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Diesel- bzw. benzinelektrischer Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere
mit Raupenantrieb Der diesel- bzw. benzinelektrische Antrieb von Fahrzeugen erfordert
besondere Schaltung der elektrischen Übertragungsanlage, damit das für Fahrzeuge
vorteilhafte Reihenschlußverhalten gewahrt bleibt. Mit zunehmender Drehzahl muß
eine Abnahme des Drehmoments eintreten, damit der Dieselmotor nicht durch zu große
Leistung abgewürgt wird. Er soll vielmehr bei allen Drehzahlen mit gleichbleibender
Leistung betrieben werden können. Bei einem bekannten System werden die mitReihenschiußschaltung
ausgeführten Gleichstromfawhrmotoren von einem Generator gespeist, der mit zunehmendem
Strom stark in der Spannung abfällt und damit schon weitgehend der Forderung nach
gleichbleibender Leistung entgegenkommt. Durch zusätzliche Fremderregung kann man
auch weitergehende Forderungen auf Bremsung erfüllen. Für Drehrichtungswechsel ist
jedoch bei derartigen Schaltungen stets ein Fahrtwender nötig, der im Hauptstromkreis
beider Motoren liegt und Betätigung im stromlosen Zustand erfordert. Wendet man
solche für Schienenfahrzeuge gut brauchbaren Schaltungen auf Fahrzeuge mit Raupenantrieb
an, so ergeben sich viel weitergehende Forderungen. Bei solchen Fahrzeugen ist unabhängiger
Antrieb der einzelnen Raupen nötig, damit durch ungleichartigen Antrieb der Raupen
das Fahrzeug in seiner Fahrtrichtung gesteuert werden kann. Bei sehr scharfen Fährtrichtungsänderungen
muß sogar die eine Raupe rückwärts laufen, während gleichzeitig die andere vorwärts
fährt. Bremsen, Stillsetzen, Vorwärtsfahrt,
Rückwärtsfahrt usw.
müssen in kürzester Zeit erfolgen können, und stets müssen die Antriebsmotoren der
Raupenbänder unabhängig voneinander vom Fahrzeugführer beherrscht werden können.
Zugleich muß aber auch dafür gesorgt werden, daß mit zunehmender Drehzahl das vom
Generator benötigte -Drehmoment zurückgeht, damit der Dieselmotor nicht stehenblebt.
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Diese weitgehenden Forderungen lassen sich mit einem Antrieb nach
der Erfindung in vollkommener Weise erfüllen. Erfindungsgemäß wird zur Speisang
der Fahrmotoren ein Konstantstromgenerato.r verwendet Querfeldmasdhine, Krämermaschine
usw.); d. h. eine Maschine, ,deren Ankerstrom durch eine im Ständer vorhandene Erregerwicklung
bestimmt wird, während sich die Spannung entsprechend den vorhandenen Widerständen
frei einstellen kann. Die Fahrmotoren sind normale -Gleichstrommaschinen, deren
Anker in Reihe von einem Konstantstromgenerator gespeist werden; während ihre für
kleine Ströme gewickelten Erregerwicklungen von einer Hilfserregermasdhine erregt
werden, .die auch die fremderregte Wicklung des Generators versorgt. Läßt man den
Strom in den Erregerwicklungen anwachsen, so wächst auch der Strom im- Ankerstromkreis,
und die Fahrmotoren verhalten sich so, als wenn ihre Erregerwicklungen unmittelbar
mit dem Anker in Reihe geschaltet wären. Da sie jedoch mit kleinen Strömen gespeist
werden; ist der große Vorteil gesichert, daß die ganze Regelung in niesen Stromkreisen
erfolgen kann; im Ankerstromkreis braucht überhaupt nicht geregelt zu wenden. Dieser
Kreis besitzt Stromschaltung, d. h. man braucht sich um die richtige Spannung überhaupt
nicht zu kümmern, d@a sie sich stets selbsttätig richtig einstellt. Die Erregerwicklungen
der Fahrmotoren besitzen noch eine unabhängige Regelung, so daß das Feld eines jeden
?Motors für sich geregelt werden kann. Dadurch kann jeder Motor gegenüber dem anderen
schneller oder langsamer laufen oder auch in der entgegengesetzten Richtung umlaufen,
wodurch eine ungemein große Steuerfähigkeit erzielt wird. Übergang auf Bremsung
erfolgt selbsttätig, sobald das zu überwindende Lastmoment größer wird als das von
den Motoren aufgebrachte. Steigert man in allen Erregerwicklungen den Strom durch
Verminderung eines gemeinsamen vorgeschalteten Widerstandes, so wächst überall sowohl
das Feld als auch der Ankerstrom, und die Geschwindigkeit erfährt eine Zunahme,
bis Fährmoment und Motormoment gleich sind. Auf diesen gemeinsamen Widerstand- kann
auch eingewirkt werden durch Einflüsse, .die von der steigenden Leistung des Dieselmotors
herrühren, um mit zunehmender Drehzahl der Motoren ihr Moment zu vermindern. Dies
kann z. B. durch den Drehzahlregler des Dieselmotors erfolgen oder durch die wachsende
Ankerspannung der Motoren bzw. des -Generators oder durch das Drehmoment ,des Generators,
indem man den Ständer drehbar macht und das Drehmoment von einer Feder messen läßt.
