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Elektrische Kraftübertragung für Fahrzeuge mit einem von einer Verbrennungskraftmaschine
angetriebenen Nebenschluß- oder fremderregten Generator Die Erfindung bezweckt,
für den Antrieb von Fahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren oder Turbinen ausgestattet
sind, eine der mit den Fahrwiderständen veränderlichen Zugkraft sich automatisch
anpassende elektrische Übertragung zu schaffen, so daß bei steigenden Fahrwiderständen
die Geschwindigkeit des Wagens abnimmt, wodurch die Leistung entweder praktisch
konstant gehalten oder der Leistungskurve des Antriebsmotors angepaßt wird, Schaltapparate
erspart werden, der Antriebsmotor vor Überlastung oder schlechter Ausnutzung geschützt
wird und dem Führer, dessen Aufmerksamkeit voll der Strecke zugewendet sein muß,
lediglich die Bedienung des Gashebels zur Einstellung der Leistung verbleibt.
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Es sind bereits eine Reihe von Schaltungen bekannt, die eine gewisse
Konstanthaltung der Leistung vön Dynamomaschinen bei konstanter Drehzahl bezwecken,
indem sie die Erregung bei hoher Stromstärke durch Gegenkompoundierung oder durch
von der Stromstärke gesteuerte Schaltapparate schwächen. Diese Methoden stellen
somit einen fixen Zusammenhang zwischen Strom- und Feldstärke her und gelten nur
für ein bestimmtes Drehmoment der Antriebsmaschinen, weil dasselbe durch das Produkt
aus Stromstärke und Feldstärke bestimmt ist, während sie für jedes andere Drehmoment
versagen. Vielfach sind dabei auch zusätzliche Schaltapparate nötig und Störungen
in der Erregung beispielsweise bei Gegenkompoundierung zu befürchten.
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Im Gegensatze zu den erwähnten Methoden wird gemäß der Erfindung die
Labilität der Spannung selbsterregter Maschinen im Gebiete geringer Eigensättigung
verwendet. Eine andere Verwertung dieser Eigenschaft ist aus dem Betriebe von Pufferbatterien
mit Zusatzmaschinen bekannt. Die hierfür verwendete Zusatzmaschine benutzt die Eigenschaft
der labilen Spannung, um die Wirkungsweise der Zusatzmaschine unabhängig vom Ladezustand
der Batterie zu machen. Die Spannung der überdimensionierten Zusatzmaschine steigt
infolge der Selbsterregung so weit am geradlinigen Teil der Charakteristik hinauf,
bis die dem jeweiligen Ladezustand der Batterie entsprechende Spannung erreicht
wird.
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Die Erfindung erzielt nun eine automatische Leistungsregulierung unabhängig
von der Stromstärke und dem Drehmoment, indem als Dynamomaschinen derartig dimensionierte
Nebenschluß-oder Fremderregungsmaschinen verwendet werden, daß sie an der Erregungsgrenze,
das ist am geradlinigen Teil der äußeren Charakteristik, arbeiten müssen.
Die
Erklärung ergibt sich aus den Abb. i, 2 und 3. In Abb. i ist eine theoretische Magnetisierungslinie
einer Nebenschlußmaschine mit minimaler Remanenz gezeichnet. Bekanntlich erregt
sich eine derartige Maschine erst bei einer aus den Maschinenkonstanten sich ergebenden
Minimaltourenzahl. Es bestehen die Beziehungen
| K=kl'Ie-We@E-k2#K.7t, |
| _ 11.7" |
| K- K |
| We- |
| somit n - We - Erregungstourenzahl. |
| k1 # ka |
Hierin bedeutet K = Kraftfluß der Maschine, Ie = Erregerstromstärke, We = Widerstand
des Erregerstromkreises, E - Klemmenspannung, n = Tourenzahl, k1,
k2 = .Konstante.
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Abb. 2 gibt nun den aus Abb. T sich er gebenden Zusammenhang von Tourenzahl
und Spannung an. Man sieht, wie die Klemmenspannung bei sinkender Tourenzahl anfangs
nahezu proportional, in der Nähe der Erregungsgrenztourenzahl scharf und schließlich
plötzlich abfällt.
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Abb. 3 zeigt nun schematisch, wie die theoretische Kurve der Abb.
i unter dem Einfluß der Remanenz und feldschwächenden Ankerrückwirkung verändert
wird. Die Remanenz verwischt die scharfe Erregungsgrenze, während dieAnkerrückwirkung,
diebeiDynamosmeistens feldschwächend ist, je nach der Stromstärke die entgegengesetzte
Wirkung ausübt. Es gelingt, durch geeignete elektrische Ausmittelung der Maschine,
wozu außer einem verhältnismäßig großen Luftspalt eine schwache verstärkende Kompoundwicklung
zweckdienlich sein kann, für variable Stromentnahme, bei ungefähr konstanter Leistung
die strichpunktiert gezeichnete Magnetisierungskurve zu erhalten, für die die linke,
fein gestrichelt gezeichnete Erregungstourenzahl gilt.
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Ganz ähnlich verhält sich eine fremderregte Maschine mit zwangläufig
gekuppeltcr Serien-, Kompound- oder Nebenschlußerregermaschine; nur muß hierfür
die Erregungskurve der Erregermaschine für einen bestimmten äußeren Widerstand ausgemittelt
und die Hauptmaschine entsprechend reichlich dimensioniert werden. Nebenschlußmaschinen.werden
gegenüber Fremderregungsmaschinen hauptsächlich für kleinere Einheiten in Verwendung
kommen.
