Schaltwerksantrieb für elektrische Fahrzeuge Es ist bekannt, die Fahrmotoren elektrischer Fahrzeuge durch Schaltwerke zu steuern, die von Elektromotoren oder Druckluftantrieben, aber auch von Hand oder mittels Pedal betätigt werden können.
Bei einer Ausführung des Schaltwerkes benutzt man zur Regelung der Fahrmotorstromkreise die be kannten Nockenschalter, die durch eine vom Stell motor bewegte Nockenwalze betätigt werden. Bei diesen Steuerungen ist es aus bekannten Gründen wichtig, die Nockenwalze exakt nur in den aus geprägten Stellungen anzuhalten, in denen die Kon takte ordnungsgemäss geschlossen sind. Bei den gro ssen Stufenzahlen, die solche Steuerungen meist haben müssen, ist dies nicht immer mit Sicherheit zu errei chen. Dies gilt vor allem für fussbediente Steuerungen wegen des kleinen Winkelweges, den das Pedal zu rücklegen kann.
Dieselben Überlegungen gelten sinn gemäss auch dann, wenn als Schaltwerk eine Schalt walze dient, die am Umfang in üblicher Weise mit den elektrischen Kontakten besetzt ist.
Wird ein Schaltwerk durch einen Elektromotor angetrieben, so wird dieser zweckmässigerweise in jeder Stellung abgebremst, um eine genaue Stellungs haltung zu erreichen. Dazu sind allerdings besondere Relais erforderlich. Man hat aber auch solche Schalt werksantriebe mit dauernd laufenden elektrischen Steuermotoren versehen und dabei den Steuermotor in den ausgeprägten Schaltstellungen der Nocken walze mechanisch oder elektrisch von der Nocken walze entkuppelt. Auch ist es bekannt, zum Antrieb durchlaufende oder stufenweise arbeitende Druck luftantriebe zu benutzen, die durch zwei Magnet ventile oder pneumatische Klinken gesteuert werden.
Alle diese Einrichtungen benötigen entweder um fangreiche zusätzliche Mittel, sie haben meist zu lange Schaltzeiten für die einzelnen Stufen oder er geben keine exakte Stellungshaltung. Die Erfindung betrifft einen Schaltwerksantrieb für elektrische Fahrzeuge mit Verzögerungseinrich tung zur Steuerung der Schaltgeschwindigkeit der Nockenwalze. Erfindungsgemäss ist die Anordnung so getroffen, dass die durch einen Kraftantrieb be wegte Nockenwalze auf ihrer Welle eine Kasten scheibe trägt,
deren Kastenhebel durch eine Ver- riegelungseinrichtung nur in den Schaltstellungen der Nockenwalze gesperrt werden kann. Durch diese Ausführungsform wird eine einwandfreie Stellungs haltung gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 in sche matischer Darstellung den konstruktiven Aufbau der Verriegelungseinrichtung, Fig. 2 die vereinfachte Fahrschaltung, Fig.3 die vereinfachte Bremsschal tung.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist auf der Welle 1 der nur schematisch angedeuteten' Nockenwalze 2 eine Kastenscheibe 3 befestigt. In ihre Rasten greift eine Rolle 4, die am freien Ende eines um den Punkt 5 drehbaren Kastenhebels 6 angebracht ist. Der Kastenhebel 6 steht unter der Wirkung einer Feder 7, die ihn und die Rolle 4 ausser Eingriff mit der Ka stenscheibe 3 zu bringen sucht.
Der Kastenhebel 6 kann nur in der gezeichneten Eingriffslage verriegelt werden, und zwar durch eine Sperrklinke 8, die um einen Punkt 9 drehbar ist. In dieser Eingriffslage des Kastenhebels 6 befindet sich die Nockenwalze stets in einer ihrer Schaltstellun gen, in denen die Kontakte ordnungsgemäss geschlos sen sind. Die Sperrklinke steht unter der Einwirkung einer Druckfeder 10, durch die sie in der gezeichne ten Sperrlage gehalten wird.
Die Sperrklinke 8 kann aus der Sperrlage gelöst werden durch Erregung eines Elektromagneten mit der Spule 11, welche zusammen mit der Sperrklinke 8 eine Verriegelungseinrichtung bildet. In diesem Fall wird der Rastenhebel 6 durch die Feder 7 ausser Eingriff mit der Rastenscheibe 3 gebracht, so dass diese frei drehbar ist.
Um die Nockenwalze 2 zu drehen, ist auf ihrer Welle 1 ein Ritzel 12 angebracht, das mit einer Zahn stange 13 in Eingriff steht. Am rechten Ende der Zahnstange 13 befindet sich ein Druckluftantrieb mit den Kolben 14, 15. Diese Kolben haben, wie aus der Zeichnung . ersichtlich, verschiedene Durchmesser. Beide Kolben bewegen sich in einem Zylinder 16. Aus der Tatsache, dass die Kolben verschiedene Durchmesser haben, ergibt sich, dass die Kolben fläche 17 grösser ist als die Kolbenfläche 18.
Die Zylinderteile links und rechts vom Kolben 15 sind über Rohrleitungen an einen nicht dargestellten Druckluftspeicher bzw. Drucklufterzeuger angeschlos sen. In der Rohrleitung zu dem Zylinderteil rechts vom Kolben 15 befindet sich ein Magnetventil mit einer Spule 19. Der Zylinderraum rechts vom Kol ben 15 kann durch ein nicht dargestelltes selbst öffnendes Ventil, beispielsweise ein Kugelventil, mit der Aussenluft in Verbindung gebracht werden.
Zu der Einrichtung nach Fig.1 gehört noch ein Zahnrad 20, das mit einer nur schematisch dar gestellten Verzögerungseinrichtung 21 auf einer Welle 22 in Verbindung steht. Die Verzögerungsein richtung dient dazu, die Bewegung .der Nockenwelle 1 zu vergleichmässigen. Für die Verzögerungseinrich tung kann irgendeine an sich bekannte Bauform ge wählt werden. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Scheibenbremse, in der durch feststehende Erregerspulen Wirbelströme induziert werden.
Bei der in Fig.2 schematisch dargestellten Fahr schaltung ist angenommen, dass es sich um einen Omnibus mit doppelpoliger Oberleitung und Pedal betätigung handelt. Durch Verstellung des Pedals 30 wird ein leichter Kontroller 31, der nur Steuerströme zu halten hat (Meisterwalze) gedreht. An seine Kon takte ist die bereits erwähnte Spule 11 zur Lösung der Sperrklinke 8 und die Spule 19 des Magnetventils in der gezeichneten Weise angeschlossen. Die Spei sung der Spule erfolgt aus einer Hilfsstromquelle 32, beispielsweise einer Batterie.
Dieselbe Batterie speist auch eine Erregerwicklung 33 der als Scheibenbremse dargestellten Verzögerungseinrichtung 21. Auf diese Verzögerungseinrichtung wirkt ausserdem eine weitere Erregerspule 34, die vom Ankerstrom des Fahr motors 35 durchflossen wird.
Im Motorstromkreis befinden sich einige Nocken schalter 200, 201, 202, die von der Nockenwelle 2 betätigt werden und sich in der Fahrschaltung gemäss Fig.2 in den dort gezeichneten Stellungen befinden. Beim Übergang auf Bremsen werden diese Nocken- Schalter in die in Fig.3 gezeigte Stellung gebracht.
Ausserdem gehören zu .dem Motorstromkreis weitere Nockenschalter 203, 204, 205, die bei Drehung der Nockenwalze 2 in bestimmter zeitlicher Aufeinander folge geschlossen bzw. geöffnet werden und zum stu- fenweisen Abschalten des Anfahr- und Bremswider standes 36 dienen.
