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Schalteinrichtung für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit Leonardschaltung.
Die Erfindung bezieht sich auf Schalteinrichtungen für elektrisch betriebene Fahrzeuge,
deren Antriebsmotoren mit einem auf dem Fahrzeuge befindlichen Stromerzeuger in
Leonardschaltung verbunden sind. Die Erfindung bezweckt, bei Schalteinrichtungen
der angegebenen Art, die einen von der An-Icrrstroinstärke des Leonardstromkreises
beeinflußten Merstromschalter enthalten, diesen Überstromschalter so auszubilden,
daß er einerseits in der Anlaßperiode der Antriebsmotoren eine sehr hohe Ankerstromstärke
zuläßt, ohne auszuschalten, während er nach Eintritt der normalen Geschwindigkeit
des Fahrzeugs schon bei verhältnismäßig geringer Überlastung anspricht, und. andererseits
nach Eintritt einer Unterbrechung des Ankerstromkreises der Antriebsmotoren sich
unter Vermeidung von Stromstößen selbsttätig wieder einzuschalten vermag, ohne daß
es nötig wäre, den Fahrschalter in seine Nullstellung zu bringen.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung das Schaltungsschema einer Diesel-Elektrischen Lokomotive dargestellt,
bei dem im Ankerstromkreise der Antriebsmotoren ein gemäß der Erfindung ausgebildeter
Überstrornschalter liegt.
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Mit der Triebwelle cel der Dieselmaschine A sind mittels einer lösbaren;
Kupplu g a' die Anker B und C zweier Gleichstromerzeuger B b1 und C cl zwangläufig
verbunden. An den Anker B des einen Gleichstromerzeugers sind in Leonardschaltung
die unter sich parallel geschalteten Anker E dreier fremderregter Zugförderungsmatoren
E e'1 angeschlossen, deren Anker E durch Zahnradvorgelege mit den Triebachsen der
Lokomotive z-wangläufig verbunden sind. Der Anker C des als Nebenschlußmaschine
ausgebildeten anderen Gleichstromerzeugers C cl ist über einen Anlasser c=, der
die Verwendung der Nebenschlußmaschine als Motor ermöglicht; an Sammelschienen G
angeschlossen, an welchen eine Sammlerbatterie D liegt. Die Batterie D, die durch
einen Ausschalter d'1 von den Sammelschienen G abgeschaltet werden kann, dient einerseits
als Pufferbatterie für den Stromerzeuger C cl und stellt andererseits eine Reservestromduelle
dar, aus welcher die Nebenschlußmaschine C cl als Motor betrieben und gleichzeitig
die Erregerwicklungen b1 und e1 der Gleichstrommaschinen B b1 und' E e1 gespeist
werden können. Der Gleichstromerzeuger C cl ist so bemessen, däß er nicht nur den
zur Erregung des Stromerzeugers B bl und der drei Zugförderungsmotoren E e1 erforderlichen
Strom zu liefern, sondern auch als Motor arbeitend die Dieselinaschine A in erheblichem
Maße (z. B. beim Anfahren oder auf Steigungen) zu unterstützen vermag. Die Stärke
des Brregerstromes in der Erregerwicklung c' des Stromerzeugers C cl kann durch
einen Regelwiderstand c3 geregelt werden. Die Erregerwicklung b1 des Stromerzeugers
B b1 liegt in einer an die Sammelschienen G angeschlossenen Leitung g', die außer
der Erregerwicklung UI und einer Magnetwicklung k6, deren Zweck noch erläutert werden
wird, einen einpoligen Ausschalter I, einen doppelpoligen Umschalter
H
und einen den Fahrschalter der Lokomotive darstellenden
Regelwiderstand F enthält. Der einpolige Ausschalter J ist mit dem Bremsgestänge
der Lokomotive derart verbunden, d.aß er beim Anlegen der Bremse geöffnet wird und
umgekehrt. Von der Leitung gl ist hinter dem einpoligen Ausschalter J eine weitere
Leitung ä' abgezweigt, in deren Zuge in Hintereinanderschaltung die Erregerwicklungen
el der drei Zugförd@erungsmotoren liegen.
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Die mit der Erregerwicklung b' des Stromerzeugers B bl in Reihe geschaltete
Magnetwicklung k', ist um einen Magnetkern K' eines Überstromsehalters gewickelt,
der wie folgt einberichtet ist. Im Zuge der den Anker B des Stromerzeugers B hl
mit den parallel geschaltetenAnkernE der ZugförderungsmotorenEcl verbindenden Leitung
1V1 liegen eine um einen Magnetkern Kl gewickelte Hauptstrom-Magnetwiclclung k5
und eine durch zwei Schaltklötze k3 und k4 gebildete, durch ein Stromschlußstück
K überbrückbare Unterbrechungsstelle. Die Magnetkerne Kl und K' sind gleichachsig
zueinander angeordnet und mit dem Strorrschlußstücke K starr verbunden. An dein
freien Ende des Magnetkerns KI greift eine Zugfeder k" an, die den Schalter entgegen
der Wirkung der Magnetwicklungen k5 und k" in seiner aus der Zeichnung ersichtlichen
Schließungsstellung festzuhalten sucht. An die Enden der Magnetwicklung k11 sind
zwei Schaltklötze k, und k$ angeschlossen, die so angeordnet sind, daß sie von dem
Stromschlußstücke K in der Öffnungsstellung des Schalters leitend miteinander verbunden
werden. Die Wicklung k6 ist also in der Öffnungsstellung des Schalters kurzgeschlossen.
Um den Magnetkern KI ist noch eine weitere Magnet-,viclzlung k5 gewikkelt; diese
ist mit ihrem einen Ende an die Verbindungsstelle der Hauptstromwicklung k5 reit
dem Anker B und mit ihrem anderen Ende an den Schaltklotz k4 angeschlossen, so daß
sie bei geschlossenem Schalter durch das Stromschlußstück K kurzgeschlossen ist
und bei geöffnetem Schalter von einem Strome durchflossen wird, dessen Stärke von
dem Unterschiede der Ankerspannungen des Stromerzeugers B bl und der Zugförderungsmotoren
E el abhängt. Die Magnetwicklung k9 ist so bemessen, daß sie entgegen der
Wirkung der Zugfeder k111 den geöffneten Schalter in seiner Öffnungsstellung festzuhalten
vermag, solange zwischen den Ankern B und E ein merklicher Spannungsunterschied
besteht. Die Magnetwicklungen k5 und ks sind so bemessen, daß bei voller Erregerstromstärke
im Stromkreise der Wicklung k11 und einer einen vorgeschriebenen Wert übersteigenden
Stromstärke im Ankerstromkreise M der Schalter unter der vereinigten Wirkung der
Magnet-Wicklungen h5 und k11 entgegen der Wirkung der Feder k111 aus der Schließungsstellung
in die Öffnungsstellung gelangt.
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Bei der Betrachtung der Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung
soll zunächst angenommen werden, daß die Lokomotive und ihre Dieselmaschine A stillstehe,
daß ferner die Bremse angezogen und dementsprechend der einpolige Ausschalter f
geöffnet sei, und daß der Fahrschalter F sich in seiner Nullstellung befinde. Die
Sammlerbatterie D sei aufgeladen und der Batterieschalter dl geöffnet.
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Soll nun die Lokomotive in Betrieb gesetzt werden, so ist zunächst
die Dieselmaschine A anzulassen. Zu diesem Zwecke wird, nachdem der Ausschalter
dl geschlossen ist, der im Ankerstromkreise der N ebenschlußmaschine C cl liegende
Anlaßwiderstand c' ganz vorgeschaltet und der im Erregerstromkreise dieser Maschine
liegende Regelwiderstand c3 bis auf Null verkleinert. Die Nebenschlußmaschine C
cl erhält nun Strom aus der Batterie D und läuft bei allmählichem Ausschalten des
Anlaßwiderstandes c' als 1Iotor an. Zur weiteren Erhöhung ihrer Drehzahl wird mittels
des Regelwiderstandes c3 die Erregerstromstärke verkleinert und das von der Erregerwicklung
cl erzeugte Feld geschwächt. Die leer mitlaufende Dieselmaschine und der mit der
Triebwelle a1 gekuppelte Anker B des Leonardstromerzeugers B b' nehmen dabei allmählich
ihre normale Betriebsdrehzahl an. Sobald diese erreicht ist, wird der Dieselmaschine
Brennstoff (Treiböl) zugeführt. Die durch die Dieselmaschine A angetriebene Nebenschlußmaschine
C cl arbeitet nun als Stromerzeuger, dessen Spannung durch Einstellen des Regelwiderstandes
c3 so geregelt werden kann, daß der Stromerzeuger C cl Strom in die Batterie D liefert.
