DE653666C - Steuerung fuer elektrisch betriebene Fahrzeuge - Google Patents

Description

Bei der Auslegung von Steuerungen für elektrisch betriebene Fahrzeuge ist man bemüht, die Reisegeschwindigkeit durch größere Anfahrbeschleunigung und größere Bremsverzögerung zu erhöhen. Diese Forderung läßt sich aber nur durch eine Vermehrung der Zahl der Anfahr- und Bremsstufen erfüllen. Die feine Unterteilung des Anfahrbzw. Bremswiderstandes ermöglicht ein sanftes und stoßfreies Anfahren bzw. Bremsen, so daß bei Fahr- und Bremsbetrieb der größtmögliche Reibungswert ausgenutzt werden kann. Derartige Steuerungen bedingen aber infolge der großen Schaltstufenzahl sehr viele Kontaktfinger, so daß die Größe· der bisher üblichen Fahrschalter bzw. Schaltwerke bei weitem nicht ausreicht, um das Kontaktmaterial unterzubringen. Die Schaltgeräte werden also verwickelter, größer und folglich teurer.

Es ist bekanntgeworden, bei Stromgewinnungsschaltungen mittels Nebenschlußmotoren zur Vermeidung von Stromstößen beim Übergang von den Reihenstellungen auf die Parallelstellungen Hauptschlußfelder einzuschalten und nach dem Übergang kurzzuschließen. Eine Verfeinerung der mittels Ankerwiderstände gesteuerten Anlaßstufen ist auch hierbei nicht erreicht, so daß man auch bei Verwendung einer derartigen Übergangsschaltung zur feineren Regelung der Anfahrstufen eine Vermehrung der Kontakte benötigt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung, durch welche ein feinstufiges Anfahren in vollkommener Weise gewährleistet wird und bei welcher weniger Schaltstufen, also weniger Kontaktmaterial erforderlich ist als bei den bisher bekannten grobstufigen Schaltgeräten. Anfahren und Bremsen vollziehen sich annähernd stetig. Die Stromspitzen sind ausgeglichen, die Anfatir- und Bremskennlinien haben einen gleichmäßigen Verlauf. Ferner ist die Anfahrbeschleunigung stets gleichbleibend, unabhängig davon, ob der Wagen leer oder belastet ist. Zur Erzielung dieser Wirkung bedient sich die Erfindung einer Ausgleichmaschine, d. h. einer frei laufenden Hilfsmaschine, deren Anker an die Klemmen des vom Hauptstrom durchflossenen Feldes des Triebmotors angeschlossen ist. Die Anordnung wird hierbei so getroffen, daß der Anker beim Überschalten von einer Widerstandsstufe zur anderen mit kleinerer Gegen-EMK zugeschaltet wird, als der Spannung zwischen den Feldklemmen entspricht. Im Zeitpunkt des Zuschaltens, also beim Übergang von einer Stufe zur nächsten, wenn der Strom des Triebmotors sprunghaft ansteigt, bildet der Anker der

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Hermann Hermle in Berlin-Lankwits.

Ausgleichmaschine einen Nebenschluß, welcher einen erheblichen Anteil des Ankerstromes des Triebmotors dem Felde entzieht. Das Feld ist also geschwächt, so daß das. Drehmoment des Motors trotz des erhöhten Ankerstromes nicht plötzlich ansteigt urid^:; ein Stoß vermieden wird.

Es ist zwar bekannt, an die Hauptstromfelder von Motoren die Anker von Hilfsmaschinen anzuschließen. Diese bekannten Schaltungen haben aber nicht den Zweck, einen Ausgleich herbeizuführen, sondern dienen lediglich dazu, 'die Kennlinie des Motors zu verändern. Es handelt sich auch nicht um Ausgleichmaschinen, d. h. um frei laufende Hilfsmaschinen, sondern die Hilfsmaschinen dienen als Erregermaschinen und werden zu diesem Zwecke angetrieben. Der Anker wird auch nicht während des Über-

so ganges von einer Stellung zur nächsten zugeschaltet, sondern ist dauernd an die Klemmen des Hauptmotors angeschlossen.

