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Nutzbremsschaltung für Fahrzeuge mit einphasigen Wechselstrom-Reihenschlußmotoren
Es ist bekannt, einphasige Wechselstrom-Reihenschlußmotoren auch zur Nutzbremsung
zu verwenden. Dabei sind die Anker der Motoren im allgemeinen an den Regeltransformator
bzw. das. Speisenetz angeschlossen, während die Feldwicklungen in Nebenschlußschaltung
aus dem gleichen Netz oder einer Fremderregerstromquelle mit Wechselstrom gespeist
werden. Die Erfindung beruht nun auf der neuen Erkenntnis, da.ß bei derartigen Nutzbremsschaltungen
beim Vorhandensein bestimmter Bremskennlinien außerordentliche Schäden eintreten
können, wenn die mit den Motoren gekuppelten Fahrzeugachsen ins Schleudern geraten.
Dies ist dann der Fall, wenn die Motoren beim Bremsbetrieb mit Fremderregung solche
Charakteristiken besitzen, daß beim Eintreten des Schleuderns die Drehzahl der Motoren
sich umkehrt. Hierbei treten einerseits sehr ungünstige Beanspruchungen der Schienen
wie der Bandagen auf, andererseits müssen die mit den Motoren gekuppelten Achsen
zeitweilig die Drehzahl o annehmen. Dies hat aber bekanntlich zur Folge, daß die
Räder der Achsen unrund werden können, was leicht im Betrieb zu den gefürchteten
Schienenbrüchen Veranlassung gibt.
Diese Gefahr der Drehrichtungsumkehr
ist bei N utzbremsschaltungen von Fahrzeugen mit Wechselstrom-Reihenschlußmotoren
mit flacher Bremskennlinie besonders groß, wie Fig. i erkennen läßt, in der die
Bremskennlinien eines fremderregten Wechselstroin-Reihenschlußmotors dargestellt
sind, der so erregt und geschaltet ist, daß die Kennlinien einen flachen Verlauf
besitzen, d. h. also, das Drehmoment bei sinkender Drehzahl nur verhältnismäßig
wenig abnimmt. Die Bremskennlinien verlaufen von dem Generatorbereich in den Motorbereich,
wobei sich die Drehrichtung der Motoren jedoch umkehrt. Ein derartiger Verlauf der
Bremskennlinien ist zwar für zahlreiche Fälle günstig, weil nahezu über den ganzen
Geschwindigkeitsbereich die Bremskraft sich nur wenig ändert. IIan kann infolgedessen
derartige Schaltungen in vorteilhafter Weise zur Haltebremsung der Fahrzeuge verwenden,
da hierbei nur wenig oder überhaupt keine Regelvorgänge erforderlich sind. Die dargestellte
Ausbildung der Bremskennlinien hat jedoch den Nachteil, daß1 beim Eintreten des
Schleuderns die. Motoren ihre Drehrichtung umkehren, da ein ntreiben der Motoren
durch die Achsen wegen der stark verringerten Reibung zwischen Schiene und Rad nicht
möglich ist. W ist das beine Gleiten der Räder auftretende Reibungsmoment zwischen
Schiene und Rad. Arbeiten die Motoren auf einer niedrigeren. Bremskennlinie, so
kann es unter Umständen, sogar vorkommen, daß praktisch die mit dem Motor gekuppelte
Achse zum Stillstand kommt, wodurch eine schwere Gefährdung der Achse herbeigeführt
wird. Dies tritt dann ein, wenn die Kennlinie etwa bei der Drehzahl o zum Schnittpunkt
mit der Geraden des Reibungsniomentes kommt, wie dies bei der Kennlinie a der Figur
der Fall ist.
