DE1438757B2 - Anorndung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung für elektrische Triebfahrzeuge - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung sem proportionalen Meßstrom in bekannter Weise zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerks- durch einen Sollwerteinsteller einstellbar,
steuerung für elektrische Triebfahrzeuge, bei welcher Um bei sehr kleinen Fahrmotorströmen eine hohe

das Schaltwerk mit der Drehzahldifferenz von zwei Verstellgeschwindigkeit des Schaltwerkes zu erzielen, als Nebenschlußmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren, 5 ist es zweckmäßig, eine Meßeinrichtung zur Erfassung die je über ein selbstsperrendes Schneckengetriebe der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausauf ein Differentialgetriebe arbeiten, von dem Pia- gangen der Erregerfeldwicklungen und eine von dienetenrad dieses Differentialgetriebes angetrieben und ser beeinflußte Steuereinrichtung zur Abschaltung der die Drehzahldifferenz der Hilfsmotoren durch eine Motoranker von der Speisespannung in der Weise unterschiedliche Erregung der Erregerfeldwicklungen io vorzusehen, daß je nach Richtung der Spannungshervorgerufen wird, indem mit jeder der beiden Er- differenz der eine oder andere Hilfsmotor bei einem regerfeldwicklungen ein Feldvorwiderstand in Reihe bestimmten Wert der Spannungsdifferenz stillgesetzt geschaltet ist, von denen entweder der eine oder der wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfinandere entsprechend der beabsichtigten Drehung des dung wird in an sich bekannter Weise für den raschen Schaltwerkes nach »Fahren« oder »Bremsen« über- 15 Einsatz der selbsterregten Widerstandsbremse eine brückt wird (deutsche Patentschriften 91 613 und der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit angepaßte 554 469; USA.-Patentschrift 2 763 823). Bremsstufe angesteuert. Hierfür ist es bekannt, daß

Bei anderen Schaltwerkssteuerungen, bei denen das an einen mit einer Fahrzeugachse gekuppelten Tacho-Schaltwerk von einem einzigen Hilfsmotor angetrie- generator die Reihenschaltung eines durch das Schaltben wird, ist es bekannt, den Hilfsmotor mit der 20 werk veränderbaren Widerstandes und eines Relais Spannungsdifferenz aus dem Spannungsabfall an der zur Stillsetzung des rasch laufenden Schaltwerkantrie-Feldwicklung eines Fahrmotors bzw. an einem im bes angeschlossen ist (deutsche Patentschrift 768135). Fahrmotorstromkreis liegenden Dämpfungswiderstand Im vorliegenden Fall ist durch das Relais eine zuvor und einer Batteriespannung zu betreiben (deutsche erfolgte Stillsetzung des Motorankers desjenigen Hilfs-Auslegeschriften 1 042 632 und 1 099 574). Bei einer 25 motors, der durch seinen Stillstand eine schnelle derartigen Steuerung erfolgt die Durchschaltung der Drehung des Schaltwerkes nach »Bremsen« bewirkt, verschiedenen Schaltwerkstufen selbsttätig stromüber- aufhebbar, und dieser wieder an die Speisespannung wacht. Diese bekannte Anordnung ist aber mit Nach- anlegbar.

teilen behaftet. Der Spannungsabfall an der Feld- Die Schaltwerkssteuerung entsprechend der Erfin-

wicklung ist stark temperaturabhängig und unterliegt 30 dung schaltet im Regelgang mit einer vom Fahr- bzw. Änderungen bis zu 30%, je nachdem, ob der Fahr- Bremsstrom abhängigen Drehgeschwindigkeit das motor kalt oder warm ist. Wenn man einen im Fahr- Schaltwerk. Das geschieht dadurch, daß der Fahrmotorstromkreis liegenden Widerstand zur Erzeugung bzw. Bremsstrom über einen diesem proportionalen des Spannungsabfalles benutzt, so tritt in diesem eine Meßstrom und dem Felderregerstrom eines Hilfserhebliche Verlustleistung auf. Zudem muß zum Still- 35 motors gemeinsamen Verbundwiderstand unmittelbar setzen des Schaltwerkes die Spannungsdifferenz auch die Felderregung des einen bzw. anderen der beiden null Volt betragen, so daß der Hilfsmotor aus dem Hilfsmotoren beeinflußt. Sinkt der Fahr- bzw. Brems-Stillstand mit einer geringen Spannung hochlaufen strom unter einen bestimmten Wert oder wird von muß, wobei er ein nur geringes Drehmoment ent- »Fahren« oder »Bremsen« zur Nullstellung geschalwickelt, das nicht ausreicht, um das Losbrechmoment 40 tet, so wird die Schaltwerkssteuerung selbsttätig auf des Schaltwerkes zu überwinden. den Schnellgang umgeschaltet, so daß die Dreh-

Bei der eingangs genannten Schaltwerkssteuerung geschwindigkeit des Schaltwerks wesentlich erhöht werden die Fahr- und Bremsstufen durch den Fahrer wird. Wie gesagt, geschieht dies dadurch, daß jeweils von Hand vorgegeben, so daß diesem auch die Auf- der eine oder andere Hilfsmotor entsprechend der gäbe der Zug- und Bremskraftregelung zukommt, 45 Drehrichtung des Schaltwerks stillgesetzt wird, d. h., was besonders bei Nahverkehrsfahrzeugen infolge daß nunmehr die Geschwindigkeit am Planetenrad des ständig weiter zunehmenden Straßenverkehrs den des Differentialgetriebes der Drehzahl des antreiben-Fahrer stark belastet. den Hilfsmotors unter Berücksichtigung der Über-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor- Setzung ins Langsame entspricht. Denn die Drehzahl stehend erwähnten Nachteile zu vermeiden, und geht 50 am Planetenrad des Getriebes ist proportional der zur Lösung dieser Aufgabe von der eingangs genann- Drehzahldifferenz beider Hilfsmotoren. Wird die ten Anordnung aus, bei welcher das Schaltwerk mit Drehzahl des einen Hilfsmotors gleich Null, so erhöht der Drehzahldifferenz von zwei als Nebenschluß- sich die Drehzahl am Planetenrad ganz wesentlich,
motoren ausgebildeten Hilfsmotoren angetrieben An Hand der Zeichnung wird nachstehend ein

wird und welche in der Weise ausgestaltet werden 55 Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben, soll, daß der Fahrer nur noch Zug- und Bremskräfte Mit +24 V und 0 V sind die Klemmen einer bei

entsprechend den Verkehrserfordernissen vorwählen 0 V geerdeten Hilfsspannung und mit + 600 V bzw. muß. 0 V die Oberleitung bzw. Erdung eines Fahrleitungs-

Die Erfindung besteht bei einer Anordnung der netzes bezeichnet, mil, mil sind die Motoranker eingangs genannten Art darin, daß in Reihe mit jeder 60 und ml2, m22 die Erregerfeldwicklungen von als Erregcrfeldwicklung der beiden Hilfsmotoren je ein Nebenschlußmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren. In Verbundwiderstand geschaltet ist und daß über den- Reihe mit den Erregerfeldwicklungen m 12, m22 liejenigen Verbundwiderstand, der in dem durch Über- gen überbrückbare Feldvorwidcrstände rl, r3 und brückung des Feldvorwiderstandcs verstärkten Er- Verbundwiderstände r2, r4. Mit mI ist ein Schaltregerstromkreis liegt, ein dem Fahrmotorstrom pro- 65 werk bezeichnet, welches von dem Planctenrad eines portionalcr Meßstrom richtungsglcich mit dem Er- DilTerentialgctricbes «3 angetrieben wird. Dieses regerstrom dieses Hilfsmotors geführt ist. Zweckmäßig Schaltwerk besitzt nicht näher bezeichnete Starkist das Verhältnis von Fahrmotorstrom zu dem die- stromschaltelementc, die zur Gruppierung eines oder

mehrerer Fahrmotoren m4 und zum Schalten eines Anfahr-Bremswiderstandes r8 dienen. Da die Erfindung sich nicht auf die Fahr-Bremsschaltung der Fahrmotoren bezieht, ist die Leitungsführung in Gestalt eines Blockschaltbildes dargestellt. Für die Steuerung besitzt das Schaltwerk sieben Steuerscheiben zur Betätigung von Steuerkontakten ftl bis ft7.

In Reihe mit den Steuerkontakten ftl, b2, b5, b6 liegen Steuerkontakte b21, ft 22, ft 25, bid, welche von einem Steuerschalter u 2 betätigt werden. Dieser Steuerschalter ist mit einem Sollwertgleicheinsteller r5 gekoppelt, der aus einem veränderbaren Widerstand besteht. Der Einfachheit wegen wurde diese Darstellung gewählt. Es ist aber auch möglich, hierfür zwei getrennte Geräte zu verwenden. Mit /1 ist ein Meßglied bezeichnet, welches einen dem Fahrmotorstrom proportionalen Meßstrom nachbildet. Von diesem Meßglied /1 führt eine Leitung über den Sollwerteinsteller rS zu dem Verbindungspunkt der beiden vom Schaltwerk u 1 betätigten Steuerkontakte ft3, ft4.

