-
Mehrmotorenantrieb für elektrische Triebfahrzeuge od. dgl: Es sind
elektrische Antriebe bekannt, bei denen zwischen den Motoren und den angetriebenen
Teilen einstellbare Drehmomentschlupfkupplungen (z. B. Magnetpulver-Drehmomentkupplungen)
als Einstellglieder für Drehmoment, Strom oder Drehzahl angeordnet sind. Es sind
dazu ebenso viele Kupplungen erforderlich wie Motoren. So wären z. B. bei einem
mit zwei Fahrmotoren ausgerüsteten elektrischen Triebfahrzeug ebenfalls zwei Kupplungen
erforderlich. Der Aufwand für die Kupplungen selbst und ihre Steuereinrichtungen
ist dementsprechend groß.
-
Die Erfindung betrifft einen Mehrmotorenantrieb für elektrische Triebfahrzeuge
od. dgl. mit zwei oder mehr in Reihe geschalteten Elektromotoren. Erfindungsgemäß
ist die Anordnung so getroffen, daß vorzugsweise nur einer der Motoren mit dem Antrieb
über eine einstellbare Drehmomentkupplung verbunden ist, während alle anderen Motoren
starr gekuppelt sind. Dieser Antrieb ist se ausgebildet, daß durch die Gegen-EMK
des einen im wesentlichen unbelastet auf eine hohe Drehzahl anlaufenden Motors die
Ankerspannung der anderen Motoren auf sehr kleine Werte herabgedrückt und anschließend
durch allmähliches Erregen der Kupplung erhöht wird. Als Drehmomentkupplüng dient
zweckmäßigerweise eine Magnetpulverkupplung. Durch diese Anordnung wird erreicht,
daß der eine mit der, Kupplung versehene Motor aus dem Stillstand unbelastet sehr
schnell hochläuft, wobei er einen nur sehr geringen Strom aufnimmt. -Die bei der
hohen Drehzahl dieses Motors erzeugte Gegen-EMK drückt die Ankerspannung aller anderen
mit ihm in Reihe geschalteten Fahrmotoren entsprechend weit herunter, so daß diese
Motoren zwar von dem geringen Strom durchflossen sind, aber kein nennenswertes Drehmoment
entfalten. Durch allmähliches Erregen der Kupplung wird der eine Motor belastet,
nimmt einen entsprechend größeren Strom auf, der auch die anderen Fährmotoren durchfließt,
so daß sie ein Drehmoment zu erzeugen beginnen. Auf diese Weise ist ein allmähliches
sanftes Anfahren- möglich. In der 'Zeichnung .
-
Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Die KurvendarAellüngen Fig. 2 bis 4 dienen zur Erläuterung. _ In Fig: 1 ist angenommen,
daß ein elektrisches Triebfahrzeug - durch zwei Gleichstrommotoren angetrieben wird,
deren Anker mit 1; 2, deren Feldwicklungen mit 11, 12 bezeichnet sind. Die Speisung
erfolgt mit einer Spannung U (Fahrdrahtspannung) über einen Anlaßwiderstand B. Der
Anker 1 des einen Motors ist über eine Magnetpulverkupplung 3 und ein Getriebe 4
mit der zugehörigen Treibachse 5 verbunden. Der Anker 2 des anderen Motors ist über
ein Getriebe 6 fest mit seiner Treibachse 7 verbunden. Zum Anfahren wird der Motorkreis
bei zunächst unerregter Kupplung 3 über eine Widerstands-Anlaßschaltung 8 oder Spannungsverstellung
an die volle Betriebsspannung U gelegt: Der Motor 1 läuft dann in kurzer Zeit ohne
Last auf -die Drehzahl n1 (Fig. 2) hoch, wobei bei keihenschlußmotoren durch geeignete
Maßnahmen, z. B. Zusatzerregung aus einer Batterie od. dgl., eine zu hohe Drehzahl.
bzw. das Durchgehen vermieden wird. Der Motor 1 nimmt dann einen seiner hohen Drehzahl
entsprechenden, sehr geringen Strom auf, der wegen der Reihenschaltung auch den
Motor 2 durchfließt und dort ein Drehmoment bildet, das jedoch, seiner geringen
Größe wegen, nicht in der Lage ist, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen.
