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Anfahr- und Bremswiderstand elektrischer Triebfahrzeuge Es war bisher
üblich, die Anfahr- und Bremswiderstände elektrischer Triebfahrzeuge so reichlich
auszulegen, daß keinesfalls Glühtemperaturen erreicht wurden. Um diese Bedingung
auch bei Belastungsspitzen sicher einzuhalten, wurde außerdem auch eine reichliche
Reserve bei der Bemessung vorgesehen. Zu diesen Vorsichtsmaßnahmen war man genötigt,
weil die Widerstände andernfalls stark beschädigt wurden. Sie haben aber schwerwiegende
Nachteile zur Folge. Einerseits fallen die Widerstände nach diesen Bemessungsgrundsätzen
schwer und umfangreich aus, andererseits wird bei künstlich belüfteten Widerständen
die zugeführteKühlluft schlecht ausgenutzt. Wollte man größere Wärmeleistungen abführen,
wie es bei längeren Talfahrten mit schweren Zügen der Fall ist, welche durch die
Lokomotive elektrisch abgebremst werden, so sind unverhältnismäßig große Luftmengen
und entsprechend große und leistungsfähige Lüfter erforderlich. Es hat sich gezeigt,
daß auf diese Weise eine Widerstandsbremsung häufig nicht mehr möglich ist, weil
die Aufwendungen für die Anlage zu groß werden oder weil die beschränkten Achsdrücke
die erforderliche Gewichtsvermehrung nicht mehr zulassen.
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Diese Schwierigkeiten werden völlig vermieden, wenn erfindungsgemäß
der Anfahr-und Bremswiderstand erstens als Glühkörper ausgebildet, zweitens von
gut wärmeleitenden Metallwänden großer Wärmekapazität umgeben und drittens unmittelbar
belüftet wird.
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Es ist zwar bekannt, Heizspulen mit einem :Metallrohr zu umgeben,
um den Heizkörper bei elektrischem Zugbetrieb elektrisch und bei Dampfbetrieb mit
Dampf betreiben zu können. Ferner ist es bekannt, bei elektrischen Winderhitzern
die zu erhitzende Luft unmittelbar an den Heizwendeln, die von Wänden aus schlecht
wärmeleitenden keramischen Baustoffen umgeben sind, vorbeistreichen zu lassen. Doch
liegt bei diesen bekannten Anordnungen nicht die Aufgabe vor, eine besonders hohe
Belastbarkeit von Anfahr- und Bremswiderständen zu erzielen.
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Es ist weiterhin die Verwendung von Anfahr-und Bremswiderständen vorgeschlagen
worden, die bis zur Glut erhitzt werden können. Doch sind hierbei die Widerstände
weder unmittelbar belüftet, noch sind sie gut von wärmeleitenden Metallwänden großer
Wärmekapazität umgeben.
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Werden gemäß der Erfindung die Glühwiderstände mit Wänden aus Metall,
z. B. Aluminium- oder Gußeisenplatten, umgeben und unmittelbar belüftet, so wird
durch diese einfache Maßnahme die Überlastbarkeit der ganzen Anordnung stark erhöht.
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Da nämlich infolge ihrer Glühtemperatur die Widerstände in der Lage
sind, erhebliche
| Wärmemengen durch Strahlung abzugeben, |
| wird ein großer Teil der entwickelten Wärme |
| von den umgebenden Metallwänden aufa@_@ ; |
| nommen. Die Voraussetzung eines gen. |
| den Temperaturgefälles zwischen den |
| widerständen und den Metallwänden |
| infolge der Wärmeaufnahmefähigkeit der |
| tallwände für die Dauer der Überlastung be- |
| stehen. |
Die Umgebung der Glühwiderstände mit nichtstromführenden Metallwänden hat auch eine
Erhöhung der Dauerbelastbarkeit der Anlage zur Folge. Infolge der Bestrahlung durch
die Glühspiralen nehmen die Wände Wärme auf und erhöhen ihre Temperatur über die
Temperatur der sie bestreichenden Kühlluft. Dadurch geben sie aber die durch Strahlung
aufgenommene Wärme an die Kühlluft durch Konvektion ab. Andererseits hat der durch
die Metallwände auf dem Wege der Strahlung bewirkte Wärmeentzug eine Senkung der
Glühtemperatur der Widerstände zur Folge, d. h: die Wärmeübergabe an die Kühlluft
erfolgt mit geringerem Wärmegefälle. Diese Tatsache ist auch erklärlich, weil durch
die Metallwände die wärmeabführende Oberfläche der ganzen Anordnung vergrößert wird.
Diese Senkung des Temperaturgefälles kann dazu ausgenutzt werden, um eine entsprechend
größere Leistung umzusetzen, welche das gleiche zulässige Temperaturgefälle ergibt
wie eine kleinere Leistung ohne metallische Umgebung der Widerstände.
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Bei einer vorübergehenden Überlastung der Widerstände tritt folgendes
ein: Nach dem Stephan -Boltzmannschen Strahlungsgesetz erhöht sich der durch Strahlung
abgegebene Anteil der Wärmemenge mit der Differenz der vierten Potenzen der absoluten
Temperaturen, d. h. also die erforderliche Temperaturerhöhung der Glühwiderstände
ist verhältnismäßig viel kleiner als die Zunahme der Belastung. Da die durch Konvektion
aus den Widerständen an die Kühlluft abführbare Wärmemenge eine wesentlich stärkere
Temperatursteigerung erfordern würde, wird demgegenüber durch die Gegenwart der
metallischen Umgebung ein sehr wirksamer Schutz gegen Überhitzung der Glühwiderstände
ge-;",Y,#'onnen. Es ist unschwer möglich, daß durch entsprechende Dicke der umgebenden
Metall-4v'andungen dieselben erhebliche Wärmemen-"'ggen aufnehmen können, ohne daß
ihre Temperatur zu stark ansteigt. Innerhalb dieser Zeit kann daher eine erhebliche
Überlastung der Glühkörper ohne Gefährdung ihres Bestandes vorgenommen werden.
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Nimmt man beispielsweise an, daß während einer längeren Talfahrt sich
zwischen der erzeugten Wärmemenge und der durch die Kühlluft abgeführten Wärmemenge
ein Gleichgewicht bei zulässiger Temperatur der Widerstände (z. B. 8oo°) und derKühlluft
(z. B. 4oo°) eingestellt hat, so würde es ohne die Metallwände nicht statthaft sein,
das Fahrzeug anschließend durch elektrische Bremsung auch stillzusetzen. Andernfalls
würden durch die zusätzliche Umsetzung der kinetischen Energie des Fahrzeuges in
Wärme die Widerstände überhitzt werden. Durch die Gegenwart der Metallwandungen
kann aber diese Mehrleistung unschädlich aufgenommen werden. In der darauffolgenden
Stillstandspause des Fahrzeuges oder wieder normalen Belastung der Widerstände geben
die Metallwandungen die gespeicherte Wärmemenge an die Kühlluft wieder ab, so daß
sich auch der Gleichgewichtszustand mit den dauernd zulässigen Temperaturen wieder
einstellt.
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In der Zeichnung bedeuten a die beispielsweise als Heizwendeln ausgebildeten
Glühkörper und b die sie umgebenden, als Speicherkörper dienenden Metallwände.