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Stromversorgungsanlage, insbesondere für Fahrzeugbeleuchtung Für Beleuchtungsanlagen
auf Fahrzeugen verwendet man im allgemeinen Generatoren, die durch den Antriebsmotor
oder durch eine Achse des Fahrzeuges angetrieben werden und deshalb mit stark wechselnden
Drehzahlen laufen. Bei Stillstand oder geringer Drehzahl des Generators übernimmt
eine Pufferbatterie die Speisung des Verbrauchernetzes, während bei ausreichender
Generatordrehzahl der Generator das Verbrauchernetz speist und zugleich die Batterie
wieder auflädt.
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Im allgemeinen arbeitet man mit niedrigen Gleichspannungen (12 bzw.
24 V) und betreibt auch das Verbrauchernetz (Lampen und sonstige Geräte) mit diesen
niedrigen Gleichspannungen. Das bisherige System weist verschiedene Nachteile auf.
Man benötigt für Beleuchtung und Geräte Spezialausführungen und kommt durch die
niedrige Spannung zu außerordentlich hohen Stromstärken, was zu einem erheblichen
Kupferaufwand in der Installation führt. Erstrebenswert ist der Übergang zu einem
Wechselstromsystem, da man hierbei durch Transformatoren beliebige Spannung erzeugen
kann und auch eine Speisung von außen her durch Anschluß an ein normales Lichtnetz
leicht möglich ist. In neuerer Zeit gewinnt auch die Leuchtstofflampe für die Fahrzeugbeleuchtung,
vor allem für die Beleuchtung von Eisenbahnwagen, mehr und mehr an Bedeutung. Auch
hierfür werden Spannungen von etwa 220 V benötigt, und die Wechselstromspeisung
ist für Leuchtstofflampen erheblich vorteilhafter als Gleichstromspeisung.
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Für die Wechselstromversorgung von Fahrzeugen sind eine ganze Reihe
von Anordnungen bekannt. Die große Schwierigkeit, welche durch die bekannten Anordnungen
noch nicht überwunden ist, liegt hierbei darin, daß bei der wechselnden Drehzahl
des Generators eine konstante Frequenz nicht zu erreichen ist.
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Dies gilt z. B. für eine bekannte Anordnung, nach der eine Zugbeleuchtungsanlage
von einem Wechselstromerzeuger gespeist werden soll, der dauernd oder nur zeitweise
durch einen Gleichstrommotor bzw. zeitweise von der Wagenachse her mechanisch angetrieben
wird.
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Weiter ist es bekannt, für Zwecke der Zugbeleuchtung ein aus einer
Wechselstrommaschine und einer angekuppelten Gleichstrommaschine bestehendes Aggregat
zu verwenden, welches von der Achse des Fahrzeuges her angetrieben wird und bei
ausreichender Drehzahl vom Wechselstromteil her Strom in das Lichtnetz liefert,
während vom Gleichstromteil her eine Batterie geladen wird. Sobald die Drehzahl
der Fahrzeugachse zu sehr absinkt, wird das Aggregat von dieser abgekuppelt, und
der Gleichstromteil treibt, gespeist von der Batterie, die Wechselstrommaschine.
Auch bei dieser Anordnung macht die stark wechselnde Geschwindigkeit des Wechselstromgenerators
besondere Einrichtungen nötig, um die Frequenzänderungen an den Verbrauchern unschädlich
zu machen.
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Man hat sich deshalb in den meisten Fällen darauf beschränkt, einen
vom Fahrzeug angetriebenen Gleichstromgenerator in der üblichen Anordnung vorzusehen
und den Wechselstrom durch einen besonderen Umformer zu erzeugen. Ein anderer Weg
besteht darin, für den ganzen Zug einen etwa durch einen Dieselmotor angetriebenen
gemeinsamen Wechselstromgenerator vorzusehen.
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Es ist ferner bekannt, eine Gleichstrommaschine über ein Flüssigkeitsgetriebe
von der Fahrzeugachse aus mit konstanter Drehzahl anzutreiben. Aus der Literatur
ist es an sich bekannt, daß rotierende Flüssigkeitspumpen leicht von ihrer Nennförderleistung
auf Null und darüber hinaus auf volle Leistung mit entgegengesetzter Förderrichtung
geregelt werden können und daß bei Flüssigkeitsgetrieben eine Regelung sowohl im
Pumpen- als auch im Motorteil erfolgen kann.
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Die Speisung einer Fahrzeugbeleuchtungsanlage aus einem ortsfesten
Wechselstromnetz bei stehendem Fahrzeug ist ebenfalls bekannt.
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Durch geschickte Kombination von in gleicher oder ähnlicher Form bereits
bekannten Einzelmerkmalen ist es erstmalig möglich geworden, auf einem Fahrzeug
Wechselstromverbraucher bei den verschiedensten Betriebszuständen - wozu auch die
Zufuhr von Wechselstromenergie aus einem ortsfesten Netz bei Stillstand des Fahrzeuges
gehört - mit konstanter
Frequenz zu speisen. Erfindungsgemäß wird
bei einer Anordnung zur frequenzkonstanten Stromversorgung einer wechselstrombetriebenen
Fahrzeugbeleuchtungsanlage, die aus einer wechselweise als Generator oder Motor
laufenden Gleichstrommaschine und einer auf gleicher Welle sitzenden Wechselstrommaschine,
deren Antrieb über ein Flüssigkeitsgetriebe erfolgt, sowie einer Batteriereserve
in den Fällen, wo infolge nicht ausreichender Energiezufuhr vom Fahrzeug aus infolge
unzureichender Geschwindigkeit oder Stillstand des Fahrzeuges die Energie aus der
Reservebatterie oder aus einer ortsfesten Wechselstromquelle entnommen wird, das
Flüssigkeitsgetriebe durch Verstellung des hydraulischen Motors und der hydraulischen
Pumpe auf Freilauf geschaltet und bei Speisung aus einer ortsfesten Wechselstromquelle
das Verbrauchernetz direkt gespeist, während die als Motor laufende Wechselstrommaschine
über die als Generator laufende Gleichstrommaschine die Batterieladung übernimmt.
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Durch die Erfindung wird die Möglichkeit gegeben, sowohl eine Einzelversorgung
eines Wagens mit Wechselstrom konstanter Frequenz als auch die Speisung von einem
Zuggenerator und schließlich auch die Speisung durch Anschluß an ein festes Netz
durchzuführen.
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Erfindungsgemäß wird an Stelle des sonst üblichen Riemen- oder Kardanantriebes
an der Fahrzeugachse ein an sich bekanntes Störmungsgetriebe, bestehend aus Druckölpumpe
und Pumpenmotor, verwendet. Der Pumpenmotor treibt eine Wechselstrommaschine sowie
eine auf derselben Welle angeordnete Gleichstrommaschine. Der Öldruckantrieb bietet
die Möglichkeit, den Pumpenmotor auch bei stark wechselnder Drehzahl der Achse bzw.
der Pumpe mit konstanter Geschwindigkeit zu betreiben. Auch ist es durch eine einfache
Umschaltung möglich, bei Drehrichtungsumkehr der Pumpe den Pumpenmotor in der ursprünglichen
Richtung weiterlaufen zu lassen. Außerdem kann der Pumpenmotor durch Kurzschluß
des Ölkreislaufes ohne weiteres auf Freilauf geschaltet werden. Man kann aber auch
hinter dem Pumpenmotor eine besondere Freilaufkupplung einbauen.
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Mit an sich bekannten Mitteln muß also der Antrieb bei Erreichen der
unteren Drehzahlgrenze der Pumpe ein- und beim Absinken unter diese Grenze wieder
ausgeschaltet werden. Solange sich das Fahrzeug oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit
in Fahrt befindet, wird durch den Wechselstrom- bzw. Drehstromgenerator ein Wechselstrom
konstanter Frequenz erzeugt und zugleich die Gleichstrommaschine als Generator zur
Ladung einer Pufferbatterie benutzt. Beim Ausschalten des Öldruckantriebes (sei
es durch Kurzschluß der Ölleitung oder durch eine besondere Freilaufkupplung) übernimmt
die Gleichstrommaschine als von der Pufferbatterie gespeister Motor den weiteren
Antrieb des Wechselstromgenerators, der seinerseits das Verbrauchernetz speist.
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Andererseits kann bei Stillstand des Fahrzeuges von einem festen Netz
her die Wechselstrommaschine als Motor angetrieben und zugleich von diesem festen
Netz das Verbrauchernetz des Fahrzeuges gespeist werden. Die Wechselstrommaschine
dient dabei als Antrieb der Gleichstrommaschine, die als Generator die Batterie
auflädt. Die Umschaltung von Generator- auf Motorbetrieb und umgekehrt kann dabei
durch an sich bekannte Mittel erfolgen. Das feste Netz kann selbstverständlich auch
durch eine Speisung von einem gemeinsamen Zuggenerator her ersetzt werden. Man erreicht
durch die Erfindung eine völlige Freizügigkeit in der Betriebsart. Ein so ausgerüstetes
Fahrzeug kann sowohl als Einzelwagen in der üblichen Art in Züge eingestellt werden,
wobei die Batterie allein die Stillstandszeiten überbrückt, oder in Zügen mit einer
gemeinsamen Stromversorgung mit Hilfe eines einzigen Generators - etwa im Triebfahrzeug
- verwendet werden. Als drittes besteht die Möglichkeit, bei längeren Stillstandszeiten
die Beleuchtung von einem festen Netz her zu speisen und dabei gegebenenfalls die
Batterie mit aufzuladen.
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In der Zeichnung ist ganz schematisch eine Anlage nach der Erfindung
angedeutet, wobei die erforderlichen Umschalteinrichtungen nicht mit dargestellt
sind. Auf der Welle 1 des Rades 2 ist eine Ölpumpe 3 angebracht, welche durch die
Druckleitungen 4 und 5 mit dem Pumpenmotor 6 verbunden ist. Über eine nicht unbedingt
erforderliche Freilaufkupplung 7 werden die auf gemeinsamer Welle 8 sitzende Gleichstrommaschine
9 und die Wechselstrommaschine 10 angetrieben. Die Gleichstrommaschine 9 ist mit
der Batterie 11 verbunden, während die Wechselstrommaschine 10 über eine Umschalteinrichtung
12 entweder mit dem Verbrauchernetz 13 oder einem Speisenetz 14 verbunden ist.
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Es ergeben sich dabei folgende Betriebsarten: 1. Bei normalem Lauf
des Fahrzeuges: Gleichstromgenerator + Wechselstromgenerator; 2. bei Stillstand
oder langsamem Lauf des Fahrzeuges: Gleichstrommotor + Wechselstromgenerator; 3.
bei Fremdspeisung (aus festem Netz oder gemeinsamem Zugnetz) : Gleichstromgenerator
+ Wechselstrommotor.