DE80448C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

. KLASSE 20: Eisenbahnbetrieb.

Bei vorliegendem Motorwagen kommt ein Motor mit gleichbleibender oder fast gleichbleibender Umlaufzahl zur Anwendung (ein Nebenschlufs- oder Verbundmotor bei Gleichstrom und, ein synchroner Motor bei Wechselstrom), der unter Einschaltung eines Getriebes mit veränderbarer Uebersetzung die Wagenachsen antreibt. Die Stromkreisregelung wird gemeinschaftlich mit dieser Steuerung des Wechselgetriebes durchgeführt. Hierbei ist die gegenelektromotorische Kraft des Motors immer annähernd gleich und die Umlaufzahl ist so gewählt, dafs sich für alle vorkommenden Belastungen ein möglichst grofser wirthschaftlicher Nutzeffect ergiebt. Die Regulirung der im Nebenschlufs liegenden Magnetwiderstände erfolgt in bekannter Weise, und die auftretenden Schwankungen der Nutzeffecte sind infolge der Geringfügigkeit der Magnetisirungsströme sehr klein. Die mit der Motorwelle in Verbindung stehende veränderbare Uebersetzung' ist so eingerichtet, dafs sie für das An- und Langsamfahren vom "Motor zu den Laufachsen entsprechend ins Langsame übersetzt, wobei also trotz langsamer Wagenbewegung der Motor noch entsprechend rasch laufen kann. Es wird also für Anfahren und Langsamfahren und auch alle übrigen Wagengeschwindigkeiten jederzeit das kraftsparende Uebertragungsverhältnifs ermöglicht. Endlich ist durch die annähernd gleiche Umlaufzahl des Motors infolge der jeweilig ersichtlich einstellbaren Uebersetzung zu den Laufachsen die Wagengeschwindigkeit in jedem Augenblicke leicht überwachbar.

In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 und 2 . die Gesammtanordnung eines solchen Wagens in Längenansichten. Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Steuerwelle. Die Fig. 4 und 5 zeigen in Seiten- und Vorderansicht das veränderbare Vorgelege zwischen Motor- und Zwischenwelle sammt Vorrichtung zum Spannen des beide Wellen verbindenden Riemens und zum Verschieben des letzteren. Fig. 6 zeigt den zugehörigen Grundrifs, die Fig. 7 das ■ Diagramm der Strom- und Widerstandschaltungen und Fig. 8 eine Daraufsicht des Wagengestelles. In den Fig. 9 bis 11 sind einige Abarten des Spanners für die Antriebriemen der Laufachsen gezeigt.

Auf dem Wagenkasten A sitzt der Elektromotor B. Mit dem Gestell dieses Motors in starrer Verbindung steht die in den Lagern c gelagerte Zwischenrolle C. Auf der Welle des Motors sitzt ein Riemenkonus b, unter dem sich ein Gegenriemenkonus C₁ auf der Welle C befindet. Diese beiden Riemenkonen b und C₁ bilden das erwähnte Vorgelege mit veränderbarer Uebersetzung. Sie sind mittelst eines Treibriemens b^l verbunden. · Auf der den Gegenkonus c, tragenden Welle C sitzen noch zwei Riemscheiben C₃, welche je mit einer auf den Laufradachsen D sitzenden Riemscheibe d mittelst Riemens ^₁ verbunden sind. Am deutlichsten ergiebt sich diese Riemenanordnung aus den Fig. 1 und 8, während

die Fig. 4 bis 6 besonders die Anordnung der Konen b C₁ mit Verbindungsriemen erkennen lassen. Die Aenderung des Uebersetzungsverhältnisses zwischen Motor- und Laufradachsen entsprechend der jeweilig gewünschten Wagenfahrgeschwindigkeit geschieht mittelst Verschiebung des die beiden Konen b C₁ verbindenden Riemens b_l. Dieser Riemen wird auf seinen beiden Seiten durch je eine Scheere umfafst. Diese beiden Scheeren E sind hebelartig um das Doppelaugenlager e drehbar angebracht und mittelst einer Spiralfeder e, verbunden, welche die beiden Scheerenarme zu nähern versucht; hierbei drücken die in den Scheerenaugen e₂ sitzenden Rollen e₃ auf die äufseren Riemenflächen, gleichzeitig den Treibriemen ^₁ spannend. Das erwähnte Doppellager e sitzt auf einem Gleitschuh f, der seinerseits auf der Führungsschiene E verschiebbar aufgebracht ist. Es ist ersichtlich, dafs beim Verschieben des Gleitschuhes f auf der Führungsschiene F die Scheeren E den Riemen b_x entsprechend mitnehmen. Dieses Verschieben erfolgt nun in einfacher Weise vom Führerstande aus, sowohl von vorn als rückwärts auf der Plattform des Wagens. Hier befindet sich der Steuerhebel a, welcher um den Zapfen Ci₁ drehbar ist und einen Winkelzahnbogen a₂ trägt, der in das auf der verticalen Welle a₃ oben sitzende Winkelzahnrad a_t eingreift. Die Welle a_s trägt unten ein zweites Winkelrad a₅, welches, in das Rad g eingreifend, die unterhalb des Wagenkastens der ganzen Länge nach durchlaufende Steuerwelle G dreht. In gleicher Weise kann durch einen ganz gleichen Mechanismus von der anderen Plattform aus die Steuerwelle G angetrieben werden. Diese Welle .besitzt nun zwei Kurbelkröpfe g_{, in welche Schubstangen g.₂ eingreifen, deren andere Enden ' mit den Endzapfen J₁ des Führungsstückes f verbunden sind. Wie ersichtlich, kann also durch Bewegen des Führerhebels α mittelst Uebertragung, wie eben beschrieben, das Führungsstück f und damit auch der Treibriemen b_i verschoben werden.

Es ist nun die Einrichtung so getroffen, dafs bei lothrecht nach aufwärts gerichteter Stellung des Führerhebels α die Kurbeln g_x und Schubstangen g₂ sich in der waagrechten Todtlage befinden (Stellung Fig. 5 und 6) und der Riemen b_x sich hierbei in seiner äufsersten Stellung rechts (Fig. 5) befindet und am meisten ins Langsame überträgt. Der äufserste Theil (am gröfsten Durchmesser) des unteren Konus C₁ (auf der Welle C) wird durch eine selbstständige, lose auf Welle C sitzende Riemscheibe c₂ gebildet, und in der vorbeschriebenen Stellung wird also der die Konen verbindende Riemen b_l eben unten die Leerscheibe c₂ umspannen. Hierbei wird also der Motor blos den oberen Konus, den Riemen b_:

und die Leerscheibe C₂ antreiben, d. h. leer kufen. Dies ist die Stellung vor dem Anfahren und bei kurzen Aufenthalten, während welcher man so wie vor dem Anfahren den Motor leer laufen läfst und dadurch lebendige Kraft für das Anfahren erhält.

Wird nun der Steuerhebel gedreht, gleichgültig, ob nach vorn oder rückwärts (s. die Pfeile Fig. 2), dann rückt in allen Fällen der Riemen auf den Konen entlang und fafst vor allem den unteren Konus und übersetzt dann nach und nach immer rascher, je weiter man ihn verschiebt.

Diese auf mechanischem Wege erreichte Aenderung der Umlaufzahl der Radachsen kann mittelst elektrischer Mittel noch unterstützt werden, indem man durch geeignete Felderregung des Elektromotors für gröfsere Wagengeschwindigkeiten diesem Motor eine ebenfalls entsprechend gröfsere Umlaufzahl ertheilt.

Der Schaltapparat (Fig. 2) ist unterhalb des Wagenkastens eingebaut und in schematischer Weise in Fig. 7 im Grundrifs dargestellt. Im wesentlichen besteht dieser Apparat H aus einer lothrechten Achse h, welche einen Contacthebel /?, trägt, der durch geeignete Drehung die Schaltung der Widerstände und Stromkreise bewerkstelligt. Diese Regulirung wird nun gemeinschaftlich mit der mechanischen Regelung (Verschieben des Riemens ^₁) ausgeführt, und zwar derart, dafs der die mechanische Regulirung besorgende, die Steuerwelle G antreibende Steuerhebel gleichzeitig die Bewegung, das ist Drehung, des Contacthebels in geeigneter Weise mitbewirkt. Auf der bereits erwähnten Steuerwelle G sitzt ein Winkelzahnrad g_z, welches mit dem auf der Achse h sitzenden Rad h.₂ des elektrischen Schaltapparates in Eingriff steht; die alleinige Bewegung des einzigen Steuerhebels α vom Führerstand aus bewirkt also den Antrieb beider Regulirungen, und zwar findet beim Vorwärtsneigen des Hebels α ein Vorwärtsfahren des Wagens und beim Rückwärtsneigen desselben ein Rückwärtsfahren statt, um so rascher, je mehr der Hebel geneigt wird, und, wie erwähnt, Stillstand, wenn der Hebel lothrecht steht.

Im wesentlichen besitzt der. Schaltapparat aufser der genannten Achse h den Drehhebel Zj₁, der, aus Isolirmaterial gefertigt, die beiden Contacte h₃ h_i trägt, welche auf drei concentrisch angeordneten, aus mehrfachen Lamellen gebildeten Contactringen schleifen. Die Stromzufuhr erfolgt durch die Leiter I, II in die mittleren Kreisschienen Zi₅ Zj₆ , die zweitheilig und mittelst der isolirten Drahtbügel h₇ verbunden sind. Die Stromabnahme findet zweifach statt, und zwar für den Ankerstrom und für den Magnetstrom. Der Ankerstrom wird an den inneren Schienen Zj₈ und Zj₉ abge-

nommen; zur oberen inneren Schiene Zz₈ gehören noch die beiden Contactpaare Zz₁₀ und'

Zi₁₂ ver h_u, welche mittelst der Drähte
b

bunden sind, zwischen welch letzteren die Widerstände Zi₁₃ Zz₁₃ geschaltet sind. Die Abnahme des Feldmagnetstromes erfolgt einerseits links an der Mittelschiene Zi₅, andererseits am äufsersten Kreisdurchmesser rechts. Hier sind symmetrisch zu der horizontalen Mittelachse eine Anzahl Contacte Zi₁₄Zz₁₄, Zi₁₅Zi₁₅ bis Zi₂₂ angeordnet, welche paarweise durch Drähte z₁₄ z'_1B bis Z₂₂ verbunden sind. Zwischen diese Drähte sind entsprechende Widerstände Z₂₃ eingeschaltet. Das mittelste Paar Zi₁₄ h_{i der Contactreihe ist wieder, wie die anderen, mittelst eines Drahtes Z₁₄ verbunden, doch ist dieser ohne Verbindung mit der Reihe der Widerstände Z₂₃, sondern vielmehr an den Draht z₁₃ geschaltet, der zum Feldmagneten J des Elektromotors B führt. An diesen Draht Z₁₃ ist noch ein Bremsmagnet K geschaltet, dessen Stromkreis weiter mittelst Drahtes Z₁₂ zum Verbindungsdraht Z₁₅ des Contactpaares Zi₁₅ geführt ist. Der Stromlauf, ist nun folgender.