Weiterhin ist auch schon eine Einrichtung beschrieben worden, bei der eine als Motor arbeitende Hilfsmaschine zur Regelung eines Feldes verwendet wird. Dabei liegt aber die Hilfsmaschine nicht unmittelbar an den Klemmen der vom Hauptstrom durchflossenen Feldwicklung. Daß der bekannten Steuerung eine ganz andere Aufgabe als dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegt, geht schon daraus hervor, daß die erstere für Fahrzeuge benutzt werden soll, die ihre Energiequelle, z. B. einen Explosionsmotor, mit sich führen. Bei dieser Gattung von Triebfahrzeugen liegt vor allen Dingen das Problem vor, den Verbrennungsmotor bzw. den von ihm angetriebenen Generator mit gleichbleibender Leistung zu belasten. Um der Stromspannungskennlinie des Generators einen hyperbolischen Verlauf zu geben, erhält sie bei der bekannten Anordnung außer der Nebenschluß wicklung noch eine vom Nutzstrom oder einem Zweig desselben durchflossene Hauptwicklung und erregt sich durch diese beiden Wicklungen selbst. In den Nebenschlußkreis wird dabei der Anker eines Motors geschaltet, der durch den Nutzstrom erregt wird; so daß seine elektromotorische Gegenkraft mit zunehmendem Nutzstrom ebenfalls wächst. Bei der Steuerung nach der Erfindung liegt der Anker des Hilfsmotors jedoch nicht in Reihe mit der Nebenschlußwicklung des Generators, sondem ist an die Klemmen des vom Hauptstrom durchflossenen Feldes des Triebmotors angeschlossen, zum Zwecke, die durch willkürlich eingeschaltete Schaltvorgänge hervorgerufenen Zugkraftstöße zu vermindern.

Schließlich sei noch auf eine bekannte Schaltung hingewiesen, bei der ebenfalls eine Hilfsmaschine dem Feld des Triebmotors parallel geschaltet ist. Darin hat die Hilfsmaschine die Aufgabe, den in. der Feldwick- : lung eines über einen einphasigen Gleichrichter gespeisten Reihenschlußmotors fließenden Wellenstrom zu glätten. 'Es handelt sich also bei der bekannten Anordnung um den Ausgleich periodischer Schwankungen des Feldstromes und nicht wie im Falle der Erfindung um den Ausgleich von durch willkürliche Schaltvorgänge verursachten Stromstößen.

In der Zeichnung ist ein. Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 die Fahrschaltung (Serie und Parallel), Abb: 2 die Bremsschaltung. Es handelt sich bei beiden Abbildungen um die gleiche Schaltung. Es wurde nur der Einfachheit halber der Fahrtbremswender nicht dargestellt und statt dessen zur besseren Übersicht in dem einen Falle die ganze Fahrschaltung und im anderen Falle die Bremsschaltung gezeichnet. 1 und 2 sind die Anker der Antriebsmotoren, 3 und 4 deren Hauptfelder; S ist ein handbedienter Fahrschalter mit sieben Fahrstellungen (vier Serie-, drei Parallel- und vier Bremsstellungen). 6 ist der ' Anfahr- bzw. Bremswiderstand mit den Anzapfungen R 1, Rz, i? 3, R 4. 7 ist die Ausgleichmaschine, die im vorliegenden Falle eine Nebenschlußkennlinie aufweist. Der Anker der Maschine ist mit 8, das Nebenschlußfeld mit 9 bezeichnet. Die Maschine ist mit einer Schwungmasse 10 ausgerüstet und kann durch die Backenbremse 11 bei Betätigung des Magneten 12 abgebremst werden. 13 stellt die Rückzugfeder für die Bremse dar.

"vS¹ und P sind die Kontakte eines Serien-Parallelschützes, welches der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Dieses Schütz ist durch Steuerstromkontakte des Fahrschalters 5, welche in der Zeichnung nicht dargestellt sind, auf den Serienstellungen eingeschaltet, so daß die Kontakte 5" und P die in der Zeichnung dargestellte Lage einnehmen. Zwischen der Stellung 4 und 5 wird das Schütz abgeschaltet, so daß der Kontakt S_ abfällt und das Feld 3 an Erde legt, während der Kontakt P geschlossen wird und dabei die Anker 1 und 2 verbindet.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:

. Wird der Fahrschalter 5 in die Schaltstellung ι gebracht, so sind die Aniriebsmotoren 1 und 2 in der bekannten Weise in Serie geschaltet und laufen unter Vorschaltung des gesamten Widerstandes Ri —R 4 mit einem kräftigen Anzugsmoment an. Auf der zweiten Serienschaltung werden die Widerstände Ri—R 2 kurzgeschlossen. Gleich-

zeitig aber wird die Ausgleichmaschine 7 über die Fahrschalter Segmente 14 dem Hauptfeld 4 parallel geschaltet, das Feld also geschwächt. Da der Widerstand der Maschine im Stillstand sehr gering ist, geht ein Teil des Hauptstromes im Verhältnis der Widerstände durch die Maschine und treibt diese an, während das Hauptfeld 4 des Motors 2 nur einen Teilstrom erhält und somit den Motor 2 nur wenig erregt. Der Anfahrstoß beim Uberschalten von Stufe 1 nach 2 ist also abgefangen. In dem Maße nun, in dem die Ausgleichmaschine beim Hochlaufen Gegen-EMK entwickelt, wächst gleichzeitig ihr wirksamer Widerstand. Der Strom, der durch das Feld 4 fließt, wächst infolgedessen stetig, während der Strom, der durch die Ausgleichmaschine fließt, in demselben Verhältnis abnimmt. Der Erregerstrom für das Feld 4 hat sich also innerhalb des Spannungsbereiches der Schaltstufe 2 selbsttätig geregelt. Beim Überschalten nach den Serienstellungen 3 und 4 vollzieht sich derselbe Vorgang. Im Zeitpunkt des Überschaltens wird an das Hauptfeld wohl eine größere Spannung gelegt, diese tritt aber nicht als ein Stromstoß in Erscheinung, da die vergrößerte Spannung auch an der Ausgleichmaschine liegt. Da aber die Gegen-EMK ihren Wert nicht geändert hat, entsteht ein Spannungsunterschied, der Widerstand der Maschine ist also wieder kleiner gewor^ den, so daß ein Teil des Stromes wieder durch deren Anker fließt. Die Ausgleichmaschine läuft weiter hoch; ihr Widerstand wird stets größer. In demselben Verhältnis nimmt wieder die Stromaufnahme des Hauptfeldes 4 zu.

Auf der Fahrstellung 5 sind die Motoren in bekannter Weise durch die Umschaltung der Kontakte P und S parallel· geschaltet. Durch den Kontaktbelag 15 des Fahrschalters 5 ist die Ausgleichmaschine auch dem Hauptfeld 3 des Motors 1 parallel geschaltet.

Die Stromabgleichung für die Hauptfelder 3 und 4 und dadurch die gleichmäßige Beschleunigung des Fahrzeuges geschieht in, der vorbeschriebenen Art und Weise. Das gleiche gilt für die Parallelstellung 6, auf welcher der gesamte Anfahrwiderstand kurzgeschlossen ist. Auf der Fahrstellung 7 wird über das Fahrschaltersegment 16 der Magnet 12 erregt-, die Backenbremse 11 drückt an die Schwungmasse 10 und bremst die Ausgleichmaschine ab. Mit abnehmender Drehzahl nimmt die Gegen-EMK der Maschine ab und läßt so einen Teil des Stromes der Felder 3 und 4 hindurch, so daß letztere geschwächt werden und dadurch die Drehzahl der Antriebsmotoren erhöht wird. Es ist jedoch auch möglich, die Bremse fortfallen zu lassen, da durch den geringen Spannungsabfall am Feld infolge der Kennlinie der Hauptstrommotoren die Drehzahl der Ausgleichmaschine abfällt und damit eine selbsttätige Feldschwächung bewirkt.

Beim Rückdrehen des Fahrschalters in die Nullstellung wird die Ausgleichmaschine beim Überschalten der ersten Fahrstufen durch das Fahrschaltersegment 17 stillgesetzt.

Beim Uberschalten des Fahrschalters von Null in die erste Bremsstufe wird die in Abb. 2 dargestellte bekannte Bremsschaltung. der Antriebsmotoren hergestellt unter Vorschaltung des gesamten Bremswiderstandes Ri — R 4. Auf der Bremsstellung 2 legt das Fahrschaltersegment 18 einen Ausgleichleiter an die Felder 3 und 4, an dessen Mitte die Ausgleichmaschine 7 angeschaltet wird. Gleichzeitig werden die WiderständeRi —R2 kurzgeschlossen. Der Bremsstrom steigt an, kann sich aber nicht als Stoß auswirken, da der Bremsstrom von der noch stillstehenden oder mit geringer Drehzahl laufenden Ausgleichmaschine aufgesaugt wird und diese jetzt hochläuft, bis die Gegen-EMK auf einen entsprechenden Wert gestiegen ist, dann fließt der Strom nur durch die Hauptfelder. Beim Überschalten nach den Bremsstufen 3 und 4 vollzieht sich der gleiche Vorgang, so daß trotz des grob aufgeteilten Widerstandes eine gleichmäßige Bremsverzögerung entsteht. Die Bremsstöße und damit auch die schlagartigen Beanspruchungen der Getriebe fallen fort.

Die vorbeschriebene Einrichtung läßt sich natürlich sinngemäß auf sämtliche Steuerungen übertragen. Die Ausgleichmaschine kann eine Hauptschluß-, Nebenschluß- oder Verbundkennlinie besitzen, sie kann auch fremderregt sein. Durch einen vorgeschalteten Widerstand kann ihre Erregung abstufbar ausgebildet werden. Die Zahl der Anfahr- und Bremsstufen läßt sich dem Ausführungsbeispiel gegenüber je·, nach den Betriebs- bedingungen, noch verringern. So könnte beispielsweise die Parallelstufe 7 durch ein Zeitrelais ersetzt werden, welches nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne den Stromkreis für den Magneten 12 schließt und so die Ausgleichmaschine abbremst. Die Abbremsung könnte beim Rückdrehen des Fahrschalters nach Null durch Schleppfinger aufrechterhalten werden, die sich bei Vorwärtsdrehung sofort vom Kontaktbelag abheben. Die Abbremsung der Ausgleichmaschine läßt sich außer durch. Backenbremsen auch durch Wirbelstrombremsung erreichen. Das Einschalten der Ausgleichmaschine läßt sich den jeweiligen Verhältnissen entsprechend auf jeder Fahr- bzw. Bremsstufe bewerkstelligen.

Um die Kennlinie der Maschine zu ändern, kann statt der Schwungmasse auch ein Lüfter Verwendung finden, da sich dessen Widerstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändert.

Unter Umständen genügt es, die Aus- * gleichmaschine immer nur an einem Feld oder an Feldern, die dauernd in Serie liegen, anzuschalten.

ίο Als weitere Vorteile der Anordnung ergeben sich Vermeidung von Bremsüberspannungen und Überschlägen beim Aufreißen der Kurzschlußbremse, bei hohen Geschwindigkeiten, da parallel zu den Hauptfeldern ein elastischer Nebenschluß geschaltet ist, über den sich die Überspannungen ausgleichen. Ferner wird bei Betrieb mit Beiwagen das Blockieren der elektromagnetischen Anhängewagenbremse, z. B. Solenoidbremse, Scheibenbremse usw., vermieden, da keine Spitzenströme auftreten, die erfahrungsgemäß das Blockieren verursachen. Aus demselben Grunde können auch. die Räder des Triebfahrzeuges bedeutend weniger leicht zum " Schlüpfen gebracht werden, so daß selbst bei überschnellem Durchschalten der Bremse das gefährliche Gleiten der Räder auf ein Mindestmaß herabgedrückt wird. Durch die geringe Schaltstufenzahl wird die Bedienung derartiger Fahrschalter leicht und übersichtlich.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Steuerung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, bei welcher an die Klemmen des vom Hauptstrom durchflossenen Feldes des Triebmotors der Anker einer Ausgleichmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker beim Überschalten von einer Wider-Standsstufe zur anderen mit kleinerer Gegen-EMK zugeschaltet wird, als der Spannung zwischen den Feldklemmen entspricht.

2. Steuerung¹ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichmaschine, vorzugsweise mit der Drehzahl Null, bei Einschalten der zweiten oder einer nachfolgenden Fahr- bzw. Bremsstufe angeschaltet wird.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgrößen der mit einer Schwungmasse gekuppelten Ausgleichmaschine, beispielsweise die Belastung und die Erregung, stufenweise vom Fahrschalter aus gesteuert werden.

4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Schwungmasse der Maschine ein Lüfter vorgesehen ist.

5. Steuerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den, Feldschwächungsstufen die Belastung der Ausgleichmaschine (7) durch eine vom Fahrschalter (5) aus. gesteuerte Bremse (11) erhöht ist (Belag 16).

6. Steuerung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (11) auf der ersten Fahr- oder der ersten Bremsstellung eingeschaltet ist (Belag 17).

7. Steuerung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (11) als Reibungsbremse oder Wirbelstrombremse ausgebildet ist.

8. Steuerung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein-auf der letzten Parallelstellung des Führerschalters (5) angesteuertes Zeitrelais die Bremsung für die Feldschwächung veranlaßt.

9. Steuerung nach Anspruch 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsung der Ausgleichmaschine beim Rückdrehen des Fahrschalters aus der Fahrstellung nach Null durch Schleppfinger erfolgt.

10. Steuerung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichmaschine als Nebenschluß-, Hauptschluß- oder Verbundmaschine ausgebildet ist oder Fremderregung hat.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen