DE135706C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

JVe 135706 KLASSE 20 k.

in CHARLEROI (Belgien).

Bahnanlage mit Mehrphasenwechselstrombetrieb.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 6. März igol ab.

Gegenstand der Erfindung betrifft an elektrischen Bahnanlagen mit Mehrphasenwechselstrombetrieb die Anordnung eines solchen Streckenleiters, welcher nicht einen umlaufenden Motor, sondern einen parallel zu demselben (dem Streckenleiter) unter dem Fahrzeuge angeordneten festen Anker beeinflufst und dadurch das Fahrzeug in der einen oder anderen Richtung fortbewegt, sobald Mehrphasenströme durch den festliegenden Streckenleiter geschickt werden.

Bei elektrischen Bahnanlagen mit Mehrphasenstrombetrieb dieser Gattung, welche bisher nur in Druckschriften beschrieben worden und überhaupt noch nicht in die Praxis Eingang gefunden haben, . ist der Streckenleiter, mit anderen Worten gesagt, der in gerader Linie entwickelte Inductor eines Mehrphasenwechselstrommotors, als ein in der ganzen Länge der Strecke eingebetteter ununterbrochener, mit den erforderlichen Phasenstromleitern entsprechend umwickelter Feldmagnet gedacht.

Diese Ausführungsform mit ununterbrochenem Streckenleiter giebt naturgemäfs zu so grofsen Anlagekosten Veranlassung, dafs in denselben wohl der Grund liegen dürfte, weshalb solche Bahnanlagen ohne umlaufenden Motor noch nicht praktisch ausgeführt wurden.

Nun ist die ununterbrochene Ausführung des Streckenleiters durchaus nicht unentbehrlich, vielmehr kann dieselbe der Erfindung gemäfs ersetzt werden durch in gleichmäfsigem Abstand von einander angeordnete Theilleiter bezw, Feldmagnetabschnitte, die unter einander durch die erforderlichen Phasenstromleiter verbunden und von denselben entsprechend umwickelt sind, wodurch eine grofse Ersparnifs an Eisen und Kupfer erzielt wird.

Der hieraus entstehende Vortheil wird jedoch noch übertroffen durch die Ersparnifs an elektrischer Energie, zu welcher Ersparnifs diese Theilung des Streckenleiters dadurch Veranlassung giebt, dafs infolge besonderer Verbindungen der Theilleiter unter sich mit dem Kraftwerk und mit von den die Strecke befahrenden Wagen beeinflufsten Schaltvorrichtungen, nur gerade diejenigen Feldmagnetabschnitte bezw. Streckenleitertheile, welche zum Betriebe der Fahrzeuge erforderlich sind, nach einander mit Strom beschickt werden, anstatt den ganzen Streckenleiter unter Strom zu halten, wodurch die Verluste, die aus Joule-Effect, Hysteresis und Foucault-Strömen entstehen, eben nur auf die beschickten Theilleiter zurückgeführt werden.

Die Theilung und die bei derselben benutzten Schaltvorrichtungen geben je nach der Anordnung der Verbindungen der letzteren mit den Theilleitern und den die Strecke befahrenden Fahrzeugen zu weiteren Neuerungen bei dieser Art von Bahnanlagen Veranlassung. Es kann nämlich mittelst derselben noch die Umsteuerung der Fahrzeuge sowie die thatsächliche Blockirung derselben in bestimmten Streckenabtheilungen erzielt werden.

Verschiedene Ausführungsformen der Schaltung des Streckenleiters sind nachstehend ausführlich beschrieben unter Hinweis auf die

dieselben schematisch veranschaulichende Zeichnung, auf welcher

Fig. ι die ' Schaltung für Stromzuführung unter beständigem Potential darstellt,

Fig. 2 die Schaltung für beständigen Strom,

Fig. 3 die Schaltung für die Umsteuerung der Fahrzeuge,

Fig. 4 die Blockschaltung,

Fig. 5 die Einrichtung zur Beeinflussung der Schalter,

Fig. 6 eine Ausführungsform der letzteren, Fig. 7 und 8 Abänderungen von Fig. 5 und 6,

Fig. 9 die Verbindungen der Schaltung mittelst der nach Fig. 6 beschriebenen Anordnung.

