DE138073C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

M 138073 KLASSE 20 Je.

in NÜRNBERG.

durch Motordynamos getheilt ist.

Bei elektrischen Bahnen, welche die Fahrschienen als Stromleitung benutzen, ist es häufig erforderlich, das Potential der Fahrschienen über ihren gesammten Verlauf auf möglichst gleicher Höhe zu halten, um im benachbarten Erdreich das Entstehen von Erdströmen, welche elektrolytische Zersetzungen der in der Nähe befindlichen metallischen Gas- und Wasserleitungen und dergl. hervorrufen, zu verhindern.

Mit den nachstehend beschriebenen Anordnungen soll diese Aufgabe gelöst werden, indem ähnliche Einrichtungen getroffen werden, wie bei einem Dreileitersystem mit Stromerzeugern von doppelter Verbrauchsspannung und wobei die Spannungstheilung durch Motordynamos oder Sammlerzellen bewirkt wird.

Während jedoch bei der für Licht- und Kraftanlagen bekannten Dreileiterschaltung in jeder der beiden Hälften des Systems Energieverbraucher (Lampen, Motoren und dergl.) eingeschaltet sind, welche möglichst gleichmäfsig auf beide Hälften vertheilt werden, sind nach der Erfindung in der zweiten Hälfte dieses Dreileitersystems Energieverbraucher im vorgedachten Sinne nicht vorhanden.

Es besteht die zweite Hälfte des Systems, die lediglich zu Regelungszwecken dient, nur aus der Fahrschiene als Mittelleiter und der an diesen direct angeschlossenen isolirten Rückleitung als Aufsenleiter, und es soll durch diese zweite Hälfte in Verbindung mit Motordynamos oder Schaltzellen erreicht werden, dafs das Potential der Fahrschiene über ihren ganzen Verlauf möglichst das gleiche bleibt. Die in der zweiten Hälfte des Systems verbrauchte Energie wird theils für die Leitungsverluste im Aufsen- und Mittelleiter, theils für die Verluste in den Motordynamos oder endlich zur Ladung von Accumulatorenzellen aufgewendet.

Da in der zweiten Hälfte des Systems zwischen dem Mittelleiter (Fahrschiene) und dem entfernten Ende des an diesen angeschlossenen Aufsenleiters auch nur ein Spannungsunterschied auftreten kann, der dem Höchstwerthe des Spannungsabfalles in der isolirten Rückleitung entspricht und letzterer nur einen Bruchtheil der Spannung der Betriebsdynamo beträgt, so ergiebt sich ferner, dafs die Spannungsunterschiede in den beiden Dreileiterhälften ungleich sind, so zwar, dafs der Spannungsunterschied zwischen Fahrdraht und Fahrschiene der einen Dreileiterhälfte wesentlich höher ist, als der Spannungsunterschied zwischen der Fahrschiene und dem entfernten Ende der Rückleitung der zweiten Dreileiterhälfte.

Dieser Unterschied zwischen den Spannungen der beiden Dreileiterhälften wird nach Obigem im Wesentlichen bestimmt durch den Spannungsabfall in der isolirten Rückleitung; letzterer wird nun mit zunehmender Belastung zwischen Fahrdraht und Fahrschiene gröfser und somit die Differenz zwischen den Spannungen der beiden Dreileiterhälften geringer; gleichzeitig wird aber auch durch Erhöhung des Spannungsabfalles in der Rückleitung die Belastung der durch die Fahrschienen und die Rückleitung

gebildeten anderen Dreileilerhä'lfte selbsttätig vergröfsert. Es wird also hier, im Gegensatz zu der bekannten Dreileiterschaltung für Licht- und Kraftanlagen, der Spannungsunterschied zwischen den beiden Dreileiterhälften mit zu-, nehmender Belastung einer Hälfte geringer und mit abnehmender Belastung gröfser.

