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Bremsschaltung einer generatorischen elektrischen Bremse in Verbindung
mit batteriegespeisten elektromechanischen Bremsen, insbesondere für Fahrzeuge mit
elektrischem .Antrieb Zum Abbremsen elektrischer Triebfahrzeuge verwendet man vorzugsweise
deren Triebmotoren in einer Kurzschlußbremsschaltung. Derartige Bremsanordnungen
wirken aber mit Verzug, d. h. erst dann, wenn der der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit
zugeordnete Widerstandswert des Bremswiderstandes eingeregelt ist und sich die als
Bremsgeneratoren arbeitenden Triebmotoren genügend stark erregt haben. Dabei geht
relativ viel Zeit verloren, die unter Umständen zur Verhinderung eines Unfalls fehlt,
wenn plötzlich stark gebremst werden muß.
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Um die Ansprechzeit derartiger Bremsanordnungen nach Möglichkeit herabzusetzen
und außerdem die Gewähr zu haben, daß die generatorische Bremse mit absoluter Sicherheit
eintritt, ist es allgemein üblich, die Hauptstromerregerwicklungen der Triebmotoren
beim Bremsen vorzuerregen, wodurch jedoch die für die Einregelung des jeweils richtigen
Bremswiderstandes notwendige Zeit nur unwesentlich verkürzt wird.
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Es sind weiterhin Bremsanordnungen bekannt, bei welchen neben der
vorstehend erwähnten generatorischen Bremse noch elektrisch gesteuerte, auf die
Achsen wirkende mechanische Bremsen, wie z. B. Scheiben-, Trommel- oder auch Druckluftbremsen
angewendet werden, welche in ihrer Wirkung die generatorische Bremse ablösen sollen.
Bei dieser Anordnung besteht aber die Gefahr, daß bei gleichzeitigem Einsatz beider
Bremsarten die Summe beider Bremskräfte die Haftreibungsgrenze überschreitet, ivas
zu der gefürchteten Überbremsung führt, bei welcher die Achsen blockiert werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanordnung, welche vor allem
für elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu verwenden ist, bei der eine generatorische
elektrische Bremse derart mit batteriegespeisten elektromechanischenBremsen zusammengeschaltet
ist, daß die Bremsströme des Generatorbremskreises und des Batteriebremskreises
einen gemeinsamen Widerstand, insbesondere die Motorfeldwicklungen und einen festen,
nicht abschaltbaren Anpassungswiderstand gleichsinnig durchfließen. Die Erfindung
besteht darin, daß in den Batteriestromkreis der elektromechanischen Bremse eine
Sperrzelle geschaltet ist. Diese kann in Reihe oder parallel mit der elektromechanischen
Bremse geschaltet sein. Die wesentliche Wirkung der Erfindung liegt nun darin, daß
die Summe der Bremswirkungen der generatorischen und der elektromechanischen Bremse
auf ein und dieselbe Triebachse während des gesamten Bremsvorganges ein Optimum
ist, wobei die Haftreibungsgrenze nicht überschritten wird. Diese beabsichtigte
Wirkung wird dadurch erreicht, daß in den aus Batterie und elektromechanischer Bremse
bestehenden Stromkreis eine Sperrzelle eingefügt wird, welche verhindert, daß ein
generatorisch erzeugter Bremsstrom über die elektromechanische Bremse fließt. Demnach
kann der Strom in der elektromechanischen Bremse niemals seine Richtung wechseln.
Bei steigender generatorischer Bremsung geht die Bremswirkung der elektromechanischen
Bremse in dem gleichen Maße zurück, wie der Generatorstrorn ansteigt, und zwar bis
zu dem Punkt, wo Spannungsgleichheit zwischen dem aus Batterie, elektromechanischer
Bremse und Sperrzelle gebildeten Stromkreis mit dem aus der Motorfeldwicklung und
dem Anpassungswiderstand bestehenden Stromkreis besteht. Bei weiterem Ansteigen
des generatorischen Bremsstromes ist nur die generatorische Bremse allein wirksam,
weil die Sperrzelle verhindert, daß ein generatorischer Bremsstrom über die elektromechanische
Bremse fließen kann. Beim Abklingen der generatorischen Bremsung nimmt auch der
Generatorbremsstrom im gleichen Maße ab. Sobald aber der generatorische Bremsstrom
unter den Wert sinkt, bei welchem Spannungsgleichheit zwischen beiden Stromkreisen
besteht, fließt wieder ein Batteriestrom über die elektromechanische Bremse. Beide
Bremsarten lösen sich also in ihrer Wirkung gleitend ab, wobei eine überbremsung
der Triebachsen bei entsprechender Bemessung der beiden Stromkreise in jedem Fall
mit Sicherheit vermieden wird.
Der gemeinsam vom Generatorstrom
und Batteriestrom gleichsinnig durchflossene Widerstand kann entweder aus der Feldwicklung
der Bremsgeneratoren oder aus der Feldwicklung der Bremsgeneratoren zusammen mit
einem gegebenenfalls einstellbaren Festwiderstand bestehen.
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Sofern für die generatorische Bremsung eines elektrischen Triebfahrzeuges
mit mehreren Fahrmotoren eine v erkreuzte Bremsschaltung vorgesehen ist und zwei
elektromechanische Bremsen angewendet werden, können erfindungsgemäß die Erregerwicklungen
derselben entweder an einen, zwischen den Feldwicklungen liegenden Ausgleichswiderstand
angeschlossen werden oder selbst als Ausgleichswiderstand dienen.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele dar, und zwar Abb.
1 eine Bremsschaltung mit einem Fahrmotor als Bremsgenerator, einer Solenoidbremse
und einer mit ihr in Reihe geschalteten Sperrzelle, Abb. 2 eine Bremsschaltung mit
einem Fahrmotor als Bremsgenerator, einer Solenoidbremse und einer ihr parallel
geschalteten Sperrzelle, Abb.3 eine verkreuzte Bremsschaltung mit zwei Fahrmotoren
als Bremsgeneratoren und einem Ausgleichswiderstand zwischen den Feldwicklungen,einer
Solenoidbremse sowie einer mit ihr in Reihe gelegten Sperrzelle, Abb. 4 eine verkreuzte
Bremsschaltung mit zwei Fahrmotoren als Bremsgeneratoren und einem Ausgleichswiderstand
zwischen den Feldwicklungen sowie einer Solenoidbremse mit parallel geschalteter
Sperrzelle, Abb.5 eine verkreuzte Bremsschaltung mit zwei Fahrmotoren als Bremsgeneratoren,
je einer jeder Feldwicklung zugeordneten Solenoidbremswicklung und je einer jeder
Solenoidbremswicklung parallel geschalteten Sperrzelle.
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In Abb. 1 wird der generatorische Bremsstromkreis durch den Generator
_Il, die Feldwicklung 2, den Festwiderstand 3 und den regelbaren Bremswiderstand
4 gebildet. Im Batteriebrernsstromkreis der elektromechanischen Bremse 5 liegen
mit ihr in Reihe die Sperrzelle 6 und die Erregerbatterie 7. Der Batteriebremsstromkreis
der elektromechanischen Bremse 5 ist mit dem gtneratorischen Bremsstromkreis derart
zusammengeschaltet, daß die Erregerwicklung der elektromechanischen Bremse 5 zwischen
dem Generator l11 und der Feldwicklung 2 am Punkt X und die Erregerbatterie 7 an
das geerdete Ende 0 des Festwiderstandes 3 angeschlossen ist.
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Sofort bei Beginn der Bremsbetätigung wird der Erregerstromkreis für-
die Solenoidbremse 5 über 2, 3, 7, 6, 5 geschlossen. Die elektromechanische Bremse
5 setzt deshalb sofort in der vollen gewünschten Stärke ein, während sich die wirksame
Bremskraft des Generators M durch seine bei fortschreitendem Herunterregeln des
Bremswiderstandes 4 zunehmende Felderregung erst nach einiger Zeit einstellt. Mit
wachsender Felderregung des Generators M verstärkt sich der Strom im Generatorbremskreis,
wächst die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlußstellen X und 0 und vermindert
sich infolgedessen der Erregerstrom im Batteriebremskreis. Sowie die Spannung zwischen
X und 0 gleich der Batteriespannung ist, fließt kein Strom mehr aus der Batterie
7 in den Batteriebremskreis, wodurch die elektromechanische Bremse 5 nicht mehr
anzieht, gleichzeitig aber die volle generatorische Bremsung erreicht ist. Wird
der Bremswiderstanid 4 schnell heruntergeregelt, dann überwiegt an den Anschlußstellen
X und 0 die generatorische Spannung die durch die Batterie 7 hervorgerufene Spannung.
In diesem Bremszustand verhindert die Sperrzelle 6 ein Fließen des Batteriestromes
im umgekehrten Sinne und damit ein zusätzliches Ansprechen der elektromechanischen
Bremse 5.
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In Abb. 2 liegt die Sperrzelle 6 parallel zur elektromechanischen
Bremse 5. Bei dieser Anordnung fließt, sobald infolge starker generatorischer Bremsung
die Spannung zwischen den Punkten X und 0 die Batteriespannung übersteigt, ein Ladestrom
von X über die Sperrzelle 6 in die Batterie 7, während durch die Erregerwicklung
der elektromechanischen Bremse 5 wegen ihres relativ höheren Widerstandes nur ein
unbedeutender Strom fließt, so daß sie nicht anspricht.
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Der mit dem Generatorbremskreis verbundene Batteriestromkreis wirkt
bei Spannungen zwischen X und 0, welche höher als die Batteriespannung sind, wie
ein Shunt zur Feldwicklung 2 und vermindert den Bremskraftanstieg sowie den Bremsspannungsanstieg.
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In den Abb. 3 und 4 sind zwei als Bremsgeneratoren dienende Fahrmotoren
M 1 und M 2 in Kreuzschaltung mit einem Ausgleichswiderstand 8 geschaltet. Der eine
Anschlußpunkt X jedes der beiden Batteriebremskreise liegt dabei normal in der Mitte
des Ausgleichswiderstandes B. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 3 entspricht
grundsätzlich derjenigen nach Abb. 1 und diejenige der Abb. 4 derjenigen nach Abb.
2.
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In Abb. 5, welche ebenfalls zwei als Bremsgeneratoren dienende Fahrmotoren
M 1 und M 2 in verkreuzter Bremsschaltung zeigt, liegen die beiden in Reihe
geschalteten elektromechanischen Bremsen 5 mit je einer parallel dazu liegenden
Sperrzelle 6 zwischen den Anschlußpun,kten X 1 und X 2 .d.°r Feldwicklungen
2. Die anderen Anschlußpunkte der elektromechanischen Bremsen 5 sind mit der gemeinsamen
Batterie 7 verbunden. In dieser Schaltung übernehmen also die elektromechanischen
Bremsen gleichzeitig die Funktion des Ausgleichswiderstandes, können jedoch auch
parallel zu einem besonderen Ausgleichswiderstand geschaltet sein, welcher zwischen
die Anschlußpunkte X 1 und X 2 geschaltet wird. Zu Beginn der Bremsung
fließt zunächst ein Batteriestrom in den beiden Kreisen 7, 5, 2, 3, 0. Dadurch werden
sowohl die elektromechanischen Bremsen 5 als auch die Feldwicklungen 2 erregt. Die
elektromechanischen Bremsen 5 werden dabei sofort voll wirksam, während der generatorische
Bremsstrom in dem Maße zunimmt, wie der Bremswiderstand 4 heruntergeregelt wird.
Mit wachsender generatorischer Bremsung erhöht sich die Spannung bei X 1
und X 2 und vermindert sich deshalb der Strom in den beiden Batteriebremskreisen.
Erreicht die Spannung bei X 1 und X 2
die Höhe der Batteriespannung,
dann fließt kein Batteriestrom mehr, und die elektromechanischen Bremsen werden
unwirksam. Statt der zwei elektromechanischen Bremsen 5 kann jedoch auch eine einzige
elektromechanische Bremse mit zwei Bremswicklungen verwendet werden, welche sich
in ihrer Bremswirkung unterstützen, wodurch sich an der Wirkungsweise und der prinzipiellen
Schaltung nach Abb. 5 nichts ändert.
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Steigt die Spannung bei X 1 und X 2 über die Batteriespannung
an, fließt aus dem Generatorbremskreis über die Sperrzellen 6 ein dem Spannungsüberschuß
entsprechender Ladestrom in die Batterie 7. Der
dabei durch die
elektromechanischen Bremsen 5 fließende Strom ist so gering, daß keine Bremswirkung
eintritt. Da nun nicht mehr der gesamte generatorische Bremsstrom die Feldwicklungen
2 durchfließt, steigt auch die generatorische Bremskraft und Bremsspannung nicht
mehr in gleichem Maße wie ohne diese Feldschwächung.
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Tritt beim Bremsvorgang der Fall ein, daß, etwa bei starker generatorischer
Bremsung, der Generator M 2 zu schlüpfen beginnt, also wesentlich langsamer läuft
und eine geringere Spannung erzeugt als der Generator M 1, dann vermindert
sich die Spannung bei X 1 gegenüber X 2, und es fließt ein Ausgleichstrom
von X 2 über die rechte Sperrzelle 6 und die linke Solenoidbremse 5 nach X1. Dabei
bleibt die rechte elektromechanische Bremse 5 unwirksam, während die linke elektromechanische
Bremse 5 anzieht.
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In dem Augenblick völliger Blockierung oder bei Ausfall des Generators
h7 2 verbleibt infolge der Wirkung des Ausgleichswiderstandes bei den für
die einzelnen Teile der Schaltung üblichen Widerstandswerten für den linken Bremsteil
noch etwa ein Drittel der generatorischen Bremskraft durch den Generator M 1 und
etwa derselbe Betrag durch die zugehörige linke elektromechanische Bremse 5.
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Mit der Bremsschaltung nach Abb. 5 werden demnach folgende Wirkungen
erreicht: Gleichmäßige Bremsung sofort vom Beginn bis zum Ende des Bremsvorganges,
günstige Notbremseigenschaften bei Schlupf, Blockierung oder Ausfall eines Generators,
Möglichkeit des selbsttätigen Aufladens der Erregerbatterie während der Bremsung
mit Bremsstrom.
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In der erfindungsgemäßen Schaltung können statt der auf die Fahrachsen
wirkenden elektromechanischen Bremsen auch Schienenbremsen angeordnet sein oder
beide in Kombination.
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Die Erfindung kann auch auf andere Bremsschaltungen für elektrisch
angetriebene Fahrzeuge übertragen werden, insbesondere auf solche mit automatischen
Steuerungen; außerdem ist die Erfindung für Bremsschaltungen von Krananlagen u.
dgl. verwendbar.