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Elektrische Heizanlage für Eisenbahnzüge. Die den Gegenstand der Erfindung
bildende elektrische Zugbeheizungsanlage für Eisenbahnfahrzeuge bedingt hohe Wirtschaftlichkeit
im Kraftverbrauch bei der Stromerzeugung, einfache Anlage und Verminderung der Grundkosten.
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Bei Anlagen auf Eisenbahnfahrzeugen werden die Stromerzeuger mit Vorteil
durch Riemen- von den Fahrzeugachsen aus angetrieben. Da nun der gesamte Stromverbrauch
bei den zahlreichen Heizkörpern nicht unbeträchtlich ist, so stellt die von den
Achsen abgenommene Kraft einen erheblichen Bestandteil der Lokomotivbelastung bei
Fahrt auf schiefer Ebene dar. Bei manchen Fahrbedingungen könnte die Maschine recht
gut genügend Kraft entwickeln, den Zug in der Ebene mit etwa 5o bis Oo km in der
Stunde zu ziehen und die verschiedenen Heizstromerzeuger zu betreiben. Fährt jedoch
der Zug eine schiefe Ebene mit etwa 25 km in der Stunde hinauf, so kann unter Umständen
die Lokomotive überlastet sein, wenn zu gleicher Zeit seine Stromerzeuger zu betreiben
sind, und wenn weiter die selbsttätigen Schalteinrichtungen der Stromerzeuger so
eingestellt sind, daß voller Heizungsstrom bei niedrigerer Geschwindigkeit geliefert
wird, dann würde ein nennenswerter Kraftverlust bei höherer Geschwindigkeit durch
Riemenschlupf eintreten. Werden selbstregelnde Dynamos, sogctiaiiute Dynamos für
konstante Spannung benutzt, so wäre zwar der Verlust durch Riemenschlupf
vermieden,
es wäre aber doch die Lokomotive noch überlastet, wenn sie den Zug eine Steigung
hinaufbefördern soll, da die Leistung dieser Stromerzeuger für alle Geschwindigkeiten
gleich wäre.
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Die eben erörterten Bedingungen gewinnen insbesondere bei Fahrzeugen
Bedeutung, die in tropischen Gegenden laufen müssen. Die Fahrzeuge erfordern dann
einen mäßigen Heizstrom, um die aus der Luft aufgenommene Nacht- und Morgenkühle
zu beseitigen. Es kann aber nicht gleichzeitig die Lokomotive auch noch die Kraft
für den Antrieb der Stromerzeuger entwickeln, wenn der Zug eine lange Steigung hinaufgezogen
werden muß. Häufig fährt der Zug von einem Küstenbahnhof ab, steigt dann bei geringer
Geschwindigkeit eine lange Steigung empor und läuft dann läcigere "Zeit wieder Mehr
oder weniger eben.
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Um die oben erläuterten Be@linguiigeii zu erfüllen, hat der Stromerzeuger
einen einstellbaren selbsttätigen Schalter, der auf den Erregerstromkreis wirkt.
Der Stromerzeuger und seine Triebmittel sind so ausgebildet, daß der höchste Wirkungsgrad
für die Stromerzeugung beim Lauf des Zuges mit üblicher Geschwindigkeit auftritt.
Der selbsttätige Schalter ist derart eingerichtet, daß er den Stromerzeuger seine
Volleistung nur dann geben läßt, wenn die Normallaufgeschwindigkeit erreicht ist.
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Durch diese Mittel wird überschüssiger Riemenschlupf vermieden, und
es ist in elektrischem Sinne der Wirkungsgrad viel höher, als wenn ein Stromerzeuger
bei der niedrigen Geschwindigkeit eingeschaltet wird. Bei der Anlage werden Batterien
nicht verwendet, so daß der übliche Stromschließ- und Üffnungsschalter für den Hauptkreis
entfällt. Es kann somit der Hauptheizkreis mit den Stromerzeugerklemmen verbunden
werden, wobei der einstellbare selbsttätige Schalter den Stromkreis der Feldwindungen
öffnet und schließt oder einen Widerstand darin verändert, wenn die Zuggeschwindigkeit
die für den selbsttätigen Schalter nial3geliliclie Geschwindigkeit unterschreitet
oder übersteigt. Es empfiehlt sich, einen Schwungkraftregier anzuwenden, dessen
Arme oder Glieder nach Stundenkilometern eingeteilt sind, so daß die Einstellung
des Reglers entsprechend den Fahrverhältnissen des Zuges zu erzielen ist. Es ist
weiter vorteilhaft, in Verbindung mit dem Regelschalter im Stromkreis der Feldwindungen
einen einstellbaren Widerstand zu verwenden. Stellt man die Bedienung dieses Widerstandes
auf eine gegebene Teilung, so kann man die Stromerzeugungsbedingungen besonderen
Dienstverhältnissen anpassen. Beispielsweise läßt bei gewöhnlichen Nebenschlußmaschinen
die Einschaltung des Widerstandes in den Feldwindungskreis die Leistungskurve allmählicher
und weniger steil bei zunehmender Zuggeschwindigkeit ansteigen. Bei entsprechender
Einstellung der Regelvorrichtung und des Widerstandes kann man die Geschwindigkeiten
vorher bestimmen, bei denen der Stromerzeuger zu arbeiten beginnt und auf Volleistung
kommt. So könnte z. B. der Regler derart eingestellt werden, daß er den Feldstromkreis
bei einer Geschwindigkeit von 24 Stundenkilometern schließt, während der Widerstand
auf eine Teilung eingestellt wird, aus der ersichtlich ist, daß die Vollleistung
bei 5o bis 6o km in der Stunde erreicht wird.
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Die Anlage kann ferner durch Anwendung eines fremderregten Stromerzeugers
vereinfacht und verbilligt werden. Beispielsweise kann eine Wechselstrommaschine
mit konstanter Erregung benutzt werden. Hierbei wird der Erregerstrom zweckmäßig
aus einer zu diesem Zwecke mitgenommenen Batterie oder aus einer zur elektrischen
Lichtanlage des Fahrzeuges gehörenden Batterie entnommen. Die Anwendung eines fremderregten
Stromerzeugers vermeidet die Benutzung einer Kippschaltereinrichtung, und die Anwendung
von Wechselstrom vermeidet die Benutzung eines Kommutators. Der Strom wird durch
einfache Schleifringe abgenommen, und es läuft die Maschine gleich gut in beiden
Richtungen. In diesem Falle würde der Regler die Erregung entsprechend der Geschwindigkeit
überwachen, und es wäre der Widerstand für die Geschwindigkeit einzustellen, bei
der Volleistung zu erreichen ist. Der Schlupf des Riemens nach Erreichung der Volleistung
verhindert ihre überschreitung.
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Um die Fahrzeuge auch bei Stillstand des Zuges in Kopf- und Durchgangsbahnhöfen
zu heizen, kann eine Stecker- oder eine ähnliche Verbindung vorgesehen sein, um
Verbindung mit einer Ortsanlage herzustellen. Mittels eines doppelpoligen Schalters
kann die Heizanlage von der Fahrzeugmaschine auf die Ortsanlage umgeschaltet werden,
wenn die Steckerverbindung hergestellt ist.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt. Abb. i ist eine Anlage mit Nebenschlußgleichstrommaschine und Schwungkraftregelschalter.
Im Stromkreis der Nebenschlußwicklungen liegt ein Rheostat.
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Die Anlage nach Abb. 2 weist eine fremdeiregte Wechselstrommaschine
auf. Im Stromkreis der Feldwicklungen liegen Widerstände, die durch einen Regler
überwacht sind.
Abb.3 zeigt eine Anlage mit Fliehkraftregelschalter
für den in Abb. a dargestellten Stromkreis.
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In Abb. r ist a ein mittels Riemens von der Fahrzeugachse aus angetriebener
Stromerzeuger mit einem geeigneten Polwechsler b. Die von der Maschine ausgehenden
Plus- und Minusleitungen sind mit c und d d bezeichnet. In der Nebenschlußwicklung
e liegt ein von Hand einstellbarer Widerstand f und ein Widerstand g, der durch
den Schaltarm h verändert wird. Auf diesen wirkt ein Schwungkraftregler j.
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Der Außenkreis umfaßt eine Anzahl elektrischer Heizkörper k, die parallel
zwischen den Plus- und Minushauptleitungen Z und m liegen.
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Die letzteren können mittels eines doppelpoligen Schalters q entweder
mit den Maschinenleitungen c und d oder mit den Leitungen n und o eines Verbindungssteckers
p verbunden werden.
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Es sei angenommen, daß der Schalter q in die dargestellte Lage urigelegt
ist und die Heizkörper k mit dem Stromerzeuger a verbindet und daß
der Zug stillsteht. Es hat dann der Schaltarm la den Nebenschlußkreis unterbrochen,
so daß beim Anfahren kein Strom erzeugt wird. Entsprechend der Einstellung der Gewichte
des Schwungkraftreglers j werden letztere bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit
den Schaltarm h umlegen und den Nebenschlußkreis e mit den dazu in Reihe liegenden
Widerständen f und q schließen. Mit steigender Geschwindigkeit bewegt der Regler
j den Arm 1z weiter und schaltet Abschnitte des Widerstandes g ab, so daß
der Nebenschlußstrom kräftiger wird, bis Höchsleistung erreicht ist. Dann gleitet,
wie bekannt, der Riemen auf der Rolle y. Der Arm f' des Widerstandes
f
kann von Hand auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt werden, damit
Vollleistung bei einer bestimmten Geschwindigkeit erreicht wird, oder er kann geöffnet
werden, um die Stromlieferung zu unterbinden. Die Gewichte des Reglers j können
auf bestimmte Teilungen auf dem Reglerarm gesetzt werden. Hierbei können die Einteilungen
angeben, bei welcher Geschwindigkeit der Regler den Nebenschluß schließt oder die
Widerstände darin abzuschalten beginnt. Die Punkte des Handregelwiderstandes f können
mit Zahlen versehen sein, die angeben, bei welcher Geschwindigkeit Volleistung erreicht
wird.
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Hält der Zug auf einem Bahnhofe, so kann der Stecker p in eine Steckdose
gesteckt werden. Dadurch können die Heizkörper k mit einem Stromerzeuger oder einer
Stromquelle auf dem Bahnhofe verbunden werden. Dann wird der Doppelpolschalter q
umgelegt, und es werden während der Haltezeit des Zuges die Heizkörper k von dem
Bahnhofsstromerzeuger oder der -Bahnhofsstromquelle gespeist. Soll der Zug abfahren,
so wird der Stecker p herausgezogen und der Schalter q in die aus Abb. r ersichtliche
Normallage gebracht. Dann versorgt der Stromerzeuger die Heizkörper, sobald die
erforderliche Geschwindigkeit erreicht worden ist. Wenn es gewünscht wird, kann
ein Hilfsstromkreis zum Erwärmen von Wasser für Waschbecken und andere Zwecke derart
angeordnet und verbunden werden, daß dieser Hilfsstromkreis eingeschaltet wird,
wenn der Schalter q auf einem Bahnhofe umgelegt wird, um von einer Bahnhofsanlage
aus die Heizkörper k zu speisen. Wenn die Heizkörper k
nur dazu bestimmt
sind, die Luftkühle zu entfernen, braucht nicht bei jedem einzelnen Heizkörper ein
Tumbler- oder sonstiger 'Schalter angebracht zu sein, da eine allgemeine Überwachung,
beispielsweise mittels des Schaltarmes f', durch den Zugbeamten völlig ausreicht;
also auch nach dieser Richtung hin tritt eine weitere Ersparnis ein. Ferner wird
genügende Überwachung und Arbeit der Anlage dadurch gesichert, daß man die Anwendung
von Einzelschaltern vermeidet und alle Heizkörper unter eine Zentralüberwachung
bringt. Wenn es gewünscht wird, kann der Schalter q mit dem Magnetausschalter verriegelt
sein, oder es stehen diese beiden Schalter unter gemeinsamer Überwachung, so daß
beim öffnen des Hauptheizstromes, während der Erzeuger arbeitet, ein hoher Widerstand
in das Feld eingeschaltet wird und das Ausbrennen der Feldspulen verhütet.
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In Abb. a ist eine Einphasenwechselstrommaschine ä mit vier Polen
und Windungen e' dargestellt. Bei dieser Anlage erhalten die Heizkörper
k Ström über Schleifringe t, zs auf der Maschine und diese arbeiten
gleich gut in beiden Laufrichtungen, ohne einen selbsttätigen Polwender zu benötigen,
wie er bei einer Gleichstrommaschine erforderlich ist. Das Fahrzeug führt eine Sammlerbatterie
v mit sich für die Erregung der Windungen e'. Der Erregerstrom kann von einer elektrischen
Lichtmaschine oder von einer besonderen, von der Achse angetriebenen Erregermaschine
abgenommen werden. Es kann eine Gleichstrommaschine mit Fremderregung benutzt werden,
so daß ein Kippschalter oder Polwender erspart wird. Der Erregerstromkreis kann
einen Reihenwiderstand w und einen Parallelwiderstand x aufweisen,
und diese können an diePunkteA,B,C eines Fliehkraftregelschalters angeschlossen
sein, wie im folgenden beschrieben wird.
