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Steuereinrichtung für die thermoelektrische Kraftmaschinenanlage eines
Triebfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für die thermoelektrische
Kraftmaschinenanlage eines Triebfahrzeuges mit wenigstens teilweise fremderregtem,
von der Brennkraftmaschine angetriebenem und die Fahrmotoren speisendem Hauptgenerator,
die einen auf die Fremderregung des Hauptgenerators wirkenden servomotorisch betätigten
Fellregler aufweist, dessen Servomotor vom Regler der Brennkraftmaschine in der
Weise gesteuert wird, daß die durch den Hauptgenerator bewirkte Belastung die Brennkraftmaschine
mit einer bestimmten Brennstoffhebelstellung arbeiten läßt, und welche ferner eine
vom Steuerkontroller ausgehende, auf die Feldreglerstellung einwirkende Schaltvorrichtung
aufweist. Mit dieser sogenannten Servofeldreglersteuerung wird erreicht, daß die
Brennkraftmaschine entsprechend der vom Fahrzeugführer mit denn Steuerkontroller
eingestellten Leistungsstufe mit konstanter Leistung zu arbeiten hat.
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Gemäß der Erfindung. weist die genannte Schaltvorrichtung Begrenzungsmittel
auf, die es ermöglichen, den für die selbsttätige Regelung freien Bereich des Feldreglers
sowohl beim Aufschalten als auch beim Abschalten in bestimmte, am Steuerkontroller
wählbare Zonen zu verlegen. Zweckmäßigerweise wird zwischen der Schaltvorrichtung
und dem Feldregler ein gewisses Arbeitsspiel vorgesehen,
das für
die freien Regelungszonen des Feldreglers maßgebend ist.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i die schematische Anordnung der genannten
Steuereinrichtung bekannter Art mit Servofeldregler für die thermoelektrische Kraftmaschinenanlage
eines Triebfahrzeuges, Fig. 2 his 5 Beispiele der Feldregelvorrichtung gemäß der
Erfindung in vier verschiedenen Ausführungen, Fig.6 die charakteristischen Arbeitskuren
des Hauptgenerators einer dieselelektrischen Fahrzeuganlage, wobei auf der Abszisse
der Hauptstrom in Ampere, auf der Ordinate die Klemmenspannung in Volt aufgetragen
ist.
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In einer Anlage gemäß Fi.g. i treibt der Dieselmotor i über die Antriebswelle
2 den Hauptgenerator 3 an. Er ist mit einem Fliehkraftregler 4 ausgerüstet, der
in an sich bekannter Art mit einer Drehzahleinstellvorrichtung 5 versehen ist. Der
Fliehkraftregler 4 stellt über den Brennstoffhebel 6 und die Stange 7 den Füllungsgrad
der Brennstoffpumpen des Dieselmotors i ein. Der Hauptgenerator 3 arbeitet mit kombinierter
Erregung, und zwar mit Eigenerregung 8, Gegencompounderregung 9 sowie mit Fremderregung
io. Der Stromkreis der Fremderregung io wird durch die Batterie i i gespeist. Von
den Generatorklem@men wird der Hauptstrom durch die Leitungen z2 und 13 zu den in
der Zeichnung nicht dargestellten Fahrmotoren geführt.
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Die Anlage arbeitet mit einer Servofeldreglersteuerung bekannter Art,
welche im wesentlichen aus einem Feldregler 15 sowie einem öldruckgesteuerten Servomotor
16 besteht, dessen Steuerschieber i9 über den verstellbaren Stützpunkt 2.1a vom
Brennstoffhebel 6 betätigt wird. Zulauf 16a und die Abläufe i6b des Drucköls zum
Servomotor 16 sind mit Drosselorganen 2o versehen, welche zur Vermeidung etwaiger
Pendelerscheinungen die notwendige Einstellung .der Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors
16 ermöglichen.
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Die schematisch. dargestellte Servofeldregelung arbeitet nach dem
Grundsatz der Leistungssteuerung. Das Hauptmerkmal dieser Steuerungsart besteht
einerseits darin, da.ß der Fliehkraftregler 4 den Brennstoffhebel 6 in der Weise
verstellt bzw. die Brennstoffmenge so hemißt, daß die durch die Drehzahleinstellvorrichtung
5 vorgeschriebene Drehzahl aufrechterhalten bleibt. Anderseits wirkt der Brennstoffhebel
6 über den Hebel 14, dessen als verstellbarer Stützpunkt wirkender Drehpunkt 24a
räumlich durch die vom Steuerkontroller 18 z. B. auf pneumatischem Wege mittels
des Apparates 25 gesteuerte Einstellvorrichtung 24, das sogenannte Drehmomenteinstellorgan,
festgelegt ist, auf den Steuerschieber i9 des Servomotors 16. Diese Einwirkung hat
zur Folge, daß dieser Steuerschieber aus seiner Nullage so lange verschoben und
damit der Feldregler 15 durch den Kolben 17 des Servomotors 16 verstellt wird, bis
der Brennstoffhebel 6 seine durch den Stützpunkt 24a festgelegte Lage eingenommen
hat. Diese Regelung auf konstante Drehzahl durch den Fliehkraftregler 4 und auf
konstante Brennstoffmenge durch den Servofeldregler 15 bis 16 entspricht, unter
normalen Arbeitsverhältnissen .des Dieselmotors i, einer Regelung auf konstante
Zylinderleistung.
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In den aus Fig. 6 ersichtlichen Kennlinien des Hauptgenerators 3 entspricht
diese auf konstante Zylinderleistung arbeitende Regelung den jeweiligen hyperbolischen
Kurvenabschnitten l3, 14 und l$, welche zwischen den entsprechenden Endabschnitten
der Generatorkennlinien c"", gelegen sind.
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In den Anfahrstufen werden vom Steuerkontroller i8 aus einzelne zusätzliche
Anfahrwiderstände 21, 22, 23 usw. in den Stromkreis der Fremderregung io geschaltet,
welche die Generatorkennlinien im Sinne kleinerer Spannungen und Ströme verlegen.
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Bei den in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen des
Erfindungsgegenstandes sind .solche gesonderten Anfahrwiderstände 2i, 22., 23 usw.
nicht mehr vorhanden. Diese sind vielmehr in feinerer Abstufung in den Widerstandssatz
1511 des Feldreglers 15 eingebaut, dessen Regelbereich demzufolge entsprechend vergrößert
ist. Die Arbeitsweise der Servofeldregelung ist aber in bezug auf die selbsttätige
Leistungssteuerung grundsätzlich dieselbe, wie oben beschrieben, weshalb in den
Fig. 2 bis 5 die unverändert bleibenden Teile der Kraftanlage, wie Dieselmotor,
Regler und Hauptgenerator, nicht nochmals dargestellt sind. In den Servomotor 16
ist nun eine zusätzliche Vorrichtung eingebaut, welche es ermöglicht, den Regelbereich
des Feldreglers zu beschränken und entsprechend der gewünschten Anfahrzugkraft bzw.
dem gewünschten Kurzschlußstrom zu verlegen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der doppelseitig beaufschlagte
Kolben 17 des Servomotors 16 vom Peldreglerschaltorgan 29 sowohl beim Auf- als auch
beim Abschalten mitgenommen bzw. begrenzt, wobei das zwischen dem Mitnehmer 33 und
dem Anschlag 30 vorgesehene Spiel j = j1+ j. so bemessen ist, daß
die gewünschte Regelung auf. konstante Leistung ermöglicht wird. Damit der Kolben
17 vom Feldreglerschaltorgan 29 mitgenommen werden kann, ist ein doppelt wirkendes
federbelastetes Ventil 34 vorgesehen, welches unter dem normalen Arbeitsdruck des
Steueröls geschlossen bleibt. Bei dieser Vorrichtung werden sowohl,die Aufschalt-
als auch die Abschaltgeschwindigkeit durch das Feldreglerschaltorgan 29 nach Maßgabe
der Öldurchgänge 35 beim doppelt wirkenden Ventil 34 bestimmt.
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Bei,dem bisher besprochenen ersten Ausführungs-. beispiel muß die
Schaltvorrichtung die zur Verstellung des Feldreglers 15- notwendige Kraft selbst
aufbringen. Zur Erleichterung dieser Verstellung dienen die besprochenen Hilfseinrichtungen
(Ventil 34 und öldurchgänge 35). Demgegenüber erfolgt die Verstellung des Feldreglers
15 bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen servomotorisch.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Anlage wie bei
den bisher beschriebenen
Ausführungsbeispielen in der Weise ausgebildet,
daß bei der Kontrollerstellung Null der Feldregler 15 die Lage für 'Mindesterregung
einnimmt. Das vom Steuerkontrollen 18 (Fig. i) aus betätigte Feldreglerschaltorgan
29 wirkt hier über dea Hebel 47, entgegen der Wirkung der Zentrierfedern 48, auf
einen besonderen Steuerschieber 4c1 des Servomotors 16. Dieser Steuerschieber 49
unterscheidet sich vom Steuerschieber i9 vor allem durch große Ölkanäle
53" und 53b und ermöglicht deshalb im Gegensatz zum ersteren ein rascheres
Arbeiten des Servomotors 16. Demzufolge wird bei einander entgegengesetzten Steuereinwirkungen.
beider Steuerschieber 19 und 49 der Kolben 17 dem letzteren gehorchen.
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Die Einwirkung des Fel.dreglerschaltorgans 2g auf den Steuerschieber
49 geschieht in der Weise, daß beim Aufschalten der Angriffspunkt 5o durch den Anschlag
5i des Feldreglerschaltorgans 29a nach rechts verlegt wird, womit sich der Steuerschieber
49 nach links bewegt, was ein Verschieben des Kolbens 17 nach rechts zur Folge hat.
Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der Steuerschieber 49, der Einwirkung seiner
Zentrierfeder 48 folgend, wieder in seine zentrale Lage gekommen ist. Das Abschalten
geschieht grundsätzlich in der gleichen Weise wie das Aufschalten, nur in der entgegengesetzten
Richtung, indem der Angriffspunkt 5o durch den Anschlag 52 des vom Steuerkontrollen
18 aus betätigten Feldreglerschaltorgans 29b nach links verschoben wird.
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Bei dieser Anlage ergibt sich für die Zugkraftabstufung eine unabhängig
vom normalen Leistungsregelvorgang einstellbare Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors.
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Damit der Servofeldregler seine Aufgabe der Leistungsregelung erledigen
kann, lassen die beiden Feldreglerschaltorgane 29a und 29b, abweichend vom Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, zwischen ihren Anschlägen 5i und 52 und dem Angriffspunkt 5o nur so
viel Spiel zu, daß sich die beiden gewünschten Grenzkennlinien c", und c"j" der
eingestellten Kontrollerstufe bilden können. Allgemein ist erwünscht, daß eine weitgehende
Leistungsregelung vor allem bei den höheren Leistungsstufen verwirklicht wird, während
bei den unteren Stufen eine solche nicht mehr notwendig ist, d. h. daß man sich
dabei mit einer reinen Generatorkennlinie, z. B. cl oder c2 (Fig. 6), begnügen kann.
Dementsprechend werden hier die Feldreglerschaltorgane 2911 und 29b zweckmäßigerweise
so ausgebildet, daß sich das für den Angriffspunkt 5o ergebende Spiel j = j1 -I-
j2 zwischen beiden Anschlägen 51 und 52 bei höherer Kontrollerstufe, beginnend bei
der Leistung Null mit einer reinen Generatorkennlinie, bis zum Höchstwert allmählich
vergrößert.
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Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4. wirken die beiden Feldreglerschaltorgane
29u und 29b über das Gestänge 55 bis 57 und die Zentrierung 58 auf den normalen
Steuerschieber i9 in der Weise, daß dieser im Sinne der gewünschten Wirkung verstellt
und der Kolben 17 entsprechend verschoben wird. Dabei erfolgt die Verstellung des
Feldreglers 15 sowohl bei der Auf- als auch bei der Abschaltung der Zugkraft durch
den Stewerkontroller 18 mit der normalen Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors
16.
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Im vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist eine den Steuerschieber
i9 umschließende bewegliche Steuerbüchse 61 vorgesehen, deren Steuerschlitze den
Steuerschlitzen des ersteren entsprechen. Sie wird durch die Feldreglerschaltorgane
29a und 29b mittels des Gestänges 62 bis 64 und der Zentrierung 65 in der Weise
verstellt, daß der Kolben 17 in seinen Bewegungen entsprechend nach links oder nach
rechts begrenzt ist. Auch hier erfolgt die Verstellung des Feldreglers 15 sowohl
bei der Auf- als auch bei der Abschaltung der Zugkraft durch den Steuerkontrollen
i8 mit der normalen Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors 16.
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Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens ist im Kennliniendiagramm
der Fig.6 beispielsweise der Verlauf von Stromstärke und Klemmenspannung des Hauptgenerators
3 eingetragen, der sich beim Auf- bzw. Abschalten einstellt. Der Linienzug 0-A-B-C-D
entspricht dem Aufschalten auf einen Punkt D, welcher auf der Leistungshyperbel
1, der fünften Stufe, also auf der Zwischenkennlinie C;', liegen möge. Das
erste Teilstück 0-A dieses Linienzuges entspricht dem durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung bewirkten Aufschalten des Feldreglers 15 auf die niedrigste Kennlinie
c ,"t" der fünften Stufe. Dabei ist angenommen, daß dieser erste Schaltvorgang bei
gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit, z. B. bei 1o km/Std., erfolge. Vom Punkt A
aus setzt nun die selbsttätige Regelung des Feldreglers ein, um bei Punkt B die
höchste Kennlinie c5max zu erreichen, längs welcher der weitere Linienzug bis zum
Punkt C verläuft. Von hier bis zum Schlußpunkt D arbeitet wieder die normale Feldregelung,
indem sie nun die Antriebsgruppe auf konstante Leistungsabgabe einstellt, Beim Erreichen
des Punktes D ist die Fahrgeschwindigkeit gestiegen, z. B. auf 8o km/Std. Im Intervall
A-D steht also das Feldreglerschaltorgan 29 bzw. 29a, 29b still, und die
normale Servofeldregelung kann über ihren ganzen, der Fahrstufe 5 entsprechenden
Regelbereich unbehindert von der Schaltvorrichtung arbeiten.
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Dem Abschalten entspricht der Linienzug D-E, dessen letzter Punkt
E auf der zweiten Anfahrstufe, also auf der Kennlinie c2, liegen möge. Dabei ist
wieder angenommen, daß sich der Vorgang bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit
abspielt. Der ganze Abachaltvorgang wird hier durch die Schaltvorrichtung allein
ausgeübt, indem zufolge der nun vom Steuerkontrollen i8 aus veranlaßten Rückwärtscerschiebung
des Feldreglerschaltorgans 29 die unmittelbare Verschiebung des Feldreglers 15 in
die gewünschte neue Stellung erfolgen kann.