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Anfahr- und Bremsschaltung für Gleichstrom-Triebfahrzeuge Bei Gleichstrom-Triebfahrzeugen
sind verschiedene Anfahr- und Bremsschaltungen für die Fahrmotoren üblich, wobei
meistens eine gerade Anzahl von Fahrmotoren angewendet wird, beispielsweise zwei
oder vier Fahrmotoren. Eine dieser bekannten Anfahr-und Bremsschaltungen ist die
wegen ihrer Vorteile beim Anfahren, und zwar beim Überschalten von der Reihenschaltung
auf die Parallelschaltung der zwei Vollspannungs-Fahrmotoren bzw. der zwei Fahrmotorgruppen,
oft angewendete Brückenschaltung, bei der eine Fahrmotorgruppe entweder aus zwei
dauernd miteinander in Reihe geschalteten Fahrmotoren, sogenannten Halbspannungs-Fahrmotoren,
oder aus zwei dauernd zueinander parallel geschalteten Vollspannungs-Fahrmotoren
bestehen kann. Bei dieser bekannten Brückenschaltung ist der für das Anfahren der
Fahrmotoren erforderliche Widerstand in zwei gleiche Hälften des erforderlichen
Gesamtohmwertes unterteilt. Die beiden Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen sind beim
Anfahren in Reihenschaltung so geschaltet, daß zwischen ihnen die zwei miteinander
in Reihe geschalteten Widerstandshälften liegen. Nach der letzten Stufe für Reihenschaltung
der Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen erfolgt der Übergang von der Reihenschaltung
auf die Parallelschaltung nach der bekannten Brückenmethode. Beim Fahren in Parallelschaltung
der Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen ist jedem Fahrmotor bzw. jeder Fahrmotorgruppe
eine Widerstandshälfte zugeordnet. Beim Bremsen werden bei der bekannten Schaltung
die Anker und Feldwicklungen der beiden Fahrmotoren verkreuzt geschaltet, wobei
beide Widerstandshälften miteinander in Reihe liegen ebenso wie beim Anfahren der
Fahrmotoren in Reihenschaltung. Über beide miteinander in Reihe liegende Widerstandshälften
fließt also beim Bremsen der Strom beider zueinander parallel arbeitenden Fahrmotoren.
Betrachtet man bei dieser bekannten Brückenschaltung den erforderlichen Ohmwert
der Anfahr-Bremswiderstände, so ergibt sich beim Anfahren in Reihenschaltung der
Fahrmotoren, wenn der Strom eines Fahrmotors I ist, ein erforderlicher Ohmwert von
und beim Bremsen, wenn man davon ausgeht, daß beim Anfahren und Bremsen der gleiche
Fahrmotorstrom I auftritt, ein erforderlicher Ohmwert von
wobei der Zähler 2 U dadurch bedingt ist, daß man beim Bremsvorgang mit einer Verdoppelung
der Fahrmotorspannung entsprechend einer doppelten Stundendrehzahl rechnen muß,
und der Nenner 21 dadurch, daß beide Fahrmotoren zueinander parallel arbeiten. Es
ist also so, daß der für das Anfahren ausgelegte Ohmwert R einer Widerstandshälfte
der Anfahr-Bremswiderstände auch für das Bremsen passend ist. Die Widerstandshälften
und die zugehörigen Schaltgeräte werden beim Bremsen aber mit dem doppelten Strom
beansprucht. Dadurch ergibt sich notwendig eine stärkere Bemessung entweder des
Fahrschalters oder der Schütze einer Schützsteuerung mit Rücksicht auf ihre Beanspruchung
beim Bremsen gegenüber derjenigen beim Fahren.
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Würde man bei dieser Brückenschaltung zwei Bremsstromkreise bilden
wollen, einmal aus Sicherheitsgründen und zum anderen mit dem Ziel, die Schaltgeräte
beim Fahren und beim Bremsen gleichmäßig mit dem nur einfachen Fahrmotorstrom zu
beanspruchen, so müßte der Ohmwert jeder Widerstandshälfte beim Bremsen
sein; das ist also das Vierfache des Ohmwertes für die oben beschriebene Brückenmethode.
Daraus folgt, daß man bei der bekannten Brückenschaltung nur dann zwei Bremsstromkreise
bilden kann, wenn die Widerstandshälften das Vierfache desjenigen Ohmwertes haben,
der für das Anfahren erforderlich ist. Das bedeutet aber, daß man, ausgehend von
dem für das Bremsen erforderlichen Ohmwert, beim Anfahren einen Teil des Widerstandes
und die dazugehörigen Schaltgeräte gar nicht benutzt, wie dies beispielsweise bei
einer bekannten Feinreglersteuerung für Triebfahrzeuge der Fall ist.
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Es sind noch weitere Schaltungen bekanntgeworden, bei denen das Anfahren
der Fahrmotoren in Reihen-Parallel-Schaltung über zwei Widerstandshälften nach der
bekannten Brückenmethode erfolgt und bei denen
zur Kurzschlußbremsung
zwei getrennte Bremsstromkreise gebildet werden. Bei einer Schaltung mit vier Halbspannungs-Fahrmotoren,
die über zwei Widerstandshälften in Reihen-Parallel-Schaltung nach der Brückenmethode
angelassen werden, werden beim Bremsen zwei getrennte Bremsstromkreise so gebildet,
daß jeweils zwei der Halbspannungs-Fahrmotoren in Viereckschaltung, d. h. zueinander
parallel geschaltet werden und auf eine Widerstandshälfte arbeiten, wobei die Anker
und die Feldwicklungen der Fahrmotoren miteinander gekreuzt werden; bei dieser Schaltung
werden die an den Widerstandshälften liegenden Schaltgeräte beim Anfahren mit dem
einfachen Fahrmotorstrom, beim Bremsen aber mit dem doppelten Fahrmotorstrom beansprucht,
sind also dementsprechend zu bemessen.
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Alle vorstehend geschilderten bekannten Schaltungen haben also entweder
das Merkmal, daß der für das Anfahren der Fahrmotoren in Reihenschaltung erforderliche
Ohmwert für die Bildung von zwei getrennten Bremsstromkreisen nicht ausreichend
ist, oder das Merkmal, daß ihre Schaltgeräte beim Bremsen mit einem Strom beansprucht
werden, der dem doppelten Anfahrstrom entspricht. Im ersteren Falle muß man also
den Ohmwert jeder Widerstandshälfte mit Rücksicht auf den Bremsvorgang bemessen
und kann einen Teil der Widerstandshälfte mit den zugehörigen Schaltgeräten beim
Anfahren gar nicht benutzen. Im anderen Falle ist eine stärkere Bemessung aller
an den Widerstandshälften liegenden Schaltgeräte unumgänglich.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anfahr- und Bremsschaltung
in Form einer Brückenschaltung für Gleichstrom-Triebfahrzeuge zu entwickeln, bei
der die Anfahr- und Bremswiderstände hinsichtlich ihres Ohmwertes sowohl beim Anfahren
als auch bei der Bildung von zwei getrennten Bremsstromkreisen einschließlich der
zugehörigen Schaltgeräte voll ausgenutzt und immer nur mit dem einfachen Fahrmotorstrom
beansprucht werden. Die Erfindung betrifft somit eine Anfahr- und Bremsschaltung
für Gleichstrom-Triebfahrzeuge mit zwei Fahrmotoren oder Fahrmotorgruppen, denen
je eine Anfahr-Bremswiderstandshälfte zum Anfahren der Fahrmotoren oder Fahrmotorgruppen
in Reihen-Parallel-Schaltung zugeordnet ist und bei der für die Kurzschlußbremsung
zwei getrennte Bremsstromkreise gebildet werden. Nach der Erfindung werden beide
Widerstandshälften beim Fahren in Reihenschaltung der Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen
zueinander parallel geschaltet. Beim Bremsen bilden die gleichen Widerstandshälften
mit den zugeordneten Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen je einen Bremsstromkreis.
