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Widerstandsbremsschaltung für mehrere Motoren oder Motorgruppen elektrisch
betriebener Fahrzeuge Das Patent 678 594 bezieht sich auf eine Widerstandsbremsschaltung
fürmehrmotorige Fahrzeuge, bei der mindestens ein Motor als Erregermaschine zur
Erregung :der übrigen bremsenden Motoren verwendet ist. Das Feld dieses Motors wird
von einer Hilfsstromquelle, z. B. ,einem Stromsammler, erregt. Um nun über einen
größeren Geschwindigkeitsbereich eine annähernd gleichmäßige Bremskraft zu erhalten,
wird der Stromsammler nicht unmittelbar an das Feld des als Erregermaschine arbeitenden
Motors angeschlossen, sondern ein Teil des von dem Bremsstrom durchflossenen Bremswiderstandes
zwischengeschaltet und zwar derart, daß mit steigendem Bremsstrom die an die Feldwicklung
abgegebene Spannung kleiner wird. Gegenstand der Erfindung ist eine vorteilhafte
Abänderung ,der im Hauptpatent geschützten Einrichtung, welche es ermöglicht, mit
einer besonderen kleinen Sammlerbatterie auszukommen. Erfindungsgemäß wird .die
Schaltung so ausgebildet, daß ein oder mehrere Motoren in Selbsterregungsschaltung
mit einem Bremswiderstand und den Feldwicklungen in Reihe geschaltet sind und den
Erregerstrom für letztere liefern, während wenigstens ein Motor mit seinem Anker
zu den Feldern der übrigen Motoren parallel geschaltet ist und den Erregerstrom
in diesen
in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an einem Teil
des Bremswiderstandes derart regelt, daß der Bremsstrom nach Erreichen einer bestimmten
Drehzahl praktisch gleiclx` bleibt.
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Im folgenden soll die Erfindung näher. #äz3'7 Hand der Fig. i und
2 erläutert werden. _' Es sind beispielsweise zwei Fahrmotoren vorhanden. Der Motor
mit Anker :2 und Feldwicklung 12 dient-zum Bremsen, er speist den Bremswiderstand
3. Das Feld ist dabei im Generatorsinne geschaltet, so wie es beispielsweise bei
der üblichen selbsterregten Kurzschlußbremsung bei Straßenbahnen geschaltet ist,
d. h. entgegengesetzt wie heim Betrieb als Motor. Der Stromkreis Anleer 2, Feld
12 und Widerstand 3 wird sich also, sobald er geschlossen-'wird, bei genügend hoher
Drehzahl von selbst erregen, :die Erregung für Feld 12 wird dann vom Anker 2 geliefert
und braucht nicht fremd zugeführt zu werden. Solange nur die im vorstehenden angeführten
Teile der Schaltung wirksam sind, würde sich hierbei eine Kennlinie ergeben, :die
bekanntlich für eine gleichmäßige Bremsung nicht geeignet ist. Der Brems= strom
setzt bei einer gewissen Geschwindigkeit plötzlich ein und steigt dann, sobald die
Drehzahl nur wenig zunimmt, zu sehr hohen Werten an. Der Grund liegt darin, daß
der volle Bremsstrom auch durch die Feldwicklung 12 geht und Anker- und Feldstrom
sich gegenseitig steigern.
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Um eine gleichmäßige Bremskraft zu erhalten, muß mit wachsender Geschwindigkeit
dem Feld 12 mehr und mehr Strom entzogen werden. Dazu wird erfindungsgemäß der andere
Fahrmotor benutzt. Sein Anker i ist mittels der Leitungen 5 und 6 zu der Feldwicklung
12 parallel geschaltet; er bildet also zu letzterem gewissermaßen einen Nebenschluß,
dessen (entsprechender) -Widerstandswert dadurch geregelt wird, daß man durch passende
Erregung -der zugehörigen Feldwicklung i i im Anker i eine EMK erzeugt und deren
Größe und Richtung so einstellt, daß derAnker i dem Feld 12 mehr oder weniger Strom
entzieht oder auch umgekehrt zusätzlichen Strom liefert.
