DE195672C

DE195672C -

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Publication number: DE195672C
Application number: DE1907195672D
Authority: DE
Priority date: 1907-05-03
Filing date: 1907-05-03
Publication date: 1908-02-22

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-te 195672 KLASSE 42 o. GRUPPE

ELEKTRIZITÄTS-GESELLSCHAFT ALIOTH in MÜNCHENSTEIN b. BASEL.

Bekanntlich bietet die Ausführung von Geschwindigkeitsmessern, die dem .Wagenführer im Bahnbetrieb auf der Plattform jederzeit die Ablesung der Fahrgeschwindigkeit ermögliehen sollen, erhebliche Schwierigkeiten. Namentlich bei elektrisch betriebenen Motorwagen sind die Raumverhältnisse um die Achsen meist äußerst beschränkte, und die Beweglichkeit der Laufachsen und Untergestelle gegenüber dem VVagenoberteil macht die Anwendung einer sicher wirkenden mechanischen Übertragung zwischen Laufachse und Meßgerät auf der Führerplattform beinahe zur Unmöglichkeit.

Man hat deshalb versucht, die Übertragung zwischen Achse und Meßgerät auf elektrischem Wege durch Anwendung eines von der Achse aus angetriebenen kleinen Stromerzeugers zu bewirken, dessen Spannung bei konstanter Erregung direkt proportional der Tourenzahl ist und der einen Spannungsmesser, welcher direkt in Tourenzahlen geeicht sein kann, beeinflußt. Der Antrieb dieses Stromerzeugers verursacht aber ebenfalls Schwierigkeiten, weil er immerhin schon so viel Raum beansprucht, wie er beispielsweise bei schmalspurigen elektrischen Motorwagen im allgemeinen nicht zur Verfugung steht.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine elektrische Einrichtung zur Messung von Geschwindigkeiten unter Benutzung von Gleichstrom, welche von der Verwendung eines von der Wagenachse angetriebenen Stromerzeugers absieht und sich dadurch kennzeichnet, daß ein mit Gleichstrom gespeister, proportional zu der zu messenden Achsgeschwindigkeit umlaufender Kommutierungsring durch seine Segmente entsprechend der Zerlegung des in Form von pulsierendem Mehrphasenstrom abgenommenen Stromes mit einer der Phasenzahl desselben gleichen Anzahl Schleifringe elektrisch leitend verbunden ist und diese an entsprechende Phasen eines Motorstromkreises gelegt sind, um die je nach' der Größe der zu messenden Geschwindigkeit mehr oder weniger rasch aufeinanderfolgenden Stromstöße im Motorstromkreis zum Antrieb eines Geschwindigkeitsmessers auszunutzen.

Bei mit Gleichstrom betriebenen Fahrzeugen, wo der Betriebsstrom zur Geschwindigkeitsmessung herangezogen werden kann, wird vorteilhaft die Fahrdrahtspannung vor dem Fahrschalter abgezweigt und in Reihenschluß mit Widerständen für den beabsichtigten Zweck benutzt.

Die hier verwendete Kommutierungsvorrichtung kann, ohne die Betriebssicherheit zu gefährden, in so kleinen Abmessungen gehalten werden, daß sie vorn an der Stirnfläche des Achsschenkels innerhalb der Achsbüchse angebracht werden kann, wodurch alle jene praktischen Schwierigkeiten, die mit dem Antrieb eines Stromerzeugers verbunden sind, wegfallen.

Die Zeichnungen erläutern die Erfindung, und zwar zeigen Fig. 1, 2, 3 und 4 die Sehe-

mata von vier verschiedenen Ausführungen, während Fig. 5 und 6 die Anordnung der Kommutierungsvorrichtung' am Achsschenkel für die Ausführung gemäß Fig. 2, und Fig. 7 und 8 die Anordnung der Kommutierungsvorrichtung für die Ausführung gemäß Fig. 4 veranschaulichen. Fig. 9 betrifft eine bei der Benutzung des Betriebsstromes zur Geschwindigkeitsmessung zweckmäßige Schaltung.

Die Anwendung und die Wirkungsweise der Kommutierungsvorrichtung im allgemeinen ergeben sich am besten aus dem Schema der Fig. 1.