Nun wird die Bremse gelöst und dadurch der mit der Bremse zwangläufig verbundene
Schalter J geschlossen, so daß den Erregerwicklungen el der Zugförderungsmotoren
.L e1 Strom zugeführt wird. Nachdem der Umschalter H in die der gewünschten Fahrtrichtung
entsprechende Stellung gebracht ist, wird der Widerstand des Fahrschalters F allmählich
verkleinert, so daß die Erregerwicklung b' des Leonardstromerzeugers B b' eine wachsende
Stromstärke aufnimmt. Im Anker B wird dabei eine Spannung erzeugt, die im Ankerstromkreise
der Leonardschaltung eine dem Anfahrwiderstand'e entsprechende Stromstärke hervorruft.
Die Motoren E e1 laufen infolgedessen an, so daß sich die Lokomdtive in Bewegung
setzt. Nach Erreichung der beabsichtigten Fahrgeschwindigkeit läßt man den Fahrschalter
F stehen, worauf keine weitere Beschleunigung der Motoren E el eintritt und die
Stromstärke
im Ankerkreise auf ihren der Fahrgeschwindigkeit allein
entsprechenden normalen Wert sinkt.
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Durch Ein- oder Ausschalten von Widerstand im Erregerstromkreise des
Leonardstromerzeugers B b1 mittels des Fahrschalters F kann nun die Fahrgeschwindigkeit
der Lokomotive vermindert oder gesteigert werden.
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Die Stillsetzung der Zugförderungsmotoren E e1 erfolgt durch Einschalten
von Widerstand durch den Fahrschalter F. Dabei nimmt nämlich der Anker des .Stromerzeugers
B bl eine niedrigere Spannung an, als der durch die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit
bedingten elektromotorischen Gegenkraft der Anker E entspricht, so daß ein Strom
im umgekehrten Sinne den Ankerstromkreis der Leonardschaltung durchfließt. Dadurch
wird der Stromerzeuger B b1 zum Motor, der von den jetzt als Stromerzeuger wirkenden
Motoren E cl angetrieben wird. Die infolgedessen eintretende Erhöhung der Drehzahl
des Ankers C der N ebenschlußmaschine C cl bewirkt eine Spannungserhöhung bei dieser
und damit eine verstärkte Energieabgabe an die Sammlerbatterie D. Es findet also
elektrische Bremsung unter Stromrückgabe statt, ohne daß die geringste Umschaltung
von Ankern oder Erregerwicklungen vorgenommen zu werden brauchte. Man kann nun entweder
die elekirische Bremsung bis zum Stillstande der Lokomotive fortsetzen oder die
mechanische Bremse anlegen und dadurch infolge Öffnung des Ausschalters I die Erregerstromkreise
der Leonardschaltung stromlos machen, so daß der Strom im Ankerstromkreise erlischt.
In beiden Fällen läuft der Leonardstromerzetiger B b1 leer weiter, während die Nebenschlußmaschine
C cl je nach Bedarf ebenfalls leer läuft oder zur weiteren Ladung der Batterie n
benutzt werden Iaann.
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Natürlich lirann; besonders im Gefälle, auch Stromrückgewinnung stattfinden,
ohne daß die Fahrgeschwindigkeit sich bis zum Stillstande der Lokomotive vermindert.
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Die nur bei längerem Stillstande der Lokoniotiv e nötig werdende Abstellung
der Dieselmaschine _<I erfolgt durch Einstellen der Tr eibölzufuhr.
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Die Magnetwicklung k5 des Überstromschalters K bis k1° wird während
des ersten Teiles der Beschleunigungsperiode der Motoren F_ e1 vor i- einem wesentlich
stärkeren Strome als dem normalen durchflossen. Trotzdem reicht während dieser Zeit
im allgemeinen die magnetische Zugkraft des überstromschalters nicht aus, diesen
zu öffnen. Denn da der durch den Fahrschalter F beeinflußte, die Magnetwicklung
k6 des überstromschalters durchfließende und während der Beschleunigungsperiode
ständig wachsende Erregerstrom des Stromerzeugers B hl seine volle Stärke erst bei
-Eintritt der normalen Geschwindigkeit der Lokomotive erreicht, so überschreitet
die durch die beiden Magnetwicklungen 1a, und kl bestimmte gesamte Zugkraft in keinem
Augenblicke einen vorgeschriebenen Höchstwert. Tritt dagegen vor oder nach Beendigung
der Beschleunigungsperiode eine unvorhergesehene Überlastung im Ankerstromkreise
auf, so steigert sich die Zugkraft der Magnetwicklung kl schnell so weit, daß der
Überstrornschalter geöffnet wird. Die Beschleunigungsverhältnisse sind mit Rücksicht
auf die geringe Überlastbarkeit- der Dieselmaschine A so gewählt, daß die Ankerstromstärke
bald nach Beginn der Beschleunigungsperiode ständig sinkt. Der überstroinschalter
kann demnach so eingestellt werden, daß er auch nach Beendigung der Beschleunigungsperiode
schon bei einer verhältnismäßig geringen Überlastung anspricht.
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Nachdem der Ankerstromkreis durch öffnen des Überstromschalters unterbrochen
und die 17agnetwicklung k° durch das Stromschlußstück K kurzgeschlossen ist, wird
der Überstrornschalter nur durch die Magnetwicklung h' in seiner öffmingsstellung
gehalten. Infolge der Unterbrechung d'es Ankerstroml,zreises NI verringert sich
allmählich die elektromotorische Gegenkraft der laufenden Motorenanker E, während
an den Ankerklemmen des Stromerzeugers B b1 noch die der Stellung des Fahrschalters
F entsprechende Spannung fortbesteht. Wird nun der Fahrschalter F im Sinne einer
Verkleinerung des Erregerstromes soweit bewegt, daß zwischen der mit der Magnetwicklung
kl verbundenen Klemme des Ankers B und den mit dem Sohaltklotze h4 verbundenen Klemmen
der parallel geschalteten Anker E kein Potentialunterschied mehr besteht, so wird
die 1Iagnet@vicklung k9, die bisher den Überstromschalter in seiner öffnungsstellung
festhielt, stromlos, und der Schalter kehrt unter der Wirkung seiner Zugfeder k1°
in seine Schließstellung zurück, noch ehe die Motorenanker E völlig zur Ruhe gekommen
sind. Es fließt also von neuem ein Strom im Ankerkreise der Leonardschaltung, der
den völligen Stillstand der Motoren verhindert. Die Geschwindigkeit der Lokomotive
kann nunmehr durch Einstellen des Fahrschalters F nach Belieben geregelt werden.
Infolge des Umstandes, daß das Wiedereinschalten des Uberstromschalters nur bei
Spannungsgleichheit der Anker B und E vor sich geben kann, sind' unerwünschte Stromstöße
beim Wiedereinschalten ausgeschlossen. Dabei ist es ein besonderer Vorteil der erläuterten
Einrichtung, daß die Wiedereinschaltung vor
sich gehen kann, ehe
die Motoren E cl _ zum Stillstand gekommen sind, und ohne daß es nötig wäre, den
Fahrschalter F in seine Nullstellung zu bringen.
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Statt die Magnetwicklung h° des Üb@rstromschalters mit der Erregerwicklung
b1 in Reihe zu schalten und so anzuordnen, daß die Wicklung k° beim Öffnen des Überstromschalters
durch das Stromschlußstück K kurzgeschlossen wird, kann man, ohne an der Erfindung
etwas zu ändern, die Einrichtung auch so treffen, daß die Wicklung k° in Parallelschaltung
an die Klemmen des Ankers Z? des Stromerzeuhers B b1 angeschlossen ist, und daß
der die Magnetwicklung hl enthaltende Stromzweig beim Öffnen des Überstromschalters
selbsttätig unterbrochen wird. Auch bei dieser Anordnung wird der Zweck erreicht,
daß man den Fährschalter F nicht in seine Nullstellung zu bringen braucht, .ehe
der Überstrornschalter wieder einschalten kann.