DE572210C - Elektrische Kraftuebertragung fuer Lokomotiven und Fahrzeuge aller Art, die durch Verbrennungsmotor angetrieben werden - Google Patents

Elektrische Kraftuebertragung fuer Lokomotiven und Fahrzeuge aller Art, die durch Verbrennungsmotor angetrieben werden

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DE572210C
DE572210C DEB144404D DEB0144404D DE572210C DE 572210 C DE572210 C DE 572210C DE B144404 D DEB144404 D DE B144404D DE B0144404 D DEB0144404 D DE B0144404D DE 572210 C DE572210 C DE 572210C
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GERTRUD ELISABETH BRUNS
GERTRUD INGEBORG BRUNS
HANS ALFRED DANKWART BRUNS
HANS HAGEN BRUNS
HANS VOLKER BRUNS
MARIA GERTRUD BRUNS GEB ZICKEL
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GERTRUD ELISABETH BRUNS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/11Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using DC generators and DC motors
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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Description

  • Elektrische Kraftübertragung für Lokomotiven und Fahrzeuge aller Art, die durch Verbrennungsmotor angetrieben werden Es sind Einrichtungen für den Antrieb von Fahrzeugen und Lokomotiven durch Verbrennungsmotoren mit elektrischer Kraftübertragung bekanntgewarden, deren Wesen darin besteht, daß die elektrische Kraftübertragung mit möglichst hoher und gleichbleibender Stromstärke bei wechselnder Spannung bewirkt wird, zu dem Zwecke, dem Verbrennungsmotor zu jeder Zeit die niedrigst mögliche Geschwindigkeit aufzuzwingen. Dies ist möglich, wenn ein Gleichstromerzeuger mit gleichbleibender Spannung erregt wird. Um aber den verschiedenen Betriebsverhältnissen bei Lastfahrten und Leerfahrten besser Rechnung tragen zu können, ist vorgeschlagen worden, bei Lastfahrten die Polwicklungen des Gleichstromerzeugers hintereinander und bei Leerfahrten sie paarweise nebeneinander zu schalten, und zwar in beiden Fällen bei derselben Erregungsspannung. Das hat zur Folge, daß bei Lastfahrten eine gewisse Spannung bei höherer Geschwindigkeit des Gleichstromerzeugers, bei Leerfahrten schon bei niedriger Geschwindigkeit erzeugt wird. Bei schneller Leerfahrt genügt dann eine verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors und des mit ihm gekuppelten Gleichstromerzeugers, um dem Fahrzeug oder der Lokomotive eine- hohe Geschwindigkeit zu erteilen. Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden. Erfindung ist nun, die beiden Mängel, die diesem Vorgehen anhaften, zu beseitigen. Diese Mängel sind: i. Das Umschalten der Polwicklungen kann nur .erfolgen, wenn der Gleichstromerzeuger entlastet ist. Man muß also vor dem Umschalten die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor abstellen. Bei einem einzelnen Fahrzeug ist dies unbedenklich, bei einem langen Zuge kann die plötzliche Unterbrechung der Zugkraft der Lokomotive zu schweren Zerrungen im Zuge führen.
  • z. Bei der Schwierigkeit des Umschaltens der Polwicklungen muß man damit rechnen, daß es ganz unterbleibt, daß also der Verbrennungsmotor bei Leerfahrten oder. bei geringen Belastungen mit unnötig hoher Geschwindigkeit und-deshalb ungünstig arbeitet.
  • Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist eine selbsttätig arbeitende Einrichtung, die abhängig von der vom Gleichstromerzeuger erzeugten Stromstärke ist, und zwar nach ,dem Schaltschema der Abbildung.
  • In der Abbildung ist 2 der von einem Verbrennungsmotor i angetriebene Gleichstromerzeuger, ,der von der Erregermaschine 3 erregt wird. Die Erregermaschine 3 wird. ebenfalls von dem Verbrennungsmotor angetrieben und ist so eingerichtet, daß sie erst von einer gewissen Antriebsgeschwindigkeit an Spannung und Strom gibt, daß bis zu einer etwas höheren Geschwindigkeit die Spannung allmählich anwächst, und daß von da an die Spannung bis zur höchsten Geschwindigkeit gleichbleibt oder etwas abfällt.
  • Der von dem Stromerzeuger 2@ erzeugte Strom wird dem Hauptstrom-Elektromotor 4 zugeführt.
  • Die Pole des Gleichstromerzeugers 2 tragen mehrere getrennte Wicklungen, in der Abbildung bezeichnet mit 22, 22a, 23,23a, 24, 2q4 25,25 a und 26, 26a, also beispielsweise je 5 getrennte Wicklungen. Das Folgende wird am einfachsten durch ein Zahlenbeispiel klargemacht.
