DE650616C - Einrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen mittels Elektromotoren - Google Patents

Description

Es sind bereits Antriebsvorrichtungen für Fahrzeuge mittels Verbrennungsmaschinen und elektrischer Motoren vorgeschlagen worden, bei denen zur Erreichung des günsitigsten Brennstoffverbrauchs bei gleichbleibender Drehzahl des Antriebsmotors eine besondere elektrische Steuerung vorgesehen ist. Diese Steuerung ist so ausgebildet, daß sich die für den Leistungsbedarf günstigste Drehzahl des Verbrennungsmotors einstellt. Es sind auch bereits Anordnungen bekannt, bei denen der Antriebsmotor von einem durch eine Kraftmaschine angetriebenen Generator gespeist wird, wobei nach Überschreiten einer bestimmten Generatorleistung die zusätzliche Leistungsabgabe an die Motoren durch eine Speicherbatterie erfolgt. Für solche Anlagen sind aber besondere Schalteinrichtungen erforderlich.

Bei diesen bekannten Anordnungen ist der Umformergenerator mit dem Generator zur Speisung der Fahrzeugmotoren in einer Maschine vereinigt.

Gegenüber diesen bekannten Anordnungen bringt vorliegende Erfindung wesentliche Verbesserungen in bezug auf Ausgleich von Belastungsschwankungen und Einfachheit des Aufbaus.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen, bei der die Antriebskraft durch eine Verbrennungskraftmaschine geliefert wird, die einen elektrischen Generator antreibt, welcher einen oder mehrere Elektromotoren und eine Batterie mit Strom speist. Die Batterie kann hierbei zum Anlassen der Kraftmaschine verwendet werden. Um die Größe der Kraftmaschine zu verringern, kann die Batterie größer bemessen sein, als zum Anlassen der Kraftmaschine notwendig sein würde. Die Batterie kann dann den Elektromotor oder die Elektromotoren bei Überlast mit Strom versorgen. In den Betriebspausen des Fahrzeuges kann die Batterie vom Generator wieder aufgeladen werden. Eine Wiederaufladung der Batterie kann auch durch die Elektromotoren in den Bremsperioden erfolgen, wenn die Motoren als Generatoren laufen. In denjenigen Betriebsperioden, in denen nur eine kleine Leistung zum Antrieb des Fahrzeuges erforder-Hch ist, kann bei stillstehender Kraftmaschine die Batterie den Elektromotor oder die Elektromotoren mit Strom versorgen.

Gemäß der Erfindung wird bei einer derartigen Einrichtung zur Durchführung einiger oder sämtlicher vorstehend angegebener Betriebsarten ein umlaufender Umformer oder ein Motorgenerator verwendet. Der im sekundären Stromkreis dieser Maschine fließende Strom ist auf einen angenähert gleichbleibenden Wert regelbar. Der primäre Stromkreis des umlaufenden Umformers oder

Motorgenerators ist mit der Batterie verbunden. Der von der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Generator, der Elektromotor oder die Elektromotoren sind in Reihe in den sekündären Stromkreis des umlaufenden Umformers oder Motorgenerators eingeschaltet. Der Elektromotor oder die Elektromotoren können von einer unmittelbar oder mittelbar von der Welle des umlaufenden Umformers ίο oder Motorgenerators angetriebenen Erregermaschine fremderregt werden..

Wenn die Kraftmaschine, beispielsweise eine Dieselmaschine, infolge eines vorhandenen Reglers mit gleichbleibender Drehzahl ig läuft und der Generator von einer Feldwicklung mit gleichbleibenden Arnperewindungen erregt wird, dann erhält man eine unveränderliche Spannung. In diesem Falle ist die vom Generator abgegebene Leistung ebenfalls unveränderlich, da der in den Ankerwicklungen des Generators fließende Strom gleichbleibt.

Gemäß der Erfindung wird als umlaufender Umformer ein Metadyneumformer ver- «5 wendet. Ein Metadyneumformer ist eine umlaufende Maschine, welche die bei gleichbleibender Spannung und veränderlicher Stromstärke zugeführte elektrische Leistung in elektrische Leistung von gleichbleibender Stromstärke und veränderlicher Spannung umformt. Der Metadyneumformer besitzt einen mit Wicklungen versehenen Anker, ähnlich dem Anker einer Gleichstrommaschine. Die An- :■ kerwicklungen sind mit einem oder mehreren Stromwendern verbunden. Auf dem Strom-■ wender sind mindestens vier Bürsten vorgesehen. Jeweils -zwei einander gegenüberliegende Bürsten bilden einen Bürstensatz. Der eine Bürstensatz ist mit dem Primär-Stromkreis und der andere Bürstensatz mit dem Sekundärstromkreis verbunden. Der Anker läuft mit gleichbleibender Drehzahl um. Der in den Ankerwicklungen fließende Primärstrom erzeugt einen primären Fluß festgelegter Richtung. Dieser Fluß wird durch Ankerleiter geschnitten, so daß in diesen eine Spannung induziert wird. Dem sekundären Stromkreis oder den. sekundären Stromkreisen können bei veränderlicher Spannung ein gleichbleibender sekundärer Strom bzw. gleichbleibende sekundäre Ströme entnommen werden.

Der Ständer der Maschine besitzt einen geringen magnetischen Widerstand und bildet dadurch für die durch die Läuferströme erzeugten Flüsse einen magnetischen Rückschluß. Der Ständer kann aber auch außerdem mit Wicklungen versehen sein. Die magnetischen. Flüsse dieser Wicklungen setzen sich mit den von den Läuferwicklungen erzeugten Flüssen zu resultierenden Flüssen zusammen und regeln die elektromechanische Eigenschaft der Maschine.

Die Ständerwicklungen können beispielsweise eine sogenannte Stromregelwicklung enthalten, die derart angeordnet ist, daß sie einen Strom erzeugt, der koaxial zu dem vom Sekundärstrom herrührenden Fluß verläuft. Mit ■ Hilfe der Stromregelwicklung kann dann die Stärke des den Verbraucher speisenden Sekümdärstromes der Metadyne geregelt werden. '

Weiterhin kann auf dem Ständer eine sogenannte Drehzahlregelwicklung vorgesehen werden. Die Erregung dieser Wicklung erfolgt durch einen kleinen Hilfsgenerator (Regelmaschine), derart, daß ein beschleunigendieis Drehmoment erzeugt wird, wenn die Maschine unter einer gewünschten Drehzahl läuft, und ein verzögerndes Drehmoment, wenn die Maschine über der gewünschten Drehzahl läuft. Die vorstehend beschriebene Metadyne kann im übrigen natürlich, ■ ohne an dem Prinzip der Metadyne etwas zu ändern, abgeändert und weiter ausgestaltet werden.

Wird ein Metadyneumformer verwendet, so sind die in dem Anker des Generators und dem Sekundärstromkreis des Metadyneumformers induzierten EMKe in Reihe geschaltet und entgegengesetzt gerichtet zu den Gegen-EMKe der Motoren. Sind die Gegen-EMKe der Motoren der vom Generator aufgedrückten Spannung gleich, so ist die sekundäre Spannung des Metadyneumformers gleich Null. Die Batterie wird daher an die primären Bürsten des Metadyneumformers im wesentlichen keinen Strom abgeben. Laufen die Motoren mit einer höheren Drehzahl und benötigen sie eine höhere Spannung, als sie der Generator erzeugt (dies ist der Fall, wenn die Leistung der Motoren für den Antrieb des Fahrzeuges größer ist als die von der Kraftmaschine abgegebene Leistung), so wird der Metadyneumformer eine zusätzliche Spannung an seinen sekundären Bürsten infolge der von der Batterie den primären Bürsten zugeführten Leistung abgeben. Erfordern andererseits die Motoren eine geringere Spannung, als durch den Generator abgegeben wird, so wird die sekundäre Spannung des Metadyneumformers no negativ sein, und es wird die Batterie aufgeladen. Dies wird auch dann eintreten, wenn die Motoren als Generatoren laufen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Die Abb. 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen-Anordnung.

Die Abb. 2 und 3 stellen die Wirkungsweise der in der Abb. 1 dargestellten Anordnung erläuternder Schaubilder dar.

Die Abb. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Abb. 5, 7 und .10 veranschaulichen weitere im einzelnen ausgestaltete Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die Abb. 6, 8, 9 und 1 r zeigen Schaubilder, die die Wirkungsweise der vorher veranschaulichten Anordnungen erläutern.

Bei der Anordnung der Abb. 1 ist die Verbrennungskraftmaschine i, beispielsweise eine Dieselmaschine, mit dem Generator 2 mechanisch gekuppelt. Die Antriebsmotoren sind mit 3, 4, S, 6 und 7 und der Metadyneumformer mit 8 bezeichnet. Der Generator 2 und die Motoren 3, 4, 5,6 und 7 und die Sekundärbürsten 9 und 10 der Metadyne 8 sind in Reihe geschaltet. Die Speicherbatterie 11 ist mit den primären Bürsten 12 und 13 der Metadyne8 verbunden. Die Metadyne8, ihre Drehzahlregelmaschine 14 und eine Erregermaschine 15 sitzen auf einer gemeinsamen Welle. Die Erregermaschine 15 ist mit den Erregerwicklungen 16, 17, 18, 19 und 20 der Motoren 3, 4, S, 6 bzw. 7 verbunden und besitzt eine Feldwicklung 21, welche in beliebiger Weise erregt wird. Der Generator 2 ist mit einer gleichbleibend erregten Feldwicklung 22 versehen. Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich die Wirkungsweise der in der Abb. ι veranschaulichten Anordnung von selbst.

Bei dem in der Abb. 1 -veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Motoren 3 und 4 mit der einen Sekundärbürste 9, die Motoren 5, 6 und 7 mit der anderen sekundären Bürste 10 der Metadyne 8 Λ-erbunden. Hierdurch ist die im Sekundärstromkreis, d. h. in dem Stromkreis des Generators 2, der Motoren 3 bis 7 und der Metadyne 8, in dem sogenannten Leistungsstromkreis, auftretende Höchstspannung nur ein Teil der für die Motoren benötigten Höchstspannung. Weiterhin ist der elektrische Mittelpunkt 23 der Speicherbatterie 11 mit der Erde 24 bzw. mit dem Gestell des Fährzeuges verbunden. Hierdurch wird die zwischen irgendeinem Punkt des sekundären Stromkreises und der Erde herrschenden Spannung erniedrigt.

In der Abb. 2 ist die für die Motoren 3 bis 7 benötigte Leistung in Abhängigkeit von der Zeit t während einer beliebigen Betriebsperiode des Fahrzeugs aufgetragen. Die von den Motoren benötigte Leistung zeigt die Schaulinie E. Aus der Abb. 2 ersieht man, daß diese Leistung sehr stark schwankt. Die Linie A-B stellt die gleichbleibende Abgabeleistung der Verbrennungsmaschine 1 bei guter Durchschnittsdrehzahl und die Linie C-D die größte Leistung der Maschine bei der größten Drehzahl dar.

Die Abb. 3 stellt ein Schaubild ähnlich dem der Abb. 2 dar. Es ist hierbei angenommen, daß die elektrischen Stromkreise einen Wirkungsgrad von I00'°/o haben. Die Leistung ist zwischen der Dieselmaschine 1 und der Speicherbatterie 11 aufgeteilt. Die Linie F stellt - die Lade- bzw. Entladeleistung der Batterie dar. Unter diesen Bedingungen liefert der Generator während der ganzen Betriebsperiode eine gleichbleibende Leistung gemäß der Linie A-B. Während des ersten Teils der Betriebsperiode übernimmt die Speicherbatterie 11 den Betrag der von den Motoren benötigten Leistung, der sich aus dem Unterschied der Ordinaten der Linie E-E und der Linie A-B der Abb. 2 ergibt. Im letzten Teil der Betriebsperiode jedoch ist die von den Motoren 3 bis 7 benötigte Leistung geringer als die regulierte Abgabeleistung der Maschine i, und der vom Generator 2 erzeugte Leistungsüberschuß dient dazu, die Speicherbatterie, wie dies in der Abb. 3 dargestellt ist (s. den unterhalb der Abszissenachse gezeichneten Teil der Linie/⁷-/⁷), aufzuladen.

Bei der Anordnung der Abb. 1 ist somit die Speicherbatterie 11 zum Ausgleich der Leistungsspitzen in beiden Richtungen vorgesehen. Zur Verringerung der erforderlichen Größe der Speicherbatterie wird das System derart ausgebildet, daß nur die äußersten Leistungsspitzen von der Speicherbatterie geliefert bzw. aufgenommen werden. Zu diesem Zwecke kann der Generator 2 proportional der für die Motoren erforderlichen Momentanspannung erregt werden, während gleichzeitig die Dieselmaschine derart geregelt wird, daß ihre Abgabeleistung der Aufnahmeleistung der Motoren entspricht.

Eine derartige Anordnung zeigt die Abb. 4. Bei der Einrichtung nach Abb. 4 sind drei Motoren 25, 26 und 27 in Reihe mit dem Metadyneumformer 28 und dem Generator 29 geschaltet. Das Relais zur Regelung der Abgabeleistung der in der Abb. 4 nicht gezeichneten Verbrennungsmaschine ist mit 30 bezeichnet. Es ist -zweckmäßigerweise von der Wattmetertype und besitzt eine Spule 31, die an einem Widerstand 32 im Stromkreis des Generators 29 und der Motoren 25, 26 und 27 geschaltet ist. Das Relais 30 besitzt ferner eine zweite Spule 33, welche in Reihe mit der Feldwicklung 34 des Generators 29, einer Regelwicklung 3 5 des Metadyneumformers 28 und einem Fahrschalter 36 geschaltet ist. Der Fahrschalter 36 dient dazu, die vorstehend erwähnte Reihenschaltung in Reihe mit einer Wicklung 37 der Erregermaschine 38 über die positiven, uind negativen Leiter 39 und 40 der Speicherbatterie 41 in einer später zu beschreibenden Weise zu schalten. Die Leiter 39 und 40 werden über die Schalter und 43 an die Speicherbatterie 41 angeschlossen.

In der Abb. 4 ist ferner eine Anlaufeinrichtung für den Metadyneumformer dargestellt. Die Einrichtung besteht aus einem Widerstand 44, welcher durch den Schalter 45 kurzgeschlossen werden kann. Der Schalter 45 ist mit dem Schalter 46 derart verkettet, daß die Regelwicklung 35 des, Metadyneumformers, die Wicklung 34 des Generators 29 und die Relaiswicklung33 nur dann erregt sind, wenn ίο der Schalter 45 geschlossen ist. Die Erregermaschine 3 8 ist mit einer zweiten Feldwicklung 47 versehen, welche über den Fahrschal· ter 36 parallel zu den Motoren 25, 26 und 27 geschaltet werden kann. Die Feldwicklung 47 ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß sie magnetisch gesättigt ist. Der Fahrschalter 36 besitzt eine Ausschaltstellung ο und drei 'Betriebsstellungen 1', 2' und 3' für den Vorwärtsgang und drei Betriebsstellungen 1", 2" ao und 3" für den Rückwärtsgang. Der Fahrschalter ist derart ausgebildet, daß bei einer Bewegung von der Ausschaltstellung zu einer der Betriebsstellungen 1' bzw. 1" folgender Stromkreis geschlossen wird: Leiter 39 und 48, feste Kontakte α und b und entsprechende Segmente des Fahrschalters, zwei Abschnitte des Widerstandes 49, Kontaktfinger d und e oder/und entsprechende Segmente des Fahrschalters, je nachdem, ob der Fahrschalter in die Vorwärts- oder Rückwärtsstellung bewegt ist, Feldwicklung 37 der Erregermaschine 38, über die Leiter 50 und 51, Kontaktfinger / oder e und g und entsprechende Segmente des Fahrschalters, Leiter 52, Relaiswicklung 33, Feldwicklung 34 des Generators 29, Schalter 46, Variatorwicklung 35 des Metadyneumformers und Leiter 40.

Aus dem Vorstehenden ersieht man, daß die Feldwicklung 37 je nach der am Fahrschalter 36 eingestellten Drehrichtung "in der einen oder anderen Richtung erregt wird. Der in dem vorerwähnten Stromkreis eingeschaltete Betrag des Widerstandes 49 hängt davon ab, ob am Fahrschalter die Betriebsstellung 1' bzw. 1", 2' bzw, 2" oder 3' bzw. 3" eingeschaltet ist, und zwar wird der Widerstand von der Ausschaltstellung zur vollen Betriebsschaltung 3' bzw 3" stufenweise ausgeschaltet.-Die Bewegung des Fahrschalters 36 bewirkt ferner über die Kontaktfinger h, i, j, k und die entsprechenden Segmente des Fahrschalters die Schließung des aus der Feldwicklung 47 der Erregermaschine 38 und den Motoren 25, 26 und 27 bestehenden Stromkreises. Der Fahrschalter ist so ausgebildet, daß die Erregung der Feldwicklungen 37 und 47 je' nach der am Fahrschalter eingestellten Drehrichtung verschiedene Richtung besitzt. Der Generator 29 kann noch mit einer der Wicklung 34 entgegenwirkenden Wicklung 53 versehen sein.

Bei der in der Abb. 4 veranschaulichten Einrichtung bewirkt das Relais 30, daß bei veränderlicher Drehzahl' der· Kraftmaschine die Abgabeleistung der Kraftmaschine angenähert proportional der von den Antriebsmotoren 25, 26 und 27 benötigten Leistung ist. Die Batterie 41 springt nur dann ein, wenn die Motoren mehr Leistung verlangen, als von der Kraftmaschine zur Verfügung gestellt wird. Die Drehzahl der Kraftmaschine und infolgedessen die Klemmenspannung des Generators 29 steigt dann auf denjenigen Wert an, bei welchem die Kraftmaschine ihre größte Leistung entwickelt. Wenn die Dieselmaschine mit gleichbleibender Drehzahl läuft, aber veränderliches Drehmoment entwickelt, dann ist das Relais 30 derart ausgebildet, daß es die Erregung des Generators 29 zum Z\yecke der Steigerung der Generatorleistung ändert, wenn die für die Motoren 25, 26 und 27 erforderliche Leistung steigt.

Bei der Anordnung der Abb. 4 wird die Erregung des Generators 29 durch den Fahrschalter 36 gesteuert. Sie wird bei der Bewe- gung des Fahrschalters 36 von der Ausschaltstellung ο zur Betriebsstellung 3' bzw 3" vergrößert. Die Schaltung der Erregerwicklung 47 auf die Motoren; 25, 26 und 27 hat die Wirkung, daß beim Steigen der Drehzahl der Motoren 25, 26 und 27 deren Erregung verringert wird. Die Wicklung 47 ist derart angeordnet, daß sie normalerweise der Wirkung der Wicklung 37 entgegenwirkt. Das durch die Motoren erzeugte Drehmoment wird daher verringert, wenn die Drehzahl der Motoren steigt, so- daß sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf einen geeigneten Wert einstellt. Es ist dies die Geschwindigkeit, auf welche das Fahrzeug beschleunigt wird, bevor das Motordrehmoment durch den Bewegungswiderstand ausgeglichen wird. Es kann die Motorenerregung auch in anderer Weise verkleinert werden. Beispielsweise kann jeder Motor nut einer Nebenschlußwicklung versehen sein, die der das Hauptfeld erzeugenden Feldwicklung entgegenwirkt, oder die erstgenannte Wicklung kann von einem Erreger gespeist werden, welcher entsprechend der Motorspannung erregt wird. no

Wird der Fahrschalter 36 über die Stellungen i', 2', 3' bzw. 1", 2", 3" bewegt, so wird die Erregung der Regel wicklung 35 des Metadyneumformers fortschreitend verstärkt, so daß der Ankerstrom der Motoren 25, 26 und 27 verringert wird. Man erhält dann auch bei verringertem Motorfeld eine gute Stromwendung. Die Verringerung des Ankerstromes der Motoren bewirkt eine weitere Verringerung des Motordrehmomentes. Die Verringe- iao rung des Motorankerstromes bewirkt keine Verringerung der Abgabeleistung des Gene-

rators 29, da die Erregung des Generators durch die Wicklung 34 infolge der Verstärkung der Erregung der Regelwicklung 35 verstärkt ist. Bei der Anordnung der Abb. 4 erhält man beim Durchschalten des Fahr-

* schalters von den Stellungen der einen Drehrichtung in die Stellungen der anderen Drehrichtung eine Nutzbremsung.

Zum Anlauf der Dieselmaschine kann der Generator 29 als Motor betrieben und zu diesem Zwecke über den Metadyneumformer 28 von der Speicherbatterie 41 erregt werden. Während dieses Anlaufvorganges sind die Motoren 25, 26 und 27 durch den Schalter 54 kurzgeschlossen. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, kann das Fahrzeug die Antriebsleistung zeitweise aus der Speicherbatterie 41 allein beziehen. Während dieser Zeitdauer kann der Generator 29 über den Schalter 55 kurzgeschlossen sein.

Das vorstehend beschriebene Erfindungsbeispiel kann natürlich noch in mannigfacher Weise .abgeändert werden. Es kann beispielsweise eine Verringerung des von den Anas triebsmotoren erzeugten Drehmomentes bei steigender Drehzahl der Motoren in irgendeiner geeigneten und gewünschten Weise erzielt werden. In denjenigen Fällen, in denen eine solche Verringerung des Motordrehmomentes durch Verringerung der Feldstärke

• der Motoren erhalten wird, können irgendwelche anderweitig vorgeschlagenen Mittel vorgesehen werden, die selbsttätig eine Verringerung des Ankerstromes bewirken, wenn die Drehzahl der Motoren steigt, so daß die Stromwendung der Motoren nicht durch die verringerte Erregung der Motoren schädlich beeinflußt wird.

Bei Anordnungen, bei denen der Motorstrom verkleinert wird, wenn die Motordrehzahl steigt, wird die Belastung des Generators verringert, wenn die Generatorerregung unverändert gehalten wird. Hierbei ist angenommen, daß die Kraftmaschine mit gleich-

♦5 bleibender Drehzahl läuft. Es ist daher bei solchen Anordnungen wünschenswert, daß die Erregung der Nebenschlußerregerwicklung 34 des Generators 29 umgekehrt proportional dem Ankerstrom des Generators geändert wird, so daß die Belastung des Generators 29 angenähert unverändert gehalten wird.

Die vorstehend beschriebene Anordnung kann auch dadurch vervollständigt werden, daß der Generator 29 zum mindesten teilweise durch die am Verbraucher liegende Spannung erregt wird, so daß die Generatorspannung proportional mit der am Verbraucher liegenden Spannung verstärkt wird. Es kann aber auch das Feld des Generators 29 durch eine Feldwicklung· erzeugt werden, welche mit einer Nebenschlußerregermaschine verbunden ist, dessen kritische Drehzahl mit der gewünschten Drehzahl der Kraftmaschine zusammenfällt. Bei einer derartigen Anordnung wird sich das Drehmoment des Generators abhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine selbst einstellen, und zwar auf die durch die Brennstoffzufuhr bestimmte Ahgabeleistung der Kraftmaschine. Ist die Brennstoffzufuhr der Kraftmaschine unveränderlich, so ist die Abgabeleistung des Generators 29, unabhängig von den Änderungen des Ankerstromes des Generators, gleichbleibend. Im übrigen können aber selbstverständlich auch irgendwelche anderen bekannten Steuerungseinrichtungen verwendet werden, um die Generatorfeldwicklung derart zu erregen, daß eine Spannung erzielt wird, die angenähert oder genau umgekehrt proportional dem Ankerstrom des Generators ist.

Der Generator kann mit einer Gegenverbund-Reihenschlußwicklung versehen sein, oder es kann die in der Abb. 5 veranschaulichte Anordnung Verwendung finden. Bei dieser Anordnung ist der Generator 29 mit einer fremderregten Wicklung 56 versehen, welche in Reihe mit dem Anker 57 einer Erregermaschine 58 und einer Stromquelle gleichbleibender Spannung 59 geschaltet ist. Die Erregermaschine 58 wird von einer Wicklung 60 erregt. Die Wicklung 60 ist mit dem Anker des Generators 29 in Reihe geschaltet. Die Erregermaschine 58 kann ferner noch eine Nebenschlußerregerwicklung 61 besitzen.

Die Wirkungsweise der in der Abb. S veranschaulichten Anordnung ergibt sich aus dem in der Abb. 6 dargestellten Schaubild. In diesem ist die Spannung der Stromquelle 59 mit c' und die Spannung der im Anker 57 der Erregermaschine 58 bei veränderlichem, durch too den Generatoranker fließenden Strom / mit e' bezeichnet. Die Spannung e' wird von der Spannung der Stromquelle 59 abgezogen. Der Generator 29 erzeugt daher eine Spannung, welche mit dem Strom / nach der Linie α schwankt.

Gemäß der Abb. 7 ist die erfindungsgemäße Anordnung derart ausgebildet, daß die Abgabeleistung des Generators 29 angenähert unveränderlich, ist und daß die Batterie 41 «io nur die äußersten Leistungsspitzen der von den Motoren 62 und 63 benötigten Leistungen übernimmt. Bei der Anordnung der Abb. 7 fällt der Ankerstrom der Motoren beim Steigen der Drehzahl der Motoren. Es wird angenommen, daß die nicht gezeichnete Kraftmaschine mit gleichbleibender Drehzahl läuft. Der Generator 29 ist derart bemessen, daß er bei Werten der Felderregung, die eine gewisse Größe überschreiten, gesättigt ist. Die Sättigung soll hierbei möglichst plötzlich eintreten, so daß der Fluß über den Grenzwert an-

genähert gleichbleibt. Der Generator 29 wird weitestgehend oder ganz durch die am Verbraucher liegende Spannung erregt. Bei der Anordnung der Abb. 7 liegt die Feldwicklung 34 an den Klemmen der in Reihe geschalteten Motoren 62, 63. Unter dem Sättigungspunkt des Generators ist bei der Anordnung der Abb. 7 die Klemmenspannung des "Generators 29 in einem gewünschten Verhältnis größer als die Spannung der in Reihenschaltung liegenden Motoren 62, 63. Infolgedessen wird die Dieselmaschine,' bis die Sättigung erreicht ist, mehr Leistung abgeben, als die Motoren 62, 63 benötigen, und die Batterie 41 ¹S wird je nach der Belastung durch die Motoren in einem bestimmten Maße aufgeladen.

Das Schaubild in Abb. 8 erläutert dies. In dieser Abbildung ist die Spannung des Generators 29 als Ordinate und die Spannung an den in Reihenschaltung liegenden Motoren 62, 63 als Abszisse aufgetragen. Die Gerade 1' stellt die von den Motoren 62, 63 benötigte Spannung und die Linie ä! die vom Generator 29 erzeugte Spannung dar. Der durch die Schraffur angedeutete Unterschied zwischen den beiden. Linien ist die Spannung, welche die Speicherbatterie 41 'über den Metadyneumformer abzugeben bzw. aufzunehmen hat. Wenn die Linie d' über der Linie /' liegt, wird die Batterie 41 aufgeladen. Liegt Üie Linie i2' unter der Linie f, dann gibt die Batterie Leistung an die Motoren 62, 63 ab. Erreicht die von den Motoren benötigte Spannung den Wert V₁, so ist die Abgabeleistung ³^ des Generators 29 infolge der Sättigung des Generators, wie oben angegeben wurde, begrenzt. Sobald die von den Motoren benötigte Spannung über diesen Wert steigt, wird die Speicherbatterie durch die Motoren 62,63 entladen.

Die Abb. 9 zeigt (in ähnlicher Weise wie die Abb. 2 und 3, aber für eine unterschiedliche Betriebsperiode) die Leistungsverteilung bei der Anordnung der Abb. 7. In der Abb. 9 ist die durch die Motoren 62, 63 hervorgerufene Belastung mit LL und die von der Dieselmaschine entwickelte Leistung mit E'B' bezeichnet. Die für die Speicherbatterie 41 in Frage kommende Leistung ist der Unterschied zwischen den Leistungen L und .E'. Die punktierten Flächen der Abb. 9 stellen die von der Batterie abzugebende Leistung (Entlädeleistung) und die schraffierten Flächen die von der Batterie aufzunehmende Leistung (Ladeleistung) dar.

Die Änderung des Ankerstromes der Motoren 62 und 63 und der Motor feldstärke kann in irgendeiner gewünschten Weise erfolgen. Bei der Anordnung der Abb. 7 ist noch sichergestellt, daß, sofern, die Spannung an den in Reihenschaltung liegenden Motoren 62, 63 unter einem gewünschten Wert liegt, die Dieselmaschine einen gewissen Überschuß der Leistung zum Laden der Batterie 41 abgibt. Ist die an den in Reihenschaltung liegenden Motoren liegende Spannung größer als der vorbestimmte Wert, dann übernimmt die Bat- *' terie den über die Generatorleistung hinausgehenden Teil der von den Motoren benötigten Leistung.

In der Abb. 7 ist ein Relais 64 vorgesehen. Die Spule des Relais ist an die Klemmen der in Reihenschaltung liegenden Motoren 62, 63 über einen Gleichrichter 65 angeschlossen. Wenn die Spule des Relais 64 erregt ist, ist der Stromkreis der Feldwicklung 34 geöffnet. Hierbei wird der Generator 29 entregt, wenn die Motoren 62,63 als Generatoren laufen. Dann ist natürlich die Spannung an den Motoren umgekehrt.

Es kann selbstverständlich statt des Relais 64 und des Gleichrichters 65 irgendein anderer polarisierter Schalter verwendet werden.

In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, daß die Dieselmaschine zwischen gewissen unteren und oberen Grenzen die gesamte Leistung übernimmt, während die Speicherbatterie den außerhalb dieser Grenzen liegenden Überschuß liefert oder aufnimmt. Man kann das in der Abb. 10 veranschaulichte Ausführungsbeispiel anwenden. Bei diesem ist dem Generator 66 eine Erregermaschine 67 zugeordnet. Die Erregermaschine 6y speist die Feldwicklung 68 des Generators 66. Die Erregermaschine 67 besitzt eine Erregerwicklung 69. Die Erregerwicklung 69 liegt an den Klemmen der in Reihenschaltung liegenden Motoren 72,73. Ferner hat die Erregermaschine 67 noch eine fremderregte Feldwicklung 70. Der Generator 66 ist ebenfalls noch mit einer fremderregten Wicklung 71 versehen. Die Feldwicklungen 69 und 70 sind derart angeordnet, daß sie gegeneinander wirken.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist daher. folgende. Erreicht die an den in Reihe geschalteten Motoren 72, 73 liegende Spannung einen vorher bestimmten Wert, so wird die Wirkung der Feldwicklung 69 vorherrschen gegenüber der Feldwicklung 70, und zwar um einen derartigen Betrag, daß die Erregermaschine gesättigt wird. Wenn die Spannung an den in Reihe geschalteten Motoren 72, 73 unter einen anderen vorher bestimmten Wert sinkt, der geringer ist als der erstgenannte Wert, so wird die Wirkung der Wicklung 70 vorherrschen gegenüber der Wirkung der Wicklung 69, und zwar um einen derartigen Betrag, daß_t die von der Erregermaschine erzeugte Spannung umgekehrt und die Erregermaschine wiederum gesättigt sein wird. Die durch die Erregermaschine erzeugte Spannung

ist an die Klemmen der Feldwicklung 68 des Generators"66 gelegt und addiert oder subtrahiert sich zu der von der Wicklung 7 X erzeugten Spannung.

Zur Erläuterung der vorstehend angegebenen Wirkungsweise sei auf die Abb. 11 verwiesen. In dieser Abbildung sind die Lastspannung und die Erregung der Wicklung 69 auf der Abszisse und die Spannung des Generators 66 auf der Ordinate aufgetragen. Die durch die Wicklung 71 erzeugte Erregung des Generators 66 ist unveränderlich. Sie ist in der Abb. 11 durch die Linie/) wiedergegeben. Die durch die Wicklung70 erzeugte Erregung der Erregermaschine 67 zeigt die Linie q. Die an den Bürsten des Generators 66 erzeugte Spannung wird, wenn die Last veränderlich ist, nach der Linie r verlaufen. Durch Einstellung der Feldstärke der Wicklung 70 kann die Last, bei welcher die Kraftmaschine die Leistung 0 abgibt, eingestellt werden. Die Widerstände 74 und 75 ermöglichen die Einstellung der oberen und unteren Grenzen der Belastung der Kraftmaschine.

Zur Verringerung der Abnutzung der Maschine und zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Systems kann die Drehzahl der Kraftmaschine entsprechend der von der Kraftmaschine geforderten Leistung geändert werden. Beispielsweise kann bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der eine kritisch erfegte Nebenschlußerregermaschine eine Feldwicklung des von der Kraftmaschine angetriebenen Generators speist, irgendeine gewünschte Verringerung der Drehzahl durch Veränderung des in der Feldwicklung der kritisch erregten Erregermaschine eingeschalteten Widerstandes erzielt werden.

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar; sie können daher in mannigfacher Weise abgeändert werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Beispielsweise kann die von der Dieselmaschine oder einer anderen Kraftmaschine entwickelte Leistung unabhängig durch Veränderung der Brennstoffzufuhr eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch elektrische Steuerung der Brennstoffzufuhr in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen mittels Elektromotoren, welche von einem von einer Kraftmaschine angetriebenen Generator und bei Überschreitung einer bestimmten Generatorleistung zusätzlich von einer Speicherbatterie gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Antriebsmotoren (3, 4, 5, 6, 7) mit dem Generator (2) unddem sekundären Stromkreis eines umlaufenden Umformers (8) oder Motorgenerators in Reihe geschaltet sind, dessen primärer Stromkreis mit der Speicherbatterie verbunden ist und dessen sekundärer Stromkreis auf angenähert gleichbleibenden Strom geregelt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als umlaufender Umformer ein Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer der Metadynebauart (8) verwendet wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- ; motoren (25, 26, 27) oder die Erregermaschine (38) dieser Motoren mit einer oder mehreren Feldwicklungen (37,47) versehen sind, welche entsprechend der Motorspannung derart erregt sind, daß die Feldstärke sich mit zunehmender Drehzahl verringert.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, , dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, welche bei steigender Motordrehzahl eine Verringerung des Belastungsstromes bewirken.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannung des Generators (29) mit zunehmender Drehzahl oder mit abnehmendem Motorstrom vergrößert wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Klemmenspannung des Generators (2) auf dem Generator oder auf dessen Erregermaschine eine Feldwicklung vorgesehen ist, welche entsprechend der Motorspannung erregt wird.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, bei welcher zur Erhöhung der Generatorspannung auf dem Generator oder auf dessen Erregermaschine eine Erregerwicklung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung mit einer kritisch erregten Nebenschlußerregermaschine (57) verbunden ist, welche eine Vergrößerung der Generatorerregung bewirkt, wenn ihre Drehzahl einen bestimmten Wert überschreitet, und daß die Kraftmaschine mit einem Relais (30) versehen ist, welches die Abgabeleistung der Kraftmaschine auf einem angenähert gleichbleibenden Wert hält.
8. 8. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der. Generator mit Erregereinrichtungen versehen ist, welche bewirken, daß die Klemmenspannung des Generators sich

   umgekehrt proportional mit dem Ankerstrom des Generators ändert.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (29) mit Erregereinrichtungen versehen ist, welche bewirken, daß die Generatorspannung innerhalb bestimmter Grenzen proportional ist der Spannung der in Reihe geschalteten Motoren (62, 63), während sie außerhalb dieser Grenzen bei wachsender Motorspannung in einem geringeren Verhältnis sich vergrößert oder angenähert gleichbleibt,
   ίο.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder . den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erregerwicklung (68) des Generators (66) mit einer Erregermaschine (67) verbunden ist, die eine mit der Motorspannung sich ändernde Erregung (69) besitzt und deren magnetischer Kreis gesättigt ist, wenn die Motorspannung größer oder kleiner ist als ein bestimmter hoher oder niedriger Spannungswert.
    
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (29) mit einer an den Klemmen der Motoren (62, 63) liegenden Erregerwicklung (34) oder mit einer entsprechend der Motorspannung erregten Erregermaschine versehen und der Generator oder, die Erregermaschine derart ausgebildet und bemessen ist, daß die ^Maschine magnetisch gesättigt ist, wenn die Motorspannung einen bestimmten Wert erreicht hat.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 10, bei der der Generator mit eine Erregermaschine enthaltenden Erregereinrichtungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine außer einer an den Motorklemmen liegenden Erregerwicklung (69) eine zweite Erregerwicklung (70) mit gleichbleibender, der ersten Erregerwicklung entgegenwirkender Erregung hat.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, .dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmaschine mit Regeleinrichtungen versehen ist, welche entsprechend der Steuerung des Motorstromkreises gesteuert werden und welche die Drehzahl der Kraftmaschine bei Änderung der durch den Generator (66) erzeugten elektrischen Leistung und bzw. oder die Abgabeleistung der Kraftmaschine bei Änderung der Last an den Motoren (72, 73) verändern.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden mit mehreren Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Belastungskreis ein Teil der Motoren (3,4) zwischen dem Generator (2) und der einen sekundären Bürste und der andere Teil der Motoren (5, 6, 7) zwischen dem Generator (2) und der anderen sekundären Bürste des Umformers oder 6g Motorgenerators liegt.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Mittelpunkt (23) der Speicherbatterie (11) mit der Erde (24) bzw. mit dem Gestell des Fahrzeugs verbunden ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen