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überwachungseinrichtung für den Betrieb von Brennkraftmaschinenanlagen
mit elektrischer Leistungsübertragung, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine Überwachungseinrichtung für den Betrieb von Brennkraftmaschinenanlageri
mit elektrischer Leistungsübertragung, insbesondere für Fahrzeuge, bei welcher die
Spannung des zur Leistungsübertragung dienenden Generators in Abhängigkeit von der
Drehzahl derart geregelt wird, daß bei der eingestellten Drehzahl die Belastung
der Brennkraftmaschine unveränderlich bleibt. Sie besteht darin, daß nicht nur ein
an die Leistungsübertragung angeschlossenes, nach dem Prinzip eines zur Messung
elektrischer Leistung dienenden Anzeigers arbeitendes Anzeigegerät, sondern auch
noch eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Einstellung
der Brennstoffinenge für die Brennkraftinaschine arbeitet, und daß die Anzeige des
Anzeigegeräts, die Anzeige der Anzeigeeinrichtung und die Schaltstellungen des Schaltorgans
oder der Schaltorgane zum Einstellen von Drehmoment oder Drehzahl der Brennkraftinaschine
oder beiden derart abgestimmt sind, daß durch bestimmte Unterschiede zwischen den
Anzeigen und den Schaltstellungen Betriebsstörungen erkennbar gemacht werden. Nun
ist es zwar bekannt, bei dieselelektrisch angetriebenen Lokomotiven mit Generator
urd Elektromotor in Leonardschaltung mittels eines Zeigers die höchstzulässige und
mittels eines anderen Zeigers die tatsächlich auftretende Leistung anzuzeigen. Dabei
gibt es aber keine Möglichkeit, festzustellen, ob einzelne Zylinder der Brerinkraftmaschine
aussetzen, und diese Einrichtung versagt auch insofern, als es ohne weiteres möglich
ist, die noch richtig arbeitenden Zylinder zu überlasten.
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Bekannt ist es ebenfalls, mittels einer optischen oder akustischen
Signaleinrichtung den Belastnngszustaiid einer Brennkraftmaschine, einer dieselelektrisch
angetriebenen Lokomotive, im ganzen anzuzeigen. Wenn sich dabei auch eine Überlastung
der Brennkraftmaschirie feststellen läßt, so ist es in keiner Weise möglich, festzustellen,
ob die Überlastung auf eine Störung an der Brennkraftmaschine oder auf eine Störung
iii, der elektrischen Übertragung zurückzuführen. ist.
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Bei Brennkraftmaschinenanlagen mit elektrischer Leistungsübertragung
ist es bekannt, die Spannung des zur Leistungsübertragurg
dienenden
Generators in Abhängigkeit von der Drehzahl, z. B. vom Drehzahlregler der Brennkraftmaschine
aus, zu regeln. Solche Regeleinrichtungen haben den Vorteil, daß die Leistung der
Brennkraftmaschine auf dem Werd gleichbleibend gehalten wird, der für did: eingestellte
Drehzahl von vornherein festgesetzt worden ist. Fördert z. B. eine der
je
einem Brennkraftmaschinenzylinder zugeordneten Brennstoffpumpen keinen
Brennstoff oder weniger als normal, so sorgt die Regeleinrichtung dafür, daß die
Belastung der Brennkraftmaschine so weit herabgesetzt wird, daß die übrigen Brennstoffpumpen
nur die normale Brennstoffmenge fördern.
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Eine derartige selbsttätige Regelung macht ein Meßinstrument zum Messen
der Leistung des Generators insofern überflüssig, als die Bedienung niemals in die
Lage kommt, Maßnahmen zur Verhinderung einer zu hohen Belastung der Brennkraftmaschinenzylinder
treffen zu müssen. Daß allerdings bei derartigen Anlagen auf Fahrzeugen der Führer
einen Leistungsausfall nur an der zu niedrigen Fahrgeschwindigkeit erkenht, sich
aber über die Ursache des Ausfalles keine Rechenschaft geben kann, ist ein Nachteil,
der mit dem Einbau eines Wattmeters nicht behoben wird, weil dieses lediglich eine
zahlenmäßige Angabe über die Größe des Leistungsausfalles geben kann, nicht' aber
die Störungsquelle erkennen läßt.
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Als Vorteil der Erfindung ergibt sich somit, daß es mit einfachen
Mitteln möglich gemacht ist, sofort festzustellen, ob die Leistungssenkung auf einen
Fehler in der Brennkraftmaschine oder an der elektrischen Übertragung zurückzuführen
ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. DerDieselmotori treibt denHauptgenerator2, der zur elektrischen Leistungsübertragung
dient, und den Hilfsgenerator 3 für die Fremderregung des Hauptgenerators
2 an. Der Hauptgenerator2 speist die Triebmotorell 4. In den Stromkreis
5
des Hilfsgenerators 3 ist die Erregerwicklung 6
des Hauptgenerators
2 und ein Widerstand 7
eingeschaltet, der zur Regelung des Erregerstromes
dient. Der Kontakthebel 8 wird vom Servomotorkolben, 9 verstellt.
Der Schieber io steuert die Druckmittelzufuhr ii und -abfuhr i?, für den Kolben
9, wobei die Feder 13 dem Druck des Druckmittels entgegenwirkt. Der Schieber
io wird vorn Drehzahlregler 14 der Brennkraftmaschine i aus verstellt, indem der
mit der Muffe 16 (Fig. 2) verbundene Hebel 15 seine Bewegung mittels der Stange
17 auf den im Drehpunkt 18 sich drehenden Hebel ig überträgt, an den der Schieber
io angelenkt ist.
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Bei Zunahme der Belastung der Brennkraftmaschine verschieben sich
die Muffe 16 und die Stange 17 nach rechts. Der Schieber io geht nach links und
öffnet den Druckmittelabfluß 12, so daß der Kolben 9 mit dem Kontakthebel
8
nach oben gehen und Stufen am Widerstand 7
zuschalten kann. Dadurch
verringert sich die Erregung des Hauptgenerators:z und somit die Belastung der Brennkraftmaschine,
so daß bei 'eleichgewicht zwischen Belastung und Leistung der Schieber io wiederum
in die gezeichnete Abschlußstellung zurückkehrt und ein weiteres Steigen des Kolbens
9 verhindert. Bei Belastungsabnahme erfolgen die Vorgänge entgegengesetzt.
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Der Drehpunkt 18 ist durch seine Anordnung auf dem Hebel 2,o verstellbar
ausgebildet. Zur Einstellung des Hebels 2o dienen die Magnetspulen 21 und 22 sowie
die Feder 23. Von der Muffe 16 des Reglers 14 wird mittels des um die Achse
24 sich drehenden Hebels 25 (Fig. 2) die Stange 26 betätigt, die die
geförderte Brennstoffmenge der den einzelnen Brennkraftmaschinenzylindern der Brennkraftmaschiiie
i zugeordneten Brennstoffpumpen 27 in bekannter Weise, z. B. durch Drehen
der mit Steuerkanten versehenen Plunger dieser Pumpen, einstellt, von denen
je zwei zu einem Block vereinigt sind, Der Drehzahlregler 14 ist mit mehreren
Reglerfedern 28, ?q und 3o zum Einstellen verschiedener Drehzahlen versehen, die
mittels des Steuerschalters 31 auf elektropneumatische Weise eingestellt werden.
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In den Schaltstellungen o und i des Steuerschalters 31 ist ein Fig.
2 die Muffe 16 nur durch die Feder 28 belastet. In den Schaltstellungen:z
und 3 kommt über die Leitung 32 die MagnetsPule 33 unter Strom,
und das Ventil 34 steht in der gezeichneten Stellung,'so daß das Druckmittel aus
der Leitung 35 den Kolben 36 beaufschlagt. Dadurch ist dieser nach
rechts in die gezeichnete Stellung bis zum Anschlag 37 verschoben worden
und hat den Kolben 38 mitgenommen, der zu der Feder 28 die Feder 29
als Belastung der Muffe 16 zuschaltet.
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In der-Nlullstellung, wenn die beiden Kolben 36
und
38 sich in der linken Endlage befinden, ist der linke Federteller
39 in einiger Entfernung von dem Kolbenboden des Kolbens 38, ähnlich
wie in der gezeichneten Stellung der Kolben der Federteller 4o der Feder
30 etwas vom Federteller 39 entfernt ist. Erst wenn in den Schaltstellungen
4 und 5 auch der Magnet 41 über die Leitung 4-- Strom erhält und das Ventil
43 um go' für die Herstellung der Verbindung der Leitung 35 mit dem Kolben
38 gedreht wird, tritt eine weitere Verschiebung des Kolbens 38,
dessen
Rand 44 sich vom Kolben 36 abhebt, ein, und die Feder 3o wird zugeschaltet,
indem der Federteller 39 auf dem Federteller 4o aufsitzt. Diese Verschiebung
des Kolbens 38 wird durch den Anschlag 45 begrenzt. Bei den verschiedenen
Drehzahlen hält der Spannungsregler 3' im Stromkreis der Erregerwicklung
des
Hilfsgenerators 3 dessen Spannung auf gleicher Höhe.
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Die Verlängerung 46 des Hebels 25 ist mit einer Verzahnung47
versehen, welche in das mit dem Hebel 15 verbundene Zahnsegment 48 eingreift. Wäre
der Drehpunkt 18 des Hebels ig fest, so würde der Hebel 15 bei allen Drehzahleinstellungen
mittels des Steuerschalters 31 und der Kolben 36 und 38 bei
Gleichgewicfit zwischen Belastung und Leistung der Brennkraftmaschine i ein und
dieselbe Stellung entsprechendder Abschlußstellung des Schiebers io einnehmen. Nun
wird aber außerdem' mittels des Steuerschalters 31 die Stellung des Drehpunktes
18 bestimmt. In den Stellungen o bis 2 des Steuerschalters 31 sind die Spulen 21
und 22 stromlos und die fest miteinander verbundenen, an den Hebel 2o angelenkten
Anker 49 und 5o in der äußersten Stellung 1. In den SchaltstellungeR
3 und 4 des Steuerschalters 31 erhält der Magnet 21 über die Leitung Si Strom,
so daß die Anker 49 und 5o sich entgegen der Kraft der Feder 23 nach rechts
verschieben, bis das Gelenk 63 in der Stellung II steht. In der Schaltstellung
5 des Steuerschalters 31 erhält dann der Magnet 22 über die Leitung
52 Strom, während der Magnet 21 abgeschaltet wird. Nunmehr wird der Anker
5o ganz in die Spule 22 hineingezogen, wobei das Gelenk 63 in die Stellung
III gelangt. Diesen verschiedenen Stellungen des Gelenkes 63 entsprechend
steht der Hebel 15 entweder bei der Marke i und 2 der Skala 53 bzw.
3 und 4 oder 5.
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Der Schalter 55 im Stromkreis 5 dient zum Ein- und Ausschalten
der Erregung des Hauptgenerators, wenn die Brennkraftmaschine i läuft.
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In den Ankerstromkreis des Hauptgenerators 2 ist ein Shunt
56 eingeschaltet. Die zu beiden Seiten dieses Shunts abkweigenden Leitungen
57 führen zur Stromspule und die an den Ankerkleinmen des Hauptgenerators
liegenden Leitungen
58 zur Spannungsspule des Anzeigegeräts
59, das
nach der Art eines elektrischen Leistungsmessers arbeitet. Die Anzeige des Anzeigegeräts
wird durch die Stellung des Zeigers 6o auf der Skala 61 sichtbar gemacht. Die Skala
61 ist gemäß den den Schaltstellungen o bis
5 des Stenerschalters 31 entsprechenden
Sollwerten der Leistung des Generators 2 eingeteilt und ebenfalls mit den Zahlen
o bis
5
entsprechend den Schaltstellungen o bis
5 des Steuerschalters
31 versehen. Der Hebel 15 ist zu einer Anzeigeeinrichtung ausgestaltet. Die Skala
54 mit den Zahlen o bis io gibt lediglich ein Maß für die Bewegung der Reglermuffe
16, während die Skala
53 so eingeteilt ist, daß sie auf Sollwerte der Leistung
der Brennkraftmaschine abgestimmt ist, die den Schaltstellungen o bis
5 des Steuerschalters 31 entsprechen. Durch die besondere Ausbildung des
Steuerschalterbelages
62 werden gemäß der Zeichnung für die sechs Schaltstellungen
folgende Drehmomente und Drehzahlen eingestellt:
| Fahrschalterstellung 1 2 3 4 5 |
| Drehzahl ......... n, n, n' % n, |
| Drehmoment ..... M, M, M, M2 M3 |
Es werden nun bei dem Anzeigegerät
59 bei den Werten nMla, %Ha, %H,a, lt.A1,a,
%H3a (wobei a ein annähernd gleichbleibender Wert ist) die Markierungen i bis
5 angebracht.
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Die Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung ist nun folgende: Steht
sowohl der Hebel 15 als auch der Zeiger 6o bei der Zahl, die der am Steuerschalter
31 eingestellten entspricht, so ist sowohl bei der Brennkraftmaschine i als auch
in der elektrischen Leistungsübertragung alles in Ordnung. Steht dagegen bei einer
' bestünmten Schaltstellung des Steuerschalters 31 der Zeiger 6o des Anzeigegeräts
59 unter der Zahl der Schaltstellung, so ist ein Leistungsausfall vorhanden.
Steht der Hebel 15 ebenfalls unter der Zahl der Schaltstellung, so ist etwas in
der elektrischen Leistungsübertragung nicht in Ordnung. Es ist z. B. eine Leitung
unterbrochen, oder der Generator erreicht wegen Störungen in der Erregung nur eine
begrenzte Spannung. Befindet sich hingegen der Hebel 15 auf der richtigen Zahl,
trotzdem die Anzeige des Gerätes 59 zu niedrig ist, so heißt dies, daß einzelne
Zylinder des Dieselmotors ganz oder teilweise aussetzen. Es kann daher leicht festgestellt
werden, wo im Falle eines Leistungsausfalles die Störungsquelle zu suchen ist Schließlich
kann es auch vorkommen, daß das Gerät 59 oder der Hebel 15 oder beide
bei einer höheren Zahl stehen, als der gerade eingestellten Schaltstellung des Steuerschalters
31 entspricht. Dies würde bedeuten, daß einee der Leitungen 32, 42 oder 51,
52 mit dem positiven Pol oder mit einer anderen, bereits eingeschalteten
Leitung Schluß hat, so daß der betreffende Magnet 21 oder -22 oder eines der Drehzahlregelventile
34 und 43 fälschlicherweise eingeschaltet ist.
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An Stelle eines einzigen Steuerschalters für die Einstellung der Drehmomente
und der Drehzahlen können auch zwei Steuerschalter vorgesehen sein, wobei der eine
nur die Drehmomente einstellt und der andere mir die Drehzahlen. Im Gegensatz zu
dem Ausführungsbeispiel wäre es dann möglich, bei den einzelnen Drehmomenten jeweils
alle Drehzahlwerte einzustellen bzw. bei jeder Drehzahl alle Drehmomente. Dadurch
ergibt sich bei der Skala des Anzeigegerätes unter Umständen eine ganz andere Einteilung
als in den Fig. i und 2 der Zeichnung, indem die Zeigerstellung für die
gleiche
Drehzahl bei den einzelnen Drehmomenten verschieden ist.
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In folgender Einteilung
| I/0 1/1 1/2 1/3 |
| II/0 il/' II/' II/' |
| iii/o Ili/' Iii/' iii/' |
stellen die ZahlenI, II und III die Schaltstellungen des Schaltorgans für die Drehzahl
und die Zahlen o, 1, 2 und
3 die Schaltstellungen des Schaltorgans für die
Drehmomente dar. Die Anzeigeeinrichtung am Brennkraftmaschinenregler hätte dann
für alle Stellungen
1,
II und III des Drehzahlschaltorgans gültige Skalen
o, 1, 2,
3. Andererseits kann aber auch der Dieselmotor mit nur einer Drehzahl
betrieben -werden, während mit dem Schaltorgan für die Drehmomente mehrere Drehmomente
eingestellt werden können, oder es können nur ein Drehmomerit, dagegen mehrere Drehzahlen
eingestellt werden.
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Ferner ist der Fall denkbar, daß mittels des Steuerschalters
31: nur die Drehzahl verstellt wird, während das Drehmoment bei Übergang
von einer Drehzahl auf die benachbarte durch eine mit dem Reglergestänge verbundene
Vorrichtung verändert wird. je nachdem diese Verstellung zwiscUen Hebel 15 und Schieber
io oder zwischen Hebel 15 und Muffe 16 erfolgt, wird die Skala 53 außer der
o-. Stellung nur eine einzige für alle Stellungen des Anzeigegeräts 59
gültige
Marke haben, oder aber die Skala erhält die Zahlen o, 1, 2, 3 usw. Kann nur
ein Drehmomerit eingestellt werden, so hat der Zeiger 15 nur eine Betriebsstellung.
Es kann somit die Anzeige des Zeigers 15 in einfachster Weise zum Steuerstand übertragen
werden. Befindet er sich in der dem einzustellenden Drehmoment entsprechenden Stellung,
so schließt er z. B. den Strom für eine Lampe bestimmter Farbe bzw. mit einem bestimmten
Zeichen, oder in dieser Stellung ist der Stromkreis einer Warnungslampe geöffnet.
Weicht der Zeiger von der genannten Stellung nach der einen oder anderen Seite ab,
so schließt er den Stromkreis einer Lampe anderer Farbe oder mit einem anderen Zeichen
und öffnet den Stromkreis der ersten Lampe. Im zweiten Fall schließt er den Stromkreis
für die'Warnungslampe.
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Wenn der Zeiger 15 der Anzeigeeinrichtung, wie im Ausführungsbeispiel
beschrieben, verschiedene Stellungen hat, so können auch diese Stellungen durch
mechanische, pneumatische, elektrische oder andere an sich bekannte Übertragungsmittel
zum Steuerstand übertragen werden. Dabei kann für die Übertragung der Stellung des
Zeigers 15 fin Anzeigegerät 59 ein weiterer Zeiger außer dem Zeiger 6o vorhanden
sein, so daß das Anzeigegerät und die Anzeigeeinrichtung zu einem einzigen im Steuerstand
angeordneten Apparat vereinigt sind. # Die Regelung der Brennstoffmenge bei den
den Brennkraftmaschinenzylindern zugeordneten einzelnen Brennstoffpumpen kann auf
irgendeine der bekannten Arten, durch Verstellung eines Überströmventils, Verdrehung
des Pumpenplungers, Änderung des wirksamen Hubes des Plungers u. dgl., erfolgen.
Schließlich ist die Überwachungseinrichtung auch anwendbar für jede andere wie die
beschriebene Steuerung, bei der die Erregung des Generators und somit die Belastung
der Bremikraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl geregelt werden, wie
- z. B. für Steuerungen, bei denen die Erregung des Hauptgenerators in Abhängigkeit
von der Spannung eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Tachometergenerators
oder des Druckes einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Olpumpe geregelt
wird. Die Drehmomenteinstellung erfolgt bei solchen Steuerungen auf die bekannte
Art durch Einstellen eines Widerstandes in einem Stromkreis des Tachometergenerators
bzw. durch Einstellen einer Drosselöffnung für den Austritt des Öles. Auch bei diesen
Steuerungen, bei denen die Erregung nicht unmittelbar in Abhängigkeit vom Drehzahlregler
der Brennkraftmaschine geändert wird, kann die Anzeigeeinrichtung 15 trotzdem wie
beim beschriebenen Ausführungsbeispiel am Regler der Brennkraftmaschine angebracht
werden.
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Außer der Ausbildung des Anzeigegerätes als Leistungsmesser,
d. h. als Wattmeter, kann auch das Prinzip zur Messung elektrischer Leistung
für die Ausbildung dieses Gerätes verwendet werden, bei welchem ein von einer Strornspule
und ein von einer Spannungsspule beeinflußter Zeiger vorgesehen sind und die Anzeige
je durch den Schnittpinkt der beiden Zeiger gegeben wird. Dabei kann in der
Skala der Einfluß der Wirkungsgradverschlechterung bei kleineren Leistungen berücksichtigt
sein, so daß an Stelle der vom Generator an das Netz abgegebenen Leistung die vom
Generator an seiner Welle von der Brennkraftmaschine aufgenommene Leistung für die
Anzeige des Anzeigegerätes maßgebend ist.