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Die Arbeitsweise einer solchen Maschine ist nun folgende: Bei Fahrt
in der Ebene arbeitet die Maschine auf dem Punkt A der Abb. 3 mit maximaler Tourenzahl
und maximaler Spannung. Entwickelt die Antriebsmaschine ein konstantes Drehmoment
unabhängig von der Tourenzahl, so fällt bei Vergrößerung des Fahrwiderstandes die
Tourenzahl und die Leistung vorerst ab (beispielsweise bis zum Punkt B von
n = i 63o auf n = 1370). Bei weiterer Vergrößerung des Fahrwiderstandes
und dementsprechend größerer Stromentnahme kann die Dynamomaschine nur mit einem
geringen Touren- und damit Leistungsabfall reagieren, da sie bereits in die Nähe
der Erregungstourenzahl gelangt. Von einer gewissen Belastungshöhe, deren Wert durch
Dimensionierung der Dynamo nach Belieben gewählt werden kann, hält also eine derartig
gebaute Maschine die Tourenzahl und damit die Leistung praktisch konstant. Die Konstanz
der Tourenzahl ist um so größer, je reichlicher die Dynamomaschine dimensioniert
ist. Aus wirtschaftlichen Gründen ist natürlich eine Überdimensionierung begrenzt.
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Die Erfindung enthält daher auch eine Anpassung der automatischen
Leistungsregelung der Dynamomaschine an die Leistungskurve des Antriebsmotors, dessen
Drehmoment mit der Tourenzahl im allgemeinen stark veränderlich ist, derart, daß
der durch die Dynamocharakteristik bedingte Tourenabfall nur einen geringen Leistungsabfall,
evtl. sogar eine Leistungssteigerung zur Folge hat, oder daß der Antriebsmotor im
Hauptbetriebszustande an seinem wirtschaftlichsten Punkte arbeitet.
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Aus Abb. 3 ergibt sich vom Belastungszustand im Punkt A bis zur Stelle
praktisch konstanter Tourenzahl unterhalb Punkt B ein maximaler Tourenabfall von
n - = 63o auf n = r Zoo. Der Konstrukteur der Antriebsmaschine hat
es nun in der Hand, durch geeignete Wahl beispielsweise der Steuerung und des Zylinderinhaltes
eines Explosionsmotors, dessen Leistungskurve nach Abb. q. entsprechend den Kurven
a, b, c und d zu variieren, wobei die Leistung im Punkte A dieselbe
bleibt. Kurve A hat nahezu konstantes Drehmoment und zeigt von n - x 63o
bis n - i Zoo einen Leistungsabfall von etwa i81/2 Prozent, Kurve b entspricht einem
normalen Benzinmotor und weist einen Leistungsabfall von etwa 8 Prozent auf, Kurve
c hat eine Leistungssteigerung von etwa 3 Prozent, Kurve d arbeitet bei n
= i Zoo eben am Punkte der maximalen Leistung somit bei hohen erforderlichen Zugkräften
mit 17 Prozent Mehrleistung gegenüber der Normalleistung. Die Konstanthaltung der
Leistung ist also auch bei variabler Tourenzahl durch Anpassung der Dynamocharakteristik
an die Leistungskurve des Antriebsmotors erzielbar, Die Erfindung gewährleistet
im Gegensatze zu anderen Systemen auch dann eine automatische Leistungsregulierung,
wenn der Antriebsmotor, sei es infolge mangelhafter Funktioii
oder
absichtlicher Drosselung, nicht seine Volleistung hergibt, wobei eine fast vollkommene
Einhaltung der Leistung auf einer nahe der Erregungstourenzahl liegenden Tourenzahl
eintritt. Die Erfindung bietet hierdurch zwei weitere Vorteile: i. Es ist durch
bloße Stellung des Drosselhebels möglich, die zur Einhaltung des Fahrplanes je nach
der Zahl der Anhänger und Belastung verschiedene notwendige Leistung einzustellen.
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z. Bei gedrosselter Leistung stellt sich automatisch auch eine verminderte
Tourenzahl des Antriebsmotors ein, wodurch die Lebensdauer und Betriebssicherheit
erhöht wird.
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Durch Änderung des Erregerwiderstandes oder durch Umschaltung der
Feldspulen ist die Möglichkeit geboten, die Erreizunzstourenzahl, die durch die
Gleichung gegeben ist, zu erniedrigen, falls nur
geringe Leistungen von der Maschine verlangt werden.
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Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Erzielung automatischer
Leistungsregulierung bei elektrischer Kraftübertragung dar, indem die selbsterregte
Nebenschlußdynamo oder der Dynamosatz mit selbsterregter Erregermaschine speziell
für eine geradlinige Charakteristik gebaut wird und betriebsmäßig auf dem geradlinigen
Teil arbeitet. Die dadurch hervorgerufene Labilität der Spannung, die bisher durch
besondere Konstruktionen (Regulierpol, Fremderregung und Kompoundierung) sorgfältig
zu vermeiden gesucht wurde, wird zur praktischen Konstanthaltung der Leistung bei
praktisch konstanter Tourenzahl benutzt und verhindert nicht nur bei voller Belastung,
sondern auch bei allen Teilbelastungen das Auftreten eines für die Antriebsmaschine
zu großen Drehmomentes, das einen Abfall der Betriebstourenzahl herbeiführen könnte.
Die Erfindung erreicht, wie im vorstehenden gezeigt wurde, eine erweiterte automatische
Leistungsregulierung durch Ausnutzung des Tourenabfalles von der maximalen Spannung
bis zur Erregungsgrenze, wobei die Leistungskurve der Antriebsmaschine und die Dynamocharakteristik
gegeneinander abgestimmt sind, mit der Absicht, kleinere Dynamos zu verwenden und
Betriebsvorteile für die Antriebsmaschine zu erzielen.