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Antriebsvorrichtung für die Räder eines Wagenzugs. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Antriebsvorrichtung für die Räder eines schienenlosen Wagenzugs mit
gesondert erregten Elektromotoren, die ihren Strom von einem auf dem Wagenzug vorgesehenen
Generator erhalten; dessen gesondert erregtes Feld veränderlich ist.
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Dieses Antriebssystem, bei welchem- jedes Fahrzeugrad einen besonderen
Motor besitzt, ist unter dem Flamen » «Tard-I.eonar d« bekannt.
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Der Zweck der Erfindung ist es nun, dieses System zu verbessern, hierbei
an Gewicht zu sparen, die Wirtschaftlichkeit der Kraftausnutzung, die Leichtigkeit
der Geschwindigkeitskontrolle zu erhöhen und Sicherheit gegen \achlässigkeiten im
Betriebe zu gewährleisten. Dies geschieht in erster Linie dadurch, daß neben jedem
gesondert erregten Motorfeld ein Serienfeld vorgesehen ist, das genügend groß ist,
um automatisch die notwendige Geschwindi-lceitsänderung zwischen innerem und äußerem
Rade beim Durchfahren einer Kurve zu erzeugen, und daß neben dein gesonderterregten
Generatorfeld ein Serienfeld vorgesehen ist, groß genug, um die selbsttätige Geschwindigkeitserhöhung
bei Talfahrt, veraulaßt durch die Serienfelder der Motoren, auf ein vorher bestimmtes
Ausmaß zu beschränken. Das Serienfeld des Generators ist bei Langsamfahrt des Wagenzuges
kurzgeschlossen. Hierbei kann die Geschwindigkeit der Motoren bei einem Drehmoment
gleich Null durch Änderung der gesondert erregten Felder geregelt werden, und die
Stärke des gesondert erregten Generatorfeldes und der Motorfelder kann gleichzeitig
in entgegengesetztem Sinne geändert werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i das Schaltungsschema des Führerwagens und.
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Abb. 2 dasjenige eines durch Motoren angetriebenen Anhängewagens.
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Bezüglich der Zeichnungen ist zu berücksichtigen, daß Leiter, die
sich kreuzen, an den Kreuzungspunkten keinen elektrischen Kontakt bilden, es sei
denn, daß dies besonders durch verstärkte Punkte angegeben ist. Ebenso ist ait solchen
Stellen, beispielsweise bei den Verbindungen mit den Schaltern, wo die Vielzahl
der Leiter die Zeichnung unklar machen würde, ein Teil der Leiter weggelassen;-
in diesen Fällen sind aber die abgebrochenen Enden der Leiter mit Bezugszeichen
und Nummern versehen, so daß alle mit gleichen-Bezugszeichen versebenen Leiter elektrisch
ununterbrochen miteinander in Verbindung stehen.
In Abb. i ist der
Erregergenerator mit B bezeichnet, der sich selbst errcrt und in an sich bekannter
Weise mit Hilfe eines Rhcostaten E geregelt wird. Der Hauptgenerator :l besitzt
eine besonders erregte Feldwindung C, die ihren Strom vom Erregergenerator B mittels
des Leiters e des Umkehrschalters G, der Leiter c und d, die die beiden Enden der
Feldwindung C verbinden, des Regulierschalters F, der Regulierwiderstände f bis
f' und durch den Leiter f zurück bis zum Erregergenerator B erhält.
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Der Hauptgenerator besitzt ebenfalls eine Serienfeld-,vinduna D, die
ständig im Stromkreis liegt, Es sind aber Verbindungen und b dargestellt, die mit
den unteren Kontakten des Schalters F zusammenarbeiten, durch die diese Serienfelder
in den Stellungen 1, a und 3 kurzgeschlossen «-erden. Zierei Sätze von Kontakten
sind dargestellt, um den-Widerstand dieses Stromkreises zu vermindern.
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Die Bürsten tt. b des Hauptgenerators sind in ständiger elektrischer
Verbindung mit den Ankern der -Motoren p l bis p l- des Führerwagens, und
zwar durch die Leitung Et, b, die durch den ganzen Wagenzug mit Hilfe der
Kabelkupplung V fortgesetzt werden kann. Im Stromkreis b liegt außer der Serienwindung
D ein Wattmeter IV. das mit Kontakten versehen ist, die einen elektrischen Stromkreis
schließen, wenn der durchgehende elektrische Strom einen vorher bestimmten Wert
in der einen oder anderen Richtung erreicht.
