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Anordnung zur Steuerung der Fahr-und Bremsstufen-Starkstromschütze
von Gleichstrom-Triebfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung
der Fahr- und Bremsstufen-Starkstromschütze von Gleichstrom-Triebfahrzeugen mit
Steuerstromschaltwalzen und Starkstromschützen. Anfahren und Bremsen erfolgen bei
derartigen Steuerungen über gemeinsame Widerstandsstufen, wobei üblicherweise auf
einer Steuerstromwalze die Bereiche für »Fahren« und »Bremsen« gemeinsam auf
360' Schaltwinkel untergebracht sind. Durch die gemeinsame Unterbringung
der oft zahlreichen Fahr- und Bremsstufen auf 360'
Schaltwinkel werden die
Schaltabstände von Stufe zu Stufe auf einer normalen Nockenscheibe sehr gedrängt,
was auf Kosten der Schaltgenauigkeit geht. Für die Abstände ist ein bestimmter Mindestschaltwinkel
erforderlich, der gleichzeitig die fertigungstechnischen Toleranzen für die Nockenscheiben
sowie den auftretenden Kontaktstückabbrand berücksichtigt. Man kann zwar die Nockenscheiben
vergrößern, doch damit werden durch die höheren Umfangsgeschwindigkeiten der Nockenscheiben
- das Ausschalten der Schalter erfolgt gegen die Flanke der Scheibe
- die Schlagbeanspruchungen nachteilig größer, was wieder--um neben der nicht
tragbaren Gerätevergrößerung auch eine Verringerung der Schaltspielzahlen mit sich
bringt. Des weiteren ist -auch bei dieser bekannten Anordnung ein Überschalten
von »Fahren« auf »Bremsen« immer nur über die Nullstellung möglich, und der Bremseinsatz
erfolgt verzögert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Mängel
der bekannten Anordnung abzustellen und bei relativ billigem, einfachem schaltungstechnischem
Aufbau eine sichere Steueranordnung zu schaffen, die für die einzelnen Schaltstufen
möglichst große Schaltwinkel zuläßt.
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Diese Aufgabe wird bei der Anordnung zur Steuerung der Fahr- und Bremsstufen-Starkstromschütze
von Gleichstrom-Triebfahrzeugen mittels einer einzigen Steuerstromschaltwalze dadurch
gelöst, daß der knapp einen Vollkreis betragende Schaltbereich der Steuerstromschaltwalze
in räumlicher Überdeckung sowohl vollständig für die Fahr- als auch für die Bremsstufen
ausgenutzt ist, daß mittels eines Fahr-Brems-Umschalters ein Pol der Steuerspannung
für die Steuerwicklungen der Starkstromschütze wechselweise an zwei Zwischensammelschienen
für Fahren und Bremsen anschaltbar ist und daß die die Starkstromschütze steuernden
Schaltelemente der Steuerstromwalze für Fahren bzw. Bremsen mit einem Anschluß über
gegenüber der Steuerspannung in Durchlaßrichtung gepolte Sperrventile an die jeweils
zugehörige Zwischensammelschiene angeschlossen sind.
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Bei verschiedener Steuerstromabwicklung für üFahren« und »Bremsen«
sind dabei die beiden zu einem Starkstromschütz gehörigen Steuerstronischalteleinene
an die zugehörigen Zwischensammelschienen gelegt, bei einer gleichen Steuerstromabwicklung
ist dagegenh nur ein Steuerstromschaltelement ausreichend, das über je eine
Sperrzelle an die beiden Zwischensammelschienen angeschlossen ist.
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Sämtliche Sperrzellen weisen gleiche Durchlaßrichtung auf, und die
Schaftungsanordnung kann gegen Zellendefekt von zwei Überwachungsrelais geschützt
werden, von denen jedes zwischen einer der Zwischensammelschienen und der Gegenpolleitung
der Steuerspannung liegt und deren zueinander parallelliegende Ruhekontakte in der
allen Starkstromsch-ütz-' Steuerwicklungen gemeinsamen Gegenpolleitung der Steuerspannung
eingefügt sind.
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Die Art der Motoren und das Bremssystem sind an sich für die Erfindung
gleichgültig; bevorzugt sind Reihenschlußgleichstrommotoren, die in Kurzschlußbremsung
betrieben werden. -
Die verschiedenartige Ansteuerung von Schützen durch mehrere
Befehlsgeber unter Anwendung von Sperrventilen zur Vermeidung der Übertragung einer
Kommandospannung von einer Zwischensammelschiene auf die andere ist an sich bekannt.
Demgegenüber betrifft die Erfindung die neuartige Anwendung dieser bekannten Maßnahme
im Sinne der Erzielung der vollständigen Ausnutzung des gleichen gesamten Schaltbereichs
einer Steuerstromwalze für eine Fahrzeugsteuerung sowohl für das Fahren als auch
für das Bremsen.
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Bei einer bekannten Anordnung zur Steuerung der Bremsstufen eines
Triebfahrzeuges erfolgt der Bremseinsatz besonders schnell und präzise, wenn eine
Automatik die Voreinstellung für die passende Bremsstufe schon während der Netztrennung
vornimmt. Die Anordnung
nach der Erfindung kann unter Verwendung
eines an sich bekannten Vergleichsregelkreises, der eine der Fahrzeuggeschwindigkeit
proportionale Spannung mit einem für momentane Selbsterregung nötigen Spannungsabbild
für Bremsstufenauswahl vergleicht, dadurch weiter ausgestaltet werden, daß der Fahr-Brems-Umschalter
eine Nullstellung aufweist, in welcher der Regelkreis in der Weise eingeschaltet
ist, daß er die anzusteuernde Bremsstufe sowie den kürzesten Laufweg der motorisch
angetriebenen Steuerstromschaltwalze aus der resultierenden Vergleichsgröße sowie
dem Vorzeichen bestimmt und die Ansteuerung der Brein#stufe automatisch durchführt.
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Die Zeichnung soll an Hand von zwei Ablaufschaubildern und einem Ausführungsbeispiel
die Erfindung näher erläutern. Es zeigt F i g. 1 ein Ablaufschema für eine
Steuerstromschaltwalze bekannter Bauart, F i g. 2 ein Ablaufschema für eine
Steuerstromschaltwalze, wie sie nach der Erfindung Anwendung findet, F i
g. 3 ein Schaltungsbeispiel nach der Erfindung unter Einbeziehung einer Steuerstromschaltwalze
entsprechend dem Ablaufschema nach F i g. 2.
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Die F i g. 1 zeigt schematisch ein Ablaufschema für eine bekannte
und als Stand der Technik bereits gewürdigte Steuerstromschaltwalze, bei der die
Fahr-und Bremsstufen nebeneinander und einander nicht überdeckend auf
360' Schaltwinkel untergebracht sind. Von einer Nullstellung ausgehend erstrecken
sich rechts und links davon ein Fahrsektor und ein Bremssektor, für die die Schaltstufen
nicht näher dargestellt wurden. Zwischen den Anfängen der beiden Sektoren liegt
um die Nullstellung herum ein Totbereich x, in dem Schaltumgruppierungen vorgenommen
werden, und zwischen den begrenzten Sektorenden ist ein Sicherheitsbereich
y eingefügt, Von jeder Schaltstufe im Fahrsektor aus muß zum Bremsen die
Schaltwalze erst auf Null zurückbewegt werden, ehe der Bremssektor erreicht werden
und der Brensvorgang einsetzen kann.
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Mit der F i g. 2 ist dagegen ein Ablaufschema dargestellt für
eine Steuerstromschaltwalze, wie sie nach der Erfindung Anwendung findet. Schon
die bloße Gegenüberstellung läßt die Vorteile deutlich werden, die es mit sich bringt,
die Fahr- und Bremsstufen einander überlappend unterbringen zu können. Insbesondere
der Schaltstufenabstand kann größer und der von »Fahren« auf »Bremsen« stets zurückzulegende
Weg kann geringer gehalten werden. Der Bereich »Fahren« ist auf dem Vollkreis abzüglich
der Totbereichssektoren w und z untergebracht, die für Umschaltungen benötigt werden,
und reicht abgestuft von »Anfang Serie« über »Ende Serie« und »Anfang parallel«
bis »Ende parallel und Feldschwächung«. Mit der Ausdrucksweise »Serie« oder »parallel«
ist dabei die jeweilige Schaltungsart der Fahrmotoren gemeint, deren Geschwindigkeitsbereich
von langsamer Geschwindigkeit bei »Anfang Serie« mit vollem Anlaßwiderstand bis
zur Höchstgeschwindigkeit bei »Ende parallel und Feldschwächung« mit herausgenommenem
Vorwiderstand und geshuntetem Feld reicht. Die Fahrstufenumschaltung durch Starkstromschütze
kann dabei in üblicher Weise durch Stromwächter überwacht werden, die erst bei einem
vorgegebenen Motorstrom eine Zuschaltung zulassen. Zum Bremsen wird nach erfolgter,
hier nicht näher dargelegter Trennung vom Netz der Bereich w überlaufen und auf
den Bremsbereich übergegangen, der Jii der Bremskraft steigend von »Anfang Bremsen«
bis »Ende Bremsen« reicht.
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Die F i g. 3 zeigt nunmehr in einem Ausführungsbeispiel, wie
die Fahr- und Bremsstufen-Starkstromschütze mit Hilfe einer solchen einfachen Steuerstromschaltwalze
zu steuern sind. Über einen Fahr-Brems-Umschalter 1 mit Fahrkontakt F, Bremskontakt
B, und mittlerer Nullstellung 0 kann die Steuerspannung von Leitung 2 auf
Zwischensammelschienen 3 und 4 für »Fahren« oder »Bremsen« gelegt werden.
Mit 6
ist eine Steuerstromschaltwalze bezeichnet, die von einem Motor
5 getrieben wird und die einzelne Nockenschaltelemente für »Fahren« F,
bis F." und für »Bremsen« B, bis B" gemischt aufgereiht aufweist. Für verschiedene
Fahr- und Bremsstufen sind häufig die Steuerstromabwicklungen gleich, man
kann deshalb mit einem Nockenschaltelement auskommen, das Nockenschaltelement
FIB, deutet dies an. Den einzelnen Nockenschaltelementen sind Stromweichen in Form
von Sperrventilen % bis n., sämtlich gleicher Durchlaßrichtung, zugehörig, die hier
anodenseitig an den entsprechenden, positiv schaltbaren Zwischensammelschienen
3 und 4 liegen und verhindern sollen, daß eine Kommandospannung auf die falsche
Zwischensammelschiene gelangen und dort gegebenenfalls Fehlschaltungen auslösen
kann. Mit S, bis S" sind zu steuernde Starkstromschütze versinnbildlicht,
die die eigentlichen Widerstands- und Motorumschaltungen vornehmen und deren diagonal
angedeutete Steuerwicklungen weiterhin an der mit 7 bezeichneten Leitung
der Steuerspannung liegen. Diese Gegenpolleitung 7 liegt in Reihe mit einander
parallelen Ruhekontakten 8 und 9, die zu den beiden Überwachungsrelais
10 und 11 gehören, welche gemeinsam zwischen die Leitung
7 und die Zwischensammelschienen 3 oder 4 gelegt sind.
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Die Funktionsweise ist dabei folgende: Wird der Kontakt FO des Fahr-Brems-Umschalters
1 vom Fahrer geschlossen, so liegt an der Zwischensammelschiene
3 die positive Spannung von Leitung 2 an. Entsprechend einem vorgegebenen
Prograrnm oder der vom Führerstand definierten Ansteuerung des Motors
5 von der Steuerstromschaltwalze 6 werden die Nockenschaltelemente
F:, bis z. B. Fu entsprechend der Steuerstromabwicklung betätigt. Eine hier nicht
näher dargestellte und nicht zur Erfindung gehörige separate und bekannte Stromwächterschaltung
sorgt üblicherweise dafür, daß nicht Anfahrwiderstände herausgeschaltet werden können,
bevor nicht der Fahrmotorstrom auf einen vorgegebenen Wert abgeklungen ist. Entsprechend
der Schaltelementenbetätigung F, F2, F, oder F" erhalten die Steuerwicklungen
der Starkstromschütze S, S, S, oder Su über die Ventile
n, nz, nr, oder n.-1. Strom, die Starkstromschütze ziehen an und schließen
dem Anfahrtakt gemäß die Anfahrwiderstandsstufen kurz. Hat das Triebfahrzeug eine
bestimmte Geschwindigkeit erreicht, so wird entsprechend dem Streckenplan das Fahrnetz
möglichst weitgehend entlastet, wobei bei insbesondere kurzen Strecken das Fahrzeug
abgeschaltet im Leerlauf rollt. Mit der Netztrennung wird auch der Fahr-Brems-Umschalter
1 auf Nullstellung gebracht. Eine stetig arbeitende, an sich bekannte Vergleichs-Lageregelung,
die der Übersichtlichkeit wegen hier nicht näher dargestellt wurde, sorgt nunmehr
dafür, daß eine der Fahrgeschwindigkeit proportionale Spannung (z. B. über eine
Tachometermaschine gewonnen) mit
einer der jeweiligen Widerstandsstufe,
bei der eine von der Geschwindigkeit abhängige Selbsterregung gerade einsetzen würde,
verhältigen Spannung (z. B. über Potentiometerabgriff nachgebildet) verglichen wird.
Die resultierende Spannung treibt dabei den Motor5 in eine für die jeweilige Geschwindigkeit
richtige Bremsstufe, wobei das Vorzeichen die Drehrichtung des Motors und damit
den kürzesten Weg vorgibt.
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Wird nunmehr der Bremskontakt B, geschlossen, erfolgt sofort eine
Bremsung, wobei eine Ansteuerung der entsprechenden Starkstromschütze über die dazugehörigen
Bremselemente B, bis B"" die Sperrzellen n2 bis nn und die Zwischensammelschiene
4 erfolgen kann.
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Um jede eventuelle Möglichkeit einer Rückspeisung durch eine schadhaft
gewordene Sperrzelle auszuschließen, sind noch zwei Überwachungsrelais
10
und 11 vorgesehen. Nach der Bedingung darf höchstens eines der Relais
von der jeweiligen Zwischensammelschiene Spannung bekommen. Damit wird entweder
der Ruhekontakt 8 oder 9 geöffnet. Ein Defekt würde beide Relais
10 und 11 anziehen und beide Kontakte 8 und 9 öffnen
lassen, was einen sofortigen Abfall sämtlicher Starkstromschütze und damit eine
Außerbetriebsetzung zur Folge haben würde.