulicht.

In diesen Figuren ist linksseitig die Abwickelung des Fahr- und Bre.msschaltcylinders mit den zugehörigen Contactfingern und rechts ein Batterieumschalter gezeichnet, dessen Verwendung mit vorliegender Schaltungsweise aus weiter unten erläuterten Gründen unerläfslich und gleichzeitig Gegenstand der Erfindung ist.

T ist die Stromzuführung, B die Secundärbatterie, F das magnetische Feld des Motors A, AA der Anker desselben, W ein Hülfswiderstand, G der Anschlufs an die Stromrückleitung.

Die mit 1, 2, 3,4, 5 bezeichneten Contactfinger des Fahr- und Bremscylinders sind mit den gleichnamigen Fingern des Batterieschalters verbunden. Jeder der letzteren schleift dauernd auf einem der schwarz gezeichneten concentrischen Schleifringe, die ihrerseits jeder mit. einem am Umfange der Scheibe befestigten Stromschlufsstück in leitender Verbindung stehen. Besagte Scheibe mit den concentrischen Ringen und den Stromschlufsstücken am Umfange ist beweglich gedacht, während die im Kreise um sie herum angebrachten Contactfinger abcd efg h i k, die Pol einer Batteriefeststehen und die Scheibe in der ge-Die Scheibe ist in <$■ ε einstellbar und Verbindungen der

jeder für sich mit einem
gruppe verbunden sind,
Stromschlufsstücke um die
zeichneten Weise berühren
fünf Ruhestellungen α β γ
stellt in diesen folgende
Batteriegruppen her.

Liegt T und G in Stellung a:

T₁ a, b, c, d, e,f, g, h, i, k, G.
Liegt T und G in Stellung ß:

T, i, k, a, b, c, d, e,f g, h, G.
Liegt T und G in Stellung γ:

T-, g, h, i, k, a, b, c. d, e,f G.
Liegt T und G in Stellung d:

T, e,f g, h, z, k, a, b, c, d, G.
Liegt T und G in Stellung e:

T, ^c, ^d: ^e,f, £■> ^h, h ^k, ^a, ^b, ^G-

Denkt man sich nun die Abwickelung des Fahr- und Bremscylinders von links nach rechts unter die Contactfingerreihe geschoben, so werden der Reihe nach die in Fig. 1 bis 6 dargestellten Verbindungen hergestellt, d. h. das Feld erhält eine nahezu constante Erregung durch die eine Batteriegruppe, während der Anker der Reihe nach an eine, zwei, drei, vier Gruppen in Reihe angeschaltet wird und schliefslich unmittelbar die Linienspannung erhält. Bei dieser Lage (VI) der Steuerung erhält somit der Wagen seine gröfste Geschwindigkeit, die man noch dadurch erhöhen kann, dafs man die Felderregung durch Vorschaltwiderstände schwächt. Letzterer Vorgang ist in den Zeichnungen nicht angedeutet, da er nicht zum Gegenstande der Erfindung gehört und die Mittel zu seiner Erreichung hinlänglich bekannt sind.

Da nun für jede Steuerungslage das Magnetfeld des Motors dieselbe Erregung erhält, während gleichzeitig der Anker gegen eine jeweilig bestimmte elektromotorische Kraft arbeitet, so entspricht thatsächlich jeder Steuerungsfahrstellung eine bestimmte Geschwindigkeit, ohne dafs man mit Vorschaltwiderständen zu arbeiten gezwungen ist, wenn man mit verminderter Geschwindigkeit fahren will oder mufs. Will man bei vorliegender Schaltung die einmal erreichte Geschwindigkeit verringern oder den Wagen zum Stehen bringen, so hat man nichts zu thun, als den Fahrhebel langsam nach der Nullstellung hin zurückzudrehen, und erreicht dadurch, dafs die elektromotorische Kraft des Ankers die für jede betreffende Fahrstufe verfügbare . Spannung überwiegt und deshalb Energie zur Ladung der Batterie oder an die Zuleitung unter gleichzeitiger Bremsung des Wagens proportional der abgegebenen Stromstärke abgiebt: Auf diese Weise gewinnt man aus der lebendigen Kraft des Wagens Energie

zurück, bis (in Steuerungslage H) die geringste Fahrgeschwindigkeit erreicht ist.

Um nun aber den Wagen zum Stehen zu bringen, ist Stellung I vorgesehen, wobei (Fig. i) der Anker über einen Widerstand geschlossen ist und das Feld nach wie vor erregt bleibt. In dieser Stellung findet also eine Wiedergewinnung von Energie nicht mehr statt, jedoch spielt der Verlust keine bedeutende Rolle, mehr, da nur ein beliebig kleiner Rest lebendiger Kraft auf diese Weise vernichtet werden soll.

