DEP0035936DA - Selbsterregte Widerstandsbremsschaltung für mit vier oder mehr Gleichstrom-Reihenschlußmotoren angetriebene Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Bei elektrischen Bahnen, insbesondere Strassenbahn-Triebwagen, hat sich die elektrische Bremsung immer mehr durchgesetzt. Sie wird als sogenannte Betriebsbremsung, d.h. für den normalen Betrieb, ständig angewendet, um den mit der mechanischen Bremsung verbundenen Verschleiss der Bremsschuhe möglichst gering zu halten. Ausserdem gewährt die elektrische Betriebsbremsung eine bessere Ausnützung des Haftwertes zwischen Rad und Schiene, weil ein Blockieren der Räder nicht stattfindet. Ausserdem wird dadurch ein Unrundlaufen der Räder weitgehend vermieden.

Es besteht daher allgemein die Neigung, die elektrische Betriebsbremsung in Form der selbsterregten Widerstandsbremsung möglichst zu vervollkommnen und ihre Sicherheit weitgehend zu erhöhen. Bei mehrmotorigen Antrieben, z.B. bei einem mit vier Antriebsmotoren ausgerüsteten, allradangetriebenen Strassenbahn-Triebfahrzeug, wie es sich heute allgemein immer mehr durchsetzt, könnte man dies an und für sich dadurch erreichen, dass für jeden einzelnen Motor bzw. jede einzelne Gruppe von je zwei Motoren voneinander unabhängige Bremskreise vorgesehen werden, um auch dann noch genügend Bremskraft zur Verfügung zu haben, wenn einer der Bremskreise versagen sollte. Eine derartige Schaltung weist jedoch starke Mängel auf, da sie insbesondere zu einer Vervielfachung der erforderlichen Schaltelemente am Fahrschalter führt, und das umsomehr, als man bestrebt ist, möglichst viel- bzw. feinstufig zu schalten, was an und für sich schon eine grosse Stufenzahl am Fahrschalter bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine selbsterregte Widerstandsbremsschaltung für mit vier oder mehr Gleichstrom-

Reihenschlussmotoren angetriebene Schienenfahrzeuge, insbesondere Grossraum-Strassenbahntriebfahrzeuge, zu schaffen, die keine oder nur eine unwesentliche Vermehrung der Stufenkontakte und Widerstandsabschnitte am Fahrschalter bedingt und die nahezu die gleiche Betriebssicherheit gewährleistet wie eine Schaltung, bei der jeder Motor seinen bzw. jede Motorgruppe ihren eigenen Bremskreis erhält.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fahrmotoren beim Bremsen in zwei Motorgruppen unterteilt werden, die in Reihe geschaltet den gemeinsamen Bremswiderstand speisen (Einkreisschaltung), während die Motoren jeweils einer Gruppe in an sich bekannter Weise mit vertauschten Feldwicklungen parallel geschaltet werden.

Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass bereits Widerstandsbremsschaltungen bekannt sind, bei denen eine Kreuzschaltung der Anker und Felder der Fahrmotoren angewendet wird. Bei der erfindungsgemässen Widerstands-Bremsschaltung wird aber von dieser bekannten Kreuzschaltung nur in Verbindung mit anderen wesentlichen schaltungstechnischen Maßnahmen Gebrauch gemacht. Erst dadurch, dass die mit vertauschten Feldwicklung parallel geschalteten Motoren einer Gruppe in Reihenschaltung mit der anderen, entsprechend geschalteten Motorengruppe den gemeinsamen Bremswiderstand speisen, werden die eingangs erwähnten Vorteile bei einem mehrmotorigen Antrieb erzielt.

In folgendem wird die Widerstands-Bremsschaltung gemäss der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei auch noch vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung behandelt und beschrieben werden. Als Ausführungsbeispiel wurde die Schaltung eines vierachsig angetriebenen, viermotorigen Strassenbahntriebfahrzeuges gewählt. Der besseren Übersicht wegen sind in den Abbildungen 1 und 2 auch die an sich bekannten Fahrschaltungen dargestellt, während die Bremsschaltung gemäss der Erfindung in den Abbildungen 3 und 4 dargestellt ist.

In der in Abbildung 1 dargestellten Fahrschaltung der Motoren in Anfahr-Reihenschaltung sind die vier Fahrmotoren, deren Anker am a(sub)1, a(sub)2, a(sub)3 und a(sub)4 und deren Felder mit f(sub)1, f(sub)2, f(sub)3 und f(sub)4 bezeichnet sind, in Reihe geschaltet. Mit r(sub)1 und r(sub)2 sind die

Fahr- bzw. Bremswiderstände bezeichnet, deren Stufung in symbolischer Weise durch Schaltpfeile angedeutet ist. Der Strom aus der Fahrleitung 1 verläuft über den Stromabnehmer s und entsprechend den eingetragenen Pfeilen in der Reihenfolge der vier Fahrmotoren und geht vom Anker a(sub)4 des letzten Motors nach Erde c. Die Unterteilung der vier Fahrmotoren in zwei Gruppen I und II ist aus der Abbildung ersichtlich. In Abb. 2 ist die entsprechende Fahrschaltung der Motoren in Parallelschaltung der beiden Motorengruppen I und II dargestellt. Wie diese Abbildung zeigt, liegen die Motoren der Gruppe I und die Motoren der Gruppe II jeweils in Reihe, während die beiden Gruppen mit zugehörigen Widerstanden r(sub)1 bzw. r(sub)2 parallel geschaltet sind. Beim Übergang von der Reihenschaltung der Abbildung 1 auf die Gruppenparallelschaltung der Abbildung 2 sind selbstverständlich eine Anzahl Schalter erforderlich, die jedoch der Einfachheit halber in den Abbildungen weggelassen sind. In Abbildung 2 ist lediglich einer dieser Schalter herausgezeichnet, nämlich der geschlossene Schalter t (Erdschalter), der im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Bremsschaltung von besonderer Bedeutung ist, auf diesen wird weiter unten noch näher eingegangen.

In Abbildung 3 ist die selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung gemäss der Erfindung dargestellt. Die Fahrmotoren sind wiederum genau wie bei den Fahrschaltungen in zwei Gruppen I und II unterteilt, die in Reihe geschaltet den gemeinsamen Bremswiderstand r(sub)1 + r(sub)2 speisen. Die Motoren jeder der beiden Gruppen sind dagegen mit vertauschten Feldwicklungen parallel geschaltet. Wie der durch die eingetragenen Pfeile angedeutete Stromverlauf zeigt, liegt also beispielsweise der Anker a(sub)1 des ersten Motors mit dem Feld f(sub)2 des zweiten Motors und andererseits das Feld f(sub)1 des ersten Motors mit dem Anker a(sub)2 des zweiten Motors in Reihe, während die beiden Motoren samt den in dieser Weise vertauschten Feldern parallel geschaltet sind. Entsprechendes gilt für die Fahrmotoren der Gruppe II mit den Indices 3 und 4.

Geht man davon aus, dass bei den Fahrschaltungen der Abbildungen 1 und 2 jeweils die Motoren einer Gruppe dauernd in Reihe geschaltet und demnach für die halbe Fahrdrahtspannung gewickelt sind, so erkennt man den besonderen Vorteil der in Abbildung 3 dargestellten erfindungsgemässen Bremsschaltung. Beim Bremsen reicht der Widerstand für die Bremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit bis etwa zur doppelten Motorspannung aus und zwar bei einer dem Motoranfahrstrom entsprechenden Stromstärke.

Die erfindungsgemässe Bremsschaltung hat den Vorteil, dass auch dann noch genügend Bremskraft vorhanden ist, wenn an irgendeiner Stelle der Schaltung einer der beiden Motorengruppen ein Schaden auftritt. Tritt beispielsweise an der in Abbildung 3 mit x bezeichneten Stelle zwischen dem Feld f(sub)1 und dem Anker a(sub)2 eine Unterbrechung auf, so werden zwar die Motoren der Gruppe I wegen der Feld- und Ankerkreuzung keine Bremsleitung mehr erzeugen können; der Bremsstrom der Motorengruppe II kann sich aber immer noch über den gesunden Zweig a(sub)1 - f(sub)2 der Motorengruppe I ausgleichen, sodass also die Bremskraft der Motorengruppe II nicht verloren geht. In dem genannten Schadensfalle der Schaltung an der Stelle x wirkt also die Schaltung so, als ob die Motorengruppe II für sich geschaltet wäre. Tritt andererseits z.B. an der Stelle y eine Unterbrechung auf, so kann bei offenem Schalter t naturgemäss zunächst keine Bremsung erfolgen; sobald aber die Widerstände r(sub)1 und r(sub)2 beim Weiterschalten allmählich kurzgeschlossen werden, tritt die Bremsung ein, sobald die schadhafte Stelle y an dem Widerstand r(sub)1 überbrückt ist, wie dies durch den eingezeichneten Schaltpfeil in der Abb. 3 angedeutet ist.

Um nun sicherzustellen, dass die Bremskraft auch dann nicht vollständig verloren geht, wenn beispielsweise an der Stelle z eine Unterbrechung eintritt, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung der Stufenschalter für den Bremswiderstand so mit dem bereits erwähnten Erdschalter t gekuppelt, dass letzterer beim Schalten auf die letzte Bremsstufe oder die letzten Bremsstufen geschlossen wird. Auf diese Weise wird also, jedoch nur für die letzten Schaltstufen, die Einkreisschaltung aufgelöst, sodass jede der Gruppe I und II getrennt ihren Bremswiderstand r(sub)1 bzw. r(sub)2 speist bzw. über den Schalter t kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise wird selbst bei einem Schaden an der Stelle z wenigstens noch eine Kurzschlussbremsung der Motorengruppe II sichergestellt.

Der wesentliche Vorteil dieser Bremsschaltung nach der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Bremsung entsprechend feiner Stufung allein mit den für das Fahren sowieso vorhandenen Schaltkontakten am Fahrschalter erzielt werden kann, dass also gegenüber einer Schaltung, bei der die Motoren jeder für sich bzw. jede Motorengruppe für sich ihren Bremswiderstand speisen, keine zusätzlichen Stufenkontakte bzw. Widerstandselemente benötigt werden unter der Voraussetzung, dass die Stromänderung und damit die Motor- und Getriebebeanspruchung innerhalb festgesetzter Grenzen bleibt. Bei grobstufiger Zweikreisschaltung besteht demgegenüber einerseits die Gefahr des Rutschens der Räder auf den Schienen bzw. umgekehrt eienr zu geringen Ausnützung dieser Haftkraft bei schwacher Bremskraft. Bei gleicher Feinstufigkeit der Zweikreisschaltung wäre dagegen eine wesentliche Vermehrung der Schaltstufen erforderlich. Dieser Sachverhalt begründet den wesentlichen Vorteil, den die Bremsschaltung nach der Erfindung erbringt.

In Abbildung 4 ist im wesentlichen dieselbe Schaltung wie in Abbildung 3 dargestellt. Im Gegensatz zu letzterer sind in die erdseitige bzw. stufenwiderstandsfreie Verbindung der Motorengruppen I und II in an sich bekannter Weise Bremssicherheitswiderstände un und Wicklungen von Magnetbremsen v und Solenoidbremsen w der Beiwagen o.dgl. in Parallelschaltung geschaltet. Diese sind in weiterer Ausbildung der Erfindung jeweils in zwei Gruppen unterteilt, paarweise in Reihe geschaltet, und an ihren jeweiligen Zwischenverbindungen verbunden bzw. geerdet, wie dies aus Abbildung 4 ohne weiteres ersichtlich ist. Mit k sind in Abbildung 4 Zugkupplungen schematisch angedeuet. Im Gegensatz zu der in Abbildung 4 dargestellten Schaltung kann natürlich auch nur die eine oder andere Art zusätzlicher Bremswicklungen angewendet werden. Weiterhin ist es auch möglich, anstelle der paarweise unterteilten nicht unterteilte Bremswicklungen zu verwenden, die dann in ihrem elektrischen Mittelpunkt oder in der Nähe ihres elektrischen Mittelpunktes untereinander verbunden oder geerdet sind. Durch diese paarweise Unterteilung bzw. Mittenanzapfung der Zusatzbremswicklungen wird auf alle Fälle sichergestellt, dass auch bei Auflösung der Einkreisschaltung beim Schalten auf die letzte Bremsstufe bzw. die letzten Bremsstufen diese Zusatz- wicklungen wirksam werden, wenn einer der beiden Bremskreise fehlerhafterweise an irgendeiner Stelle unterbrochen ist.

Anschliessend sei noch erwähnt, dass die Widerstandsbremsschaltung gemäss der Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Sie kann z.B. auch bei einer grösseren Anzahl von Fahrmotoren entsprechend angewendet werden. So kann man sich z.B. die beiden in den Fahrschaltungen der Abbildungen 1 und 2 in Reihe verbundenen Motoren durch drei oder auch mehr Motoren ersetzt denken, wobei dann beim Bremsen die Anker und Felder dieser Motoren gegenseitig zyklisch vertauscht werden müssen. Die Schaltung kann mit dem gleichen Erfolg auch dann zur Anwendung kommen, wenn in der Fahrschaltung von der Darstellung abweichende Schaltverbindungen zwischen Widerstandsgruppen und den Fahrmotoren gewählt werden. Es kann beispielsweise anstelle der in Abbildung 2 dargestellten Gruppen-Parallelschaltung eine solche Fahrschaltung gewählt werden, bei der die Motoren jeder Gruppe parallel geschaltet und die Gruppen selbst in Reihe geschaltet sind. (Anfahr-Reihen-Parallelschaltung). Wichtig ist nur, dass die Bremsschaltung immer wieder so ausgebildet ist, dass bei einer Stromunterbrechung an einem Teil der Schalteinrichtung die andere immer noch einsatzbereit bleibt. Dies gilt sowohl für die Fahrmotoren als auch für die Fahr- und Bremswiderstände sowie die zusätzlichen Bremswicklungen der beschriebenen Art.

Claims (6)

1. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung für mit vier oder mehr Gleichstrom-Reihenschlussmotoren angetriebene Schienenfahrzeuge, insbesondere Grossraum-Strassenbahntriebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrmotoren beim Bremsen in zwei Motorengruppen (I und II) unterteilt sind, die in Reihe geschaltet den gemeinsamen Bremswiderstand (r(sub)1 + r(sub)2) speisen (Einkreisschaltung), während die Motoren jeweils einer Gruppe (I oder II) in an sich bekannter Weise mit vertauschten Feldwicklungen parallel geschaltet sind.

2. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das beim Schalten auf die letzte Bremsstufe oder die letzten Bremsstufen durch Schliessen eines Schalters (t), z.B. eines für den Fahrbetrieb sowieso vorhandenen Schalters, die Einkreisschaltung aufgelöst wird, sodass jede Motorengruppe getrennt ihren Bremswiderstand (r(sub)1 bzw. r(sub)2) speist. (Zweikreis-Bremsschaltung).

3. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise in dem Bremskreis eingeschaltete Magnetbremswicklungen so aufgeteilt bzw. angezapft sind, dass sie auch bei Aufhebung der Einkreisschaltung wirksam bleiben.

4. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die erdseitige bzw. stufenwiderstandsfreie Verbindung der Motorengruppen in an sich bekannter Weise Bremssicherheitswiderstände (u) und bzw. oder Wicklungen von Magnetbremsen (v) und Solenoidbremsen (w) der Beiwagen o.dgl. in Parallelschaltung geschaltet sind, die in ihrem elektrischen Mittelpunkt oder in der Nähe ihres elektrischen Mittelpunktes untereinander verbunden oder geerdet sind.

5. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswicklungen (u, v, w) in zwei Gruppen aufgeteilt, paarweise in Reihe geschaltet und an ihren jeweiligen Zwischenverbindungen verbunden oder geerdet sind.

6. Selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrschaltung der Motoren jeweils die Motoren einer Gruppe (I oder II) dauernd in Reihe geschaltet, also für die halbe Fahrdrahtspannung gewickelt sind.