DE194723C

DE194723C -

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Publication number: DE194723C
Application number: DENDAT194723D
Authority: DE
Publication date: 1900-01-01

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Jig 194723 -KLASSE 21 c. GRUPPE

Dr. JOHANN SAHULKA in WIEN.

26. Juni 1905 anerkannt.

.Bei dem nachfolgend beschriebenen Betriebssystem ist ebenso wie bei anderen bereits bekannten Systemen zwischen die Stromquelle und die zu betreibenden Hauptmotoren ein Hilfsmotor eingeschaltet, welcher im Moment des Anlassens der Hauptmotoren mit voller Tourenzahl läuft und dessen Spannung während des Anlassens durch Abbremsung allmählich > verringert wird. Ein derartiges System ist im D. R. P. 103235 beschrieben. Bei den bekannten Systemen wirkt der Hilfsmotor nicht auf die zu treibenden Achsen und bewirkt daher ebenso einen Energieverlust wie beim Anlassen verwendete Anlaßwiderstände.

Das Wesentliche des neuen Betriebssystemes besteht darin, daß die Bremseinrichtung, mittels welcher der Hilfsmotor während des Anlassens der Hauptmotoren gebremst wird, so beschaffen ist, daß die vom Hilfsmotor entwickelte Energie zum Antriebe der zu treibenden Achsen mitbenutzt wird, so, daß diese während der Anlaßperiode sowohl von den Hauptmotoren als auch vom Hilfsmotor angetrieben werden. Die ganze aus dem Stromzuleitungsnetze aufgenommene Energie wird in dieser Weise, mit Ausnahme der Verluste, welche die Motoren und die Bremseinrichtung" verursachen, nutzbar für den Antrieb verwendet. Als Bremse dient zum Zwecke eines ganz sanften Anlassens eine Wirbelstrombremse, welche als Kupplung zwischen dem Hilfsmotor und den zu treibenden Achsen wirkt; statt einer Wirbelstrombremse kann eventuell auch eine Friktionsbremse oder eine andere Art der Kupplung benutzt werden. Der Anlaßhilfsmotor kann am Schlüsse der Anlaßperiode ■ zum Stillstande gebracht und ganz aus dem Stromkreise ausgeschaltet werden, so daß während des normalen Laufes der Hauptmotoren diese allein die zu treibenden Achsen antreiben.

Durch die vorliegende Einrichtung ist erreicht, daß die Stromstärke während des Anlassens der Hauptmotoren geringer ist als bei Anwendung anderer Einrichtungen, weil die Hauptmotoren während der Artlaßperiode vom Hilfsmotor, der mit großem Umsetzungsverhältnis auf die Achsen arbeitet, unterstützt werden; die Hauptmotoren können daher mit einem geringen Umsetzungsverhältnisse, auf die Achsen wirken, ev. auf diese direkt aufgesetzt werden; es ist nicht notwendig, für die Hauptmotoren das System der Reihenparallelschaltung anzuwenden; vielmehr können diese in unveränderlicher Weise in Reihenschaltung verbunden bleiben, da sie mit geringer Umsetzung auf die Achsen arbeiten und daher auch schon bei halber Betriebsspannung eine hohe Tourenzahl der Achsen erreichbar ist; die Einrichtung ermöglicht im Falle der .Anwendung bei elektrischen Bahnen eine Rückgewinnung der elektrischen Energie, auch

dann, wenn die Hauptmotoren Hauptstrom-Kollektormotoren sind. Die Stromquelle kann eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle sein; in letzterem Falle bewirkt während der Anlaßperiode der Hilfsmotor infolge der in ihm hervorgerufenen gegen elektromotorischen Kraft, daß zwischen dem Strome und der Betriebsspannung nur eine geringe Phasenverschiebung auftritt.

