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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fahrtrich-
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tungsumschaltung batteriebetriebener Antriebsfahrzeuge wie Schienfahrzeuge
oder dergleichen in schlagwettergefährdeten Grubenbetrieben, mit Thyristorregelung
der elektrischen Energie und Fahrtrichtungsänderung durch Feldumpolung der Fahrmotoren,
wobei die Wendeschalter druckfest gekapselt sind.
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In Grubenbetrieben eingesetzte Antriebsfahrzeuge, insbesondere Lokomotiven
für Schienen- oder Einschienenhängebahnen, sind meist mit zwei Fahrmotoren ausgestattet.
Hierbei handelt es sich um Hauptstrommotore, deren Drehrichtung für den Fahrtrichtungswechsel
in der Regel durch Feldumpolung mit Hilfe von elektromagnetisch betätigten Schützen
bewirkt wird. Für die Umsteuerung von zwei Fahrmotoren werden somit insgesamt acht
Schütze mit je einem Einschaltkontakt benötigt. Wegen der bei solchen Schützen beim
Schaltvorgang unvermeidbaren Funkenbildung müssen die Schütze in schlagwettergeschützten
Gehäusen eingebaut sein, und zwar entsprechend der Schutzart druckfeste Kapselung",
bei denen ein Prüfdruck von mindestens 10 bar vorgeschrieben ist.
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Die Gehäuse für den Einbau der Schütze beanspruchen zusätzlich zu
den übrigen erforderlichen Schalteinrich tungen der Steuerung eines solchen batteriebetriebenen
hntriebsfahrzeugs relativ viel Raum. Probleme bringt auch das verhältnismäßig hohe
Gewicht der Schütze und der Gehäuse mit sich, da dieses Gewicht bei dem von der
SrEbehörde vorgeschriebenen zulässigen Gesamtgewicht des Antriebsfahrzeugs berücksichtigt
werden muß, d.h.
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zu einer entsprechenden Verringerung des Nutzgeuichtes führt. Elektromagnetische
Schütze dieser Art sind u.a.
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für kurze Schaltzeiten und Schaltungen unter Last ausgelegt und somit
entsprechend teuer. Seit einigen Jahren sind aber die im Bergbau eingesetzten batteriebetriebenen
hntriebstahrzeuge größtenteils mit einer Thyri-
storregelung der
elektrischen Energie ausgestattet, bei der sich bei Änderung der Fahrtrichtung für
den Strom ein Null-Durchgang einstellt, der die Möglichkeit gibt, die Umschaltung
für den Fahrtrichtungswechsel stromlos und damit leistungsfrei durchführen zu können.
Insoweit werden die diesbezüglichen Eigenschaften der elektromagnetischen Schütze
bei solchen Steuerungen gar nicht mehr voll ausgenutzt.
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Die Erfindung ist dementsprechend auf die Schaffung einer vereinfachten
Einrichtung zur Fahrtrichtungsumschaltung batteriebetriebener Fahrzeuge gerichtet,
die ohne elektromagnetische Schütze auskommt, weniger Platz beansprucht, ein geringeres
Gewicht hat und ein hohes Maß an Betriebssicherheit bei geringem Wartungsaufwand
bietet.
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Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Fahrtrichtungsumschaltung
in der eingangs beschriebenen Art.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieser Einrichtung ist gekennzeichnet
durch nachstehende Merkmale: - für jeden Fahrmotor ist ein Wendeschalter-Paar vorgesehen,
I - jeder Wendeschater eines Paares wird gebildet aus drei in einer Richtung hintereinanderliegenden,
elektrisch getrennten feststehenden Kontakten und einem in paralleler Richtung beweglichen
Kontakt, der zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, in denen er den mittleren
feststehenden Kontakt entweder mit dem einen oder anderen äußeren feststehenden
Kontakt verbIndet, - an die mittleren feststehenden Kontakte eines Wendeschalter-Paares
sind die Enden der Feldspulen eines Fahrmotores angeschlossen, während von den äußeren
feststehenden
Kontakten jeweils zwei über Kreuz liegende Kontakte durch je eine feste Kontaktbrücke
miteinander verbunden sind, wobei an einer Kontakt brücke eine Speiseleitung und
an der anderen gontaktbrücke die über den Motoranker geführte zweite Speiseleitung
angeschlossen ist, - die beweglichen Kontakte eines Wendeschalter-Paares stehen
mechanisch miteinander in Verbindung und sind gleichsinnig bewegbar und - alle Wendeschalter-Paare
sind in einem druckfest gekapselten Gehäuse angeordnet, aus dem eine mit den beweglichen
Kontakten verbundene Betätigungsstange druckdicht nach außen geführt und hier mit
einem Stellantrieb verbunden ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Stellantrieb ein Umkehr-Hubmagnet
vorgesehen, der sich in' einem Gehäuse in der Zündschutzart "erhöhte Sicherheit"
befindet.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, die feststehenden Kontakte jedes einzelnen
Wendeschalters aus gleichachsig angeordneten. Hohlzylinderstücken auszubilden und
ein zylindrisches Kontaktstück als beweglichen Kontakt vorzusehen, der im Innern
der Hohlzylinderstücke gleitend geführt ist.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Zusammenfassung
aller Wendeschalter eines hntriebsfahrzeuges dahingehend vorgesehen, daß die einzelnen
Wendeschalter sternförmig um eine gemeinsame Mittelachse achsparallel angeordnet
werden, wobei von jedem beweglichen Kontakt eine Schubstange ausgeht, deren freie
Enden mit einer Verbindungsplatte verbunden sind, an der die konzentrisch zur Mittelachse
verlaufende
Betätigungsstange des Umkehr-Hubmagneten angreift. Zur
gegenseitigen elektrischen Isolierung können entweder die Schubstangen oder die
Verbindungsplatte aus elektrisch nicht leitendem Material ausgebildet sein.
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Von den bekannten Schalteinrichtungen unterscheidet sich die erfindungsgemäße
Schalteinrichtung wesentlich dadurch, daß anstelle von elektromagnetischen Schützen
ein Kontaktsystem vorgesehen ist, bei dem jeweils von drei feststehenden Kontakten
der mittlere Kontakt mit Hilfe eines beweglichen Schiebekontaktes entweder mit dem
einen oder anderen äußeren Kontakt verbunden ist.
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Jeweils zwei solcher Wendeschalter werden für die Umschaltung eines
Fahrmotor benötigt. Bei einem Antriebsfahrzeug mit zwei Fahrmotoren sind demnach
vier Einzelwendeschalter notwendige die in raumsparender Weise sternförmig angeordnet
werden und deren bewegliche Kontaktstücke mechanisch in Verbindung stehen und mit
Hilfeeines Umkehr-Hubmagneten gleichzeitig und gleichsinnig gesteuert werden. Der
Einsatz von Schiebkontakten anstelle von elektromagnetischen Schütze ist ohne weiteres
möglich, weil infolge der Thyristor-Steuerung beim Fahrtrichtungswechsel die umzuschaltenden
Leitungen stromlos sind.
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Die Anwendung eines Umkehr-Hubmagneten zur Betätigung der beweglichen
Schiebekontakten bietet den Vorteil, daß für diesen Hubmagneten auf eine druckfeste
Eapselung verzichtet werden kann, weil hier keinerlei Schließkontakte vorhanden
sind und somit auch keine unerwünschten Kontaktfunken entstehen können. Der Umkehr-Xubmagnet
kann vielmehr in einem Raum in der Zündschutzart "erhöhte Sicherheit" untergebracht
werden.
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Das hierfür erforderliche Gehäuse braucht nicht abgedrückt zu werden
und kann dementsprechend leichter als ein druckfestes Gehäuse ausgebildet sein.
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Nur die eigentlichen Umschaltkontakte sind in einem druckfesten Gehäuse
unterzubringen, welches wegen der kompakten Bauweise der Umschaltkontakte geringere
Abmessungen als das bekannte Gehäuse für die elektromagnetischen Schütze hat und
ebenso wie die Umschalteinrichtung selbst den Vorteil eines erheblich geringeren
Gewichtes bietet. Keinerlei Schwierigkeiten bereitet die Verbindung der Betätigungsstange
des Umkehr-Hubmag neten mit den Schiebekontakten, die in einer abgedichte-1 ten
Durchführung die Wandung des druckfesten Gehäuses durchdringt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Anordnung eines
Wendeschalters mit einem Umkehr-Hubmagneten in schematischer Darstellung, teilweise
als Längsschaitt, Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Wendeschalters in der Ebene
der Lini,e I-I der Fig. 1, Fig. 3 einen Stromlaufplan der Fahrtrichtungs-Umschaltung
eines Fahrmotors, Fig. 4 eine Stirnansicht der Gehäuse für die Unterbringung des
Wendeschalters und des Umkehr-Hubmagneten und Fig. 5 eine Draufsicht der Gehäuse
nach Fig. 4.
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Der in Fig. 1 veranschaulichte Wendeschalter 1 besteht aus zwei Wendeschalter-Paaren
und ist demnach für die Umschaltung der Drehrichtung von zwei Fahrmotoren eines
Antriebsfahrzeugs ausgelegt. Die vier gleichartig aus -
gebildeten
Einzel-Vendeschalter 2 der beiden Wendeschalter-Paare sind sternförmig um eine gemeinsame
Mittelachse 3 herum angeordnet. Der Aufbau eines Einzel-Wendeschalters 2 ergibt
sich aus der Schnittdarstellung in Fig. 1. Im wesentlichen besteht er aus drei gleichachsig
hintereinander angeordneten Hohlzglinderstücken 4 mit äußeren Anschlußfahnen 5,
wobei für den Zusammenhalt der metallischen Hohlzylinderstücke 4 und die Fixierung
des gegenseitigen Abstandes hohl zylindrische Distanzstücke 6 aus einem elektrisch
nicht leitenden Werkstoff vorgesehen sind. Wie die Darstellung in Fig.1 zeigt, haben
die Distanzstücke 6 im Innern vorstehende Ringansätze 7, deren axiale Länge dem
Abstand zwischen zwei Hohlzylinderstücken 4 entspricht und deren Innendurchmesser
nicht kleiner ist als der Innendurchmesser der Hohlzylinderstücke 4. Im Innern der
Hohlzylinderstücke 4 ist ein zylindrischer Xontaktbolzen 8 längs beweglich geführt,
der mit den Hohlzylinderstücken 4 in Kontaktberührung steht. Seine Länge entspricht
etwa der axialen Länge des mittleren und eines äußeren Hohlzylinderstückes 4. An
einem Ende geht von dem Kontakt bolzen 8 eine Schubstange 9 aus.
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Für die Zusammenfassung der Einzel-Wendeschalter 2 zu einer Baueinheit
sind bei dem Ausführungebeispiel zwei Halteplatten 10 vorgesehen, die jeweils vier
Bohrungen aufweisen, in die die äußeren Enden der Hohl zylinderstücke 4 eingesetzt
sind. Die feste Verbindung mit den Halteplatten 10 wird durch Sicherungsringe 12
bewirkt, die mit ihrer Innenfläche jeweils an der betreffenden Halteplatte 10 bzw.
11 anliegen. Die Halteplatten 10 und 11 bestehen ebenso wie die Distanzstücke 6
aus einem elektrisch nicht leitenden Material.
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Die Schubstangen 9 der Einzel-Wende schalter 2 sind an ihren freien
Enden mit einer Verbindungsplatte 13 verbunden. Zweckmäßigerweise werden die Schubstangen
9
als Gewindestangen ausgebildet, so daß die feste Verbindung mit
der Verbindungsplatte 13 durch Schraubenmuttern 14 bewirkt werden kann. Auch die
Verbindungsplatte 13 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material. Die
Verbindungsplatte enthält eine zentrale Bohrung für den Anschluß der Betätigungsstange
15 eines Umkehr-Hubmagneten 16. Auch hier erfolgt -die feste Verbindung mit der
Verbindungsplatte 13 zweckmäßigerweise mittels Schraubenmuttern 17. Der Umkehr-Hubmagnet
16 ist eine bekannte Bauart. Er wird mit elektrischer Energie betrieben und führt
bei Betätigung jeweils eine Stellbewegung aus der einen in die andere Endlage aus.
Fig. 1 zeigt die eingefahrene Endlage der Betätigungsstange 15, in der die Kontaktbolzen
8 die mittleren Hohlzylinderstücke 4 mit den - in bezug auf die zeichnerische Darstellung
- rechts liegenden Hohlzylinderstücken 4 elektrisch verbinden. In der anderen Endstellung
des Umkehr-Hubmagneten 16 werden dagegen die mittleren Hohlzylinderstücke4mit den
links liegenden Hohlzylinderstücken elektrisch verbunden.
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Die Hohlzylinderstücke 4 und die Kontaktbolzen 8 bestehen zweckmäßigerweise
aus einer Kupferlegierung, wobei an ihren Kontaktoberflächen zur Verbesserung der
Kontaktgabe ein Ueberzug aus Silber vorgesehen ist.
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Die Umschaltung der Drehrichtung eines Fahrmotors mit Hilfe eines
Wendeschalter-Paares ist in dem Stromlaufplan der Fig. 3 veranschaulicht. Während
in dem MotOranker 18 die Stromrichtung unverändert bleibt, kann mit Hilfe des Wendeschalter-Paares
die Stromrichtung in der Feldspule 19 des Fahrmotors und damit dessen Drehrichtung
umgekehrt werden. Bei der wiedergegebenen Stellung der Kontaktbolzen 8 fließt der
Strom in der Feldspule 19 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung. nehmen die
Kontaktbolzen 8 dagegen die andere Schaltstellung ein, fließt der Strom in der Feldspule
19
in der Gegenrichtung.
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Bei dem dargestellten Wendeschalter-Paar sind jeweils zwei über Kreuz
liegende äußere Kontakte 4 durch eine Xontaktbrücke 20 bzw. 21 miteinander verbunden.
Von den beiden Speiseleitungen ist eine direkt mit der Kontakt brücke 21 und die
andere über den Motoranker 18 mit der Kontaktbrücke 20 verbunden. Ebensogut kann
mit einem solchen Wendeschalter-Paar anstelle der Feldspule auch der Motoranker
für den gewünschten Drehrichtungswechsel umgepolt werden.
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Die Fig. 4 und 7 zeigen zwei nebeneinanderliegende, in sich abgeschlossene
Gehäuse 22 und 23. Das Gehäuse 22 ist in der Zündschutzart sch "d" (druckfeste Kapselung)
ausgeführt und enthält im Innern neben anderen elektrischen Einrichtungen den Wendeschalter
1. Das Gehäuse 23 ist in der Zündschutzart sch "e" (erhöhte Sicherheit) ausgeführt
und beinhaltet neben anderen Einrichtungen den Umkehr-Hubmagneten 16. Dessen Betätigungsstange
15 ist durch abgedichtete Durchführungen in den Wandungen der beiden Gehäuse 22,23
in das Innere des Gehäuses 22 geführt und hier mit dem Wendeschalter 1 verbunden.
Das Gehäuse 23 ist im Vergleich zum Gehäuse 22 konstruktiv leichter ausgebildet
und hat dementsprechend auch ein erheblich geringeres Gesamtgewicht.