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Elektrische Bremsschaltung für mehrmotorige Ausrüstungen, insbesondere
von Fahrzeugen Für die Fahr- und Bremsschaltung zweimotoriger Straßenbahnfahrzeuge
ist es bekannt, jedem Fahrmotor zwei Widerstandsregelblöcke, insbesondere zwei sogenannte
Feinstufenblöcke, zuzuordnen. Dabei wird beim Fahren nur ein Widerstandsregelblock
je Fahrmotor, und zwar der eine für die Reihenschaltung, der andere für die
Parallelschaltung der Motoren zum Regeln des Anfahrstromes herangezogen, während
beim Bremsen die beiden miteinander in Reihe geschalteten Blöcke je Motor
benutzt werden, da die erzeugten Bremsspannungen viel höher liegen können als die
Fahrspannungen. Bei der Parallelschaltung der Motoren in Fahrstellung kann also
der während der Regelung in Reihenschaltung vorher benutzte Block kurzgeschlossen
bleiben. Daraus ergibt sich eine Vereinfachung der Schaltung durch Ersparnis an
Schaltelementen, indem z. B. das Reihenschaltelement zugleich als Brückenelernent
bei der Umschaltung von »Reihen-« auf »Parallelschaltung« dient; auch ist die Widerstandsbeanspruchung
günstiger, da jeder Block immer nur den einfachen Motorstrom führt. Wird durch eine
Störung besonders an den Kontakten der Stromkreis in der Bremsschaltung unterbrochen,
so kann die bekannte Generatorbremswirkung unter Umständen nicht eintreten, wodurch
insbesondere bei Fahrzeugen ein gefährlicher Zustand herbeigeführt wird.
Mat
hat bereits versucht, diesen Mangel dadurch zu beseitigen, daß man durch Einfügen
von Ausgleichsverbindungen, sogenannten Äquipotentialverbindungen, die Schaltung
in mehrere voneinander möglichst unabhängige Bremsstromkreise aufteilt, so daß bei
zufälliger, ungewollter Stromunterbrechung in einem Stromkreis die anderen Stromkreise
weiterhin zur Bremsung dienen, so daß auf diese Weise ein höherer Grad von Sicherheit
erreichbar ist.
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Es hat sich nun gezeigt, daß dieser Sicherheitsgrad noch weiter erhöht
werden kann, wenn man die Brernsstromkreise in bezug auf die Ausgleichsleitung symmetrisch
gestaltet, d. h. die Feldwicklungen einerseits und die Anker andererseits
miteinander in Reihe schaltet und alsdann die Ausgleichsverbindung zwischen zwei
Ankern einerseits und zwischen den beiden zugehörigen Feldwicklungen andererseits
anschließt. Es lassen sich auf diese Weise und durch entsprechende Umschaltungen
zweier miteinander in Reihe geschalteter Feldwickjungen beim Bremsen sogenannte
Kreuz- oder Achterschaltungen ausführen, -welche den bekannten Vorteil der Bremssicherung
gegen Rückwärts-Abrollen aufweisen. So läßt es sich insbesondere bei einer Viermotorenschaltung
erreichen, daß jeweils die in Fahrtrichtung hinten laufenden Motoren beim Bremsen
in Kreuz- oder Achterschaltung liegen, die beiden anderen Motoren in Hintereinanderschaltung.
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Die Zeichnung zeigt an verschiedenen Schaltbildern mehrere Ausführungsbeispiele
für die Anwendung der Erfindung, In den Abb. i und 2 ist die grundsätzliche Schaltung
ganz allgemein für eine Vier-Motoren-Bremsschaltung dargestellt. jedem Anker I,
II, III und IV ist ein nicht näher bezeichneter Bremswiderstand zugeordnet, in welchem
die im Anker erzeugte Bremsspannung wieder abgebaut wird. Neben der ausgezogen gezeichneten
Hauptstromkreisverbindung sind strichpunktiert die Ausgleichsverbindungen angegeben.
Normalerweise fließt in den Ausgleichsverbindungen bei gleichen Betriebsverhältnissen
in den Maschinen und in den Bremswiderständen kein oder praktisch kein Strom. Tritt
aber in einem der Teilabschnitte nach Abb. i eine Störung, z. B. eine Unterbrechung,
auf, so kann auf Grund der Ausgleichsverbindungen in den restlichen Stromkreisen
eine Bremswirkung weiter stattfinden, da gewissermaßen vier praktisch voneinander
getrennte Bremsstromkreise durch die Ausgleichsverbindungen vorhanden sind.
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Gemäß Abb..2 sind die Feldwicklungen gegen die Anker in der Schaltung
zyklisch vertauscht. Die Bedeutung der Ausgleichsverbindungen ist hier eine andere
als in der Schaltung gemäß Abb. i und wird für den praktisch häufigen Fall von zwei
Motoren an Hand der Abb. 7 bis 16 erklärt werden, wonach die bei der Bremsung
entstehende Achterschaltunihrer Wirkung nach in eine Kreuzschaltung bei Fahrtrichtungsumkehr
übergeht bzw. unigekehrt.
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Abb. 3 zeigt die Fahr- und Bremssehaltung einer vierrnotorigen
Gleichstrotnausrüstung im Schema. Die Motoren sind Reihenschluß-Halbspannungsrnotoren,
von denen je zwei Anker und je zwei Feldwicklungen dauernd miteinander
in Reihe liegen. Die strichpunktierten Verbindungen seien zunächst -als nicht vorhanden
angenommen. Anker und Feldwicklungen sind in der üblichen Weise dargestellt. Ihre
gegenseitige Zugehörigkeit ist durch die Zahlen I, II, III und IV angedeutet; damit
braucht aber nicht die Einbaufolge an den Achsen des Fahrzeugs angegeben zu sein.
Die Stromrichtung bei normaler Vorwärtsfahrt verläuft jeweils von Klemme a nach
Klemme b. i ' 2, 3 und 4 seien die Widerstandsregelblöcke,
5 und 6 zusätzliche Bremswiderstände, welche parallel zu den nicht
dargestellten Solenoid-bzw. Schienenbremsen liegen; i i und 12 sind Bremskupplungen
nach den Beiwagen. Bei den Schalteleinenten ist durch die Buchstaben S,
P, U oder B angedeutet, ob sie beim Fahren die Reihen-, Parallel-oder
die Übergangsschaltung zwischen den Stromb el kreisen herstellen oder sich beim
Bremsen schließen. Die Richtungswendekontakte sind mit RW bezeichliet. Nach Abb.
3 werden also bei Rückwärtsfahrt j eweils zwei dauernd miteinander
in Reihe liegende Feldwicklungen umgeschaltet, so daß die Stromrichtung umkehrt
und statt von Klemme a nach Klemme b, von Klemme b nach Klemme a verläuft.
Es ist selbstverständlich, daß in diesem Schaltbild wie in den noch folgenden Schaltbildern
statt der Feldwicklungen sinngemäß auch die Anker unigeschaltet werden können.
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Bei Fahrt in Reihenschaltung werden nur die Widerstandsregelblöche
i und 3 geregelt, bei Fahrt in Parallelschaltung bleiben diese kurzgeschlossen,
und die Regelung geschieht mit den Blöcken 2 und 4. Beim Bremsen werden alle vier
Blöcke zum Regeln benutzt, und zwar würden ohne die strichpunktierten Verbindungen
zwei voneinander unabhängige Brenisstromkreise mit je zwei Motorankern bzw.
Motorfeldwicklungen in Reihenschaltung entstehen. Eine Bremssicherheit gegen ein
Rückwärts-Abrollen ist hierbei nicht gegeben, obgleich durch die ZD 23 Zweikreisschaltung
eine erhöhte Sicherheit gegen Stromunterbrechungen beim Bremsen in der jeweiligen
Fahrtrichtung besteht.
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Durch Anbringen der strichpunktierten Ausgleichsverbindungen einerseits
und Vertauschender Reihenfolge der Feldwicklungen andererseits -
beispielsweise
ist für die Motoren III und IV des zweiten Stromkreises die Feldfolge für Vorwärtsfahrt
umgekehrt, nämlich IV, III - werden nun die im folgenden erläuterten Vorteile
erzielt; der erste Stromkreis mit der natürlichen Feldfolge 1,
II zerfällt
nach dem vereinfachten Schaltbild gemäß Abb. 4 durch die Ausgleichsverbindung nochmals
in zwei Stromkreise, durch welche die noch größere Bremssicherheit in der jeweiligen
Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges erzielt wird. Die Ausgleichsverbindung liegt wegen
des zusätzlichen Bremswiderstandes 5 und der gegebenenfalls dazu parallel
geschalteten Bremswicklungen nicht ganz zwischen Punkten gleichen Potentials. Die
Stromverschiedenheit der beiden Zweige braucht aber einerseits nicht bedeutend zu
sein, andererseits kann sie unter Umständen bei einer Berücksichtigung der Achsdruckentlastung
zur
Beseitigung der Kippneigung verwertet werden. Dagegen besteht bei dieser Schaltung
des ersten Stromkreises keine Sicherung gegen ein Rückwärts-Abrollen. In Abb. 4
sind die Stromrichtungen beim Bremsen in Vorwärtsfahrt durch Pfeile angedeutet.
Eine Tabelle gibt außerdem zusätzlichdieStromrichtungenfürdieAnkerunddie entsprechenden
Feldwicklungen gleicher Ziffer für Vorwärtsfahrt (VF), Vorwärtsbremsen (VB) und
Vorwärtsbremsstellung, aber Rückwärtsrollen (VB [R]), an. Durch die Ausgleichsverbindu-ng
und den Bremswiderstand bei einer Schaltung mit umgekehrter Reihenfolge der Anker,
wie sie die Motorfeldwicklungen IV und III aufweisen, kann jedoch erreicht
werden, daß das Rückwärtsrollen nicht möglich ist. Diese Schaltung ist in Abb. 4
in Vereinfachung, bei den Abb. 5 und 6 mit der dazugehörigen Tabelle
für die Motoren III und IV dargestellt. Durch die Feldvertauschung entsteht, auch
ohne daß die Ausgleichsverbindung in Wirkung tritt, da die etwa dann fließenden
Ströme sich gegenseitig aufheben würden, beim Bremsen in Vorwärtsfahrt (VB) eine
sogenannte Achterschaltung, bei der in der Feldwicklung III der Strom des Ankers
IV und in der Feldwicklung IV der Strom des Ankers III fließt. Durch die vorhandeneAusgleichsverbindung
wird aber eine Brernssicherung gegen das Rückwärts-Abrollen (VR[R]) gemäß Abb.
6
geschaffen. Man kann dabei annehmen, daß eines der Felder einen stärkeren
remanenten Magnetismus aufweist wie im gezeigten Beispiel das Feld Ill (in Abb.
6 durch Doppelpfeilspitze angedeutet). Dadurch wird im Anker III der Strom
in Pfeilrichtung hervorgerufen, und das Feld IV wird durch ihn umgepolt, so daß
auch ein Strom im Anker IV in der angegebenen Pfeilrichtung fließt. Aus der Achterschaltung
entsteht also hinsichtlich des Rückwärts-Abrollens eine Kreuzschaltung an sich bekannter
Form. Ähnlich wandelt sich die sonst bei Straßenbahnen für die Vorwärtsfahrt normal
üb-
liche Kreuzbremsschaltung in eine gegen das Ab-
rollen nach rückwärts
sichernde Achterschaltung um. Kreuz- und Achterschaltung vertauschen also ihre Wirkungsweise
gegenseitig. Die weiteren bereits bekannten Ausgleichswirkungen der Schaltungen
brauchen hier nicht erwähnt zu werden.
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Es ist zu beachten, daß in Abb. 3 für Rückwärtsfahrt die Reihenfolge
der Feldwicklungen durch den Richtungswender RW umgeschaltet wird, daß also die
Feldwicklungen I und II und ebenso die Feldwicklungen IV und III gegenseitig vertauscht
werden. Dadurch übernimmt beim Bremsen der Stromkreis der Motoren I und II ähnliche
Aufgaben, wie es für den Stromkreis der Motoren III und IV an Hand der Abb. 4,
5 und 6 beschrieben wurde, und umgekehrt. Es wird also durch die beschriebene
Schaltung für jede Fahrtrichtung erreicht, daß jeweils zwei Motoren gegen ein Zurückrollen
sichern, während die beiden anderen zwar nur in der jeweiligen Fahrtrichtung bremsen,
aber zwei voneinander fast getrennten Brenisstromkreisen angehören. Man hat für
das Fahrzeug beim Bremsen in Fahrtrichtung gewissermaßen drei voneinander unabhängige
Bremsstromkreise. Natürlich steht es im Ermessen der Konstrukteure, je
nach
Bedürfnis (z. B. Ein-Richtungswagen) für eine Fahrtrichtung auch nur eines der beiden
Systeme in Anwendung zu bringen, also z. B. für Vorwärtsfahrt vier durch die Ausgleichsverbindungen
entstehende voneinander getrennte Bremsstromkreisezuwählen.
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Als weitere Vorteile der beschriebenen Schaltung ergeben sich insbesondere
beim Bremsen niedere Spannungen der Feldwicklungen gegen Erde. Die höchste Bremsspannung
gegen Erde entspricht nur der einfachen Ankerspannung. Dieser Vorteil wird bereits
ohne die Ausgleichsverbindungen dadurch erreicht, daß die im Anker entstehende Bremsspannung
in seinem dazugehörigen Widerstandsregelblock wieder abgebaut wird. Dagegen wird
durch die Ausgleichsverbindung nach Abb. 4 bei den Motoren I und II verhindert,
daß bei Durchrutschen des einen Radsatzes, z. B. mit dem Motor II, der Anker I als
Generator den Anker II als gegenlaufenden Motor, wie es ohne diese Verbindung der
Fall wäre, antreiben könnte. Diese Erscheinung soll bei der normalen Zwei-Motoren-Bremsschaltung
durch die Kreuzung von Ankern und Feldwicklungen vermieden werden bzw. bei einer
Mehrmotorenschaltung durch zyklische Vertauschung der Feldwicklungen gegenüber den
Ankern. Während eine solche Vertauschung im allgemeinen einen ziemlichen Aufwand
an Schaltmaterial erfordert, ist sie für zwei Motoren in einfacher Weise durch die
Achterschaltung der Motoren III und IV erreicht, welche durch dieAusgleichsverbindunggegenRückwärtsrollen
wirkungsmäßig in eine Kreuzschaltung nach Abb. 6 übergeht.
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In den weiteren Abb. 7 bis 15 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens
auf Wagen mit nur zwei Antriebsmotoren gezeigt, und zwar eignen sich diese Schaltungen
besonders für Ein-Richtungswagen. Die symbolischen Bezeichnungen sind sinngemäß
aus den vorhergehenden Schaltungen übernoinmen.
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Abb. 7 stellt schematisch eine Zweimotorenschaltung im ganzen
dar. Die beiden Richtungswenderstellungen sind andeutungsweise voll ausgezogen für
Vorwärtsfahrt, gestrichelt für Rückwärtsfahrt. Rückwärts kann nur in Reihenschaltung
der Motoren mit gekreuzten Feldwicklungen gefahren werden, z. B. bei gelegentlichem
Rückwärtsstoßen eines Ein-Richtungswagens.
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In den Abb. 8 und 9 sind die Brernsschaltungen in vereinfachter
Weise dargestellt, und zwar in Abb. 8 für die Vorwärtsfahrtrichtung, in Abb.
9 für die Rückwärtsfahrtrichtung. Die Schaltung der Abb. 8 gewährt
durch die Ausgleichsverbindung größere Bremssicherheit in Fahrtrichtung durch das
Auftrennen der Schaltung in zwei voneinander ziemlich unabhängige Bremsstromkreise,
allerdings dafür keine Sicherung gegen ein Zurückrollen des Wagens. Die Schaltung
der Abb. 9 dagegen wirkt in Fahrtrichtung (Rückwärtsfahrt) beim Bremsen in
der sogenannten Achterschaltung mit Strömen in strichpunktierter Pfeilrichtung,
gegen ein Zurückrollen aber in Kreuzschaltung mit Strömen in gestrichelter
Pfeilrichtung,
wobei angenommen ist, daß das remanente FahrmotorfeldI (Doppelpfeil) überwiegt und
das Feld II dadurch umgepolt wird.
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Abb, io zeigt eine gegenüber Abb. 7 vereinfachte Schaltung
mit geringerer Schalterzahl. Dabei sind die Kontakte des Richtungswenders RW nach
Abb. 7 hier durch Schaltelemente V und R ersetzt. Die vereinfachten Brenisstromkreise
sind in den Abb. i i und 12 dargestellt, und zwar in Abb. i i für Brernsung in Vorwärtsfahrt,
in Abb. 12 für Bremsung in Rückwärtsfahrt. Abb. i i zeigt für Vorwärtsfahrt die
Bremsung in Achterschaltung (strichpunktierte Stromrichtung) mit Sicherung gegen
Zurückrollen, wobei der Strom in gestrichelter Pfeilrichtung verläuft und die Wirkung
einer Kreuzschaltung eintritt. Bei der Bremsschaltung nach Abb. 12 besteht keine
Sicherung gegen ein Rückwärtsrollen.
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Auch bei der Schaltung nach Abb. io kann rück-#värts nur in Reihenschaltun,-
der Motoren gefahren werden. Die Wirkungsweise ist durch die beigefügten Tabellen
nochmals kurz versinnbildlicht. Schließlich ist in den Abb. 13, 14 und 15
ein weiteres Beispiel einer Zweimotorenschaltung mit Verwendun- eines Richtungswenders
RW gegeben. Bei Betätigung desselben werden die Feld-
wicklungen nicht nur
gewendet, sondern auch gegeneinander vertauscht. Die Wirkungsweise ist ziemlich
ähnlich derjenigen der Schaltung der Abb. 7, 8 und g. Es sind hier aber bei
gleicher Schalterzahl zwei getrennte Bremswiderstände 5 und 6
für getrennte
Magnet-Bremskreise und noch eine Vorerregung für die Felder in der ersten Bremsstufe
oder den ersten Bremsstufen durch eine nicht näher bezeichnete Batterie für beide
Felder gegeben, wie es auch in den Abb. 3 und 4 angedeutet ist. Die Feldwicklungen
liegen hier beim Bremsen an Erdpotential.
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Wie mit Hilfe einer einzigen Batterie und einem dazugehörigen Schalter
bei einer Viermotorenausrüstung gleichzeitig alle vier Motorfelder vorerregt werdenkönnen,
ist in Abb. 3 gezeigt. In den Abb. 3 und 13 ist außerdem noch punktiert
angegeben, wie unmittelbar vor Herstellung der Bremsschaltung sämtliche Feldwicklungen
über einen Zusatzschalter Ve und einen entsprechenden nicht näher bezeichneten Vorwiderstand
auch von der Fahrleitung aus vorerregt werden können. Es werden dabei kurzzeitig
nur die Zusatzschalter Ve vor Herstellung der eigentlichen Bremsschaltung geschlossen.
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In Abb. 16 ist ergänzend gezeigt, wie ein beim Fahren als Nebenschluß
zur Feldwicklung dienender Widerstand 7 in der Kreuz- oder Achter-Bremsschaltung
als Ausgleichswiderstand wirkt. Es sei noch bemerkt, daß man die WiderstandsregelblÖCkC
1, 2 usw. natürlich in an sich bekannter Weise durch irgendwelche Schalter oder
Nockenschalter verändern kann, obwohl Feinstufensteuerungen in diesem Zusammenhang
vielleicht mit besonderem Vorteil züi benutzen sind.
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Zwecks Erläuterung des Erfindungsgedankens auch von einer etwas anderen
Seite sei noch bemerkt, daß in den dargestellten Bremskreisen die je-
weilige
eine Ausgleichsverbindung in eine doppelte aufgespalten werden kann, wobei dann
die eine dem ersten Motorkreis, die andere dem zweiten Motorkreis zugeordnet ist,
so daß zwei elektrisch vollständig voneinander getrennte Stromkreise in Einfachschaltung,
also ohne Feldkreuzung, entsprechend Abb. 8 oder auch mit einer Kreuz- oder
Achterschaltung nach Abb. 9 entsteht.
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In beiden Fällen bliebe dabei die Bremswirkung genau die gleiche.
nur wäre der Schalteraufwand im allgemeinen größer.