DE148256C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reglung von Elektromotoren, insbesondere solchen, welche auch zu Bremszwecken verwendet werden können und dann, durch die Bewegung des Fahrzeuges (Wagens, Aufzugskastens o. dgl.), an welchem sie angebracht sind, getrieben, als Stromerzeuger laufen und die vom Fahrzeug entwickelte Energie in Form von Strom

ίο an die Betriebsleitung abgeben. Diese Wiedergewinnung von Energie durch Motoren ist in verschiedener Weise bewerkstelligt worden, z. B. dadurch, daß man den Motoren einfache Nebenschlußwicklung oder Fremd-Stromerregung gab oder die Stromrichtung in der in Reihe geschalteten Feldwicklung der Motoren rechtzeitig umkehrte, oder die Motoren mit einer Verbundwicklung ausrüstete; die letztere Anordnung erwies sich für die Wiedergewinnung der Energie am geeignetsten, aber um hierbei die günstigsten Ergebnisse zu erzielen, war eine sehr starke Nebenschlußwicklung des Feldes erforderlich, welche die Aufopferung einiger schätzenswerten Eigenschaften der Motoren mit Reihenwicklung rücksichtlich der Beschleunigung und der hohen Nutzleistung bei geringen Belastungen mit sich bringt.

Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist der, die günstigen Eigenschaften des Reihenmotors für die Beschleunigung und den Betrieb beizubehalten, die für die Wiedergewinnung der Energie beim Bremsen wesentlichen Eigenschaften der Nebenschlußwicklung aber gleichwohl zu erreichen. Zu dem Ende wird der Motor mit einer starken, in Reihe geschalteten Feldwicklung versehen, welche kräftig genug ist, um den Motor als gewöhnlichen Reihenmotor verwenden zu können. Außerdem wird der Motor mit einer vollen Nebenschlußfeldwicklung versehen, um die größte Leistung zu erzielen, wenn er als Stromerzeuger läuft und zur Wiedergewinnung von Energie dient.

In Fällen, wo der für den Motor verfügbare Raum beschränkt ist, beispielsweise bei Straßenbahnwagen, wäre es nicht erwünscht, einen Motor mit einer vollen Nebenschlußwicklung und einer vollen Reihenwicklung unterbringen zu müssen, und es wäre auch eine wirtschaftlich nicht lohnende Ausnutzung des beschränkten Raumes, wenn man in demselben die lediglich zum kraftsammelnden Bremsen dienende Nebenschlußwicklung unterbringen wollte. Es wird deshalb die Feldwicklung des Motors nach vorliegender Erfindung derart angeordnet, daß die Windungen der Nebenschlußwicklung sowohl für die Nebenschlußwicklung als auch für die Reihenwicklung benutzt werden können, und die Schalttrommel wird mit einer geeigneten Vorrichtung ausgestattet, welche, wenn der Schalter vorwärts gedreht wird (beim Ingangsetzen und beim Betrieb des Wagens), die Nebenschlußwicklung ausschaltet und ihre Spulen zueinander parallel schaltet, so daß

sie die Reihenwicklung bilden. Wird aber die Schalttrommel zurückgedreht, z. B. beim Anhalten oder Bremsen während des Bergabfahrens, so veranlaßt die genannte Vorrichtung, daß die Nebenschlußwicklung tatsächlich wieder zur Nebenschlußwicklung wird.

Die Maschine geht somit selbsttätig in einen Motor mit Reihenwicklung über, wenn sie das Fahrzeug treibt, und in einen Motor

ίο mit Nebenschluß- oder Verbundwicklung, wenn sie bremsen und zur Wiedergewinnung von Energie dienen soll.

Man kann hierdurch eine Verringerung des Anlaßwiderstandes und eine höhere Beschleuni-R¹¹¹¹!? erzielen und eine höhere Nutzwirkung bei mittleren Betriebsgeschwindigkeiten und geringen Belastungen erreichen.

Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung der Reihenfeldwicklung zur Erzielung der erforderlichen Geschwindigkeitsänderungen. Es werden nämlich nebst den in Reihe geschalteten Windungen, welche, wie vorstehend angegeben, durch Parallelschaltung der Nebenschlußspulen erhalten werden, noch andere in Reihe geschaltete Windungen benutzt und die Einrichtung wird so getroffen, daß die gesamte Reihenwicklung in mehrere Spulen von verschiedenen Windungszahlen und Widerständen geteilt wird; durch verschiedene Verbindungen dieser Spulen in Reihen- und Parallelschaltung kann man alle Änderungen der Feldstärke erzielen, welche die gewünschten Geschwindig'keitsänderungen herbeiführen.

Um die Anzahl von Verbindungen, welche durch den Übergang der Nebenschlußwindungen aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung für deren Verwendung in der Reihenwicklung erforderlich werden, zu beschränken, werden die Nebenschlußspulen derart miteinander verbunden, daß sie entweder paarweise in Reihenparallelschaltung angeordnet werden können, um die Reihenwicklung, zu bilden, oder miteinander in Reihe geschaltet werden können, um die Nebenschluß wicklung zu bilden, indem man bloß die Enden der Reihenparallelgruppen vertauscht, statt die Enden jeder einzelnen Spule umzuschalten.

In der beiliegenden Zeichnung ist

Fig. ι eine schematische Darstellung einer Abwicklung der Trommel des Hauptreglers, der Trommel zur Änderung der Feldschaltung und der Umsteuerungstrommel nebst Schaltung.

Fig. 2 zeigt die verschiedenen, Schaltungen des Motors bei verschiedenen Stellungen des Reglers.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung, welche mit

der Trommel des Hauptreglers zusammenwirkt, um die Umschaltung der Nebenschlußspulen durch den Regler zur Änderung der Feldschaltung herbeizuführen.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung dieser Vorrichtung.

Fig. 5 bis 8 zeigen schematisch, wie die Herstellung der Verbindungen, welche beim Übergang aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung und umgekehrt erforderlich sind, vereinfacht werden kann.

In Fig. ι bezeichnet A die Hauptreglertrommel, B die Trommel des Reglers zur Änderung der Feldschaltung und C die Umsteuerungstrommel. Die zwei senkrechten Reihen schwarz ausgefüllter Quadrate b¹ b² der Walze B stellen die beweglichen Stromschlußstücke dar, welche zur Wirkung kommen, wenn die Hauptreglertrommel vorwärts bezw. zurückgedreht wird; b^s sind die damit zusammenwirkenden festen Stromschlußstücke.

Die beiden senkrechten Reihen schwarz ausgefüllter Quadrate c^l c'² der Trommel C stellen die ' Stromschlußstücke dar, welche die Bewegung des Fahrzeuges nach rück-■ wärts bezw. vorwärts veranlassen, und c³ sind die damit zusammenwirkenden festen Stronischlußstücke.

Im Regler sind neun mit 1 bis 9 bezeichnete Stellungen der Stromschlußstücke go vorgesehen, die in drei Gruppen eingeteilt sind, welche die Stellungen 1 bis 3 bezw. 4 bis 6 und 7 bis 9 umfassen. Bei dem in der Zeichnung" veranschaulichten Ausführungs- ' beispiel sind vier Motoren vorhanden, deren Anker durch die Kreise d^l d'² (P d^l dargestellt sind, während e¹ e¹ e³ e⁴ die Nebenschluß- und f die Reihenwicklung der Feldmagnete darstellen. F bezeichnet die allgemeine Anordnung der Nebenschlußspulen in Parallelschaltung zueinander, wobei sie zusammen als Reihenwicklung dienen. r und r¹ bezeichnen Widerstände und T r die zum Stromabnehmer führende Verbindung. In Fig. 2 bezeichnen 1 bis 9 die den neun Stellungen der Reglertrommel entsprechenden verschiedenen Schaltungen der Motoren, und zwar ist in jeder Stellung immer oben die Schaltung bei der Vorwärts- und Unten die Schaltung bei der Rückwärtsbe\vegung der Regler- trommel angegeben. Die oberen Teile der Schemata (Fig. 2) zeigen sonach die aufeinander folgenden Schaltungen der Motoren bei der Drehung" des Reglergriffes aus der ersten in die letzte Schaltstellung, während die unteren Teile dieser Schemata die verschiedenen aufeinander folgenden Motorschaltungen bei der entgegengesetzten Drehung des Reglergriffes darstellen. Der Übergang von der einen Reihe von Schaltungen auf die andere wird durch die Trommel B des Fcldschaltungsreglers veranlaßt, der bei jeder

Umkehrung der Beweg'ungsrichtung des Hauptreglergriffes selbsttätig bewegt wird.

Solange dieser Griff vorwärts bewegt wird, liegen die Stromschlußstücke b² an den Stromschlußstücken b^s und rufen im Verein mit den Stromschlußstücken des Hauptreglers die im oberen Teil der Schemata (Fig. 2) veranschaulichten Schaltungen hervor. Sowie aber der Griff rückwärts gedreht wird, wird die Feldumschaltungstrommel bewegt und ihre Stromschlußstücke b^l treten an die Stelle der Stromschlußstücke b'², wodurch der Uberg'ang in die in den unteren Teilen der Schemata (Fig. 2) gezeigten Schaltungen herbeigeführt wird.

Aus Fig. 2 (1 obere Schaltung) ersieht man, daß beim Angehen alle Anker in Reihe geschaltet sind, während die Spulen e¹ bis e⁴ in einer einzigen Gruppe .F parallel zueinander geschaltet sind und diese Gruppe als Ganzes mit der Reihenspule f der Feldwicklung in Hintereinanderschaltung verbunden ist. In der nächsten Stellung (2 obere Schaltung) ist die Spule f ausgeschaltet, in der dritten Stellung ist sie parallel zur Gruppe F geschaltet. In der vierten Stellung" sind zwei Gruppen von je zwei parallel geschalteten Ankern in Reihe geschaltet. Die Schaltung der Feldwicklung ist dieselbe wie in der Stellung ι. In den Stellungen 5 und 6 ist die Schaltung der Anker ebenso wie in der Stellung 4. Die Schaltung der Feldmagnetspulen dagegen ist dieselbe wie in der Stellung 2 bezw. 3.

Bei hinreichendem Anwachsen der Geschwindigkeit wird die Stellung 7 erreicht, in welcher die Anker sämtlich parallel zueinander geschaltet sind. Die Schaltung der Feldspulen in - den Stellungen 7 bis 9 ist ebenso wie in den Stellungen 1 bis 3 bezw. 4 bis 6.

Es sei nun die Stellung 9 erreicht und es soll der Wagen eine lange Strecke abwärts laufen, wobei der Motor als Stromerzeuger laufen und Energie an die Speiseleitung abgeben kann. Der Reglergriff wird dann natürlich zurückgedreht und seine erste Wirkung ist dabei die, durch Vermittlung der in Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung die Trommel B des Feldwicklungsreglers derart zu beeinflussen, daß in der Stellung 8 (untere Schaltung) die Spulen e¹ bis e^l sämtlich miteinander und mit dem Widerstand r in Reihe verbunden sind, aber einen Nebenschluß zu den Ankern und den Reihenspulen der Feldwicklung bilden. In der Stellung 7 ist der Widerstand r ausgeschaltet, in der Stellung 6 sind die Anker in Reihenparallelschaltung

. verbunden und die Widerstände r r¹ sind den im Nebenschluß liegenden Spulen der Feldwicklung vorgeschaltet. In der Stellung: 5 ist der Widerstand r¹ und in der Stellung 4 der Widerstand r ausgeschaltet. Gleiche Änderungen der Schaltung der Feldmagnetwicklung erfolgen beim Übergang aus der Stellung 3 in die Stellung 1. Wenn aber der Führer bei irgend einer Stellung den Reglergriff wieder \^rorwärts dreht, um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu erhöhen, so wird die Trommel B des Feldwicklungsreglers sofort derart bewegt, daß die Reihenschaltung hervorgebracht wird, die der jeweiligen Stellung des Reglers entspricht.

Bei der Vorrichtung zum Betrieb der Trommel des Feldwicklungsreglers bei der Umkehrung der Bewegungsrichtung des Hauptreglergriffes ist nach Fig. 3 auf der Welle B^L der Trommel B ein hufeisenförmiger Rahmen B² aufgekeilt und diese Welle trägt weiter einen besonderen Arm B³, der für gewöhnlich durch Federn -B⁰ in einer Mittellage zwischen den beiden Schenkeln B* B" des Rahmens gehalten wird. A¹ ist ein mit der Trommel A des Hauptreglers drehbar angeordnetes Rad, welches die Bewegungen des Hauptreglers mitmacht und Zähne A'² besitzt, von denen jeder je einer der Schaltstellungen des Reglers entspricht. Dreht sich dieses Rad bei der Vorwärtsbewegung der Trommel A (nach links), so drücken diese Zähne A- den Arm B^ gegen den Schenkel B¹ des Rahmens B'², wodurch dieser samt der Welle B¹ und der Trommel des Feldwicklungsreglers gedreht wird. Hierdurch gelangen die Stromschlußstücke bdieser Trommel unter die festen Stromschlußstücke b^s.

Solange der Hauptreglergriff in derselben Richtung gedreht wird, halten die sämtlichen Zähne Ĺ den Arm J3³ auf dieselbe Seite ger dreht und die Trommel B bleibt stets in derselben Lage. Wird aber der Hauptreglergriff in der entgegengesetzten Richtung gedreht, so stößt der erste Zahn A¹ gegen den Arm Β^Ά und dreht den Rahmen B'² auf die andere Seite, wodurch die zweite Reihe von Stromschlußstücken b¹ in Arbeitsstellung gelangt. Diese Stellung wird beibehalten, bis die Bewegungsrichtung des Griffes wieder umgekehrt wird u. s. f.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführung' des Rahmens B'², der in diesem Falle aus zwei auf der Welle B¹ der Trommel B des Feldwicklungsreglers sitzenden Armen B⁷ B^s besteht. Jeder dieser Arme trägt eine federnde Klinke B⁹, deren Auswärtsbewegung durch einen geeigneten Anschlag B¹⁰ begrenzt wird. Auf diese Klinken wirken die Zähne A² des Rades A¹ ähnlich wie bei der Einrichtung nach Fig. 3. Dreht sich daher das Rad A¹ in der einen Richtung, so legen die Zähne A'² den .aus den Armen B¹ B^s bestehenden Rah- ,

men in der einen Richtung um und dieser verbleibt in der einmal angenommenen Stellung, bis die Drehungsrichtung des Rades A¹ umgekehrt wird.· Schon zu Beginn dieser entgegengesetzten Bewegung wirken die Zähne. IJ auf die zweite Klinke (die derjenigen, auf welche sie vorher wirkten, gegenüberliegt) und legen somit den Rahmen B⁷ Β^Ά auf die entgegengesetzte Seite um, wodurch

ίο auch die Trommel des Feldwicklungsreglers entsprechend gedreht wird.

In Fig. 5 bis 8 bezeichnen e^l e² e^s e⁴ wie vorhin die vier Spulen der Nebenschlußwicklungen der Motoren, die in Fig. 5 in Reihenparallelschaltung verbunden sind. Wollte man diese Spule in gewöhnlicher Weise in die Reihenschaltung überführen, so müßten, wie in Fig. 6 gezeigt, 16 Verbindungen geändert werden. Um die Anzahl der zu ändernden Verbindungen zu verringern, werden die Spulen wie in Fig. 7 gezeigt angeordnet, so daß ein Verbindungsdraht e⁵ zur Verbindungsstelle der beiden mittleren Spulen und ein zweiter Verbindungsdraht e'\ der in zwei Drähten e⁷ endigt, zum Ende der beiden äußeren Spulen führt und daher beiden gemeinsam ist. Beim Übergang zur Reihenschaltung der beiden Spulen ist es daher nur nötig, die unteren Verbindungen e⁷ und die \ferbindungen e⁸ zu öffnen und die linken Enden der Spulen e⁴ mit den rechten Enden der Spulen e'² zu verbinden, wie in Fig. 8 gezeigt.

Es erzeugt daher bei der vorliegenden An-Ordnung die Änderung von bloß acht Verbindungen dieselbe Wirkung, für welche bisher eine Änderung von 16 Verbindungen notier war.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit von Elektromotoren mit Nebenschluß- und Reihenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Maschinen als Motoren laufen, gleichzeitig sowohl die Nebenschluß- als auch die Reihenwicklungen mit den Ankern hintereinander geschaltet werden, wohingegen, wenn die Maschinen zwecks Wiedergewinnung elektrischer Energie als Stromerzeuger laufen, die Feldwicklungen als Nebenschluß- oder Verbundwicklungen geschaltet werden.
2. 2. Ausführung der Motoren bei dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußwicklungen aus gesonderten Spulen (e^l e-. . . eⁱ) bestehen, welche derart zusammengeschaltet werden können, daß sie als in Reihe geschaltete Feldmagnetwicklungen benutzt werden können, wenn die Erregung durch Spulen in Reihenschaltung gewünscht wird.
3. 3. Ausführung der Motoren bei dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklungen in Spulen von verschiedenen Windungszahlen oder Widerständen oder beiden geteilt sind, die in verschiedenen Reihenparallelkombinationen die verschiedenen Feldstärken zu erzeugen vermögen, welche zur Hervorbringung der gewünschten Geschwindigkeitsänderungen nötig sind, ohne die Erregung durch im Nebenschluß geschaltete Spulen zu Hilfe nehmen zu müssen.
4. 4. Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 die Anordnung einer Schalttrommel zur Umschaltung der Feldwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trommel mit dem Hauptreglungsschalter derartig gekuppelt ist, daß bei der Drehung des letzteren in dem einen Sinne die Spulen der unterteilten Feldwicklungen beständig im Nebenschluß zu den Ankern liegen, während diese Strom erzeugen, wohingegen bei Drehung des Hauptschalters im entgegengesetzten Sinne die Feldspulen mit den Ankern dauernd hintereinander geschaltet sind, wobei letztere Strom aufnehmen.
5. 5. Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 eine Anordnung der Nebenschlußerregerspulen (e¹ e²... eⁱ), um die Umschaltung der letzteren beim Übergang von der Hintereinanderschaltung mit den Ankern, während welcher sie untereinander in Reihe parallel geschaltet sind, in die Nebenschlußschaltung zu den Ankern, während welcher sie untereinander in Reihe liegen, ohne zahlreiche Verbindungswechsel zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsdraht (e^r'J, der in zwei Drähte (e¹) ausläuft, zu den Enden der äußeren Spulen und ein zweiter Verbindungsdraht (e^b) zur Verbindungsstelle der beiden mittleren Spulen führt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.