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Anordnung zur Fernsteuerung elektrischer Lokomotiven auf nicht bleibend
verlegten Strecken Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Fernsteuerung elektrischer
Lokomotiven (Zugverholung) auf nicht bleibend verlegten Strecken, sogenannten Strossen,
insbesondere im Braunkohlentagebau, von einer ortsveränderlichen Steuerzentrale,
beispielsweise von einem Bagger aus.
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Für den vorliegenden Zweck ist es besonders erwünscht, daß sowohl
die Maschinen als auch die Regelgeräte möglichst einfach und leicht ausgeführt sind
und daß für die Steuerung keine besonderen Leitungen oder Schleppkabel erforderlich
sind.
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Außerdem ist es erwünscht, daß für die Zugverholung nicht die Fahrspannung
geändert oder abgeschaltet werden muß, da die Hilfsbetriebe, wie Kompressoren und
Fahrmotorenlüfter, ununterbrochen laufen müssen. Außerdem sollen andere elektrische
Fahrzeuge, wie Transportlokomotiven und Rückmaschinen, ungehindert auf der Strosse
fahren können.
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Ein weiteres wichtiges Erfordernis besteht darin, daß eine einmal
eingestellte Zuggeschwindigkeit unabhängig von der Anhängelast und vom Strossenprofil
konstant bleibt.
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Diese Forderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß eine
oder mehrere in der Steuerzentrale erzeugte Steuerwechselspannungen dem Strossenfahrdraht
zugeführt und auf der
Lokomotive zur Steuerung von Schaltorganen
für die Fahrtrichtung und die Fahrgeschwindigkeit verwendet werden, während die
Fahrspannung unverändert bestehenbleibt.
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Dabei müssen elektrische Sieb- bzw. Drosselschaltungen vorgesehen
sein, die das Übertreten der Steuerwechselspannungen auf andere, beispielsweise
bleibend verlegte Strecken verhindern.
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Eine zweckmäßige Anordnung für die Ausführung der Steuerbefehle auf
der Lokomotive besteht darin, daß die Schaltgeräte für die Fahrtrichtung und die
Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive von j e einem fremderregten, vorzugsweise von
Hand auskuppelbaren Gleichstrommotor angetrieben werden. Dabei können auch für Hand-
und Fernsteuerbetrieb getrennte Schaltgeräte vorgesehen sein.
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Zweckmäßig werden zur Steuerung der Fahrtrichtung Steuerwechselspannungen
verschiedener Frequenzen Verwendung finden, die über frequenzabhängige Schaltungen
in der einen oder anderen Richtung auf das Schaltgerät für die Fahrtrichtung einwirken.
-Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, wenn als Steuermotor für
die Fahrstufeneinstellung ein fremderregter Gleichstrommotor dient, der in Leonard-Schaltung
von einem Gleichstromgenerator gespeist wird, der mit zwei gegeneinander wirkenden
Feldwicklungen ausgerüstet ist, von denen eine durch die gleichgerichtete Steuerspannung
und die andere durch eine von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Gleichspannung erregt
wird. Dabei ist es möglich, die von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Gegenerregung
durch die Schaltgeräte für die Fahrtrichtung umschalten zu lassen.
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Um an Steuerfrequenzen zu sparen, kann eine der beiden für die Fahrtrichtungsumschaltung
verwendeten Steuerwechselspannungen nach Gleichrichtung zur Speisung der Erregung
des Fahrstufenreglers dienen.
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Bei Tagebaulokomotiven ist es möglich, die elektrische Bremsung in
der Weise vorzunehmen, daß die Fahrmotoren als Hauptstromgeneratoren arbeiten. Dabei
werden die Anfahrwiderstände stufenweise als Bremswiderstände benutzt, und die Bremsenergie
wird in Wärme umgesetzt. Bei der während der Zugverholung nur sehr geringen Geschwindigkeit
ist jedoch eine Selbsterregung der Fahrmotoren nicht vorhanden und dementsprechend
auch keine Bremswirkung zu erzielen. Es ist also nicht möglich, die für die Fahrstufenregelung
vorgesehene Einrichtung ohne weiteres auch für die elektrische Bremsung zu verwenden.
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Gemäß der weiteren Erfindung wird nunmehr die Bremsung -in die Fernsteuerung
dadurch mit einbezogen, daß zur Betätigung der Druckluftbremsen getrennte elektromagnetische
Ventile für das Bremsen und das Lösen der Bremsen vorgesehen sind, deren Stromkreise
in der Nullstellung des Fahrstufenreglers vorbereitet werden und die in gleicher
Weise wie der Fahrstufenschalter in Abhängigkeit von der Steuerwechselspannung und
der Zuggeschwindigkeit wechselweise betätigt werden können.
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In der Zeichnung ist ein Schaltschema für die erfindungsgemäße Steuerung
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i das Schaltschema für die Fahrtrichtungs-und Fahrstufenschaltung,
während Abb. 2 die Zusatzeinrichtung für die Bremssteuerung darstellt.
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In dem gestrichelt umrandeten Teil der Abb. i sind schematisch die
Steuermittel auf dem Bagger dargestellt, und zwar ist mit i ein Umschalter bezeichnet,
der zwei Wechselspannungen der Frequenzen f1 bzw. f2 über den Kondensator
4 und den Schleifbügel 5 auf den nicht näher bezeichneten Fahrdraht überträgt. Der
ebenfalls nicht näher bezeichnete Stromabnehmer der Lokomotive nimmt über den -
Kondensator 6 die Steuerspannung auf und leitet sie den Steuergeräten zu, während
diese durch eine Drosselspule 7 gehindert wird, über die Fahrmotoren unmittelbar
zu den Schienen zu fließen. Auf der Lokomotive sind zwei frequenzabhängige Relais
oder Verstärkereinrichtungen 17 und 18 vorgesehen, die für die Umschaltung der Fahrtrichtung
dienen. Außerdem ist ein Hilfskontakt i9 am Fahrtrichtungsumschalter vorgesehen,
dessen Bedeutung später erläutert wird.
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Der Fahrtrichtungsumschalter wird im unbetätigten Zustand durch Federkraft
in der Mitte gehalten, die beiden Relais steuern unmittelbar oder mittelbar unter
Benutzung der vorhandenen Batteriespannung nachgeschaltete Geräte, die die Umschaltung
der Fahrtrichtung in den Fahrmotorstromkreisen entweder unmittelbar bewirken oder
den Fahrtrichtungssteuermotor entsprechend steuern.
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Der Steuermotor io für die Fahrstufeneinstellung wird fremderregt
und in Leonard-Schaltung von einem Gleichstromgenerator 12 gespeist, der seinerseits
von einem Lüftermotor 13 angetrieben sein kann. Dieser Gleichstromgenerator i2 hat
zwei Feldwicklungen, deren Amperewindungen einander entgegengerichtet sind. Die
Feldwicklung Al für sich allein bewirkt eine Ankerspannung, die den Fahrstufensteuermotor
io in die Fahrstufen dreht. Die Feldwicklung B für sich allein läßt den Gleichstromgenerator
12 dem Steuermotor io eine Spannung aufdrücken im Sinne »Abschalten«, so daß am
Ende in die Nullstellung geschaltet wird. Sind die Amperewindungen beider Feldwicklungen
A und B gleich, so ist die Erregung und somit die erzeugte Spannung
gleich Null. Der Erregerstrom für die Feldwicklung B wird von einem kleinen fremderregten
Gleichstromgenerator 14 geliefert, der von einer Achse der Lokomotive unter Verwendung
einer geeigneten Übersetzung ins Schnelle angetrieben wird. Infolge der Fremderregung
des Gleichstromgenerators 14 ist der erzeugte Erregerstrom für die Feldwicklung
B proportional der Fahrgeschwindigkeit.
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Die Fahrges-chwindig'keit auf der Strosse bewegt sich etwa zwischen
o und, 30 m/Miin. Die Drehzahl
der Lokomotivachsen ist dabei sehr
gering, z. B. bei 950 mm Raddurchmesser io Umdr./Min. bzw. 1/c Umdr./Sek.
Es ist demnach eine große übersetzung ins Schnelle, etwa i : ioo, erforderlich,
um dem Gleichstromgenerator 14 die nötige Drehzahl zu geben. Da aber die von ihm
herzugebende Erregerleistung sehr klein ist, 'höchstens 5o Watt, kann auch das Getriebe
sehr klein werden. Letzteres könnte, mit dem Generator zusammen zu einem Block vereinigt,
auf dem Achslagerd ;eckel eines Radsatzes angeordnet werden, so daß eine biegsame
Welle fortfiele. Um aber die ungefederten Stöße, denen ein Radsatz ausgesetzt ist,
vom Getriebe und vom Generator fernzuhalten, werden diese zusammen oder getrennt
an der Seitenwand des Drehgestelles angeordnet, und die Drehbewegung wird von der
Achse her mittels biegsamer Welle oder mittels starrer Welle mit Kreuzgelenkkupplung
übertragen. In dem Getriebe muß noch eine Kupplung angeordnet werden, um bei normaler
Fahrt auf fester Strecke eine zu hohe Drehzahl des Gleichstromgenerators 14 zu vermeiden.
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Die Erregung der Feldwicklung A wird vom Klappenschläger zwischen
-Null und einem Höchstwert geregelt, indem er entsprechend der gewünschten Fahrgeschwindigkeit
den Regelwiderstand 2 einstellt und damit einen Wechselstrom bestimmter Stärke mit
der Frequenz f3 in die Lokomotive schickt. In einer Trockengleichrichteranordnung
y wird der Wechselstrom in einen welligen Gleichstrom umgeformt. Der Wechselstrom
fließt über den Kondensator .4, Baggerschleifbügel 5, Fahrdraht, Lokomotivstromabnehmer,
Kondensator 6, Trockengleichrichteranordnun.g 9 zur Lokomotivmasse und über die
Schienen zur Baggermasse zurück.
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Ein den Daten der Trockengleichrichteranordnung 9 entsprechender,
dem Wechselstrom etwa proportionaler Gleichstrom fließt von den Klemmen -i- und
- der Gleichrichteranordnung durch die Feldwicklung A. Bei Beginn einer gesteuerten
Fahrt wird der Regelwiderstand 2 eingestellt, durch die Erregung der Feldwicklung
A eine Gleichspannung erzeugt und durch Aufwärtsschalten des Steuermotors io die
Lokomotive so lange beschleunigt, bis sich die Amperewindungen beider Feldwicklungen
A und B einander aufheben. jeder Stellung des Regelwiderstandes :2
entspricht dabei eine ganz bestimmte Fahrgeschwindigkeit, bei der die Erregungen
der Feldwicklungen A und B im Gleichgewicht sind. Diese Fahrgeschwindigkeit
ist konstant, wenn der Regelwiderstand 2 nicht verändert wird, denn auf Änderungen
der Lokomotivzugkraft spricht sofort der Fahrstufensteuermotor io in folgender Weise
an: Fährt der Zug in eine stärkere Steigung ein oder wächst mit der Beladung die
Anhängelast, so will zunächst die Fahrgeschwindigkeit etwas absinken. Mit ihr nimmt
auch die Erregung der Feldwicklung B etwas ab, so daß die eingestellte Erregung
der Feldwicklung A überwiegt. Infolgedessen wird der Fahrstufensteuermotor io weiter
aufwärts geschaltet, und die ursprüngliche Geschwindigkeit und damit das Gleichgewicht
zwischen den Erregungen der Feldwicklungen A und B wird wiederhergestellt.
Kommt der Zug in ein Gefälle, so steigt zunächst die Geschwindigkeit etwas, so daß
die Erregung der Feldwicklung B überwiegt und der Fahrstufensteuermotor io entsprechend
auf eine niedrigere Fahrstufe schaltet, bis wieder Gleichgewicht zwischen den beiden
Erregungen der Feldwicklungen A und B besteht.
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Zur Beschleunigung des beschriebenen Regelvorganges ist es notwendig,
daß der Gleichstromgenerator 12 mit geringer magnetischer Sättigung ausgelegt wird.
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Die Lokomotive. verhält sich nach vorstehendem, trotzdem sie mit Hauptstrommotoren
arbeitet, so, als ob sie Nebenschluß-Fahrmotoren hätte.
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Zwischen dem Gleichstromgenerator 14 und der Feldwicklung B des Gleichstromgenerators
12 ist eine nicht näher bezeichnete Umpoleinrichtung angebracht, damit die Polarität
der Feldwicklung B bei beiden Fahrtrichtungen dieselbe bleibt. Diese Umpoleinrichtung
wird durch zwei Relais 15 gebildet, deren Betätigungsspannung die auf der Lokomotive
vorhandene Batteriespannung ist und deren Einschaltung jeweils von den für die Umschaltung
der Fahrtrichtung vorgesehenen Relais 17 und 18 erfolgt.
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Das Relais 16 soll Generator- und Motoranker voneinander trennen,
wenn keine von beiden Erregungen der Feldwicklungen A und B mehr vorhanden ist und
der Stromwender des Fahrstufensteuermotors io durch Remanenzströme nicht beschädigt
werden soll.
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Es war bisher ausgeführt worden, daß die Regelung der Frequenz der
Feldwicklung A des Gleichstromsteuergenerators 12 mittels eines Wechselstromes der
Frequenz f3 erfolgen kann. Es ist zwecks Vereinfachung möglich, hierfür auch eine
der beiden für den Fahrtrichtungswechsel benutzten Frequenzen f1 oder f2 zu wählen.
Grundsätzlich ist es gleichgültig, welche; die Entscheidung hängt von der Durchrechnung
der ganzen Anordnung ab. In Abb. i rechts ist der Regelwiderstand 2 an das Netz
der Frequenz f1 angeschlossen. Durch eine Schaltungstechnische Maßnahme muß verhindert
werden, daß durch die Betätigung des Umschalters i volle Erregung über die Trockengleichrichteranordnung
g auf die Feldwicklung A gegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Erregerstrom
über miteinander in Reihe liegende, nicht näher bezeichnete Ruhekontakte der Relais
17 und 18 geleitet wird, und daß er außerdem nur dann fließt, wenn der Fahrtrichtungswechsel
im Fahrmotorenstromkreis vollzogen ist (Hilfskontakt i9) . Ferner muß verhindert
werden, daß bei Vollausregelung des Regelwiderstandes 2 das Relais 17 zum Ansprechen
kommt. Dazu dient ein Dämpfungswiderstand 3.
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In Abb.2 ist die Steuervorrichtung für die Druckluftbremsen dargestellt.
Die Einbeziehung der Bremsensteuerung in die Geschwindigkeitsregelung erfolgt in
der Weise, daß zwei elektropneumatische Ventile 21 und 22 parallel zum vorhandenen
Führerbremsventil
angeordnet werden. Mit deren Betätigung können die Vorgänge »Lösen der Bremsen«
und »Bremsen.« genauso wie mit dem Führerbremsventil vorgenommen werden. Das letztere
wird bei Zugverholung auf »Abschluß « gestellt, so daß es unwirksam ist. Die Rohrquerschnitte
in den Rohrleitungen zu den beiden Ventilen und die Querschnitte in den Ventilen
selbst müssen so bemessen sein, daß keine Pendelungen im Regelvorgang auftreten.
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Die elektropneumatischen Ventile 21 und 22 erhalten ihre Spannung
vom Gleichstromgenerator 12. Die Bürsten dieses Generators haben die Polarität -1-
und - oder die entgegengesetzte Polarität (-) und (-f-), je nachdem die Geschwindigkeit
auf oder ab geregelt werden muß. Um jeder Polarität eines der beiden Ventile 21
bzw. 22 zuzuordnen, wird in Reihe mit jeder Magnetspule je ein elektrisches Ventil
(Trockengleichrichterelement 24) angeordnet. Das Ventil 22 spricht infolgedessen
nur bei der Polarität -I-und - und das Ventil 21 nur bei der Polarität (-+-) und
(-) an.
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Erläuterung des Regelvorganges: Eine Lokomotive fahre in Zugverholung
auf einer bestimmten Fahrstufe; die Bremsen sind gelöst; das Führerbremsventil steht
auf »Abschluß «. Der Zug fahre nun in ein Gefälle ein, das so groß sei, daß keine
Fahrstufe mehr erforderlich ist, sondern im Gegenteil, um die Geschwindigkeit zu
halten, Druckluftbremsung notwendig wird. Infolge geringer Geschwindigkeitssteigerung
überwiegt zunächst - wie bereits beschrieben - die Gegenerregung der Feldwicklung
B etwas, und zwar so lange, bis der Fahrstufensteuermotor io in der Nullstellung
angelangt ist. In dieser Nullstellung wird durch den Hilfskontakt 23 (Abb. 2) der
Stromkreis für die elektropneumatischen Ventile 21 und 22 geschlossen. Diese treten
jetzt an die Stelle des Fahrstufensteuermotors io. Dieser war durch die Regelspannung,
z. B. mit der Polarität (-I-) und (-), bis in die Nullstellung gedreht worden. Bei
weiterer Gefällfahrt besteht auch diese Regelspannung weiter und bringt das elektropneumatische
Ventilei zum Ansprechen. Dadurch werden die Bremsen angezogen, und zwar so lange,
bis die Geschwindigkeit sich wieder auf den gewünschten Wert eingestellt hat. Bei
zu starker Bremsung oder beim Aufhören des Gefälles überwiegt die Erregung der Feldwicklung
A, erzeugt eine Polarität -I- und - und bringt das elektropneumatische Ventil 22
zum Ansprechen. Durch dieses werden die Bremsen dann in dem notwendigen Maße wieder
gelöst. Durch Ausschalltung des Regelwiderstandes. 2 auf dem Bagger kann der Zug
in jedem Gefälle zum Stehen gebracht werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schleifbügel 5 am
Bagger befestigt. Diese Anordnung ist aber nur bei Schienenbaggern mit Portal möglich,
bei dem Baggergleis und Fahrgleis zueinander festliegen. Dabei fährt die Lokomotive
unter dem Bagger hindurch, und der Baggerstromabnehmer bestreicht den Fahrdraht
von unten. Es sind bereits Stromabnehmerausführungen bekannt, die es ermöglichen,
daß sich die Stromabnehmer kreuzen, wenn die Lokomotive unter dem Bagger hindurchfährt.
Bei einem in eine Strosse eingedrückten Zug kommt jedoch dieses Kreuzen nicht vor.
Dagegen ist es beispielsweise bei RauRenbaggern, wo die Fahrbahnen des Baggers und
dee, Zuges nicht zueinander festliegen, erforderlsch, den Steuerstrom mittels eines
zweiadrigen Gummischleppkabels auf den Fahrdraht und die Schiene der Strosse zu
übertragen. Dieses Steuerkabel kann dabei lose auf der Strossernsohle liegen, da
es bei Blockbetrieb nur außerordentlich selten und bei Frontbetrieb auch nicht allzu
häufig bewegt werden muß. '