Der Abstand zwischen den Abschnitten des Streckenleiters bezw. den Theilleitern S ist gröfser oder kleiner, je nachdem die Strecke von einem Zuge oder nur einem Fahrzeuge befahren werden soll, indem der darunter angeordnete geradlinige Anker demzufolge kürzer oder länger gehalten werden kann, um mit seinem vorderen Ende den nächstfolgenden Theilleiter S zu überdecken, sobald das hintere Ende den vorhergehenden Theilleiter verläfst, so dafs die Theilleiter am dichtesten zusammenliegen müssen, wenn die Strecke nur mit einem einzigen Fahrzeug befahren werden soll. Hierbei hat der unter den Fahrzeugen angeordnete Anker die Länge eines Theilleiters 5 zuzüglich des zwischen zwei Theilleitern befindlichen Zwischenraumes, und haben die Theilleiter selbst eine Gröfse, die der Entwicklung des erforderlichen gleitenden Magnetfeldes entspricht.

Die Schaltung der Theilleiter könnte nun so gewählt werden, dafs beim Befahren der Linie jeder einzelne derselben unter Ausschaltung des vorhergehenden eingeschaltet würde, so dafs stets nur ein Abschnitt S mit Strom beschickt und alle übrigen stromlos sein würden. Eine derartig hohe Untertheilung ist jedoch nicht erforderlich und können in der Praxis eine größere Anzahl Theilleiter für eine Schal tvorrichfung auf einen Abschnitt der Linie kommen. In den gezeichneten Ausführungen sind zwei Theilleiter beispielsweise auf einen Abschnitt TuT""*ein"e Schaltvorrichtung gewählt worden. ~ ~~~~ ~~

In den Hauptlinien ist die Anlage im Allgemeinen wie folgt angeordnet: Die Theilleiter 5 sind zwischen den Schienen R R gelagert und sind die letzteren entsprechend der Länge der Abschnitte an den Stöfsen durch nichtleitende Zwischenstücke JJ von einander isolirt. Die Bewickelungen der Theilleiter S sind durch die Phasenstromleiter C₁ C₂ C₃ in Hintereinanderschaltung verbunden und werden nun die letzteren entweder zu den vom Kraftwerk 5 G ausgehenden Hauptleitungen D₁ D₂ D₃, welche der ganzen Linie entlang laufen, auf beständiges Potential oder aber auf beständigen Strom in Nebenschlufs geschaltet, und zwar im einen wie im anderen Falle durch die Vermittelung der für jeden Abschnitt vorgesehenen Schaltvorrichtung MC.

Letztere sind kleine Drehstrommotoren, deren Gehäuse bezw. Inductoren entweder unmittelbar oder durch Vermittelung eines Transformators auf die Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ geschaltet sind, oder aber es sind dieselben, wie es im vorliegenden Beispiel der Fall ist, durch besondere Leitungen O₁ O₂ O₃ gespeist, wie dies in den Fig. i, 2, 3 und 4 veranschaulicht ist. Der Inductor der Schaltmotoren ist daher beständig mit Dreiphasenstrom beschickt, während, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, der Anker r derselben eine Bewickelung für nur zwei Phasen a und b aufweist, deren Enden einerseits unter einander verbunden sind, während die anderen Enden mittelst auf zwei Ringen schleifender Bürsten oder auch einfach durch biegsame Stromleiter ff mit zwei von einander isolirten, der Bahn entlang gelegten Leitern, z. B. den Schienen R R, verbunden sind, so dafs dieser Zweiphasenstromkreis des Ankers durch Auflaufen des ersten Räderpaares des Fahrzeuges auf den der Schaltvorrichtung entsprechenden Abschnitt durch Vermittelung der Achse E geschlossen werden kann, während derselbe für gewöhnlich offen ist. Auf der Achse des Ankers r sitzt ein Hebel, welcher an einem Ende den dreifachen Stromschliefser bezw. Unterbrecher j und am anderen Ende das Gegengewicht C trägt. So lange der Anker r stromlos, d. h. der Zweiphasenstrom offen bleibt, behält C über den Contact j das Uebergewicht und hält den Stromkreis C₁ C₂ C₃ offen. Wird hingegen die Bewickelung α b des Ankers durch das Fahrzeug und die an die Schienen R R angeschlossenen Leiter ff kurz geschlossen, so werden Ströme inducirt, welche den Anker in der Pfeilrichtung antreiben, das Gegengewicht C anheben und dabei durch den Contact j den Stromkreis C₁ C₂ C₃ so lange geschlossen halten, bis der Stromkreis der Bewickelung a b unterbrochen wird, was geschieht, sobald das Fahrzeug über einen der den Abschnitt begrenzenden isolirten Stöfse JJ hinwegläuft. Bei der Schaltung auf beständiges Potential (Fig. 1) geht daher kein Strom vom Kraftwerk 5 G und den Hauptleitungen D₁ D₂ D₈ durch die Theilleiter 5¹ und die dieselben verbindenden Stromleiter C₁ C₂ C₃, so lange kein Zug oder kein Fahrzeug in den an beiden Enden durch die isolirten Schienenstöfse JV begrenzten Abschnitt einläuft, und es bleibt auch so lange der Schalter j offen. Sobald aber das Fahrzeug einläuft und die Ankerwickelung des Schaltmotörs M kurz schliefst, wird auch der Stromkreis in den Leitungen C₁ C₂ C₃ und den Theilleitern Ä S geschlossen, welche dann den unter dem Fahrzeuge angeordneten geradlinigen Anker forttreiben.

Hierbei giebt es einen Augenblick, wo zwei an einander stofsende Abschnitte mit Strom beschickt sind, und zwar dann, wenn das erste Räderpaar bereits in den zweiten Abschnitt eingelaufen ist, während das letzte sich noch in dem vorherigen Abschnitt befindet. In diesem kurzen Zeitraum sind die beiden Abschnitte zu den Hauptleitungen D₁ D., D₃ parallel geschaltet.

Bei der Schaltung auf bestandigen Strom (Fig. 2) sind die Schaltmotoren unmittelbar in die Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ eingeschaltet und halten den Kreis normal geschlossen durch die Wirkung des Gewichtes C. Hierbei geht annähernd der ganze von der Centrale S G ausgehende Strom durch die Hauptleitungen, da der Widerstand der Theilleiter S S so grofs ist, dafs nur ein durchaus unbedeutender Bruchtheil des Stromes durch die Leitungen C₁ C₂ C₃ gehen kann, so lange kein Fahrzeug auf die Strecke kommt. Läuft jedoch ein solches in einen der Abschnitte ein, so wird die Ankerwickelung des Schaltmotors M kurz geschlossen, die Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ werden bei j unterbrochen, so dafs nunmehr der ganze Strom durch die Stromleiter C₁ C₂ C₃ und die Theilleiter S S geht, bis das Fahrzeug den Abschnitt verläfst und die nächstfolgenden in derselben Weise schaltet.

Beim Bau der Schaltmotoren kann an Stelle des Gegengewichtes C ein zweiter mit dem ersten identischer Motor benutzt werden, wobei dessen Anker r₂ auf derselben Achse, die den Anker T₁ trägt, sitzt, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Der einzige Unterschied zwischen den Zwillingsmotoren besteht darin, dafs die Leiter des Stromkreises O₁ O₂ O₃ mit den Bewickelungen der Inductoren I₁ t₂ in entgegengesetzten Phasenrichtungen verbunden sind, so dafs, wenn die Bewickelungen des Ankers r_l kurz geschlossen sind, der letztere sich in der Pfeilrichlung bewegt und den Strom in den Theilleitern schliefst, denselben dagegen unterbricht, sobald der Kurzschluss auf Anker r_x aufgehoben, dagegen auf Anker r₂ hergestellt wird und dadurch den Anker r₂ in der entgegengesetzten Pfeilrichtung bewegt.

Um diese beiden Vorgänge in der entsprechenden Aufeinanderfolge zu ermöglichen, ist jeder Abschnitt an beiden Enden durch zwei von einander isolirte Schienenstücke q₁ q_{ q₂ q₂ begrenzt (Fig. 9). Läuft das Fahrzeug in der Pfeilrichtung von links nach rechts, so wird durch die Stücke ^₁ q₁ Anker T₁ kurz und dadurch der Strom in den Theilleitern geschlossen und Alles bleibt in dieser Lage, so lange das Fahrzeug auf dem Abschnitt q₃q₃ läuft, weil hierbei auf die Schaltmotoren keine Einwirkung stattfindet. Sobald jedoch das Fahrzeug die Stücke q₂ q.₂ am Ende des Abschnittes berührt, wird die damit verbundene Ankerwickelung von r₂ kurz geschlossen und hierdurch der Strom in dem soeben befahrenen Abschnitt unterbrochen, um in dem nächstfolgenden durch die Stücke q_{ q₁ wieder geschlossen zu werden u. s. w.

An Stelle der Schaltmotoren mit kreisförmigen Inductoren und Ankern können auch solche mit geradlinigen Inductoren und Ankern (Fig. 7 und 8) zur Verwendung kommen. Hierbei wird, wie für die Bahn selbst, das Magnetfeld gleitend anstatt rotirend und laufen die Anker auf Rollen g, während für die der Fig. 5 entsprechende Ausführungsform das Gegengewicht C durch eine Feder h ersetzt wird. Für beide Abänderungen bleiben die elektrischen Verbindungen dieselben wie in den Fig. 5 und 6. ■

Werden zwischen dem Theilleiterkreis C₁ C₂ C₃ und den Hauptleitern D₁ D₂ D₃ zwei Schaltmotoren mit je einem Stromschlufs J₁ und j.₂ vorgesehen, derart, dafs einer den Strom der Theilleiter in der einen Phasenrichtung K₂ und der andere denselben in der anderen Phasenrichtung K₁ schalten kann, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, so kann mittelst entsprechender Verbindungen des Fahrzeuges mit den Ankern der Schaltmotoren vom Fahrzeuge selbst aus die Umsteuerung desselben durch entsprechende Beeinflussung der Schaltmotoren erzielt werden.

Zu diesem Zwecke ist auf dem Fahrzeuge ein Umschalter^ angebracht, welcher, je nachdem er nach rechts oder nach links gedreht wird, den Motor M₁ oder M₂ bezw. den Unterbrecher J₁ oder j._z entsprechend steuert.

Die hierzu erforderlichen Verbindungen mit den Schaltmotoren werden dadurch hergestellt, dafs an dem Fahrzeuge aufser seinen gewöhnlichen Laufrädern noch ein schmalspuriges Räderpaar angebracht ist, dessen zwei Achsenhälften E₁ E₀ von einander isolirt und nach Belieben durch den Umschalter y mit der Hauptradachse E verbunden werden können. Die schmalspurigen Räder laufen auf entsprechenden Schienen jR jR, welche an den Schaltstellen mit R₂ i?₃, dagegen die gewöhnlichen Schienen hier mit -R₁ i?₄ bezeichnet sind. Dieselben Zeichen sind auch für . die verschiedenen Verbindungsdrähte /Ί/2/3/4 der Schienen mit den Ankern der Motoren Ai₁ M, gewählt worden.

Hieraus ergiebt es sich nun, dafs, wenn der Umschalter y die Achsenhälfte E₁ mit E verbindet, die Bewickelung des Ankers von M₁ durch R₁ R^f₁ f₂ kurz geschlossen und der Strom in den Theilleitern derart geschlossen wird, dafs sich das Fahrzeug von rechts nach links fortbewegt. Wird dagegen der Umschalter j«- nach E₂ umgelegt, so wird die Verbindung R_s -R₄₁Z_3-Z₄ auf M₂ hergestellt und das Fahrzeug umgesteuert.

Claims (6)

1. Die Blockirung eines Fahrzeuges bezw. Zuges in einem Abschnitt, so lange ein Fahrzeug sich in dem nächstfolgenden Abschnitt befindet, wird dadurch bewerkstelligt, dafs das letztere Fahrzeug die Theilleiter derart schaltet, dafs kein Strom in die Theilleiter des vorhergehenden Abschnittes gelangen kann. Dies wird dadurch erzielt, dafs die Stromschliefser bezw. Unterbrecher J₁J₂J₃ u. s. vv. der Schaltvorrichtungen, welche normal den Theilleiterstrom C₁ C₂ C₃ eines Abschnittes zu schliefsen bestimmt sind, von dem Fahrzeuge aus,, welches sich in dem nächstfolgenden Abschnitt befindet, dahin gesteuert werden, dafs der Theilleiterstromkreis des vorhergehenden Abschnittes bei K₂ von demselben geöffnet, dagegen aber derjenige, auf welchem sich das Fahrzeug befindet, bei K₁ geschlossen bezw. mit den Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ verbunden wird, wie dies in den Abschnitten ι und 3 (Fig. 4) veranschaulicht ist. Das Fahrzeug bewegt den Anker der Schaltmotoren M₁Af₃ kurz schliefsend, in der beschriebenen Weise den zwischen den zwei Contacten K₁ K₂ schwingenden, mit den Hauptleitungen elektrisch verbundenen Schalter, so dafs daher, so lange das Fahrzeug sich in dem Abschnitt 3 befindet, der Abschnitt 2 stromlos bleiben wird, selbst auch dann, wenn das Fahrzeug aus dem Abschnitt 1 in den Abschnitt 2 übergeht und hierbei den Stromkreis bei K₁ schliefst, indem es leicht ersichtlich ist, dafs das Fahrzeug aus Abschnitt 3 herausfahren mufs, ehe das Gewicht C des Motors M₃ ausschlägt und den betreffenden Kreis im neutralen Punkte bei K₂ schliefst.

   Der verfolgte Zweck wird also dadurch erreicht, dafs die Schaltvorrichtung in elektrischer Verbindung mit der Hauptleitung D₁ D₂ D₃, zwischen dem Ende des Theilleiterstromkreises des vorhergehenden Abschnittes und dem Anfange desselben des nächstfolgenden Abschnittes eingeschaltet wird und dadurch infolge der Gegenwart des Fahrzeuges in einem Abschnitt die Stromlosigkeit des vorhergehenden Abschnittes sichert.

   Wären für diese Blockirungsanordnung sämmtliche Schalter in elektrischer Verbindung mit der Hauptleitung, so wurden sämmtliche Abschnitte auf dieselbe in Nebenschlufs und folglich auf beständigen Strom geschaltet werden, während, wenn auf zwei Schaltvorrichtungen nur eine diese Verbindung hat, dagegen die zweite unabhängig von der Hauptleitung bleibt, die Linie auf -beständiges Potential geschaltet ist, und zwar abwechselnd einmal am Anfang und einmal am Ende des Theilleiterstromcs C₁ C₂ C₃ jedes Abschnittes.

   Pate NT-A ν Sprüche:

   ι . Bahnanlage mit Mehrphasenwechselstrombetrieb derjenigen Art, bei welcher der Inductor eines Mehrphasenwechselstrommotors als Streckenleiter im Gleise gelagert ist und den ebenfalls geradlinig abgewickelten, unter dem Fahrzeuge angeordneten Anker in der bekannten Weise fortbewegt, dadurch gekennzeichnet, dafs die Streckenleiter in mehrere Theilleiter 5, die unter sich durch die Phasenstromleiter C₁ C₂ C₃ verbunden sind, getheilt sind, und dafs zwei oder mehrere dieser Theilleiter & zu Abschnitten verbunden sind, die für gewöhnlich stromlos bleiben, dagegen mit Strom beschickt werden, sofern zwischen den Abschnitten eingeschaltete, als Schaltvorrichtungen dienende Mehrphasenwechselstrorninotbren M, deren Gehäusewickelung t "beständig mit Dreiphasenstrom von den Leitungen O₁ O₂ O₃ durchflossen wird, während die mit den Fahrschienen R R verbundene Zweiphasenstromwickelung a bff des Ankers r für gewöhnlich offen bleibt, dadurch den Strom in den Theilleitern S schliefsen, dafs ein in einen Abschnitt eintretendes Fahrzeug die Ankerwickelung a bff durch Vermittlung der Räder und deren Achse E kurz schliefst und den mit der Ankerachse verbundenen Stromschliefser bezw. Unterbrecher j entsprechend einstellt.
2. 2. Eine Ausführungsform des Schaltmotors M für eine Bahnanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs der mit der Ankerachse fest verbundene StromschliefserJ durch ein ,Gegengewicht C in seiner normalen Stellung gehalten wird, oder dadurch, dafs auf derselben Achse, die den Anker r₁ trägt, ein .zweiter Anker. r_% eines dem ersteren gleichen Motors sitzt, dessen Gehäusewickelung in entgegengesetzter Phasenrichtung auf den Stromkreis O₁ O₂ O₃ geschaltet ist (Fig. 5, 6, 7, 8 und 9).
3. 3. Eine. Ausführungsform der durch Anspruch ι geschützten Bahnanlage, dadurch gekennzeichnet, dafs der Schaltmotqr M mittelst des Stromschliefsers_/ den von den Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ abgezweigten Theijl· leiterstromkreis C₁ C₂ C₃ beim Einlaufen des Fahrzeuges in den betreffenden Streckenabschnitt _im__jieutra]en Punkte der drei Rh.asen schliefst (Fig. 1).
4. 4. Eine Äusführungsform der unter 1. geschützten Bahnanlage, dadurch gekennzeichnet, dafs der in die Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ direct eingeschaltete Schaltmotor M beim Einlauf des Fahrzeuges in einen Abschnitt die Hauptleitungen unterbricht und dadurch die mit beiden Enden an dieselben angeschlossenen, für gewöhnlich irn Nebenschlufs liegenden Theilleiter^S¹ 5 unter Stromi"setzt (Fig. 2).
5. 5. Eine Ausführungsform der unter 1. geschützten Bahnanlage zweck^jymsteuerung,

   der Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, " dais~zweT"ScEaitmotoren M₁ und Af₂, deren Stromschliefser J₁ undj.₂ durch Leitungen K₂ und K₁ in entgegengesetzter Phasenrichtung mit den Hauptleitungen D₁ D₂ D₃ verbunden sind, den Strom in der einen oder anderen Richtung durch die Theilleiter S schicken, je nachdem der Anker des einen oder des anderen Schaltmotars durch Verstellung eines Umschalters y auf dem Fahrzeuge dadurch beeirmuTsTwird, dafs letzterer eine Hälfte der Achse E₁ E₂ eines schmalspurigen Räderpaares mit der Achse E verbindet, und so durch Vermittelung der Schienen .R₁ R₂ oder .R₃ R₄ die Ankerwickelung von M₁ durch J₁ /₂ oder von M₂ durch f_zf_i kurz schliefst (Fig. 3).
6. 6. Eine Ausfuhrungsform der unter 1. geschützten Bahnanlage zwecks Blockirung eines Fahrzeuges in einenTStfeckehäbschhitt, so lange sich ein Fahrzeug in dem nächstfolgenden Abschnitt befindet, dadurch gekennzeichnet, dafs der mit den Hauptleitungen verbundene Stromschliefser j des Schaltmotors zwischen dem Ende des Stromkreises des zu blockirenden Abschnittes und dem Anfange des Stromkreises des nächstfolgenden Abschnittes eingeschaltet ist und normal das Ende des vorhergehenden Stromkreises bei K₂ geschlossen hält, dagegen bei Verweilen eines Fahrzeuges den Anfang des folgenden Stromkreises durch Kurzschlufs des Schaltmotors bei K₁ schliefst und den vorhergehenden' offen hält (Fig. 4).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.