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Einrichtung zum Schutz von Reihenschlußmotoren gegen Bremsüberschläge
Gleichstromreihenschlußmotoren werden meistens so abgebremst, daß man s.ie für Rückwärtsfahrt
polt und auf einen Bremswiderstand schaltet. Sie arbeiten dann als Generatoren,
deren Leistung im Widerstand vernichtet wird.
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Für einen bestimmten Bremswiderstand ergibt sich dabei ein Strom bzw.
eine Spannung, die beide annähernd verhältnisgleich der Motorendrehzahl sind. Überschreitet
also die Drehzahl eine bestimmte Grenze, so wird die Spannung zu hoch, der Motor
schlägt über. Das stört nicht nur die Bremswirkung, wenn auch in verhältnismäßig
geringem Maße, sondern es bringt auch die Gefahr von Motorschäden mit sich, wenn
sich solche Überschläge öfter wiederholen. Bei Fahrzeugen ist der Bremswiderstand
abgestuft. Man braucht ganz kleine Werte, um bei langsamer Fahrt noch Bremswirkung
zu erreichen, und hohe, um bei .großer Geschwindigkeit noch ohne Überschlageefahr
bremsen zu können. Daraus entsteht nun die Möglichkeit, daß der Fahrer bei großer
Geschwindigkeit eine zu hohe Bremsstufe, d. h. zu kleinen Bremswiderstand einschaltet,
und .damit Iden Überschlag hervorruft.
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Weil dies außerordentlich häufig vorkommt und sogar ein großer Teil
aller Instandhaltungskosten der Motoren bei vielen Bahnen durch die Bremsüberschläge
verursacht werden, ist schon oft nach Mitteln gesucht worden, @die ein derartiges
Überbremsen unmöglich machen.
Man hat z. B. vorgeschlagen, daß durch
ein Tachometer mehr oder weniger zwangsläufig das Einschalten höherer Bremsstufen,
:als der jeweiligen Geschwindigkeit entspricht, verhindert .wind, Man empfindet
jedoch eine solche Tachometermaschinie als zu umständlich für den Bahnbetricb, insbesondere
macht ihr Antrieb Schwierigkeiten.
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Ferner hat man Spannungswächter vorgeschlagen. Ist die Bremsspannung
größer als ein bestimmter Grenzwert, so soll,das Fortschalten auf die nächste Stufe
verhindert werden. Diese Einrichtung hat aber .den grundsätzlichen Mangel, daß Bremsstrom
und -spannung eine gewisse Zeitspanne zur Ent-%iicklung benötigen. Sie wirkt also
nicht schnell genug, wenn der Fahrer die Bremskurbel durchreißt, .und hindert dann
nicht das Einschalten einer zu hohen Stufe. .
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zum Schutz von Reihenschlußmotoren
(Gleich- oder Wechselstrom) gegen Bremsüberschläge, die in der geschilderten Hinsicht
wesentliche Vorteile mit sich bringt. Erfindungsgemäß betätigt die beim Schalten
auf die Bremswiderstände eintretende Änderung des Motorstromes bzw. eine dieser
Änderung proportionale Spannung eine Schutz-oder Anzeigevorrichtung: Dadurch, daß
zur Betätigung der Schutzeinrichtung bereits die Änderang des Motorstromes benutzt
wird, wird erzielt, daß die Schutzeinrichtung zum Ansprechen kommt, bevor der Motorstrom
die gefährliche Höhe erreicht hat. Die Wirkung ist also ähnlich wie beim Prinzip
der Schnellschalter, die zum Teil ebenfalls auf .den Stromanstieg empfindlich sind,
also abschalten, ehe die gefährliche Stromstärke eintritt.
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Wenn man einen bestimmten Bremswiderstand einschaltet, so zeigt es
sich, daß der Stromanstieg um so schneller erfolgt, je höher die Fahrgeschwindigkeit
ist. Zwei Gründe gibt es dafür: a) die der Fahrgeschwindigkeit verhältnisgleiche
Remanenzspannung, und b) .das Absinken .der Zeitkonstanten des Bremsstromkreises
mit zunehmender Drehzahl. Die Zeitkonstante ist das Verhältnis L : R, wobei die
Gegen-EMK des Motors dieselbe Rolle spielt wie ein Ohmscher Spannungsabfall, daher
wobei ki eine Konstante, 0 das magnetische Feld des Motors; n die Drehzahl und
I der Strom ist. R ist der O-hmsche Widerstand des ganzen Bremskreises.
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Ist eine bestimmte Bremsstufe eingestellt, so liegt damit R fest.
Beim Beginn des Bremsens ist zunächst noch I klein, der Motor also ungesättigt,
man kann daher schreiben
worin k2 eine Konstante ist, da man
bei geringer f Sättigung als konstant ansehen k ünn. Ist also die Drehzahl klein,
so wird T groß, der Stromanstieg erfolgt langsam:
wird proportional kilz2 7i -i- R, ist also ein Maß für die Drehzahl heim Bremsbeginn.
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Jedes Gerät, das,die Größe
anzeigt, kann also für Bremsschutzeinrichtungengrundsätzlich ebenso wie ein Tachometer
benutzt werden. Der Vorteil liegt aber darin, daß dieses Gerät erheblich einfacher
ist. Schickt man den Motorstrom durch eine Selbstinduktion, so ist die Spannung
an dieser der Änderung des Stromes proportional. Man kann zu diesem Zweck eine besondere
Selbstinduktion verwenden (etwa in Form eines Stromspannungstransformators) oder
auch induktive Teile des Motors selbst, z. B. seine Feldwicklung, benutzen, dann
braucht man überhaupt kein besonderes Gerät.
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Grundsätzlich ergibt sich also für die Erfindung eine Anordnung, die
der Fig. i entspricht. G ist das Gerät; in diesem Fall ein Stromtransformator, das
die Spannung zur Betätigung der Schutz- oder Anzeigevorrichtung liefert. Beim Schalten
des Motors auf den Widerstand R zwecks Bremsung steigt der Strom in der Primärwicklung
des Stromspiannungstransformators nach der Kurve 1 der Fig. 2 an. Die an der Sekundärwicklung
dieses Transformators auftretende Spannung verläuft dabei gemäß der gestrichelten
Kurve 2c der Fig. 2. Die vom Gerät G gelieferte Spannung u fällt also wieder ab,
sobald der Stromanstieg geringer wird. Diese Spannung kann also nur dazu dienen,
die Überwachungseinrichtung einzuschalten, aber nicht, sie über die Zeit t2 hinaus
festzuhalten; hierzu ist ein weiterer Impuls erforderlich, der von dem Bremsstrom,
:der Spannung an (den Bremswiderständen oder beiden abhängig sein kann. Diese beiden
Größen sind zur Zeit t2 bereits groß genug.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine derartige Anordnung. In dem Bremsstromkreis
des Reihenschlußmotors i ist in Reihe mit dem Widerstand R wiederum die Primärwicklung
des Stromspannungstransformators G eingeschaltet. Das Relais für die Betätigung
der Schutz- oder Anzeigevorrichtung besitzt nun zwei Spulen 2 und 3, die beide auf
den Anker q. des Relais einwirken. Beim Anziehen -des Ankers wird .durch Schließung
der Kontakte 5 der Betätigungsstromkreis für die Schutz-o,derAnzeigevorrichtung
6 geschlossen. Die Spule :2 wird von der Sekundärwicklung .des Stromspannungstra,nsformators
G gespeist, also von einer -der Änderung des Stromkreises proportionalen Spannung.
Bei einer zu starken Änderung dieses Stromes werden durch- Anziehen des Ankers q.
die Kontakte 6 geschlossen und dadurch die Spule 3 eingeschaltet. Diese Spule wird
von .der Spannung an dem Bremswiderstand R gespeist. Sie bewirkt, daß der Anker.
so lange angezogen und damit die Schutz-oder Anzeigevorrichtung eingeschaltet bleibt,
als an dem Bremswiderstand R eine zu hohe Spannung auftritt. Die Spule :2 bewirkt
also das rasche Einschalten der Schutzeinrichtung, während die Spule 3
nach
der Zeit t. in Fg. 2 zur Geltung kommt und den Anker 4. weiter angezogen hält. Der
Anker res Relais fällt ab, wenn die Spannung am Bremswiderstand R so klein ist,
daß keinerlei Überschliagsgefahr für den Motor mehr besteht.
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-Man kann die Anordnung der Fig. 3 auch so auffassen, daß man ein
an sich bekanntes, von Strom oder Spannung oder beiden abhängiges Relais dadurch
vervollkommnet, raß man es durch die Zufügung der -Spule vora'usden'kend macht,
so -daß es nun schon
anspricht, wenn gefährliche Spannungshöhe n entstehen werden, nicht erst, wenn sie
bereits vorhanden sind.
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Fig. .I zeigt eine Abänderung der Fig. 3 insofern, als der Stromspannungstransformator
G weggefallen ist. Die der Änderung des Stromes proportionale Spannung wird hier
von einer Motorwicklung 7 geliefert. Dazu wird vorzugsweise @dieFeldwieklung angebracht
sein, aber auch eine Wendepolwicklung ist noch brauchbar. Die bisherigen Ausführungen
lleziehen sich auf die Einschaltung eines einzigen Bremswiderstandes. :Erwähnt sei
noch, daß der Stromanstieg beim Bremsen durchschnittlich etwao,5Sekundendauert.
Da ein Relais zum Arbeiten etwa o, i 'Sekunden braucht, reichen die zur Verfügung
stehenden Zeiten aus.
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In Wirklichkeit wind der Bremswiderstand R abgestuft, um :die Bremswirkung
entsprechend regeln zu können. Bei hoher Geschwindigkeit sind also nur größer-,
Bremswiderstände R -als bei niedrigen Geschwindigkeiten zulässig. Das Relais würde
also nur für eine einzige Bremsstufe richtig ,@-irleen.Ian muß @dah:er die Betätigung
,der Schutz-oder Ari:zeigevorrichtungdurch die Änderung des .lotorstromes derart
ausführen, daß bei der Einschaltung eines kleinen Bremswiderstandes eine kleine
Änderung ,des Motorstromes die Schutzc:der Anzeigevorrichtung zum Ansprechen bringt
als bei der Einschaltung eines großen Bremswidertandes.
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Fig.5 zeigt eine dafür geeignete Einrichtung. Der Bremswiderstanid
R wird mit Hilfe der Schaltwalze 8 stufenweise ein- und ausgeschaltet. Mit der Welle
der Schaltwalze ist nun die Regeleinrichtung eines regelbaren Widerstandes 9 gekuppelt,
der in rein Stromkreis der Spule 2 liegt. Die Kupplung ist derart, daß bei kleinem
Ohmwert des Bremswiderstandes R auch :der Ohmwert des im Stromkreis der Spule 2
liegenden Widerstandes 9 klein ist. Es genügen .dann bereits geringe Änderungen
des Motorstromes, um :das Schutzrelais zum Ansprechen zu bringen. Bei großem Ohmwert
des Bremswiderstandes -R ist auch der eingeschaltete Widerstand 9 groß, und es müssen
bereits starke Änderungen des 1@Totorstromes eintreten, um die Spule 2 zum Hochziehen
des Relaisankers zu be-
fähigen.
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Orb man mit dem Relais lediglich eine Anzeigeeinrichtung betätigt,
also ein optisches oder ein akustisches Signal, das vor dem Weiterschalten warnt,
oder ob man das Weiterschalten zwar gestattet, aber mechanisch erschwert, z. B.
durch eine Bremse am Fahrschalter, oder ob man es durch eine Sperre- überhaupt verhindert,
ist für :die Erfindung unwesentlich. Dabei sei erwähnt, daß auch beim Zurückschalten
der Bremswiderstände zwar nicht an den Motoren, aber an den Fahrschaltern leicht
Schäden auftreten können, wenn ein 'zu hoher ßrernsstrom unterbrochen werden muß.
Auch dieser zu hohe Bremsstrom kann durch die Einrichtung nach der Erfindung überwacht
werden.
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Die -Erfindung ist bisher nur für Gleichstromreih.enschluß.motoren
beschrieben, man kann siie aber sinngemäß auch für Wechselstromrei!henschlußrnotoren
benutzen, insbesondere kommen Wechsel stromreihenschlußmotoren fürdie Erfindung
in Betracht. Den eventuell störenden Einflüssen der Frequenz des Wechselstromes
auf idie Betätigung des Relais durch die Änderung .des Motorstromes kann man durch
Zwischenschaltung von Gleichrichtern unterdrücken.
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Die Wirkung brat also Ähnlichkeit mit dem Prinzip der Schnellschalter,
die zum Teil ebenfalls auf den Stromanstieg empfindlich sind, also abschalten, ehe
die gefährliche Stromstärke erreicht wird. Unterschied gegen unsere Aufgabe ist
aber a) die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und b) die gefährliche Spannungshöhe.