DE79813C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 20: Eisenbahnbetrieb.

Die bisher gebauten elektrischen Eisenbahnen werden fast sämmtlich durch Gleichstrom betrieben. Nun zeigt aber der Gleichstrdmbetrieb den Uebelstand, dafs er sich nur für verhältnifsmäfsig geringe Entfernungen anwenden läfst, da Gleichstrom von sehr hoher Spannung, wie er für den ökonomischen Betrieb wirklich langer elektrischer Bahnen nothwendig wäre, weder direct noch durch Transformirung hergestellt werden kann. Von den Erfindern wurde daher bereits im Jahre 1886 vorgeschlagen, bei elektrischen·' Eisenbahnen vom Gleichstrom abzugehen und-an seiner Stelle Wechselstrom zu verwenden, den man ja leicht für die Fernleitung auf hohe und für den Betrieb wieder auf eine passende niedrige Spannung transformiren kann. Das damalige System, elektrische Eisenbahnen durch Wechselstrom zu betreiben, litt indessen noch an einem wesentlichen Uebelstande, dem Uebelstande nämlich, der sich bei allen Wechselstromvertheilungsanlagen, in denen die Belastung stark wechselt, fühlbar macht, dafs die Transformatoren während der Zeit, wo sie unbelastet sind, durch die fortwährende Ummagnetisirung ihrer Eisenkerne sehr beträchtliche Energieverluste mit sich bringen müssen. Verschiedene Vorschläge, die Energieverluste in den längs der Fahrstrecke aufgestellten Transformatoren zu verringern,^; sind zwar gemacht worden, haben aber bisher auch noch zu keinem rechten Ziele geführt. In dem D. R. P. Nr. 50254 ist ζ. Β. vorgeschlagen worden, diese Verluste dadurch zu beseitigen, dafs man die Betriebstransformatoren, sobald sie keine Arbeit zu leisten haben, ausschaltet. Zur Steuerung der dabei verwendeten Ausschalter soll aber neben jedem Betriebstransformator noch ein besonderer kleinerer Umformer aufgestellt werden, der dauernd an die Arbeitsleitung angeschlossen ,bleibt. Diese kleineren Transformatoren vertheuern die ganze Anlage ganz aufserordentlich. Aufserdem ist es ein Uebelstand dieses Systems, dafs die ganze Fahrstrecke in einzelne Theilstrecken zerlegt ist, so dafs, wenn irgend ein Umformer versagt, der zu befördernde Wagen oder Zug auf der betreffenden Theilstrecke liegen bleiben mufs.

Ein anderer Vorschlag, die Energieverluste in den unbelasteten Transformatoren möglichst zu beseitigen, ist in dem D. R. P. Nr. 68146 gemacht worden. Es wird da vorgeschlagen, die Primärwindungen der Transformatoren hinter einander zu schalten und die Secundarwindungen jedesmal, wenn der Transformator keinen Strom zu geben hat, kurz zu schliefsen: dann arbeiten die Transformatoren unbelastet nur mit einer ganz geringen Magnetisirung und verursachen somit im wesentlichen nur noch die geringen Energieverluste, die durch die fortwährend in ihren Wickelungen vorhandenen Ströme hervorgebracht werden. Dieses System leidet aber noch an dem Uebelstande, dafs die Einschaltung der Transformatoren

nicht ganz einfach und davon abhängig ist, ob der benachbarte Transformator richtig functionirt, da jeder Transformator nur durch einen von dem vorher eingeschaltet gewesenen Transformator kommenden Strom eingeschaltet werden kann. Den Uebelstand, dafs die ganze Fahrstrecke in Theilstrecken zerlegt ist, hat die Anordnung dieses Patentes mit der Anordnung des D. R. P. Nr. 50254 gemein.

Durch das D. R. P. Nr. 73200 ist nun ein Transformator für wechselnde Belastung geschützt, der, wie sich gezeigt hat, nicht nur für den Betrieb elektrischer Centralstationen für ,Beleuchtung u. s. w., sondern auch für den Betrieb elektrischer Bahnen durch Wechselstrom aufserordentlich geeignet ist. Gerade bei elektrischen Bahnen ist der Energieverbrauch ein sehr stark wechselnder, der Energieverlust, der auftreten würde, wenn die Transformatoren auch bei schwacher Stromabgabe ebenso stark magnetisirt werden müfsten, wie es bei ihrer gröfsten Leistung nöthig ist, würde daher bei elektrischen Bahnen noch erheblicher ins Gewicht fallen als bei Centralen.

Die Anlage und der Betrieb elektrischer Bahnen durch Wechselstrom gestaltet sich unter Benutzung der Transformatoren für wechselnde Belastung folgendermafsen:

Der durch die Maschine D, Fig. 2, erzeugte Wechselstrom von beispielsweise 10 000 Volt Spannung wird vermittelst der gut isolirten und unzugänglich verlegten Speiseleiter 5 S¹ längs der Bahn fortgeleitet. In geeigneten Abständen von einander sind Transformatoren der erwähnten Art T¹ T'² . . . aufgestellt, deren Primärwickelungen alle parallel an die Speiseleiter angeschlossen sind. Ihre Secundärwickelungen sind wiederum parallel an die Arbeitsoder Contactleitungen α a^l angeschlossen, die bei einem Uebersetzungsverhältnifs der Transformatoren von ι: 50 einen Strom von etwa 200 Volt Spannung führen. Die Leiter α und a\ die in der Zeichnung schematisch als Oberleitung und Schienenrückleitung angenommen sind, würden natürlich ebenso zu verlegen sein, dafs sie für Menschen und Thiere unzugänglich sind, also z. B. entweder beide als Oberleitung oder auch unterirdisch in einem Kanal mit schmalem Schlitz, so dafs sie nur vom Stromabnehmer des Wagens erreicht werden können. Damit erspart man sich zugleich die Zerlegung des Arbeitsleiters in Theilleiter, die bekanntlich verwickelte und wohl auch unzuverlässig wirkende Einschaltapparate erfordern.

Die Umschaltung der Transformatoren T¹ T² . . . auf hohe oder geringe Magnetisirung geschieht vermittelst der Umschaltvorrichtungen U^x U². . . Diese können entweder von Hand oder selbstthätig betrieben werden.

Der Handumschalter würde entweder nach der Figur des D. R. P. Nr. 73200 oder nach der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung als Quecksilberumschalter ausgeführt werden können. Der Apparat gestaltet sich sehr einfach, da er ja nichts anderes ist als ein Doppelausschalter, dessen einer Theil die primären und dessen anderer die secundären Wickelungsabtheilungen umschaltet, wobei diese beiden Theile des-Umschalters durch ein mechanisches Zwischenglied so gekuppelt sind, dafs die Umschaltung im Primär- oder Secundärstromkreise gleichzeitig erfolgt. Der in Fig. 3 abgebildete Ausschalter besteht aus einer Grundplatte G, auf welcher Quecksilbernäpfe angeordnet sind, mit denen die Klemmen für die Drähte in leitender Verbindung sind. Ueber der Grundplatte ist, in Achsen r drehbar, eine Wippe B angebracht, die vermittelst des Handgriffes h nach der einen oder anderen Seite umgelegt werden kann und durch an ihr befestigte Drähte / in der einen Lage Parallel-, in der anderen Hinter-" einanderschaltung der Wickelungshälften be- , wirkt. Fig. 4 zeigt die Verbindung des Umschalters U mit den Leitungen.

Der Handausschalter würde da Verwendung finden, wo die Transformatoren in gröfseren Entfernungen (z. B. 1 km) von einander in be- j sonderen Transformatorenstationen mit Bedienungsmannschaft untergebracht sind. Sobald dann ein Wagen oder Zug in den von einer ' bestimmten Station mit Strom zu versorgenden Bereich der Bahn gelangt ist, was selbstthätig signalisirt werden kann, wird der Transformator dieser Station auf hohe Leistung, d. h. seine Wickelungsabtheilungen parallel geschaltet; hat der Zug diese Station passirt und nähert er sich dem Bereich des nächsten Transformators, so wird der Umformer der vorhin erwähnten Station wieder auf ein gegebenes Signal hin auf niedrige Leistung, d. h. seine Wickelungsabtheilungen hinter einander geschaltet.

Ganz besonders wichtig für elektrische Bahnen erscheint aber die selbstthätige Umschaltung der Transformatoren. Ein dafür eingerichteter Umschalter ist in den Fig. ia, ib und 2 dargestellt. Zur Umschaltung wird dabei die veränderliche Stärke des Secundärstromes benutzt. Der Umschalter selbst ist genau so gebaut wie der in der Patentschrift Nr. 73200 dargestellte. Die beiden für Primär- und Secundärstromkreis bestimmten Hälften sind durch ein (hier bügeiförmiges) Stück G mit einander gekuppelt. Auf dieses Stück G wirkt einerseits eine Feder /, die es nach oben zu ziehen strebt, und andererseits die magnetische Anziehung, welche die vom Secundärstrom durchflossene Spule s auf den an G befestigten Eisenkern k nach unten ausübt. So lange der Transformator wenig zu leisten hat, d. h. so lange der Secundärstrom schwach ist, überwiegt die Federkraft und hält G nach oben, so dafs die Wickelungen W¹ und W¹ einer- und VF"² und VF² andererseits

hinter einander geschaltet sind (Fig. ib); die punktirt gezeichneten Verbindungen sind dann stromlos. Nähert sich der Wagen dem Trans^ formator mehr und mehr, so giebt dieser immer mehr Secundärstrom, bis plötzlich die Anziehung von s auf k überwiegt, so dafs k in s hineingezogen wird und die beiden Hälften der Wickelungen parallel schaltet (Fig. ia). In Fig. 2 zeigen die Transformatoren T'² und T³, in deren Bereich der Wagen ist, die Parallelschaltung, während T¹ und T"⁴, die zur Zeit nur wenig Strom liefern, die Hintereinanderschaltung ihrer Wickelungsabtheilungen aufweisen.

Befindet sich gar kein Wagen auf der Strecke, oder ist z. B. beim Stillstand des Wagens der Strom auf diesem unterbrochen, so liefern die Transformatoren gar keinen Secundärstrom, da sie ja alle mit derselben Spannung arbeiten.
: Die Erfahrung hat gezeigt, dafs beim Umschalten der Transformatoren so gut wie gar kein Feuer auftritt, so dafs die Schaltapparate sehr gut erhalten bleiben.

Die Schaltapparäte der Transformatoren können,: wie die oben beschriebene Ausführungsförm zeigt, so einfach sein, dafs eine Betriebsstörung, wie sie bei den in verschiedenen Formen vorgeschlagenen Theilleiterschalt-■apparaten zuweilen vorkommen, so gut wie ausgeschlossen ist. Wenn aber doch einmal ein Transformator versagen sollte, so ist damit der Betrieb durchaus noch nicht unterbrochen.

Da sämmtliche Transformatoren an die Arbeitsleitungen angeschlossen sind, können, wenn einer versagen sollte, immer noch seine Nachbarn für ihn eintreten und den fahrenden Wagen oder Zug, wenn auch mit etwas verringerter Geschwindigkeit, vorwärts befördern. Dieser letztere Vortheil wird im wesentlichen dadurch erreicht, dafs bei der vorliegenden Anordnung die Arbeitsleitungen nicht in einzelne Theilleiterstrecken zerlegt zu sein brauchen.

Wenn man auf diesen Vortheil verzichten will, kann man auch die Arbeitsleitungen a und a^l in Theilstrecken zerlegen, die mit je einem oder auch mit mehreren Transformatoren verbunden sind. ,

Das System ist selbstverständlich auch für den Betrieb von elektrischen Eisenbahnen mit mehrphasigem Wechselstrom anwendbar.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Stromvertheilungseinrichtung für elektrische Eisenbahnen (oder Schiffe) mit Umformern, welche mit ihren Primärwickelungen parallel an die Speiseleitungen (S S¹) und mit ihren Secundärwickelungen parallel an die Arbeitsleitungen (a a^l) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dafs die Wickelungen der Umformer in Gruppen getheilt sind, welche je nach der durch den Ort des mit Strom gespeisten Fahrzeuges bestimmten Stromentnahme nach dem durch Patent Nr. 73200 geschützten Verfahren umgeschaltet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.