Die Kommutierungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus vier Schleifringen a, b, c und d, von denen die drei ersten a, b, c einteilig ausgeführt sind, während der letzte d aus drei voneinander isolierten Segmenten gebildet ist. Jedes dieser drei Segmente des Schleifringes d ist mit einem der drei einteiligen Schleifringe a, b, c elektrisch leitend verbunden. Auf den Schleifringen a, b, c schleifen die drei Bürsten 1, 2 und 3, die durch drei Leitungen mit einem mit einem Tachometer (nicht dargestellt) gekuppelten Drehstrommotor in verbunden sind. Auf dem dreiteiligen Schleifring d schleifen zwei einander diametral gegenüberliegende Bürsten 4 und 4", welche mit oder ohne Zwischenschaltung eines Widerstandes iv an die Pole einer Gleichstromquelle, die also z. B. die Betriebsleitung/ eines mit Gleichstrom betriebenen Fahrzeuges und die Erdrückleitung e sein können, angeschlossen sind.

Wird das Schleifringsystem in Umdrehung versetzt, so wird sich durch die Wirkung des dreiteiligen Schleifringes d an den Schleifringen a, b und c abwechselnd eine Spannung E, dann eine Spannung O, dann wieder eine Spannung E usf., also eine pulsierende Spannung, einstellen, wobei aber die Spannungen der einzelnen Schleifringe a, b, c elektrisch um I2O° gegeneinander verschoben sind. Vorgenommene Versuche haben ergeben, daß diese pulsierende Spannung vollständig genügt, um einen gewöhnlichen Drehstrommotor anzutreiben, und daß hiermit ein Mittel gegeben ist, alle Geschwindigkeiten von Null bis zur höchsten auf bequeme Weise von der Laufachse auf ein auf der Führerplattform befindliches Tachometer oder einen Tachographen zu übertragen.

Statt eines durch einen asynchronen Motor j angetriebenen Tachometers könnte man natürlich, wie bekannt, auch irgendeine andere, ί auf Änderung der Periodenzahl ansprechende \ Anzeigevorrichtung benutzen.

Da die zum Betrieb eines normalen Tachometers erforderliche Leistung sehr gering ist, so ist die Schlüpfung des kleinen Motors nicht groß und kann entweder ganz vernachlässigt oder gleich bei der Eichung des Tachometers berücksichtigt werden. Die Verwendung eines Synchronmotors würde den Nachteil haben, daß bei Benutzung des Betriebsstromes als Stromquelle ein plötzliches Abspringen des Fahrdrahtstromabnehmers genügen würde, um den Motor außer Synchronismus zu bringen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die besondere Ausführung nach Fig. 1, sondern kann in mancherlei Weise ausgestaltet werden, ohne aber den Grundgedanken der Umformung von Gleichstrom in pulsierenden Mehrphasenstrom zu verlieren.

Man kann z. B. den Schleifring d sechsteilig oder, wie die Fig. 2 zeigt, neunteilig ausführen und die Segmente von einer durch 3 teilbaren Ordnungsnummer miteinander ver- binden, so daß eine Umdrehung der Achse 2 bzw. 3 Umdrehungen des zweipoligen

Drehstrommotors entspricht oder — bzw.

-— Umdrehungen eines 2K-poligen Motors. Die Bürsten 4 und 4'^! können dann, statt diametral, in einem Winkel

i8o°

zueinander

angebracht werden.

Eine andere Ausführungsform ist durch das Schema der Fig. 3 wiedergegeben, wo der Schleifring d ebenfalls neunteilig ist, in bezug auf die Periodenzahl jedoch einer zweipoligen Ausführung entspricht. Es gehören drei benachbarte Segmente zu einer Phase, und von diesen ist jeweilen das mittlere direkt mit den betreffenden Schleifringen a, b und c in Verbindung, während die beiden äußeren Segmente mit dem zugehörigen mittleren Segment unter Zwischenschaltung eines kleinen Wider-Standes ä verbunden sind. Dieser Widerstand s soll die dem Mehrphasenmotor zugeführte Spannungskurve verbessern und eine funkenlose Unterbrechung bewirken. Dabei ist entweder je ein Widerstand zwischen das mittlere und die beiden äußeren Segmente eingeschaltet, oder es sind, wie in Fig. 3, jeweils die zwei äußeren Teile miteinander kurzgeschlossen und durch einen gemeinsamen Widerstand mit dem mittleren Segment verbunden.

Wenn der Betriebsstr'om als Stromquelle für die Geschwindigkeitsmessung benutzt wird,. ist es gemäß Fig. 9 vorteilhaft, außer einem Reihenschlußwiderstand w noch einen Widerstand ν im Nebenschluß zur Kommutierungsvorrichtung anzwenden. Auf diese Weise kann man erreichen, daß ein Berühren der. Kommutierungsschleifringe auch bei schlechtem Kontakt der Bürsten oder bei voller Spannung unschädlich ist; auch ein Erdschluß der Kommutierungsvorrichtung wird

bei richtiger Wahl des Reihenschlußwiderstandes den vom Fahrdraht entnommenen Strom nicht wesentlich vergrößern.

Als Reihenschlußwiderstand empfiehlt sich die Verwendung einer jener Konstruktionen, welche bei veränderlicher Spannung die Stromstärke annähernd konstant halten. Beispielsweise sei eine Fahrdrahtspannung von 500 Volt angenommen, wovon 400 Volt in dem Reihenschlußwiderstand aufgezehrt werden. Der für die Geschwindigkeitsmessung zur Verfügung stehende Strom wird hierbei nicht mehr als ¹J₃ Ampere betragen, wobei etwa 0,25 Ampere durch die Kommutierungsvorrichtung und 0,08 Ampere durch den Nebenschlußwiderstand gehen. Der Kraftverbrauch kann also immer innerhalb kleiner Grenzen gehalten werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen für die Ausführung gemäß Fig. 2 die praktische Anordnung tier Kommutierungsvorrichtung an der Stirnfläche eines Achsschenkels h innerhalb · der Achsbüchse i. Die Schleifringe a, b, c, d sitzen gegenseitig isoliert, jedoch in der oben angegebenen Weise elektrisch verbunden, auf einem zapfenartigen Teil, der mit dem Achsschenkel h verschraubt ist und mit diesem umläuft. Dieser zapfenartige Teil befindet sich in einem trogförmig ausgebildeten Gehäusejj, das mit zwei Lagerstellen an ersterem zentriert und gegen axiale Bewegungen gegenüber dem umlaufenden Teil gesichert ist. Das Gehäuse ρ trägt oben, in einem Isolierstück q befestigt, die mit den Schleifringen in Berührung stehenden Bürsten, von denen nur jene 4, 4^a für den Schleifring d, angegeben sind, während eine untere Nase r, die zwischen zwei Vorsprünge χ des . Achsbüchsendeckels y greift, die Drehung des Gehäuses ρ verhindert.

Diese Anordnung bewirkt, daß Lagenänderungen der Laufachse gegenüber der Achsbüchse ohne Einfluß auf die Kommutierungsvorrichtung sind, indem der Kontakt der Bürsten mit den Schleifringen stets der gleiche bleibt, gleichgültig ob die Bewegungen der Laufachse radiale oder axiale sind.

Man ersieht auch aus Fig: 5, daß in gewissen Fällen die diametrale Anbringung der Bürsten, wie dies z. B. im Schema der Fig. 1 der Fall ist, innerhalb der Achsbüchse mit Schwierigkeiten verknüpft ist, weil der nötige Raum meist nur auf einer Seite, d. h. oben vorhanden ist. Diese Schwierigkeit läßt sich umgehen, wenn man nach Fig. 2 die Ausführung, statt zweipolig, vier- oder neunpolig macht, weil dann die Bürsten in einem Winkel von 90⁰ bzw. 6o° angebracht werden dürfen. Indessen ist es, um die Selbstinduktion des Motors in vernachlässigbaren Grenzen zu halten, erwünscht, eine möglichst niedrige Periodenzahl, also eine möglichst kleine Polzahl für die Kommutierungsvorrichtung zu wählen, und es empfiehlt sich daher immerhin aus Gründen elektrischer Natür die Anwendung der zweipoligen Ausführung mit diametralen Bürsten.

Um nun den Schwierigkeiten zu entgehen, die sich bei zweipoliger Ausführung aus der Unterbringung diametral angeordneter Bürsten ergeben, ist in Fig. 4 schematisch und in Fig. 7 und 8 konstruktiv eine Anordnung der Kommutierungsvorrichtung dargestellt, die trotz der Zweipoligkeit erlaubt, die beiden mit der Stromquelle verbundenen Bürsten 4 und 4^a in jedem beliebigen Winkel zueinander anzubringen. Fig. 4 und 8 zeigen beispielsweise die Bürsten 4 und 4^a unter einem Winkel von 6o° zueinander. Es wird diese vorteilhafte Anordnung der Bürsten 4, 4^a dadurch ermöglicht, daß der zu ihnen gehörende Schleifring in zwei koaxial nebeneinander angeordnete dreiteilige Einzelringe d^l, d~ zerlegt ist, wobei auf dem einen dieser Einzelringe die Bürste 4, auf dem andern die Bürste 4^a schleift. Ist 0. der Winkel, den die beiden Bürsten 4 und 4^a miteinander einschließen, so sind diejenigen Segmente der beiden Einzelringe d^l, d² leitend miteinander verbunden, die um den Winkel (180 — a)° gegeneinander verschoben sind.

Im übrigen ist die Bauart gleich wie bei der zuerst beschriebenen Ausführung.

Claims

Patent-Ansprüche :

1. Einrichtung zur Messung von Geschwindigkeiten unter Benutzung von Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Gleichstrom gespeister, proportional zu der zu messenden Achsgeschwindigkeit umlaufender Kommutierungsring (ä) durch seine Segmente entsprechend der Zerlegung des in Form von pulsierendem Mehrphasenstrom abgenommenen Stromes mit einer der Phasenzahl desselben gleichen Anzahl Schleifringen (a, b, c) elektrisch leitend verbunden ist und diese an entsprechende Phasen eines Motorstromkreises gelegt sind, um die je nach der Größe der zu messenden Geschwindigkeit mehr oder weniger rasch aufeinanderfolgenden Stromstöße im Motorstromkreis zum Antrieb eines Geschwindigkeitsmessers auszunutzen:

2. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungsring (d) dreiteilig ausgeführt und durch seine drei Segmente getrennt mit drei einteiligen Schleifringen (a, b, c) elektrisch verbunden ist, wobei die Gleichstromquelle vermittels

diametral angeordneter Bürsten (4, 4") an den dreiteiligen Schleifring (d) und ein Drehstrommotor (m) zum Antrieb eines Tourenzählers vermittels dreier Bürsten (1, 2, 3) an die drei einteiligen Schleifringe (a, b, c) angeschlossen ist.

3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dreiteilige Kommutierungsring in zwei gleichachsige, dreiteilige Einzelringe (d^l, d'²) zerlegt ist, auf deren jedem eine der Bürsten (4, 4") ruht, wobei die miteinander leitend verbundenen Segmente dieser beiden Einzelringe um den Winkel (180 — a)° gegeneinander verschoben sind, wenn α den Bürstenwinkel bedeutet, zum Zwecke, die den Gleichstrom führenden Bürsten, statt diametral, unter einem beliebigen gegenseitigen Winkel anbringen zu können.

4. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzu- und -abführungsringe (d, a, b, c) mit den darauf schleifenden Bürsten innerhalb einer Achsbüchse

(i) an der Stirnfläche eines Achsschenkels (h) angeordnet und jene Bürsten so gelagert sind, daß ihre Lage mit Bezug auf die entsprechenden Ringe durch axiale oder radiale Bewegungen der Laufradachse gegenüber der Achsbüchse nicht beeinflußt wird.

5. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Kommutierungsringes (d) bei Gleichstrombahnen die Fahrdrahtspannung benutzt und dabei diesem Ring ein Widerstand (iv), beispielsweise ein Eisenwiderstand für konstanten Strom, vorgeschaltet wird.

6. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem dem Kommutierungsring (d) vorgeschalteten Widerstand (w) ein zweiter Widerstand (v) im Nebenschluß zum Kommutierungsring (d) angeordnet ist, zum Zwecke, eine Berührung der stromführenden Kommutierungsteile auch bei schlechtem Kontakt der Bürsten gefahrlos zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.