DE1438757C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur fahr- und bremsstromabhängigen Schaltwerkssteuerung für elektrische Triebfahrzeuge, bei welcher das Schaltwerk mit der Drehzahldiflerenz 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 xo 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 (deutsche Patentschriften 91613 und 554 469; USA.-Patentschrift 2 763 823).

Bei anderen Schaltwerkssteuerungen, bei denen das Schaltwerk von einem einzigen Hilfsmotor angetrieben wird, ist es bekannt, den Hilfsmotor mit der Spannungsdifferenz aus dem Spannungsabfall an der Feldwicklung eines Fahrmotors bzw. an einem im Fahrmotorstromkreis liegenden Dämpfungswiderstand und einer Batteriespannung zu betreiben (deutsche Auslegeschriften 1 042 632 und 1 099 574). Bei einer as derartigen Steuerung erfolgt die Durchschaltung der verschiedenen Schaltwerkstufen selbsttätig stromüberwacht. Diese bekannte Anordnung ist aber mit Nachteilen behaftet. Der Spannungsabfall an der Feldwicklung ist stark temperaturabhängig und unterliegt Änderungen bis zu 30%, je nachdem, ob der Fahrmotor kalt oder warm ist. Wenn man einen im Fahrmotorstromkreis liegenden Widerstand zur Erzeugung des Spannungsabfalles benutzt, so tritt in diesem eine erhebliche Verlustleistung auf. Zudem muß zum Stillsetzen des Schaltwerkes die Spannungsdifferenz auch null Volt betragen, so daß der Hilfsmotor aus dem Stillstand mit einer geringen Spannung hochlaufen muß, wobei er ein nur geringes Drehmoment entwickelt, das nicht ausreicht, um das Losbrechmoment des Schaltwerkes zu überwinden.

Bei der eingangs genannten Schaltwerkssteuerung werden die Fahr- und Bremsstufen durch den Fahrer von Hand vorgegeben, so daß diesem auch die Aufgabe der Zug- und Bremskraftregelung zukommt, was besonders bei Nahverkehrsfahrzeugen infolge des ständig weiter zunehmenden Straßenverkehrs den Fahrer stark belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erwähnten Nachteile zu vermeiden, und geht zur Lösung dieser Aufgabe von der eingangs genannten Anordnung aus, bei welcher das Schaltwerk mit der Drehzahldifferenz von zwei als Nebenschlußmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren angetrieben wird und welche in der Weise ausgestaltet werden soll, daß der Fahrer nur noch Zug- und Bremskräfte entsprechend den Verkehrserfordernissen vorwählen muß.

Die Erfindung besteht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art darin, daß in Reihe mit jeder Erregerfeldwicklung der beiden Hilfsmotoren je ein Verbundwiderstand geschaltet ist und daß über denjenigen Verbundwiderstand, der in dem durch Überbrückung ues Fe'dvorwiderstandes verstärkten Erregerstromkreis liegt, ein dem Fahrmotorstrom proportionaler Meßstrom richtun^sgleich mit dem F.rregersirom dieses Hilfsmotors geführt ist. Zweckmäßig ist das Verhältnis w.r Fahrmotorstrom zu dem diesem proportionalen Meßstrom in bekannter Weise durch einen Sollwerteinsteller einstellbar.

Um bei sehr kleinen Fahrmotorströmen eine hohe Verstellgeschwindigkeit des Schaltwerkes zu erzielen, ist es zweckmäßig, eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgängen der Erregerfeldwicklungen und eine von dieser beeinflußte Steuereinrichtung zur Abschaltung der Motoranker von der Speisespannung in der Weise vorzusehen, daß je nach Richtung der Spannungsdifferenz der eine oder andere Hilfsmotor bei einem bestimmten Wert der Spannungsdifferenz stillgesetzt wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in an sich bekannter Weise für den raschen Einsatz der selbsterregten Widerstandsbremse eine der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit angepaßte Bremsstufe angesteuert. Hierfür ist es bekannt, daß an einen mit einer Fahrzeugachse gekuppelten Tachogenerator die Reihenschaltung eines durch das Schaltwerk veränderbaren Widerstandes und eines Relais zur Stillsetzung des rasch laufenden Schaltwerkantriebes angeschlossen ist (deutsche Patentschrift 768135). ..-, Im vorliegenden Fall ist durch das Relais eine zuvor < erfolgte Stillsetzung des Motorankers desjenigen Hilfsmotors, der durch seinen Stillstand eine schnelle Drehung des Schaltwerkes nach »Bremsen« bewirkt, aufhebbar, und dieser wieder an die Speisespannung anlegbar.

Die Schaltwerkssteuerung entsprechend der Erfindung schaltet im Regelgang mit einer vom Fahr- bzw. Bremsstrom abhängigen Drehgeschwindigkeit das Schaltwerk. Das geschieht dadurch, daß der Fahrbzw. Bremsstrom über einen diesem proportionalen Meßstrom und dem Felderregerstrom eines Hilfsmotors gemeinsamen Verbundwiderstand unmittelbar die Felderregung des einen bzw. anderen der beiden Hilfsmotoren beeinflußt. Sinkt der Fahr- bzw. Bremsstrom unter einen bestimmten Wert oder wird von »Fahren« oder »Bremsen« zur Nullstellung geschaltet, so wird die Schaltwerkssteuerung selbsttätig auf den Schnellgang umgeschaltet, so daß die Drehgeschwindigkeit des Schaltwerks wesentlich erhöht wird. Wie gesagt, geschieht dies dadurch, daß jeweils der eine oder andere Hilfsmotor entsprechend der (^ Drehrichtung des Schaltwerks stillgesetzt wird, d. h., daß nunmehr die Geschwindigkeit am Planetenrad des Differentialgetriebes der Drehzahl des antreibenden Hilfsmotors unter Berücksichtigung der Übersetzung ins Langsame entspricht. Denn die Drehzahl am Planetenrad des Getriebes ist proportional der Drehzahldifferenz beider Hilfsmotoren. Wird die Drehzahl des einen Hilfsmotors gleich Null, so erhöht sich die Drehzahl am Planetenrad ganz wesentlich.

An Hand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

Mit +24V und OV sind die Klemmen einer bei OV geerdeten Hilfsspannung und mit +600 V bzw. 0 V die Oberleitung bzw. Erdung eines Fahrleitungsnetzes bezeichnet, mil, m2t sind die Motoranker und m\2, m22 die Erregerfeldwicklungen von als Nebenschlußmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren. In Reihe mit den Erregerfeldw'jklungenml2, m?2 iiegen überbrückbare Feldvorwiderstände rl, r"6 und Verbundwiderstände r2, r4. Mit u I ist ein Schaltwerk bezeichnet, welches von dem Planötenrad eines Differentialgetriebes ü3 angetrieben wird. Dieses Schaltwerk besitzt nich: Mühsr bezeichnete Starksiromsthaltelementft. d'i ~'\\? Οπ'.ορί-2Πϋΐ·ζ 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 61 bis 67.

. In Reihe mit den Steuerkontakten öl, 62, 65, ft 6 liegen Steuerkontakte ft 21, ft 22, ft 25, ft 26, welche von einem Steuerschalter μ 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 ul betätigten Steuerkontakte ao 63,64.

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 d^mit 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 κ 3 das Schaltwerk ul in Richtung »Fahren« gedreht. Nach einer kleinen Drehbewegung wird der Kontakt ft 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 S, Kontakt 6 4 und 66 des Schaltwerkes ul, Kontakt 6 26 des Steuerschalters «2 und den Verbundwiderstand r 2 nach Erde geführt. Durch den Verbundwiderstand r 2 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 ml l/m 12. Der Motoranker mil erhöht seine Drehzahl, so daß sich die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Hilfsmotoren verringert und damit über das Differentialgetriebe μ 3 das Schaltwerk «1 seine Drehgeschwindigkeit verlangsamt. Durch entsprechende Dimensionierung des Verbundwiderstandes r2 wird mit zunehmendem Meßstrom der Spannungsabfall so weit erhöht, daß in der Erregerfeldwicklung m 12 der gleiche Strom fließt wie vor der Überbrückung des Vorwiderstandes rl, d. h. wie in der Erregerfeldwicklung m22. Damit hleibt 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 SoIlwjrtcinstoü.T r5 vorgeben, und zwar wird er bei Vergabe cus kleinsten Stromwertes kurzgeschlossen i:s:d Mi-, steigender Stromvorgabe vergrößert.

