-
Antriebsanordnung für Lokomotiven, bestehend aus einem nicht unter
Last anlaufenden Primärmotor und zwei fremderregten, in Leonardschaltung arbeitenden
Gleichstrommaschinen Es sind Differentialtriebwerke für elektrische Lokomotiven
oder Fahrzeuge mit Verbrennungsmotorenantrieb bekannt, bei welchen der nicht regelbare
oder zum mindesten nicht unter Last anlaufende Hauptmotor als Kraftquelle in Verbindung
mit einem kleinen Gleichstrommotor steht und den ersten Wellenstumpf eines Differentialtriebwerkes
antreibt; der zweite Wellenstumpf des Differentialgetriebes dient bei diesen bekannten
Anordnungen zum Antrieb des Fahrzeugtriebwerkes, während der dritte Wellenstumpf
mit einer Gleichstromdynamo ausgerüstet ist. Bei den bekannten Ausführungen ist
nun die Regelbarkeit dieses Antriebes sehr beschränkt, weil die Gleichstrommaschinen
in der üblichen Weise als selbst erregte Maschinen eingerichtet sind und daher beispielsweise
die Spannung der an dem dritten Wellenende des Differentialtriebwerkes angeordneten
Dynamo bei kleiner Drehzahl in an sich bekannter Weise instabil wird. Um durch Anhalten
dieser Dynamo die höchste Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges herzustellen, muß
bei den bekannten Anordnungen eine besondere Bremsvorrichtung für die Dynamo zu
Hilfe genommen werden.
-
Bekannt sind ferner Anordnungen für Differentialtriebwerke bei rein
elektrischen Gleichstromlokomotiven, bei welchen zwei Gleichstrommotoren über ein
Differentialtriebwerk gekuppelt werden, zu dem Zweck, ohne energievernichtende Anfahrwiderstände
den Zug vom Stillstand bis zur vollen Fahrt beschleunigen zu können. Bei diesem
Antrieb erfolgt selbstverständlich die Erregung im allgemeinen von der Gleichstrom
führenden Fahrleitung, so daß hier kein Anlaß besteht, im Betrieb zu irgendwelchen
fremden Stromquellen für die Erregung der. Motoren zu greifen. Diese bekannte Anordnung
eignet sich jedoch nur für den Gebrauch bei Gleichstromlokomotiven., und zur Anwendung
auf eine Lokomotive, welche einen nicht regelbaren oder nicht unter Last anlaufenden
Hauptmotor als Kraftwelle besitzt, müßteman die Leistung dieses Hauptmotors zunächst
mit Hilfe einer Gleichstromdynamo in Gleichstrom umwandeln, was unwirtschaftlich
ist und große Verluste bedingt.
-
Diese Mängel der bekannten Anordnung werden erfindungsgemäß dadurch
beseitigt, daß man mindestens eine, in der Regel beide Gleichstrommaschinen mit
teilweiser oder gänzlicher Fremderregung ausführt,. wodurch die an sich bekannte
Leonardschaltung der Gleichstrommaschinen hergestellt wird. Diese an sich bekannte
Schaltung- ergibt in ihrer Anwendung auf die vorstehende Aufgabe nicht nur Vorteile,
wie sie der bekannten guten Regelbarkeit des- Leonardantriebes überhaupt entsprechen,
sondern sie vermittelt zwei weitere Vorteile, die grundsätzlicher Art sind und sich
aus dem Zusammenwirken des
Leonar dantriebes mit dem an sich bekannten Differentialtriebwerke
ergeben. Wenn man nämlich beispielsweise in der bisher bekannten Weise die höchste
Fahrstufe des Antriebes durch eine mechanisch auf den Gleichstromgenerator wirkende
Bremse erzielt, so wird hierdurch eine starre nur über Zahnräder geschlossene Verbindung
zwischen dem Antriebsmotor und dem Fahrzeugantrieb hergestellt. Hierdurch wird der
Antrieb zu den bekannten und gefährlichen Schüttelbewegungen befähigt, die gerade
im Falle der Anwendung eines Differentialtriebwerkes mit seinen vielen Zahnrädern
schon durch geringe Fehler irgendeines der vielen Zahnräder ausgelöst werden können.