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Die Verbindungen zwischen den Leitern a und I) finit
jedem der vier Motoren sind die gleichen. Von b geht der Strom zu den Kontakten
b1 bis b= des Umkehrschalters Q, dann durch besondere Leiter für jeden lIotor rtt',
nz' und ttl, tt2 zu den Scrieiiwiiidungeii R1, R'= der Motoren P1, P=' und von da
zurück bis zum Schalter, dann durch Leitungen o1, o° zu den Ankern der lIotoreii
P', P=. Der Anker des Motors P1 ist mit dem Anker des Motors P3 durch die Stromkreisettl
und a, verbunden, da die beiden Motoren Räder auf derselben Seite des Fahrzeugs
antreiben und daher beim Durchfahren einer Kurve finit derselben Geschwindigkeit
laufen müssen.
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Diese kombinierte Stromführung, die mit ttl.T bezeichnet ist, geht
bis zum Schalter I(, zu welchem ein ähnlicher Stromkreis u°21 führt, der von den
Ankern der JIotoreii P? und P-1 an. der entgegengesetzten Seite des Fahrzeugs kommt.
In dieser Stellung verbindet der Schalter K beide Leitungen u-' und tt=l unmittelbar
mit dem Leiter a, der zurück zum Hauptgenerator führt. «renn dagegen das Fahrzeug;
eine Kurve durchläuft; bewirkt eine mechanische Verbindung zwischen der Steuervorrichtung
und dem Schalter K, daß dieser sich entsprechend dem Radius der Kurve dreht. Durch
diese Bewegung wird fortschreitend eiti Widerstand O in den chlen oder anderen der
Stromkreise t.-# oder t.'221 geschaltet, je nachdem, welche der dazugehö-11gen Motoren
sich an der Innenseite der Kurve befinden, während der entsprechende andere Stromkreis
unberührt bleibt. Unter Berücksichtigung des Widerstandes. 0, der auf diese Weise
in den Ankerstromkreis dieser Motoren. geschaltet wird, laufen diese langsamer als
die mittlere Geschwindigkeit der anderen -Motoren, ohne übermäßig belastet zu werden.
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Die Serienfelder R1 bis R1 stellen nur einen Teil des Ge-;,niitfelcles
der -Motoren P1 bis P1 dar. Der Hauptteil wird ergänzt durch die besonders zu erregenden
Windungen Q1 bis Ql, die ihren Strom vom Erreger wie folgt erhalten Ausgehend von
der Bürste e des Erregers B setzt sich der Leiter c durch den ganzen Wagenzug fort,
und ein Abzweig dieses führt zum Schalter H, der dein Schalter I( gleich ist und
sich mit diesem dreht, in diesem Falle aber nach und nach den -Widerstand N entweder
in den Stromkreis 121 oder den Stromkreis tii schaltet, die zu den. an der
Außenseite der Kurve befindlichen Motoren gehören, während die übrigen Stromkreise.
unberührt bleiben. Der Stromkreis 1l' speist durch die Leitungen il und t,
die Felder Q1 und Q, der Motoren P1 und P'J und in ähnlicher Weise der Stromkreis
t21 durch die Leitungen t' und t1 die Felder Q=' und Q @ der -Motoren P2 und P1
auf der anderen Seite des Fahrzeugs.
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Die Rückleitung des Stromes von jedem dieser Felder geht durch den
einen oder den anderen von drei Stromwegen nach dem Schalter F, der bestimmt, welclicr
von den drei Stromwegen genommen wird und der gleichzeitig das Ausmaß des Widerstandes
f, 11° bis f", das in den Stromkreis geschaltet wird, regelt; von diesen Widerständen
geht der Strom zurück zur Bürste f des Erregers. Der eine der drei erwähnten Rückwege
des Stromes ist mit g bezeichnet und schließt die «'icklung S eines Elektromagneten
in sich, der die Einschaltung eines die Geschwindigkeit herabsetzenden Wechselgetriebes
zwischen dem -Motor und das Rad bewirkt: der andere Rückweg ist mit lt bezeichnet
und schließt eine -Wicklung T eines Elektromagneten in sich, der die Einschaltung
eines mechanischen. die Geschwindigkeit erhöhenden Wechselgetriebes verursacht.
Der dritte Stromwe- k hat nur den Zweck, die Windung desjenigen -@'echselgetrielienia-neten,
der nicht in Tätigkeit ist, kurzzuschließen, um eine Selbstinduktion der 'Magnetwindungen
und die Erzeugung hoher Spannungen zu verhindern, wenn der Stromkreis unterbrochen
ist.
Jeder Motor. :euch slic des Anliiingc'N%':lgc#tis, wie iii
.Uli. . dar-@cstcllt, bc,itzr zwei t;c#-trid@cinagiicicu; die, mit S' lins S` und
Ti bis T# lmzcicluict sind: die Stromkreise " l1 tuid k sind für alle, dic'=c#
\Iagiicnni die :,Teichen, sei da!.', der Wechsc#1 von cüwtn Getric-be zum anclc#i'n
und ebenso jcdc# \'cründcrun in den \Iotorfelcl«-iderstündc#n, die durch dc'n schaltcr
F herlici--cfülli't werden,lciclunü!:,i@C-- für alle Motoren des \\'agcnzug, sind.
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In Verbindung mit dein 1:rrc"er,trcinii;reis der Motorfelder muß darauf
hin@-en#ic#sen werden, daß ein Leiter f, der von der Erregerleitung, die zu den
Feldwiderständen führt, längs des ganzen \\"agenzu ges geführt ist, und daß ebenso
ein Leiter q von einem Punkte fi° nach diesen. "Widerständen in solcher Weise führt,
daß, sobald diese Widerstände die 'Totoren mit ihrer höchsten Geschwindigkeit laufen
lassen, eine Verbindung zwischen diesen Leitern f und q einen Teil
des Widerstandes kurzschließt und auf diese 'Weise bewirkt. daß alle Motoren des
Wagenzuges etwas langsamer laufen. Die Teile L und Lt der Schalter, die durch die
Lenkvorrichtung des Führerwagens und entsprechend durch die gleiche Vorrichtung
der Anhängewagen in Tätigi:eit gesetzt werden, stellen die Verbindung so her, daß,
wenn eins der durch die Motoren angetriebenen Fahrzeuge eine Kurve durchläuft mit
einem Radius, der durch Reduktion des Feldes der Motoren eine hcschleuniung der
äußeren Räder gegenüber der mittleren Geschwindigkeit verlangt, diese mittlere Geschwindigkeit
automatisch reduziert wird. Der Schalter F wird vom Führer mit Hilfe eines nicht
dargestellten Handrades in Tätigkeit gesetzt und ist von üblicher Bauart, wobei
zwei Sätze von .Schleifkontakten diametral gegenüber auf der Trommel schleifen,
so daß dieselben Sätze voll Kontakten auf der Trommel abwechselnd mit denn -einen
oder anderen Satz der Schleifkontakte in Berührung sind.
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Da die Kontakttrommeln entsprechend der Darstellung in .'Abwicklung
auf der Zeic linung in die Erscheinung treten, sei ist der eine Satz der Schleifkontakte
zweimal vertreten. und zwar all der äußersten rechten und an der äußersten linken
Seite der schematischen Darstellung. Man-erkennt, daß der eine Satz der Schleifkontakte
für den Feldstronikrei, des Hauptgenerators bestimmt ist lind der ;uidcre für den
Feldstromkreis der 1?-itoren und die Unischaltung von der niedc_en zur hohen L`hersetzung.
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Die. Umkehr der Verbindungen zwischen dein Irreger und dem Hauptgeneratorfeld
wird, wie oben beschrieben, herbeigeführt mit Hilfe einer besonderen Schalttrommel,
die mit der Trommel des Schalters F so mechanisch verbunden ist, dah sie ihre Drehrichtung
unil:Airt. .während dir Tronunel des Schalters F die ll-Stclltnig durchläuft. 'Wie
aus der Zvic-liiituig ztt ersehen. besitzt diese Tronuncl vier Sätze von Sclilcifl;ontrilctcn,
die rund uni die- Troniniel angeordnet sind. Sie ist ehenf<;11,: in Abwicklung
gezeichnet wie die anderc#ii und bewirkt die Umkehr der Serienfelder der Vier 'Motoren
des Fülircrwtigcns in der weiter ollen beschriebenen Art. Ein zusätzlicher Schleifring
unten an der Trommel dient für ein \-crricgelungss@-stenl, das «-eiter unten beschrieben
werden soll.
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Die Wirkungsweise der beiden Schaltertrommeln F und G ist infolgedessen,
vorausgesetzt, dahder Erreger und der Hauptgenerator mit ihrer nornialen Drehzahl
konstant angetrieben «erden, die folgende: Stellung O. Die Motoren sind voll erregt
durch die Leitungen f und j und die Magneten S für das langsame Geschwindigkeitsgetriebe.
Der Generator ist nicht erregt, und seine Serienwindung ist durch b und p kurzgeschlossen.
Der '\'ageilzug befindet sich in Ruhe und kann auch nicht durch äußere Kräfte in
Bewegung gesetzt werden, da die Motoren als kurzgeschlossene Generatoren zur Wirkulig
kommen.
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Vorwärtsstellung 1. Die Schaltung der Motoren ist wie bei Stellung
O, aber die Magneten des hohen Geschwindigkeitsgetriebes sind jetzt durch
!t u_id h kurzgeschlossen. Der Generator licsitzt ein Minimum all Erregung
infol-e der Widerstände und sein Seriellfcld ist noch kurzgeschlossen. Der Wagenzug
bewegt sich iufolgedesseli ganz langsam vorwärts.
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Vorwärtsstellungen 2 und 3. Die Schaltungen bleiben so wie bei 1.
mit Ausnahme von den Gcneratorfeldwiderständen, die auf f`-f und /"i-f reduziert
sind. Der Wagenzug bewegt sich infolgedessen etwas schneller vorwärts.
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Vorwärtsstellung 4.. Die Schaltung der -Motoren ist wie in den Stellungen
1, 2, 3, aber der Generatorfeldwiderstand wird vermindert von 16-f, und der Kurzschluß
des Generatorserienfeldes ist aufgehoben. Der Wagenzug bewegt sich also noch schneller
vorwärts.
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Vorwärtsstellung 5, C, ;, B. Die Motorfelder werden nacheinander geschwächt
durch die Einschaltung der Z\Tiderstände f ic'-f, f11- f 112-1, f13-1.
Das langsame Geschwindigkeitsgetriebe bleibt eingeschaltet, während das Generatorfeld
gleichmäßig verstärkt wird durch Reduktion der Feldwiderstände von fl-f, f'-f und
f'-f. Die Geschwindigkeit des Wagenzuges wird also noch weiter erhöht. Vorwärtsstellung
g. Der gesamte Widerstaild /14-f wird in den Motorfeldstromkreis eingeschaltet.
Die 1Iotoren arbeiten noch
unter Zwischenschaltung des langsamen
Geschwindigkeitsgetriebes, und das Generatorfeld ist voll erregt. Infolgedessen
laufen die Motoren mit der höchsten Geschwindigkeit. Der Wagenzug hat also seine
höchste Geschwindigkeit unter Berücksichtigung des langsamen Geschwindigkeitsgetriebes
erreicht.
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Vorwärtsstellung io. Die Motorfeldwiderstände sind ausgeschaltet,
so daß das Motorfeld die volle Feldstärke besitzt wie in Stellung 4., nur geht jetzt
der Erregerstrom durch den Magneten des hohen Geschwindigkeitsgetriebes. Das Generatorfeld
ist geschwächt durch die Wiedereinschaltung der Widerstände /IL/ wie in Stellung
.4. Die Geschwindigkeit der Motoren ist infolgedessen plötzlich herabgemindert um
einen Betrag; der ungefähr der Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeitsgetrieben
entspricht, so daß der Wechsel des Getriebes ohne wesentliche Stöße erfolgen kann.
Der -Magnet des langsamen Geschwindigkeitsgetriebes ist nunmehr durch die Leitungen
g und k @airzgeschlossen. Der Wagenzug läuft mit derselben Geschwindigkeit wie bei
Stellung 9, nur jetzt mit der geringsten Geschwindigkeit des hohen Geschwindigkeitsgetriebes.
Vorwärtsstellungen 1z, 1z, 13, 14,i5. Die Schaltungen von Motor und Generator sind
hierbei genau dieselben wie bei den Stellungen 5, 6, 7, ä, 9 mit der Ausnahme, daß
jetzt das hohe Geschwindigkeitsgetriebe an Stelle des langsamen Geschwindigkeitsgetriebes
einbeschaltet ist, welch letzteres kurzgeschlossen ist. Die Motor,eschll-indigkeit
steigt also nach und nach, bis das Maximum erreicht ist. Der Wagenzug wird also
beschleunigt bis zur höchsten Geschwindigkeit.
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Rückwärtsstellungen z bis i5. Der Schalter F ist symmetrisch ausgestaltet.
Eine Rückwärtsbewegung seines Handrades von der 0-Stellung aus schafft also dieselben
Verbindungen wie beim Vorwärtsgang, nur daß die Umkehrtrommel umgekehrt ist, so
daß das Generatorfeld und ebenso der vom Generator zu den Motoren geleitete Strom
entgegengesetzt gerichtet ist; ebenso sind die Serienfelder der 'Motoren auf dem
Führerwagen uingekehrt, so daß dieses Fahrzeug, wenn es allein läuft, genau so rückwärts
fährt. wie es im anderen Falle vorwärts läuft, und zwar mit genau denselben Geschwindigkeiten.
Sind andere Motorwagen angehängt, so müssen die Serienfelder der -Motoren dieser
-Vagen ebenso umgekehrt werden, und zwar geschieht dies durch einen besonderen Umkehrschalter
auf jedem Fahrzeug, der besonders von Hand in Tätigkeit gesetzt %%-erden inuß. Ist
dies geschehen, so läuft der ganze Zug rückwärts entsprechend den verschiedenen
Gesc:hwindigkeits5tufc:n. Da die: besondere Einschaltung der Rückwärtsschalter auf
jedem einzelnen Fahrzeug die Möglichkeit zuläßt, daß der eine oder andere Schalter
sich in der falschen Stellung gegenüber dein Führerfahrzeug befindet, so ist ein
elektrisches Verriegelungssystem vorgesehen, das aus zwei Leitern r und s besteht,
durch den ganzen `Vagenzug hindurchgeht und mit Hilfe von besonderen Kontakten an
den Umkehrschaltern M und G jedes Fahrzeugs angeschlossen ist. Am Ende des Fahrzeugzuges
wird die Einsteckdose für die Verbindungskabel durch eine Schutzkappe -e geschlossen,
wenn kein weiterer Wagen angehängt wird, und diese Kappe ist mit Kontakten versehen,
die die Leitungen s und r mit der Leitung e vom Erreger zusammenschließt. Die Kontakte
an den Umkehrschaltern il! der Anhängewagen sind so, daß die Leitung r durchgeführt
ist, wenn alle in Vorwärtsstellung sich befinden, während die Leitung s durchgeht,
wenn alle Schalter auf rückwärts geschaltet sind. Wenn der Umkehrschalter G auf
dem Führerwagen auf vorwärts gestellt ist, so verbindet er r nur mit einer Leitung
12, in welcher ein unveränderlicher Widerstand Y und ein Magnet Z liegen, welch
letzterer eine Sich erheitsvorrichtung ausschalten kann, die verhindert, den Schalter
F aus seiner neutralen Lage zu bewegen, oder ihn selbsttätig in diese Lage bringt.
Wenn alle Umkehrschalter auf Vorwärtsgang geschaltet sind, geht der Strom von e.
durch r', r und dieseln Magnet nach f, und der Schalter ist frei;
ebenso wenn alle auf Rückwärtsgang geschaltet sind, geht der Strom durch S', S und
V zu diesem Magnet. Ist aber der Umkehrschalter falsch - geschaltet, so sind beide
Stromkreise r und S unterbrochen, der Magnet ist nicht erregt, und der Hauptschalter
F kann nicht bewegt werden.