-
Wenn die Kupplung 3 nun erregt wird, so überträgt sie ein. ihrer Erregung
entsprechendes Dreh-. moment, das unabhängig von ihrer sekundären :Dreh-. zahl ist.
Der Motor 1 paßt sich in seiner Drehzahl, nach Maßgabe seiner Kennlinie, dem abverlangten
Drehmoment an. Der aufgenommene Strom erzeugt. auch im Motor 2 ein Drehmoment gleicher
Größe. Das Drehmoment eines jeden Motors wird in voller Höhe auf die jeweilige Treibachse
übertragen.
-
Die Differenz zwischen aufgenommener Leistung beider Motoren und abgegebener
Leistung am Treib-' rad wird, abgesehen von Motor- und Getriebe-' verlusten, in
der Kupplung in Wärme umgesetzt.. Die Beschleunigung des anfahrenden Fahrzeuges
iäßt sich durch verschiedene Kupplungserregungen in ihrer: Größe von Null bis zur
maximal möglichen variieren.: Der Motor 1 läuft beim Anfahren von seiner Höchstdrehzahl
n1 zur Betriebsdrehzahl n2 (eAtsprechend dem abverlangten Moment Mh) herunter, wäh-'
rend der Motor 2 von Null zu dieser Drehzahl hochläuft. Wenn beide Motoren diese
Drehzahl erreicht haben, wird der Schlupf zu Null, und der Motor 1 ist
gleichfalls
starr mit seiner Treibachse gekuppelt. Der weitere Anfahrvorgang vollzieht sich
nach Maßgabe der Motorkennlinie. Durch die Drehmomentkupplung 3 werden beide Motoren
zuverlässig gegen Überlastung geschützt, da beim Überschreiten des eingestellten
Momentes die Kupplung zu schlüpfen beginnt und so eine Strombegrenzung erwirkt.
-
Durch entsprechende Regelung der Kupplungserregung ist es möglich,
stets an der jeweiligen Reibungsgrenze anzufahren.
-
Bei der eben beschriebenen Anordnung wird die gesamte Verlustarbeit
in der Kupplung in Wärme umgesetzt. Es bedeutet dies, besonders bei erschwerten
Anfahrten in der Steigung, eine sehr große Wärmebelastung der Kupplung.
-
Um wenigstens einen Teil der Verlustarbeit aus der Kupplung herauszunehmen,
kann die Anfahrt über einige Widerstands- oder Spannungsstufen erfolgen (Fig.3).
Diese Figur zeigt den Verlauf der Drehzahl n in Abhängigkeit vom Drehmoment M. Die
Kupplung ist wieder auf ein übertragbares Moment Mk eingestellt.
-
Es wird zunächst die erste Stufe eingeschaltet, wobei die Kupplung
anfänglich sehr stark schlüpft. Der Schlupf nimmt jedoch mit zunehmender Sekundärdrehzahl
ab und erreicht den Wert Null. Der Motor ist in diesem Augenblick starr gekuppelt;
die weitere Anfahrt würde sich also nach Maßgabe der vorliegenden Kennlinie vollziehen.
Beim Kupplungsschlupf Null soll jedoch nun auf die nächsthöhere Stufe (Kennlinie)
übergeschaltet werden, d. h., die Kupplung beginnt wiederum stark zu schlüpfen.
Bei dem in Fig. 3 eingezeichneten Kupplungsmoment Mk ergibt sich für das Fahrzeug
wiederum eine konstante Beschleunigung. Das Weiterschalten kann hier durch eine
nicht näher beschriebene Anordnung selbsttätig so erfolgen, daß die nächste Stufe
dann eingeschaltet wird, wenn der Schlupf der Kupplung gerade Null geworden ist.