Wird dagegen der Gleichstromgenerator bei voll erregtem Feld des Generators dadurch
festgehalten, daß man die Erregung des Gleichstrommotors bis auf Null schwächt,
so gelingt es niemals, diese Festhaltung Vollständig starr zu machen, sondern es
verbleibt ein kleiner, mit der Belastung zunehmender Schlupf des Gleichstromgenerators.
Dieser Schlupf rührt von den Energieverlusten, welche in dem Stromkreis der Leonardmaschine
unvermeidlicherweise auftreten, also hauptsächlich von der Stromwärme und den Bürstenübergangsverlusten
her. Auch wenn man diese möglichst klein wählt, wird dieser Schlupf immerhin je
nach der Größe der Maschinen etwa 5 Prozent oder auch mehr der vollen Drehzahl betragen.
Da dieser Schlupf mit der Belastung zunimmt, ergibt er eine ausgmeichnete Dämpfung
für alle Pendelmomente, die etwa einen Anlaß zu Schüttelbewegungen geben könnten.
Die Fremderregung gestattet es auch, den Betriebszustand- in beliebig kleinen Stufen
und stoßfrei zu erreichen und insbesondere den Generator bis nahe zu seinem Stillstand
stoßfrei und weich zu verzögern. Die Schüttelschwingungen, welche beim Einlegen
der mechanischen Bremse bei den bekannten Anordnungen durch die meist heftige Stoßwirkung
beim Anhalten des Gleichstromgenerators erzeugt werden, entfallen beispielsweise
bei der Anordnung der Erfindung vollständig.
-
Ferner gestattet die Anordnung der Fremderregung gemäß der Erfindung,
durch Umpolung der Erregung des Gleichstromgenerators die Gleichstromdynamo rückwärts
laufen zu lassen. Hierdurch wird allerdings die Rolle der beiden Maschinen als Gleichstrommotor
und Gleichstromdynamo vertauscht, und die mit wachsender negativer Erregung-laufende,
mit der Antriebsmaschine unmittelbar zusammenhängende Gleichstrommaschine liefert
jetzt als fremderregte Dynamo Gleichstromleistung zu der Gleichstrommaschine an
den dritten Wellenstumpf des Differentialtriebwerkes ab, welche jetzt als Gleichstrommotor
diese Gleichstromleistung in mechanische Arbeit verwandelt und dem Differentialtriebwerk
zuführt. Hierdurch wird erfindungsgemäß die Regelbarken des Antriebes beträchtlich
erweitert, ohne daß die Größe der elektrischen Maschinen gesteigert werden muß.
Auch wird erst hierdurch dieser Antrieb gegenüber anderen bekannten Anordnungen
energiewirtschaftlich und reguliertechnisch überlegen gemacht.
-
Die Abb. i zeigt eine entsprechende Ausführung der Erfindung. 112
ist d°r mit konstanter Drehzahl laufende oder gegebenenfalls nicht unter Last anlaufende
Hauptmotor. Dieser hängt mit dem Gleichstrommotor GM durch umittelbare Kupplung
zusammen, ferner mittels der Zahnkupplung Z mit einem Wellenstumpf des Differentialtriebwerks
D. Die zweite Welle des Differentialtriebwerkes D ist beispielsweise die Blindwelle
einer Lokomotive, während die dritte Welle C mit dem Gleichstromgenerator GG zusammenhängt.
Erfindungsgemäß werden nun die Gleichstrommaschinen nach der Art des Leonardantriebes
mit ihren Ankern aufeinandergeschaltet und mit Fremder-- regung seitens der Erregermaschine
EM versehen. Die Erregung des Gleichstrommotors Glhl wird dabei in weiten Grenzen
bis auf Null regelbar und außerdem noch umkehrbar eingerichtet.