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Durch die Erfindung sollen die erläuterten Nachteile bei der an sich
günstigen Bremsschaltung mit flacher Brernskennlinie mit Hilfe an sich bekannter
Schleuderschutzrelais beseitigt und gleichzeitig ein für den Fahrbetrieb günstiger
Schleuderschutz erzielt werden. Erreicht wird dies nach der'Erfindung dadurch, daß
von der Differenz der in den Motoren oder :Motorgruppen -fließenden Ströme abhängige
Schleuderrelais vorgesehen sind, die über in Gegenschaltung angeordnete Sekundärwicklungen
von in* den parallel arbeitenden Motorstromkreisen- geschaltete Stromwandler erregt
werden und beim Eintreten des Schleuderns die Schaltung bzw. das Sch'altwerl,z so,
heeinflussen, daß die Motoren an eine andere Spannung bzw. Regelstufe angeschlossen
werden und damit eine Umkehr der Mötordrehrichtung verhindern. Durch die Anwendung
von Stromwandlern für die Steuerung des Schleuderrelais ergibt sich der Vorteil,
daß das Schleuderrelais für die von der Differenz der =Motorströme abhängige Erregung
nur eine Wicklung benötigt und in seinen Abmessungen klein gehalten werden kann.
da das Relais nicht von den starken Motorströmen durchflossen wird, während die
bekannten stromabhängigen Schleuderrelais zwei gegeneinandergeschaltete, in den
Motorstromkreisen liegende Wicklungen erfordern. Nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist für den Schleuderschutz beim Fahren das Schleuderrelais zusätzlich
mit einer Spannungsspule versehen, die an potentialgleiche Punkte der Motorgruppen
angeschlossen ist. Statt der Spannungsspule kann außer dem stromabhängigen Schleuderrelais
ein weiteres spannungsabhängiges Schleuderrelais angeordnet werden, dessen Erregerwicklung
an unter normalen Betriebsbedingungen potentialgleiche Punkte der Motorgruppen angeschlossen
ist und dessen Kontakte in Parallelschaltung zu den Kontakten des stromabhängigen
Schleuderrelais liegen.
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Aii sich sind Schleuderschutzschaltungen für Fahrzeugmotoren bereits
bekannt. Man hat auch bei Wechselstrorn-Reihenschlußinotoren für den Fahrbetrieb
bereits stromabhängige Schleuderrelais verwendet, die beim Auftreten des Schleuderns.
eines oder mehrerer parallel arbeitender Motoren die Steuerung des Fahrzeuges ändern
oder eine Sandstreuvorrichtung betätigen. Bei dieser bekannten Schleuderschaltung
für den Fahrbetrieb liegen aber völlig andere Verhältnisse wie beim Bremsbetrieb
solcher Motoren vor, die eine flache Charakteristik haben und mit umgekehrter Drehrichtung
als Motor weiterarbeiten können. Gerade die Gefahren, auf deren Vermeidung es bei
der .Erfindung entscheidend ankommt, daß nämlich ein Durch- g ,y. a
Iley, g der Achse durch die Drehzahl o und eine Umkehrung der Drehrichtung der Achse
unter dem Einfluh der Netzspeisung heim Bremsbetrieb auftreten. spielen bei der
1>ekannten Schleuderschutzschaltung für Fahrbetrieb überhaupt keine Rolle. Ferner
ist auch bereits bekannt, bei Kurzschlußbremsschaltungen von Gleichstromfahrzeugen
Schleuderrelais zu verwenden, durch die eine Verringerung des Bremswiderstandes
beim Eintreten des Schleuderns einer Achse Unterhunden werden soll. Auch bei derartigen
Kurzschlußbremsschaltungen liegen völlig andere Verhältnisse vor als bei der den
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Schaltung, da nämlich bei Kurzschlüßbremsschaltungen
ein Anschluß der klotoren am Netz nicht vorhanden ist und infolgedessen die durch
die Netzspeisung bedingten Gefährdungen, die sich bei den
behandelten.-
Nutzbremsschaltungen ergeben, überhaupt nicht eintreten können. Hervorzuheben ist,
daß das Problem des'.Schleüderschutzes bei eigenerregten Reihenschlußmotoren,- wenn
diese in Kurzschlußbremsschaltung arbeiten, nur von: geringer .Bedeutung ist, weil
in dem Moment; wo ein Rutschen der Achse eintritt, zwangsläufig das Bremsmoment
von selbst stark verringert wird, wodurch sich im allgemeinen; die Achse wieder
fängt und in Reibungsschluß mit der Schiene gelangt. Es ist bei derartigen Kurzschlußbremsschaltungen
überhaupt ausgeschlossen, daß größere Gefährdungen eintreten können, insbesondere
ist eine Drehrichtungsumkehr und ein vollständiger Stillstand der Achse bei Kurzschlußbremsschaltungen
ausgeschlossen.
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Bei fremderregten Wechselstrom-Reihenschlußmotoren liegen die Verhältnisse
insofern etwas anders, als beim Auftreten des Schleuderns sich die Phasenlage des
die Motoren durchfließenden Stromes stark ändert. Durch die Schleuderrelais wird
beim Auftreten des Schleuderns eine derartige Änderung der an die Motoren gelegten
Spannung bz-,v. Umschaltung auf eine andere Regelstufe vorgenommen, daß die Motoren
auf einer Bremskennlinie arbeiten, welche im positiven Generatorbereich bei positiver
Drehzahl zum" Schnittpunkt mit der Kurve des Reibungsmomentes gelangt (Punkt
y des Diagramms Fig. i).
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Fig. 2 der Zeichnung gibt schematisch die Schleuderschutzschaltung
wieder. i und 2 sind die beiden Motorenstro:mkreise. In diese Stromkreise sind Stromwandler
3 und 4 eingeschaltet. Sekundärseitig speisen die Stromwandler in Gegenschaltung
die Erregerwicklung 5 des Schleuderrelais 6, das zur Beeinflussung der Schaltwerksteuerung
derart dient, daß beim Eintreten des Schleuderns die Motoren an eine andere Spiannungsstufe
angelegt bzw. auf eine andere tief genug liegende Kennlinie umgeschaltet werden.
Die Arbeitsweise der Schleuderschutzschaltung ist eine derartige, daß beim normalen
Fahrbetrieb das Schleuderrelais 6 unwirksam bleibt. Erst beim Schleudern eines Motors
oder einer Motorengruppe werden die Sekundärströme der Wandler 3 und 4 ungleich.
Der dem Strom der schleudernden Motorgruppe entsprechende Strom ändert sich dabei
starke sowohl in bezug auf Größe und Phasenlage. Dies hat zur Folge, daß das Schleuderrelais
6 anspricht. Durch das Schleuderrelais wiederum wird das Schaltwerk im Sinn einer
Umschaltung auf eine andere Spannungsstufe beeinflußt.
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Grundsätzlich kann die Erfindung natürlich auch dann Anwendung finden,
wenn nur ein Teil der Brem`skennlinien so verläuft. daß ein' Übeigang von der positiven
auf die negative Drehzahl beim- Schleudern möglich ist.
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Die gleiche Wirkung tritt selbstverständlich auch dann ein, wenn nur
ein Motor der beiden Motorengruppen zum Schleudern kämmt.
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Wie in Fig.3 dargestellt ist, kann die Schaltung auch in der Weise
ausgeführt u-erden, daß das Schleuderrelais außer mit der Stromwicklung, die,äbhängig
von der Differenz der Motorströme erregt wird, noch mit einer Spannungsspule io
versehen ist, welche an die Verbindungspunkte der beiden Motorengruppen angeschlossen
ist. Hierdurch wird das Schleuderrelais auch von den Spannungsunsymmetrien der Motoren
abhängig gemacht, so: daß es gleichzeitig außer für den Bremsbetrieb auch für den
F'ahrbetrieb Anwendung finden kann. Beim Fahrbetrieb liegen nämlich die elektrischen
Verhältnisse so. daß sich eine günstigere Arbeitsweise der Schleuderrelais ergibt,
wenn diese von Spannungsunsymmetrien abhängig gemacht werden. Eine weitere abgeänderte
Schaltung, die sowohl für den Fahrbetrieb, als auch für den Bremsbetrieb geeignet
ist, zeigt Fig. 4. Bei dieser Schaltung ist für Fahrbetrieb ein spannungsa!bhängiges
Schleuderrelais 2o vorbanden, das zwischen den beiden Motoren 2i der beiden Motorengruppen
angeschlossen ist. Außerdem ist bei dieser Schaltung noch ein Stromrelais 22 vorhanden,
das in Abhängigkeit von der Differenz der Ströme in den beiden Motorengruppen beeinflußt
wird. Die beiden Kontakte dieser Relais sind parallel geschaltet, so daß sie, je
nachdem ob Spannungs- oder Stromunsymmetrien auftreten, die Steuerung beeinflussen
können.