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Die Erregung für die Feldwicklung i -i wird wieder von einerHilfsstromquelle,
z. B. einem kleinen Stromsammler.4, geliefert. Die Erregerstromstärke wird selbsttätig
geregelt, und zwar dadurch, daß in den Stromkreis Stromsammler 4, Feld i i, Rückleitung
5, ein Teil des Bremswiderstandes-3 eingeschaltet wird. Ist zunächst die Schaltung
stromlos und wird der Sammlerstromkreis geschlossen, so fließt,. wie Fi-g. i zeigt,
vom +-Pol des Stromsammlers im Sinne des Pfeiles ein Strom zur Feldwicklung i i,
durch Leitung 5 und. den- unteren Abschnitt des Widerstandes 3, zum Stromsammler
zurück. Der Widerstand 3 führt zunächst keinen Bremsstrom. Sein Ohmwert ist im Verhältnis
zum Ohmwert eler Feldwicklung i i gering. Es entsteht also werJ verhältnismäßig
kräftiger Erregerstrom. @4Feldwicklung i i ist gleichfalls gegenüber dem zugehörigen
Anker i im Generatorsinne geschaltet, ebenso wie die Feldwicklung 12 gegenüber dem
Anker 2. Im Anker i entsteht nunmehr eine-durch Iden nach oben gerichteten `Pfeil
angedeutete EMK. Diese erzeugt einen Strom, der durch Leitung 6, Feldwicklung i2
(von oben nach unten), Leitung g und Leitung 5 zurück zum Anker i geht. Infolgedessen
entsteht im Anker 2 eine EMK entsprechend dem von oben nach unten gerichteten Pfeil,
die ihrerseits einen entsprechenden Strom über Leitung 6, Feldwicklung 12, Bremswiderstand
3 hervorruft. Dadurch entsteht nun. aber in dem unteren Abschnitt des Widerstandes
3, an den der Stromsammler 4 angeschlossen ist, ein Spannungsabfall, der in dem
Stromkreis: Kontakt 7, Stromsammler 4, Leitung ä, Feldwicklung i i, Leitung- 5,
Widerstand 3 der Strornsammlerspannungentgegenwirkt. FürdieFeldwicklung i i bleibt
also weniger Spannung übrig; -der Strom in der Wicklung i i geht daher zurück, gleichzeitig
auch die EMK im Anker i und der von dieser in die Feldwicklurng i2 gelieferte Strom.
Schließlich tritt ein Gleichgewichtszustand ein.
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Befindet sich das Fahrzeug unterhalb der kritischen Geschwindigkeitsgrenze,
bei der in dem Stromkreis Anker 2, Feld 12 (mit Neb.enschluß durch den Anker i),
Widerstand 3 Selbsterregung eintreten würde, so genügt der vom Ankere gelieferte
Strom nicht, um die Erregung der Feldwicklung 12 aufrechtzuerhalten. Es muß vielmehr
der Anker i den fehlenden Betrag an Erregerstrom dazuliefern, der Stromsammler muß
daher einen entsprechenden Erregerstrom für die Feldwicklung i1 abgeben. Der Stromverlauf
bleibt dabei so, wie in Fig. i angegeben.
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Bei steigender Geschwindigkeit wird die EMK im Anker 2 größer, der
Strom wird dann ebenfalls größer und kommt schließlich auf den Wert,,der .gerade
genügt, um die Erregung der Feldwicklung 12 zu .decken. Der Anker i braucht in diesem
Fall keinen Strom mehr zu liefern, es braucht in ihm nur die (sehr kleine) EMK erzeugt
zu werden, die der Spannung an der Feldspule 1z das Gleichgewicht hält; der-Stromsaminler
braucht dann also auch nur einen sehr geringen Strom an die Feldwicklung- i i abzugeben.
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Geht die Geschwindigkeit noch mehr in die Höhe, so würde der Strom
von Anker 2 für die. Erregerwicklung 12 zu groß werden (vgl.
Fig.2).
Damit steigt aber auch der Spannungsabfall an dem Bremswiderstand 3 bzw. auch an
dem zwischen Leitung 5 und Anschlußpunkt 7 liegenden Abschnitt. Dieser Spannungsabfall
wird nun größer als die Stromsammlerspannung; infolgedessen kehrt sich in dem Stromkreis
Stromsammler q., Leitung 8, Feldwicklung i i, Leitung 5, Widerstand 3, Stromsammler
die Stromrichtung um; der Strom fließt rückwärts vom Widerstand 3 .durch Leimeng
5, durch Feldwicklung i i von oben nach unten zum --Pol des Stromsammlers 4 und
lädt diesen auf. Auch im Anker i verläuft jetzt die EMK umgekehrt wie der Pfeil
von oben nach unten zeigt; infolgedessen saugt der Anker i aus ,der parallel liegenden
Feldwicklung 12 einen Teilstrom ab und schwächt somit das Feld sowohl wie die EMK
im Anker 2, verhindert also ein weiteres Ansteigen des Bremsstromes.
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Bei den in der Praxis üblichen Verhältnissen herrscht an der Feldwicklung
12 auch bei voller Erregung nur eine Spannung von wenigen Volt. Auch Anker i braucht
daher nur eine sehr kleine EM.K zu entwickeln. Die zugehörige Feldwicklung ii führt
@daher nur kleine Ströme. Das ganze System strebt einem Gleichgewichtszustand zu,
hei dem der Spannungsabfall am unteren Widerstandsabschnitt praktisch .gleich groß
ist wie die Spannung des Stromsammlers 4. Ganz kleine Abweichungen nach oben oder
unten genügen schon, um durch die Feldwicklung i i so viel Strom zu schicken, daß
die EMK .des Ankers i den Erregerstrom in der Wicklung 12 auf dem richtigen Wert
hält. Infolgedessen bleibt der Bremsstrom über einen großen Geschwindigkeitsbereich
nahezu gleich.
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Will man noch ein gewisses Ansteigen des Bremsstromes mit der Geschwindigkeit
zulassen, so kann .dies dadurch geschehen, @daß in den Sammlerstromkreis ein zusätzlicher
Widerstand eingeschaltet wird, z. B. in Leitung 5 oder in Leitung 8, wie in Fig.
i gestrichelt angedeutet. ist.
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Will man die Höhe der kritischen Geschwindigkeit regeln, bei der in
dem Stromkreis des Ankers 2 Selbsterregung eintritt, wobei oberhalb dieser Grenzgeschwindigkeit
der Stromsammler Ladestrom aufnimmt, unterhalb davon dagegen Strom abgeben muß,
so kann dies durch Abstimmen der Widerstandswerte im Stromkreis der Feldwicklung
12 und des Ankers i bewirkt werden. Legt man zusätzlichen Widerstand vor die Feldwicklung
12, also in der Leitung 6 oder g, so fließt mehr Strom durch .den dazu parallel
liegenden Anker i; eine Selbsterregung tritt daher erst bei höherer Drehzahl ein.
Schaltet man dagegen zusätzlichen Widerstand unmittelbar vor oder hinter den Anker
i, so fließt durch diesen weniger Strom ab, die Selbsterregungsgrenze tritt dann
bei niederer Geschwindigkeit ein.
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Uri den Bremsstrom (unter sonst gleichen Verhältnissen) stärker oder
schwächer zu halten, kann der Kontakt 7 des einen Stromsammlerpoles an dem Widerstand
3 verschoben werden. Der Normalwert des Bremsstromes sinkt in etwa gleichem Maße
wie der Ohmwert des unteren Abschnittes des Widerstandes 3 steigt.
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Man kann in der angegebenen Weise also die Bremskennlinie mit einfachsten
Mitteln ganz nach den Erfordernissen gestalten. Das Bremsen geht im allgemeinen
von hohen zu niedrigen Geschwindigkeiten vor sich. Der Stromsammler leitet auf jeden
Fall zunächst die Erregung der Maschinen ein, worauf die Bremsung einsetzt, wird
aber dann, sobald Bremsstrom entsteht, geladen und erst bei verhältnismäßig kleiner
Geschwindigkeit zur Stromlieferung herangezogen. Selbst wenn er sich also vorher
in mangelhaftem Ladezustand befand, erhält er während des größeren Teiles des Bremsvorganges
so viel Strom zugeführt, daß er den geringen Bedarf für den unteren Geschwindigkeitsbereich
sicher decken kann. -Während Fig. i und 2 das Prinzip der Schaltung erkennen lassen,
zeigt Fig.3 die vollständige Schaltung für ein mehrmotoriges Fahrzeug. Es ist ein
Fahrzeug mit 4 Doppelmotoren, also 8 Einzelmotoren, angenommen. Je 2 Motoren sind
ständig in Reihe geschaltet. Für den Motorbetrieb werden Sdie 4 Doppelmotoren an
die Stromzuleitung 37 gelegt, und zwar mittels der Hauptschalter 34 32, 33, 34.
Der Strom geht dann beispielsweise bei dem links dargestellten Motorpaar durch Anker
58 und die zugehörige Kompensations-und Wendepolwicklung 28, durch die entsprechende
Wicklung 27 und Anker 57 des anderen Motors, über den (nicht dargestellten) Fahrtwender
zu den Feldwicklungen 18 des Motors 58 und 17 ides Motors 57 und zur Erde. Der Stromverlauf
bei den übrigen Motorpaaren ist entsprechend.
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Will man auf die Bremsschaltung übergehen, so. werden zunächst die
Hauptschalter 31 bis 34 geöffnet. Die Anker 55, 56, 57, 58 arbeiten dann auf den
Bremswiderstand 36, der dauernd zwischen den Schaltern 33 und 34 eingeschaltet sein
kann, .da diese ja beim Motorbetrieb gleiches Potential halben. Ebenso arbeiten
die Anker 52, 53, 54 auf den Widerstand 35, der fest zwischen den Schaltern 31 und
32 liegt. Er hat, da er nur von 3 Ankern gespeist wird, nur 3/4 des Ohmwertes von
Widerstand 36.
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Der Anker 52 liefert auch .den Erregerstrom sowohl für seine eigene
Feldwicklung
12 wie auch die Feldwicklungen 13 bis 18 der übrigen
Motoren. Die Feldwicklungen 12 bis i8 sind alle durch Schließen der Schalter 38
und 39 in Reihe geschaltet. Der Strom in diesem Kreis verläuft dann vom Anker 52
über die zugehörige Kompensationswicklung 22, Leitung44, denUmschalter43 (der sonst
beim Motorbetrieb Feld i i und 12 in Reihe schaltet), Feld 12, Feld 17 bis 18, Schalter
38, Feld 16, 15, 13, 14, Schalter 39, Leitung 4o, den rechten Abschnitt des Bremswiderstandes
35 und zurück zum Anker 52. An den Widerstand 35 ist an passender Stelle (regelbar)
mittels Kontakt 42 der Stromsammler 41 angeschlossen; er liefert -den Erregerstrom
(positiv oder negativ) für das Feld i i auf dem Wege: Stromsammler 41, Feld ii,
Schalter 39, Leitung 40, Abschnitt des Widerstandes 35, Kontakt 42, Stromsammler
41.
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Durch einen Schalter 45 wird die Verbindung- zwischen den Feldern
13 und 15 von Erde abgetrennt, weil sonst die Felder 15, 16, 17, 18 kurzgeschlossen
wären.
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Die Leitung 40 führt nur einen schwachen Differenzstrom infolge kleiner
Ungleichheiten der Ströme im Anker 52 und den Ankern 53 und 54; sie könnte daher
unter Umständen ganz fortfallen.
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Zum Herstellen der ganzen Bremsschaltung sind nur Schalter 38, 39,
43, 45 erforderlich; die Anordnung ist somit sehr einfach.