Bei Überschreitung eines einstellbaren Sollwertes verstellt der Ständer unmittelbar
oder über ein Zwischenglied (Verstellmotor) den Widerstand im gemeinsauren Erregerkreis.
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Einige Ausführungsbeispiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen.
In Fng. a bezeichnen u und 2 Gleichstrommotoren zum Antrieb je einer Raupe eines
Raupenfahrzeuges. Die beiden Anker sind in Reihe geschaltet und werden vom Ankerstromkreis
einer Querfeldmaschine 3 gespeist.
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!, Die Bürsten der Querachse dieser @iVIaschine sind in bekannter
Weise kurzgeschlossen. Die .Querfeldmaschine wird von einem Verbrennungsmotor 4
(Dieselmotor, Benzinmotor usw.) angetrieben. Mit dem Dieselmotor ist noch die Hilfserregermaschine
5 gekuppelt, von der die -Erregerwich lungen.6, 7, 8 der drei [Maschinen 1, 2, 3
gespeist werden. In- die gemeinsame Zuleitung der Erregerwicklungen ist ein Widerstand
9 eingeschaltet. Die Erregerwicklung 8 liegt unmittelbar an den Erregersammelschienen
@io, zli, die beiden Erreger-Wicklungen 6 und 7 über je zwei miteinander gekuppelte
Umschalter 12, 13 und 14, 15, mit .deren Hilfe .das Feld in beiden Erregerwicklungen
unabhängig voneinander umgekehrt werden kann. Die Umschalter 12 und 14 sind zugleich
als Umkehr-Widerstand-Regler ausgebildet, derart, daß bei Bewegung des Schalthebels
aus der »Aus«-Stellung in die Mittellage der vorgeschaltete Widerstand vermindert
und das Feld in den -Wicklungen verstärkt Wird.
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Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Die von der Hilfserre@germaslihine
5 über den Regelwiderstand 9 auf die Sammelschienen io, iii gegebene Spannung hat
in den drei Wicklungen,6, 7, 8 entsprechende Felder zur Folge, deren ;Größe und
Richtung für die Wicklungen 6 und ; noch idurch die Stellung der Umkehrregler 12
und 14 bestimmt werden. Für die Maschine 3 ist demnach entsprechend ihrer Wirkungsweise
als Querfeldmaschine durch die Größe des Erregerstromes in der Wicklung 8 auch die
Größe ihres Ankerstromes bestimmt. Es ist hierbei gleichgültig, ob die Fahrmotoren
i und 2 stillstehen oder bei Lauf eine Gegenspannung entwickeln. Das Feld in der
Querachse und damit die Spannung an den Ankerklemmen der Qgerfeldmasehine werden
sich stets so einstellen, daß der durch die Erregerwicklung 8 vorgeschriebene Ankerstrom
auch entgegen jeder von den Fahrmotoren entwickelten Gegenspannung aufrechterhalten
werden kann. Stets paßt sich die Ankerspannung der Querfeldmaschine der @Gegenspannung
der Fahrmotoren selbsttätig an. Bei unveränderter Stellung der Umikehrreglerli2
bzw. 14 wachsen .die Felder in den Wicklungen .6 und 7 verhältnisgleich mit dem
in 8 und damit auch mit dem: Ankerstrom der Fahrmotoren, d. h. das Drehmoment der
Fahrmotoren wächst quadratisch mit dem Ankerstrom wie bei einem normalen Glevchstromreihenschlußmötor.
Im Gegensatz zu diesem können jedoch .die Motoren beliebige Drehmomente bei allen
Drehzahlen entwickeln. Die Größe des Drehmoments wird durch die Stellung des Reglers
g und die Umkehrregler i?! und 14 bestimmt. Das
den Motoren vorgeschriebene
Drehmoment bewirkt so lange eine Änderung der Drehzahl, bis @Gleichgewicht der Motormomente
mit den von den Fahrwiderständen herrührenden Momenten eintritt. In Fig.2 ist der
Verlauf der entstehenden Drehmomente angedeutet. r,6, 17, 18, 1g und 2po bezeichnen
Drehmomentkurven für einen Motor bei jeweils anderer Einstellung des Widerstandes
9 bzw. 12 und 1.4, und zwar bedeuten die Kennlinien 16 bis 18 motorisches Arbeiten
beispielsweise bei Rechtslauf und generatorsches Arbeiten bei Linkslauf, die Kurven
ig und 2o generatorisches Arbeiten bei Rechtslauf und motorisches bei Linkslauf.
Mit Hilfe der drei Regelwiderstände 9, u2 und 14 kann man dem Fahrzeug jede gewünschte
Geschwindigkeit und Richtung geben. Die Steuerung geschieht mit Hilfe der beiden
Umkehrregler 1 2 und 14.. Je nach der gegenseitigen Stellung der beiden Regler läuft
.der eine )Motor bald etwas schneller oder langsamer als der andere Motor, und die
dadurch bedingte verschiedene Geschwindigkeit der beiden Raupen bewirkt entsprechende
Fahrtrichtungsänderung. Durch entgegengesetztes Auslegen der beiden Umkehrregler
kann man die eine Raupe mit voller Fahrt vorwärts und die andere gleichzeitig mit
voller Fahrt rückwärts laufen lassen, so daß eine unmittelbare Wendung des Fahrzeuges
auf der Stelle erfolgen kann. Dabei geschieht die ganze Steuerung in Stromkreisen
mit kleinen Leistungen und Strömen; im Ankerstromkreis braucht überhaupt nicht geschaltet
zu werden. Bremsung ist mit dem größten zur Verfügung stehenden Moment bis zum vollen
Stillstand möglich, der Dieselmotor muß dabei als Verdichterbremse arbeiten. Diese
Eigenschaft ist von besonderem Vorteil, da die mechanische Bremse nur noch für den
Notfall benötigt wird. Fahrtrichtungswechsel findet durch einfache Umkehr der Stromrichtung
in beiden Erregerwicklungen 6 und 7 statt, die sonst üblichen Fahrt-«-ender im Hauptstromkreis
fallen weg.
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Die Möglichkeit, beliebige Drehmomente bei allen Drehzahlen zu entwickeln,
birgt die Gefahr in sich, daß der Dieselmotor bei den hohen Drehzahlen abgewürgt
wird. -Man kann das in der einfachsten Weise verhindern, indem man das bei jeder
Drehzahl gerade noch zulässige Drehmoment von der Drehzahl der Motoren bzw. von
dem Regler des Dieselmotors abhängig macht. Ein einfaches. Mittel besteht z. B.
darin, die Ankerspannung der Fahrmotoren bzw. der Querfeldmascihine zusammen mit
der Spannung der Hilfserregermaschine 5 auf. die Erregerwicklungen 6, 7, e einwirken
zu lassen, derart, daß mit zunehmender Drehzahl das Feld in diesen Wicklungen abnimmt.
Diese Maßnahme kommt schon weitgehend der idealen Drehmoment-Drehzahl-Abhängigle@eit
für konstante Leistung des Dieselmotors entgegen. Den hyperbolischen Verlauf des
Drehmoments über der Drehzahl bei konstanter Leistung des Dieselmotors läßt die
Kurve-2u in Fig. 2 erkennen. Bei Speisung der Erregerwicklungen 6, 7 und 8 in Reihe
von der I-Iilfsmaschine 5 und der Ankerspannung von 3 läßt sich ein selbsttätiger
Verlauf erreichen, wie er etwa durch die Kurve 22 angedeutet ist. Durch eine kleine
Zusatzregelung lassen sich die Kurven 21 und 22 zur Deckung bringen. Ein weiteres
Mittel besteht darin, in die gemeinsame Leitung von der Hilfserregermaschine 5 zu
den Erregersammelschienen einen Zusatzwiderstand zu schalten, der von der Drehzahl
:der Fahrmotoren oder von der Ankerspannung der Querfeldmaschine so gesteuert wird,
daß die Leistung des Dieselmotors einen «Höchstwert nicht überschreitet. Es ist
-auch möglich, dem Regelwiderstand 9, der ähnlich dem Fußgashebel beim üblichen
Kraftfahrzeug bedient werden kann, mit zunehmender Spannung der Ouerfeldmaschine
abnehmende Auslage zu geben, so daß bei. voller Spannung nur noch ein Teil .des
Reglers kurzgeschlossen werden kann und die .drei Erregerwicklungen nur mit schwachem
Feld arbeiten.
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Handelt es sich um größere Leistungen, für die sich Querfeldmasdhinen
nicht mehr ausführen lassen, so kann man an ihrer Stelle eine sogenannte Krämermasdhine
verwenden, tdie im wesentlichen den Aufbau einer normalen Gleichstrommaschine hat,
so daß auch Wendepole gut untergebracht werden können. In Fig. 3 ist eine solche
Maschine angedeutet. Es bedeutet 8 wieder die fremderregte Erregerwicklung, die
den Ankerstrom vorschreiben soll, !2!3 den Anker, 24 eine nicht unbedingt notwendige
Kompensationswicklung zur Beseitigung der Ankerrückwirkung, 25 eine Gegenreihenschlußerregerwicklung
und 2,6 die Nebenschlußerregerwicklung. Diese ist so eingestellt, daß unter ihrem
Einfluß die Maschine auf dem geradlinigen Teil ihrer Spannurngs.kennlinie arbeitet.
Geringe Unterschiede der beiden gegeneinander wirkenden Wicklungen 8 und 25 bewirken,
daß sich die Spannung auf jeden geforderten Wert einstellt, der notwendig ist, um
den Ankerstrom durch den äußeren Stromkreis zu treiben. Damit sieh die drei Erregerwicklungen
gegenseitig nicht stören (infolge der engen Kopplung) ist es zweckmäßig, in den
Kreis der Erregerwicklungen 8 und 26 zusätzliche Widerstände zu schalten. Auch geeignet
bemessene Drosselspulen bewirken eine Entkopplung der Wicklungen.