  • Die Wicklungen 22 und 22a ergeben beispielsweise eine magnetische Sättigung des Poleisens von Sooo Kraftlinien. Werden auch die Wicklungen 23 und 23a unter Strom gesetzt, so erhöht sich die Kraftlinienzahl auf io ooo; Hinzufügung von 24 und 24.a ergibt 12 ooo, von 25 und 25a 14 000 und von 26 und 26a 16 öoo Kraftlinien. Die Wicklungen 22 und 22a sind fest und unlösbar mit den Bürsten io der Erregermaschine 2 verbunden. Die von den Wicklungen 22 und 22a erzeugte Erregung soll ausreichen, um dem Gleichstromerzeuger bei seiner höchsten Geschwindigkeit von beispielsweise i2oo Umdrehungen in der Minute eine Spannung von 5oo Volt zu geben; die höchste Stromstärke bei dieser Spannung soll Zoo Amp. betragen, also die Leistung des Gleichstromerzeugers ioo kW. Die höchste Stromstärke von Zoo Amp. kann sich nur so lange bilden, wie das Fahrzeug oder die Lokomotive so langsam läuft, daß die von den Hauptstrom-Elektromotoren erzeugte elektromotorische Gegenkraft von der zom Gleichstromerzeuger erzeugten Spannung entsprechend überwunden.werden kann. Dies sei bei einer gewissen Geschwindigkeit nicht mehr der Fall, da der Fahrwiderstand des Fahrzeuges oder der Lokomotive zu klein geworden ist, und eine weitere Beschleunigung nicht mehr stattfinden soll. Es sei angenommen, daß die Stromstärke, welche die Motoren. aufnehmen können, um die gewollte Geschwindigkeit des Fahrzeuges durchzuhalten, nur noch ioo Amp. beträgt. Der Gleichstromerzeuger kann dann bei der angenommenen höchsten Geschwindigkeit von i2oo Umdrehungen in der Minute nur noch Soo Volt # ioo Amp. - So kW erzeugen; d. h. der Verbrennungsmotor ist nur noch halb belastet. Setzt man nun unter diesen Umständen die Polwicklungen des Gleichstromerzeugers 23 bis 26 und 23a bis 26a unter Strom, so steigt die Kraftlinienzahl im Gleichstromerzeuger von 8ooo auf 16 ooo, und der Gleichstromerzeuger kann die erforderliche Spannung von . soo Volt schon bei 6oo Umdrehungen in der Minute erzeugen. Damit ist aber der Verbrennungsmotor wieder voll belastet. Durch Unterstromsetzen der Polwicklungen 23 bis 26 und 23d bis 26a wird die Geschwindigkeit -des Verbrennungsmotors von i2öo auf 6oo Umdrehungen in der Minute herabgedrückt.
  • Um den beschriebenen Vorgang selbsttätig und allmählich zu gestalten, sind den Polwicklungen 23 bis 26 und 23a biss 26a eine besondere Art von Höchststromschaltern zugeordnet, in der Abbildung mit 23b, 2e, 256 und 26b bezeichnet. Die Eisenkerne dieser Schalter sind von dem Strom umflossen, der vom Gleichstromerzeuger .erzeugt wird und der zu den Hauptstrom-Elektromotoren geht, also vom Hauptstrom. Die Höchststromschalter steuern den Erregerstrom zu den Polwicklungen des Gleichstromerzeugers, und zwar, um bei dem Zahlenbeispiel zu bleiben, wie folgt: Bei einer Stärke des Hauptstromes von Zoo Amp. sind nur die Polwicklungen 22 und 22a unter Strom, derVerbrennungsmotor macht i2oo Umdrehungen in der Minute, und ,der Gleichstromerzeuger gibt eine Spannung von 500 Volt ab.
  • Geht die Stärke des Hauptstromes auf 175 Amp. zurück, so schaltet der Höchststromscbalter 23b, und die Polwicklungen 23 und 23a werden unter Strom gesetzt. Die vom Gleichstromerzeuger abgegebene Spannung bleibt 5oo Volt, jedoch -wird seine Geschwindigkeit und die des Verbrennungsmotors auf 96o Umdrehungen herabgedrückt: Bei einer Stärke :des Hauptstromes. von 15o Amp. werden durch den Höchstsiromschalter 24b die Polwicklungen 24 und 24a unter Strom gesetzt, und der Gleichstromerzeuger kann bei 6oo Umdrehungen in der Minute eine Spannung von 5oo Volt abgeben. Beträgt die Stärke des Hauptstromes noch 125 Amp., so werden die Polwicklungen 25 und 25a durch den Höchststromschalter unter Strom gesetzt, wodurch der Gleichstromerzeuger schon bei 687 Umdrehungen in der Minute eine Spannung von 500 Volt abgeben kann. Setzt bei ioo Amp. Hauptstromstärke der Schalter 26b auch die Polwicklungen 26 und 26a unter Strom, so wird der Verbrennungsmotor auf eine Geschwindigkeit von 6oo Umdrehungen herabgedrückt, ohne daß die vom Gleichstromerzeuger abgegebene Spannung sinkt. Erst dann, wenn die Elektromotoren des Fahrzeuges oder der Lokomotive auch ioo Amp. nicht mehr aufnehmen können, muß die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor gedrosselt werden. Zwischen i2oo und 6oo Umdrehungen in der Minute aber wird der Verbrennungsmotor gezwungen, immer sein volles Drehmoment abzugeben, und zwar um so enauer, je feiner man die Abstufung wählt, d. h. j e mehr getrennte Polwicklungen man dem Gleichstromerzeuger gibt. Der Verbrennungsmotor läuft also nie schneller, als notwendig ist, um die Leistung abgeben zu können. Auf diese Weise werden große Ersparnisse im Brennstoffverbrauch erreicht, und außerdem wird die Lebensdauer des Verbrennungsmotors erhöht.
  • Der Anfahrvorgang wird durch die beschriebene Maßnahme gar nicht beeinflußt, denn beim schnellen Anfahren wird die höchste Stromstärke immer erreicht; der Gleichstromerzeuger wird infolgedessen mäßig erregt, und der Verbrennungsmotor geht auf hohe, stabile Geschwindigkeiten.
  • Die beschriebene Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß die elektrischen Einrichtungen immer ohne zusätzliche Verluste arbeiten, was nicht der Fall ist, wenn ähnliche Wirkungen mit Widerstandsregelung der Polwicklungen oder der Gegenerregung erreicht werden sollen.
  • Um das Arbeiten der Höchststromschalter stabil zu machen, darf das Ein- und Ausschalten des einzelnen Schalters nicht bei gleicher Stärke des Hauptstromes erfolgen. Wenn beispielsweise der Schalter 23b die Polwicklungen 23 und 23d bei einer Stromstärke von 175 Amp. an die Erregermaschine legt, d. h. wenn die Stromstärke von Zoo Amp. auf 175 Amp. fällt, so soll er im Gegensatz hierzu bei steigender Stromstärke schon bei 16o bis 165 Amp. abschalten. Durch geeignete gegenseitige Lage von Spule und Eisenkern der Höchststromschalter läßt sich dies leicht erreichen. Wären die Höchststromschalter nicht so ausgebildet, so würden sie in der Nähe der entscheidenden Stromstärke ununterbrochen tanzen.
  • Fahrtechnisch liegt der Vorteil darin, daß während des Anfahrvorganges immer mit .der höchstzulässigen Stromstärke gearbeitet wird, (denn die Polwicklungen 23 bis 26 und 233' bis 26a schalten sich selbsttätig ab), wodurch dem Fahrzeug oder dem Zuge die höchstmögliche Beschleunigung zuerteilt wird, und daß während der eigentlichen Fahrt die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors mit fallender Stromstärke des Gleichstromerzeugers selbsttätig herabgedrückt wird. Die Regelurig der Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder der Lokomotive erfolgt unter allen Umständen nur durch den Brennstoffhebel.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Elektrische Kraftübertragung für Lokomotiven und Fahrzeuge aller Art, die durch Verbrennungsmotoren angetrieben werden, bestehend aus einem Gleichstromerzeuger mit Fremderregung, einer Erregermaschine mit Eigenerregung und einem oder mehreren Antriebs-Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung ,des Gleichstromerzeugers (2) durch die Erregermiaschine (3) selbsttätig verstärkt wird, und zwar in Abhängigkeit von :der Stärke des vom Gleichstromerzeuger abgegebenen Stromes, wenn dieser Strom die höchste zulässige Stärke nicht erreicht.
  2. 2. Elektrische Kraftübertragung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Erregung .des Gleichstromerzeugers durch Zuschalten von Polwicklungen (22 bis 26) bzw. (22a bis 26a) erfolgt, und zwar stufenweise durch Höchststromschalter (23b, 24b, 25b, 26b), die unter dem Einfluß des Stromes stehen, der vom Gleichstromerzeuger abgegeben wird.
  3. 3. Elektrische Kraftübertragung nach den Ansprüchen r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke, die zum Abschalten ,der Höcbststromschalter notwendig ist, bei steigender Stärke des vom Gleichstromerzeuger erzeugten Stromes geringer ist, als die Stromstärke zum Einschalten bei fallender Stärke des vom Gleichstromerzeuger erzeugten Stromes.
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