In Fig. ι ist eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Motordynamos _: veranschaulicht. Es bezeichnet α die Betriebsdynamo, f den Fahrdraht (erster Aufsenleiter), s die Fahrschiene (Mittelleiter), k eine die Fahrschiene mit der Betriebsdynamo α verbindende isolirte Leitung (zweiter Aufsenleiter), d eine Nebenschlufsdynamo, m einen mit dieser starr gekuppelten Serienmotor. An diese Motordynamo ist bei c die Fahrschiene vermittelst der Leitung η angeschlossen. Bei belasteter Strecke wird der von den Wagenmotoren an die Fahrschiene s als Mittelleiter abgegebene Strom diesem auf drei Wegen entnommen. Ein ■ Theil fliefst durch die isolirte Leitung k, ein zweiter Theil durch den Motor m und ein dritter Theil durch die Dynamo d. Als eigentlicher Energieverbraucher der zweiten Hälfte des Systems ist die Leitung k aufzufassen, während die Motordynamo d m mit ähnlicher Wirkung in Thätigkeit tritt wie bei einem gewöhnlichen Dreileitersystem, indem diejenige Strommenge, welche die Leitung k nicht durchfliefst, von der Motordynamo aufgenommen und hierbei zum Theil durch die Dynamo d sofort wieder auf die Gebrauchsspannung der anderen Dreileiterhälfte gebracht wird, zum anderen Theil durch den Motor m zur Betriebsmaschine zurückfiiefst, wobei die vom Motor geleistete Arbeit zum Betrieb der Dynamo d verwendet wird.

Es ist hieraus ersichtlich, dafs die Betriebsspannung der Dynamo α durch die Fahrschiene als Mittelleiter in zwei Theile getheilt wird, deren einer diejenige Spannung darstellt, mit welcher die Wagenmotoren arbeiten, während der zweite Theil dem Spannungsabfall in der Leitung k entspricht. Das Potential der Fahrschiene s in Bezug auf die Dynamo a wird daher jeweils durch die Höhe des Spannungsabfalles in k bestimmt. Diesem Abfall entspricht auch jeweilig die Spannung des Motors m, während sich die jeweilige Spannung der Dynamo d nach der Spannung zwischen Fahrdraht f und Fahrschiene s richtet.

Es ergiebt sich hieraus, dafs das System selbstthätig auf gleiches Potential in der Fahrschiene zwischen dem Anschlufspunkt der Rückleitung k und dem Punkte c regulirt, abgesehen von dem Spannungsabfall in der Fahrschiene selbst, der durch ungleich vertheilte Streckenbelastung oder dadurch hervorgerufen wird, dafs die Belastung nach rechts über den Anschlufspunkt von k auf der Fahrschiene hinausrückl. Dieser Spannungsabfall kann jedoch jederzeit durch passende Wahl des. Anschlufspunktes k innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden.

Bei unbelasteter Strecke wird die Nebenschlufsdynamo d als Motor leer laufen und es wird der Leerlaufsstrom theils über c s k und theils über den Motor m zur Betriebsdynamo zurückfliefsen. Der Motor m betheiligt sich in diesem Falle nur so weit an der für das Aggregat zu leistenden Leerlaufsarbeit, als der ihn durchfliefsenden geringen Strommenge und dem geringen Spannungsabfalle in s und k entspricht.

Die Anordnung nach Fig. ι der vorliegenden Erfindung zeigt gegenüber der in der Patentschrift 107673 beschriebenen Einrichtung nicht allein eine nützliche Verwendung der Arbeitsleistung des Motors m, sondern auch noch insbesondere den Vortheil, dafs nur ein Theil des durch die Schienen unmittelbar zur Maschinenstation zurückfliefsenden Stromes durch den Motor m hindurchfliefsen mufs, während der andere Theil durch die Dynamo d wieder auf die-volle Spannung gebracht wird. Gerade diese Art der Anordnung der Maschine d, welche einen Theil des Rückstromes wieder unmittelbar aufnimmt, bildet einen wesentlichen Theil des Erfindungsgedankehs. Durch den Anschlufs des Verbindungspunktes c zwischen die Dynamo d und den Motor m an die Fahrschienen bildet das ganze System ein Dreileitersystem mit einer Motordynamo zur veränderlichen Theilung der Spannung der Betriebsdynamo λ, im Allgemeinen ein spannungsungleiches Dreileitersystem. Es sei ferner noch hervorgehoben, dafs bei der Anordnung nach Fig. ι der vorliegenden Erfindung infolge der bei c auftretenden Stromvertheilung sowohl der Motor m als auch die zur Belastung desselben dienende Maschine bei sonst gleichen Verhältnissen kleiner gewählt werden kann, als nach Patentschrift 107673. Die Wirkungsweise der vorliegenden Schaltungsart ist also eine von der Anordnung obiger Patentschrift wesentlich verschiedene.

An der beschriebenen Anordnung wird nichts geändert, wenn an die Fahrschiene noch mehrere Leitungen angeschlossen und mit Motordynamos verbunden sind, z. B. Leitung r, Dynamo b und Motor i (Fig. 1). Ebenso können auch die Motordynamos im Consumgebiet aufgestellt und durch eine Leitung /, welche infolge der theilweisen durch Dynamo g bewirkten Umformung des aus der Fahrschiene entnommenen Stromes entsprechend schwächer bemessen werden darf, mit der Betriebsdynamo verbunden sein. Findet in den Leitungen r und / infolge ihrer Länge ein beträchtlicherer Spannungsabfall statt, so arbeiten die Motoren i und h mit entsprechend geringerer Spannung, immer-

hin kann jedoch die Summe der Spannungsabfälle in den Leitungen r bezw. / und den zugehörigen Motoren i bezw. h nur unbedeutend verschieden sein von dem Spannungsabfall in der Leitung k. ■

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Sammlerbatterie mit Schaltzellen dargestellt.. Es be- _ zeichnet in Fig. 2 α die Betriebsdynamo, \ eine in Serie zu dieser geschaltete Zellenreihe, e eine zu diesen beiden parallel geschaltete Sammlerbatterie. Die Leitung η ist einerseits bei c an die Batterie angeschlossen und andererseits mit dem zunächst gelegenen Ende der Fahrschiene in Verbindatig gebracht; k ist eine entfernt im Netz an die Fahrschiene angeschlossene Rückleitung, die andererseits direct mit einem Pol der Zellenreihe { und der Batterie e in Verbindung steht. Die eine Hälfte des spannungsungleichen Dreileitersystems wird durch die Leitung f und die Fahrschiene s gebildet, die zweite Hälfte durch die Fahrschiene s und die Rückleitung k. In der Wirkungsweise ist die Anordnung vollkommen gleich der durch die Motordynamos erreichten. Das Potential der beiden Schienenanschlufspunkte von η und k wird dadurch auf möglichst gleicher Höhe gehalten, dafs der Punkt c, in welchem die Leitung η an die Batterie angeschlossen ist, bei wechselnder Belastung der Leitung k verschoben wird, so zwar, dafs bei gröfserem Spannungsabfall in der Leitung k sich eine gröfsere Anzahl von Zellen zwischen η und k befindet als bei geringerem Spannungsabfall. Die Verschiebung des Anschlufspunktes c kann hierbei unter Verwendung eines Zellenschalters von Hand oder selbsttätig bewirkt werden. Der mittelst der Leitung η der Fahrschiene s entnommene Strom durchfliefst die Schaltzellen der Batterie e und ladet diese Zellen, ehe er zur Betriebsdynamo zurückkehrt. Die mit letzterer in Serie geschalteten Zellen % werden im Betrieb entladen, so dafs in bestimmten Zeiträumen eine Auswechselung der Zellen \ gegen die Schaltzellen der Batterie e stattzufinden hat. Wo anderweitige Verwendung für die geladenen Schaltzellen ist, kann die Zusatzzellenreihe ^ wegfallen und die geladenen Zellen können durch neu aufzuladende ersetzt werden.

Die Verwendung von Sammlern zur Schienenentlastung ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, so in letzterer Zeit insbesondere durch die bekannte Kap ρ'sehe Anordnung (D. R. P. 88275), welche sich aber wesentlich von der vorliegenden Erfindung (Fig. 2) unterscheidet. Bei der Ka ρ ρ'sehen Anordnung wird durch Hintereinanderschaltung der Primärmaschine und einer Speicherbatterie ein Dreileitersystem gebildet, bei dem der Nullleiter vom Verbindungspunkt der Dynamo mit der Batterie ausgeht, während nach der Erfindung durch eine-zur Primärmaschine parallel geschaltete Batterie die Spannung der Primärmaschine getheilt wird, wobei der Mittelleiter je nach der Belastung an verschiedene Punkte der Batterie angelegt wird. Die Wirkung der ersten Anordnung läfst sich daher in belastetem Zustande mit einer normalen Dreileiteranlage, die der zweiten Anordnung mit einer Dreileiteranlage mit Ausgleichmaschinen vergleichen. Während nun bei der Ka ρ ρ'sehen Anordnung für alle Belastungen die gleiche E. M. K. in die entfernte Schienenanschlufsleitung eingeschaltet ist, wird bei der Anordnung nach Fig. 2 der vorliegenden Patentschrift eine veränderliche Gegen--E. M. K. in die unmittelbare Schienenanschlufsleitung gelegt; es wird demnach im ersteren Falle die ganze Batterie dauernd entladen und im letzteren Falle der zwischen Fahrschiene s und Leitung k gelegene Theil der Batterie dauernd geladen und der zwischen Fahrschiene s und der Contactleitung f gelegene Theil der Batterie je nach der Gröfse der Belastung geladen oder entladen. Nimmt man nun ferner an, dafs in beiden Fällen die unmittelbare (n) und die entfernte (k) Anschlufsleitung gleichviel Strom führen, so ist es ohne Weiteres ersichtlich, dafs die Kapp'sehe Batterie gröfser zu wählen ist, wie die Schaltzellen nach der Anordnung Fig. 2 der Erfindung, da bei letzterer am Punkte c die für die Verwendung von Ausgleichmaschinen in Dreileiteranlagen charakteristische Stromvertheilung stattfindet; es wird also bei letzterer nur ein Theil des Mittelleiterstromes (Strom in der Leitung n) die Schaltzellen durchfliefsen, während bei ersterer der ganze Aufsenleiterstrom (Strom in der Leitung k) durch die Batterie hindurchfliefsen mufs.

Auch bei dieser Anordnung wird nichts geändert, wenn noch weitere Rückleitungen, z. B. Leitung r (Fig. 2), an die Fahrschiene s angeschlossen und mit der Batterie e verbunden werden, in welchen ein geringerer Spannungsabfall als in Leitung k stattfindet. Diese Leitungen würden alsdann an einer entsprechenden Schaltzelle zwischen η und k anzuschliefsen sein. Bei vollständig unbelasteter Strecke stehen sämmtliche Leitungen n, r, k auf derselben Schaltzelle.

Claims (1)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Ein spannungsungleiches Dreileitersystem, bei welchem die Spannung zwischen den Aufsenleitern mittelst Motordynamos getheilt ist, dadurch gekennzeichnet, dafs die eine Hälfte, welche die Fahrleitung, die Fahrschiene bezw. die isolirte Rückleitung fr) und die Dynamos der Motordynamos enthält, die Betriebsspannung der Motorwagen führt, während die andere Hälfte, welche durch die Fahrschiene und die isolirte

   Rtickleitung (k) gebildet wird und die Motoren (Ti, m und i) der Motordynamos enthält, den Spannungsabfall der Fahrschiene ausgleicht.

   Eine Anordnung nach Anspruch i, bei der die Motordynamos zur Spannungstheilung ersetzt sind durch eine Accumulatorenbatterie, welche vermittelst ihrer Schaltzellen ein spannungsungleiches Dreileitersystem mit veränderlichem Spannungsunterschied der beiden Hälften bildet, derart, dafs der eine Theil der Batterie dauernd geladen und der andere je nach der Gröfse der Belastung ge- oder entladen wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.