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Publication number: DES0013783MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 18. Mai 1943 Bekanntgemacht am 4. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf, einen elektrischen Gleichströmfährzeugantrieb, insbesondere Schiffsantrieb, bestellend aus einem oder mehreren Gleichstrom-Hauptgeneratoren, einem oder mehreren Gleichstrom-Propellerantriebsmotoren und einer 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 jeweiligenLade- 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 erhöben. Die

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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 Stromäbgabe aus der Batterie herbeizuführen. Die Zusatzmaschine wirkt dann also saugend, und gleichzeitig wird ihre Antriebsmaschine entweder Strom ins Fahrnetz liefern oder ίο leer laufen oder Strom aufnehmen, je nach der Größe der Durchgangsleistung im Verhältnis zu den Gesamtverlusten des Zusatzmaschinensatzes.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß die Fahrnetzspannung so gewählt wird, daß sie in der Mitte zwischen Batterielade- und -entladespannung. Hegt. 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 jeweiligen Ladezustand der Batterie. 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 oder 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 Schaden der primären Kraftmaschinen manövrieren oder Fahrt aufnehmen, so ist hierfür ein Widerstands-Umkehranlasser erforderlich.

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 dem 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.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung sind Fahrzeugantriebe von beispielsweise Schleppschiffen für die Binnenschiffahrt.

In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele' für Antriebe nach der Erfindung schematisch Schaltbilder für elektrische Schiffsantriebe dargestellt.

In Fig. ι ist zunächst eine Ausführungsform eines Antriebes nach der Erfindung dargestellt, bei der eine besondere Zusatzmaschine für die Batterie vorgesehen ist. Mit 1 ist der Gleichstrom-Hauptgenerator, mit 2 der Propellerantriebsmotor des Schiffsantriebes bezeichnet. Für die Aufnahme des gelegentlich anfallenden Leistungsüberschusses des Gleichstrom-Hauptgenerators 1 dient hier eine Batterie 3, der ein Zusatzmaschinensatz, bestehend aus dem Antriebsmotor 5 und dem Generator 4, 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 ι im Leonardverfahren mit Hilfe des Umkehrreglers 16 und des Motorfeldreglers 18 auf den Propellerantriebsmotor 2. Mit 19 ist dessen Feldwicklung bezeichnet. Befindet sich das Schiff in Fahrt, so kann die Batterie3 durch den Umkehranlasser 11 an die Fahrnetzspannung gelegt werden.

Die Fahrnetzspannung möge bei der dargestellten Anlage beispielsweise 280 Volt betragen. Der Generator 4 kann mit Hilfe des Umkehrreglers 10 in den Grenzen von ,+ 60 bis —60 Volt geregelt werden. Dementsprechendi ergibt sich für die Batterie 3 eine höchste Ladespannung von 340 Volt und eine Entladespannung von 220 Volt. Mit 8, 9 und 20 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 1 abgeschaltet. Hierauf wird mit dem Umkehranlasser 11 der Propellerantriebsmotor 2 angefahren. Dem Generator 4 des Zusatzmaschinensatzes ist der Umkehrregler 10 zugeordnet. Mit 11 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 1 und 2 geregelt und umgesteuert wird. In diesem Fall kann man mit einem verhältnismäßig klein bemessenen Umkehranlasser 11 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 12 dienen soll. Bei dieser

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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 ι zugeordnete Hauptmanövriergerät — der schon erwähnte Umkehrregler — bezeichnet. Der der Feldwicklung 19 des Propellerantriebsmotors 2 zugeordnete Feldregler 18 dient als Geschwindigkeitsregler, der bei reinem Batteriebetrieb zusammen mit dem Umkehranlasser 11 verwendet wird.

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 Ge- : schwindigkeit des Fährzeuges 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.

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.-1 übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Mit 13 und 14 sind hier Batterieschalter bezeichnet. Wenn die Schalter 13, 14, 15 und 20 geschlossen sind, ist die. Ladeschaltung der Batterie 3 eingestellt dadurch, daß die Batterie 3 und der Zusatzmaschinensatz parallel zum PiOpellerantriebsmotor am Gleichstrom-Hauptgenerator ι liegen. Will man den Propeller-

4-5 antriebsmotor 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 deni Auslegen des Leonard-Umkehrreglers 16 aus seiner Nullstellung der Motorstromkreis mit dem Schalter 20 unterbrochen werden, und die Batterie 3 darf erst nach Spannungsgleichheit mit dem Gleichstrom-Hauptgenerator 1 durch den Schalter 15 zugeschaltet werden, wobei die Schalter 13 und 14 schon vorher geschlossen sind.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Fahrnetzspannung gleich der Batteriespannung gewählt. Der Generator 4 des Zusatz-■ maschinensatzes dient hier dazu, die an der Batterie 3 auftretende Spannung über die Fahrnetzspannung zu erhöhen und beim zusätzlichen Entladen unter die Fahrnetzspannung zu senken, um beim Überwinden großer Fahrwiderstände, beispielsweise beim Durchfahren von Stromschnellen, eine zusätzliche Stromabgabe aus der Batterie 3 herbei- ■ zuführen.

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.

Für das Manövrieren kann bei allen Ausführungsformen ein Umkehranlasser angewendet werden, der sowohl beim Fahren mit dem Gleichstrom-Hauptgenerator ι 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 11 betätigt und nach Erreichung seiner Endstellung den Erregerstrom des . Gleichstrom-Hauptgenerators vergrößert und gegebenenfalls auch den Erregerstrom des bzw. der Propellerantriebsmotoren verringert, wodurch die Geschwindigkeit gesteigert wird.

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 Gleichstrom-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.

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 Gene- 105. ratorbetrieb durch Reihenschaltung der Propellerantriebsmotoren 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 11 mit kleinerem Materialaufwand.

Zum Anwerfen der stillstehenden Kraftmaschine 12 sind die Anordnungen nach den Fig. 2 oder 4 durch Speisung des Gleichstrom-Hauptgenerators 1 aus der Batterie 3 ohne weiteres geeignet. Nach Umlegung der Batterieschalter 13 und 14 auf »Fahren aus Batterie« bei geschlossenem Schalter 15 und Öffnung des Motorselbstschalters 20 wird durch Betätigung des Umkehranlassers 11 (Fig. 2) aus der Stellung »Halt« in die Stellung »Voraus« der Gleichstrom-Hauptgenerator 1 als Motor angelassen und damit auch die Kraftmaschine 12 angeworfen und so· lange in Lauf gehalten, bis sie zu

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arbeiten beginnt. Sobald dies der Fall ist, wird die Batterie 3 durch Öffnen ihres Selbstschalters 15 und bzw. oder Zurückführen des Umkehranlassers Ii (Fig. 2) in die Stellung »Halt« abgeschaltet.

Die beim Anlassen notwendige Erregung des Gleichstrom-Hauptgenerators 1 aus der Batterie 3 statt durch die zunächst noch stillstehende Erregermaschine 30 kann entweder gleichzeitig beim Umlegen der Batterieschalter 13 und 14 erfolgen, oder die Erregung wird nur zeitweilig zum Anlassen umgeschaltet.

Eine andere Ausführungsform eines Antriebes nach der Erfindung, bei der der von der primären Kraftmaschine 12 angetriebene Gleichstrom-Hauptgenerator 1 in zwei miteinander in Reihe geschaltete Teilgeneratoren 21 und 22 aufgeteilt ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Zum Fahren und Manövrieren mit den Teilgeneratoren wird hier nicht von dem Leonardverfahren Gebrauch gemacht, sondern die FaJhrnetzspannung bleibt unverändert, und es wird der Umkehranlasser 23 auch in diesem Falle und nicht nur beim Batteriebetrieb verwendet. Mit 2 ist wieder der Propellerantriebsmotor, mit 19 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, während 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 α befinden, sind die Teilgeneratoren 21 und 22 miteinander in Reihe geschaltet, und die Batterie 3 ist zum Zwecke des Ladens an den Teilgenerator 21 angeschlossen, wobei der Ladestrom J_b 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 ¹ 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 21 in Betrieb und nur auf die Batterie 3 geschaltet, während der Propellerantriebsmotor 2 abgeschaltet ist. Werden schließ-Hch 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 J_b' in der angegebenen Pfeilrichtung verläuft. Beim Laden in Stellung α der Schalter 26 und 27 stehen die miteinander gekuppelten Feldregler 24 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 21 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 ist. Es ist dabei möglich, die Belastung der die Teilgeneratoren 21 und 22 antreibenden Kraftmaschine 12 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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Elektrischer Gleichstromfahrzeugantrieb, insbesondere Schiffsantrieb, bestehend aus einem oder mehreren Gleichstrom-Hauptgeneratoren, einem oder mehreren Gleichstrom-Propellerantriebsmotoren und einer Zusatzbatterie, die einen gelegentlichen Leistungsüberschuß der Gleichstrom-Hauptgeneratoren aufnimmt und ihn im Bedarfsfall an die Propeller wieder abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung der Fahranlage in weiten Grenzen von der jeweiligen Lade- oder Entladespannung der Batterie unabhängig ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterie eine besondere Lademaschine (Zusatzmaschine) zugeordnet ist, deren Antriebsmotor an die Speisespannung der Fahranlage angeschlossen werden kann.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrnetzspannung gleich der Batteriespannung gewählt ist und daß der Lademaschinensatz dazu ' dient, entweder die Spannung an der Batterie zum Zweck des Ladens über die Fahrnetzspannung zu erhöhen oder sie zum Zweck des Entladens unter die Fahrnetzspannung zu senken.
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fährnetzspannung so gewählt ist, daß sie zwischen der Lade- und Entladespannung der Batterie liegt, daß die Lademaschine beim Laden die an der Batterie liegende Spannung je nach deren Ladezustand entweder unter die Fahrnetzsparinung senkt oder sie unverändert läßt oder sie über die Fahrnetzspannung erhöht, und daß beim Entladen die Antriebsmaschine der Lademaschine als Generator Strom ins Fahrnetz liefert.
5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lademaschinensatz für reinen Batteriebetrieb abschaltbar ist.
6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lademaschinensatz für reinen Batteriebetrieb so geschaltet wird, daß er als Zusatzgenerator die Batteriespannung erhöht, wobei die Antriebsmaschine des Zusatz-

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maschinensatzes als Motor läuft und entweder dem Fahrnetz oder der Batterie Strom entnimmt.
7. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Manövrieren ein Umkehranlasser verwendet wird, der sowohl beim Fahren mit den Gleichstrom-Hauptgeneratoren als auch bei reinem Batteriebetrieb benutzt wird.
8. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Gleichstrom-Hauptgeneratoren und der Propellerantriebsmotoren mit Leonardschaltung gearbeitet wird, und daß ein Umkehranlasser nur für den Fall des reinen Batteriebetriebes angeordnet ist.
9. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Propellerantriebsmotoren Doppelschlußmotoren verwendet werden.
10. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander in Reihe geschaltete Gleichstrom-Hauptgeneratoren verwendet werden, die vorzugsweise von einer 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.
11. Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldregler der beiden Gleichstrom-Hauptgeneratoren mechanisch so miteinander gekuppelt sind, 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 die Summe der beiden Maschinenspannungen aufrechterhalten bleibt, während die Einzelspannungen entsprechend dem Lade- oder Entladezustand geändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen