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Hydraulisch betätigte elektrische Mehrfach-Schalteinrichtung Zusatz
zum Patent 1037 554 Gegenstand des Patentes 1037 554 ist eine hydraulisch
betätigte elektrische Mehrfach-Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Starkstromkontakten
zur Herstellung verschiedener Schaltungen, beispielsweise beim Anlassen und Bremsen
von Bahnmotoren u. dgl. Nach der in diesem Hauptpatent beschriebenen Anordnung sind
zur Betätigung jedes einzelnen Starkstromkontaktes bzw. jeder einzelnen gleichzeitig
zu betätigenden Starkstromkontaktgruppe ein besonderer hydraulischer Kolben, dessen
Zylinderblock mit der zum Kolben gehörigen Steuereinrichtung und dem ihr zugeordneten
Steuerelektromagnet eine gleichbleibende Baueinheit bildet, und eine auf die Starkstronikontaktanordnung
einwirkende Gegenfeder vorgesehen, die sowohl den Kolben zurückdrückt als auch den
Starkstromkontakt öffnet, und bei der der hydraulische Druck durch eine allen Baueinheiten
gemeinsame, dauernd durchlaufende Pumpe, die ein kleiner Elektromotor antreibt,
über eine gemeinsame Druckleitung geliefert wird und Pumpe, Druckleitung sowie alle
hydraulischen Betätigungseinheiten in einem dichten Gehäuse untergebracht sind.
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Diese bereits vorgeschlagene Mehrfach-Schalteinrichtung zeichnet sich
einerseits dadurch aus, daß die Erregerleistung der Steuerelektromagnete, die zur
Betätigung der den Druckmittelzu- und -abfluß zu den Kolben sperrenden oder freigebenden
Steuerschieber dienen, wegen der kleinen Masse dieser Steuerschieber sehr klein
ist und beispielsweise in der Größenordnung von 1 Watt liegt. Aus diesem
Grunde kommt man hier mit sehr kleinen Steuerschaltern aus, deren Kontaktdrücke
ebenfalls sehr niedrig sind. Andererseits bedingen jedoch, derartige elektrohydraulische
Mehrfach-Schalteinrichtungen, die wegen räunilicher Unabhängigkeit der Steuerschalter
von den aus je einem Kraftelement und Starkstromkontakten bestehenden hydraulischen
Schützen besonders für Fernsteuerungen geeignet sind, ebenso wie bekannte elektromagnetische
oder elektropneumatische Schützensteuerungen einen gewissen Aufwand für die Verdrahtung
der Erregerspule und für die elektrische Verriegelung der einzelnen Steuer-Elektromagnete,
die zur Betätigung der erwähnten Steuerschieber dienen.
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Das Ziel der im folgenden beschriebenen Erfindäng besteht vor allem
darin, eine Anordnung zu schaffen, die in den Fällen, in denen die Forderung nach
ständiger Betriebsbereitschaft eines Schaltwerkes vordringlich ist und dieser Forderung
sogar Fragen eventuell erhöhten Aufwandes an Schaltelementen untergeordnet werden,
die Betriebsbereitschaft eines Schaltwerkes auch dann gewährleistet, wenn die erwähnte
elektrische Steuerung wegen irgendwelcher Schäden ausfällt.
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Die Erfindung erlaubt darüber hinaus sogar einen Verzicht auf eine
elektrische Steuerung der hydraulischen Schütze, wenn beispielsweise die erwähnte
Sicherung der Betriebsbereitschaft nicht vordringlich ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulisch betätigte elektrische
Mehrfach-Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Starkstromkontakten zur HersteRung
verschiedener Schaltungen, beispielsweise beim Anlassen und Bremsen von Bahnmotoren,
Kranmotoren u. dgl., bei der zur Betätigung jedes einzelnen Starkstromkontaktes
bzw. jeder einzelnen gleichzeitig zu betätigenden Starkstromkontaktgruppe ein besonderer
hydraulischer Kolben, dessen Zylinderblock mit der zum Kolben gehörigen Steuereinrichtung
und dem ihr zugeordneten Steuerelektromagnet eine gleichbleibende Baueinheit bildet,
und eine auf die Starkstromkontaktanordnung einwirkende Gegenfeder vorgesehen sind,
die sowohl den Kolben zurückdrückt als auch den Starkstromkontakt öffnet, bei der
der hydraulische Druck durch eine allen Baueinheiten gemeinsame, dauernd durchlaufende
Pumpe, die ein kleiner Elektromagnet antreibt, über eine gemeinsame Druckleitung
geliefert wird und Pumpe, Druckleitung sowie, alle hydraulischen Betätigungseinheiten
in einem dichten Gehäuse untergebracht sind, nach Patent 1037 554. Erfindungsgemäß
sind die Steuerschieber, mittels deren der Druckmittelzu- oder -abfluß zum bzw.
vom Arbeitszylinder
gesperrt oder freigegeben wird, wahlweise elektromagnetisch
oder aber direkt mechanisch zu verschieben.
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Die wahlweise vorgesehene Möglichkeit der direkten mechanischen Betätigung
der Steuerschieber ist von besonderer Bedeutung für Stufenschaltwerke elektrischer
Schienenfahrzeuge. Bei derartigenStufenschaltwerken stellt die ständige Betriebsbereitschaft
des Schaltwerkes, die auch bei einem Ausfall der Steuerspannung gewünscht wird,
eine dominierende Forderung dar.
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Die direkte, mechanische, Betätigung der einzelnen hydraulischen Kraftelemente
kann im Rahmen der Erfindung entweder mittels einer Miniaturnockenwalze oder mittels
einer Miniaturkette bzw. eines Miniaturseiles durchgeführt werden. Affe diese erwähnten
mechanischen Betätigungsglieder haben nur außerordentlich kleine Kräfte auf die
Steuerschieber zu übertragen, und diese kleinen Steuerkräfte werden durch das Hydrauliksystem,
an das die zur Betätigung der einzelnen Starkstromkontakte dienenden hydraulischen
Kraftelemente angeschlossen sind, verstärkt. Das übersetzungsverhältnis dieser Kraftverstärkung
kann bedarfsweise außerordentlich groß gewählt werden, und man kommt deshalb mit
sehr kleinen Betätigungselementen für die- Steuerschieber der einzelnen Kraftelemente,
aus.
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Wenn die erfindungsgemäße Mehrfach-Schalteinrichtung ferngesteuert
werden soll, so kann man zum Antrieb der erwähnten Miniaturbeetätigungselemente
einen kleinen Elektromotor vorsehen, der beispie.Isweise mittels eines einfachen
Druckknopfes gesteuert werden kann.
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Neben dem eben erläuterten Vorteil der äußerst geringen Betätigungskräfte,
der sich aus der praktisch wartungs- und reibungsfreien Kraftverstärkung derselben
ergibt und der die Verwendung kleinster Nockenscheiben ermöglicht, weist das erfindungsgemäße
Schaltwerk den wichtigen Vorteil einer zuverlässigen Sprungschaltung bei nur kleinen
LastkrIften des Miniaturnockenschalters auf. Sobald nämlich die kleinen Nockenhebel
in die Miniaturnockenwalze einfallen und nur etwa einen Schwenkweg von
1 mm zurücklegen, wird sofort der volle Druck des Hydrauliksystems, das bedarfsweise
einen besonderen Druckspricher enthalten kann, wirksam, und dieser Druck hat ein
sofortiges Schließen der Starkstromkontakte zur Folge.
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Die eben geschilderte Nockensteuerung wirkt mithin genau wie eine
Schützensteuerung, und unerwünschte Zwischenstellungen zwischen dem Ein-und Ausschalten
der Starkstromkontakte sind nicht möglich. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen
Schaltwerkes wurde bereits vorher angedeutet. Er besteht darin, daß die elektromagnetische
Betätigung der Stenerschieber der hydraulischen Kraftelemente, die in einem früher
vorgeschlagenen Schaltwerk verwendet wurde, und die neben dem Aufwand für die Verdrahtung
der einzelnen Elektromagnete und die Verriegelung derselben noch besondere Mikroschalter
erforderte, vollständig überflüssig wird.
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Die erfind:ungsgemäße wahlweise Betätigung der Steuerschieber einer
hydraulisch betätigten elektrischen Mehrfach-Schalteinrichtung durch beispielsweise
eine Miniaturnockenwalze ist dar-über hinaus frei von verschiedenen Nachteilen bisher
beispielsweise als Fahrschalter für elektrische Schienenfahrzeuge verwendeter Nockenwalzenschalter,
mit denen mehrere Kontakte in bestimmter Aufeinanderfolge geschlossen werden. Jede
Nockenscheibe der Nockenwalze dieser bekannten Schalter dient dabei zur Betätigung
eines sogenannten NockenschalteIementes. Da Stufenschaltwerke wegen der im modernen
Fahrbetrieb gewünschten großen Zahl von Schaltstufen bei Anwendung dieses Bauprinzips
aus einer großen Anzahl von Nockenschaltelementen zusammengesetzt werden müssen,
wobei an den Hebeln der einzelnen Nockenschaltelemente KontaktdrucTe bis zu 2
kg aufgebracht werden müssen, sind die an der Nockenwalze benötigten Drehmomente
sehr groß. Eine weitere Erhöhung des an derWelle derNockenwalze zur Betätigung der
einzelnen Nockenschaltelemente aufzubringenden Drehmomentes ergibt sich aus der
Forderung nach einer übersetzung der ursprünglichen Drehung der Handkurbel in eine
schnellere Drehung der Nockenwalze. In diesem Zusaminenhang wirkt sich auch das
Schwungtnoment der schweren Nockenwalze sehr nachteilig aus, weil die Nockenwalze
leicht über die gewünschte Winkelstellung hinaus weiterlaufen kann.
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Eine weitere Erhöhung des an der Welle der Nockenwalze aufzubringenden
Drehmomentes ergibt sich aus dem geforderten sicheren Einrasten der einzelnen Nockenhebel,
das zur genauen Einhaltung der einzelnen Schaltstellungen sowie zur Vermeidung von
schleichenden Kontaktbewegungen unbedingt erforderlich ist.
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Da unter diesen Umständen eine direkte Handkurbel- oder Hebelbetätigung
der Nockenwalze durch den Bedienenden nur schwer oder überhaupt nicht mehr möglich
ist, hat man bereits motorisch angetriebene Nockenschalter entwickelt, deren Stellkraft
von einem I-Elfsantrieb, z. B. einem Gleichstrommotor, aufgebracht wird. Auch diese
bekannten Nockenschalter weisen Nachteile insofern auf, als ein als Hilfsantrieb
verwendeter Gleichstrommotor zu seiner Steuerung einen beachtlichen Aufwand erfordert.
Darüber hinaus unterliegen die Steuerkontakte -einer starken Abnutzung, und der
gesamte Stellvorgang ist in Anbetracht des großen Trägheitsmomentes der Nockenwalze
so instabil, daß eine zusätzliche Dämpfung der Motor- bzw. Nockenwalzenbewegung
erforderlich ist, um zu verhindern, daß die Nockenwalze über eine vorgesehene- SchaltsteRung
hinaus weiterl dreht wird. Dagegen sind, wie bereits erwähnt, die Betätigungskräfte,
beispielsweise einer Mim,atumock-enwaL7e, im Sinne der vorliegenden Erfindung außerordentlich
gering.
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Die wahlweise mechanische Betätigung der Steuerschieber bietet ferner
die Möglichkeit, mehrere Hauptkontakte genau gleichzeitig zu schalten, ohne daß
die Betätigungsnocken um kleine Drehwinkel gegeneinander versetzt werden müssen,
wie dies. bei Nockenschaltern wegen sonst zu hohen Drehmomentes üblich ist.
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Schließlich ergibt sich ein gewisser Vorteil der direkten mechanischen
Betätigung der Steuerschieber der Kraftelemente im Vergleich zur elektromagrietischen
Betätigung daraus, daß bei direkter mechanischer Steuerung die Schaltzeiten verkürzt
werden, weil die bei der Erregung bzw. Entregung der kleinen Steuerelektromagnete
wirksam werdenden Schaltverzögerungen nunmehr fortfallen. Man könnte, deshalb in
bestimmten Fällen daran denken, auf eine elektromagnetische Betätigung der Steuerstößel
ganz zu verzichten
und nur eine direkte mechanische Betätigung
derselben vorzusehen.
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Ein erfindungsgemäß aufgebautes Schaltwerk kann im übrigen besonders
vorteilhaft ferngesteuert werden, weil man wegen des geringen Schwungmomentes der
Miniatumockenwalze einen kleinen transistorgesteuerten Stellmotor mit kurzer Ansprechzeit
verwenden kann, der ohne Zwißchenverstärkunor die Miniaturnockenwalze direkt antreibt
und der z. B. mit einer ebenfalls bereits vorgeschlagenen, mit binär verschlüsselten
Impulsen arbeitenden und darum gegen äußere Einflüsse, wie Spannungs- oder Temperaturschwankungen,
unabhängigen Nachlaufregelung kleiner Leistung als Fernsteuerung betrieben werden
kann.
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Als Nockenschalter zur Betätigung der Steuerung nach der Erfindung
kann auch, insbesondere wenn sehr viele Schaltstellungen auf dem Umfang der Nockenwalze
verteilt werden müssen, ein aus Grob-und Fein-Nockenwalze bestehender Wegschalter
be# kannter Bauart verwendet werden, bei dem das Einfallen des Nockenhebels nur
bei räumlicher Koinzidenz der Aussparungen auf Grob- und Feinwelle erfolgt.
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Der Erfindungsgedanke schließt auch anders aufgebaut,- Betätigungsorgane,
z. B. eine Miniaturkette, ein, die mit einem Zahn die die Steuerschieber der Kraftelemente
betätigenden Hebel der Reihe nach eindrückt, so wie bei den heutigen Lokomotivschaltwerken
z. B. Hochspannungskontakte mit Kette und Malteserkreuz geschaltet werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß
gesteuerten Schaltwerkes dargestellt. die im folgenden näher erläutert werden. Nach
Fig. 1 wird mittels der erfindungsgemäß gesteuerten hydraulischen Kraftelemente
jeweils ein T-förmiger Hebel geschwenkt, der im Eingriff mit an sich bekannten
Neckenschaltelernenten steht, und nach Fig. 2 ist der Kontaktträger direkt auf der
Stange des doppeltwirkenden Betätigungskolbens des hydraulischen Kraftelementes
befestigt.
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In dem mit einem Deckel 2 verschlossenen Gehäuse 1 nach Fig.
1 sind auf den Seitenplatten 3
und 4 hydraulische Kraftelemente
5 und 6 an sich bekannter Bauart befestigt. Der Betätigungskolben
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des hydraulischen Krattelementes 5 ist in der dargestellten Schaltphase
von dem Druckmittel beaufschlagt und hat nach Beendigung seines Hubes den im Lager
8 gehaltenen schwenkbaren T-förmigen. Hebel 9 so weit nach links aeschwenkt,
daß dieser mit seinem abgeschrägten Ende 10 den Nockenhebel 11 des
Nockenschaltelementes 12 um einen entsprechenden Winkel geschwenkt hat. Infolge
dieser Schwenkbcwegung des No--kenhebels 11 wurde das bewegliche Kontaktstück
13 von dem feststehenden Kontaktstück 14 abgehoben.
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Sollen die Kontaktstücke 13 und 14 wieder zusammengebracht
werden, so wird das hydraulische Kraftelement 5 mittels der Miniaturncyckenscheibe
15,
die auf der hier vierkantig ausgebildeten Schaltwelle
16 befestigt ist, umgesteuert. Zu diesem Zweck wird die Miniaturnockenscheibe
15 in Richtung des Pfeiles 17 gedreht, und die Rolle 18 des
Nockenhebels 19
wird entgegen dem Drehmoment der Feder 20 nach rechts gedrückt,
so daß der in der augenblicklichen Lage des Nockenhebels 19 noch nicht sichtbare
federbelastete Steuerschieber des Kraftelementes 5
nach links verschoben werden
kann. Dadurch wiederum wird die Drucknüttelzufuhr zum Kraftelement 5
unterbrochen
und der Hubraum des Betätigungskolbens 7 mit dem Drucknüttelabfluß verbunden.
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Wenn jetzt nach einer weiteren Drehung der Miniaturnockenscheibe
15 die Rolle 21 des Nockenhebels, 22 in die Vertiefung der Miniaturnockenscheibe
15 einfällt, wird der Steuerschieber 23 des hydraulischen Kraftelementes
6 nach innen gedrückt und der Druckmittelzufluß zum Betätigungskolben 24
freigegeben, der daraufhin den Hebel 9 nach rechts schwenkt, so daß dieser
mit seinem abgeschrägten Ende 25 den Nockenhebel 26 mit seinem oberen
Ende nach links schwenkt und dadurch die hier nicht weiter dargestellten Starkstronikontakte
des Neckenschaltelementes 27 öffnet.
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An Stelle von No#ckenschaltelementen 27 können mittels des
erfindungsgemäß eingesetzten Miniaturnockenschalters auch hydraulische Kraftelemente
gesteuert werden, die einen Brücken-Starkstromkontakt betätigen, wie dies in Fig.
2 dargestellt ist. Danach ist der doppelt beaufschlagte Kolben 28 des hydraulischen
Kraftelementes 29 bei ausgehobenem Nockenhebel 30 und durch die Feder
31 nach rechts gedrücktem Steuerschieber32 durch das in den Kanal
33 eintretende Druckmittel nach rechts gedrückt, so daß die Starkstromkontaktpaare34
und 35 geschlossen sind, während nach entsprechender Drehung der Miniaturnockenscheibe
36 die Rolle 37 des Nockenhebels 30 in die Vertiefung derselben
einfällt und der Steuerschieber 32 durch die Feder 38 nach. links
verschoben wird, so daß das Druckmittel durch den Kanal 39 in den Hubraum
des Kraftelementes 29 eintritt und den Betätigungskolben 28 desselben nach
links verszhiebt, so daß die Starkstromkontaktpaare 34 und 35 voneinander
abgehoben werden.
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Das gesamte Schaltwerk besteht jeweils aus mehreren Nockenschaltelementen
bzw. Brückenkontakten, die senkrecht zur Zeichenebene nebeneinander angeordnet sind.
Die Anzahl der Nockenschaltelemente bzw. Brückenkontakte entspricht der Anzahl der
gewünschten Schaltstufen.