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Bremsschaltung für Gleichstrom-Reihenschlußmotoren Legt man bei der
unsymmetrischen Form der stabilisierten Nutzbremsschaltung von Gleichstrom-Reihenschlußmotoren,
bei der eine Hilfserregerquelle in Reihe mit den Motorfeldern liegt und diese beiden
Teile parallel zum Stabilisierungswiderstand liegen, die Hilfserregerquelle an Erde,
so ist im unterbrechungsfreien Anschluß an die Nutzbremsung nur eine stabilisierte
Widerstandsbremsung möglich. Legt man jedoch die Motorfelder an Erde, so kann man
leicht zu einer Kurzschlußbremsung übergehen. Dies zeigen die Fig. i und 2. Die
Fig. i enthält die beiden Anker Al, A2 und Felder F1, F2 zweier Fahrmotoren, den
Bremswiderstand R, eine vom Netz erregte Hilfserregermaschine G und einen Stabilisierungswiderstand
R,. Die Feldwicklungen F1, F2 und der Generator G sind untereinander in Reihe, gemeinsam
aber parallel zum Stabilisierungswiderstand geschaltet. Aus dieser Widerstandsbremsschaltung
nach Fig. i erhält man die Kurzschlußbremsschaltung nach Fig. a lediglich dadurch,
daß man den Widerstand R anstatt an Erde an den Verbindungspunkt zwischen die Erregerquelle
G und die Motorfelder F1, F2 legt.
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Eine Kurzschlußbremsung im Anschluß an eine Nutzbremsung gewährt eine
wesentlich größere Sicherheit für den Fall, daß die Hilf serregerquelle G gelegentlich
gestört ist. Es wurden daher verschiedentlich Vorschläge gemacht, hinter die stabilisierte
Widerstandsbremsstufe noch eine Kurzschlußbremsstufe zu legen. Im allgemeinen besteht
die Hilfserregerquelle aus einem Nebenschlußgenerator, der von einem netzerregten
schwachkompoundierten,
Motor angetrieben wird, wobei der Generator
über einen Dämpfungswiderstand dauernd mit einer Batterie parallel arbeitet, die
auch das Generatorfeld speist.
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Bei der Schaltung nach Fig. ä. geht man von der stabilisierten Nutzbremsschaltung
bei geschlossenem Netzschalter r über in eine stabilisierte Kurzschlußbremsschaltung
bei geschlossenem Widerstandsschalter z. Die Hilf serregerquelle G liegt in einer
' Brücke, die geschwächt und völlig entfernt werden kann, so daß die reine Kurzschlußbremsung
erhalten bleibt. Diese Brückenschaltung hat jedoch einen Nachteil insofern, als
beim Übergang von der einen in die andere Bremsart der Unterschied der Bremskennlinien
zu Bremsstößen oder -löcken führen kann. Die Bremskraft bei der stabilisierten Nutzbremsung
ist mit fallender Geschwindigkeit ziemlich gleichbleibend, die der reinen Kurzschlußbremsung
stark veränderlich. Dazu kommt, daß die Nutzbremskennlinien je nach den Sättigungsverhältnissen
stark von der Netzspannung abhängen, während die Kurzschlußbremskennlinien netzunabhängig
sind. ' - .
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Die Erfindung betrifft eine Bremsanordnung für Gleichstrom-Reihenschlußmotoren,
bei der eine mittels einer Hilfserregerquelle und eines Stabilisierungswiderstandes
erreichte Nutzbremsung mit einer Kurzschlußbremsung vereinigt ist.
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Erfindungsgemäß ist zur Schaffung eines stoß-und lückenfreien Überganges
von der einen in die andere Bremsart wenigstens. eine Zwischenstellung vorgesehen,
bei der die Kurzschlußerregung durch eine überlagerte Fremderregung vorerregt und
stabilisiert wird. Zur Schaffung eines besseren Übergangs und zur weiteren Entlastung
der Erregereinrichtung ist wenigstens eine Zwischenstellung zwischen Nutz- und Kurzschlußbremsung
vorgesehen, bei der eine geschwächte Kurzschlußerregung durch die überlagerte Fremderregung
.vorerregt und der vereinigte Kurzschlußbrems- und Nutzbremsstrom stabilisiert wird.
Eine Vorerregung ist bekanntlich sehr zweckdienlich im Hinblick auf ein scharfes
Einsetzen der Selbsterregung bei kleiner Fahrgeschwindigkeit. Durch die Stabilisierung
wird ein besseres Anpassen der benachbarten Kennlinien erreicht vor allem auch in
Rücksicht auf die Netzspannungsschwankungen.
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.Nun sind bereits vereinigte Nutz- -und Kurzschlußbremsschaltungenbekanntgeworden,
bei denen die erwähnte Brückenschaltung angewandt wird. Jedoch wird hierbei die
Nutzbremsung durch eine vorausgehende Kurzschlußbremsung eingeleitet, so daß eine
Reihe selbsttätiger Schalter erforderlich wird. Die Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht dagegen eine möglichst weitgehende Vermeidung selbsttätiger Schalter
vor. Außerdem nützt sie die Vorteile der an anderer Stelle vorgeschlagenen feinstufig
regelbaren, fern zu betätigenden Doppelwiderstände aus, welche als fernbedienbare
Schaltwerke beim Hingang in Reihenschaltung, beim Rückgang in Parallelschaltung
und nunmehr auch beim Kurzschlußbremsen zum drittenmal, und zwar im Hingang benutzt
werden können. Die Schaltung sei. an Hand des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 näher
erläutert. Es bedeuten A1 bis A4 die Anker der Motoren eines viermotorigen Fahrzeugs.
F1 bis F4 die Feldwicklungen, R1 und R2 die Feinstufenwiderstände. G ist der batterieerregte
Generator, B die Batterie, D der Dämpfungswiderstand. M ist der schwach
kompoundierte Motor .für den Antrieb des Generators G, N seine Nebenschlußwicklung
des Motors, die über den Vorwiderstand V vom Netz gespeist wird. SA ist ein fernbetätigter
Selbstanlasser. Der Stabilisierungswiderstand ist für drei Erregergrade vorgesehen
und demgemäß in die drei parallelen Widerstände S1, S2 und S3 aufgespalten, so daß
durch die drei Schütze El, E2 und E3 diese drei Erregergrade eingestellt werden
können. Die Schutzspulen sind nicht dargestellt. Die Aufspaltung hat den Zweck,
die Schütze E2 und E3 für kleinere Ströme bemessen zu können, als es sonst der Fall
wäre. Außer den Netzschaltern n1 und n2 sind noch zwei magnetisch betätigte Schaltwerke
vorhanden. Das eine ist der Fahrbremswender mit den linken Kontakten n3, n5, n7
und n9 für Fahren und den rechten Kontakten n4, n6, n8 und n1, für Bremsen.
Das andere Schaltwerk ist der Reihenparallelschalter mit dem Kontakt n11 für Reihenschaltung
und den Kontakten n12 und n13 für Parallelschaltung.
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Die Feinregler R1 und R2, die erfindungsgemäß nunmehr auch nochmals
beim Hingang für die Kurzschlußbremsung in Reihenschaltung der Widerstände verwendet
werden, sind in ihren Ohmwerten für Bremsen bemessen, weil die Anker und Felder
zwar in Reihe geschaltet sind, aber andererseits die Fahrzeuggeschwindigkeit durch
die Nutzbremsung etwa auf den halben Höchstwert vermindert ist.
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Zur Erläuterung der vereinigten Nutz- und Kurzschlußbremsung dient
das vereinfachte Schaltbild Fig. q., das die erste Nutzbremsstufe darstellt. Die
Kennlinien für den Ankerstrom JA und den Erregerstrom JE -
in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v zeigen die Fig. 5 und 6.
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Auf den Nutzbremsstufen z, 2 und 3 werden durch Schalten des Schützes
E1, durch Zuschalten des Schützes E2 und durch ein weiteres Zuschalten des Schützes
E3 die drei Erregergrade eingeschaltet. Infolge der stabilisierenden Wirkung der
vom Netz- und Fremderregerstrom gleichsinnig durchflossenen Stabilisierungswiderstände
wird bei fallender Geschwindigkeit v durch eine Schwächung des Ankerstromes eine
Zunahme des Erregerstromes bewirkt. Die Bremskraft, für die das Produkt aus
JA und TE ein Maß ist, verläuft bei sinkender Geschwindigkeit mehr oder weniger
gleichbleibend. Beim Übergang von Nutzbremsstufe 3 auf die Stufe q. geschieht folgendes:
Die Netzschalter n1 und zag werden geöffnet, das Widerstandsschütz R geschlossen
und gleichzeitig die beiden Schütze E2 und E3 abgeschaltet, so daß der erste Fremderregergrad
verbleibt. Da im Anker der Kurzschlußstrom hk fließt, im Feld jedoch der Strom
JE -I- Tf, entsteht eine durch den Kurzschlußbremsstrom stabilisierte Bremsung.
Auf dieser Stellung ¢ ist das Feld etwas verstärkt, der Anker etwas geschwächt,
die Bremskraft
normal. Die Verhältnisse werden so gewählt, daß
sich die Ankerstromkurven der Stufen 3 und 4 einander nähern, so daß sowohl bei
nicht völlig geschicktem Überschalten als auch bei -'\Tetzspannungsunterschieden
der Bremsstoß nur mäßig bleibt. Beim Weiterschalten von Stufe 4 wird gleichzeitig
der kleine Fremderregerstrom abgeschaltet und dafür die Schütze E, und E3 eingeschaltet,
weil dies der richtige Zeitpunkt ist, den im Kurzschlußkreis außerhalb des Feinreglers
verbleibenden Widerstand auf den niedrigsten Wert zu bringen. Nunmehr kann durch
die Betätigung des Feinreglers bis zur Kurzschlußkurve K eine gleichmäßige Bremskraft
eingestellt werden.
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Die Fig. 6 zeigt noch, welch weiteren großen Vorteil die Brückenschaltung
mit Kurzschlußbremsung gegenüber der fremderregten Widerstandsbremsschaltung hat:
Während der Kurzschlußbremsung wird die Erregereinrichtung nicht beansprucht. Der
mittlere quadratische Wert der schraffierten Fremderregerfläche, der für die Erwärmung
maßgebend ist, im Verhältnis zu dem der Gesamtbremsfläche beträgt weniger als 50
%.
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Als weiteres Beispiel der Erfindung zeigt die Fig. 7 für die Bremsstufe
3 eine Schaltung, die gegenüber derjenigen von Fig.4 etwas abweicht. Der dritte
Fremderregergrad, der durch das Schütz E3 hergestellt wurde, fällt fort. An seine
Stelle tritt beim Übergang auf die Bremsstufe 3 eine geschwächte Kurzschlußerregung
dadurch, daß jetzt bereits der um den Zusatzwiderstand Rü vergrößerte Bremswiderstand
an die Anker gelegt wird. Die Wirkung dieser Schaltung ergibt sich aus den Kennlinien
für den Anker- und den Erregerstrom JA bzw. IE Fig. 8 und g.
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Der Ankerstrom JA setzt sich aus dem Nutzbremsstrom J" und
dem geschwächten Kurzschlußbremsstrom JJ, zusammen; der Erregerström JE aus
dem Fremderregerstrom lt und dem Kurzschlußstrom Jk. Beim Verlassen der Stufe 3
werden dann folgende Schaltungen vorgenommen: Der Fremderregerstrom wird durch Öffnen
des Schützes El weggenommen und durch einen erhöhten Kurzschlußstrom bei kurzgeschlossenem
Widerstand RZ ersetzt. Der hierdurch auf nahezu Null gesunkene f\Tetzstrom wird
abgetrennt. Ein gegebenenfalls entstehendes Nachlassen der Bremskraft wird sofort
durch ein Weiterschalten des Feinwiderstandes ausgeglichen.
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Wie Fig. 8 zeigt, ist zwar bei dieser Schaltung der N utzbremsstrom
auf der Stufe 3 etwas geringer als bei der reinen Nutzbremsschaltung, dafür hat
die Schaltung jedoch zwei große Vorteile: die aus der schraffierten Fläche der Fig.
g ersichtliche Beanspruchung des Erregers geht als quadratischer Mittelwert beträchtlich
gegenüber dem der Fig.6 zurück; der zweite Vorteil zeigt sich dann, wenn das Netz
für Nutzbremsstrom nicht aufnahmefähig ist, etwa beim letzten heimfahrenden Wagen.
In einem solchen Falle verringert der vergrößerte Bremswiderstand der Stufe 3 den
Bremsstoß dieser ersten Kurzschlußbremsstufe. In bezug auf ungeschicktes Schalten
und große Netzspannungsschwankungen verhält sich diese Schaltung (Fig. 7) ebenfalls
günstig, weil die Übergangsstufe 3 zwischen der netzabhängigen reinen Nutzbremsung
Stufe 2 und der netzunabhängigen Kurzschlußbremsung Stufe 4 ausgleichend wirkt.
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Hinsichtlich des Fortfalls des Rückstromautomaten ist zu sagen: Dem
Wagenführer soll nicht viel mehr zugemutet werden, als daß er beim Nachlassen der
Bremskraft weiterschaltet. Es müssen jedoch noch Mittel vorgesehen werden, durch
welche ein Netzanschluß leicht verhindert werden kann für die folgenden Fälle: z.
Selbst bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit müssen beim Einleiten der Nutzbremsung
die Felder der Motoren Zeit zu ihrem Aufbau haben. Das wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß das Betätigungsorgan, z. B. die Kurbel, des Fahrschalters durch Bewegung
nach unten die Erregerquelle anschaltet und bei waagerechter Weiterdrehung den N
etzanschluß herstellt.
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2.. Beim Einleiten der Bremsung aus etwa halber Wagengeschwindigkeit
sowie bei der Zurückführung des Betätigungsorgans vom Stillstand aus muß ebenfalls
der Netzanschluß unterbleiben. Das wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß
die Bremskontakte in zwei übereinanderliegenden Ebenen, in denen sich das Betätigungsorgan
bewegt, geschaltet werden. Die Kontakte für die Nutzbremsung liegen in einer unteren
Ebene, die der Kurzschlußbremsung in einer oberen Ebene. Nunmehr kann der Fahrer
bei mäßiger Fahrzeuggeschwindigkeit oder auch bei Notbremsung unmittelbar von Null
über alle Kurzschlußbremsstufen unter Umgehung der Nutzbremsstufen schalten. Außerdem
kann der Fahrer denselben direkten Weg von der letzten Stellung nach Null zurückschalten.
An solche Bewegungen gewöhnt sich das Fahrpersonal sehr schnell. Bei einem Fehler
entsteht ein Nachlassen der Bremskraft, wobei unter Umständen der Höchststromautomat
herausfällt.
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Es besteht noch das Bedürfnis, die Batterieladung und Entladung durch
eine Beeinflussung der Hilfsgeneratorspannung zu regeln. Diese schwankt infolge
der unterschiedlichen Netzspannung, infolge der unterschiedlichen Belastung, weil
die Batterie außer für die verschiedenen Erregergrade gleichzeitig für die Hilfsbetriebe
benutzt wird, und infolge des unterschiedlichen Ladezustandes der Batterie. Erfindungsgemäß
ist vorgesehen, daß ein einfacher, vom Erregergenerator gespeister Spannungswächter
dann einen Teil des Vorwiderstandes V kurzschließt, wenn die Erregerspannung ein
gewisses Maß überschritten hat und den Widerstand dann wieder zuschaltet, wenn die
Erregerspannung ein gewisses Maß unterschritten hat. Hierdurch werden die Unterschiede
in den Bremskräften gemildert, der Umformermotor bei hoher Netzspannung geschont
und der Batteriebetrieb geregelt.
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Es ist zweckmäßig, alle die Teile, die zu den Steuerungen mit einfacher
Kurzschlußbremsung verwendet werden, zu einer Hauptbaueinheit zusammenzufügen, dagegen
diejenigen Teile, die ausschließlich für Nutzbremsung Verwendung finden,
wie
die vier Schütze, die Stabilisierungswiderstände und der Selbstanlasser bzw. der
Zusatzwiderstand, zu einer Zusatzeinheit zusammenzufassen.
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Es sei noch erwähnt, daß bei einer Ausführung der Kontakte Ei, E2,
E3 und R bzw. R, als Schütze eine Mehrwagensteuerung betrieben werden kann. Bei
einer Einwagensteuerung mit einem Zentralfahrschalter dagegen können diese Schalter
als Nockenschaltelemente mechanisch betätigt werden. Es ist noch ein besonderer
Vorteil der vorliegenden unsymmetrischen Schaltung, daß der Erregergenerator, die
Batterie und gleichzeitig die Hilfsbetriebe nur ein sehr niedriges Potential gegen
Erde haben, das gleich dem Spannungsabfall am Stabilisierungswiderstand ist, also
nur etwa a5 Volt beträgt.