Wird der Steuerschalter u 2 aus der Nullstellung in Richtung »Fahren« gedreht, so wird zunächst der Kontakt b 26 geschlossen und Kontakt b 21 geöffnet. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, ist damit der Vorwiderstand rl des Erregerfeldes ml2 überbrückt, während der Vorwiderstand r3 des anderen Erregerfeldes m22 wirksam bleibt. Somit liegt eine Feldverstärkung im Erregerfeld ml2 vor, was zur Folge hat, daß dieser Hilfsmotor eine kleinere Drehzahl annimmt. Durch die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Hilfsmotoren wird von dem Planetenrad des Differentialgetriebes μ 3 das Schaltwerk «1 in Richtung »Fahren« gedreht. Nach einer kleinen Drehbewegung wird der Kontakt b 4 des Schaltwerkes geschlossen. Starkstromseitig wird die Fahrschaltung eingeschaltet, demzufolge die Fahrmotoren m 4 einen Strom führen, der durch das Meßglied /1 zur Erde fließt. Diesem Meßglied /1 wird ein dem Fahrmotorstrom proportionaler Meßstrom entnommen und über den Sollwertgeber r 5, Kontakt b 4 und ft 6 des Schaltwerkes «1, Kontakt & 26 des Steuerschalters μ2 und den Verbundwiderstand/-2 nach Erde geführt. Durch den Verbundwiderstand r2 fließt also zusätzlich und richtungsgleich zu dem Erregerstrom der Erregerfeldwicklung m 12 auch der Meßstrom der Fahrmotoren. Das bewirkt einen größeren Spannungsabfall an dem Verbundwiderstand r2 und somit eine Feldschwächung des Hilfsmotors mll/ml2. Der Motoranker mil erhöht seine Drehzahl, so daß sich die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Hilfsmotoren verringert und damit über das Differentialgetriebe u3 das Schaltwerk ul seine Drehgeschwindigkeit verlangsamt. Durch entsprechende Dimensionierung des Verbundwiderstandes r2 wird mit zunehmendem Meßstrom der Spannungsabfall so weit erhöht, daß in der Erregerfeldwicklung ml2 der gleiche Strom fließt wie vor der Überbrückung des Vorwiderstandes rl, d. h. wie in der Erregerfeldwicklung m22. Damit bleibt das Schaltwerk u 1 stehen. Der Fahrmotorstrom bestimmt also unmittelbar selbst die Drehgeschwindigkeit des Schaltwerkes ul bzw. dessen Stillstand bei Erreichen eines bestimmtes Stromwertes. Die Größe dieses Stromwertes läßt sich durch den Sollwerteinsteller r5 vorgeben, und zwar wird er bei Vorgabe des kleinsten Stromwertes kurzgeschlossen und mit steigender Stromvorgabe vergrößert.

Hat das Schaltwerk ul die letzte Fahrstufe erreicht, so öffnet der Kontakt b 6, und die Überbrükkung des Vorwiderstandes rl wird aufgehoben. Die Sperrzelle η 4 verhindert, daß der Meßstrom über die Feldvorwiderstände rl und r2 fließen kann. Damit wird das Erregerfeld des Hilfsmotors m Ulm 12 wieder auf den gleichen Wert wie das Feld des Hilfsmotors m 21Im 22 gebracht, so daß beide Hilfsmotoren mit der gleichen Drehzahl laufen und das Differentialgetriebe u 3 kein Abtriebsmoment mehr auf das

ίο Schaltwerk u 1 ausübt.

Wird der Steuerschalter u2 wieder in die Nullstellung geschaltet, so öffnet der Kontakt ft 26, und Koniakt b21 schließt. Über den Kontakt b21 und den auf der Fahrseite des Schaltwerkes u 1 geschlossenen Kontakt öl ist nunmehr der Feldvorwiderstand r3 der Erregerfeldwicklung m22 überbrückt, während der Feldvorwiderstand rl der anderen Erregerfeldwicklung ml2 wirksam bleibt. Wie oben beschrieben, würde jetzt der Motoranker m 21 eine kleinere Drehzahl annehmen und dadurch sich das Schaltwerk u 1 zur Nullstellung bewegen. Da hierbei aber kein Meßstrom in dem Verbundwiderstand r4 fließt, ist der Spannungsabfall an r4 nur durch den durch die Erregerfeldwicklung m22 fließenden Strom gegeben. Dieser Spannungsabfall ist so gering, daß die Spannung am Feldausgang von m 22 um mehr als die Zenerspannung einer Zenerdiode η 1 negativer ist als die Spannung am Feldausgang von ml2. Durch ein gepoltes Relais dl fließt daher ein Strom, der dieses Relais entsprechend der Stromrichtung seinen Kontakt «2 schließen läßt. Damit spricht das Zwischenrelais d 2 an, durch dessen Wechsler der Motoranker m 21 von der Speisespannung +24 V getrennt und über den Widerstandr6 bis zum Stillstand abgebremst wird. Ein nicht näher dargestelltes selbstsperrendes Schneckengetriebe verhindert, daß der andere weiterlaufende Hilfsmotor den Motoranker m 21 über das Differentialgetriebe u 3 mitnimmt. Das Planetenrad des Differentialgetriebes «3 und somit das Schaltwerk ul erreichen nunmehr eine hohe Drehgeschwindigkeit, mit der das Schaltwerk schnell zur Nullstellung zurückläuft. In der Nullstellung öffnet der Kontakt b 1, wodurch die Überbrückung des Feldvorwiderstandes r3 aufgehoben wird und die Erregerfeldwicklung m 22 wieder den gleichen Strom wie die Erregerfeldwicklung ml2 führt. Da hierbei kein Spannungsunterschied zwischen den Feldausgängen mehr besteht, fällt das gepolte Relais d 1 ab, und über das Zwischenrelais d 2 wird der Anker /7x21 wieder an die Speisespannung + 24 V gelegt. Beide Hilfsmotoren laufen nun mit der gleichen Drehzahl, so daß das Schaltwerk stehenbleibt.

Der Vorgang beim »Bremsen« spielt sich in gleicher Weise ab, wie für das »Fahren« beschrieben.

Durch Schalten des Steuerschalters u 2 nach »Bremsen« wird der Kontakt b22 geschlossen und Kontakt ft 25 geöffnet. Durch ft 22 ist der Feldvorwiderstand r3 überbrückt und damit das Erregerfeld des Hilfsmotors m21/m22 verstärkt. Der Motoranker m21 nimmt eine kleinere Drehzahl an, und auf Grund der Drehzahldifferenz der Hilfsmotoren dreht sich das Schaltwerk ul nach »Bremsen«. Der sich bildende Bremsstrom in den Fahrmotoren m4 gibt einen Meßstrom aus dem Meßglied/1 über den Sollwerteinstcllcr r5, die Kontakte ft 3 und ft 2 des Schaltwerkes u 1, den Kontakt ft 22 des Steuerschalters «2 und den Verbundwiderstand r4 nach Erde. In dem Verbundwiderstand r4 addiert sich dieser Meßstrom

zu dem Erregerstrom der Erregerfeldwicklung m 22, womit der Erregerstrom je nach Größe des Meßstromes mehr oder weniger abnimmt, d. h., die durch das Überbrücken des Feldvorwiderstandes r3 hervorgerufene Feldverstärkung des Erregerfeldes des Hilfsmotors mlllm22 wird mit zunehmendem Meßstrom und damit auch zunehmendem Bremsstrom der Fahrmotoren mehr und mehr aufgehoben. Ist der Bremsstrom der Fahrmotoren m4 so groß, daß der Meßstrom in Verbindung mit der Einstellung des Sollwertgebers r5 den gleichen Erregerstrom in der Erregerfeldwicklung m 22 erwirkt, wie er im Erregerfeld/n 12 vorhanden ist, so bleibt das Schaltwerk μ 1 stehen. Nimmt der Bremsstrom bei Verzögerung des Fahrzeuges ab, so wird verhältnisgleich der Erregerstrom in der Erregerfeldwicklung m22 größer, und das Schaltwerk ul setzt sich wieder in Bewegung. Hat das Schaltwerk die letzte Bremsstufe erreicht, so öffnet der Kontakt b 2, womit die Überbrückung des Vorwiderstandes r3 wieder aufgehoben ist und zusammen mit der Sperrzelle η 3 kein Meßstrom mehr fließen kann. Beide Hilfsmotoren laufen mit der gleichen Felderregung.

Wird nun der Steuerschalter η 2 wieder in die Nullstellung gebracht, so wird, wie oben für das Zurückschalten aus »Fahren« beschrieben, das gepolte Relais d 1 ansprechen, jedoch auf Grund der umgekehrten Polarität des die Zenerspannung einer Zenerdiode ni übersteigenden Spannungsunterschieds an den Feldausgängen von ml2 und m22 seinen Kontakt al schließen. Somit wird durch das Zwischenrelais d3 der Anker mil von der Speisespannung + 24 V getrennt und über den Widerstand r6 bis zum Stillstand abgebremst. Auch hier verhindert ein nicht näher dargestelltes selbstsperrendes Getriebe das Mitnehmen des festgebremsten Motorankers durch den anderen Hilfsmotor. Das Schaltwerk ul läuft rasch zur Nullstellung zurück, wodurch infolge des öffnens des Kontaktes b5 die Relais d 1 und c/3 abfallen und damit die beiden Hilfsmotoren wieder auf gleiche Drehzahl geschaltet sind, so daß das Schaltwerk stehenbleibt.

Mittels einer Zusatzeinrichtung, bestehend aus einem von einer Fahrzeugachse angetriebenen Tachogenerator m3, welcher über einen veränderbaren Widerstand rl auf die Spule eines Relais d4 geschaltet ist, kann in an sich bekannter Weise vorteilhaft für den raschen Einsatz der selbst erregten Widerstandsbremse eine der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit angepaßte Bremsstufe angesteuert werden. Das Einschalten und die Änderung des Widerstandes rl wird durch das Schaltwerk ul bewirkt, wobei der Widerstand rl mit fortschreitendem Durchschalten der Bremsstufen verkleinert wird. Wird nun mit dem Steuerschalter u2 aus »Fahren« über die Nullstellung gleich nach »Bremsen« geschaltet, so kommt zunächst, wie oben beschrieben, der Motoranker m 21 zum Stillstand. Das Schaltwerk bewegt sich im Schnellgang aus »Fahren« zurück, und zwar jetzt über die Nullstellung hinaus nach »Bremsen«. Auf der Bremsseite des Schaltwerkes wird durch den Kontakt bl der Tachogeneratorkreis geschlossen und mit dem Wcitcrschalten der Widerstand rl verkleinert. Der Tachogenerator m 3 gibt eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Spannung ab, die je nach Höhe das Relais dA bei einem bestimmten Ohmwert des Widcrstandcsr7 ansprechen läßt. Das Relais dA unterbricht mit seinem Öffner die Steuerleitung des Zwischenrelais dl, so daß der Anker /?z21 wieder an die Speisespannung +24 V gelegt wird. Damit ist für das Schaltwerk ul der Schnellgang unterbrechen, und dieses kann sich jetzt mit dem sich bildenden Bremsstrom der Fahrmotoren im Regelgang weiterbewegen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung für elektrische Triebfahrzeuge, bei welcher das Schaltwerk mit der Drehzahldifferenz von zwei als Nebenschlußmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren, die je über ein selbstsperrendes Schneckengetriebe auf ein Differentialgetriebe arbeiten, von dem Planetenrad dieses Differentialgetriebes angetrieben und die Drehzahldifferenz der Hilfsmotoren durch eine unterschiedliche Erregung der Erregerfeldwicklungen hervorgerufen wird, indem mit jeder der beiden Erregerfeldwicklungen ein Feldvorwiderstand in Reihe geschaltet ist, von denen entweder der eine oder der andere entsprechend der beabsichtigten Drehung des Schaltwerkes nach »Fahren« oder »Bremsen« überbrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Erregerfeldwicklung (ml2, m22) der beibeiden Hilfsmotoren je ein Verbundwiderstand (r2, r4) geschaltet ist und daß über denjenigen Verbundwiderstand (r2 oder r4), der in dem durch Überbrückung des Feldvorwiderstandes (rl oder r3) verstärkten Erregerstromkreis liegt, ein dem Fahrmotorstrom proportionaler Meßstrom richtungsgleich mit dem Erregerstrom dieses Hilfsmotors geführt ist.

2. Anordnung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Fahrmotorstrom zu dem diesem proportionalen Meßstrom durch einen Sollwerteinsteller (r5) einstellbar ist.

3. Anordnung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgängen der Erregerfeldwicklungen (m 12, m 22) und eine von dieser beeinflußte Steuereinrichtung zur Abschaltung der Motoranker von der Speisespannung in der Weise vorgesehen sind, daß je nach Richtung der Spannungsdifferenz der eine oder andere Hilfsmotor bei einem bestimmten Wert der Spannungsdifferenz stillgesetzt wird.

4. Anordnung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einen mit einer Fahrzeugachse gekuppelten Tachogenerator (m3) die Reihenschaltung eines durch das Schaltwerk (ul) veränderbaren Widerstandes (/•7) und eines Relais (i/4) angeschlossen ist und daß durch das Relais eine zuvor erfolgte Stillsetzung des Moiorankers (/«21) desjenigen Hilfsmotors, der durch seinen Stillstand eine schnelle Drehung des Schaltwerkes (ul) nach »Bremsen« bewirkt, aufhcbbar und dieser Motoranker (m21) wieder an die Speisespannung anlcgbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen