-
Selbsttätig wirkende, Schalteinrichtung für Triebmotoren von Fahrzeugen,
die von Verbrennungsmotoren mit elektrischer Kraftübertragung angetrieben werden
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, deren Triebmotoren aus einem Netz mit praktisch
konstanter Spannung gespeist werden, wird die Reihenparallelschaltung der Triebmotoren
sowohl für die Regelung der Anfahrt als auch für die Geschwindigkeitsregelung angewendet.
-
Um die Bedienung derartiger Fahrzeuge zu vereinfachen, hat man selbsttätig
wirkende Einrichtungen angewendet, welche während des Anfahrvorganges sowohl die
Regelung der Vorschalt`,viderstände als auch die Gruppenschaltung der Triebmotoren
besorgen. Insbesondere dort, wo die Anfahrtströme mit Rücksicht auf das speisende
Kraftwerk einen gewissen Höchststrom nicht überschreiten sollen, finden gewisse
selbsttätige Anlaßeinrichtungen vorteilhafte Anwendung.
-
Diese Einrichtungen, bei welchen stromabhängige Fortschaltrelais zur
Steuerung der Regelapparate verwendet werden, sind so beschaffen, daß sie die Summenströme
der Triebmotoren während des Anlassens in gewissen Grenzen konstant halten. Dabei
ist es erforderlich, die Stromstärke vor der Umschaltung der Motoren aus der Reihen-
in die Parallelschaltung auf den halben Wert des zulässigen Höchststromes sinken
zu lassen, da bei der darauffolgenden Parallelschaltung der Summenstrom sofort auf
den doppelten Wert ansteigt.
-
Ganz andere Aufgaben erfüllt die Gruppen-, schaltung der Triebmotoren
von Fahrzeugen mit Brennkraftmotoren, die einen die Fahrmotoren speisenden Generator
mit veränderlicher Klemmenspannung antreiben. In diesem Falle wird die Gruppenschaltung
der Triebmotoren zur Einstellung der Geschwindigkeit und mithin der Fahrleistung
angewendet. Da diese einerseits durch die verfügbare Leistung des Brennkraftmotors
begrenzt ist und andererseits die volle verfügbare Leistung im ganzen vorgesehenen
Zugkraftbereich ausgeübt werden soll, kommt der richtigen Einstellung der Fahrleistung
eine ganz besondere Bedeutung zu.
-
Bei solchen Fahrzeugen werden vorteilhaft Generatoren verwendet, die
eine mit zunehmender Stromstärke fallende Klemmenspannung geben. Soll die Leistung
des Generators bei allen den verschiedenen Zugkräften
entsprechenden
Strömen konstant sein, dann muß das Produkt aus Strom und Spannung konstant sein,
d. h. die Stromklemmenspannungskurve des Generators soll eine Hyperbel sein. Diese
Bedingung kann von solchen Generatbren um so leichter erfüllt werden, je kleiner
der Strombereich ist, in dem die Hyperbelform annähernd erreicht werden soll.
-
Wie unten gezeigt wird, kann durch die Anwendung der Gruppenschaltung
der Triebmotoren der Strombereich, in dem der Generator mit konstanter Leistung
arbeiten soll, auf die halbe Größe jenes Bereiches verringert werden, der ohne Anwendung
der Gruppenschaltung zu bestreiten wäre. Hierdurch werden Abmessungen und Gewicht
des Generators geringer und sein Wirkungsgrad bei großen Zugkräften wesentlich verbessert.
-
Fig. i zeigt das Zugkraftstromdiagramm eines Fahrzeuges mit zwei in
Reihen- und Parallelschaltung zu betreibenden Triebmotoren. Die Kurve i-2 zeigt
den Strom eines Motors bzw. den gemeinsamen Strom beider Motoren in Reihenschaltung
in Ab-Ihängigkeit von der Zugkraft, die Kurve 3-4 zeigt den doppelten Strom eines
Motors bzw. den Summenstrom beider Motoren in Parallelschaltung in Abhängigkeit
von der Zugkraft. Werden die Motoren von Z1 bis Z2 parallel geschaltet und von Z2
bis zur höchsten Zugkraft Z, in Reihe geschaltet, dann wird der höchstzulässige
Summenstrom 21 innerhalb des Zugkraftspeichers Z1 bis Z3 nicht überschritten.
-
Aus dem Diagramm (Fig. i) ist ersichtlich, daß der Generator, wenn
die Motoren im ganzen Zugkraftbereich Z1 bis Z3 parallel geschaltet blieben, bei
der Zugkraft Z1 mit dem Strom J und der Spannung E und bei der Zugkraft Z, mit dem
Strom 41 und der Spannung 4 arbeiten müßte. Die Typenleistung des Generators bestimmt
sich demnach aus dem Produkt von E X 41. Werden die Motoren bis Z, parallel und
von Z, bis Z, in Serie geschaltet, dann beträgt der maximale Strom 2J und die minimale
Spannung. Die Typenleistung des Generators ist daher E X 2J, d. h. die Typenleistung
ist in diesem Falle nur halb so groß als bei reiner Parallelschaltung.
-
Jene Zugkraft, bei welcher die Umgruppierung der Motoren erfolgen
soll, ist entweder durch den Strom im Fahrmotor oder durch den Generatorstrom erfaßbar.
Die vorliegende Erfindung umfaßt stromabhängige selbsttätig wirkende Umschalteinrichtungen,
bei welchen von beiden Möglichkeiten Gebrauch gemacht wird. Die Umschaltung der
Fahrmotoren hat mit Rücksicht auf einen stoßfreien Betrieb so zu erfolgen, daß die
Wiedereinschaltung der Motoren nach erfolgter Umschaltung ohne übermäßige Strom-Stöße
vor sich geht. Außerdem gestattet die Einrichtung das Umschalten der Motoren bei
verringerter Klemmenspannung, wodurch die Schaltapparate vereinfacht werden. Ebenso
wird durch den Entfall von geregelten Vorschaltwiderständen die Einrichtung billiger.
-
Die erwähnten Bedingungen sind bei Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmotoren,
die mit den die Motoren speisenden Generatoren unmittelbar gekuppelt sind, in der
Weise zu erfüllen, daß dem Umschaltvorgang eine Aberregung des Generators vorausgeht
und nach erfolgter Umschaltung eine allmähliche Wiedererregung veranlaßt wird. Die
Aberregung des Generators kann sowohl durch Abschalten der Erregerwicklung als auch
durch Vorschaltung von Widerständen vor die Erregerwicklungen geschehen, oder man
verringert die Spannung durch entsprechende Verminderung der Drehzahl. Die allmähliche
Wiedererregung kann ebenfalls durch stufenweises Abschalten von Widerständen in
den Erregerstromkreisen oder durch langsame Steigerung der Drehzahl erzielt werden.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung beschrieben, die in Abhängigkeit
vom, Generatorstrom eine automatische Umschaltung der Motoren nach dem erwähnten
Prinzip veranschaulicht.
-
Der pneumatische Umschalter in Fig.2, mit welchem der Serienparallelschalter
angetrieben wird, hat zwei Steuerventile V1 und V,, die von dem Schütz S gesteuert
werden. Die Spannungsspule des Schützes S erhält Spannung über das Stromrelais R2,
das beim Strom 2J anzieht. Waren die Motoren vor Auftreten des Gen eratorstromes
2 1
parallel geschaltet, dann befanden sich der pneumatische Umschalter, das
Schütz S und R, in der gestrichelt gezeichneten Stellung, während R1 nur bei einem
Strom kleiner als J abfällt. Beim Ansprechen des Relais R, schließt das Schütz S
die Kontakte a und b.
Dadurch erhält die Spule des Apparates Z über
die vom Umschalter U gesteuerten Kontakte i und j Spannung und betätigt
entweder eine Drosselklappe in der Brennstoffleitung des Verbrennüngskraftmotors
oder einen Regulierwiderstand W im Erregerstromkreis des Generators. In beiden Fällen
sinkt die Generatorspannung und damit auch der Strom auf Null oder auf einen bestimmten
minimalen Wert, bei welchem die Umschaltung der Motoren erfolgen darf. Da die Spannungsspule
des Schützes S über die Haltekontakte e und f und die Schließkontakte
des
Relais Rl, das schon beim Strom J angesprochen hat, Spannung erhält, bleibt das
Schütz S in seiner Stellung, wenn auch das Relais R2 bei einer Verminderung des
Stromes abfallen sollte. Außerdem wurden beim Ansprechen des Apparates Z mit dem
Kontaktfinger, der von der Zugspule verstellt wird, die Kontakte m und n
geschlossen, die vom Relais R, so lange überbrückt waren, als der Strom größer als
J -war, weshalb der Haltestromkreis auch geschlossen bleibt, -wenn der Strom unter
J sinkt.
-
Eine Betätigung des pneumatischen Umschalters durch das Steuerventil
h, kann während dieses Vorganges nicht eintreten, da der Steuerstromkreis beim Kontakt
K unterbrochen ist. Der Kontakt K wird von einem Spannungsrelais oder von einem
Zentrifugalschalter so lange offen gehalten, als die Generatorspannung einen gewissen
minimalen Wert nicht unterschreitet bzw. die Drehzahl nicht unter einen bestimmten
Wert gesunken ist. Schließt Kontakt K, dann erhält die Spule des Ventils T, Spannung,
und der Umschalter U wird in die vollgezeichnete Stellung gebracht, wodurch die
Umschaltung der Motoren auf die Serienschaltung vollzogen ist. In dieser Stellung
des Umschalters U wird der Stromkreis der Spule des Apparates Z bei den Kontakten
i und ; geöffnet, wodurch die Zugvorrichtung, die finit verzögertem Rücklauf ausgestattet
ist, langsam in ihre ursprüngliche Stellung zurückkehrt (Luftkolben oder Windflügel).
Dadurch wird der Generator allmählich erregt bzw. die Drehzahl und damit die Generatorspannung
wieder langsäm gehoben. In der Endsirellung des Apparates Z hat der Kontaktfinger
die Kontakte in und n wieder geöffnet. Ist der nach erfolgter Umschaltung auftretende
Generatorstrom größer als J, dann bleibt der Haltestromkreis des Schützes S über
die Kontakte g und 1z des Relais R, geschlossen, und die Serienschaltung bleibt
bestehen.
-
Sinkt der Generator bei Serienschaltung unter den Wert T, dann fällt
Relais R, ab, und der Haltestromkreis des Schützes S wird geöffnet. Das Schütz S
fällt in die gestrichelt gezeichnete Stellung. Dadurch erhält die Zugvorrichtung
Z über die Kontakte k und l Spannung, und der Generator wird neuerdings aberregt,
bis der Kontakt K das Ansprechen des Steuerventils V2 und hiermit die Umschaltung
ermöglicht. Hierauf wird der Generator neuerdings erregt, und der Betrieb in Parallelschaltung
geht -weiter, solange der Strom den Wert 21 nicht überschreitet.
-
Betriebsmäßig kann der Fall eintreten, daß das Fahrzeug mit einer
Zugkraft beansprucht wird, die längere Zeit hindurch um den Wert ZR herum schwankt.
Die Umschalteinrichtung müßte daher fortwährend zum Ansprechen kommen, was mit Rücksicht
auf den Betrieb unzulässig ist. Ebenso wird nach dem Umschaltvorgang von Serien-
auf Parallelschaltung -während der Wiedererregung des Generators ein Beschleunigungszustand
eintreten, bei dem ein größerer Generatorstrom als 2J auftreten kann und eine Rückschaltung
in die Serienschaltung verursachen würde.
-
Es ist deshalb notwendig, daß sich die Ansprechwerte des Relais R,
und R2 nicht genau wie i ::2 verhalten, sondern um einen solchen Wert von diesen
Werten verschieden sind, daß die Umschaltung von Parallel- aus Serienschaltung bei
dem Strom 2J" bzw. bei der Zugkraft Z," und die Umschaltung von Serien- auf Parallelschaltung
beim Strom T' bzw. bei der Zugkraft Z2' erfolgt (Fig. 3). Durch diese Maßnahme wird
also ein Pendeln bei der Zugkraft Z2 vermieden.
-
Die gleiche Schalteinrichtung kann verwendet werden, wenn die Relais
R1 und R2 statt vom Generatorstrom vom Strom eines Motors betätigt werden.
-
In Fig. q. ist J der Motorstrom bei der Zugkraft Z2, bei welcher die
Umschaltung erfolgen soll. Wird das Relais R, , auf den Strom J' und das Relais
R_2 auf den Strom T" eingestellt, dann arbeitet das System in der gleichen Weise.
Bei parallel geschalteten Motoren erfolgt dieUmschaltung auf Serienschaltung bei
der Zugkraft Z2", -während bei Serienschaltung der Motoren die Umschaltung auf Parallelschaltung
bei der Zugkraft Z2 eintritt.