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Einrichtung zur Steuerung von Elektromotoren, insbesondere für Bahnzwecke.
Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung der Einrichtung zur Steuerung von
Elektromotoren, insbesondere für Bahnzwecke, nach Patent 3I40I6, bei der mechanische
Schütze durch eine Kammwelle in einer bestimmten Reihenfolge geschaltet werden.
Die Kammwelle wird durch einen Zahnstangentrieb bewegt, dessen Zahnstange an einem
Ende fest, am anderen Ende unter Zwischenschaltung eines Kraftspeichers verschiebbar
mit einem Druckluftkolben verbunden ist. Die Kammwalze schaltet die Schütze stufenweise
weiter in Abhängigkeit von einem Begrenzungsschalter, der das Fortschreiten von
einer Stufe zur nächsten gestattet, sobald der Motorstrom in jeder Stellung der
Walze unter ein vorbestimmtes Maß gesunken ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß bewegliche Hilfskontakte mit der
Kammwalze verbunden sind, die deren Bewegung von einer, Stufe zur nächsten Stufe
unabhängig machen von dem Begrenzungsschalter oder der steuernden Meisterwalze,
sobald diese Bewegung einmal eingeleitet ist. Es kann z. B. geschehen, daß der Begrenzungsschalter
in Tätigkeit tritt, nachdem der Hauptschalter seine Bewegung aus einer seiner wirksamen
Stellungen in die darauffolgende begonnen hat, oder daß die Meisterwalze in die
nächste Stellung bewegt wurde und dann, bevor der Hauptschalter (Kammwelle) seine
Bewegung vollendet hat, wieder zurückbewegt wird. Der Hauptschalter bliebe dann
in einer mittleren Stellung zwischen den beiden wirksamen Stellungen stehen, und
es kann .ein unerwünschtes Feuern der Kontakte auftreten, oder der gewünschte Stromkreis
für .den Motor wird nicht hinreichend hergestellt. Bei Anwendung der Einrichtung
nach der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden; das Fortschalten der Kammwelle
ist wohl erst möglich, wenn der 1aotorstrom unter einem vorbestimmten Wert gesunken
ist, wenn dies aber eingetreten ist, gegebenenfalls auch die Meisterwalze -in die
nächste Schaltstellung gebracht ist und ,die Kammwelle die wirksame Stellung, in
der sie sich eben befand, verlassen hat, dann wird diese eingeleitete Bewegung der
Kammwalze unbedingt bis zu ihrer nächsten wirksamen Stellung fortgesetzt, auch wenn
hierbei der Motorstrom den vorbestimmten Wert wieder überschreitet oder die Meisterwalze
-wieder zurückbewegt worden ist. Die von der Kammwelle mitbewegten Hilfskontakte
machen also während der Bewegung der Kammwelle von einer Stufe zur nächsten den
Begrenzungsschalter
und die Meisterwalze unwirksam in bezug auf
die Beeinflussung dieser Bewegung während des zugehörigen Weges.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Abb. I
zeigt eine vollständige Schaltung für die Regelung zweier Motoren unter Anwendung
der Erfindung, Abb. 2 einen Schnitt und teilweise Ansicht durch die elektropneumatische
Vorrichtung zum Schalten der Schütze wie im Hauptpatent und Abb. 3 ein vereinfachtes
Schaltungsschema der Motorsteuerung.
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In Abb. I ist eine vollständige Schaltung für zwei Motoren dargestellt,
die in Reihenparallelschaltung gesteuert werden. Die Erfindung kann natürlich auch
für eine andere Anzahl von Motoren Anwendung finden. A, A' sind die Anker, F, F'
die im Beispiel unterteilten Feldwicklungen der beiden Motoren. R S ist der Umkehrschalter,
M C die Meisterwalze, die vom Fahrer bedient wird, L B und L B' (in der Mitte der
Abb. I) sind zwei Hauptschalter zum Unterbrechen des Motorstroms. B (rechts) ist
ein Spannungsrelais, das beim Ausbleiben des Stromes den Hauptschalter in seine
Nullstellung zurückkehren läßt, O R ist ein Überstromschalter, D ein Strombegrenzer,
der die Bewegung des Hauptschalters (Kammwelle) M in Abhängigkeit vom Motorstrom
bringt, E ist eine Stromquelle zum Speisen des Steuerstromkreises.
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Der Hauptschalter M ist eine Kammwalze, deren Kämme die mechanischen
Schütze in vorbestimmter Reihenfolge schließen. Mit ihm sind zwei Sätze von Hilfskontakten
G, H
verbunden, deren Wirkungsweise später beschrieben wird.
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Durch die Kämme des Hauptschalters werden eine Reihe gleichartiger
mechanischer Schütze in Tätigkeit gesetzt, von denen eines in Abb. 2 bei K dargestellt
ist. Jedes Schütz besteht aus einem festen Kontakt II reit einer magnetischen Funkenlöschung
I2 und einem bei I4 drehbar gelagerten Kontaktarm I3 mit dem Kontakt I5, die auf
einer gemeinsamen Grundplatte aufgebaut sind. Der Kontaktarm I3 wird durch eine
Feder I6 gewöhnlich in der gezeichneten Offenstellung erhalten und entgegen der
Kraft dieser Feder in die Schließstellung gebracht, wenn einer der Kämme I7 mit
der Rolle I8 auf dem Kontaktarm in Eingriff gelangt. Die Kämme I7 sind parallel
zueinander in der Längsrichtung einer Welle I9 (Abb. 2) angeordnet. Die Kämme haben
solche Länge, daß sie die zugehörigen mechanischen Schütze in bestimmten Stellungen
.der Walze geschlossen halten.
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Wie Abb. 2 zeigt, wird die Welle ig durch ein Zahnrad 2o bewegt, das
in eine Zahnstange 21 eingreift, die an jedem Ende mit einem Kolben verbunden ist.
Die Kolben 2:2,23 sind in Zylindern 24, 25 angeordnet, in die Druckluft durch die
Zuführungen 26, 27 eintreten kann. Der Kanal 26 ist gewöhnlich vom Zy= linder 24
abgeschlossen und dieser mit der Außenluft in Verbindung; ein elektromagnetisch
gesteuertes Ventil 28 öffnet demgemäß die Verbindung des Zylinders mit der
Außenluft, wenn seine Wicklung stromlos ist, während es ihn mit dem Kanal 26, also
reit dem Druckluftbehälter verbindet, sobald sein Elektromagnet erregt ist. Das
Ventil 29 ist umgekehrt gewöhnlich offen und verbindet dann bei stromloser Wicklung
den Kanal 2,7 mit dem Zylinder 25, diesen also mit der Druckluft, während
es bei Erregung seines Magneten den Zylinder 25 mit der Außenluft verbindet. Wird
nun :das Venti128 erregt, so gelangt Druckluft in den Zylinder 24 :und sucht den
Kolben 22 nach links zu bewegen in der Richtung »Ein«. .Die Bewegung des Kolbens
kann, mit Ausnahme in die erste Fahrtstellung, nicht eintreten, wenn nicht durch
Erregung des Ventils 29 Druckluft aus dem Zylinder 25 abgelassen wurde. 'Hat sich
dann der Kolben 22 in die Einschaltstellung bewegt, und wird das Venti129 geschlossen
durch Aberregen seiner Wicklung, so wird die Bewegung der beiden Kolben sofort zum
Stillstand gebracht. Während der Kolben 22 fest mit der Zahnstange 21 verbunden
ist, ist der Kolben 23 relativ zur Zahnstange beweglich mittels einer Führung 3o,
die das Zahnstangenende Umgreift und innerhalb deren eine Feder 31 vorgesehen
ist, die als Kraftspeicher wirkt und .es ermöglicht, daß der Kolben 22 nach links
bewegt wird, während der gegen einen nicht gezeichneten Anschlag anliegende Kolben
23 stillsteht, wobei die Feder 31 vollkommen zusammengedrückt wird.
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Der oben auf den Zylindern (Abb.2) angebrachte Umkehrschalter R S
besitzt eine Walze A, die pneumatisch durch zwei Kolben 32 bewegt wird, die mit
.dem Kurbelarm 33 der Walze A verbunden sind. Das elektromagnetisch gesteuerte Ventil
f möge die Bewegung- dieses Schalters in die Schaltstellung entsprechend der Fahrt
nach vorwärts bewirken, während das elektromagnetisch gesteuerte Ventil r den Schalter
in die Stellung für die Fahrt nach rückwärts bringen möge. Diese Ventile wirken
in gleicher Weise wie das Ventil 28.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung sei an Hand der
Abb. i näher erläutert, die sämtliche Teile in jenen Stellungen darstellt, in denen
der Steuerstrom unterbrochen ist. Sollen die Motoren angelassen werden, so sind
zunächst die Schalter 34, 35 zu schließen, der erstere durch Anlegen an den. links
gezeichneten-- Kontakt.
Durch Schließen des Schalters 35 wird das
Nullspannungsrelais B erregt, dessen Wicklung vom Stromabnehmer Strom erhält, der
dann über den Widerstand r', den Kontakt 36 und über die eine (untere) Wicklung
des Relais D zur Erde fließt. Wird nun der Meisterschalter M C in die erste Vorwärtsfahrstellung
a gebracht, so gelangt zunächst der Umkehrschalter RS, falls er noch auf »rückwärts«
stand, in die (gezeichnete) Fahrtstellung »vorwärts«, indem sein Ventil f erregt
und nach vollzogener Umschaltung selbsttätig wieder aberregt wird; der Stromverlauf
ist aus der Zeichnung ohne weiteres zu entnehmen. Dann wird der Linienschalter
L B
geschlossen, indem seine Wicklung von der Batterie E über die Leitung
39, Kontaktstück 40 am Hauptschalter M, Leitung 4I Strom erhält, der über den nunmehr
geschlossenen Kontakt 37 des Spannungsrelais B, den Kontakt 37' am Überstromrelais
O R, die Kontakte am Umkehrschalter R S und Führerschalter M C und den Schalter
34 zurück zur Batterie fließt. Sobald der Linienschalter L B geschlossen wird, schließen
sich auch die beiden mit ihm verbundenen Kontakte 42, 43. Der Kontakt 42 legt die
Wicklung des Linienschalters in einen Haltestromkreis und schließt den Stromkreis
für das Steuerventil 28, das von der Batterie E über die Leitungen 39, 47,
Kontakt 42 Strom erhält, der über den geschlossenen Kontakt 38 des Spannungsrelais
B, den Kontakt 44 des Überstromrelais O R und die Meisterwalze M C zurück zur Batterie
fließt. Die Erregung des Ventils 28 hat zur Folge, daß sich die Kammwelle I9 (Abb.
2) in die erste Fahrtstellung a' bewegt, da das Ventil 29 noch nicht erregt ist,
wobei die Feder 3I zusammengedrückt wird. Diese Bewegung der Kammwelle bewirkt einerseits
das Öffnen der Kontakte 40 und 36, so daß vor die Wicklung des Spannungsrelais B
der Widerstand r'' geschaltet wird und den Strom auf die zum Festhalten ausreichende
Stärke herabsetzt, und anderseits, daß die Kontakte II, I5 durch ein Schütz verbunden
werden, das durch einen Kamm I7 der Welle I9 geschlossen wird. Die Abwicklung der
Kammwelle in Abb. I läßt erkennen, welcher Kamm in den einzelnen Stellungen der
Kammwelle die entsprechenden Schütze oder Kontakte schließt. Durch die Verbindung
der Kontakte II, I5 wird nunmehr der Motorstromkreis geschlossen: Vom Stromabnehmer
T über die Wicklung des Überstromrelais 0 R, den Linienschalter L B, Widerstand
R, Kontakte am Umkehrschalter R S, Motoranker A, beide Teile der Feldwicklung F,
Widerstände R2, 'R'-, Kontakte 15, 11, Widerstände R3, R4, beide Teile der FeldwicklungF',
Umkehrschalter R S, Motoranker A', Umkehrschalter R S, (untere) Begrenzungsschalterwicklung
D zur Erde. Die Motoren laufen an in Reihenschaltung untereinander und mit sämtlichen
Widerständen.
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Wird der Meisterschalter M C in die zweite Fahrtstellung b gebracht,
so wird der zweite Linienschalter L B' .eingelegt, indem seine Wicklung von der
Batterie E über ,die Leitungen 39, 47 Strom - erhält, der über den Kontakt 48 zum
Kontakt 43 am eingelegten Schalter L B und den Kontakt des Begrenzungsschalters
D weiterfließt zu einem der jetzt geschlossenen Hilfskontakte G, von wo der Strom
zu -dem Meisterschalter M C und zur Batterie E zurückfließt. Der Schalter LB' wird
hierdurch geschlossen und schließt den Widerstand R kurz. Gleichzeitig schließt
sein Kontakt 48 einen Haltestromkreis für die Wicklung des Schalters L B'
und sein Kontakt 49 über den genannten Hilfskontakt G den Stromkreis für das Ventil
2g, dieses verbindet den Zylinder 25 mit der Außenluft, und beide Kolben 23, 22
können sich vorwärts in die zweite wirksame Stellung b' bewegen, in der das dem
Kamm 5o zugeordnete Schütz die Kontakte 5, schließt und die Widerstände R1,
R2 kurzschließt. Der Hilfskontakt G wird geöffnet und der nächste geschlossen. Wenn
aber durch das Abschalten oder Kurzschließen der Widerstände R, R1, R2 der Motorstrom
so anwächst, daß der Begrenzungsschalter D seinen Kontakt öffnen will, um zu verhindern,
daß der Hauptschalter M um einen weiteren Schritt vorwärts bewegt wird, bevor der
lblotorstrom auf ein vorbestimmtes Maß gesunken ist, kann es geschehen, daß das
Ventil 29 aberregt wird, bevor der Hauptschalter M vollständig in die nächste wirksame
Stellung gelangt ist. Dies wird erfindungsgemäß verhindert .durch die Anordnung
der Hilfskontakte G, H, die sich mit der Kammwelle drehen. Das Ventil
2,9
erhält nämlich Strom über die Kontakte H in Parallelschaltung zu den Kontakten
des Relais D, sobald der Hauptschalter eine wirksame Stellung verlassen hat und
noch nicht in die nächste wirksame Stellung gelangt ist. Dieser parallele Stromweg
verläuft über die die Serienwicklung unterstützende Spule 56 des Begrenzungsschalters
D, dessen Empfindlichkeit gegenüber Stromänderungen hierdurch gesteigert . wird,
über den Kontakt H und die Kontakte 38 des Spannungsrelais B und 44 des Überstromrelais
0 R sowie über den Meisterschalter M C auf anderem Wege als von den Kontakten G
aus. Mag nun auch der Begrenzungsschalter D geöffnet sein, so wird die Bewegung
der Kammwelle nicht unterbrochen, da wohl der eine Stromweg über die Kontakte G
.unterbrochen .ist, nicht aber derjenige über die Hilfskontakte
H.
Letzteres erfolgt erst, wenn die Kammwelle in die nächste wirksame Stellung
b' gelangt ist, in der der Kontakt H von den zugehörigen Kontaktfingern
abgelaufen ist. Ist auch jetzt der Motorstrom noch nicht auf den vorbestimmten Wert
gesunken, so kann sich die Kammwelle doch nicht weiterbewegen, da nunmehr das Ventil
29 nur über die Kontakte G eingeschaltet, aber durch den geöffneten Begrenzungsschalter
D aberregt ist. Das Ventil 29 erhält erst wieder Strom, sobald der Motorstrom auf
das vorbestimmte Maß gesunken ist und sich infolgedessen der Begrenzungsschalter
D wieder schließt. Nunmehr bewegt sich die Kammwelle aus der ersten Stellung
b' in die zweite Stellung b', in der der Kamm 50' den Wderstand R3
kurzschließt. Auch während der Übergangsbewegung zur dritten Stellung b', in der
auch der Widerstand R4 kurzgeschlossen ist, ist durch die Hilfskontakte H dafür
gesorgt, daß die Kammwalze sicher in die zugehörige wirksame Stellung gelangt. Sobald
die Kammwelle in die Stellung c' gelangt ist, in der ein Teil der Feldwicklung beider
Motoren abgeschaltet wird, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, wird die weitere Bewegung
gehindert, da einer der Kontakte G, der mit 52 bezeichnet ist, so gegen die übrigen
versetzt ist, daß er den Stromkreis des Magneten 29 unterbricht.
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Um nun weiterzuschalten, ist es notwendig, den Meisterschalter in
die Stellung c zu bringen, in der der Magnet 29 über die Kontakte 53 des Meisterschalters
und den Kontakt 52, der mit dem Kontaktfinger 54 zusammenarbeitet, Strom erhält.
Die Kammwelle wird um einen Schritt weiterbewegt in die Stellung d', in der die
Motoren unter Vorschaltung der Widerstände R1, R2 bzw. R3, R4 parallel geschaltet
sind. Die weitere Fortschaltung der Kammwelle ist gehemmt, da das Ventil 29 durch
Ablaufen des Kontaktes 52 stromlos geworden ist.
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Um aus dieser Stellung weiter zu gelangen, muß der Meisterschalter
weiterbewegt werden in die Stellung d, in der das Ventil 29 wieder in normaler Weise
erregt und die Kammwalze in der gleichen Weise wie früher weiterbewegt wird. Hierbei
wird die Parallelschaltung der Motoren so weit fortgeführt, bis ihre größte Geschwindigkeit
erreicht ist.
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Ersichtlich arbeitet die Steuerung zum Teil selbsttätig. Durch die
Umführungskontakte H ist erreicht, daß ein Stehenbleiben der Kammwalze auf Übergängen
verhindert ist, wenn wahrend der selbsttätigen Schaltung Schaltung die Meisterwalze
vorzeitig zurückgelegt wird oder der Begrenzungsschalter anspricht.
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Die Kammwalze wird in die Nullstellung zurückgeführt, sobald der Einschaltmagnet
28 abefregt wird. Hierdurch wind der Zylinder 24 (Abb. 2) mit der Außenluft verbunden,
und die Druckluft im Zylinder 25 schiebt die Zahnstange 2I nach rechts und dreht
die Kammwalze in die Nullstellung zurück. Die Aberregung des Einschaltventils 28
kann, abgesehen vom Zurückführen der Meisterwalze in ihre Nullstellung, auch erfolgen
durch Aberregung des Spannungsrelais B, wenn also ler Strom ausbleibt, wodurch der
Kontakt 38 unterbrochen wird. Der Stromkreis zur Magnetspule -des Spannungsrelais
B wird, wie früher beschrieben,--durch den Kontakt 36 geschlossen, der aber nur
dann in der Schließstellung ist, wenn die Kammwelle sich in der Nullstellung befindet;
in .den übrigen Stellungen ist ein Selbstspeisestromkreis über den Widerstand y'
hergestellt. Ist aber das Spannungsrelais einmal abgefallen, so reicht der über
die Widerstände r ' und r' fließende Strom nicht aus, um das Spannungsrelais
wieder einzulegen, so daß das Wiederanlassen der Kammwelle nur möglich ist, wenn
sie selbst und evtl. der Meisterschalter in die Nullstellung zurückgeführt sind.
Wenn das Spannungsrelais B geöffnet wird, so werden auch die Linienschalter
L B, L B' am Kontakt 37 unterbrochen, wodurch der Einschaltmagnet 28 an einer
zweiten Stelle, nämlich am Kontakt q.2 abgeschaltet wird.
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Der Umkehrschalter R S ist ebenfalls mit der Kammwelle elektrisch
verriegelt über den Kontakt 40, so daß die Magnete f und r nur erregt
werden können, wenn sich die Kammwelle in der Nullstellung befindet.
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Wesentlich ist, .daß die selbsttätige Bewegung der Kammwalze, z. B.
unter der Kontrolle des Begrenzungsschalters D, nur in einer wirksamen Stellung
unterbrochen werden kann. Ist ferner z. B. der Meisterschalter in die Stellung b
gebracht und die Kammwalze führt die verschiednen Verbindungen in der Reihenschaltung
selbsttätig aus, so kann sie in ihrer Bewegung nur in einer wirksamen Stellung gehemmt
werden, wenn der :Meisterschalter in die Stellung a zurÜckgebracht wird. Befindet
sich der Meisterschalter etwa in der Stellung d, so kann die selbsttätige Bewegung
der Kammwalze in gleicher Weise gehindert werden, indem der Meisterschalter in die
Stellung c zurückgeführt wird. Ist der Meisterschalter in die Nullstellung zurückgeführt,
so wird das Einschaltventil 28 aberregt und die Kammwalze in die Nullstellung zurückgedreht.
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Tritt ein Überstrom auf, so wird das Relais 0 R das öffnen der Linienschalter
L B
und L B' am Kontakt 37' und damit die Unterbrechung des Motorstromkreises
herbeiführen. Dieses Überstromrelais wird in seiner Offenstellung selbsttätig verriegelt
durch die gezeichnete
Sperrklinke und kann erst wieder eingelegt
werden durch Anlegen des Schalters 34 an den rechts gezeichneten Kontakt, wodurch
die Spule 55 an der erwähnten Sperrklinke Strom erhält und den Anker des Relais
O R durch Abziehen der Sperrklinke wieder freigibt.