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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.
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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.
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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.
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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.
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Der von dem Stromerzeuger 2@ erzeugte Strom wird dem Hauptstrom-Elektromotor
4 zugeführt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.