-
Es ist selbstverständlich auch möglich, das Kupplungsmoment z. B.
auf den gestrichelt eingezeichneten Wert Mk einzustellen und, obwohl noch Schlupf
vorhanden ist, weiterzuschalten. Die Folge ist allerdings die, daß die Anfahrt nicht
mehr mit konstantem Moment (Beschleunigung) erfolgt.
-
Die in Fig.3 schraffiert eingezeichneten Flächen sind ein Maß für
die Schlupfarbeit, die in der Kupplung in Wärme umgesetzt wird.
-
Eine gleichfalls mögliche Anordnung kann in der Weise getroffen werden,
daß Kupplung und Motorkreis gleichzeitig eingeschaltet werden. Bekanntlich hat die
Erregerwicklung einer Magnetpulverkupplung eine elektrische Zeitkonstante T (Fig.
4a), d. h. der Strom erreicht erst nach einer gewissen Zeit, die beispielsweise
den Betrag4T hat, seinen durch das ohmsche Gesetz diktierten Wert. Der Aufbau des
Drehmomentes M in der Kupplung vollzieht sich wegen der nötigen Orientierung des
Pulvers noch etwas langsamer, so daß das volle Moment erst nach etwa der Zeit 6T
(Fig.4b) erreicht wird. Diese Tatsache kann dahingehend ausgenutzt werden, daß der
Motor bei gleichzeitigem Einschalten der Kupplung zunächst einen praktisch unbelasteten
Anlauf vorfindet, der dann stetig in die Belastung übergeht. Es kann dadurch der
Zwang entfallen, bei Reihenschlußmotoren eine Sicherung gegen zu hohe Leerlaufdrehzahlen
zu schaffen.
-
Die Erfindung ist an Hand des Ausführungsbeispiels eines elektrischen
Triebfahrzeuges mit mehreren in Reihe geschalteten Motoren beschrieben. Sie ist
aber sinngemäß auch auf anderen Gebieten der Technik anwendbar, bei denen gleiche
oder ähnliche Anlaufverhältnisse in Frage kommen. Grundsätzlich wird es sich dabei
um Antriebe mit Vollastanlauf handeln, bei denen außerdem mit Rücksicht auf die
Typengröße der Motoren, mit Rücksicht auf die Einbauverhältnisse und Reservehaltung
oder gewisse Gleichlaufbedingungen die Verwendung von wenigstens zwei Motoren an
Stelle eines einzigen angebracht ist. Solche Antriebe sind beispielsweise Schiffshebewerke,
bei denen schon wegen der räumlichen Abmessungen des Trogs zum Heben und Senken
mehrere Motoren verwendet werden müssen, wobei ein genauer Gleichlauf gefordert
wird. Darüber hinaus besteht in diesem Fall die Forderung einer weitgehenden Regulierfähigkeit,
namentlich beim Einlaufen in die Endstellungen. Man wird daher Gleichstrommotoren
den Vorzug geben, die nach den Anweisungen der Erfindung geschaltet sein können.
Ähnliches gilt für Hafenkrane größerer Leistung, bei denen schon aus Gründen der
Reservehaltung häufig zwei Motoren verwendet werden, die ebenfalls in weiten Grenzen
regulierbar sein müssen, um das Absetzen schwerer Lasten mit ganz geringer Geschwindigkeit
vorzunehmen. Auch für solche Antriebe kommen Gleichstrommotoren in Frage, die nach
der erfindungsgemäßenAnweisung geschaltet sein können. Ähnliche Antriebe dieser
Art sind Schleusentore, Walzenwehre, Verschiebebühnen u. dgl. In jedem dieser Fälle
kann die Anordnung so getroffen sein, daß einer von mehreren Antriebsmotoren über
eine Drehmomentkupplung angelassen wird und in der beschriebenen Weise den Anlaßvorgang
der anderen Motoren steuert.