Bei der dargestellten Lage,
nämlich wenn der Zug stillsteht, wird bei A kein Kontakt gebildet, so daß "die Plusklemme
der Batterie v nicht angeschlossen ist. Auch bei C besteht kein Kontakt, wohl aber
bei B. Ist nach Anfahren des Zuges eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht worden,
so wird durch Wirkung des Reglers bei A Kontakt gebildet, worauf Strom aus der Batterie
v zu den Windungen e' über den Reihenwiderstand w fließt. Jedoch liegt zu diesem
Widerstand und den Windungen e' der Widerstand x
wegen der Verbindung
zwischen _A und B
parallel. Wächst die Geschwindigkeit weiter, so wird
der Kontakt bei B geöffnet und schaltet den Parallelwiderstand x ab. Ist die Geschwindigkeit
für Volleistung erreicht. so wird der Kontakt bei C geschlossen und dadurch der
Reihenwiderstand w kurzgeschlossen und die Windungen e' voll erregt. Bei der umgekehrten
Wirkung des Schalters liegt der Parallelwiderstand x im Stromkreis, wenn der Feldstromkreis
unterbrochen ist, und beseitigt den beim Unterbrechen dieses Stromkreises erzeugten
Funken.
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Die beschriebene Wirkung kann durch einen Fliehkraftschalter erzielt
werden, wie er in Abb. 3 angegeben ist. Hierbei wird ein Arm h' durch einen Regler
in derselben Weise wie der Arm h in Abb. i bedient. Er läuft dabei über Kontakte
B, A, + und C. Steht der Zug, so kann der Arm 1i den Kontakt B berühren,
schließt aber keinen Stromkreis. Fährt der Zug an und erreicht er eine bestimmte
Geschwindigkeit, so wird der Kontaktarm 1i im Uhrzeigerdrehsinne bewegt und berührt
zuerst A und dann +, wobei immer noch Berührung mit B besteht. Sobald der Arm li
diese drei Kontakte bildet, tritt aus der Plusklemme der Batterie v Strom durch
den Reihenwiderstand w und die in Reihe liegenden Feldwindungen e' und auch durch
den parallel zu w und e' liegenden Widerstand x. Steigt die Geschwindigkeit weiter,
so wird der Arm 1ä weiter nach rechts bewegt und unterbricht den Kontakt mit B und
schaltet hierdurch den Parallelwiderstand _x aus. Weitere Geschwindigkeitssteigerung
und Rechtsbewegung des Armes h' bringt letzteren über den Kontakt C, wobei er jedoch
noch die Kontakte A und + berührt. Hierbei wird der Widerstand w kurzgeschlossen.
Die Windungen e' empfangen den höchsten Erregerstrom. Die Höchstleistung ist dann
erreicht, so daß bei weiterer Geschwindigkeitssteigerung' der Riemen gleitet und
die Leitung in der üblichen Weise begrenzt. Wie in gestrichelten Linien dargestellt,
kann in dem Kreis der Feldwindungen e' ein von Hand einstellbarer Widerstand f ähnlich
dem bei Abb. i beschriebenen vorgesehen sein.
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Wenn es gewünscht wird, kann der Stromerzeuger auch eine Zweiphasenwechselstrommaschine
mit drei Schleifringen sein; es können dann zwei Heizstromkreise vorgesehen sein,
die eine gemeinsame, mit einem der Schleifringe verbundene Klemme haben; die beiden
anderen Enden sind dann an die anderen Schleifringe gelegt.
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Die Zeichnung ist rein schematisch und die Darstellung der Teile zeigt
nicht den bei praktischer Ausbildung erforderlichen mechanischen Aufbau. Die bei
solchen Anlagen benötigten selbsttätigen Schalter haben kleine Abmessungen. Sie
dienen ja auch nur zum Schluß oder Öffnen des Feldkreises oder zum Einschalten oder
Abschalten eines hohen Widerstandes. Solche selbsttätigen Schalter können für recht
langsame Wirkung, beispielsweise durch Ausstattung mit einem Dämpfer, eingerichtet
werden, und es können starke Kohlen für die Aufnahme des Feldbogens vorgesehen sein,
so daß er schnell erlischt. Solche träge Unterbrechung des Feldstromes verhütet
das Entstehen einer hohen Induktion.