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Schaltwalze zum Anlassen und Steuern von Motoren. Die Erfindung bezieht
sich auf Schaltwalzen zum Anlassen und Steuern von Elektromotoren und bezweckt,
die Schaltwalze mit einer Einrichtung zu versehen, durch welche sie derart verriegelt
werden kann, daß ein übermäßig schnelles Zurückführen der Schaltwalze in eine niedrigere
Schaltstufe unmöglich ist und eine unzulässig hohe Beanspruchung der zum Schalten
oder Unterbrechen des Motorstromes bestimmten Kontakte mit Sicherheit vermieden
wird. Eine besondere Bedeutung gewinnt der Erfindungsgegenstand bei solchen Schaltwalzen,
bei denen der Motorstromkreis nicht an den Kontakten der Schaltwalze selbst, sondern
an einem außerhalb liegenden, elektromagnetischen Hilfsschalter unterbrochen wird.
Dadurch wird nämlich die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung, die
ohne Verwendung eines derartigen Hilfsschalters die Schaltwalze nur in den Bremsstellungen
zu verriegeln gestattet, auch für solche Fälle brauchbar, in denen eine Verriegelung
auch in den Fahrtstellungen .oder in diesen allein wünschenswert erscheint.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel
des
Erfindungsgegenstandes in Verbinching mit dem Schaltungsschema eines Straßenbahngleichstrommotors
ein zum Steuern dieses Motors bestimmter Fahrschalter schematisch dargestellt, der
mit einem außerhalb liegenden, die Unterbrechung des Motorstromkreises bewirkenden
elektromagnetischen Hilfsschalter zusammenarbeitet und in allen Fahrt- und Bremsstellungen
sich selbsttätig verriegelt, solange der Motorstrom einen vorausbestimmten Grenzwert
übersteigt.
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Mit dem an den positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossenen
Fahrdraht A ist durch einen Stromabnehmer B eine zur Erde (negativer Pol) führende
Leitung C verbunden, die in den Fahrtstellungen der Schaltwalze die Auslösespule
dl und die durch zwei Kontakte 112 und 11s gebildete Unterbrechungsstelle eines
zum Schutz der Anlage gegen VVerstrom vorgesehenen Schalters D, einen mehrstufigen
Anlaßwiderstand E, die Wicklung f l eines noch näher zu erläuternden Magneten F,
die durch zwei Kontakte g1 und g= hebildete Unterbrechungsstelle des elektromagnetischen
Hilfsschalters G sowie den Anker H und die Erregerwicklung Hl des zu steuernden
Gleichstrommotors H, Hl in Hintereinanderschaltung miteinander und mit der Schaltwalze
K verbindet. Der Überstromschalter D enthält noch eine zweite, auf denselben Magnetkern
wie die Hauptstromauslüsespule dl und gleichsinnig mit dieser gewickelte Magnetspule
114, die zur Unter-1 rechungsstelle 112, 113 parallel geschaltet und so bemessen
ist, daß sie den geöffneten Schalter D entgegen der Wirkung einer Zugfeder 115 in
der Ausschaltstellung zu halten vermag (Haltespule). Der Hilfsschalter G besitzt
nur eine einzige Magnetspule g3, die unter Vorschaltung eines bei geschlossenem
F: ilfsschalter G einen Kurzschluß unmöglich iaüchenden Widerstandes l einerseits
an den Kontakt g2 des Schalters G und anderseits an den Anfang der ersten Stufe
des Anlaßwiderstandes E angeschlossen ist. Die Magnetspule g3 ist so bemessen, daß
sie die ihr entgegenwirkende Kraft einer Zugfeder g4 nur dann zu überwinden und
den Schalter G zu i offnen vermag, wenn sie unmittelbar an die t alle Spannung der
Gleichstromquelle gelegt wird. Dies wird durch Vermittlung einer Hilfsschaltvorrichtung
ermöglicht, die einen Teil des Fahrschalters bildet und daher im Zusammenhang mit
diesem selbst beschrieben werden wird.