Nimmt man zunächst an, dass das Fahrzeug still steht, dann befinden sich die Steuerungsteile in den Stellungen gemäss Fig. 1 und z. Beim Anfahren aus dem Stillstand ist die Wirkungsweise der Steuerung folgende: Bei der Drehung der Welle 1 werden über die nur schematisch angedeuteten Nocken in bestimm ter zeitlicher Reihenfolge die einzelnen Nockenschal- ter 200 bis 205 betätigt, die zur Herstellung der Fahrschaltung und zur Regelung des Fahrmotor stromes dienen. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur ein Fahrmotor mit dem Anker 35 gezeich net.
Bei Inbetriebnahme des Fahrzeuges wird durch einen nicht dargestellten Drucklufterzeuger zunächst die Kolbenfläche 18 des Differentialkolbens 15 mit Druckluft beaufschlagt. Der Zylinderraum rechts vom Kolben 15 ist, wie schon erwähnt, durch ein nicht dargestelltes, selbst öffnendes Ventil mit der Aussen luft verbunden. Die Welle 1 mit der Nockenwalze 2 wird dann durch die Kolbenstange 13 und das Rit- zel 12 in die Nullstellung gedreht, falls sie sich nicht schon in dieser befindet.
Wird nun durch das Pe dal 30 und den Kontroller 31 das Einschaltkom mando gegeben, so wird durch einen Steuerkontakt am Kontroller die Spule 19 des Magnetventils erregt, das Magnetventil selbst betätigt und dadurch die Kol benfläche 17 mit Druckluft beaufschlagt. Da die Kolbenfläche 17 voraussetzungsgemäss wesentlich grösser ist als die bereits beaufschlagte Kolben fläche 18, würde der Differentialkolben 15 die Zahn stange 13 nach links und damit die Welle 1 in Dre hung entgegen dem Uhrzeiger (Fahren) bewegen.
Dies ist aber zunächst nicht möglich, da .der Kasten hebel 6, wie oben beschrieben, durch die noch ein gefallene Sperrklinke 8 gesperrt ist, so dass die Welle 1 nicht gedreht werden kann. In der nächsten Stellung des Kontrollers 31 wird dann durch einen andern Steuerkontakt die Spule 11 .der Sperrklinke erregt. Letztere wird angehoben und gibt die Rolle 4 des Kastenhebels 6 frei.
Durch die Feder 7 wird der Kastenhebel 6 mit der Rolle 4 nach links geschwenkt, so dass die Nockenwalze 2 freigegeben ist und sich unter der Wirkung des auf der Kolbenfläche 17 an stehenden Druckes im Fahrsinn so lange bewegt, bis die Endlage der Nockenwalze erreicht ist oder bis durch ein weiteres Steuerkommando die Spule<B>11</B> wieder ausgeschaltet wird, die Sperrklinke 8 wieder einfällt und die Welle 1 angehalten wird. Die Ge schwindigkeit, mit der die Welle 1 umläuft, wird durch die Verzögerungseinrichtung 21 gesteuert, in der Weise, dass durch die Spannungsspule 33 und die Stromspule 34 in der sich drehenden Scheibe Wirbel ströme induziert werden.
Die Geschwindigkeit kann geregelt werden, wenn durch Kontakte am Kontrol- ler 31 die Erregerstromstärke der Spannungsspule 33 geändert wird. Zu dem Zweck ist im Stromkreis der Spannungsspule 33 ein Widerstand 37 eingeschaltet, der beispielsweise durch den Kontroller 31 kurz geschlossen werden kann. Ist dieser Widerstand 37 kurzgeschlossen, dann erhält die Spannungsspule 33 einen verhältnismässig starken Strom, so dass sie ein entsprechend starkes Feld ausbildet und eine ent sprechende Bremswirkung ausübt. Die Verzögerungs einrichtung 21 wird demgemäss langsam laufen.
Ist dagegen der Widerstand 37 eingeschaltet, so erhält die Spannungsspule 33 einen niedrigeren Strom, bil det ein schwächeres Feld aus, und ihre Bremswirkung ist geringer. Die Verzögerungseinrichtung läuft dem gemäss bei gleichem Antriebsmoment durch die Drucklufteinrichtung schneller. Somit kann vom Fah rer festgelegt werden, ob der Lauf des Schaltwerkes in beiden Drehrichtungen langsam oder schnell erfol gen soll.