Bei horizontal gestelltem Hebel Zi₁ ist der Stromkreis offen. Wird derselbe im Sinne der Drehung eines Uhrzeigers ein wenig verdreht, dann verbindet links der Schaltcontact Zi₃ die mittlere Schiene Zt₅ (linke Hälfte) mit dem Contacte Zi₁₀ und der Strom geht durch Draht h₁₂ über die beiden Widerstände Zi₁₃ Jt₁₃ in den Anker des Motors B und von hier durch -die Innenschiene Zz₉ über den zweiten Schaltcontact Zi₄ zur Mittelschiene (rechte Hälfte) und von hier zum Stromleiter II zurück. Wie man sieht, sind also die Widerstände Zi₁₃ Zi₁₃ in den Ankerstromkreis geschaltet, die beim Weiterdrehen des Hebels Zi₁ nach und nach ausgeschaltet werden. Gleichzeitig hat der rechte Schaltcontact Zz₄ die stromführende Mittelschiene Zi₆ mit dem mittelsten Contacte Zi₁₄ an der äufseren Contactreihe verbunden, und es geht Strom durch die linke Mittelschiene Zi₅ zur Magnetwickelung des Elektromotors und von hier über Draht Z₁₃, Contact Zz₁₄ und Contact Zz₄ des Schalthebels zur rechten Mittelschiene h_& und von hier zum Stromleiter II zurück. Der Feldmagnet / ist also ohne Aufsenwiderstand in Nebenschlufs geschaltet. Gleichzeitig läuft der Motor an, und zwar leer, da hierbei der Riemen O₁ auf der Leerscheibe c₂ liegt (Stellung Fig. 5). Wird nun durch Weiterdrehung des Steuerhebels α am Führerstande der Schalthebel It₁ weiter gedreht, dann geht der rechte Schaltcontact h₄ bis zum Contact h_ib. Der .Feldstrom kann nun nicht mehr direct durch den Draht Z₁₃ gehen, er ist vielmehr gezwungen, den Draht Z₁₀ und damit den dadurch miteingeschalteten Elektromagneten K zu passiren. Dieser Elektromagnet ist an dem Wagengestell gegenüber den auf den Radachsen D gekeilten Bremsscheiben d₂ in geeigneter Weise befestigt (s. auch Fig. 8).

An diese Bremsscheiben wird mittelst Federn C₃ ein eiserner Bremsklotz d_i angedrückt, der durch die magnetische Wirkung des Elektromagneten K gelüftet wird. In der vorerwähnten Stellung des Hebels Zi₁ geht also der Feldstrom des Elektromotors auch durch den Elektromagneten K, hierbei die Bremsbacken d₄ abhebend. Sonst hat sich nichts geändert; der Motor läuft noch leer, der Wagen steht noch, doch ist er bereits aufgebremst. Wird nun der Steuerhebel α und damit, wie beschrieben, der Schalthebel noch weiter gedreht, dann beginnt der Riemen Zj₁ den Gegenkonus C₁ zu erfassen und der Wagen langsam anzufahren, während gleichzeitig der Magnetstrom die gröfste Stärke und der Elektromotor die kleinste (aber für diese Riemenstellung immer annähernd gleichbleibende) Umlaufzahl besitzt.

Je weiter nun der Steuerhebel α und damit der Schalthebel Zi₁ gedreht wird, um so weiter rückt der Schaltcontact Zi₄ die Contactreihe der Contacte Zi₁₄ h_li: bis Zi₂₂ herunter und um so mehr werden von den Widerständen Z₂₃ in den Magnetstromkreis eingeschaltet. Gleichzeitig werden die Widerstände Zi₁₃ h_is aus dem Ankerstromkreis ausgeschaltet. Der Motor läuft also entsprechend rascher und der Wagen hat nunmehr bei weiter verschobenem Riemen eine entsprechend vergröfserte Geschwindigkeit. Das geht so weiter, bis der Hebel Zz₁ in seiner Endstellung III angelangt ist (punktirte Linie α in Fig. 7). Nun ist der Riemen auf die gröfste Uebertragungsgeschwindigkeit eingestellt und der Widerstand im Feldmagnetstromkreise hat sein gröfstes Mafs erreicht, indem alle Widerstände z'.,₃ eingeschaltet sind; Motor und Wagen haben jhre gröfste Geschwindigkeit erreicht. Wie man am Schaltungsschema sofort sieht, bringt eine Schaltung im entgegengesetzten Sinne bis zur anderen Endstellung β die entgegengesetzte Fahrtrichtung zu Stande. In beiden Fällen entspricht jeder Hebelstellung die passende zugehörige, aber für diese Hebelstellung bei jeder Belastung gleichbleibende Wagen- und auch Motorgeschwindigkeit. Der Einflufs der Spannungsverluste im Anker bei verschiedenen Stromstärken, entsprechend den verschiedenen Belastungen, ist für die Praxis belanglos.

Bei kurzem Stillstande des Wagens, z. B. an Haltestellen, wird der Riemen auf die Leerscheibe c₂ geschoben, wobei der Elektromotor leer läuft und beim darauffolgenden Anfahren seine lebendige Kraft zweckmäfsig hergiebt. Beim Bergabfahren wird der Schalthebel Zi₁ so nahe an die horizontale Nullstellung gebracht, dafs der Bremselektromagnet K ausgeschaltet ist und die Federbremse die Backen d_t an die Bremsscheiben d₀ drückt. Diese Art

der Bremsung kann natürlich bei jedem beliebig gewünschten Stillstande durch die Nullstellung des Schalthebels Ji₁ erreicht werden. Will der Wagen beim Bergabfahren durch die Schwerkraft eine gröfsere Geschwindigkeit als angemessen annehmen, dann würde bei der wachsenden Umlaufzahl die elektromotorische Gegenkraft des Motors gröfser als die Spannung in der Leitung; der Motor wird zur Dynamo und giebt Strom in die Leitung, während hierdurch gleichzeitig der Wagen zurückgehalten wird. Nun ist, wie man gesehen hat, dieser Arbeitsaufwand ein wechselnder, und dementsprechend wechselt auch die Spannung in den Riemen d_l, welche von der Zwischenwelle C zu den Laufachsen D führen. Des Weiteren ändert sich die Spannung in diesen Riemen durch die Erschütterungen des Wagenkastens gegenüber den auf den Schienen fortrollenden Laufachsen, wodurch natürlich eine sichere Uebertragung durch diese die Scheiben C₃ und d verbindenden Riemen nur dann möglich wird, wenn man dafür sorgt, dafs diese Riemen sich selbstständig spannen, und zwar in dem Mafse, als es für die jeweilig schwankende Zugkraft in diesen Riemen nöthig wird. Je gröfser die nöthige Zugkraft in den Riemen d₁ wird, um so mehr müssen sich dieselben spannen, und je kleiner die Zugkraft wird, um so loser sollen sie werden, damit nicht unnöthige Reibungsarbeit in den Lagern entstehe.

Für den vorliegenden Fall geeignete selbstthätig wirkende Riemenspanner sind in den Fig. 9 bis Ii in zwei Abarten dargestellt.

Wie beschrieben, ist die auf der Zwischenwelle C sitzende Scheibe C₃ mittelst des Riemens d_i mit der auf der Laufradachse sitzenden Scheibe if verbunden. In der in Fig. 9 und 10 dargestellten Spannvorrichtung sind nun zwischen den beiden Riementheilen am Wagengestell entsprechend befestigte Bolzen / angeordnet, welche die um die Zapfen Z₁ drehbaren Winkelhebel L tragen. Diese Hebel besitzen an ihren Enden Druckrollen Z₂ und Z₆, welche an den Riementheilen, knapp an den Scheiben d oben und unten anliegen.

Erfolgt nun der Antrieb an der Zwischenwelle C entgegengesetzt der Drehung eines Uhrzeigers, dann spannt sich der obere Riementheil, hebt die beiden oberen Druckrollen Z₂ Z₂ dadurch mit an und prefst dadurch die unteren Druckrollen I₆ I₆ und mit diesen den Riemen an die beiden Riemscheiben, gleichzeitig die Spannung im Riemen und den umspannten Theil des Umfanges an den Scheiben vergröfsernd. Wie man sieht, erfolgt dieser Vorgang ganz selbstthätig und um so stärker, je gröfser die Zugkraft wird, d. h. je straffer sich der obere ziehende Riemen spannt.

Eine zweite Anordnung zum gleichen Zwecke sieht man in Fig. 11. Die beiden an den Schnüren /₃ hängenden, ausbalancirten und in ■Führungen Z₄ laufenden Scheeren Z₅ Z₆ umspannen den Riemen und tragen wieder je zwei Druckrollen L₂ und I₆. Beim Antrieb, wie früher beschrieben, spannt sich nun der untere Riemen und senkt die Rollen I₂, wodurch der Riemen gespannt und an die Scheiben geprefst wird, wieder entsprechend der Zugkraft im unteren ziehenden Riementheil. Was die Wahl des Riemens in Verbindung mit den beiden Rtemenkonen anlangt, so sei hier noch bemerkt, dafs ,diese Anordnung im vorliegenden Falle bei Motorwagen in Verbindung mit Motoren von gleichbleibender Umlaufzahl eine Reihe von Vortheilen gewährt. Vor allem gestattet der Riemen beim Anfahren und bei plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen ein leichtes Gleiten, und dadurch werden die Stöfse auf die Motorwelle vermindert, während der Wagen allmälig die neue Geschwindigkeit annehmen kann. Die Geschwindigkeitsänderungen beim Riementrieb sind im Gegensatz zu Zahntrieben, die noch Kupplungen erfordern, stetig.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Ein elektrischer Motorwagen mit vereinigter elektrischer und mechanischer Regelung, gekennzeichnet durch die Anordnung eines von einem Elektromotor B mit annähernd gleichbleibender Umlaufzahl (Nebenschlufsmotor bei Gleichstrom und synchroner Motor bei Wechselstrom) in Drehung versetzten, aus Riemenkonus b, Gegenkonus C₁ und verschiebbarem Verbindungsriemen B₁ bestehenden Wechselgetriebes, in Verbindung mit einem elektrischen Schaltapparat H, derart, dafs beim Anfahren ein von diesem Schaltapparat H in den Feldstromkreis des Elektromotors B geschalteter Elektromagnet K die Bremsbacken d_i anzieht und die Laufräder freigiebt, hierauf der Schaltapparat H den Elektromotor B leerlaufend einschaltet und während der Fahrt, entsprechend der jeweilig gewünschten und einstellbaren Geschwindigkeit, bei eingeschaltet belassenem Elektromagnet K mittelst Schaltapparates H die Widerstände /z_J3 des Anker- und die Widerstände f.,₃ des Feldstromkreises des Elektromotors B derart regulirt werden, dafs unter nunmehr erfolgendem Antrieb des Konus C₁ die Umlaufgeschwindigkeit und Laufrichtung desselben sich im gleichen Sinne wie die Wagengeschwindigkeit und Fahrtrichtung verändern, und dafs gleichzeitig das Uebersetzungsverhältnifs des Konus - Wechselgetriebes b C₁ durch entsprechende Verschiebung des Riemens b_x ebenfalls im gleichen Sinne geändert wird.
   2. Bei dem unter 1. gekennzeichneten Motorwagen behufs gleichzeitiger mechanischer

   und elektrischer Regulirung der Fahrgeschwindigkeit mittelst Verschiebung des Riemens £, und gleichzeitiger Beeinflussung des Schaltapparates H die Anordnung der Steuerwelle G, welche mittelst Winkeltrieb g_% h₂ die Spindel h des Schaltapparates H in Drehung setzt, deren Kröpfe g₁ und Schubstangen g₂ die den Riemen b_x umfassende und spannende federnde Riemengabel E bewegen, und welche vom Steuerhebel α her mittelst der Winkeltriebe a₂ Ci₁ und a₅ g gedreht wird.

   3. Bei dem unter 1. und 1. gekennzeichneten Schaltapparat zum Zwecke der Einstellung des Elektromotors B auf bestimmte Umlaufzahl und Laufrichtung die Anordnung eines drehbaren Schalthebels Zz₁, der die Contacte h_B Zz₄ trägt, welche an den Strom zuführenden Lamellen h_h h_e Verbindungen zu den mit entsprechenden Widerständen h_xs verbundenen Ankerstromlamellen h₉ bis h_u einerseits und den mit Widerständen f₂₃ entsprechend verbundenenFeldstromlamellen Zz₁₄ bis h.₂₂ andererseits herstellen und vor dem Anfahren den Elektromagneten K in den Stromkreis i₁₂ der Magnetwickelung J schalten, behufs Freigabe der Laufräder durch Anziehung des Bremsklotzes d_v

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.