Bei der angegebenen Schaltung werden beim Anfahren und bei niedriger Geschwindigkeit die verschiedenen Sammlergruppen ungleich beansprucht, und diese Ungleichheit wird durch das Laden beim Bremsen nur theilweise ausgeglichen.

Um diese Ungleichmäfsigkeit wieder auszugleichen, ist der beschriebene Batterieschalter derart mit dem Fahr- und Bremscylinder gekuppelt, dafs ersterer selbstthä'tig um eine fünftel Drehung in gleichbleibendem Sinne jedesmal dann verstellt wird, wenn der Fahr- und Bremscylinder in seine Nulllage gebracht wird.

Die mechanischen Mittel, mit denen dieser Zweck erreicht wird, können verschiedenartigster kinematischer Natur sein und soll Fig. 8 und 9 nur eine Ausführungsform veranschaulichen.

Auf der Spindel / des Fahrcylinders sitzt ein Zahnsector m festgekeilt, während auf der Spindel η des Batterieschalters ein Zahnrad ο drehbar und in gleicher Höhe mit m sitzt und auf seiner oberen Fläche eine um den Punkt ρ drehbare Sperrklinke q trägt. Diese Sperrklinke greift nun derart in ein auf η festgekeiltes Sperrrad r ein, dafs man das Zahnrad wohl in einem Sinne drehen kann, ohne dadurch die Spindel mit dem Batterieschalter zu bewegen, wogegen bei Bewegung in entgegengesetztem Sinne letzterer der Bewegung des Zahnrades folgen mufs.

Der Mechanismus arbeitet dann in folgender Weise zusammen:

Wird die Fahr- und Bremswalze in der Richtung des Pfeiles bewegt — also eingeschaltet —, so dreht der Zahnsector m das Zahnrad 0 so lange leer mit, wie der letzte Zahn von m noch in ο eingreift. Der Batterieschalter bleibt aber während dessen stehen. Sodann setzt der Zahnsector m bei Weiterdrehung des Fahrcylinders seinen Weg ohne jede Wirkung fort. Desgleichen tritt m beim Zurückdrehen des Fahrcylinders nicht eher in Wirkung, als bis sein erster Zahn auf das Zahnrad 0 trifft. Die Anordnung ist so getroffen, dafs in diesem Zeitpunkt die Contacte des Fahrcylinders bereits nicht mehr von den Contactfingern berührt sind und somit die Motorverbindungen geöffnet sind. Der Zahnsector m greift dann in das Zahnrad ο ein und nimmt sowohl dieses als auch bei dieser Drehrichtung das Sperrrad r mit dem Batterieschalter so lange mit, bis der Fahrcylinder in seiner Nulllage steht. Die Bemessung der Zahnräder mufs dabei natürlich derart sein, dafs der Batterieschalter durch die beschriebene Bewegung gerade um eine Stellung weiter vorgerückt wird. Die gezeichneten Schaltungen gestatten allerdings nur eine Fahrrichtung, jedoch liegt es nahe, dafs man mit Hülfe eines Umschalters die Pole A und AA verwechseln und dadurch beliebige Fahrrichtung bewirken kann. Dieser Umschalter bedarf keiner weiteren Erläuterung und ist, weil nicht zum Gegenstand der Erfindung gehörig, fortgelassen.

Vorliegende Schaltungsweise ist nicht an die Verwendung nur eines Motors, wie es die Zeichnung darstellt, gebunden, sondern durch die Steuerung kann eine beliebige Anzahl von Motoren bedient werden, wobei es belanglos ist, ob die Feldwickelungen und Anker alle in Reihe, parallel oder mit Hülfe bekannter Serienparallelmethoden theils in Serie, theils parallel geschaltet sind.

Die Schaltung wird sich von besonderer Wichtigkeit überall da erweisen, wo man mit hoher Beschleunigung und kräftiger Bremsung, wie bei Hochbahnen, zu rechnen hat und deshalb nicht unbeträchtliche Verluste in Vorschaltwiderständen beim Anfahren und noch mehr beim Bremsen erlitt. Des Ferneren werden sich Bahnen in welligem Gelände vortheilhaft der Methode bedienen, sowie auch normale Strafsenbahnen mit gemischtem Betrieb, die hierfür besonders geeignet erscheinen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :
   Verfahren zur Regelung elektrisch betriebener Motoren, bei welchen der Anker behufs Erreichung verschiedener Geschwindigkeiten mit Hülfe eines Fahrschalters an einen beliebigen Theil ' der stets hinter einander geschalteten Batterie angeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dafs der Fahrschalter mit einem Batterieschalter in der Weise verbunden ist, dafs der letztere selbstthätig um eine beliebige Drehung verstellt wird, wenn der Fahr- und Bremscylinder in eine bestimmte Stellung, z. B. seine Nullstellung gebracht wird, zu dem Zweck, die einzelnen Abtheilungen des Accumulators gleichmäfsig zu beanspruchen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.