ίο Die Einzelheiten der Einrichtung sind aus den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Die Fig. ι stellt das Wesentliche der Schaltung, die Fig. 2 die Anordnung der Motoren und Bremseinrichtung auf einem . Eisenbahnfahrzeuge im Falle der Verwendung einer Wirbelstrombremse als Kupplung dar; in der Fig. 3 ist die Kupplung durch eine Friktionsbremse gebildet; in Fig. 4 ist ein Kontroller in aufgerolltem Zustande gezeichnet. In den Figuren ' 20 haben die gleichen Buchstaben stets die gleiche Bedeutung. Die Stromzuleitungen sind mit L₁, L₂, die Hauptmotoren mit M₁, M₂, der Anlaß-Hilfsmotor mit G, sein Anlaßwiderstand mit R, die als Kupplung wirkende Bremse mit K, eine mechanische Bremse, mittels welcher der Motor G zum Stillstande gebracht werden kann, mit B, die Regulierwiderstände für die Bremsen K und B bzw. mit T₁ und r₂ bezeichnet. Als Hauptmotoren sind in den Figuren speziell zwei in Reihe geschaltete Hauptstrom - Kollektormotoren angenommen. In gleicher Weise könnte ein einziger oder eine größere Anzahl von Hauptmotoren betrieben werden; diese könnten auch Nebenschluß- oder Verbundmotoren sein. Anstatt der einfachen Reihenschaltung der Hauptmotoren könnte auch Parallelschaltung oder Reihenparallelschaltung angewendet werden. Der Hilfsmotor G niuß nicht, wie in den Figuren angenommen ist, ein Nebenschlußmotor, sondern könnte auch ein Hauptstromoder ein Verbundmotor sein, da auch ein derartiger Motor, wenn er mit der vollen Geschwindigkeit leer läuft, eine der Netzspannung nahezu gleiche gegenelektromotorische Kraft entwickelt. Die Nebenschlußwicklung W des Hilfsmotors G muß nicht unmittelbar an die Stromzuleitungen angeschlossen sein, sondern kann an eine Bürste des Motors und das Ende des Anlaßwiderstandes R, oder nach dem Anlassen des Motors G an die Bürsten desselben angeschlossen sein. Der Anlaßwiderständ R für" den Hilfsmotor braucht nur schwach bemessen zu sein, da er nur zum Anlassen des leer laufenden Motors G dient und niemals vom Strome der Hauptmotoren durchflossen ist. Im Erregerkreise des Motors G ist gemäß den Figuren kein Regulierwiderstand vorgesehen, doch könnte ein derartiger Widerstand angeordnet sein.

Gemäß der Fig. 1 ist auf der Achse des Hilfsmotors G der mit zwei Magnetpolen P₁, P₂ versehene Feldmagnet der als Kupplung dienenden Wirbelstrombremse K angeordnet. Mit dem Magneten ist, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, zum Zwecke der Verstärkung des Feldes ein eisernes Jochstück / verbunden. In dem Luftzwischenraume zwischen den Polen P₁, P₂ und dem Joche / ist eine Kupferscheibe C drehbar angeordnet, von deren Achse unter Vermittlung der Zahnräder Z₁, Z₂ die zu treibenden Achsen angetrieben werden. Das Jochstück / kann anstatt mit dem Magneten ev. mit der Kupferscheibe C verbunden sein.. Der Erregerstrom für die Kupplung K wird gemäß der Fig. 1 aus dem Stromzuleitungsnetze entnommen und mittels des Widerstandes T₁. geregelt. Auf der Welle des Hilfsmotors G ist gemäß den Fig. 1 und 2 noch eine mechanische Bremse B angeordnet, 8a welche eine beliebige, durch eine Kurbel, durch Luftdruck oder elektrisch bewegte Bremse sein kann. In den Figuren ist die Bremse als eine Solenoidbremse dargestellt; der Strom für das Solenoid .S wird aus dem Leitungsnetze entnommen und durch den Widerstand r₂ geregelt. Die Bremse B kann mit der Kupplung K in der Weise kombiniert werden, daß die Bremsbacken auf einem am Feldmagneten der Kupplung angeordneten Kranze schleifen, wie z. B. bei der in der Fig. 3 dargestellten Friktionskupplung. Gemäß den Fig. ι und 2 sind die Widerstände R, T₁, r₂ mit besonderen Schalthebeln versehen; die Änderung der Widerstände kann aber auch mittels einer gemeinsamen Kurbel bewirkt werden, wie aus dem in der Fig. 4 dargestellten Kontroller ersichtlich ist. Da die Kupplung Iv und die Bremse B nicht gleichzeitig in Verwendung kommen, kann für beide ein gemeinsamer Regulierwiderstand dienen.

Um die Hauptmotoren M₁, M₂ anzulassen, wird, gemäß Fig. 1 und 2 zunächst mittels des Schalters H unter allmählicher Verkleinerung des Widerstandes R der Hilfsmotor G unbelastet angelassen. Sobald derselbe die volle Tourenzahl erreicht hat, wird er den Hauptmotoren M₁, M₂ vorgeschaltet. Diese erhalten anfänglich nur Strom von sehr geringer Stärke und bleiben daher noch in Ruhe. Falls nun die Magnete der Wirbelstrombremse erregt werden, wird der Motor G gebremst, wodurch die Motoren M₁, M₂ einen stärkeren Strom zugeführt erhalten und sich in Gang setzen; diese treiben unter Vermittlung von Zahnrädern Z₃, Z₁ die zu treibenden Achsen an, welche gleichzeitig unter Vermittlung der Zahnräder Z₁, Z₂ vom Hilfsmotor G angetrieben werden. Durch allmähliche Verringerung des Widerstandes T₁ kann die Tourenzahl der Motoren M₁, M₂ in ganz sanfter Weise gesteigert werden; dieselbe kann durch entspre-

chende Einstellung des Widerstandes T₁ auf jedem beliebigen Zwischenwerte erhalten werden. Um den Motoren M₁, M₂ die volle Geschwindigkeit zu geben, könnte man, nachdem diese eine größere Geschwindigkeit erlangt haben, den Hilfsmotor G ganz aus dem Stromkreise ausschalten und die Motoren M₁, M₂ direkt mit den Stromleitungen verbinden. In diesem Falle wäre die mechanische Bremse B gar nicht erforderlich. Diese hat den Zweck, auch in dem letzten Teile der Anlaßperiode ein sanftes Ansteigen der Tourenzahl der Motoren Ai₁, M₂ bis zur Erreichung der maximalen Tourenzahl zu ermöglichen und dann die schließiiche Stillsetzung des Hilfsmotors schnell zu vollziehen. Zu diesem Zwecke wird der Hilfsmotor G, nachdem seine Geschwindigkeit mittels der Kupplung K bereits verringert worden war, mittels der mechanischen Bremse B allmählich zum Stillstande gebracht. Dies geschieht gemäß den Fig. 1 und 2 in der Weise, daß der Strom in dem Solenoid S all-' mählich verstärkt wird, wodurch der Eisenkern des Solenoids und die mit ihm in Verbindung stehenden Bremsbacken immer stärker angezogen werden. Wenn der Motor G zum Stillstande gebracht ist, kann er aus dem Stromkreise ganz: ausgeschaltet werden, oder man kann seinen Anker kurzschließen. Falls statt der einfachen Reihenschaltung der Motoren M₁, M₂ das System der Reihenparallelschaltung angewendet werden sollte, müßte der Hilfsmotor G, bevor zur Parallelschaltung der Motoren M₁, M₂ übergegangen wird,

³^ neuerlich angelassen und in bewegtem Zustande diesen Motoren vorgeschaltet werden, - worauf er mittels der Bremse B allmählich zum Stillstande zu bringen wäre. Die Kupplung K wäre in diesem Falle nicht mehr anzuwenden, da die Motoren M₁, M₂ bereits während der Reihenschaltung eine größere Geschwindigkeit erlangt haben.

Gemäß der Fig. 3 ist.statt einer Wirbelstrombremse eine elektrisch eingestellte Frik-

⁴^ tionskupplung angeordnet; in analoger Weise könnte auch eine mechanisch oder mittels Druckluft eingestellte Friktionskupplung angeordnet sein. Die Bremsbacken der mechanischen Bremse B schleifen gemäß der Fig. 3 auf einem am Umfange der' Friktionskupplung ■ angeordneten Kranze.

Wenn die Stromquelle Wechselstrom zuführt, wäre der für die Kupplung K und die Bremse B erforderliche Strom einem kleinen Umformer zu entnehmen, welcher Gleichstrom abgibt.

In den Fig. 2 und 3 sind die Enden der Erregerwicklung des Hilfsmotors G mit A₁₁E₁, die Zuleitungen zum Anker dieses Motors mit

A₂, E₂, die Zuleitungen zu den Hauptmotoren M₁, M₃ . mit A₃₁E₃, die Zuleitungen zur elektrisch eingestellten Kupplung K mit A_it -E₄ und die Zuleitungen' zur elektrisch eingestellten mechanischen Bremse B mit A₅, E₅ bezeichnet.

In dem Schema des in der Fig. 4 in aufgerolltem Zustande gezeichneten Kontrollers sind die Zuleitungen in gleicher Weise bezeichnet wie in den früheren Figuren. Der Schaltkurbel des Kontrollers können zwölf verschiedene Stellungen gegeben werden, welche in der Figur durch entsprechende Zahlen kenntlich gemacht sind. In der Nullstellung sind alle : Motoren und Apparate von den Stromzuleitungen abgetrennt. In der Stellung 1 ist der Hilfsmotor G erregt und dem Anker desselben der Widerstand R vorgeschaltet. Dieser wird bei Übergang in die Stellung 2 allmählich ausgeschaltet. In dieser Stellung, welche während der Ruhepausen der Motoren M₁, M₂ beibehalten werden kann, läuft der Motor G leer mit voller Tourenzahl. In der Stellung 3 sind dem Anker des Motors G die Motoren M₁, M₂ vorgesqhaltet. In der Stellung 4 beginnt bereits die Kupplung K zu wirken, da.ihr Erregerstrom über den Widerstandr! geschlossen ist. Dieser wird bei Übergang in die Stellung 5 in beliebig kleinen Stufen ausgeschaltet. Den Stellungen 4 und 5 der Schaltkurbel sowie den Zwischenstellungen zwischen diesen beiden Stellungen entsprechen bestimmte mittlere Geschwindigkeiten der Motoren M₁, M₂. Falls als Kupplung K eine Friktionskupplung angeordnet und diese durch Druckluft bewegt wäre, müßte der in der Druckluftzuleitung an- S geordnete Hahn derart mit der Schaltkurbel des Kontrollers verbunden sein, daß in dem den Stellungen 4 und 5 entsprechenden Bereiche die Kupplung wirksam ist. In der Stellung 6 ist die !elektrisch bewegte Kupplung K ausgeschaltet, aber die elektrisch bewegte Bremse B bereits eingeschaltet. Anfänglich befindet sich im Stromkreise derselben noch der Widerstand r₂, welcher beim Übergange der Schaltkurbel des Kontrollers in die Stellung 7 in beliebig kleinen Stufen ausgeschaltet wird. In der Stellung 7 ist der Hilfsmotor G bereits festgebremst. Statt des Widerstandes r₂ könnte zur Regelung des Bremsstromes auch der AViderstand T₁ dienen; man hätte nur die bei T₁ gezeichneten Kontakte mit den bei r₂ gezeichneten Kontakten zu verbinden. Falls die Bremse B eine Luftbremse wäre, würde die Schaltkurbel des Kontrollers mit dem der Luftbremse entsprechenden Bremshahne so zu verbinden sein, daß in dem Bereiche, welcher den Stellungen 6 und 7 entspricht, die Bremsung mittels der Bremse B erfolgt. In der Stellung 8 der Schaltkurbel sind die Motoren M₁, M₂ direkt mit den Stromzuleitungen verbunden, während die Kupplung K und die Bremse B abgeschaltet sind, Wollte man für

die Motoren M₁, M₂ die Reihenparallelschaltung anwenden, so müßte nach der Stellung 8 der Motor G den Motoren M₁, M₂ vorgeschaltet und dadurch angelassen werden; in einer weiteren Stellung wären die Motoren M₁₁Ai₂ parallel und zu dem leer laufenden Motor G in Serie geschaltet; in weiteren Stellungen würde mittels der Bremse B der Motor G allmählich abgebremst und zum Schlüsse aus dem Stromkreise ausgeschaltet werden; die entsprechende Kontaktanordnung am Kontroller ergibt sich unmittelbar aus der bereits beschriebenen Einrichtung. Wie bereits früher hervorgehoben, wurde, ist bei Anwendung des

iS vorliegenden Systems die dauernde Reihenschaltung der Motoren M₁, M₂ ausreichend. Wollte man mittels der Motqren M₁, M₂ eine' elektrische Kurzschlußbremse ausüben, so wäre am Kontroller die entsprechende bekannte Kontakteinrichtung anzuordnen. Die in der Fig. 4 gezeichneten Stellungen 9, 10, 11 kommen in Anwendung, wenn während der Talfahrt eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges elektrische Energie an das Stromzuleitungsnetz zurückgegeben werden soll. In dem diesen Stellungen entsprechenden Bereiche sind die Motoren M₁, M₂ vom Netze abgeschaltet. In der Stellung 9 ist der Motor G unter Vorschaltung des Widerstandes R wieder an das Netz geschaltet und die Kupplung K unter Einsthaltung des Widerstandes T₁ erregt. Der Motor G kommt sowohl infolge des aus dem Netze aufgenommenen Stromes als auch dadurch, daß er unter Vermittlung der Kupplung K mit den Achsen des Fahrzeuges gekuppelt ist, sehr rasch in Gang. Beim Uber-. gange in die Stellung 10 wird der Widerstand R stufenweise ausgeschaltet und der Widerstand r_± zum Teile ausgeschaltet. In der Stellung 10 hat der Motor G infolge der großen Umsetzung der Zahnräder Z₁, Z₂ bereits eine solche Geschwindigkeit erlangt, daß er elektrische Energie an das Netz zurückgibt. Bei Übergang in die Stellung 11 ist auch der Widerstand r_x ganz ausgeschaltet, wobei die stärkste Bremsung der Achsen des Fahrzeuges und die größte Energierückgabe an das Netz stattfindet. Die in den Stellungen 9. bis 11 gezeichneten Widerstände R₁T₁ sind dieselben wie bei den Stellungen 1, 2 und 4, 5; es sind am Kontroller nur die entsprechenden Kontakte untereinander zu verbinden. Die Stellungen 10 und 11 könnten auch in eine gemeinsame Stellung vereinigt werden; die gezeichnete Anordnung hat den Zweck, die Bremsung während der Talfahrt des Fahrzeuges bzw. die Energierückgabe an das Netz besser regeln zu können.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Anlaßvorrichtung für Gleichstrom--, und Wechselstrom-Kollektormotoren unter Benutzung eines Anlaß-Hilfsmotors, welcher dem Hauptmotor vorgeschaltet ist und während des Anlassens des Hauptmotors allmählich gebremst wird, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung von solcher Beschaffenheit, daß während der Bremsung des Hilfsmotors Energie von diesem auf die Achsen übertragen wird; welche vom Hauptmotor getrieben werden.

2. Ausführungsform der Anlaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung in einer als Kupplung zwischen dem Hilfsmotor und den anzutreibenden Achsen wirkenden Bremse besteht.

3. Ausführungsform der Anlaßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der als Kupplung wirkenden noch eine mechanische Bremse angeordnet ist, wobei während des ersten Teiles der Anlaßperiode nur die als Kupplung wirkende, während des letzten Teiles der Anlaßperiode die mechanische Bremse zur Wirkung gelangt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.