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Die Sicherheitsvorrichtung besteht aus einer Sperrltlinke, die eine
bestimmte Hinundherbewegung, etwa in Zwischenräumen von 5 Sekunden, durch eine mechanische
Verbindung finit der Welle des Hauptgenerators erhält. Diese Klinke greift, wenn
der Magnet Z stromlos ist, die Klinke also freigibt, in Zähne ein, die in eine auf
der Welle der Schaltertrommel F sitzenden Scheibe U eingeschnitten sind. Die Teilung
der Zähne ist.eine solche, daß jeder Zahnschaltung eine Geschwindigkeitsstellung
entspricht, und :itil:,erdeni silid sie so angeordnet, daß die Klinke die Trommel
schrittweise stets in die O-Stellung zurückbringt.
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\onrialenl-eise ist die Sperrklinke auber I@.ingi-il@f mit der Verzahnung;
wenn aber einer der Unilcehrschalter falsch steht, tritt sie niit den Schaltzähnen
in Liugrif.
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Um eine L'berlastung des Generators, der
Maschine
oder der Motoren zu vermeiden, ist ein MVattmeter. das, wie weiter oben bereits
gesagt, im Stromkreis des Hauptgenerator liegt, vorgesehen, dessen Kontakte diesen
Magneten unter gewissen, vorher bestimmten Bedingungen, sei es unter Berücksichtigung
der von der Maschine kommenden Irraft, sei es unter Berücksichtigung des erzeugten
Bremsstromes, kurzschließen. Auf diese ZVeise fällt die Sperrklinke ein und vermindert
die Geschwindigkeit, indem sie den Schalter in Tätigkeit versetzt, bis die den Stromkreis
durchfließende Kraft in den gewünschten Grenzen sich bewegt, wobei dann die Kurzschließung
des Magneten wieder aufgehoben wird und- dieser die- Sperrklinke außer Eingriff=
mit dem Sperrad bringt.
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In ähnlicher Weise können andere Sicherheitsvorrichtungen, wie Amperemeter
oder Geschwindigkeitsmesser, herangezogen werden, um diesen Magneten kurzzuschließen.
Es ist ersichtlich, daß der Zweck des in Serie mit dein Magneten geschalteten Widerstandes
der ist, die Stromstärke, die hindurchgeht, wenn die Magnetwicklung kurzgeschlossen
ist, in den durch die Sicherheit gebotenen Grenzen zu beschränken.
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Die Hauptvorzüge der gesamten Kombination von Motoren und Generatoren
sind die folgenden Solange Generator und Erreger mit gleichbleibender Geschwindigkeit
laufen, kann der Schalter auf irgendeine gewünschte C;eschwindigkeit innerhalb der
vorhandenen Geschwinkeitsstufen eingestellt werden. Hierbei bewirken die Serienwindungen
des Generators und der Motoren, wenn sie richtig gewählt sind, daß das ganze System
mit gleichbleibender Geschwindigkeitsübertragung läuft, unabhängig von der Belastung.
Wenn aber einer von den Motoren sein besonderes Serienfeld hat, wird seine Geschwindigkeit
geändert, um sich den veränderten Bedingungen anzupassen, wie sie beispielsweise
bei den luftleeren Pneuinatiks u. dgl. auftreten, und zwar mit einer Veränderungsmöglichkeit
der Geschwindigkeit, die bestimmt ist durch die Größe der Serien-Windungen. Unter
Berücksichtigung der Tatsach#, da13 die Charakteristiken von Motor und Generator
sich ändern mit den Änderungen rin Ausmaße ihrer Erregung, so sind geWisse Schwankungen
in der Kraftübertragung unvermeidlich, doch läßt sich durch Anpassung der verschiedenen
Faktoren ein genügender Ausgleich schaffen. Auf diese Weise wird der Wagenzug, ob
er nun bergauf oder bergab fährt, mit einer Geschwindigkeit fahren, auf die der
Schalter eingestellt ist.
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Beim Durchfahren von Kurven werden die Veränderungen in den Geschwindigkeiten
der Räder, die durch die Kurve hervorgerufen werden, automatisch geregelt, wie weiter
oben näher beschrieben.