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Vielfachsteuerung für elektrische Bahnen mit einem durch einen Luftmotor
stufenweise schaltbaren Hauptschaltapparat. Es ist bekannt, den Hauptschaltapparat
eines elektrischen Fahrzeuges mittels eines Luftmotors anzutreiben, bestehend aus
einem Doppelzylinder, in welchem sich zwei durch eine Zahnstange starr verbundene
Kolben bewegen, wobei die Zahnstange in das auf die Antriebswelle des Hauptschaltapparates
sitzende Ritzel eingreift.
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Ebenfalls ist bekannt, die Druckluft, mit der der Luftmotor betrieben
wird, jedem der beiden Druckzylinderräume mittels j e eines elektromagnetisch gesteuerten
Ventils zuzuführen und diese beiden Ventile gleichmäßig so auszubilden, daß sie
bei erregter Magnetspule den Druckluftbehälter mit dem Zylinderinnern in Verbindung
setzen und gleichzeitig letzteres von der Außenluft absperren, bei unerregter Magnetspule
dagegen das Innere@des Zylinders mit der Außenluft in Verbindung bringen und dabei
die Druckluftzufuhrleitung absperren.
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Diese bekannten Steuerungseinrichtungen weisen jedoch im allgemeinen
wesentliche Nachteile auf. Es ist z. B. vorgeschlagen worden, zur Betätigung des
Hauptschalters im Sinn der Aiüschaltung oder der Abschaltung das dem gewünschten
Sinn entsprechende Magnetventil zu erregen, so daß Druckluft in das zugehörige Zylinderinnere
zugelassen wird und diese wieder durch Ausschalten der Ventilmagnetspule entweichen
zu lassen, sobald die verlangte Schaltstellung erreicht ist.
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Diese Betätigungsart hat folgende Nachteile: .Erstens muß für jede
Schaltbewegung das Zylinderinnere
von neuem mit Druckluft gefüllt
werden, so daß ein beträchtlicher Druckluftverbrauch damit verknüpft ist. Zweitens
ist das genaue Anhalten der Hauptschaltwalze auf den den verschiedenen Fahrstufen
entsprechenden Schaltstellungen sehr schwierig zu bewerkstelligen, indem das Ausströmen
der Druckluft aus dem Zylinderinnern ins Freie verhältnismäßig viel Zeit erfordert,
während welcher der Luftdruck im Zylinderinnern nur allmählich abnimmt und der Druckkolben
immer noch weitergeschoben wird, bis die von vielen Faktoren abhängige, sehr veränderliche
Reibung des bewegenden Systems nicht mehr überwunden werden kann und dasselbe zur
Ruhe kommt. Drittens bleibt beim Ausbleiben des Steuerstromes das System in der
Stellung stehen, in welcher es sich gerade befindet und kann erst in die Nullstellung
zurückgebracht werden, wenn wieder Steuerstrom vorhanden ist. Und schließlich ist
bei den bisher bekannten Steuerungen obiger Art das stufenweise Schalten in beiden
Schaltrichtungen entweder nicht oder dann nur mittels einer sehr verwickelten Schalteinrichtung
möglich.
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Bei der Steuerungseinrichtung der Erfindung ist in erster Linie die
Schaltung der Magnetventile in bekannter Weise umgekehrt, d. h. zum Anhalten der
Hauptschaltwalze auf irgendeiner Schaltstellung, mit Ausnahme der Nullstellung,
werden die Magnetspulen beider Ventile erregt statt ausgeschaltet, so daß beide
Druckkolben unter Druckluft zu stehen kommen. Andererseits wird zur Einleitung einer
Bewegung der Hauptschaltwalze das entsprechende Magnetventil ausgeschaltet. Dadurch
fließt einseitig so lange Druckluft aus, bis der Überdruck des Kolbens der anderen
Seite genügt, um die Schaltwalze in Bewegung zu versetzen. Ist die gewünschte Stellung
erreicht, so wird das ausgeschaltete Magnetventil wieder erregt. Das Druckgleichgewicht
auf beiden Seiten der Zahnstange wird nun durch Zufließen der Druckluft fast augenblicklich
hergestellt, so daß die Schaltwalze praktisch augenblicklich angehalten wird. Durch
diese Maßnahme wird somit erstens ein großer Luftverbrauch vermieden, zweitens der
Forderung des genauen Anhaltens auf einer Schaltstellung entsprochen.
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Für den Fall des Ausbleibens des Steuerstromes wird gemäß der Erfindung
durch eine einfache Einrichtung bewirkt, daß das eine die Rückführung in die Nullstellung
besorgende Magnetventil mechanisch betätigt wird, so daß die Schaltwalze selbsttätig
in die Nullstellung zurückgeht.
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Die stufenweise Einstellung der Schaltwalze in beiden Schaltrichtungen
wird durch einen einfach ausgebildeten Stellungsschalter in Verbindung mit ebenfalls
einfachen, in den Führerständen aufgestellten Steuerkontrollern bewirkt. Zu gleicher
Zeit läßt sich aber das Steuerungssystem der Erfindung in einfacher Weise für selbsttätig
mittels Strombegrenzungsrelais geregelte Anfahrt einrichten.
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Ein Beispiel einer nichtselbsttätigen Steuerung ist in Abb. i, ein
solches einer selbsttätigen Steuerung in Abb. 2 dargestellt.
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Zunächst sei die erstere nach Abb. i erläutert. Per Antrieb des Hauptschaltapparates
erfolgt mittels eines Luftmotors, bestehend aus zwei einander gegenüberstehenden
einfachwirkenden Luftzylindern a1 und a," deren Kolben durch eine ialznstange b
verbunden sind. Diese Zahnstange greift in einen auf der Antriebswelle c aufgekeilten
Zahnkolben ein. Jeder Luftzylinder wird durch ein elektromagnetisch betätigtes Luftventil
d bzw. e (kurz: Magnetventil) gesteuert. Die beiden Luftventile sind gleichmäßig
ausgebildet. Das eine mit d bezeichnete setzt in dem gezeichneten unerregten Zustand
seiner beiden Spulen d' und d" den zugehörigen Luftzylinder a1 in Verbindung mit
der Außenluft, während die Druckluftzuleitung f abgesperrt wird; das zweite, mit
e bezeichnete Ventil besitzt nur eine Magnetspule e' und außerdem einen druckluftbetätigten,
federbelasteten Sperrkolben q, der nur dann angehoben wird und das Anheben des Ventils
e erlaubt, wenn der Zylinder a1 mit der Druckluft in Verbindung steht, das Ventil
d also erregt ist. Das Ventil stellt wie das Ventil d die Verbindung des zugehörigen
Zylinders a. mit der Außenluft in unerregtem Zustand seiner Magnetspule e' her;
dazu ist jedoch erforderlich, daß gleichzeitig der Sperrkolben q unter Druckluft
steht und angehoben ist. Weiter enthält die Steuerungseinrichtung ein Relais p,
das zur elektrischen Steuerung des Ventils e dient sowie einen Stellungsschalter
g, bestehend aus einer Kontakt reihe i bis 6, die vom Führerstand aus mittels der
Steuerwalze s unter Spannung gesetzt werden kann, drei Kontaktschienen
1, in, ra und drei mit der Zahnstange b gekuppelten Gleitbürsten 1z, i, h.
Die Breite der letzteren ist kleiner als der Abstand zweier Kontakte, so daß eine
Überbrückung zweier Kontakte durch eine Gleitbürste nicht stattfinden kann. Die
drei Kontaktschienen 1, in, iz sind mit den Betätigungsspulen d',
d" des Ventils r1 und den Spulen " des Relais p verbunden. Die Kontakte i
bis 6 des Stellungsschalters g sind einerseits an die durchgehenden Zugleitungen
i bis 6, anderseits an die festen Bürsten i bis 6 der Steuerwalze s angeschlossen.
Der Strom tritt bei der obersten Bürste + der Steuerwalze s ein und (an den Spulen
d' und e) bei - wieder aus.
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Die Wirkungsweise der Steuerung ist wie folgt Zunächst steht die Steuerwalze
s in der (gezeichneten) Nullstellung, der Steuerstromschalter y ist offen, somit
sind sämtliche Steuerleitungen
+ und i bis 6 spannungslos. Die
Ventilspulen d', d" und e' sind unerregt, der Sperrzylinder q enthält keinen
Luftdruck, sein Kolben befindet sich unter dem Druck seiner Feder, deren Kraft die
Feder des Ventils e bedeutend überwiegt, in der tiefsten Stellung. Der Zylinder
a1 steht also mit der Außenluft, der Zylinder a. mit der Druckluft in Verbindung.
Die beiden Kolben stehen in der rechten Endlage und die Hauptschaltwalze (c) in
der Nullstellung.
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Angenommen, der Führer stellt nach Schließen des Steuerstromschalters
y die Steuerwalze s auf Stufe III, so werden dadurch die Steuerleitungen i, 2 und
3 mit dem +-Pol der Steuerstromquelle verbunden, während die Steuerleitungen q,
5 und 6 spannungslos bleiben. Der pneumatische Antriebsapparat steht in der in Abb.
i gezeichneten Endstellung o und setzt sich nun in Bewegung, indem mittels der Gleitbürste
la die Betätigungsspule d" des Ventils d
und die Betätigungsspule p"
des Relais P erregt werden. Dadurch bringt erstens das Ventil d den Zylinder a1
sowie den Sperrzylinder q mit der Druckluft f in Verbindung, wodurch die mechanische
Sperrung des Ventils e aufgehoben wird; zweitens öffnet sich der Kontakt des Relais
P, wodurch die Ventilspule e' stromlos wird. Das Ventil e wird angehoben, sperrt
die Druckluft und verbindet den Zylinder a2 mit der Außenluft, wodurch die Druckluft
aus ihm abzuströmen beginnt. Demzufolge setzt sich die Zahnstange b nach links in
Bewegung. Bevor die Gleitbürste h vom Kontakt i abläuft, sind die Gleitbürsten
i und k mit diesem Kontakt in Berührung gekommen, wodurch die Spule
p' des Relais P sowie die Spule d' des Ventils d
ebenfalls noch erregt
werden. Läuft nun die Gleitbürste lt vom Kontakt i ab, so erfährt dadurch die Bewegung
der Zahnstange b bzw. der Welle c des Hauptschaltapparates keine Unterbrechung.
Bevor die Gleitbürsten i und k
vom ersten Kontakt wieder ablaufen,
ist die vorlaufende Gleitbürste lt mit dem Kontakt :z in Berührung gekommen, der
laut Voraussetzung ebenfalls unter Spannung steht, so daß auch jetzt die Bewegung
der Zahnstange b nach links ununterbrochen fortdauert. Dies so lange, bis die mit
III bezeichnete strichpunktierte Stellung der Gleitbürsten lt, i, k erreicht
ist. In dieser Stellung steht die Gleitbürste lt auf dem stromlosen Kontakt q, so
daß die untere Betätigungsspule p" des Relais p und die obere Spule d" des
Ventils d nicht mehr erregt sind. Da die Gleitbürste i sich zwischen den
Kontakten 3 und q. befindet, ist auch die obere Spule P' des Relais @ nicht erregt.
Die Gleitbürste k steht noch mit dem unter Spannung stehenden Kontakt 3 in Berührung,
so daß die Spule d' des Ventils d erregt ist. Das nunmehr unerregte
Relais P schließt seinen Kontakt und. bewirkt damit die Erregung der Spule e', wodurch
der Zylinder caz wieder mit der Druckluft in Verbindung gebracht wird. Dadurch wird
augenblicklich das Druckgleichgewicht auf beiden Kolben a1 und a2 hergestellt, und
die Zahnstange bleibt stehen.
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Stellt der Führer die Steuerwalze s nun beispielsweise auf Stufe 2
zurück, so wird dadurch die Steuerleitung 3 spannungslos. Die Spule d' wird stromlos,
das Ventil d läßt Druckluft aus dem Zylinder a1 abströmen, wodurch. eine Bewegung
der Zahnstange b nach rechts einsetzt, bis die Gleitbürste k mit dem Kontakt 2 in
Berührung kommt und durch Wiedererregung der Spule d' die Bewegung der Zahnstange
b augenblicklich aufgehalten wird. In ähnlicher Weise wird auf jede beliebige
Stufe vor- oder rückwärts geschaltet.
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Bleibt durch irgendeinen Umstand der Steuerstrom aus, so geschieht
folgendes: Alle Magnetspulen werden stromlos. Indem der Zylinder a1 durch das Ventil
d mit der Außenluft verbunden wird, strömt auch die Druckluft aus dem Sperrzvlinder
q ab, wodurch sich dessen Kolben senkt und den Zylinder ca. mittels des Ventils
e trotz unerregter Spule e' mit der Druckluft in Verbindung hält, so daß die Steuerung
selbsttätig in die Nullage zurückkehrt.
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Wie sich das beschriebene elektropneumatische Steuerungssystem für
selbsttätige Anfahrt einrichten läßt, sei an Hand der Abb. 2 erklärt.
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Die Kontakte des Stellungsschalters g werden je nach Bedarf zu Gruppen
zusammengeschlossen. In dem Beispiel der Abb. 2 ist die Verteilung in zwei solch
r Gruppen i und 2 angenommen. Zu j eder Gruppe führt nur eine einzige Steuerleitung
(i bzw. 2). Die Ableitung der Gleitschiene l wird über den Öffnungskontakt
t
eines Stromgrenzrelais geführt. Dasselbe besitzt eine vom Fahrstrom durchflossene
Wicklung 2s und eine dünndrähtige Wicklung v. Die letztere wird jedesmal von der
Gleitbürste i unter Spannung gesetzt und bewirkt dann ein Anheben des Stromgrenzrelais
und Öffnung des Kontaktes t. Es hängt von der Größe des Fahrstromes und von der
Anspannung der Relaisfeder ab, ob das Stromgrenzrelais durch die Wirkung der vom
Fahrstrom durchflossenen Spule geöffnet gehalten wird. Ist dies der Fall, so läuft
die Zahnstange nicht weiter, bis der Fahrstrom soweit gesunken ist, daß der Relaisanker
losgelassen wird und der Relaiskontakt t sich wieder schließt, wonach das Spiel
sich wiederholt.
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An Hand des für die nichtselbsttätige Steuerung nach Abb. i Gesagten
ist leicht einzusehen, daß die Zahnstange immer nur auf einer genau festgelegten
Schaltstellung stehenbleiben kann. Der Luftmotor ist hier mit einem einzigen, doppeltwirkenden
Zylinder dargestellt.
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Das in Abb. 2 oberhalb des Stromgrenzrelais
angegebene
Hilfsrelais u, dient dazu, die Anfahrt zu erzwingen, wenn eine zu niedrige Einstellung
des Stromgrenzrelais oder ein ausnahmsweise hoher Zugwiderstand in einer Kurve oder
auf starker Steigung ein Inbewegungkommen des Zuges verhindern würde. Der Führer
hat in diesem Fall nur auf den Druckknopf z zu drücken und bewirkt dadurch, daß
mittels des Relais a, der Öffnungskontakt t des Stromgrenzrelais überbrückt wird,
so daß die Zahnstange sich dennoch weiterbewegt, jedoch nur jedesmal um eine einzige
Fahrstufe für jedes Schließen des Druckknopfes z. Eine Auslösespule v bewirkt nämlich,
daß das Hilfsrelais w durch den von der fortschreitenden Gleitbürste i gegebenen
Stromstoß selbst außer Tätigkeit gesetzt wird.