DE124648C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

M 124648 KLASSE 21 d.

in PARIS.

Belastung angehender Elektromotoren.

Zusatz zum Patente 111943 vom 28. Juni

Patentirt im Deutschen Reiche vom 28. August igoo ab. Längste Dauer: 27. Juni 1914.

Im Haupt-Patent ist eine Einrichtung beschrieben, welche dazu dient, den Stromverbrauch unter Last angehender Elektromotoren zu vermindern und deren Triebkraft beim Angehen zu vermehren. Sie besteht im Wesentlichen darin, dafs mit dem Treibmotor ein Hülfsmotor in Hintereinanderschaltung angeordnet wird, der zur Entwickelung einer elektromotorischen Gegenkraft dient. Diese setzt dem der Stromquelle entnommenen, dem Treibmötor zugeführten Strom einen Widerstand entgegen. Dem Treibmotor ist eine stromerzeugende Dynamo parallel geschaltet, die durch den genannten Hülfsmotor getrieben wird und einen Strom liefert, welcher den Treibmotor zugleich mit dem von der.Stromquelle zugeführten Strom durchfliefst.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Verbesserung an dieser Einrichtung, welche den Zweck hat, dieselbe auch zur Verminderung des Stromes während des Betriebes benutzen zu können, wenn die Geschwindigkeit des Treibmotors vermindert werden soll.

Die zum Antriebe von Fahrzeugen dienenden Motoren sind bekanntlich grofsen Aenderungen hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und Belastung unterworfen, welche oft in sehr kurzen Zeiträumen auf einander folgen.

Bei Strafsenbahnen und elektrischen Eisenbahnen wiederholt sich das Anhalten und Wiederanfahren der Motorwagen oder Züge an den regelmäfsigen Haltestellen durchschnittlich in Pausen von 90 Secunden. Hierzu kommen noch häufige, unregelmäfsige Fahrtunterbrechungen bezw. Verlangsamungen der Fahrt, die durch Versperrungen der Geleise veranlafst werden. Bei Anlagen dieser Art wird also die Geschwindigkeit des Fahrzeuges nahezu beständig geändert und in Wirklichkeit das Fahrzeug nur durch Anfahrperioden betrieben, welche dem Fahrzeug jedesmal eine gewisse Maximalgeschwindigkeit ertheilen, worauf der Motor ausgeschaltet wird und das Fahrzeug seinen Weg bis zur nächsten Station unter der Wirkung seiner lebendigen Kraft zurücklegt. Wenn man nicht in dieser Weise verfahren kann, beispielsweise, wenn der Weg durch Wagen versperrt ist oder die Fahrbahn eine mangelhafte ist, so mufs man die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mäfsigen.

Infolge des häufigen Anhaltens läuft also der Motor nur äufserst selten mit seiner normalen Geschwindigkeit, denn einerseits ist die Geschwindigkeit des Motors während der häufigen Anfahrperioden, andererseits auch während der zufälligen Fahrtverlangsamungen, meist erheblich geringer als die normale.

Während der Anfahrperioden beschränkt man gewöhnlich mit Hülfe von Widerständen die Stromstärke, da anderenfalls der Strom zu stark sein würde und die Motoren leicht beschädigen könnte. Auch bei den vorkommenden Fahrtverlangsamungen wird mittels der Widerstände die Leistung der Motoren vermindert, und zwar meist derart, dafs die Stromstärke meist unter der normalen . liegt. In beiden Fällen verwandelt der Widerstand die von ihm aufgenommene elektrische Energie in Wärme und veranlafst dadurch einen sehr bedeutenden Verlast.

Vorliegende Einrichtung gestattet es, diese sonst verloren gehende Energie wiederzugewinnen, was besonders, wenn der Strom einer Sammlerbatterie entnommen wird, sehr wichtig ist, da in diesem Falle die Energie sehr kostspielig ist. Diese Wiedergewinnung wird nun nach vorliegender Erfindung nicht nur, wie nach dem Haupt-Patent, während der Anfahrperioden des Motorfahrzeuges erreicht, sondern auch während der bei der Fahrt häufig vorkommenden Perioden langsamer Fahrt. In beiden Fällen wird dabei die dem Treibmotor durch den Widerstand entzogene Arbeit in nutzbare elektrische Energie umgewandelt, die zur Vermehrung der Zugkraft des Motors dient.

Dies wird dadurch erreicht, dafs in den Stromkreis der Feldwickelung der Dynamo der ' Motordynamo ein Regelungswiderstand eingeschaltet wird. Die neue Einrichtung setzt sich also im Wesentlichen wie folgt zusammen:

Der Motor der Motordynamo ist mit dem Treibmotor des Fahrzeuges in Reihenschaltung angeordnet; die von diesem Hülfsmotor angetriebene Dynamo ist im Nebenschlufs zu diesem Stromkreise eingeschaltet und liefert einen Hülfsstrom, der dem Treibmotor zugeführt wird, und in den Stromkreis der Feldwickelung dieser Dynamo ist ein Regelungswiderstand eingeschaltet, d. h. in denjenigen Stromkreis, durch dessen Wirkung der Hülfsstrom erzeugt wird.

Während der langsamen Fahrt dieser Antriebsperioden wirkt der Hülfsmotor, wie im Haupt-Patent beschrieben, unter der Wirkung des von der Stromquelle kommenden Stromes als Motor in der Weise, dafs er einen Widerstand in Form von elektromotorischer Gegenkraft in dem Stromkreise des Treibmotors schafft, welcher dazu dient, die Stromzuführung von der Stromquelle einzuschränken, und wenn man den Stromkreis der Hülfsdynamo schliefst, so liefert die letztere einen Strom, der den Anker des Treibmotors des Fahrzeuges zugleich mit dem von der Stromquelle zugeführten Strom durchfiiefst.

Für den Fall, dafs man den Gang des Motors verlangsamen will, gestattet ein Regelungswiderstand in den Stromkreis (der Feldwickelung) der Hülfsdynamo Widerstände einzuschalten und dadurch das Feld dieser Dynamo zu schwächen; je schwächer nun dieses Feld wird, um so mehr vergröfsert sich die Geschwindigkeit der vereinigten Anker des Hülfsmotors und der Hülfsdynamo. Infolge der hierdurch veranlafsten Vergröfserung der elektromotorischen Gegenkraft nimmt. der auf den Treibmotor entfallende Spannungsantheil des Haupstromkreises ab, so dafs ersterer seine Geschwindigkeit entsprechend vermindert.

In der Zeichnung stellt Fig. ι ein allgemeines Schema der neuen Einrichtung und Fig. 2 ein Schema einer nach vorliegender Erfindung ausgebildeten Stromregelungseinrichtung dar, wobei die Schaltungstrommel des Stromreglers in abgewickelter Form zur Darstellung gebracht ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist in den Stromkreis, welcher den Treibmotor A des Fahrzeuges speist, in Hintereinanderschaltung mit letzterem der Hülfsmotor B eingeschaltet, dessen Anker den mit ihm verbundenen Anker der Hülfsdynamo C bei seiner Drehung mitnimmt, wobei letzterer im Nebenschlufs zum Treibmotor geschaltet ist. In den ebenfalls im Nebenschlufs zum gesammten Hauptstromkreis angeordneten Stromkreis der Feldwickelung der Hülfsdynamo ist ein kleiner Regelungswiderstand D eingeschaltet, dessen Stromverbrauch, -gewicht und Raumbedarf unbedeutend sind. Die verschiedenen Schaltungen werden mit Hülfe eines Regelungsschalters E vorgenommen, dessen Einrichtung aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Die Schaltungstrommel trägt eine Anzahl von Stromschlufsstücken abcd, die gegenüber einer Reihe von Stromschlufsfedern efg h ij angeordnet sind, welche mit den verschiedenen Theilen der Stromregelungsvorrichtung in Verbindung stehen.

Die Feder e, an welche einer der von der Stromquelle kommenden Leiter angeschlossen ist, ist mit dem Widerstand D verbunden, von welchem entsprechende Abschnitte an Federn f angeschlossen sind, von denen die letzte mit einer der Polklemmen der Feldwickelung der Hülfsdynamo C in leitender Verbindung steht. · .

Die' Feder g, an welche der zweite von der Stromquelle kommende Leiter angeschlossen ist, ist einerseits mit dem Anker des Treibmotors A des Fahrzeuges und andererseits mit der zweiten Polklemme der Feldwickelung der Hülfsdynamo C verbunden.

Die Schleiffeder h ist mit dem Anker dieser Dynamo verbunden, während das Stromschlufsstück i mit der Feldwickelung der Hülfsdynamo B und die Schleiffeder j mit den Ankern der beiden Dynamos B und C und der Feldwickelung des Treibmotors A verbunden ist.

Die Schalttrommel E gestattet, nach Bedarf die gewünschten Schaltungen vorzunehmen.

Hierbei sind vier Hauptstellungen zu unterscheiden.

In der ersten Stellung verbindet das Stromschlufsstück α die Federn e und i und stellt dadurch die elektrische Verbindung her, durch welche die Regelungsvorrichtung eingeschaltet wird. . ■

In der zweiten Stellung kommen die Stromschlufsstücke a, c und d mit e und i bezw. g und h und den verschiedenen Federn f des Widerstandes D in Berührung. Hierdurch wird der Widerstand des Regelungsapparates ausgeschaltet. In der dritten Stellung befinden sich α und c immer noch in Berührung mit e und i bezw. g und h, aber infolge der schrägen Kante, welche das StromschlufsstUck d an seiner Rückseite hat, werden bei fortschreitender Drehung eine gröfsere Anzahl von Abschnitten des Widerstandes D in den Stromkreis der Feldwickelung der Hülfsdynamo C eingeschaltet. In der vierten Hauptstellung stellt b eine Verbindung zwischen e und j her, so dafs der Strom nur noch den Motor A durchfliefst, während die Regulireinrichtung aufser Thätigkeit ist. Diese Stellung entspricht also der gröfsten Arbeitsleistung des Motors A.

Um das Ingangsetzen des Motors und des Fahrzeuges zu veranlassen, dreht man die Schalttrommel is in der Weise, dafs die Stromschlufsstücke in die erste Stellung kommen. Der Motor A des Fahrzeuges beginnt sich hierbei wegen des grofsen Drehungsmomentes, welches er zu überwinden hat, sehr langsam zu drehen. Der Hülfsmotor der Regelungsvorrichtung dagegen, d. h. der Motor B der Motordynamo B und C, welcher vollkommen unbelastet ist, setzt sich dabei sehr schnell in Bewegung und erreicht fast im Augenblick eine Geschwindigkeit, welche hinreicht, um eine genügende elektromotorische Gegenkraft im Stromkreis des Treibmotors zu schaffen, die es verhindert, dafs ein zu starker Strom durch den Anker des Treibmotors geht, ebenso wie es der bisher zu diesem Zwecke meist angewendete Rheostat thut. Wenn der Regelungsapparat bezw. die Motordynamo B und C seine normale Geschwindigkeit überschritten hat, was sehr bald geschieht, so schliefst man den Stromkreis der Hülfsdynamo C, indem man die Schalttrommel in die zweite Stellung bringt. Diese Dynamo liefert dann sofort einen kräftigen Strom, der die Ankerwickelung des Treibmotors A zugleich mit dem unmittelbar von der Stromquelle kommenden Strom durchfliefst; die letztere hat dann dem Treibmotor nur noch den Unterschied zwischen dem gesammten vom Motor A verbrauchten und dem von der Dynamo C gelieferten Strom zuzuführen.

Infolge der Belastung der Dynamo C vermindert der Hülfsmotor B seine Geschwindigkeit, aufserdem vergröfsert sich die Geschwindigkeit des Treibmotors A, was ebenfalls eine Verlangsamung der Motordynamo C D ver'anlafst.

Diese beiden Vorgänge haben also entgegengesetzte Wirkung, so dafs in jedem Augenblick ein bestimmter Gleichgewichtszustand besteht; die Drehungsgeschwindigkeit der beiden verbundenen Anker der Motordynamo bestimmen hierbei in jedem Augenblick den Gleichgewichtszustand. Wenn dieser Gleichgewichtszustand erreicht ist, so ist die Aufgabe der Regelungseinrichtung beendigt, und man kann sie dann aus dem Stromkreis ausschalten, indem man die Schalttrommel in die vierte Hauptstellung bringt. Bei der entsprechenden Bewegung dieser Schalttrommel durchläuft sie schnell die dritte Hauptstellung, welche nur während der Verlangsamungen der Fahrt benutzt wird.

Um die Geschwindigkeit des Motors A zu verringern, bringt man den Schalter in die dritte Stellung und schaltet dadurch einen allmählich wachsenden Widerstand in den Stromkreis der Feldwickelung der Hülfsdynamo C ein.

Je mehr hierdurch das Feld der Dynamo C geschwächt wird, um so mehr vergröfsert sich die Geschwindigkeit der zur Regelung dienenden Motordynamo, und infolge dessen bleibt für den Treibmotor A ein immer geringerer Antheil der gesammten Potentialdifferenz übrig, so dafs sich die Geschwindigkeit des letzteren mehr und mehr vermindert. Schliefslich wird so ein Zustand erreicht, bei welchem sich der Treibmotor des Fahrzeuges nicht mehr dreht, während die Motordynamo mit ihrer Maximalgeschwindigkeit läuft. Es geht dann nur noch ein Strom durch die gesammte Regelungseinrichtung, welcher hinreicht, um diese Drehung zu unterhalten. Dieser Strom ist sehr schwach und man kann denselben ohne starke Funkenbildung unterbrechen.

Die beschriebene Regelungsvorrichtung gestattet, während der Anfahrperioden und der langsamen Fahrt mit der Hälfte der hierzu bisher erforderlichen elektrischen Energie auszukommen, und da diese Betriebsperioden, abgesehen von den Theilen der Fahrzeit, während welcher der Strom ganz ausgeschaltet ist, in Wirklichkeit fast die ganze Fahrzeit der Strafsenbahnen ausmachen, so ermöglicht die Anwendung dieser Regelungsvorrichtung beträchtliche Ersparnisse an elektrischer Energie.

Diese Ersparnisse sind nicht nur sehr werthvoll für den Sammlerbetrieb solcher Fahrzeuge, sondern sie sind auch für die Stromentnahme durch die Schienen und die Stromabnehmerrolle von gröfser Wichtigkeit, denn die Verminderung des erforderlichen Stromes um die Hälfte erspart die Hälfte des Spannungsabfalles in den Leitungen. Aufserdem fällt die stofsweise Zunahme der Beanspruchung der Strom-

erzeugungsmaschine beim Anfahren mehrerer mit einander verbundener Fahrzeuge, und auch in solchen Fällen fort, in welchen die Verlangsamung der Fahrt eines Fahrzeuges· langsames Fahren mehrerer, dieser in kurzen Abständen folgender Fahrzeuge nöthig macht.

Die beschriebene Einrichtung kann auch mit Vortheil bei solchen Automobilfahrzeugen angewendet werden, welche in Städten auf bestimmten Linien den Verkehr vermitteln, da dieselben noch mehr wie die Strafsenbahnen fortwährenden Aenderungen der Geschwindigkeit unterliegen.

Die beschriebene Einrichtung ersetzt nicht nur mit Vortheil die für gewöhnlich angewendeten Rheostaten, sondern ersetzt auch dadurch, dafs sie den Stromverbrauch vermindert, die Sammlerbatterien, welche man sonst in allen gröfseren Anlagen zur Regelung der Stromerzeugung nöthig hat; endlich gestattet die Einrichtung, welcher Art auch die Stromquelle sein mag, sehr beträchtliche Ersparnisse während des gröfsten Theiles des Betriebes zu erzielen, und zwar ohne dafs der Raumbedarf sich steigert.

Die Erfindung kann auch bei anderen Elektromotoren jeder Art, z. B. bei feststehenden oder zum Betrieb von Wasserfahrzeugen dienenden, mit Vortheil angewendet werden. Die Verbindung des Treibmotors und der Motordynamo kann dabei nach Mafsgabe des vorliegenden Zweckes abgeändert werden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   Einrichtung zur Vermehrung der Triebkraft und zur Verminderung des Stromverbrauchs von Elektromotoren nach Patent ι ι 1943, dadurch gekennzeichnet, dafs in den parallel zu dem den Anker des Motors der Motordynamo „und den Treibmotor enthaltenden Hauptstromkreis geschalteten Stromkreis der Feldwickelung der Dynamo der Motordynamo ein Regelungswiderstand eingeschaltet werden kann, zum Zwecke, die Stärke der Stromerzeugung durch die Hülfsdynamo und die Geschwindigkeit der Motordynamo nach Bedarf ändern zu können.

   Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die zur Einschaltung und Aenderung des Regelungswiderstandes der Feldwickelung der Hülfsdynamo dienende Schaltvorrichtung so eingerichtet ist, dafs beim Anlassen des Stromes zunächst der Motor der Motordynamo und der Treibmotor, und erst nachdem der erstere seine volle Geschwindigkeit erreicht hat, die Dynamo eingeschaltet werden, wobei durch Regelung des in die Feldwickelung der Dynamo eingeschalteten Widerstandes letztere in geeigneter Weise zur Stromerzeugung herangezogen werden kann, zum Zwecke, das vollkommen unbelastete Angehen des Motors der Motordynamo zu ermöglichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.