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Elektrische Akkumulatoren-Verschiebe-Lokomotive mit Nutzbremsung unter
Verwendung von Motoren mit Hauptstromwicklung Im Verschiebedienst ist bekanntlich
die Energieausnutzung, wie zahlreiche Versuche ergeben haben, durch die Rangierlokomotiven
viel schlechter als durch die Lokomotiven, die im Fahrdienst verwendet werden. Dieser
umstand führt bei Dampflokomotiven lediglich zu einem wesentlich höheren Kohlenverbrauch
für den geleisteten Bruttotonnenkilotneter im Rangierdienst. Die Auffüllung des
Betriebsstoffes, in diesem Falle Kohle, gestaltet sich sehr einfach und stört den
Betrieb nicht wesentlich.
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Bei elektrischen, insbesondere Akkumulatoren-Verschiebe-Lokomotiven,
die an sich, wie zahlreiche Versuche erwiesen haben, der Dampflokomotive sowohl
energiewirtschaftlich als auch betrieblich weit überlegen sind, bedeutet das Wiederaufladen
jedoch einen wesentlichen Zeitverlust, da die Lokomotive während dieser Zeit aus
dem Betrieb gezogen werden muß. Um nun der elektrischen Lokomotive einen größeren
Aktionsradius zu geben und ein Mindestmaß an Betriebskosten zu erzielen, ist es
wichtig, den Stromverbrauch soweit wie möglich herabzudrücken.
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Untersuchungen über, den VerschieIelokomotivdienst haben ergeben,
daß die mittlere' Länge der einzelnen Fahrten nur sehr kurz ist (sie liegt zwischen
170 und zoo m etwa), dafür aber die Zahl der stündlichen Fahrten bis zu
25, ja 3o betragen kann. Hieraus geht hervor, daß die einzelnen Fahrten fast
ausschließlich aus Anfahrt und Anhaltevorgang bestehen. Ein großer Teil der von
der Lokomotive aufgewendeten Arbeit wird daher zur Beschleunigung verbraucht und
geht zum großen Teil beim Anhalten durch Bremsen wieder verloren.
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Ersparnisse im Energieverbrauch werden im wesentlichen während der
Anfahrt und während des Haltevorganges erzielt werden müssen. Die hauptsächlichsten
Verluste sind während der Anfahrt die Verluste in den Anfahrwiderständen und während
des Bremsvorganges die an den Bremsklötzen vernichtete Energie. Kann man diese Verluste
vermindern, so kommt man zu kleineren Batteriegewichten und damit zu einer wirtschaftlicheren
Lösung der Akkumülatoren-Verschiebe-Lokomotive. i Ja in vielen Fällen wird erst
durch eine Ersparnis die Ausführung einer Maschine mit tragbaren Gewichten überhaupt
möglich.
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Die Verluste in den Anfahrwiderständen
lassen sich
einmal herabsetzen durch Anwendung einer Serien- und Parallelschaltung der. Batteriehälften,
die bereits früher vorgeschlagen ist, besser aber nach der beiliegendext Schaltskizze
(Abb. r) vorgenommen wird, da bei letzterer Anordnung eine gleichmäßige Entladung
der Batteriehälften auch beim Überschalten erreicht werden kann. Hier ist w des
Anfahrwiderstand; 1, z und 3 sind Schalter. Bei Parallelschaltung der Batteriehälften
ist Schalter :2 offen; Schalter i und 3 sind geschlossen. Im Übergang werden alle
drei Schalter geschlossen und dann 1 und 3 ohne eine nennenswerte Funkenbildung
geöffnet.
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Weiter lassen sich die Anfahrwiderstände durch Feldschwächung der
Motoren bekanntlich vermindern. Die im allgemeinen übliche Feldschwächung durch
Parallelwiderstand hat mancherlei Nachteile, insbesondere die große Stromüberlastung
bei schweren Zügen. Die an sich bekannte Feldschwächung mit Hilfe einer besonderen
fremderregten Nebenschltißwicklung vermeidet diese Nachteile und ist daher für den
vorliegenden Zweck vorzuziehen.
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Eine weitere Möglichkeit der Ersparnis von Energie liegt darin, die
aufgewendete Beschleunigungsarbeit nicht durch Bremsen zu vernichten, sondern durch
elektrische NutzbreiTisung wieder zurückzugewinnen. Hierfür sind bereits mancherlei
Teillösungen angegeben. Alle diese Lösungen, die einseitig auf l,Tutzbremsung allgemein
gerichtet sind, beiücksichtigen nicht die Eigenarten des Rangierbetriebes und erfordern
entweder verwikkelte Schaltungen, benötigen eine besondere Hilfsstromquelle oder
haben endlich eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Batterieteile zur Folge.
Für den Verschiebedienst ist aber erste Bedingung eine möglichst einfache und leicht
zu bedienende Maschine.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Hilfserregerwicklung,
die beim Fahren zum Schwächen des von der Hauptstromwicklung erzeugten Motorfeldes
dient und beim Bremsen das Motorfeld erzeugt, wobei dann die Hauptstromwicklung
eine feldschwächende Wirkung ausübt und diese Wirkung durch einen Nebenschluß zur
Hauptstromwicklung begrenzt wird.
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Hierdurch wird eine sowohl bezüglich Schaltung wie auch hinsichtlich
Bedienung überaus einfache Anordnung geschaffen, die allen Anforderungen des Verschiebedienstes
sich anpaßt und leine günstige gleichmäßige Beanspruchung von Batterie und Motoren
zur Folge hat.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise der Lokomotiven mit der neuen Anordnung
ist in Abb. 2 bis 4 dargestellt. Abb. 2 gibt die Schaltung beim Fahren wieder. a
sind die Anker der Fahrmotoren, c die Hauptstromwicklungen, ii die Hilfserregerwicklungen,
zei die Parallelwiderstände zu den Hauptstromwicklungen. Während des Fahrens ohne
Feldschwächung sind die eingezeichneten kleinen Schalter sämtlich geöffnet. Der
Batteriestrom durchfließt nur die Anker a und die Hauptstromwicklungen c.
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Beim Feldschwächen (Abb.3) werden die Hilfserregerwicklungen n über
einen Regelwiderstand r an die Klemmen der Batterie gelegt und so erregt, daß das
Nebenschlußfeld dem Hauptstromfeld entgegengesetzt gerichtet ist. Die zu den Parallelwiderständen
w führenden Schalter sind offen.
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Beim Bremsen (Abb. 4) «erden die Nebenschlußwicklungen umgekehrt erregt
wie in Abb. 3. Der Strom fließt in umgekehrter Richtung, die Hauptfelder c sind
durch die Parallelwiderstände w' geschwächt und wirken gegeneompoundierend zu -
den Nebenschlußfeldern n. Die Motoren arbeiten also als .gegencompoundierte Generatoren.
Zweck des Parallelwiderstandes w' ist, wie erwähnt, die Schwächung des Hauptfeldes,
die notwendig ist, um eine genügend starke Bremswirkung zu erzielen, da sonst bereits
bei normalem Strom überhaupt kein Feld mehr vorhanden wäre, wenn die Nebenschlußwicklung
so bemessen ist, daß sie die gleichen Amperewindungen wie das Hauptfeld bei vollem
Strom besitzt.
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Würde man allein eine derartige Schaltung anwenden, so wäre der erzielbare
Gewinn an sich noch nicht sehr groß, da selbst durch Übererregen der Motoren beim
Bremsen infolge des starken Ansteigens der Batteriespannung bei der Ladung nur ein
sehr geringer Geschwindigkeitsbereich ausgenutzt werden könnte. Wesentlich günstiger
werden die Verhältnisse, wenn .man während des Bremsens die Fahrmotoren . hintereinander
und die Batteriehälften parallel schaltet. Rechnet man beispielsweise mit einer
normalen Entladespannung der Batterie von 300 Volt, so geht diese bei parallel
geschalteten Hälften auf 15o Volt herunter, entsprechend einer Ladespannung von
etwa 185 Volt. Schaltet man nun noch die beiden Motoren in Reihe und nutzt die durch
die Nebenschlußwicklung mögliche Spannungssteigerung von 25-% aus, so steht ein
Spannungsbereich von 750 Volt bis 185 Volt bzw. unter Berücksichtigung des
Spannungsabfalles der als Generatoren arbeitenden Motoren von 4o Volt, insgesamt
225 Volt, d. h. also 70 °/o der betriebsmäßig zum Fähren verwendeten Spannung zur
Verfügung. Da die Generatoren in diesem Falle fremderregt arbeiten, entspricht diesem
Spannungsbereich- auch ein gleicher Geschwindigkeitsbereich.
Die
Wucht des Zuges ist gleich
nimmt also mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ab, so daß bei Ausnutzung eines Geschwindigkeitsbereiches
von 70 "/" etwa 9i "/" der Wucht für die Rückgewinnung am Laufradumfang zur Verfügung
stehen. Verfolgt man die Rechnung weiter, so sieht man, daß hierdurch etwa 23 bis
2,5 "J" der Gesamtarbeit zurückgewonnen werden kann unter Berücksichtigung
sämtlicher Verluste, d. h. also, bei gleichem Gewicht steigt der Fahrbereich der
Lokomotive um 25 "1", oder anders, bei gleichem Fahrbereich kann das Gewicht der
Batterie und damit ihr Preis um 25 "1" verringert werden. Hinzu kommt noch der Gewinn
durch Herabsetzen der Verluste bei der Anfahrt mit etwa 3 bis 5 "/". Mit diesen
Einrichtungen läßt sich also die Akkumulatorenlokomotive wesentlich wirtschaftlicher
herstellen und in Betrieb halten.
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Wie oben erwähnt, ist eine Nutzbremsung möglich bis zu etwa 30 "J"
der normalen Geschwindigkeit herunter. Der Rest muß mit der üblichen Handbremse
abgebremst werden. Um nun zu verhindern, daß nach Beendung der Nutzbremsung wieder
Strom aus der Batterie in die Motoren fließt, ist es erforderlich, beim Erreichen
dieser Mindestgeschwindigkeit, die bei konstanter Erregung von vornherein festgelegt
werden kann, den Bremsstromkreis zu unterbrechen, was durch einen Zentrifugalregler,
der mit einer Achse gekuppelt ist, oder durch ein Spannungsvergleichsrelais erfolgen
kann.
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Infolge der feldschwächenden Wirkung der Hauptstromwicklung beim Bremsen
werden besondere Maßnahmen zum Vermeiden von Stromstößen beim Einschalten der Bremsung
kauen erforderlich sein, jedoch läßt sich leicht ein sanftes Einsetzen der Bremsung
dadurch erreichen, daß auf der ersten Bremsstufe ein Vorschaltwiderstand in dieBretnsstrotnleitung
gelegt wird. Außerdem ist ja die Spannung der als Generatoren arbeitenden Motoren
bei konstanter Erregung lediglich abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, so daß hierdurch
ein Mittel gegeben ist, mit Hilfe eines Zentrifugalreglers, der, wie oben erwähnt,
auch zum Abschalten des Bremsstromkreises verwendet wird, einen Hilfsregler auf
eine bestimmte Stellung, die der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit entspricht, einzustellen,
so daß die Generatoren stets bei Bremsbeginn annähernd die gleiche Spannung wie
die Batterie haben. Mit Hilfe des Bremsfahrschalters, der durch den Lokomotivführer
bedient wird, braucht dann lediglich eine Zusatzerregung gegeben zu werden, um das
Fließen eines Bremsstromes in gewünschter Größe zu erzielen. Bei besonders angestrengtem
Rangierbetriebe kann es trotzdem vorkommen, daß zur Aufladung nicht genügend Zeit
zur Verfügung steht. In einem solchen Falle wird es vielleicht zweckmäßig sein,
einen kleinen Benzingenerator oder eine andere stromerzeugende (also nicht umformende)
Maschine auf die Lokomotive zu stellen, mit Hilfe dessen dann jede kleine Pause
zur Ladung ausgenutzt werden kann. Es ist sogar auf einfache Weise möglich, auch
während des Betriebes zu laden, solange die Batteriehälften in Reihe liegen, indem
während dieser Zeit die Benzindynamo parallel zur Batterie geschaltet wird, während
sie, sobald die Batteriehälften parallel gelegt werden, abgeschaltet oder auf halbe
Spannung gesetzt wird.
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Die vorliegende Anordnung ermöglicht auch die Verwendung einer solchen
Lokomotive als Abdrücklokomotive über den Eselsrücken, indem durch Parallelschalten
der Batteriehälften bei nicht geshuntenen Motoren die hierfür erforderliche geringe
Geschwindigkeit erreicht wird und in gewissen Grenzen verlustlos geregelt werden
kann. Ferner kann die Lokomotive durch Anordnung einer Fahrleitung und eines Stromabnehmers
auf der Lokomotive als ferngesteuerte Abdrucklokomotive verwendet werden, wobei
dann die Hauptschlußwicklung ganz oder nur teilweise kurzgeschlossen werden kann,
tim eine von der Last unabhängige Geschwindigkeit zu erzielen.