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Der mit dem Anlaßwiderstand E zusammenwirkende Fahrschalter besteht
aus einer mit Kontaktstreifen versehenen Schaltwalze K und einer deren Antriebsorgan
bildenden, um die Schaltwalzenachse um einen kleinen Winkel gegenüber der Schaltwalze
drehbaren Schaltkurbel K1. Von der Schaltwalze K ist der untere Teil auf der Zeichnung
ohne die zum Anlassen und Steuern des Motors H, HI bestimmten Kontaktstreifen dargestellt;
die Klemmen der zugehörigen Kontaktfinger sind durch kleine Kreise k24 angedeutet,
an denen die zum Anlaßwiderstand E, dem Motor 1l, Il= und den Polen der Gleichstromquelle
führenden Verbindungsleitungen endigen. Die Schaltkurbel K1 ist mittels eines Zapfens
k= auf der oberen Stirnfläche )z- der Schaltwalze K derart lose drehbar befestigt,
daß sie sich in bezug auf die Schaltwalze innerhalb zweier ebenfalls auf der Stirnfläche
k:° in geringem Abstand voneinander angeordneter Anschläge k4 und k3 zu bewegen
vermag. Ferner ist auf der Stirnfläche k3 der Schaltwalze K noch ein einarmiger
Hebel k11 gelagert, der sich unter-der Wirkung einer Zugfeder k° mit einem Vorsprung
k7 in eine Rast k$ der Schaltkurbel zu legen vermag und dabei diese, wenn sie sich
selbst überlassen ist, zwingt, die Mittelstellung zwischen den beiden Anschlägen
k4 und k5 einzunehmen. Die Schaltkurbel K: besitzt eine sich zu einem Sektor k1°
von etwas größerem Halbmesser als die Schaltwalze K erweiternde rückwärtige Verlängerung,
an deren Rand ein zur Schaltwalzenachse paralleler Metallstab k" in der aus der
Zeichnung ersichtlichen Weise befestigt ist. Der Stab k" stellt einen Kontakt dar
und dient dazu, in den beiden durch die Anschläge k4 und k- bestimmten Grenzlagen
der Schaltkur-1:el K1 je zwei von drei schwach federnden Kontakten k12, k13 und
k14 leitend miteinander zu verbinden, deren jeder auf einen von drei auf der Schaltwalze
K in parallelen Radialebenen angeordneten Kontaktstreifen k111 Lis k17 aufgenietet
ist. Von diesen Kontaktstreifen umfaßt der oberste, k15, annähernd die eine, der
unterste, k17, annähernd die andere Hälfte des Schaltwalzenumfanges, während der
mittlere, k111, fast den ganzen Umfang umfaßt. Die zugehörigen Kontaktfinger klq
bis k2° sind an einem feststehenden Gehäuseteil so angeordnet, daß sie bei der gezeichiieten
Stellung der Schaltwalze K, bei der diese ihre Nullstellung gegenüber dem (nicht
dargestellten) Gehäuse einnimmt, auf einem an den Kontaktstreifen k15 bis k17 nicht
hedeckten Teil der Schaltwalze aufliegen. Von den Kontakten k12 bis k14 ist der
mittlere, 112, so ausgebildet und angeordnet, daß er in jeder der beiden Grenzstellungen
der Schaltkurbel K1 von dem Stab k" berührt wird, während die beiden anderen Kontakte
so angeordnet sind, daß sich der Stab k" gegen den auf dem obersten Kontaktstreifen
k15 befestigten Kontakt k12 anlegt, wenn die Schaltkurbel
den Anschlag
k4 berührt, und gegen den auf dem untersten Kontaktstreifen k17 befestigten Kontakt
k14, wenn sie den Anschlag k5 berührt. Infolge der geschilderten Anordnung der Kontaktstreifen
k15 bis k17 befindet sich der mittlere Kontaktstreifen k111 bei allen Schaltstellungen
der Schaltwalze k mit Ausnahme der Nullstellung im Eingriff mit dem zugehörigen
Kontaktfinger k111, während der oberste Kontaktstreifen k15 nur bei den Fahrtstellungen,
der unterste, k17, nur bei den Bremsstellungen den zugehörigen Kontaktfinger berührt.