Ausserdem ergibt sich beim Anfahren durch die vom Fahrmotorstrom durchflossene Starkstrom spule 34 der Verzögerungseinrichtung 21 eine weitere stromabhängige Regelung der Schaltgeschwindigkeit.
Wie bereits beschrieben, kann durch Betätigung des Kontrollers 31 die Magnetspule 11 der Sperr klinke 8 der Verriegelungseinrichtung abgeschaltet werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit eines schrittweisen Steuerns und Anhaltens der Nocken walze in jeder der vorgesehenen Schaltstellungen. In diesem Fall ist die Spule 11 nicht ständig, d. h. wäh rend der ganzen Drehbewegung der Nockenwalze 2 erregt. Sie wird vielmehr stets dann aberregt, wenn im Verlauf der Drehung die Nockenwalze 2 eine solche Stellung erreicht, dass der an dieser Stelle be findliche Nockenkontakt schliessen muss.
Wird in diesem Augenblick die Spule 11 aberregt, so fällt die Sperrklinke 8 ein und hält dadurch, wie oben beschrieben, .die Nockenwalze 2 an. Durch nachfol gendes Erregen der Spule 11 kann die Verklinkung gelöst und die Nockenwalze 2 für eine weitere Teil drehung unter der Wirkung des Druckluftantriebes freigegeben werden. Die richtige Erregung bzw. Ab erregung der Spule 11 kann durch ein mitrotierendes Kontaktstück auf der Nockenwelle 1 sichergestellt werden.
Durch entsprechendes Steuern des Magnetven tils 19 kann die Drehrichtung des Antriebes geändert werden. Wird im Gegensatz zu dem bisher beschrie benen Vorgang die Spule 19 nicht erregt, also das Magnetventil geschlossen gehalten, so wirkt die Druckluft nur auf die Kolbenfläche 18, wobei sich der Kolben 15 mit der Zahnstange in entgegengesetz ter Richtung bewegt. Dabei wird der Raum rechts vom Kolben 15 durch das bereits erwähnte Ventil mit der Aussenluft verbunden. Bei dieser Bewegung läuft das Schaltwerk in die Nullstellung zurück. Diese Bewegung kann beschleunigt werden, dadurch, dass die Spannungsquelle 33 an der Verzögerungseinrich tung aberregt wird. Auf diese Weise wird dafür ge sorgt, dass das Schaltwerk schnell in die Nullstellung zurückläuft.
In Fig. 3 ist schematisch die Starkstromschaltung für den Bremsvorgang gezeichnet. In diesem Fall sind die Nockenkontakte 200, 201 geöffnet und trennen den Motor von der Oberleitung. Der Nockenkontakt 202 ist geschlossen, so dass ein über den Brems widerstand 36 verlaufender Stromkreis hergestellt wird, in dem der Bremsstrom durch stufenweises Ab schalten der Nockenkontakte 203, 204, 205 unter Zuhilfenahme der oben beschriebenen Antriebsein richtung geregelt werden kann.
Switching mechanism drive for electric vehicles It is known to control the drive motors of electric vehicles by switching mechanisms that can be operated by electric motors or compressed air drives, but also by hand or by means of a pedal.
In one version of the switching mechanism, the known cam switches are used to control the traction motor circuits, which are operated by a cam roller moved by the servo motor. In these controls, it is important, for known reasons, to stop the cam roller exactly in the embossed positions in which the contacts are properly closed. With the large number of stages that such controls usually have to have, this cannot always be achieved with certainty. This is especially true for foot-operated controls because of the small angular path that the pedal can cover.
The same considerations apply accordingly when a switching drum is used as the switching mechanism, which is occupied on the circumference in the usual way with the electrical contacts.
If a switching mechanism is driven by an electric motor, it is expediently braked in every position in order to achieve an exact position. However, this requires special relays. But one has also provided such switching works drives with continuously running electric control motors and thereby the control motor in the pronounced switching positions of the cam roller mechanically or electrically decoupled from the cam roller. It is also known to use continuous or stepwise operating compressed air drives for driving, which are controlled by two solenoid valves or pneumatic pawls.
All of these facilities either require extensive additional funds, they usually have too long switching times for the individual stages or they do not give an exact posture. The invention relates to a switching mechanism for electric vehicles with delay device for controlling the switching speed of the cam roller. According to the invention, the arrangement is such that the cam roller moved by a power drive carries a box disc on its shaft,
whose box lever can only be locked in the switching positions of the cam roller by a locking device. This embodiment ensures a perfect posture.
An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely Fig. 1 shows the structural design of the locking device in cal matic representation, Fig. 2 the simplified drive circuit, Fig.3 the simplified brake circuit device.
In the arrangement according to FIG. 1, a box disk 3 is attached to the shaft 1 of the only schematically indicated cam roller 2. A roller 4, which is attached to the free end of a box lever 6 rotatable about point 5, engages in its notches. The box lever 6 is under the action of a spring 7 which seeks to bring him and the roller 4 out of engagement with the Ka 3 stenscheibe.
The box lever 6 can only be locked in the engaged position shown, specifically by a pawl 8 which can be rotated about a point 9. In this position of engagement of the box lever 6, the cam roller is always in one of its switching positions in which the contacts are properly closed. The pawl is under the action of a compression spring 10, through which it is held in the gezeichne th locking position.
The locking pawl 8 can be released from the locking position by energizing an electromagnet with the coil 11, which together with the locking pawl 8 forms a locking device. In this case, the detent lever 6 is brought out of engagement with the detent disk 3 by the spring 7, so that the latter can be freely rotated.
In order to rotate the cam roller 2, a pinion 12 is mounted on its shaft 1, which rod 13 is in engagement with a toothed. At the right end of the rack 13 there is a compressed air drive with the pistons 14, 15. These pistons have, as shown in the drawing. visible, different diameters. Both pistons move in a cylinder 16. The fact that the pistons have different diameters means that the piston area 17 is larger than the piston area 18.
The cylinder parts to the left and right of the piston 15 are ruled out via pipes to a compressed air reservoir or compressed air generator, not shown. In the pipeline to the cylinder part to the right of the piston 15 there is a solenoid valve with a coil 19. The cylinder space to the right of the piston 15 can be brought into connection with the outside air through a self-opening valve, for example a ball valve, not shown.
The device according to FIG. 1 also includes a gear 20 which is connected to a delay device 21 on a shaft 22 which is only shown schematically. The purpose of the delay device is to make the movement of the camshaft 1 more uniform. Any design known per se can be selected for the delay device. In the simplest case, it is a disk brake in which eddy currents are induced by stationary excitation coils.
In the driving circuit shown schematically in Figure 2, it is assumed that it is a bus with double-pole catenary and pedal actuation. By adjusting the pedal 30, a light controller 31, which only has to hold control currents (master roller), is rotated. At his con tacts, the aforementioned coil 11 is connected to solve the pawl 8 and the coil 19 of the solenoid valve in the manner shown. The coil is fed from an auxiliary power source 32, for example a battery.
The same battery also feeds an excitation winding 33 of the delay device 21, shown as a disk brake. A further excitation coil 34 through which the armature current of the traction motor 35 flows also acts on this delay device.
In the motor circuit there are some cam switches 200, 201, 202, which are actuated by the camshaft 2 and are in the driving circuit according to Figure 2 in the positions shown there. When switching to braking, these cam switches are brought into the position shown in FIG.
In addition, further cam switches 203, 204, 205 belong to the motor circuit, which are closed or opened in certain chronological succession when the cam roller 2 rotates and serve to switch off the starting and braking resistor 36 in stages.
If one first assumes that the vehicle is stationary, then the control parts are in the positions shown in FIG. When starting from standstill, the operation of the control is as follows: When the shaft 1 rotates, the cams, which are only indicated schematically, actuate the individual cam switches 200 to 205 in a certain chronological order, which are used to produce the drive circuit and control the drive motor to serve electricity. In the drawing, for the sake of simplicity, only a traction motor with the armature 35 is shown net.
When the vehicle is put into operation, compressed air is initially applied to the piston surface 18 of the differential piston 15 by a compressed air generator (not shown). As already mentioned, the cylinder space to the right of the piston 15 is connected to the outside air by a self-opening valve, not shown. The shaft 1 with the cam roller 2 is then rotated into the zero position by the piston rod 13 and the pinion 12, if it is not already in this position.
If the Einaltkom command is now given by the Pedal 30 and the controller 31, the coil 19 of the solenoid valve is energized by a control contact on the controller, the solenoid valve itself is actuated and thereby the Kol benfläche 17 is applied with compressed air. Since the piston surface 17 is substantially larger than the already acted upon piston surface 18, the differential piston 15 would move the toothed rod 13 to the left and thus the shaft 1 in Dre hung counterclockwise (driving).
However, this is not possible at first, since the box lever 6, as described above, is blocked by the pawl 8 that is still in place, so that the shaft 1 cannot be rotated. In the next position of the controller 31, the coil 11 of the pawl is then excited by another control contact. The latter is raised and releases the roller 4 of the box lever 6.
By the spring 7, the box lever 6 with the roller 4 is pivoted to the left, so that the cam roller 2 is released and moves under the effect of the pressure on the piston surface 17 in the driving direction until the end position of the cam roller is reached or until the coil <B> 11 </B> is switched off again by another control command, the pawl 8 engages again and the shaft 1 is stopped. The speed at which the shaft 1 rotates is controlled by the delay device 21 in such a way that eddy currents are induced in the rotating disk by the voltage coil 33 and the current coil 34.
The speed can be regulated if the excitation current strength of the voltage coil 33 is changed by contacts on the controller 31. For this purpose, a resistor 37 is switched on in the circuit of the voltage coil 33, which resistor can be short-circuited by the controller 31, for example. If this resistor 37 is short-circuited, the voltage coil 33 receives a relatively strong current so that it forms a correspondingly strong field and exerts a corresponding braking effect. The delay device 21 will accordingly run slowly.
If, on the other hand, the resistor 37 is switched on, the voltage coil 33 receives a lower current, forms a weaker field, and its braking effect is less. The delay device runs faster with the same drive torque through the compressed air device. The driver can thus determine whether the rear derailleur should run slowly or quickly in both directions of rotation.
In addition, there is a further current-dependent control of the switching speed when starting through the high-voltage coil 34 of the delay device 21 through which the traction motor current flows.
As already described, the solenoid 11 of the pawl 8 of the locking device can be switched off by actuating the controller 31. This results in the possibility of gradually controlling and stopping the cam roller in each of the intended switching positions. In this case, the coil 11 is not continuous, i. H. during the whole rotational movement of the cam roller 2 is excited. Rather, it is always de-excited when, in the course of the rotation, the cam roller 2 reaches a position such that the cam contact at this point must close.
If the coil 11 is de-energized at this moment, the pawl 8 engages and thereby stops the cam roller 2, as described above. By subsequent energizing the coil 11, the latching can be released and the cam roller 2 can be released for a further partial rotation under the action of the compressed air drive. The correct excitation or excitation from the coil 11 can be ensured by a co-rotating contact piece on the camshaft 1.
By appropriately controlling the Magnetven valve 19, the direction of rotation of the drive can be changed. If, in contrast to the previously described enclosed process, the coil 19 is not energized, so the solenoid valve is kept closed, the compressed air only acts on the piston surface 18, the piston 15 with the rack moving in the opposite direction. The space to the right of the piston 15 is connected to the outside air through the valve already mentioned. During this movement, the switching mechanism returns to the zero position. This movement can be accelerated in that the voltage source 33 at the delay device is de-excited. This ensures that the rear derailleur quickly returns to the neutral position.
In Fig. 3, the power circuit for the braking process is shown schematically. In this case, the cam contacts 200, 201 are open and separate the motor from the overhead line. The cam contact 202 is closed, so that a circuit running across the braking resistor 36 is established in which the braking current can be regulated by gradually switching off the cam contacts 203, 204, 205 with the aid of the drive device described above.