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Vereinigte Widerstands- und Nutzbremsschaltung von Verbundmotoren,
insbesondere für- elektrisch angetriebene Fahrzeuge Es ist eine große Zahl von Verfahren
bekannt, welche anstreben, die im Straßen- und Vollbahnbetrieb üblichen" Gleichströrn-Hauptstrom-Motoren
für Iden Nützbremsb.etrieb=:ge= eignet zu machen. -Legt mali dabei- auf einen hohen
Rückgewinn Wert, so muß- man- zur Fremderregung der Felder greifen und benötigt
hierfür eine Fremdstromquelle, meist einen Motorgenerator: Damit kommt ein Element
in die sonst einfache elektrische Ausrüstung hinein, -das als Maschinensatz mit
umlaufenden Teilen einer gewissen Wartung bedarf und eine Quelle von Störungsmöglichkeiten
bildet: Seit langem .sind daher Bestrebungen im Gange und wurden- auch mehrfach
-praktisch durchgeführt, den Verbundmotor als Antriebs-Motor zu verwendelä. Derartige
Verfahren zur Nutzbremsung elektrischer Fahrzeuge kann man grundsätzlich in zwei
Gruppon einteilen. Bei der einen Gruppe wird Fahrt und Bremsung auf den gleichen
Fahrschalierstufen durchgeführt, wobei die Motoren bei Drehung der Fahrkurbel in
einer Richtung im Sinne einer zunehmenden Schwächung des Nebenschlüßfeldstromes
als. Verbundmotoren arbeiten: Bei Drehung der `Kurbel in der anderen Richtung arbeiten
sie dann mit- zunehmender Verstärkung 'des Nebenschlußfeldstromes generätorisch
in Nutzbremsung. Der Hauptnachteil dieser Art von Schaltungen liegt darin, daß sich
die im Hinblick Häuf wirtschaftliche .Anfahrt notwendige Reihenparallelschaltung
bei Verbundmotoren nur schwierig durchführen läßt.
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-Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die zweite Gruppe von
Lösungen,. bei der unabhängig von der Fahrschaltung auf besonderen
Bremsstellungen
eine Nutzbremsung auf das Netz in einer einzigen Ankergruppierung, z. B. nm Parallelschaltung,
vorgenommen:wird, während die Fahrschaltung ohne Benutzung der Nebenschlußwicklungen
in reiner Hauptstromschaltung erfolgt und infolgedessen hierbei die Reihenparallelschaltung
der Motoren oder Motorgruppen in der bekannten einfachen Weise möglich bleibt. Die
Einleitung der Nutzbremsung hat man dann bisher so vorgenommen, daß man die Motoren
vom Netz aus fremderregte und sie bei passender Ankerspannung durch einen selbsttätig
wirkenden Schalter an das Netz. schaltete. Da heute Gleichstrombahnnetze für Straßen-und
Stadtschnellbahnen häufig durch Gleichrichter gespeist werden, die bekanntlich ohne
verwickelte Vorrichtungen nicht zur Stromaufnahme herangezogen werden können,. so
tritt, falls nicht andere Wagen oder sonstige Stromverbraucher auf der Strecke sind,
öfters der Fäll ein, daß die zurückgelieferte Leistung nicht oder nur zum Teil verbraucht
werden leänn. Ist aber nun-das Netz nicht aufna.hmefähig, z. B. bei Gleichrichterspeisungund
ungenügender motorischer Belastung, so wird die Netzspannung dauernd höher getrieben,
die Bremsung versagt, und unter Umständen entstehen auch andere Schwierigkeiten,
Durchbrennen von Lampen,-Isolationsschäden u. dgl. --- - ° -- - -_ -Mit-derAnordnung
nach der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten zuerst -in ähnlicher
Weise -wie- es schon -für Hauptstrommaschinen gemacht wurde,-deren Felder bei Bremsung
-von einem Erregergenerator gespeist wurden, eine fremderregte Widerstandsbremsung
herggstellt- und zu dieser, sobald die Ankerspannung` die :Netzspannung u.m einen
bestimmten kleinen Wert übersteigt, die Nutzbremsung selbsttätig hinzugeschaltet.
Alsdann wird jedoch die Widerstandsbremsung. nur- dann selbsttätig aufgelöst und
dadurch reine Nutzbremsung hergestellt, wenn das Netz aufnahmefähig ist, also .ein
erheblicher Nutzstrom ins Netz fließt, und damit die gewünschte Bremswirkung zustande-kommt.
Ist das Netz nicht aufnahmefähig, so bleibt-die Widerstandsbremsung erhalten. -Sinken
im Verlauf' der ordnungsgemäßen Nutzbremsung mit fällender Fahrgeschwindigkeit Ankerstrom
und Bremskraft entsprechend-der Kennlinie der als Gegenverbundgeneratoren auf etwa
gleichbleibende Xetzspannung arbeitenden Motoren unter einen gewissen Grenzwert,
so kann durch das gleiche selbsttätig. arbeitende-Schaltgerät; das vorher das Anschalten
an das Netz besorgte, die Abtrennung wieder. vorgenommen werden und dadurch entweder
zuerst nochmals auf Widerstandsbremsung oder, falls gewünscht, in bekannter Weise
unmittelbar auf mechanische Bremsung, z. B. solche mittels Druckluft, gegangen werden.
Das genaue Verhalten der Einrichtung nach der Erfindung bei allen Betriebszuständen
soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
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In Abb. i bedeuten A die Anker, S die Häuptstromfeldwicklungen, von
denen beim Bremsen nur ein Teil der Windungen, und zwar in gleicher Wicklungsrichtung
wie bei Fahrt, an den Motoranker angeschlossen ist, F die Nebenschlußwicklungen.
Mit z ist das Widerstandsbremsschütz, mit -a das Nutzbremsschütz, mit 7 ein polarisiertes
Relais mit der Polarisationsspule P, der Differenzspannungspule D, die von der Differenz
Ankerspannung minus Netzspannung gespeist wird, und einer netzgespeisten Haltespule
H, die bei geschlossenem Stromrelais 3 erregt ist, bezeichnet. Das Stromrelais 3
liegt im Nutzstrom. Es ist so eingestellt, daß es schon bei einem kleinen Bruchteil,
z. B. bei 1/1o des dem normalen Bremsmoment entsprechenden Rückstroms, seine Arbeitskontakte
K4 öffnet und dadurch die Spule des Widerstandsschützes i abschaltet.
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Die Haltespule H des polarisierten Relais 7 hat, gesteuert vom Stromrelais
3, die Aufgabe, nach Schließen des Schützes 2, und des Relais 3 das Relais 7 in
der oberen Lage festzuhalten, und zwar, solange das Widerstandsschütz i geschlossen
ist, schon bei einem mäßigen Nutzstrom, z. B. bei 1/1a des Normalstromes. Ist -
jedoch die Widerstands-_h@emse durch das Schütz i abgeschaltet, also reine Nutzbremsung
hergestellt, dann soll die Haltespule H erst bei einem Strom 'das Relais 7 fallen
lassen, -der nur wenig unter dem Normalstrom liegt. Diese Arbeitsweise wird durch
das Schütz 4.sicher hergestellt, welches der Spule des Stromrelais 3 einen kleinen
Widerstand 5 so lange parallel schaltet, wie das Schütz=i geöffnet ist: Der Bremsvorgang
spielt sich bei dem in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispiel folgendermaßen ab:
Beim übergang von Fahrt auf Bremsung wird die gezeichnete Bremsschaltung hergestellt.
Durch Kontakte Ka, K5 auf der Bremswalze werden die Nebenschlußfelder F, das Widerstandsbremsschütz
i und die Polarisationsspule P des Relais 7 eingeschaltet. Die Erregerspule des
Schützes i erhält dabei Netzerregung sowohl über den Ruhekontakt K4 des Stromrelais
.3 als auch über den Ruhekontakt K2. des Relais 7. Die Nebenschlußfelder bauen sich
auf, und die Motoren g arbeiten nach Anziehen des Schützes i als Gegenverbundgeneratoren
auf den Bremswiderstand 6. Ist die Geschwindigkeit hoch genug, so daß die über
die
Netzspannung um ein gewisses Maß ansteigt, so bewirkt- die Differentialspule D ein
Anziehen des _ Relais 7 -in die obere. Lage: Damit bekommt die Haltespule H, des
Relais 7 über die Kontakte K, und K7 Erregerstrom, so daß bei - dem Schließen des
Schalters 2 trotz. Kurzschluß der Spule D das Relais 7 zunächst noch in der oberen
Lage bleibt. Die Arbeitskontakte _K1 des Relais 7 legen gleichzeitig die Spule des
Nutzbremsschützes 2 an Spannung, so daß das Schütz 2 schließt.
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Jetzt besteht eine gemischte Bremsung, nämlich eine Widerstandsbremsung,
-der eine Nutzbremsung überlagert ist. Übersteigt nun der Nutzstrom einen gewissen
Wert, ist also das Netz aufnahmefähig, so zieht das Stromrelais 3 an und - springt
in seine obere Lage, so daß die Speisung der- HaltespuleH jetzt über das Kontaktpaar
K3 erfolgt, während die Erregung des Schützes z durch, den sich öffnenden Ruhekontakt
K4 .abgeschaltet wird, so .daß jetzt reine Nutzbremsung eintritt. Ist jedoch aus
Mangel an Stromverbrauchern das Netz, nicht genügend aufnahmefähig, bleibt also
der Rückstrom unterhalb der Ansprechgrenze des Stromrelais 3, so. bleibt die Widerstandsbremsung
als- Grundlage bestehen. Die Haltespule H wird .dann nämlich nicht mehr erregt,-
da. ihr Speiseströmkreis über die Kontakte K5, KI, K$ -und- K, bei. geschlossenem
Nutzbremsschütz a .durch den, geöffneten Kontakt K$ unterbrochen ' ist. - Relais
7 fällt in seine untere Lage zurück, und: das Niitzbremsschütz 2 öffnet, -so daß
wiederum reine Widerstandsbremsung vorhanden ist. Will man verhindern, daß innerhalb
desselben Bremsvorganges das Schütz 2- nochmals anspringt, so läßt man die Differenzspannungsspule
D in an -sich bekannter Weise durch eine durch das Schütz 2 betätigte Klinge mit
Sperrad abschalten und diesen Mechanismus erst .in der o-@Stellung des Fährschalters
wieder in die Ruhelage-_zürückführen. Man wird den Kontakt K$ vorteilhaft in an
sich bekannter Weise zeit Zeitverzögerung arbeiten lassen, uni beim Schließen des
Schützes 2 dem sich ausbildenden Nutzstrom Zeit zur, Erreichung desjenigen Endwertes
zu lassen, -der durch die Spannungsverhältnisse zwischen Motoranker und "\Tetz gegeben
ist. In der beschriebenen Weise wird also verhindert, daß bei nicht aufnahmefähigem
Netz die" \Viderstandsbremsüng abgeschaltet wird und die schwache. Nutzbremsung,
bestehen bleibt.
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Bei .normalem Nützbremsverlauf geht die Fahrgeschwindigkeit infolge
Bremsverzögerung herab, und die Bremskraft der Gegenverbundgeneratoren bleibt, wie
die in Abb. 2 dargestellten Kennlinien` erkennen lassen, .bei geeigneter Auslegung
der Felder infolge selbsttätiger Feldverstärkung -über einen weiten Geschwindigkeitsbereich
ohne willkürliche Regelung nahezu ,gleich. Ist-die Geschwindigkeit entsprechend
gesunken und Feldsättigung eingetreten, dann fällt der Nutzstrom ab. Das Stromrelais
3, dessen Spule seit Abschaltung der Widerstandsbremsung durch den Widerstand q.
stark geshuntet ist, fällt bei wesentlicher Überschreitung des normalen Bremsstromes
in seine untere Lage. Es schaltet.damit die Widerstandsbremsung über das Kontaktpaar
K, wieder ein und mittels der sich öffnenden Kontakte K3 die Haltespule H und das
Schütz :z aus, so-daß die'fremderregte Widerstandsbremsung allein wieder hergestellt
wird. Bei dieser geht dann bekanntlich der Bremsstrom und ähnlich die Bremskraft
etwa proportional der Fahrgeschwindigkeit allmählich auf Null herab.
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Der Verlauf der Bremskennlinien geht aus Abb. 2 hervor.- An Hand dieser
Kennlinien soll auch das Verhalten beim kurzzeitigen Bestehen beider Bremsarten,
also bei der kurzzeitigen Überlappung, erklärt werden. Bei Bremsung auf festen Widerstand
ist der Zusammenhang zwischen Strom und Fahrgeschwindigkeit durch die gestrichelt
gezeichnete Kennlinie Ipi gegeben, die von der Geschwindigkeit Null aus als Strom-
und Spannungskennlinie des Gegenvexbundgenerators ansteigt, und zwar schwächer als
proportional der Geschwindigkeit, da mit zunehmender Geschwi,ndigleeit und zunehmendem
Strom das resülfierende -Maschinenfeld abnimmt. Als Produkt von Ankerstrom und Feld
ergibt sich die 'Bremskraft Zwi. Zur die im allgemeinen' im hohen Drehzahlbereich
beginnende Nutz-Bremsung setzt der Nutzstromlye in das Netz bei leichtem Überschreiten
der Generator-EMK E über die\Tetzspannung U ein un:d verläuft, konstante starre
Netzspannung U vorausgesetzt; proportional der Differenz E-U.
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In diesem oberen. Bereich wird der Ankerstrom vorteilhäfterweise bei
Nutzbremsung größer gewählt als bei reiner Widerstandsbremsung, so daß auch die
Bremskraft entsprechend dem Strom IN, größer wird als die bei Widerstandsbremsung
auftretende Bremskraft beim Strom Jwi. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit schneiden
sich die beiden Stromkennlinien und auch.die beiden Bremskraftkennlinien. Schaltet
nun bei sinkender Fahrgeschwindigkeit und bestehender Nutzbremsung in der Nähe des
Schnittpunktes der Kennlinien die Widerstandsbremsung sich zusätzlich ein, so sinkt
infolge der starken Gegenverbundwirkung schon bei geringer Zunahme des Ankerstromes
die Anker-EMK und noch viel stärker die Überschußspannung E-U. Die Folge :davon
ist, daß der schnell, sinkende -Strom IN, und der weniger schnell sinkende
Strom IWt in Summe' einen Wert
ergeben, der nur wenig über dem vor
der Zuschaltung des Widerstandes liegenden Strom liegt. EinnennenswerterBremskraftstoßkann
daher weder beim Übergang von Nutzbremsung auf gemischte Bremsung noch kurz darauf
beim Überschalten auf reine Widerstandsbremsung eintreten. Außerdem dämpft die Induktivität
von Anker- und Feldkreis die Stromspitzen und noch mehr die kurzzeitigen noch vorhandenen
Bremskraftänderungen ab. Ganz ähnlich verläuft der Vorgang im oberen Geschwindigkeitsbereich,
wenn zu der bestehenden Widerstandsbremsung die Nutzbremsung zugeschaltet wird und
kurz darauf das Widerstandsschütz z öffnet.
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Durch den mit der Drehzahl abklingenden Widerstandsbremsstrom im unteren
Bereich kann man bei einem bestimmten gewünschten Sollwert `die Druck- ftbremse
-mittels des Stromrelais 8 selbsttätig einschalten. In manchen Fällen kann es auch
vorteilhaft-sein, im unteren Geschwindigkeitsbereich ganz auf die Widerstandsbremse
zu verzichten und sofort bei Abklingen der Nutzbremsung die mechanische Bremse einzuschalten.
In diesem Fall dient also die Widerstandsbremsung nur zur Einleitung der Nutzbremsung
bei Bremsbeginn und tritt an die Stelle der Nutzbremsung bei nicht aufnahmefähigem
Netz.
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Als letzter Fall ist noch der zu betrachten, daß bei Beginn der Bremsung
überhaupt keine Netzspannung vorhanden ist, wie z. B. auf spannungslosen Streckenabschnitten.
Da in solchem Fall die Fremderregung fehlt, kommt in dem Ausführungsbeispiel keine
elektrische Bremse zustande, und es muß alsdann dafür gesorgt werden, daß mit der
Hand oder besser durch ein von der Netzspannung abhängiges Gerät die Druckluftbremse
gleich bei Bremsbeginn eingeschaltet -wird.