• "Γ-it :U>" Schaltwerk w 1 die letzte Fahrstufe erreicht, so öffnet der Kontakt 6 6, und die Überbrükkung des Vorwiderstandes rl wird aufgehoben. Die Sperrzelle /i4 verhindert, daß der Meßstrom über die Feldvorwiderstände rl und r2 fließen kann. Damit wird das Erregerfeld des Hilfsmotors m Ulm 12 wier der auf den gleichen Wert wie das Feld des Hilfsmotors m2llm22 gebracht, so daß beide Hilfsmotoren mit der gleichen Drehzahl laufen und das Differentialgetriebe μ 3 kein Abtriebsmoment mehr auf das Schaltwerk u 1 ausübt.

Wird der Steuerschalter «2 wieder in die Nullstellung geschaltet, so öffnet der Kontakt 626, und Kontakt 621 schließt. Über den Kontakt 621 und den auf der Fahrseite des Schaltwerkes u 1 geschlossenen Kontakt 61 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 nl 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 α 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 m21 über das Differentialgetriebe «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 61, 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 d2 wird der Anker m-21 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«2 nach »Bremsen« wird der Kontakt 622 geschlossen und Kontakt 625 geöffnet. Durch ft 22 ist der Feldvorwiderstand r3 überbrückt und damit das Erregerfeld des Hilfsmotors m2l/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 Sollwertüinstüifor r5, die Kontakte 63 und 6 2 des Schaltwerkes»!, den Kontakt 6 22 lies Steuerschalters u 2 und ihn Verbundwiderstand r4 nach Erde. In dem Verbundwiderstand r4 addiert sich dieser Meib'ro-n

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 m 21Im 22 wird mit zunehmendem Meßstrom und damit auch zunehmendem Bremsstrom der Fahrmotoren mehr und mehr aufgehoben. Ist der Bremsstrom der Fahrmotoren /n4 so groß, daß der Meßstrom in Verbindung mit der Einstellung des Sollwertgebers rS den gleichen Erregerstrom in der Erregerfeldwicklung m22 erwirkt, wie er im Erregerfeld in 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 b2, 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 dl ansprechen, jedoch auf Grund der umgekehrten Polarität des die Zenerspannung einer Zenerdiode ti 2 übersteigenden Spannungsunterschieds an den Feldausgängen von ml2 und m22 seinen Kontakt al schließen. Somit wird durch das Zwischenrelais </3 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 65 die Relais dl und d3 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 r/1 bewirkt, wobei der Widerstand rl mit fortschreitendem Durchschalten der Bremsstufen verkleinert wird. Wird nun mit dem Steuerschalter w2 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 Tachogenerator reis geschlossen und mit dem Weiterschaltcn der Widerstand rl verkleinert. Der Tachogenerator m 3 gibt eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Spannung ab, die je nach Höhe das Relais i/4 bei einem bestimmten Ohmwert des Widerstandes rl ansprechen läßt. Das Relais t/4 unterbricht mit seinem Öffner die Steuerleitung des Zwischenrelais d 2, so daß der Anker m 21 wieder an die Speisespannung +24 V gelegt wird. Damit ist für das Schaltwerk ul der Schnellgarlg unterbrachen, 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 demjenigen Verbundwiderstand (r2 oder r4), der in dem durch Überbrückung des Feidvorwiderstandes (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 (-5) 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 (ml2, m22) 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 (rl) und eines Relais (i/4) angeschlossen ist und daß durch das Relais eine zuvor erfolgte Stillsetzung des Motorankers (m21) desjenigen Hilfsmotors, der durch seinen Stillstand eine schnelle Drehung des Schaltwerkes (ul) nach »Bremsen« bewirkt, aufhebbar und dieser Motoranker (m21) wieder an die Speisespannung anlegbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen