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Widerstandsbremse für elektrische Fahrzeuge Bei elektrischen Fahrzeugen
wird meist verlangt, daß die Fahrmotoren beim Bremsen im Gefälle oder bei Verzögerung
einen Teil der lebendigen Energie aufnehmen und in elektrische Arbeit umsetzen.
Wenn diese nicht in. das Fahrleitungsnetz rückgespeist werden kann, wird sie im:
einem Bremswiderstand in Wärme umgesetzt, die an die Kühlluft .abgegeben wird. Die
älteste Form der elektrischen Bremse ist die bekannte Kurzschlußbremse. Aus bekannten
Gründen sieht man in bestimmten Fällen von ihrer Verwendung ab und wählt eine fremderregte
Widerstandsbremse. Um bei dieser über einen ausreichend. großen Geschwindigkeitsbereich
eine möglichst gleichbleibende Bremskraft bei unveränderter Stellung des Bedienungshebels
zu erzielen, sind zahlreiche Anordnungen entwickelt worden. Dabei wird häufig eine
von einer Achse des Fahrzeugs angetriebene Erregermaschine der übliehen Kon:stantspannungsbauart
verwendet, die von einer festen Spannung erregt wird und die untereinander in Reihe
liegenden Erregerfeldwicklungen der bremsenden Fahrmotoren speist. Die Fahrmotoren
arbeiten einzeln oder in Gruppen auf einen festen Widerstand. Die Felidwicklung
der Erregermaschine liegt dabei gewöhnlich nicht nur in Reihe mit einem zur Einstellung
der Stufen dienenden Regelwiderstand, sondern. auch noch mit einem vom Bremsstrom
der Fahrmotoren durchflossenen Widerstand an der konstanten Spannung. Durch geeignete
Bemessung dieses Wiederstandes kann erreicht werden, daß innerhalb bestimmter Geschwindigkeitsgrenzen
die Bremskraft nur verhältnismäßig geringe Änderungen aufweist.
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Bei .allen diesen Schaltungen; ist es nicht zu vermeiden, daß der
Ankerstromkreis der Erregermasch.ine in leitender Verbindung mit dem Ankerstromkreis
der
bremsenden Fahrmotoren steht. Die Ankerwicklung d,-,r Erregermaschine, die an sich
nur für eine kleine Spannung, den Spannungsabfall an den Reihenschlußerragarfeldw-icklungen.
der Fahrmotoren, ausgelegt sein muß, muß daher in ihrer Isolation für die um ein
Vielfaches höher,. Spannung des Bremsstromkreises bemessen werden. Auch ist die
der konstanten Spannungsquelle entnommene Erregerleistung verhältnismäßig groß.
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Günstiger verhält sich die Bremsschaltung gemäß der Erfindung, bei
welcher die auf einen Widerstand arbeitenden bremsenden Fahrmotoren: von einer achsgetriebenen
Ouerfeldmaschine erregt werden. Hier übernimmt Idas Ankerquerfeld die gewünschte
Regelung, so daß sich eine leitende Verbindung des Erregerstromkreises und des Ankerstromkreises
der bremsenden Fahrmotoren zur Regelung der Bremskraft erübrigt. Die konstante Erregung
durch eine fremde Spannungsquelle benötigt bekanntlich beii Querfeldmaschinen weniger
Leistung als bei Maschinen der üblichen Bauart. Zweckmäßig ist die Qnerfeldmaschine
nach Art einer Amplidyne gebaut, und es ist eine dem Bremsstrom proportionale Erregung
einer konstanten Fremderregung entgegengeschaltet. An sich ist es bekannt, Amplidynen
zur Steuerung der Generatoren von dieselelektrisch oder turboelektrisch angetriebenen
Lokomotiven zu verwenden, um die vom Generator aufgenommene mechanische Antriebsleistung
konstant zu halten.
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Dite, Wirkungsweise der Bremsschaltung nach der Erfindung wird am
besten verständlich, wenn man zuerst zwei Grenzfälle betrachtet. Als der eine Grenzfall
wäre es denkbar, die Felder der bremsen-,den Fahrmotoren von einem achsgetriebenen
Konstantstromgenerator zu erregen, wie es Fig. i a der Zeichnung zeigt. Die Ankend'erbeidenFahrmotoren
sind mit i, ihre Feldwicklungen mit 2 bezeichnet. 3 ist der Anker des Konstantstromgenerators
mit den Erregerwicklungen d. und 5. D.ne Erregerwicklung 5 wird von einer Batterie
6 über einen nicht näher bezeichneten Regehviderstand gespeist. Die beiden Fahrmotorfel.d'wicklung;n
2 sind in Reihe mit den Arbeitsbürsten A2 und B2 dies Konstantstromgenerators geschaltet.
Die Erregung der Fahrmotoren ist dann unabhängig von dem Bremsstrom und der Geschwindigkeit
konstant, idie BremskraftP steigt bei, unveränderlichem Bremswiderstand 7 linear
mit der Geschwindigkeit v. Bei graphischer Darstellung sind die Bremskraftkurven
P = f (v)
durch den Nullpunkt gehende Geraden entsprechend Fig. i b.
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Der andere Grenzfair wäre gegeben, wenn die Fahrmotorfeldwicklunaen
durch eine Ampliidyne erregt würden, die nach Fig. 2 a so geschaltet ist, daß der
Bremsstrom Tb konstant bleibt. Die Anker der Fahrmotoren sind wieder mit i, ihre
untereinander in Reihe geschalteten Feldwirklu.n:gen mit --
bezeichnet. io
ist der Anker,der Amplidyne mit den Erregerwicklungen 5 und ii bis 13. Die
Erregerwicklung 5 wird genau wie in der Schalturig gemäß Fig. i a aus einer Batterie
6 gespeist. Die Erregerwicklung i i liegt in Reihe mit den beiden Fahrmotorfeldwicklungen
und den Arbeitsbürsten A2 und B2 der Amplidyne. Die Erregerwicklung 12 ist mit den
beiden Fahrmotorankern i in Reihe geschaltet. In diesem Stromkreis liegt übrigens
noch ,der Bremswiderstand 1q.. Bei konstantem Bremswide:rstand ist die in diesem
vernichtete Leistung konstant, und die Bremskraftkurven P = f (v) sind Hyperbeln,
wile Fig. 2b zeigt.
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Die richtige Lösung liegt offenbar zwischen diesen beiden Grenzen.
Eine konstante Bremskraft wäre dann gegeben, wenn es gelänge, das Produkt aus Bremsstrom
und Erregerstrom der Fahrmotoren konstant zu halten. Das ist aber mit einer einzigen
Maschine nicht zu erreichen. Gemäß der weiteren Erfindung wind daher über den in
Frage kommenden Gesch«nindiigkeitsbereich die Bremskraft in ausreichendem Maße konstant
gehalten, indem man die Ouerfeldmasch;inee auf konstante Summe aJb -f-
b I2 aus "einem dem Bremsstrom Tb entsprechenden Betrag a ' 7b und
einem dem Erregerstrom 1, entsprechenden Betrag b - I2 regeln läßt.
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Das ist zu erreichen, wenn man das Ankerfeld .der Ouerfeldmaschine
in Richtung der Arbeitsachse nicht, wie bei Ampliid'ynen sonst allgemein üblich,
vollkommen, sondern, nur teilweise kompensiert. Durch richtige Abstimmung der einzelnen
Erregungen aufeinander sind Bremskraftkurven: des Charakters, wie ihn Fig. 3 erkennen
läßt, erzielbar. Die Bremskraftkurven a, b und c sind durch stufenweises
Abschalten von Widerstandsteilen Ra 2 und Ra 3 des Bremswiderstandes erzielt, die
Kurve c' ,durch Schließen eines Schützes 36 in der im folgen-.den beschriebenen
Schaltung gemäß Fig. q..
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Bei dieser Schaltung gemäß der Erfindung für vier Fahrmotoren sind
die Anker i der Fahrmotoren auf Bremswiderstände 2o@ unid 21 geschaltet. Ihre sämtlich
in Reihe geschalteten Feldwicklungen 2 werden von dem Anker 22 einer Querfeldmaschine
mit einem Strom T2 erregt. Die Querfeldmaschine, besitzt eine Hauptstromerregerwicklung
23, die an der Arbeitsbürste B2 iiegt, sowie weitere Erregerwicklungen 24 bis 27.
Die Erregerwicklungen 2d. und 25 werden von dem in Richtung der Kurzschlußach.se
A.-B. fließenden Strom 1, erregt. Die Erregerwicklung 26 wird in Abhängigkeit von
dem Spannungsabfaill an Widerständen 28 bis 30 im Fahrmotorankerstrornkreis gespeist.
Die Erregerwicklung 27 erhält Strom aus einer Batterie 3i über kurzschließbare Widerstände
32 bis 3q.. Parallel zur Hauptstromerregerwicklung 23 liegt ein Widerstand 35. In
dieser Querfel:derregermaschine wird das in Richtung,der Arbeitsbürsten A2 und B?
wirkende Ankerfeld durch die Hauptstromerregerwicklung 23 mit den .Klemmen G9 und
H2 teilweise kompensiert. Der Grad dieser Kompensation kann nachträglich durch denjWiderstand35
den Erfordern.issen angepaßt werden. Die magnetisierende Wirkung des in Richtung
dien Kurzschlußachse Ai Bi fließenden Stromes J1 wird durch die im Ständer liegende
Erregerwicklunig 24 mit den Klemmen Ei und Fi verstärkt. Durch die gleichfalls vom
Strom Ji ,durchflossene Erregerwicklung 25 mit dien Klemmen .E, und F= wird ein
zu hohes Ansteigen dieses
Stroms verhindert. Die Stärke der Bremsung
wird durch die über den regelbaren Widerstand 32-33-34 von der Batterie 31 gespeiste
Erregerwicklung 27 mit den Klemmen To und K, bestimmt. Dieser entgegenwirkend .ist
noch eine Erregerwicklung 26 mit den Klemmen 1, und K3 angeordnet, welche
von dem dem Bremsstrom Tb proportionalen Strom l3 erregt wird. Der Bremsstrom Jb
von je zwei untereinander in R1ihe liegenden Fahrmotorankern .durchfließt den zur
Stabil;ieierung angeordneten Teil 20 bzw. 21 des Bremswiderstandes. Die Widerstände
28, 29 und 30 werden vom Strom 2Ib ,durchflossen.
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Um die Bremsung auf noch kleinere Geschwindigkeiten zu erstrecken,
als mit Rücksicht auf Übe-rschlagssicherheit mait einem einzigen Wert für den Bremswiderstand
angängiig ist, kann- durch ein Schütz 36 ein Teil des Bremswiderstandes nach Unterschreiten
einer bestimmten Geschwindigkeit kurzgeschlossen werden. Aus Sicherheitsgründen
wird es sich empfehlen, das Schütz 36 oberhalb dieser Geschwindigkeit durch ein
Geschwindigkeitsrelais zu sperren. Durch das Schließen des Schützes 36 wird aber
nicht nur der Bremswiderstand (Widerstände 28, 29 und 30) verändert, sondern es
wird' auch der die Erregerwicklung 26 speisende Widerstandsteil 29 kurzgeschlossen,
so daß deren Erregung nur noch vom Widerstand 28 abhängt.