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Verfahren zur selbsttätigen Steuerung von dieselelektrischen Fahrzeugen
mit Hilfe von Fortschaltrelais Für dieselelektrische Fahrzeuge sind bereits eine
Reihe von selbsttätigen Steuerungen bekannt, deren Wirkung vorwiegend darauf beruht,
daß sich die Erregung des Hauptgenerators und damit seine Spannung selbsttätig erhöht,
sobald der Motorstrom fällt. Voraussetzung für die Wirkung dieser Einrichtung ist
entweder ein schwach gesättigter Hauptgenerator oder, wenn die Gegenkompoundwicklung
auf der Erregermaschine liegt, eine schwach gesättigte Erregermaschine, wobei dann
entweder noch eine zweite Erregermaschine oder eine Akkumulatorenbatterie benötigt
wird. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß die elektrischen Maschinen, die
schwächer gesättigt sind, niemals mit der vollen Lcistung ausgenutzt werden können
und deshalb im Gewicht schwerer werden als normale Maschinen. Es sind weiterhin
selbsttätige Steuerungen bekannt, bei denen zur Erregung der Hauptmaschine eine
von der Fahrzeugachse aus angetriebene Erregermaschine benutzt wird. Bei dieser
Anordnung ist das Vorhandensein einer freien Laufachse Voraussetzung.
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Um die Bedienung der Steuerung möglichst zu vereinfachen und um insbesondere
die Dieselmotoren nicht dauernd mit der höchsten Drehzahl laufen zu lassen, sind
auch Einrichtungen bekannt geworden, bei denen die Regelung der Brennstoffzufuhr
und damit die Drehzahl des Dieselmotors zugleich mit der Erregung der Dieseldynamo
geändert wird. Da bei dieser Anordnung die volle Generatorspannung nur bei der vollen
Dieseldrehzahl erreicht werden kann, ist sie für die praktischen Bedürfnisse unbrauchbar.
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Es sind auch Steuerungsanordnungen für dieselelektrische Fahrzeuge
bekannt geworden, bei denen die Regelung der elektrischen Maschine meist ohne Rücksicht
auf die Konstanthaltung des Stromes durch den Führer vorgenommen wird. Da sich die
Regelung der elektrischen Maschinen solcher Fahrzeuge wegen der Parallelschaltung
des Generators zum Elektromotor schon an und für sich schwierig gestaltet, ist die
bekannte Art der Regelung durch den Führer von dessen Geschicklichkeit abhängig
und bringt wesentliche betriebstechnische Nachteile gegenüber der selbsttätigen
Regelung mit sich.
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Die vorliegende Erfindung behandelt eine selbsttätige Steuerung für
dieselelektrische Fahrzeuge, wobei normale und normal ausgenutzte Dieselgeneratoren
und Erregermaschinen verwendet werden können, und wobei es ferner möglich ist, die
Drehzahl der Dieselmotoren vom Führerstand aus zu beeinflussen bzw. zu verändern.
Die Erfindung besteht darin, daß die Erregung der Dieseldynamo sowohl durch ein
vorn Strom beeinflußtes als auch durch ein von Strom und Spannung beeinflußtes Fortschaltrelais
überwacht wird, und daß diese Relais bei Änderung der Drehzahl bzw. der Leistung
des Dieselmotors auf elektrische oder mechanische Weise beeinflußt werden.
In
der Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel einer selbsttätigen Steuerung nach der Erfindung
dargestellt. Die Dieseldynamo 8 ist mit einem nicht gezeichneten Dieselmotor unmittelbar
gekuppelt und wird von diesem aus angetrieben. Sie wird erregt von der Erregerdynamo
9, deren Spannung während des Betriebes nicht verändert wird. Zur Regelung der Spannung
der Dieseldynamo dient der Regler io, der durch einen Hilfsmotor ii mit den beiden
Wicklungen 12 und 13 verstellt wird. Am Regler befinden sich noch Hilfskontakte
1q. und 15 sowie Endlagenschalter 16 und 17. Die Dieseldynamo liefert Strom für
die beiden Fahrmotoren 18 und i9, die über Schütze 2o und 21 mit der Hauptdynamo
verbunden werden. Für die selbsttätige Regelung sind vorgesehen die beiden Fortschaltrelais
22 und 23 sowie ein überlastrelais 24 mit Kontakten 25 und 26 und einem Vorwiderstand
27. Als Hilfseinrichtungen sind noch vorhanden ein Druckknopf 28, ein Schalter 29
und ein Hilfsschütz 30 mit Kontakten 31, 32, 33. Die Steuerung der Einrichtung
erfolgt ausschließlich durch Niederdrücken des Druckknopfes 28.
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In der Abb. 2 stellt die Kurve e die Geschwindigkeitskurve eines Bahnmotors
(Reihenschlußmotor) bei konstanter Spannung . dar. Die Kurve d ist die Charakteristik
eines Dieselmotors, also eine Linie konstanter Leistung. Wie aus der Abbildung ersichtlich
ist, schneiden sich die Kurven d und e, d. h. bei höheren Zugkräften
wird die Leistung des Fahrzeuges durch die Leistung des Dieselmotors begrenzt. Die
Bahnmotoren werden nicht voll ausgenutzt, während bei hohen Geschwindigkeiten die
Leistung des Bahnmotors bzw. die Spannung der Dieseldynamo die obere Grenze darstellt
und die Leistung des Dieselmotors nicht vollkommen ausgenutzt wird. Durch Einbau
von i bis 2 Shuntstufen kann bei höheren Geschwindigkeiten die Leistung der Bahnmotoren
bis nahe an die Leistung des Dieselmotors herangerückt werden.
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Die Wirkungsweise der Steuerung nach Abb. i ist folgende: Nach Drücken
des Druckknopfes 28 fließt Steuerstrom über Sperrkontakte 15, die nur in der Anfangsstellung
des Reglers geschlossen sind, zum Hilfsschütz 3o. Das Hilfsschütz springt an und
hält sich alsdann über Selbstspeisekontakte 33 fest. Vom Hilfsschütz aus fließt
Steuerstrom über Kontakte 25 am Überlastrelais zu den beiden Motorschützen 2o und
21, die nach Drücken des Druckknopfes ebenfalls anspringen. Das Hilfsschütz schließt
beim Anspringen die Kontakte 32, wodurch der Stromkreis für den Reglermotor ii geschlossen
wird. Es sei angenommen, daß der Schalter 29 in der Stellung 2 steht. Dann fließt
der Steuerstrom für den Reglermotor über Druckknopf 28, Steuerschalter 29, Kontakte
32 am Hilfsschütz, über die Kontakte der beiden Fortschaltrelais 23, 22, über Endlagenschalter
17 zur Vorwärtswicklung 12 des Reglermotors und über den Anker zur Erde. Der Reglermotor
beginnt zu laufen und verstellt den Regler io. Dadurch steigt die Spannung der Dieseldynamo
und damit der Strom in den beiden Fahrmotoren so lange an, bis der Punkt A in Abb.
2 erreicht ist. Alsdann wird der Stromkreis des Reglermotors durch das Fortschaltrelais
22 unterbrochen. Die Stromstärke ist so eingestellt, daß sich die Motoren mit Sicherheit
in Bewegung setzen. Beim Zunehmen der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit geht der
Strom auf den Wert B zurück, bei dem die Kontakte des Fortschaltrelais 22 wieder
geschlossen werden und der Reglermotor ii von neuem Strom erhält. Dieses Spiel wiederholt
sich, bis der Punkt C erreicht ist. Alsdann tritt das Fortschaltrelais 23, das außer
der Stromspule auch eine Spannungsspule besitzt, in Wirksamkeit, während die Kontakte
des Fortschaltrelais 22 nunmehr nach Sinken des Motorstromes geschlossen bleiben.
Das Fortschaltrelais 23 mit einer Spannungsspule 49 arbeitet genau in derselben
Weise wie das Relais 22, nur mit dem Unterschied, daß es den Stromkreis des Reglermotors
ii schließt, sobald die Leistung unter einen gewissen vorher einstellbaren Betrag
gesunken ist, und seinen Stromkreis öffnet, sobald die Leistung auf einen bestimmten
Betrag gestiegen ist.
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Die Einstellung des Reglers io richtet sich ganz nach dem Strom, den
die Fahrmotoren benötigen. Der Fahrmotorstrom andererseits richtet sich wieder nach
Zuggewicht, nach dem Bahnwiderstand und nach den Steigungsverhältnissen auf der
Strecke. Das Fortschaltrelais 23 wird daher dem Reglermotor i i so lange Strom zuführen,
bis Beharrungszustand eingetreten ist, d. h. bis der Strom in den Fahrmotoren nicht
mehr abfällt. Es stellt daher den Regler auf ein Optimum der Leistung ein.
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Ist die höchstzulässige Motorspannung erreicht (Schnittpunkt D in
Abb. 2), wird der Stromkreis des Reglermotors durch den Grenzschalter 17 unterbrochen.
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Es ist zweckmäßig, für langsame Bewegungen im Verschiebedienst auf
einer Vorstufe zu fahren. In diesem Falle wird der Schalter 29 in Stellung i gebracht.
Alsdann fließt der Strom für den Reglermotor ix über Hilfskontakte 1q. am Regler
io. Diese Hilfskontakte 1q. werden nach Erreichung einer gewissen Reglerstellung
selbsttätig unterbrochen, so daß die Geschwindigkeitscharakteristik des Fahrzeuges
etwa nach Kurve a in Abb. 2 verläuft.
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Wenn der Fahrmotorstromkreis unterbrochen werden soll, dann wird der
Druckknopf 28 losgelassen, wodurch das Hilfsschütz 30 und die beiden Motorschütze
2o, 21 abfallen. Beim Abfallen des Hilfsschützes werden die Kontakte 31
und
damit der Stromkreis für die Rückwärtsbewegung des Reglermotors geschlossen. Der
Regler io wird daher selbsttätig wieder in die Anfangsstellung zurückgeführt.
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Mit dem Druckknopf 28 kann in bekannter Weise auch eine Sicherheitsfahrschaltung
und eine selbsttätige Einwirkung auf die Fahrzeugbremse verbunden werden.
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Der Regler io kann beispielsweise im Führerstand aufgestellt sein
und eine Handkurbel 5o erhalten, die bei Störungen in der Steuerung oder am Steuermotor
von Hand verstellt werden kann.
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Damit Überlastungen vom Dieselmotor ferngehalten werden, ist das Überlastrelais
24 vorgesehen. Dieses Relais besitzt eine Strom- und eine Spannungsspule und wird
daher von der Leistung beeinflußt. Steigt die Leistung über einen vorher festgesetzten
Betrag hinaus an, dann öffnen die Kontakte 26 und schalten den Widerstand 27 in
den Erregerstromkreis der Dieseldynamo ein, so daß die Spannung vermindert wird.
Für den Fall, daß die Spannungsverminderung nicht ausreichend sein sollte, werden
bei weiterer Leistungssteigerung die Kontakte 25 unterbrochen, wodurch die Fahrmotoren
abgeschaltet werden.
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Die konstruktive Durchbildung der Fortschaltrelais kann eine verschiedene
sein. Um den Einfluß eines veränderlichen Luftspaltes möglichst auszuschalten, werden
sie zweckmäßigerweise mit drehbarem Anker in Motorform gebaut. Es ist ohne weiteres
möglich, das Überlastrelais 24 mit dem Fortschaltrelais 23 zu einem einzigen Apparat
zu vereinigen (vgl. z. B. Abb. 3). Die Stellung I ist die Ruhestellung, bei der
der Reglermotor Vorwärtsstrom erhält. In der Stellung 1I befinden sich die Kontakte,
durch die der zusätzliche Widerstand 27 stufenweise in den Erregerstromkreis eingeschaltet
wird. Diese Kontakte sind nicht gezeichnet. Es ist weiterhin noch eine Stellung
III vorgesehen, bei der der Reglermotor Rückwärtsstrom erhält. Kommt das Fahrzeug,
das mit hoher Geschwindigkeit und mit höchster Reglerstellung in der Ebene gefahren
ist, in eine Steigung, wo es erheblich mehr Strom verbraucht als in der Ebene, dann
rnuß die Motorspannung auf jenen Betrag vermindert werden, der der Leistung des
Dieselmotors entspricht. Der Regler io muß daher nach rückwärts verstellt werden.
Dies wird durch die Rückwärtskontakte 47 in Stellung III der Abb. 3 erreicht. Der
drehbare Teil des Relais muß selbstverständlich gut gedämpft sein.
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Es ist auch möglich, alle drei Relais, nämlich das Fortschaltrelais
22, das Fortschaltrelais 23 und das Überlastrelais 24 zu einem einzigen Apparat
zu vereinigen. Dies geschieht zweckmäßigerweise derart, daß die Spannungsspule des
Fortschaltrelais 23 erst an einer bestimmten Stelle, und zwar nach Erreichung des
Punktes C (Abb. 2) zugeschaltet wird. Die Zuschaltung der Spannungsspule kann durch
einen Kontakt am Regler io selbsttätig erfolgen. Zugleich mit der Zuschaltung der
Spannungsspule ist es aber notwendig, die Kraft der Feder 34 in Abb. 3 durch eine
Zusatzfeder 48, die auf elektromagnetische `'eise gespannt werden kann, zu verstärken.
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Da die Fortschaltrelais so ausgebildet werden können, daß sie ein
großes Drehmoment besitzen, so können unter Umständen die Regler unmittelbar durch
die Fortschaltrelais mit Hilfe von Klinken verstellt werden.
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Mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebes und mit Rücksicht
auf die Lebensdauer des Dieselmotors kann es zweckmäßig sein, die Drehzahl des Dieselmotors
dann herabzusetzen, wenn seine volle Leistung nicht benötigt wird. Hierbei ist es
aber notwendig, auch das Fortschaltrelais 23 so zu beeinflussen, daß es ebenfalls
auf eine geringere Leistung regelt. Dies kann auf verschiedene Art und Weise geschehen,
z. B. durch Vorschalten von Widerständen vor die Spannungsspule. Das Relais kann
auch mit Zusatzspulen ausgerüstet werden, oder die Stromspule kann verändert werden.
- Endlich kann auch noch die Federkraft der Feder 34 verändert, oder es können sonstige
Maßnahmen zur Beeinflussung des Relais vorgesehen werden. Damit die Bedienung des
Fahrzeuges möglichst einfach wird, ist es weiterhin zweckmäßig, die Veränderung
der Drehzahl des Dieselmotors vom Führerstand aus durch den Führerschalter vorzunehmen,
und zwar derart, daß zugleich mit der Veränderung der Drehzahl auch das Fortschaltrelais
entsprechend beeinflußt wird. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Abb. 4.
Diese Steuerung ist so ausgebildet, daß von einem Führerstand aus mehrere Triebwagen
oder Lokomotiven gesteuert werden können. Zu diesem Zweck sind eine Reihe von durchgehenden
Steuerleitungen 35 bis 42 vorgesehen, ferner ein Führerschalter 43 mit den Fahrstufen
z bis 6. 44 ist das Fortschaltrelais mit dem Vorwiderstand 45. Der Druckknopf 46
dient in diesem Falle als Notschalter.
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Die Fahrstufe z entspricht der Vorstufe in der Abb. z, bei der der
Generator nicht voll erregt wird. Der Dieselmotor hat dabei eine Drehzahl, die der
Leistungskurve b in der Abb. 2 entspricht. Das Fortschaltrelais 44 entspricht hierbei
ebenfalls der Leistungskurve b. Die Stufe 2 des Fahrschalters ist eine Fahrstufe
mit geringem Zuggewicht. Diese Fahrstufe entspricht der Leistungskurve b der Abb.
2. Je nach Zuggewicht und Streckenverhältnissen kann auch auf dieser Fahrstufe jede
beliebige Geschwindigkeit bis zur Höchstgeschwindigkeit erreicht werden. Ist das
Zuggewicht größer, oder sind Steigungen vorhanden, dann muß auf Fahrstufe 3 gegangen
werden. Hierbei wird durch Beeinflussung des Reglers am Dieselmotor mit Hilfe der
Steuerleitung 37 die Drehzahl des
Dieselmotors so weit heraufgesetzt,
daß die Leistung der Kurve c in Abb. 2 entspricht. Gleichzeitig erhält die Steuerleitung
38 Strom, wodurch ein Teil des Vorwiderstandes 45 vom Fortschaltrelais kurzgeschlossen
und damit das Fortschaltrelais 44 auf eine Leistung entsprechend Kurve c eingestellt
wird. Wenn die höchste Leistung des Dieselmotors ausgenutzt werden soll, dann wird
auf Fahrstufe ¢ übergegangen, wodurch die Steuerleitungen 39 und 40 Strom
erhalten und Dieselmotor und Fortschaltrelais entsprechend der Leistungskurve d
in Abb. 2 eingestellt werden.
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Wenn die Motorkurve e so gelegt ist, daß der Schnittpunkt
D mit der Leistungskurve d des Dieselmotors ziemlich tief liegt, dann
sind zweckmäßig noch Shuntstufen vorzusehen, die durch die Fahrstufen 5 bzw. 6 eingestellt
werden können, und wofür die Steuerleitungen 41 und 42 vorgesehen sind. Es kann
unter Umständen zweckmäßig sein, für die beiden Shuntstufen 5 und 6 einen besonderen
Schalter vorzusehen, so daß Feldschwächung auf jeder beliebigen Fahrstufe möglich
ist.
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Wenn für die Erregermaschine nicht ein besonderer selbsttätiger Spannungsregler
vorgesehen ist, der die Spannung auch bei verminderter Drehzahl des Diesehnotörs
auf gleicher Höhe hält, so kann es zweckmäßig sein, bei Einstellung von niedrigen
Drehzahlstufen am Führerschalter Teile des Reglerwiderstandes der Erregermaschine
kurzzuschließen, io daß ihre Spannung trotz verminderter Drehzahl immer auf angenähert
gleicher Höhe erhalten wird.