-
Die Anfahrt dieser Maschinen erfolgt dabei in bekannter -Weise dadurch,
daß bei laufendem Primärmotor M über das Differentialgetriebe der. Gleichstromgenerator
GG Leistung an den Gleichstrommotor GM abgibt. Die Anwendung der Leonardschaltung
gestattet es dabei, diese Leistungsabgabe stetig und stoßfrei regelbar zu machen,
und zwar, ohne daß eine Schwächung des Feldes der Gleichstrom-dynamo 00
. nötig wäre. Wenn nämlich die Gleichstromdynamo GG, wie dies mit wachsender
Anfahrtgeschwindigkeit nötig ist, schneller laufen soll, so wird einfach die Erregung
des Gleichstrommotors GM geschwächt; da lediglich der Gleichstromgenerator GG das
der Zugkraft entsprechende volle Anfahrtsmoment herzugeben hat, wird hierdurch die
Größenwahl dieses Gleichstromgenerators günstig beeinflußt, da er während des, ganzen
Anfahrtsvorganges mit vollem Feld betrieben wird.
-
Erfindungsgemäß wird ferner der Regelbereich der Anordnung dadurch
erweitert, daß man den Gleichstromgenerator nunmehr zur weiteren Beschleunigung
des Fahrzeuges als Gleichstrommotor rückwärts laufen läßt, wobei die erforderliche
Gleiohstromleistung GM geliefert wird. Es geschieht dies einfach
dadurch,
daß der Feldregler des Gleichstrommotors durch die Nullstellung in Richtung umgekehrter
Erregung bewegt wird.
-
Für den Rangierbetrieb bei Bahnen ist es lästig, wenn bei den bekannten
Gattungen von Differentialtriebwerken eine oder mehrere Wellen mit voller Geschwindigkeit
laufen müssen, weil hierdurch störende Geräusche verursacht werden, und weil ferner
hierdurch die -Notwendigkeit der Belastung der Maschinen mit den oft großen Stromspitzen
der ersten Anfahrt bei voller Geschwindigkeit der Maschinen nötig ist. Erfindungsgemäß
werden diese Nachteile dadurch beseitigt, claß in der Verbindung zwischen Primärmotor
M und Differentialgetriebe D die ausrückbare Zahnkupplung Z eingeschaltet wird.
Rückt man diese aus und hält den freien Wellenstumpf des Differentialgetriebes beispielsweise
durch die mechanisch wirkende Luftdruckbremse L fest, so kann für die Anfahrtbewegung,
ebenso wie für kleine und mittlere Fahrtgeschwindigkeiten, das Differentialtriebwerk
als Vorlegantrieb benutzt werden, wobei die Gleichstrommaschine GM als fremderregte
Leonarddynatno in an sich bekannter Weise die Gleichstrommaschine GG vor- oder rückwärts
anzutreiben vermag. Auch bei dieser Betriebsweise ist auch dann, wenn die Luftdruckbremse
L vollständig fest greift, die Entstehung von Schüttelbewegunren dadurch gehindert,
daß die beiden Gleichstrommaschinen lose mit einem gewissen Schlupf aneinandergekuppelt
sind und dieser Schlupf in der oben erläuterten Weise wie eine kräftig wirkende
elektrische Wirbelstrombremse die Schüttelschwingungen abbremst.
-
Setzt man an Stelle der einfachen Zahnkupplung Z ein stufenweise einstellbares
Vorgelege, so kann die Zahl der Anfahrtsstufen vermehrt werden, und die Leistungen
der Gleichstrommaschinen, welche zwischen den festen Stufen des Zahnradvorgeleges
zu vermitteln haben, lassen sich verkleinern. Die mechanischen Schaltungen können
dabei, ebenso wie bei der einfachen Zahnkupplung Z nach Abb. i, dadurch erleichtert
werden, daß man beispielsweise bei der Ausführung nach Abb. i nach Lösung der Luftdruckbremse
L durch Beeinflussung der Erregung des Gleichstrommotors GM diese Gleichstrommaschine
Geil @o schnell vor- oder rückwärts laufen läßt, daß unter Berücksichtigung der
unter dem Einfluß der bewegten Massen des Fahrzeuges ziemlich unveränderlichen Geschwindigkeit
des letzteren das Einrücken der Zähne der Zahnkupplung Z bei geringer kelativgeschwindigkeit
der Zähne gegeneinander möglich wird.