-
Anordnung zur Nutzbremsung von Gleichstrom-Hauptschlußmotoren mit
an die Fahrleitung anschließbaren, im Nebenschluß zu den Reihenschlußwicklungen
und Ankern der Motoren liegenden Hilfserregerwicklungen In der Patentschrift
848 669 ist eine Anordnung zur Nutzbremsung von Gleichstrom-Hauptschlußmotoren
mit an die Fahrleitung anschließbaren und im Nebenschluß zu den Reihenschlußwicklungen
und Ankern der Motoren liegenden Hilfserregerwicklungen beschrieben, bei der auf
einen Teil der Bremsstellungen des Fahrschalters die Anker einschließlich ihrerReihenschlußwicklungen
und der parallel dazu liegenden Shunts zueinander parallel und/oder auf einem Teil
in Reihe geschaltet sind, wobei in der Schaltfolge hinter den Nutzbremsstellungen
zusätzlich Kurzschlußbremsstellungen vorgesehen sind, denen voneinander vollständig
unabhängige Bremsstromkreise entsprechen. Insbesondere wird dort vorgeschlagen,
die auch für den Fahrbetrieb vorgesehenen Widerstandsgruppen sowie die für die Nutzbremsstellungen
parallel zu den Reihenschlußwicklungen liegenden Shunts vorzugsweise in Reihe zu
den Widerstandsgruppen als Bremswiderstände zu benutzen.
-
Weiterhin wird in dem Patent 848 669 vorgeschlagen, die die
Regelwiderstandsgruppen zur Wirkung bringenden N ookensehalter so anzuordnen und
in solcher Reihenfolge zu steuern, daß der Übergang aus der Nutzbremsung in die
mit
Einzelstromkreisen arbeitende Kurzschlußbremsung ohne Unterbrechung
der Bremswirkung erfolgt.
-
Die nach dem Patent 8q.@ 669 vorgeschlagene Schaltung ergibt eine
besonders hohe Betriebssicherheit, da auch bei Drahtbruch eines Motors noch eine
erhebliche Bremswirkung vorhanden ist. Die Schaltung nach dem Hauptpatent weist
ferner eine günstige Ausnutzung der für den Fahr- und Nutzbremsbetrieb notwendigen
Schaltelemente für die Kurzschlußbremsung auf und vermeidet beim Übergang von den
Nutzbremsstellungen zu den Kurzschlußbremsstellungen Stöße beim Fahren des Wagens.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine.weitere.Ausgestaltung der dem
Hauptpatent zugrunde liegenden Erfindung- unter Beibehaltung der dort erzielten
Verbesserungen. Insbesondere ist es Gegenstand der Zusatzerfindung, die Betriebssicherheit
der Anordnung in Gefahrenfällen, bei ungünstigen Fahrbedingungen oder bei- vorkommenden
Bedienungsfehlern der Anlage-, zu erhöhen. Ein solcher Gefahrenzustand besteht z.
B. dann, wenn eine Notbremsung vorgenommen.werden muß und der Wagen aus hoher Fahrtgeschwindigkeit
auf .einer kurzen Bremsstrecke abgebremst wird. In diesem Fall können durch zu plötzliches
Bremsen .die Räder blockiert werden, so daß diese auf den Schienen gleiten. Ein
weiteres Gefahrenmoment besteht auch bei Bergfahrt und besonders bei nassem Wetter,
wenn es dem Wagenführer nicht gelingt; die Handbremse rechtzeitig scharf anzuziehen,
da die Schaltung nach dem Hauptpatent keine Bremskraft bei Rückwärtsrollen ergibt.
Ein ,drittes Gefahrenmoment ist ferner -dann gegeben, wenn bei Talfahrt des Wagens
der Wagenführer gezwungen war,- eine Strecke rückwärts zu fahren, und beim Wiederanfuhren
vergessen hat, den Fahrtrichtungsschalter auf Vorwärtsfahrt umzuschalten. In diesem
Fall tritt nämlich Kurzschluß auf.
-
Zur Vermeidung dieser Mängel wird :daher nach der Erfindung vorgeschlagen,
bei einer Anordnung zur Nutzbremsung von Gfeichstrom-Hauptschlußm:otoren nach dem
Haupfpätent vor untd-/oder hinter den Schaltstellungen'.zixr#,Herstgllung :der,
unabhängigen Bremsstromkreise (Kurzschlußbremsstellungen) zusätzliche Kurzschlußbremsstellungen
vorzusehen, bei welchen die Reihenschlußerregerwicklungen kurzgeschlossen und die
Nebernschlußerregerwicklungen eingeschaltet- sind und hierbei- einen Zuleitungspunkt
für die Erregerspule .des von :dieser betätigten Nockenschalters über einen Schalter
an Erde zu legen, welch letzterer derart mit dem Fahrtrichtungsschalter gekuppelt
ist, -daß er bei Stellung des Fahrtrichtungsschalters auf Vorwärtsfahrt geöffnet
- und beim Umstellen auf Rückwärtsfahrt geschlossen wird.
-
Da die Zähl der in einem Fahrschalter unterzubringenden Nockenschalter
beschränkt ist, stehen für die- Regelung der Anfuhr= und Bremswiderstände verhältnismäßig
wenig Schaltelemente zur Verfügung. Andererseits besteht der Wunsch, diese Widerstände
möglichst feinstufig zu regeln, was bedeutet, daß bei einer gegebenen Stufenzahl
die Ohmzahl der-Widerstärnde möglichst klein gehalten werden müßte.
-
Eine geringe Ohmzahl der Widerstandsgruppen ist zwar für den Normalbetrieb
nicht nachteilig, da hier die Geschwindigkeit der Fahrzeuge durch die Nutzbremsung
bereits erheblich herabgemindert ist, dagegen bestehen ernste Nachteile für den
Fall, daß eine Notbremsung aus hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden muß. Die
Nutzbremsstufen geben für einen solchen Fall nicht die notwendige Verzögerung, so
daß sofort auf die Kurzschlußbremsstufen weitergeschaltet werden muß. Dies bewirkt
aber wegen der geringen Ohmzahl der Vorschaltwiderstände eine plötzliche starke
Bremswirkung, die so .groß werden kann, daß die Reibung zwischen Rad und Schiene
nicht mehr ausreicht, das entstehende Bremsmoment aufzunehmen; so daß die Räder
auf den Schienen gleiten.
-
Den oben geschilderten Nachteil kann man gemäß der Erfindung dadurch
vermeiden, daß man anschließend an die Nutzbremsung eine Kurzschlußbremsung mit
reiner Nebenschlußerregung beginnt, die Reihenschlußwi.cklungen. also kurzschließt.
Die Wirkung eines solchen Kurzschlusses ist die folgende: Der von den Motorankern
erzeugte Strom kann, da er nicht durch die Reihenschlußwicklungen fließt, auch nicht
zur Felderregung beitragen, so,daß also das von den Nebenschlußwicklungen erzeugte
Feld durch diesen Strom nicht verstärkt werden kann. Die reine Ncbenschlüßerregung
hat aber noch einen anderen günstigen Einfluß auf den Bremsvorgang.
-
je größer die Drehzahl des Motorankers ist, um so größer ist der durch
den Anker fließende Strom und -:damit das von 'dem Motoranker -erzeugte Drehfeld,
das das von den Nebenschlußwicklungen erzeugte Statorfeld- in entsprechendem Maße
schwächt. Durch diese Ankerrückwirkung entsteht ein Bremsmoment, .das mit wachsender
Drehzahl einem Maximalwert zustrebt. Durch geeignete Bemessung der N ebenschlußerregung
kann demnach erreicht werden, daß -,das :entstehende Bremsmoment stets-.-.kleinez-bleibt
:als das zwischen Schiene und Rad ausgeübte Hafttreibungsmoment. Durch die nach
der Erfindung vorgeschlagenen Schaltmaßnahmen kann also auch bei Notbremsung ein
weicher Bremseinsatz durch Kurzschlußbremsung erzielt werden, ohne daß der Ohmwert
der Vorschaltwiderstände erhöht werden muß.
-
Ist dann bei dieser Bremsstellung die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
genügend herabgemindert, so -kann durch Weiterschelten .des Fahrschalters
die Bremswirkung durch Einschalten der Reihenschlußwicklungen in die getrennten
Bremsstromkreise weiter erhöht werden. Der Übergang von der nebenschlußerregben
Kurzschlußbremsung zur reihenschlußerregten Kurzschlüßbremsung kann hierbei ohne-
Änderung des Ohmwertes der in die Kürzschlußstromkreise eingeschalteten Regelwiderständsgrüpp.en
erfolgen.
Bei der plötzlichen Abbremsung versucht der abgebremste
Wagen, um die durch die Berührungspunkte von Schiene und Vorderräder gehende Achse
nach vorn zu kippen, so daß also die Vorderachse während des Bremsvorganges stärker
als die Hinterachse belastet wird. Dies läßt sich zur Erzielung einer möglichst
kurzen Bremsstrecke ausnutzen, und zwar in der Weise, daß die reihenschlußerregte
Kurzschlußbremsung zuerst bei dem '.Motor durchgeführt wird, der die vordere Wagenachse
antreibt.
-
In manchen Betriebsfällen, insbesondere beim Anhalten auf Steigungen,
ist es wünschenswert, den Wagenzug vor einem ungebremsten Rückwärtsrollen zu bewahren,
da es vor allem bei ungünstigen Witterungsverhältnissen und stark besetzten Wagen
leicht vorkommen kann, daß der Fahrer beim Halten auf der Steigung die Handbremse
nicht sofort fest genug anziehen kann. Für diesen Fall ist eine zusätzliche elektrische
Bremsung äußerst wünschenswert.
-
Nun gibt die nach dem Patent 848 669 aus Sicherheitsgründen vorgeschlagene
vollkommene Trennung der Bremsstromkreise der beiden Triebwagenmotoren bei Kurzschlußbremsung
mit Reihenschlußerregung nur eine Bremswirkung in Richtung der am Fahrtrichtungshebel
eingestellten Fahrtrichtung. Steht der Fahrtrichtungsschalter auf »vorwärts«, so
ist für .diesen Fall beim Rückwärtslauf des Triebwagens keine Bremswirkung vorhanden,
da durch den remanenten 1lagnetismus ein Strom in dem Anker erzeugt wird, -der das
remanenbe Erregerfeld schwächt und schließlich auslöscht, wodurch eine Selbsterregung
unmöglich gemacht wird.
-
Um auch für diesen Fall durch elektrische Mittel eine Bremswirkung
zu .erhalten, wird deshalb vorgeschlagen, im Anschluß an die eigentlichen Kurzschlußbremsstellungen
der Fahrschalterkurbel eine Kurzschlußbremsung bei eingeschalteter Nebenschlußerregung
und geschlossenen Nockenschaltern 17 und 20 vorzusehen. Da in diesem Fall die Widerstände
in den beiden Bremsstromkreisen ihren geringsten Wert haben, kann bei dieser Nebenschlußerregung
eine sehr geringe Bremsgeschwindigkeit erzielt werden, die, wesentlich unter Schrittgeschwindigkeit
liegt.
-
Beim Fahren insbesondere in bergigem Gelände kann weiterhin noch der
Fall eintreten, daß der Fahrer eines Straßenbahnzuges beabsichtigt, eine Gefällstrecke
zu' befahren, den Fahrtrichtungshebel jedoch aus irgendeinem Grund auf Rückwärtsfahrt
gestellt hat. Hierdurch ergeben sich folgende Gefahren: Zunächst wird durch die
Umkehr der Drehrichtung eine Umkehr der Stromrichtung erzeugt, so daß bei Einschalten
des Nutzbremsschützes die von dem Motoranker erzeugte EMK in Reihe zu der Netzspannung
an Erde liegt. was einem kräftigen Kurzschluß gleichkommt. Die zweite Gefahr besteht
in dem Aussetzen der Bremswirkung der elektrischen Bremse, bedeutet aber außerdem
eine erhebliche Gefahr für die Sicherheit des Wagens. Zur Vermeidung dieses Nachteils
wird daher vorgeschlagen, einen Zuleitungspunkt der Erregerspule des Nutzbremsschützes
über einen Schalter mit der gemeinsamen Erde zu verbinden, wobei dieser Schalter
derart mit dem Fahrtrichtungsschalter gekuppelt ist, daß dieser Schalter bei Fahrtrichtungsstellung
»vorwärts« geöffnet, bei Stellung auf Rückwärtsfahrt dagegen geschlossen ist. Ein
Ansprechen des Nutzbremsschützes ist somit bei Fahrtrichtungsstellung »rückwärts«
des Fahrtrichtungsschalters ausgeschlossen. Außerdem schließt diese Kurzschlußleitung,
die in den Nutzbremsstellungen der Fahrschalterkurbel entweder parallel oder in
Reihe geschalteten Motoranker mit den in Reihe liegenden Erregerwicklungen kurz.
In jedem Fall tritt dann eine Bremswirkung ein. Da ,in den Nutzbremsstellungen die
Nebenschlußerregerwicklungen eingeschaltet sind, liegt eine Verbunderregung vor,
bei der -die Nebenschlußerregung gegenüber der durch die geshunteten Reihenschlußwicklungen
hervorgerufene feldschwächende Reihenschlußerregu.ng überwiegt. Fällt aus irgendeinem
Grund die Fahrleitungsspannung aus, so entsteht die Bremswirkung durch die Reihenschlußerregung
der Motoren. Die Bremswirkung .ist: also auch unabhängig von dem Vorhandensein einer
Nebenschlußerregung vorhanden.
-
Die im vorausgehenden beschriebenen Verbesserungen der Erfindung nach
dem Hauptpatent sind an Hand des Schaltungsschemas noch näher erläutert.
-
Es handelt sich im Prinzip um die gleiche Schaltung, wie sie im Patent
848669 beschrieben und dargestellt ist.
-
Rig. i zeigt das Schaltschema bei einer Stellung der Nockenschalter
mit eingeschalteter Nebenschlußerregung und kurzgeschlossener Reihen._ schlußerregung
und Fig.2 zeigt die Lage der Nockenschalter bei eingeschalteter Rollbremse.
-
In beiden Schaltbildern ist außerdemder zusätzliche, mit. dem Fahrtrichtungsschalter
zu betätigende Kurzschlußschalter eingezeichnet.
-
In den Figuren stellt i das Nutzbremsschütz dar, das die Motoren bei
Nutzbremsung an die Fahrleitung legt. z und 3 sind die Anker der beiden Motoren,
4 und 5 ihre Reihenschluß- und 6 und 7 ihre Hilfserregerwicklungen. 8 ist ein Regelwiderstand
für die Hilfserregerwicklungen, 9 ein Shunt für die Reihenschlußwicklung 4, io ein
Shunt für die Reihenschlußwicklung 5. Der Shunt io kann gleichzeitig ein Teil des
Bremswiderstandes der Motoren bei Nutzbremsung in Reihenschaltung sein. ii und 12
sind Regelwiderstandsgruppen, die auch den Zwecken der Anfahrt und der Kurzsch.lußbremsung
dienen. 13 bis 22 sind Nockenschalter im Fahrschalter, 23 ist die zum Anschluß der
Hilfsbremsen der Beiwagen dienende Bremskupplung, a4 die Wicklung des Nutzbremsschützes
und 25 ein Vorschaltwiderstand für die Wicklung 24. 26 ist die Fahrleitung und 27
eine gemeinsame Erdleitung.
Bei der in Fig. i dargestellten Bremsstellung
ist das Nutzbremsschütz dadurch ausgeschaltet, daß die Nockenschalter 14 und i9
sowie 13 und 16 geöffnet sind. Geschlossen sind jedoch die Nockenschalter 2i, 15
und 2o bzw. 17 und 18, wodurch Kurzschlußstromkreise für die Motoranker 2 und 3
hergestellt sind, bei denen jeweils die Reihenschlußerregerwicklung 4 bzw. 5 kurzgeschlossen
ist. Außerdem ist der Nockenschalter 22 geschlossen, der die Hilfserregerwicklungen
6 und 7 an die Fahrdrahtspannung legt. Die Widerstandsgruppen i i und 12 können
hierbei in geeigneter Größe eingeschaltet sein. Durch einfaches Öffnen der Nockenschalter
17 und 2o und gegebenenfalls durch Öffnen des Nockenschalters 22 kann anschließend
eine Schalterstellung mit Verbunderregung bzw. mit Reihenschlußerregung hergestellt
werden.
-
In Fig. 2 ist schließlich noch die Schaltung dargestellt, de die Verhältnisse
bei Bremsung am Ende der bisher beschriebenen Bremsstellungen zeigt. Die Lage der
Nockenschalter unterscheidet sich nicht von der in Fig. i dargestellten, es sind
hier lediglich die Widerstandsgruppen i i und 12 bzw. auch io und 8 vollständig
ausgeschaltet, so daß in ,den Bremsstromkreisen der Motoranker 2 und 3 praktisch
keine zusätzlichen Widerstände mehr liegen. Die Hilfserregung durch die Hilfswicklwngen
6 und 7 ergibt hier somit unabhängig von der Fahrtrichtung ein. hohes Bremsmoment.
-
In den beiden Figuren ist außerdem noch ein Punkt X der Schaltung
über einen Schalter 28 mit der gemeinsamen Erde 27 verbundien. An Stelle des Punktes
X kann auch der Schaltpunkt Y gewählt werden. Der Schalter 28 ist
so mit dem Fahrtrichtungsschalter verbunden, daß er beim Umpolen der Zuleitungen
zu den Motorankern 2 und 3 für Rückwärtsfahrt geschlossen wird. Man erkennt, .daß
auf diese Weise die Erregerspule 24 des Nutzbremsschützen i kurzgeschlossen ist,
das Nutzbremsschütz i demnach nicht ansprechen kann.