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Elektrischer Gleichstromfahrzeugantrieb Die Erfindung bezieht sich
auf einen elektrischen Gleichstromfahrzeugantrieb, insbesondere. Schiffsantrieb,
bestehend aus einem oder mehreren Gleichstrom-Hauptgeneratoren, einem oder mehreren
Gleichstrom-Propellerantriebsmotoren und °iner Zusatzbatterie, die einen gelegentlichen
Leistungsüberschuß der Gleichstrom-Hauptgeneratoren aufnimmt und ihn im Bedarfsfall
an die Propeller wieder abgibt. Nach der Erfindung ist die Speisespannung der Fahranlage
bei einem solchen Antrieb in weiten Grenzen von der je-,veiligenLade-oder Entladespannung
der Batterie unabhängig gemacht. Auf diese Weise gelingt es. mit einfachen Mitteln
eine gleichmäßige Belastung der primären Kraftmaschinen (Diesel- oder Generatorgasmotoren)
herbeizuführen, eine Überlastung zu vermeiden, bei vorübergehenden Erhöhungen des
Fahrwiderstandes eine erhöhte Leistung als nur die der primären Kraftmaschinen zur
Verfügung zu stellen und bei Schäden an den primären Kraftmaschinen eine Reserve
zu besitzen bzw. nach ihrem Stillsetzen oder vor ihrem Anlassen bereits den Fahr-
und Manövrierbetrieb aufzunehmen. Man kann den Antrieb nach der Erfindung auf verschiedene
Weise ausgestalten. So ist es beispielsweise möglich, der Batterie eine besondere
Lademaschine (Zusatzmaschine) zuzuordnen, deren Antriebsmotor an die Speisespannung
der Fahranlage angeschlossen werden kann. Dabei kann man die Fahrspannung der Batteriespannung
gleich wählen. In diesem Fall dient die Zusatzmaschine dazu, die an der Batterie
liegende Spannung über die Fahrspannung zu erhöhen. Die
Zusatzmaschine
ist also ein Zusatzgenerator, dessen Antriebmaschine dem Fahrnetz Strom entnimmt.
Beim zusätzlichen Entladen dient die Zusatzmaschine dazu, die an der Batterie liegende
Spannung unter die Fahrspannung zu senken, um eine zusätzliche Stromabgabe aus der
Batterie herbeizuführen. Die Zusatzmaschine wirkt dann also saugend, und gleichzeitig
wird ihre Antriebsmaschine entweder Strom ins Fahrnetz liefern oder leer laufen
oder Strom aufnehmen, je nach der Größe der Durchgangsleistung im Verhältnis zu
den Gesamtverlusten des Zusatzmaschinensatzes.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß die Fahrnetzspannung
so gewählt wird, daß sie in der Mitte zwischen Batterielade- und -entladespannung
liegt. Bei einer solchen Bemessung lassen sich die Maschinen des Zusatzmaschinensatzes
kleiner halten. Die Zusatzmaschine senkt dann während des Ladens die an der Batterie
liegende Spannung unter die Fahrnetzspannung entsprechend dem jeweiligenLadezustand
derBatterie. Hier liefert die Antriebsmaschine der Zusatzmaschine bei Beginn der
Ladung Strom ins Fahrnetz, läuft dann leer und entnimmt bei fortgeschrittener Ladung
dem Fahrnetz Strom. Während der zusätzlichen Entladung wirkt hier die Zusatzmaschine
saugend, ihre Antriebsmaschine entnimmt ebenfalls dabei als Motor der Batterie oder
dem Fahrnetz Strom. Zum Anfahren des Propellerantriebsmotors oder zur Durchführung
von Manövern kommt dabei das Leonardverfahren in Anwendung. Der öder die Propellerantriebsmotoren
sind Nebenschlußmotoren. Die Batterie darf erst nach Aufnahme der Fahrt, d. h. nach
Erreichen der Nennspannung des Gleichstrom-Hauptgenerators, zugeschaltet bzw. muß
vor Aufnahme von Manövern von dem Gleichstrom-Hauptgenerator getrennt werden. Soll
das Fahrzeug bei Stillstand oder bei Schäden der primären Kraftmaschinen manövrieren
oder Fahrt aufnehmen, so ist hierfür ein Widerstands-Umkehranlasser erforderlich.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit des Antriebes gemäß der Erfindung
besteht darin, daß man den Widerstands-Umkehranlasser nicht nur bei reinem Batteriebetrieb,
sondern auch beim Generatorbetrieb anwendet, so daß man also auch während der Manöver
die Fahrnetzspannung unverändert aufrechterhalten kann. Die Batterie kann dann auch
während der Manöver mit denn Gleichstrom-Hauptgenerator verbunden bleiben. In diesem
Fall können als Propellerantriebsmotoren sowohl reine Nebenschlußmotoren als auch
reine Reihenschlußmotoren Verwendung finden, vorzugsweise werden jedoch Doppelschlußmotoren
angewendet. Hierbei werden nach der weiteren Erfindung zwei miteinander in Reihe
geschaltete Gleichstrom-Hauptgeneratoren angewendet, die vorzugsweise von einer
gemeinsamen primären Kraftmaschine angetrieben werden und so bemessen sind, daß
die eine zusätzlich den Ladestrom der Batterie abgeben und die andere zusätzlich
den Entladestrom der Batterie aufnehmen kann. Dabei wird man die Feldregler beider
Maschinen mechanisch so miteinander kuppeln, daß beim Verstellen aus der Mittellage,
in der beide Erregungen gleich sind, die Erregung der einen Maschine verstärkt,
die der anderen dagegen geschwächt wird, so daß also die Summe der beiden Maschinenspannungen
aufrechterhalten bleibt, während die Einzelspannungen entsprechend dem Lade- oder
Entladezustand der Batterie geändert werden.
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Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung sind Fahrzeugantriebe
von beispielsweise Schleppschiffen für die Binnenschiffahrt.
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In den Fig. i bis q. der Zeichnung sind. als Ausführungsbeispiele
für Antriebe nach der Erfindung schematisch Schaltbilder für elektrische Schiffsantriebe
dargestellt.
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In Fig. i ist zunächst eine Ausführungsform eines Antriebes nach der
Erfindung dargestellt, bei der eine besondere Zusatzmaschine für die Batterie vorgesehen
ist. Mit i ist der Gleichstrom-Hauptgenerator, mit 2 der Propellerantriebsmotor
des Schiffsantriebes bezeichnet. Für die Aufnahme des gelegentlich anfallenden Leistungsüberschusses
des Gleichstrom-Hauptgenerators i dient liier eine Batterie 3, der ein Zusatzmaschinensatz,
bestehend aus dem Antriebsmotor 5 und dem Generator q., zugeordnet ist. Mit 6 ist
der im Stromkreis des Antriebsmotors 5 angeordnete Zusatzmaschinen-Anlasser bezeichnet.
Zum Anfahren oder Manövrieren des Schiffes arbeitet der Gleichstrom-Hauptgenerator
i im Leonardverfahren mit Hilfe des Umkehrreglers 16 und des Motorfeldreglers 18
auf den Propellerantriebsmotor 2. Mit i9 ist dessen Feldwicklung bezeichnet. Befindet
sich das Schiff in Fahrt, so kann die Batterie 3 durch-den Umkehranlasser i i an
die Fahrnetzspannung gelegt werden.
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Die Fahrnetzspannung möge bei der dargestellten Anlage beispielsweise
28o Volt betragen. Der Generator q. kann mit Hilfe des Umkehrreglers io in den Grenzen
von .-f- 6o bis -6o Volt geregelt werden. Dementsprechend ergibt sich für die Batterie
3 eine höchste Ladespannung von 340 Volt und eine Entladespannung von 22o Volt.
Mit 8, 9 und 2o sind Schalter bezeichnet, die die erforderlichen Umschaltungen bei
Lade- und, Entladebetrieb durchzuführen gestatten. Beim Entladen, d. h. zum Fahren
mit der Batterie 3, wird mit dem Schalter 9 der Gleichstrom-Hauptgenerator i abgeschaltet.
Hierauf wird mit dem Umkehranlasser i i der Propellerantriebsmotor 2 angefahren.
Dem Generator q. des Zusatzmaschinensatzes ist der Umkehrregler io zugeordnet. Mit
i i ist der Umkehranlasser bezeichnet, der in diesem Fall in die Stromkreise so
eingefügt ist, daß er nur für den Fall des reinen Batteriebetriebes angewendet wird,
während im Leonardverfahren im Stromkreis der Maschinen i und 2 geregelt und umgesteuert
wird. In diesem Fall kann man mit einem verhältnismäßig klein bemessenen Umkehranlasser
i i auskommen, wenn angenommen wird, daß die Batterie 3 geringer Größe nur als Reserve
für den Fall von Schäden an der primären Kraftmaschine gedacht ist und zum Anwerfen
der Kraftmaschine i2 dienen soll. Bei dieser
Ausführungsform kann
die Batterie 3 zur Ladung erst nach Beendigung von Manövern zugeschaltet werden,
und sie muß vor Beginn von Manövern entweder von Hand oder selbsttätig wieder abgeschaltet
werden, weil hier beim Betrieb der Hauptanlage die Manöver durch Steuerung im Leonardstromkreis
durchgeführt werden. Mit 16 ist das der Feldwicklung 17 des Gleichstrom-Hauptgenerators
i zugeordnete Hauptmanövriergerät - der schon erwähnte Umkehrregler - bezeichnet.
Der der Feldwicklung i9 des Propellerantriebsmotors 2 zugeordnete Feldregler 18
dient als Geschwindigkeitsregler, der bei reinem Batteriebetrieb zusammen mit dem
Umkehranlasser i i verwendet wird.
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Man kann die Schaltung so durchbilden, daß der Zusatzmaschinensatz
bei reinem Batteriebetrieb abgeschaltet werden kann. In diesem Fall stehen nur eine
geringere Fahrnetzspannung und dementsprechend eine geringe Fahrgeschwindigkeit
zur Verfügung. Wird eine große Speicherbatterie verwendet, so kann zur Erreichung
der vollen Geschwindigkeit des Fahrzeuges das Feld des Propellerantriebsmotors 2
-weitgehend geschwächt werden. Man kann aber auch den Zusatzmaschinensatz ,heranziehen,
indem sein Generator 4 die Batteriespannung erhöht, so daß auch bei Batteriebetrieb
die volle Fahrnetzspannung und damit die volle Fahrgeschwindigkeit erreicht wird.
Die Antriebsmaschine 5 des Zusatzmaschinensatzes läuft dann als Motor und entnimmt
dabei der Batterie 3 Strom.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ebenfalls ein besonderer
Zusatzmaschinensatz angewendet wird, ist in Fig.2 dargestellt. Soweit die Einzelteile
der Fig.2 mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
Mit 13 und 14 sind hier Batterieschalter bezeichnet. Wenn die Schalter 13, 14, 15
und 2o geschlossen sind, ist die Ladeschaltung der Batterie 3 eingestellt dadurch,
daß die Batterie 3 und der Zusatzmaschinensatz parallel zum Propellerantriebsmotor
am Gleichstrom-Hauptgenerator i liegen. Will man den Propellerantriebsmotor 2 nur
aus der Batterie 3 speisen, so werden die Schalter 13, 14, 31 und 32 ausgeschaltet.
Mit 15 ist noch ein der Batterie 3 zugeordneter Schalter bezeichnet. Soll während
des Stillstandes des Propellerantriebsmotors 2 die Kraftmaschine 12 belastet und
die Batterie 3 geladen -werden, so muß vor dem Auslegen des Leonard-Umkehrreglers
16 aus seiner Nullstellung der Motorstromkreis mit dem Schalter 2o unterbrochen
werden, und: die Batterie 3 darf erst nach Spännungsgleichheit mit dem Gleichstrom-Hauptgenerator
i durch den Schalter 15 zugeschaltet werden, wobei die Schalter 13 und 14 schon
vorher geschlossen sind.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Fahrnetzspannung
gleich der Batteriespannung gewählt. Der Generator 4 des Zusatzmaschinensatzes dient
hier dazu, die an der Batterie3 auftretende Spannung über die Fahrnetzspannung zu
erhöhen und beim zusätzlichen Entladen unter die Fahrnetzspannung zu senken, um
beimÜb.erwindengroßerFahrwiderstände, beispielsweise beim Durchfahren 'von Stromschnellen,
eine zusätzliche Stromabgabe aus der Batterie 3 herbeizuführen.
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Fig.3 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel für einen Antrieb
nach der Erfindung. Soweit die Einzelteile der Fig.3 mit denen der Fig.2 übereinstimmen,
sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Diese Ausführungsform ähnelt weitgehend
der in Fig.2 dargestellten. Abweichend ist, daß an Stelle des Zusatzmaschinensatzes
4-5 hier ein besonderer, von der nicht näher bezeichneten Kraftmaschinenwelle selbst
mitangetriebener Batteriegenerator 29 verwendet ist.
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Für das Manövrieren kann bei allen Ausführungsformen ein Umkehranlasser
angewendet werden, der sowohl beim Fahren mit dem Gleichstrom-Hauptgenerator i als
auch bei reinem Batteriebetrieb benutzt wird, so daß in beiden Fällen auf der Kommandobrücke
ein und dasselbe Bedienungsgerät verwendet wird, das zunächst den Umkehranlasser
i i betätigt und nach Erreichung seiner Endstellung den Erregerstrom des Gleichstrom-Hauptgenerators
vergrößert und gegebenenfalls auch den Erregerstrom des bzw. der Propellerantriebsmoto,ren
verringert, wodurch die Geschwindigkeit gesteigert wird.
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Für die Ladung bzw. Entladung der Batterie 3 während des Fahrbetriebes
dienen besondere, nicht dargestellte Regler. Auch ist eine Regelung abhängig von
der Leistung des bzw. der Gleic@hstrom-Hauptgeneratoren oder vom Batteriestrom möglich.
Während der Manöver und beim Stillstand des Propellerantriebsmotors kann die Ladung
der Batterie 3 bei geeigneter Schaltung erfolgen, ohne daß deswegen besondere Schalthandlungen
vorgenommen werden müßten.
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Beim Entwurf der Maschinen kann es zweckmäßig sein, auch den Propellerantriebsmotor
in zwei miteinander in Reihe bzw. zueinander parallel geschaltete Motoren zu unterteilen,
um beim Generatorbetrieb durch Reihenschaltung der Propellerantrisbsmotoren mit
hoher Fahrnetzspannung zu arbeiten, während beim Batteriebetrieb deren Parallelschaltung
gewählt wird, um trotz der kleinen Spannung der Batterie 3 die volle Geschwindigkeit
zu erhalten. In diesem Fall gestattet beim Batteriebetrieb die Parallelschaltung
eine Ausführung des Umkehranlassers i i mit kleinerem Materialaufwand.
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Zum Anwerfen der stillstehenden Kraftmaschine 12 sind die Anordnungen
nach den Fig. 2 öder 4 durch Speisung des Gleichstrom-Hauptgenerators i aus dsr
Batterie 3 ohne weiteres geeignet. Nach Umlegung der Batterieschalter 13 ' und 14
auf »Fahren aus Batterie« bei geschlossenem Schalter 15 und Öffnung des Motorselbstschalters
2o wird durch Betätigung des Umkehranlassers i i (Fig. 2) aus der Stellung »Halt«
in die Stellung »Voraus« der Gleichstrom-Hauptgenerator i als Motor angelassen und.
damit auch die Kraftmaschine 12 angeworfen und so lange in Lauf gehalten, bis sie
zu
arbeiten beginnt. Sobald dies der Fall ist, wird die Batterie
3 durch Öffnen ihres Selbstschalters 15 und bzw. oder Zurückführen des Umkehranlassers
i I (Fig. 2) in die Stellung »Halt« abgeschaltet. Die beim Anlassen notwendige Erregung
des Gleichstrom-Hauptgenerators r aus der Batterie 3 statt durch die zunächst noch
stillstehende Erregermaschine 3o kann entweder gleichzeitig beim Umlegen der Batterieschalter
13 und 1q. erfolgen, oder die Erregung wird nur zeitweilig zum Anlassen umgeschaltet.
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Eine andere Ausführungsform eines Antriebes nach der Erfindung, bei
der der von der primären Kraftmaschine 12 angetriebene Gleichstrom-Hauptgenerator
i in zwei miteinander in Reihe geschaltete Teilgeneratoren 21 und 22 aufgeteilt
ist, ist in Fig. q. dargestellt. Zum Fahren und Manövrieren mit den Teilgeneratoren
wird hier nicht von dem Leonardverfahren Gebrauch gemacht, sondern die Fdhrnetzspannung
bleibt unverändert, und, es wird der Urrlkehranlasser 23 auch in diesem Falle und
nicht mir beim Batteriebetrieb verwendet. Mit a ist wieder der Propellerantriebsrnotor,
mit ig seine Feldwicklung und mit 18 der als Geschwindigkeitsregler dienende Feldregler
bezeichnet. Im Stromkreis des Propellerantriebsmotors 2 liegt ferner der Umkehranlasser
23. Die Feldregler 24 und 25 der beiden Teilgeneratoren 21 und 22 sind miteinander
mechanisch gekuppelt, und zwar so, daß beim Verstellen aus der Mittellage heraus,
in der beide Erregungen gleich groß sind, die Erregung des einen Teilgenerators
verstärkt, die des anderen dagegen geschwächt wird, so daß die Summe der beiden
Teilgeneratorspannungen für den Fahrbetrieb unverändert aufrechterhalten bleibt,
wärhrend die Einzelspannungen entsprechend dem Lade- oder Entladezustand der Batterie
3 geändert werden. Die erforderlichen Batterieumschaltungen werden mit Hilfe der
Schalter 26 und 27 durchgeführt. Wenn sich diese beiden Schalter in der dargestellten
Stellung ca befinden, sind die Teilgeneratoren 21 und :22 miteinander in Reihe geschaltet,
und die Batterie 3 ist zu -in Zwecke des Ladens an den Teilgenerator 2i angeschlossen,
wobei der Ladestrom J6 fließt. Stellt man die Schalter 26 und 27 in die Schalterstellung
b, so ist nur der Teilgenerator 21 in Betrieb und so geschaltet, daß er zum Laden
der Batterie 3 und gleichzeitig zur Speisung des Propellerantriebsmotors 2 dient.
Wenn man den Schalter 26 in der Stellung b beläßt und den Schalter 27 in die Stellung
c verstellt, ist nur der Teilgenerator 2i in Betrieb und nur auf die Batterie 3
geschaltet, während der Propellerantriebsmotor 2 abgeschaltet ist. Werden schließlich
beide Schalter 26 und 27 in die Schaltstellung c verstellt, so sind beide Teilgeneratoren
21 und 22 abgeschaltet, und die Batterie 3 ist im Sinne des Entladens mit dem Propellerantriebsmotor
2 verbunden, wobei nunmehr der Entladestrom Jb in der angegebenen Pfeilrichtung
verläuft. Beim Laden in Stellung a der Schalter 26 und 27 stehen die miteinander
gekuppelten Feldregler 2q. und 25 in der dargestellten Schaltlage, während sie zum
Entladen in die gestrichelt gezeichnete Schaltlage verstellt werden, damit die Batterie
3 zusätzlich Strom in den Propellerantriebsmotor 2 schickt. Während beim Laden der
Teilgenerator 2r außer dem Betriebsstrom für den Propellerantriebsmotor auch noch
den Ladestrom aufbringen muß, fällt letzterer beim Entladen fort, wobei Schalter
26 in die Stellung c, dagegen Schalter 27 in die Stellung b gebracht i: t. Es ist
dabei möglich, die Belastung der die Tei_generatoren 21 und 22 antreibenden Kraftmaschine
r2 praktisch unverändert zu lassen, wobei unter Beanspruchung -der Batterie trotzdem
ein größerer Strom bei unveränderter Fahrnetzspannung zur Verfügung steht. Mit 28
ist der den Teilgeneratorfeldwicklungen zugeordnete Regler für die Fahrnetzspannung
bezeichnet.