DE139019C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende elektrische Eisenbahnanlage gehört zu denjenigen, bei welchen den Motorfahrzeugen einphasiger Wechselstrom zugeführt und auf diesen in Gleichstrom umgeformt wird, welcher alsdann von den Achsenmotoren in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

Bei der Anwendung einphasigen Wechselstroms tritt die Schwierigkeit nicht auf, welche bei der Anwendung von Mehrphasenstrom durch die gegenseitige Isolierung der 2 oder 3 Fahrdrähte entsteht. Bei einphasigem Wechselstrom besteht die Fahrleitung aus einem einzigen Draht oder einer Mehrzahl voneinander nicht isolierter Drähte, welche lediglich vom Gleise und von Erde, also z. B. an ihren Unterstützungspunkten, gemeinsam isoliert werden müssen. Infolgedessen erscheint es möglich, in betriebssicherer Weise den Strom in den Fahrdrähten sehr hoch, z. B. bis auf 15 000 Volt zu spannen. Damit wird nicht nur der Zweck großer Billigkeit der Anlage und geringer Arbeitsverluste in den Fahrleitungen verfolgt, sondern insbesondere der Zweck, die Stromstärke im Interesse der Stromabnahme vom Fahrdraht und im Interesse geringer induktiver Verluste in der durch eiserne Schienen gebildeten Rückleitung herabzusetzen.

Spannungen von der Höhe, welche für offene Strecken und kleinere Haltstellen in Frage kommen können, dürften in großen Bahnhofsanlagen mit Rücksicht auf die weite Verzweigung der Fahrleitungen und mit Rücksicht auf die Nähe der Gebäude und Personen bedenklich sein. Dasselbe wäre der Fall in feuchten oder engen Tunnels mit Rücksicht auf die Kleinheit der Abstände, welche zwisehen dem Fahrdraht und der umgebenden Ausmauerung eingehalten werden können.

Die vorliegende elektrische Eisenbahnanlage ist nun zunächst gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung einphasigen Wechselstroms von zwei verschiedenen Spannungen für verschiedene Strecken einer und derselben Eisenbahnanlage. Es versteht sich, daß wesentlich nichts Neues hinzukommt, wenn noch mehr als zwei verschiedene Spannungen zur Anwendung gebracht werden. Indessen erscheint die Anwendung zweier Spannungen für alle vorkommenden Anforderungen genügend.

Die Anordnung gestattet nun ferner, mit den Motorfahrzeugen von einer Hochspannungsstrecke auf eine Niederspannungsstrecke — und umgekehrt — überzugehen, ohne daß in der Zuführung der elektrischen Arbeit eine Unterbrechung stattfindet. Dies wird vor allem nur dann der Fall sein, wenn ohne Störung in der Wirksamkeit der Motorfahrzeuge gleichzeitig eine Zuführung durch den Hochspannungsfahrdraht und den Niederspannungsfahrdraht stattfinden kann. Dazu ist nötig, daß die Periodenzahlen im Hochspannungs- und im Niederspannungsfahrdraht miteinander genau übereinstimmen. Dieses wird dadurch erreicht, daß Hochspannungs- und Niederspannungsfahrdraht an dieselbe Stromquelle angeschlossen sind. Die Anordnung kennzeichnet sich daher ferner durch den Anschluß der Hochspannungs- sowie der Niederspannungsfahrdrähte an dieselbe Stromquelle.

Der Stromkreis eines Hochspannungsfahrdrahtes wird mit dem Stromkreis eines Niederspannungsfahrdrahtes allgemein durch einen

ortsfesten Spannungstransformator verbunden. Die Phase des Niederspannungsstromes ist daher im allgemeinen gegen die Phase des Hochspannungsstromes verschoben. Dieser Umstand darf beim Übergang von einer Hochspannungsstrecke auf eine Niederspannungsstrecke ·— und umgekehrt — d. h. also bei gleichzeitiger Berührung des Hochspannungs- und des Niederspannungsfahrdrahtes die Wirksamkeit des Motorfahrzeuges nicht stören. Dies wird dadurch erreicht, daß z. B. auf dem Motorfahrzeug ein Spannungstransformator untergebracht wird, dessen Umsetzung mit der oben erwähnten Umsetzung durch den ortsfesten Transformator übereinstimmt.

Die Fig. 1 stellt nun das Schema der beiden Fahrleitungen des ortsfesten und des fahrbaren Transformators und des Motors dar, Fig. 2 das Schema der beiden Fahrleitungen und der Stromabnehmer in einer beispielsweisen Anordnung.

In Fig. ι stellt L₁ den Hochspannungsfahrdraht, L₂ den Niederspannungsfahrdraht dar, z. B. an einer Übergangsstelle von Hochspannung auf Niederspannung. Eine solche Übergangsstelle besteht aus einer Strecke, auf welcher gleichzeitig der Fahrdraht L₁ und der Fahrdraht L₀ vorhanden sind und welche eine genügende Länge besitzt, um die Fahrdrähte in geeigneter Weise allmählich auslaufen zn lassen. Zwischen L₁ und L₂ ist der ortsfeste Transformator T_s eingeschaltet, dessen Spulen einerseits mit L₁ und L₂, andererseits beispielsweise gemeinsam mit den Laufschienen als Rückleitung verbunden sind. C, und C₂ sind die an den Fahrdrähten schleifenden Stromabnehmer, z. B. Rollen. Ti bezeichnet den fahrbaren Transformator, dessen Klemmen Jf₄ und K_% mit den Stromabnehmern C₁ und C, verbunden sind. Die anderen Klemmen sind beispielsweise gemeinsam durch den Rahmen des Fahrzeuges mit den Laufschienen der Fahrbahn verbunden. Diese Ableitung des fahrbaren Transformators muß im allgemeinen übereinstimmen mit der entsprechenden Ableitung des ortsfesten Transformators. Diese Ableitung kann auch an eine Rückleitung in Form einer isolierten Schiene vorgenommen werden. Es kann endlich auch die Hochspannungsspule getrennt von der Niederspannungsspule abgeleitet werden, und zwar die eine an eine isolierte Rückleitungsschiene, die andere an die Laufschiene der Fahrbahn oder umgekehrt. Bei gemeinsamer Ableitung beider Transformätorspulen besitzen Hochspannungsstromkreis und Niederspannungsstromkreis ein Stück der sogen. Rückleitung als gemeinsamen Leiter. Es ist aber nicht wesentlich für die Anlage, ob diese Ableitung gemeinsam sei oder nicht.

WG bezeichnen den auf dem Fahrzeug untergebrachten Motorgenerator für die Erzeugung von Gleichstrom aus Wechselstrom. G bezeichnet den Gleichstromgenerator, W den Wechselstrommotor, dessen Klemme K₁ mit der Klemme K₃ des Fahrzeugtransformators, oder, was dasselbe ist, mit dem Stromabnehmer C₂ verbunden ist, während dessen andere Klemme K₂ an das beispielsweise nach den Laufschienen der Fahrbahn abgeleitete Ende der Niederspannungsspule des Fahrzeugtransformators angeschlossen ist. Es entspricht dies dem Fall, wo der Wechselstrommotor W für die niedrige Spannung gewickelt ist. Ebensogut könnte indessen der Motor W für die hohe Spannung gewickelt sein, in welchem Fall seine Klemme K₁ mit der Klemme /C₄ und seine Klemme K₂ mit der Ableitung der Hochspannungsspule verbunden wäre. Statt die Klemme K₁ direkt mit der Klemme K_B zu verbinden, kann ein einstellbarer Kontakt R angewendet werden, zu dem Zweck, eine bestimmte Anzahl von Windungen der Niederspannungsspule des Transformators 7} auszuschalten und dadurch eine Regelung von dessen Übersetzungsverhältnis herbeizuführen. Es gehört diese Einzelheit indessen nicht zum Wesen der Anlage.

In Fig. ι ist ebenfalls ein Umschalter U angegeben, welcher gestattet, zeitweise den Stromabnehmer C₀ von der Niederspannungsspule zu lösen und zur Abnahme von Hochspannungsstrom zu benutzen. Ferner ist ein Umschalter V eingezeichnet, welcher gestattet, zeitweise den Stromabnehmer C₂ von der Niederspannungsspule des Transformators 7} zu trennen und mit der Klemme K₁ des Motors direkt zu verbinden, um dadurch z.B. bei langandauerndem Rangieren in einer Station, welche mit Niederspannungskontaktleitung ausgerüstet ist, den Transformator ganz auszuschalten. Es ist ersichtlich, daß die Anordnung der Fig. 1 einen störungsfreien Übergang vom Hochspannungsfahrdraht L₁ auf den Niederspannungsfahrdraht L₂ gestattet und daß, abgesehen von kleineren Spannungsunterschieden infolge der Belastungsverhältnisse an den Klemmen des Motors, bei diesem Übergang eine Veränderung der Stromspannung nicht einzutreten braucht. Jedenfalls tritt aber keinerlei Änderung der Umlaufszahl ein, da L₁ und L₂ durch den Transformator 7^, in dieselbe Beziehung zueinander gebracht sind, in welcher sich der Stromkreis des Motors zum Stromkreis des Hochspannungsfahrdrahtes vermöge des Transformators 7) befindet.

Es braucht aber auf dem Fahrzeug nicht notwendigerweise ein Spannungstransformator angewendet zu werden. Es kann auch, ohne daß das Wesen der Anlage beeinträchtigt wird, der Stromabnehmer C₁ direkt an die Klemme eines für die hohe Spannung gewickelten Wechselstrommotors angeschlossen werden, der

Stromabnehmer C₂ an einen für die niedrige Spannung gewickelten zweiten Wechselstrommotor. Über die Ableitung der anderen Klemme dieser beiden Motoren gilt dasselbe, was über die Ableitung des Fahrzeugtransformators 7} gesagt worden ist. Die beiden Wechselstrommotoren können eine gemeinschaftliche Achse besitzen und gemeinsam den Gleichstromgenerator antreiben. Die beiden Wechselstrommotoren können schließlich in einen einzigen zusammengebaut werden und man kann endlich in einem und demselben Motor eine Hochspannungswicklung mit Anschluß an den Stromabnehmer C₁ und eine Niederspannungswicklung mit Anschluß an den Stromabnehmer C₀ und mit Ableitung nach einer isolierten oder geerdeten Stromrückleitung, ähnlich wie beim Fahrzeugtransformator, anbringen. Auf den Übergangsstrecken, auf welchen Strom sowohl vom Niederspannungsfahrdraht L₂ als auch vom Hochspannungsfahrdraht L₁ abgenommen wird, arbeitet der Wechselstrommotor unter Umständen wie ein Zweiphasenmotor, indem die Phase L₁ gegen die Phase in L₂ verschoben ist, und zwar annähernd um einen rechten Winkel z. B. wenn nur ein Transformator T_s eingeschaltet ist. Einer solchen Verschiebung entspricht angenähert und von selber die Anordnung zweier je eine halbe Polteilung bedeckenden Wicklungen im Wechselstrommotor. In Fig. 2 ist die Niederspannungsleitung in üblicher Art als von unten bescbliffene Kontaktleitung gedacht. Der Stromabnehmer C₂ hat in diesem Falle zweckmäßig die Form eines Schleifbügels. Die Hochspannungsleitung L₁ ist seitlich zur Fahrbahn gespannt und von der seitwärts wirkenden Kontaktstange C₁ beschliffen. Es ist einleuchtend, daß die Höhenlage von L₀, die Lage von L₁ und die Länge von C₁ so bemessen werden können, daß die Leitungen L₁ und L₂ streckenweise gleichzeitig bestehen und beschliffen werden können. Ebensogut kann aber die Niederspannungsleitung als isolierte dritte Schiene ausgeführt und die Hochspannungsleitung L_x nach Art einer Leitung zum Beschleifen mit Bügel angeordnet werden. Es soll Fig. 2 nur zeigen, daß das gleichzeitige Bestehen zweier Kontaktleitungen unter verschiedener Stromspannung verwirklicht werden kann.

Es wird nichts Neues hinzugefügt, wenn statt zweier verschiedener Spannungen und zweier Stromabnehmer deren eine größere Zahl angewendet würde.

Es ist auch für das Wesen der Anordnung gleichgültig, in welcher besonderen Weise der Fahrdraht L₁ und der Fahrdraht L₂ miteinander durch Spannungstransformatoren verbunden sind, insbesondere ob deren ein einziger oder mehrere angewendet werden. Es ist gleichgültig, in welcher besonderen Art der Fahrdraht L₁ und der Fahrdraht L₂ an die ursprüngliche Stromquelle angeschlossen werden; wenn nur die Stromquelle eine gemeinsame ist, so daß die Periodenzahl des Stromes im Fahrdraht L₁ und diejenige im Fahrdraht L₂ die gleiche ist.

Claims (1)

1. Patent-An SPRU CH:

   Eine elektrische Eisenbahnanlage, bei welcher den Fahrzeugen einphasiger Wechselstrom zugeführt und auf denselben mittels einer Umformergruppe, bestehend aus Wechselstrommotor und Gleichstromgenerator in Gleichstrom umgewandelt, und den zum Antrieb der Fahrzeugachsen dienenden Gleichstrommotoren zugeleitet wird, gekennzeichnet einerseits durch die Anordnung von verschiedenen durch Induktionstransformatoren untereinander verbundenen Streckenzuleitungen, welche Wechselstrom von verschiedener Spannung führen und andererseits durch verschiedene, den verschiedenen Streckenspannungen entsprechende, auf der Lokomotive befindliche Stromabnehmer, welche derart mit dem Wechselstrommotor der Umformergruppe verbunden sind, daß sie auf Übergangsstellen zwischen zwei Strecken verschiedener Spannung ohne Unterbrechung gleichzeitig Ströme mit verschiedenen Spannungen von den Streckenzuleitungen der Umformergruppe zuführen können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.