Zwei Vollspannungs-Fahrmotoren bzw. je zwei Halbspannungs-Fahrmotoren mit den ihnen
zugeordneten Widerstandshälften können auch Bremsstromkreise mit über Kreuz erregten
Feldwicklungen bilden. Sofern zwei Fahrmotorgruppen vorhanden sind, von denen jede
aus zwei zueinander parallel geschalteten Vollspannungs-Fahrmotoren besteht, können
die zwei Fahrmotoren jeder Motorgruppe je einen Bremsstromkreis bilden, wobei die
Anker und die Feldwicklungen der beiden Fahrmotoren jeder Motorgruppe in an sich
bekannter Weise gekreuzt sind.
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Bei einer zweimotorigen Bremsschaltung kann man eine galvanische Kopplung
zwischen den beiden Fahrmotoren durch einen Ausgleichswiderstand vorsehen, wodurch
sich bei wechselseitigem Abschalten der Anfahr-Bremswiderstände die erzielbare Stufenzahl
je Fahrmotor erhöht, da sich eine Widerstandsänderung und damit eine Stromänderung
in dem einen Bremsstromkreis über den Ausgleichswiderstand als eine gleichsinnige
Stromänderung in dem zweiten Bremsstromkreis auswirkt. Diese Wirkung wird noch verstärkt
bei zusätzlich über Kreuz erregten Fahrmotor-Feldwicklungen, da eine Stromänderung
in der Ankerwicklung des einen Fahrmotors die gleiche Stromänderung in der Feldwicklung
des anderan Fahrmotors bedingt und damit auch den magnetischen Fluß dieses Fahrmotors
ändert. Dies-- Änderung des magnetischen Flusses bewirkt in der zugehörigen Ankerwicklung
und damit auch in der mit dieser Ankerwicklung in Reihe geschalteten anderen Feldwicklung
eine gleichsinnige Stromänderung wie in der ersten Ankerwicklung. Es besteht also
eine magnetische Kopplung zwischen beiden Fahrmotoren, deren Wirkung sich mit derjenigen
der galvanischen Kopplung addiert. Handelt es sich um eine Anfahr-und Bremsschaltung
mit zwei Fahrmotorgruppen, deren jede aus zwei Vollspannungs-Fahrmotoren besteht,
so kann man mindestens zwei Fahrmotor-Feldwicklungen aus beiden Motorgruppen durch
einen Ausgleichswiderstand galvanisch miteinander koppeln.
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Entsprechend der Erfindung wird also beim Anfahren in Reihenschaltung
der Fahrmotoren oder Fahrmotorgruppen der erforderliche Anfahr-Bremswiderstand in
zwei gleiche Hälften so unterteilt, daß diese beiden Widerstandshälften zwei getrennte
Stromwege bilden, wobei jede Widerstandshälfte den doppelten Ohmwert des auf der
ersten Anfahrstufe für Reihenschaltung der Fahrmotoren bzw. Fahrmotorgruppen erforderlichen
Gesamtohmwertes besitzt. Nach dieser Anordnung ist der bei Reihenschaltung der Fahrmotoren
bzw. Fahrmotorgruppen erforderliche Ohmwert R einer Widerstandshälfte, der durch
den Ausdruck
gegeben ist, gleich dem für das Bremsen erforderlichen Ohmwert von
weil zwei getrennte Bremsstromkreise gebildet werden, wobei der Zähier2 U beim Bremsen,
wie bereits erläutert, dadurch bedingt ist, daß man beim Bremsen mit einer Verdoppelung
der Fahrmotorspannung rechnen muß. Bei der Schaltung nach der Erfindung ist es also
so, daß in den Bremsstromkreisen bei doppelter Fahrmotorspannung, bezogen auf die
Netzspannung, nur der einfache Fahrmotorstrom auftritt wie beim Anfahren der Fahrmotoren
in Reihenschaltung. Außer der günstigen Wirkung, daß bei der Anordnung nach der
Erfindung zwei Bremsstromkreise vorhanden sind, liegt der weitere Vorteil derselben
insbesondere darin, daß die an den Widerstandshälften liegenden Schaltgeräte beim
Fahren und beim Bremsen immer nur mit dem einfachen Fahrmotorstrom beansprucht werden.
Man braucht also die an den Widerstandshälften liegenden Schaltelemente mit Rücksicht
auf das Bremsen nicht stärker zu bemessen und kann somit innerhalb der Gesamtschaltung
mit einer einzigen Schaltgerätetype auskommen. In besonders vorteilhafter Weise
kann man die Anfahr- und Bremsschaltung nach der Erfindung bei Gleichstrom-Triebfahrzeugen
mit zwei Fahrmotorgruppen, bestehend aus je zwei Vollspannungsmotoren, anwenden.
Denn in Triebfahrzeugen mit vier Vollspannungs-Fahrmotoren,
entsprechend
zwei Fahrmotorgruppen, würde bei Anwendung der bekannten Brückenschaltung beim Bremsen
der vierfache Fahrmotorstrom zu schalten sein, der oft mit den vorhandenen Schaltgeräten
nicht mehr beherrscht werden kann." An Hand der Zeichnung soll die Schaltung nach
der Erfindung näher erläutert werden.
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Die Abb. 1 bis 5 zeigen eine Anfahr- und Bremsschaltung für zwei Fahrmotoren.
Die Abb. 6 bis 9 zeigen eine Anfahr- und Bremsschaltung für vier Fahrmotoren, bei
der jeweils zwei dauernd zueinander parallel geschaltete Vollspannungs-Fahrmotoren
eine Motorgruppe bilden. Mit r1 und r2 sind die Widerstandshälften, mit
1, 2, 3 und 4 die Fahrmotoren (Anker und Feldwicklungen) und mit r3
ist der Ausgleichswiderstand bezeichnet.
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Abb. 1 zeigt die Reihenschaltung der Fahrmotoren 1 und 2, wobei die
Widerstandshälften r1 und r2 zueinander parallel geschaltet sind, Abb. 2 den Übergang
von der Reihen- auf die Parallelschaltung der Fahrmotoren in Brückenschaltung und
Abb.3 die Parallelschaltung der Fahrmotoren. Nach Abb.4 werden beim Bremsen zwei
getrennte Bremsstromkreise gebildet, bei denen nach Abb.5 die Anker und die Feldwicklungen
der Fahrmotoren in an sich bekannter Weise auch gekreuzt werden können. Nach den
Abb. 4 und 5 kann ein Ausgleichswiderstand r3 an die Feldwicklungen der Fahrmotoren
gelegt und nach Bedarf kann in an sich bekannter Weise eine nicht näher bezeichnete
Vorerregungsbatterie an die Mittelanzapfung des Ausgleichswiderstandes r3 angeschlossen
werden.
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In den Abb. 6 bis 8 sind die Reihenschaltung, der Übergang von der
Reihen- auf die Parallelschaltung der Fahrmotorgruppen in Brückenschaltung und die
Parallelschaltung von zwei Fahrmotorgruppen dargestellt, wobei jede Fahrmotorgruppe
aus zwei Vollspannungs-Fahrmotoren 1 und 3 bzw. 2 und
4 besteht.
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Nach Abb.9 werden für die beiden Fahrmotorgruppen zwei getrennte Bremsstromkreise
gebildet, die mit Hilfe des Ausgleichswiderstandes r3 auch galvanisch miteinander
gekoppelt und gemeinsam aus einer nicht näher bezeichneten Batterie vorerregt werden
können.