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Wärmekraftantrieb für Fahrzeuge mit elektrischer Kraftübertragung
Die Erfindung betrifft Wärmekraftantriebe für Fahrzeuge mit elektrischer Kraftübertragung.
Die richtige Regelung der Maschinenleistung solcher Fahrzeuge ist von wesentlicher
Bedeutung, damit die eingebaute begrenzte Leistung möglichst voll ausgenutzt wird.
Die abgegebene Leistung ändert sich ständig je nach dem Maschinenzustand, der Temperatur,
der Meereshöhe, den atmosphärischen Bedingungen, dem Brennstoff und ähnlichen Umständen.
Da keiner dieser Umstände beeinflußbar ist, muß die Regelung so gewählt werden,
daß sie unter allen Bedingungen den besten Wirkungsgrad ergibt. Eine bekannte Art
selbsttätiger elektrischer Regelung solcher Antriebe ist die Regelung mit Gegenverbunderregung,
eine andere ist als Drehmomentregelung- bekannt. Beide Regelungsarten haben ihre
eigenen Vorteile. Die Gegenverbundregelung setzt selbsttätig bei niedrigeren Maschinendrehzahlen
das von der Antriebsmaschine geforderte Drehmoment herab. Diese Drehmomentverringerung
ist insbesondere bei Ölmaschinen wünschenswert, um hohe Zylinderdrücke bei geringen
Maschinendrehzahlen zu vermeiden. Die Drehmomentregelung sorgt für volle Belastung
und Einstellung des höchsten Drehmomentes bei allen Geschwindigkeiten, ohne Rücksicht
auf die Maschinentemperatur. Sie verringert auch den mit Rücksicht auf den Betriebszustand
der Maschine auszugleichenden Lastanteil.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmekraftantrieb für Fahrzeuge
mit elektrischer Kraftübertragung und selbsttätig drehzahlabhängiger Regelung des
die Wärmekraftmaschine belastenden Drehmomentes. Die Erfindung besteht darin, daß
der Einfluß der Drehzahl auf die Regelung des Lastdrehmomentes von der Einstellung
des Antriebsdrehmomentes der Wärmekraftmaschine abhängig gemacht wird. Es ist bekannt,
bei solchen Antrieben die Steuerung in den Endlagen
des Brennstoffhebels
zu beeinflussen. Beispielsweise wird die Erregermaschine in der Nullstellung (Leerlaufstellung)
des Brennstoffhebels verriegelt und erst dann betriebsbereit gemacht, wenn dieser
Hebel in eine Betriebsstellung gebracht wird. Es ist ferner bekannt, am Ende des
Einstellweges des Brennstoffhebels, also wenn dessen Regel-Bereich erschöpft ist,
die Drehzahlregelung durch Verstellen der Grunddrehzahl des Fliehkraftreglers zu
beeinflussen. In allen diesen Fällen besteht innerhalb des Verstellbereiches des
Brennstoffhebels keine Abhängigkeit zwischen dessen Stellung und der Regelung des
Lastdrehmomentes. Eine solche Abhängigkeit ist auch nicht bei solchen bekannten
Anordnungen vorhanden, bei denen die Erregermaschine des Stromerzeugers der elektrischen
Kraftübertragung mit der Wärmekraftmaschine gekuppelt ist. Hier ist wohl die Regelung
gesetzmäßig von der Drehzahl abhängig, aber diese Abhängigkeit wird bei den bekannten
Anordnungen im Verlauf der Lastmomentregelung nicht geändert.
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Die drehzahlabhängige Regelung des Lastdrehmomentes kann vorteilhaft
auf einen Teil des Regelbereiches der Wärmekraftmaschine, insbesondere auf den Bereich
hoher Drehzahlen beschränkt werden. Es ist auf diese Weise möglich, die Vorteile
der beiden erwähnten selbsttätigen Regelungsarten miteinander zu vereinigen. Im
Bereich kleiner Drehzahlen der Wärmekraftmaschine kann hierzu der Antrieb im wesentlichen
durch leistungsabhängige Gegenerregung (Gegenverbunderregung) des Stromerzeugers
der elektrischen Kraftübertragung oder seiner Erregermaschine geregelt werden, während
bei höheren Drehzahlen die erwähnte drehzahlabhängige Drehmomentregelung einsetzt.
Bei den niedrigen Drehzahlen der Wärmekraftmaschine bestehen also die Vorteile der
hierfür besonders geeigneten Gegenverbundregelung, bei den höheren Drehzahlen die
der drehzahlabhängigen Drehmomentregelung, die sich vorwiegend für solche höheren
Drehzahlen eignet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt. Bei diesem hat eine das Erregersystem des Stromerzeugers beeinflussende
Hilfsmaschine in einem Teil des Regelbereiches der Wärmekraftmaschine konstante
Spannung, in einem anderen Teil dieses Regelbereiches drehzahlabhängige Spannung
und hierzu eine drehzahlunabhängige oder wenigstens in geringerem Maße drehzahlabhängige
Erregung. Der- Stromerzeuger 9 der elektrischen Kraftübertragung hat eine Ankerwicklung
io, eine fremderregte Feldwicklung i i und eine Anlauffeldwicklung 1.2. Seine Erregermaschine
13 hat eine Ankerwicklung 14, eine fremderregte Feldwicklung 15 und eine vom Belastungsstrom
des Stromerzeugers 9 durchflossene Gegenerregerwicklung 16. Ein Hilfsstromerzeuger
17 ist mit einer Ankerwicklung 18, einer Reihenschlußerregerwicklung i9 und
einer N ebenschlußwicklung 21 ausgerüstet. Diese :Maschinen sind miteinander gekuppelt
und werden von der Verbrennungskräftmaschine 22, beispielsweise einem Dieselmotor,
angetrieben. 23 ist der vom Stromerzeuger 9 gespeiste Antriebsmotor des an sich
nicht dargestellten Triebfahrzeuges (Lokomotive o. dgl.). Dieses enthält ferner
eine Saintnlerbatterie 2d., einen Spannungsregler 25. der die Spannung des Hilfsstromerzeugers
17 in einem Teil des Arbeitsbereiches regelt, und einen Regler 26 für den
Erregerstrom des Stromerzeugers 9 zur Regelung der Maschinenbelastung im übrigen
Arbeitsbereich. Ferner sind zwei Schalteinrichtungen 27 und 28 vorgesehen, durch
die die Regelung der Maschinenbelastung von der gegenerregten Erregermaschine auf
den Regler 26 übertragen werden kann. .Ein Kontaktgeber 29 arbeitet mit dem Regler
26 zusammen und regelt den Erregerstrom des Stromerzeugers 9. Zwei Schalter
31 und 32 dienen dazu, den Anker io zum Anlassen der Maschine 22 an die Batterie
24 zu legen. Ein Brennstoffventil 33 (Drosselventil) ist zur Regelung der Drehzahl
dieser ;Maschine bestimmt. Zwei Schalter 34 und 35 sind mit dem Betätigungsorgan
des Drosselventils 33 zwangsläufig verbunden und werden je nach dem gewählten Drehzahlbereich
der Maschine 22 betätigt. Ein Kontaktgeber 36 dient zur Steuerung der Feldwicklung
15 der Erregermaschine 13. Außerdem sind zwei Schalter 37 und 38 und ein Druckknopfschalter
39 für das Anlassen der Maschine 2a vorhanden.
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Diese Anordnung wirkt wie folgt: Zum Anlassen der Maschine a2 wird
zuerst der Schalter 37 geschlossen, wodurch die Batterie 24 mit den Steuerstromkreisen
verbunden wird. Hierauf wird der Druckknopfschalter 39 niedergedrückt und dadurch
den Betätigungswicklungen der Schalter 31 und 32 Strom zugeführt. Diese schließen
den Anker io und die Anlaßwicklung 12 an die Batterie 24. an, wodurch die Maschine
22 angeworfen wird. Nach dem Anspringen dieser Maschine wird der Druckknopfschalter
39 losgelassen, wodurch sich die Schalter 31 und 32 öffnen, und es wird der
Schalter 38 geschlossen.
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Hierdurch wird die Betätigungsspule des Schalters 27 über Abhängigkeitskontakte
4.i, 42 und .43 an den Schaltern 31, 32 und 28 erregt. Der Schalter
27 wird dadurch geschlossen und verbindet die Arbeitsspulen des
Spannungsreglers
25 mit dem Anker des Hilfsstromerzeugers 17 und schaltet auch die Reglerkontakte
in dessen Nebenschlußkreis, wo sie den Erregerstrom mittels der von ihnen gesteuerten
Widerstände 44, 45 und 46 beeinflussen. Auf diese Art wird die Spannung des Hilfsstromerzeugers
durch den Regler 25 so geregelt, daß der Stromerzeuger zur Leistungsabgabe für die
Hilfseinrichtungen des Triebfahrzeuges, z. B. für den Luftpressermotor und einen
Lüftermotor, wie auch zur Ladung der Batterie 24 bei außer Betrieb stehenden Fahrzeugen
benutzt werden kann.
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Wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit betrieben werden soll,
wird das Drosselventil 33 genügend geöffnet, daß die Maschine 22 ungefähr mit halber
Geschwindigkeit läuft. In dieser Stellung des Drosselventils wird der Schalter 34
geschlossen. Dadurch erhält die Betätigungsspule des Schalters 36 Strom, dieser
wird geschlossen und legt die Feldwicklung 15 der Erregermaschine 13 an die Batterie
2q..
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Die Erregung der Feldwicklung 15 hat zur Folge, daß die Erregermaschine
genügend Spannung für die Erregung der Feldwicklung i i des Hauptstromerzeugers
9 liefert. Dieser gibt hierauf Strom für den Antriebsmotor 23 des Fahrzeuges ab.
Auf diese Weise wird dessen Antriebsleistung von der Maschine 22 hervorgebracht
und elektrisch auf die Triebräder übertragen. Wie oben erläutert, wird die Belastung
der Antriebsmaschine bei Betrieb mit geringer Geschwindigkeit durch die Gegenfeldwicklung
16 der Erregermaschine 13 geregelt. Diese Gegenfeldwicklung ist so in den Ankerstromkreis
des Hauptstromerzeugers 9 eingeschaltet, daß eine Zunahme des Stromes die Erregerspannung
herabsetzt, wodurch ihrerseits die Erregung des Stromerzeugers 9 und dessen Leistung
abnimmt. Hierdurch verringert sich auch die Belastung der Antriebsmaschine 22. Auf
diese Art wird deren Belastung so geregelt, daß ihr Drehmoment sich bei den niedrigeren
Maschinendrehzahlen selbsttätig verringert und hohe Zylinderdrücke in der Maschine
vermieden werden.
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Um die Vorteile der drehzahlabhängigen Drehmomentregelung bei höheren
Arbeitsgeschwindigkeiten zu erlangen, wird die Regelung selbsttätig von der gegenerregten
Erregermaschine auf den Regler 26 übertragen, wenn das Drosselventil der Antriebsmaschine
2.2 für hohe Betriebsgeschwindigkeiten eingestellt wird. Bei der Einstellung des
Drosselventils auf annähernd volle Maschinengeschwindigkeit wird der Schalter 35
geschlossen. Er setzt die Betätigungsspule des Schalters 28 unter Strom, wodurch
dieser Schalter geschlossen wird und die Arbeitsspulen des Reglers 26 an den Hilfsstromerzeuger
17 anlegt. Hierdurch wird die Erregung des Hauptstromerzeugers 9 unter den Einfluß
des Reglers 26 gestellt. Die Umstellung auf drehzahlabhängige Drehmomentregelung
wird also von dem Regelorgan für das Treibmittel der Wärmekraftmaschine mitbewirkt.
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Das Schließen des Schalters 28 öffnet den Abhängigkeitskontakt 43
und entregt die Spule des Schalters 27. Dieser öffnet sich und macht den Spannungsregler
25 wirkungslos. Die Feldwicklung 21 des Hilfsstromerzeugers 17 ist nun über einen
Teil des Widerstandes 47 und Kontakte 48 am Schalter 28 an die Batterie 24 gelegt.
Die Spannung dieses Stromerzeugers wird daher nunmehr proportional zur Maschinendrehzahl
und kann zur Anzeige und Erfassung dieser Drehzahl verwendet werden.
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Da die Arbeitsspule des Reglers 26 durch die Kontakte 49 des Schalters
28 an den Hilfsstromerzeuger 17 gelegt wird, wird der Regler von dessen Spannung
abhängig. Diese Schaltung wird zugleich mit der Umstellung der Hilfsmaschine 17
auf gleichbleibende Erregung hergestellt, wodurch der Regler von der Maschinengeschwindigkeit
abhängig wird. Seine Regelkontakte steuern die Kontakteinrichtung 29, die ihrerseits
den Strom in der Feldwicklung i i des Stromerzeugers 9 und damit seine Leistung
beeinflußt. Wenn die Maschine ihre Drehzahl verringert, so bewirkt der Regler 26
eine Senkung der Stromerzeugerleistung, wodurch die Maschine 22 entlastet wird und
ihre Drehzahl wieder auf den Normalwert bringen kann. Auf diese Weise wird das Drehmoment
der Maschine so geregelt, daß diese unabhängig von ihrem besonderen Zustand mit
normaler Drehzahl arbeiten kann. Die beschriebene Anordnung kann in verschiedener
Weise abgeändert werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Deren
Anwendung ist daher nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.