Die Kontaktfinger kls und k211 sind miteinander leitend verbunden imd -durch eire
Leitung M an die Verbindungsstelle der Auslösespule g3 des Hilfsschalters G mit
dem Vorschaltwiderstand T angeschlossen, während der Kontaktfinger k111 über eine
Leitung N an Erde liegt. Infolge der angegebenen Schaltverbindungen wird, wie aus
der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, die Magnetspule g$ jedesmal dann an
die Spannung der Gleichstromquelle gelegt, wenn die Schaltkurbel KI aus irgendeiner
Schaltstellung gegen die Nullstellung der Schaltwalze K hin zurückbewegt wird, so
daß nunmehr bei Fahrtstellungen der Schaltwalze statt des Kontaktpaares k13, k14
das Kontaktpaar k12, k18 und bei Bremsstellungen statt des Kontaktpaares k12, k13
das Kontaktpaar k13, k14 durch den Metallstab kll berührt wird.
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Die Schaltwalze K trägt an ihrem oberen Ende einen ringsektorförmigen
Ansatz k21, dessen Rand mit einer an Zahl der Zahl der Fahrstufen gleichen Anzahl
Zähne k22 versehen ist. Auch in den Rand der sektorför.-migen rückwärtigen Verlängerung
k1° der Schaltkurbel K1 sind Zähne k23 eingeschnitten, die aber dichter nebeneinanderstehen
als die Zähne k22 und entgegengesetzt wie diese gerichtet sind. Infolgedessen stellen
die Verzahnungen k22 und k23 Teile zweier einander entgegengerichteter, einseitig
wirkender Gesperre dar, deren zugehörige Teile durch zwei durch den bereits erwähnten
Magneten F, f1 beeinflußte Sperrdaumen P2 und Q2 gebildet werden. Der Sperrdaumen
P2 ist an dem einen Arm P1 eines am Gehäuse des Fahrschalters K, K1 gelagerten,
schmiedeeisernen Winkelhebels P, P1 federnd aufgehängt, dessen anderer Arm P in
einer der einen Stirnfläche des Magnetkernes F zugekehrten Verdickung p4 endigt.
In genau entsprechender Weise ist der dem Sperrdaumen P= entgegengerichtete und
in einer parallelen Ebene zu diesem schwingbare Sperrdaumen Q= an dem einen Arm
Q1 eines zweiten Winkelhebels Q, Q- angelenkt, dessen anderer Arm Q sein verdicktes
Ende q4 der anderen Stirnfläche des Magnetkernes F zukehrt. Die beiden Verdickungen
p4. und q4 bilden Anker des Magneten F, f l-, von dessen Stirnflächen
eine an den beiden Hebelarmen P und Q angreifende Druckfeder R sie fernzuhalten
sucht. Der Ausschlag der beiden durch die Feder R a useinandergehaltenen Hebelarme
P und Q wird durch zwei feste Anschläge P3 und Q3 in einer solchen Lage begrenzt,
daß dabei die Sperrdaumen F2 und Q2 sich außerhalb der zugehörigen Sperrzähne k22
und k23 befinden. Die magnetischen Verhältnisse des doppelten Gesperres F, f1, p2,
k22, Q2, k23 sind so hestimmt, daß, wenn die Stärke des die Spule f 1 durchfließenden
Motorstromes beim Fahren oder beim elektrischen Bremsen einen vorausbestimmten Grenzwert
übersteigt, der Magnet F, f1 die Kraft der Feder R überwindet, die Anker
p4 und q4 anzieht und die Sperrdaumen P2 und Q2 in den Bereich der Sperrzähne k22
und k23 bringt, so daß je nach dem Drehsinne der SchaltkurbelK1 und der SchaltwalzeK
das eine oder das andere der beiden einseitig wirkenden Gesperre P2, k22 und Q2,
k23 eine Verriegelung des Fahrschalters K, KI bewirkt. Eine Verriegelung des Fahrschalters
kann also sowohl in den Fahrtstellungen als auch in den Bremsstellungen der Schaltwalze
stattfinden. Dagegen werden beide Gesperre unwirksam, sobald der Motorstrom unter
den angegebenen Grenzwert sinkt oder der Motorstromkreis unterbrochen wird. In diesem
Falle ist eine freie Bewegungsmöglichkeit des Fahrschalters in beiden -Drehrichtungen
vorhanden.
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Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung
soll davon ausgegangen werden, daß alle Teile die aus der Zeichnung ersichtliche
Stellung einnehmen, wobei insbesondere die Schaltkurbel K1 des Fahrschalters K,
Kl die Mittelstellung zwischen den Anschlägen k4 und k5 einnimmt und die Schaltwalze
K sich in der Nullstellung befindet, so daß der Motorstromkreis und der Stromkreis
der die Kontakte k12 bis k1¢ enthaltenden Hilfsschaltvorrichtung an der Schaltwalze
unterbrochen und die Magnetspule d4, g3 und f1 stromlos sind. Infolgedessen sind
die Schalter D und G geschlossen und die beiden Gesperre p2, k22 und Q=,
k23 unwirksam.
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Soll nun der Motor H, Hl angelassen werden, so muß zunächst der Fahrschalter
K, KI durch Drehen der Schaltkurbel K1 im Sinne des Pfeiles x in die der ersten
Fahrstufe entsprechende Stellung gebracht werden. Dabei verläßt der Vorsprung k7
die Rast k8, und die Schaltkurbel K1 legt sich bei noch stillstehender Schaltwalze
K gegen den Anschlag k5. In dieser Stellung stellt der Metallstab k11 eine leitende
Verbindung zwischen den Kontakten k13 und k14 und damit zwischen den Kontaktstreifen
k111 und k17 her, doch bleibt der die
Kontakte k12 bis k14 enthaltende
Stromkreis zunächst noch an den Kontaktfinger k18 bis k29 unterbrochen. Beim Weiterdrehen
der Schaltkurbel bewegt sich auch die Schaltwalze K im Sinne des Pfeiles und der
Motorstromkreis schließt sich nun in bekannter Weise über die Widerstandsstufen
des Anlaßwiderstandes E und die durch die Klemmen k24 angedeuteten Kontaktfinger
sowie über die (nicht dargestellten) Hauptstromkontakte der Schaltwalze K. Gleichzeitig
treten die Kontaktfinger kls und k19 in Berührung mit den zugehörigen Kontaktstreifen
k15 und k18 der Hilfsschaltvorrichtung, während eine Berührung des Kontaktfingers
k29 mit dem Kontaktstreifen k17 infolge der Ausbildung dieses Kontaktstreifens unterbleibt.
Demgemäß wird auch jetzt noch kein Stromkreis durch die Kontakte k1', k14 und den
Stab k" geschlossen, und die Leitungen M, N bleiben auch beim weiteren Schalten
der Schaltwalze im Sinne des Pfeiles x, wobei die Geschwindigkeit des Motorankers
H sich allmählich steigert, stromlos. Erst wenn von irgendeiner Schaltstufe aus
zurückgeschaltet wird, tritt hierin eine Änderung ein. Sobald nämlich die Schaltkurbel
K1 im entgegengesetzten Sinne des Pfeiles x bewegt wird, wobei die Schaltwalze K
zunächst stehenbleibt, gelangt der Metallstab kll in Berührung mit den Kontakten
k12 und k13. Dadurch wird folgender Stromkreis geschlossen: -{- A, B, C,
dl, d2, da, k24, K, k24, g3, M, k18, k15, k12, k", k13, k15, k19,
N, C -, so daß die Magnetspule g$ an der vollen Spannung liegt und
der Hilfsschalter G ausschaltet. Nun vergeht aber infolge der mechanischen Trägheit
des Schalters G und der magnetischen Trägheit seiner Magnetspule g3 und der im Hauptstromkreis
liegenden induktiven Widerstände zwischen dem Augenblick des Schließens des erwähnten
Stromkreises und dem Augenblick, in welchem die Unterbrechung des Motorstromkreises
vollendet ist, eine, wenn auch kleine, als »Schaltverzug« bekannte Zeit. Erfahrungsgemäß
ist dieser Schaltverzug meistens erheblich größer als die Zeitdauer, die man beim
ruckweisen Schalten zur Überführung des Fahrschalters in die der nächst niedrigeren
Schaltstufe entsprechende Stellung braucht. Es muß daher, wenn schädliche Lichtbogenbildungen
an den Hauptstromkontakten des Fahrschalters vermieden werden sollen, dafür gesorgt
sein, daß ein Zurückführen der Schaltwalze K auf eine niedrigere Schaltstufe erst
nach dem Verschwinden des Motorstromes oder wenigstens erst dann stattfinden kann,
wenn der Motorstrom den vorausbestimmten Grenzwert unterschritten hat. Dies wird
nun selbsttätig durch die elektromagnetische Sperrvorrichtung F, f
l-, P, P2, k2- besorgt. Solange nämlich der die Spule f 1 durchfließende
Strom den zulässigen Grenzwert noch übersteigt, wird sowohl der Magnetanker p4 als
auch der Magnetanker q4 angezogen und der Sperrdaumen PI mit der Verzahnung k22
in Eingriff gehalten, so daß eine Drehung der Schaltwalze entgegen dem Sinne des
Pfeiles x, also auf ihre Nullstellung zu, unmöglich ist. Eine Weiterbewegung der
Schaltwalze K in dem angegebenen Sinne kann nach dem Gesagten offenbar erst dann
stattfinden, wenn die Stromstärke im Motorstromkreis unter den erwähnten Grenzwert
,gesunken ist. Es überwiegt dann nämlich die Kraft der Feder R des Magneten F,
f l, so daß der Sperrdaumen P2 wieder außer Eingriff mit der Verzahnung
k22 gelangt. Durch den gleichfalls angezogenen Magnetanker q4 wird bei den angegebenen
Stellungen der Schaltwalze keine Sperrung herbeigeführt, da die Verzahnung k23 sich
nicht im Bereich des Sperrdaumens Q2 befindet.
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Ganz ähnlich wirkt die beschriebene Einrichtung, wenn der Fahrschalter
K, K1 zum elektrischen Bremsen benutzt wird, wobei also der Motor H, Hl unter Zwischenschaltung
des Hilfsschalters G und der Magnetspule f 1 als Generator auf den Anlaßwiderstand
E arbeitet. Soll nämlich der Fahrschalter aus einer Stellung, die starker Bremsung
entspricht, auf eine niedrigere Bremsstufe zurückgeführt werden, so muß man die
Schaltkurbel KI, die zwecks Herbeiführung der Bremswirkung entgegen dem Sinne des
Pfeiles x bewegt worden war, im Sinne des Pfeiles x zurückdrehen. Dies wird aber
durch die elektromagnetische Sperrvorrichtung F, f1, Q, Q2, k21 selbsttätig
so lange verhindert, bis der Motorstrom den mehrfach erwähnten Grenzwert unterschritten
hat. Solange nämlich der Motorstrom diesen Grenzwert noch übersteigt, überwiegt
die Wirkung des Magneten F, f1 diejenige der Feder R, und es bleibt der Anker q4
angezogen und der Sperrdaumen Q2 in Eingriff mit der Verzahnung k23. Wegen der für
diese Verzahnung gewählten engen Teilung ist es nicht einmal möglich, solange das
Gesperre F, f1, Q2, k23 wirksam ist, die Schaltkurbel KI dem Anschlag k5 so weit
zu nähern, daß der Stab k11 sich gegen die Kontakte k13, k14 anzulegen und so den
die Kontakte k12 bis k14 enthaltenden Stromkreis zu schließen vermag. Höchstens
kann sich die Schaltkurbel K1 in bezug auf den Sperrdaumen Q2 um einen Bruchteil
einer Zahnteilung der Verzahnung k23 bewegen, wenn sich der Sperrdaumen Q2 gerade
nicht einer Zahnlücke gegenüber befindet. Der Fahrschalter wird demnach gezwungen,
auf der einmal eingestellten Bremsstufe so lange stehenzubleiben, bis der Bremsstrom
unter
den vorausbestimmten Grenzwert gesunken ist. Sobald dies eintritt,
läßt der Magnet F, f l den Anker q4 los, und der Sperrdaumen Q2 gelangt
unter der Wirkung der Feder R wieder außer Eingriff mit der Verzahnung h23.
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Der Hauptvorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß
sowohl beim Fahren als auch beim Bremsen ein übermäßig rasches Zurücklegen des Fahrschalters
ausgeschlossen ist, wodurch lästige und schädliche Lichtbogenbildungen an den Hauptstromkontakten
der Schaltwalze und am Hilfsschalter G mit Sicherheit vermieden werden. Ein besonderer
Vorzug der erläuterten Verriegelungsvorrichtung ist der Umstand, daß der Fahrer
bei richtiger Bedienung des Fahrschalters von der Verriegelung überhaupt nichts
bemerkt. Erst bei unvorschriftsmäßig schnellem Schalten kommt sie zur Wirkung.
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Ohne den Gegenstand der Erfindung zu verändern, könnte man natürlich
auch eines der Gesperre, z. B. P2; k22 weglassen und sich darauf beschränken, den
Fahrschalter K, KI und den Hilfsschalter nur beim elektrischen Bremsen gegen Lichtbogenbildung
zu schützen. In diesem Fall, d. h. also, wenn man den Fahrschalter nur in den Bremsstellungen,
nicht aber in den Fahrtstellungen elektromagnetisch verriegeln will, könnte man
auch auf den Hilfsschalter G; 92 verzichten und die Schaltkurbel K1 fest xriit der
Schaltwalze K kuppeln. Die Ausbildung eines doppelten Gesperres und die Anwendung
des Hilfsschalters bieten aber die Gewähr dafür, daß auch die geringste schädliche
Lichtbogenbildung vom Fahrschalter ferngehalten wird.
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Will man den Fahrschalter zum elektrischen Bremsen gar nicht oder
nur ausnahmsweise benutzen, so kann man auch, ohne an dem Wesen der Erfindung etwas
zu ändern, die Schaltung so abändern, daß der Hilfsschalter G nur beim Fahren, nicht
aber beim Bremsen in Anspruch genommen wird. In diesem Falle wird an der Schaltwalze
einer der drei Kontaktstreifen der Hilfsschaltvorrichtung nebst Kontaktfinger entbehrlich.
Diese Ausführungsform bietet 'den weiteren Vorteil, daß danf an Stelle des Hilfsschalters
G der Überstromschalter D als Hilfsschalter benutzt werden kann, indem man dessen
Haltespule d4 so mit der Hilfsschaltvorrichtung verbindet, daß sie zugleich als
Auslösespule dienen kann. Die Gesamtanordnung wird dadurch wesentlich einfacher.
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Es sei noch erwähnt, daß die Magnetspule. f l auch durch Auslösen
der Hauptstromspule dl des Überstromschalters D stromlos werden kann. In diesem
Fall kann jedoch der Fahrer den Hauptstromkreis erst dann wiederherstellen, wenn
er durch Zurücklegen des Fahrschalters in die Nullstellung den Hauptstromkreis auch
an der Schaltwalze unterbrochen hat, wodurch die Haltespule d4 stromlos wird. Dadurch
sind Motor und Fahrschalter gegen Beschädigung durch übermäßige Stromstärken geschützt.