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Steuerungseinrichtung für elektrische Gleichstromfahrzeuge mit servomotorisch
angetriebenem Stufenschalter. Nachdem früher d:ieAnwendung von einzelbetätigten
Schaltern, sogenannten »Hüpfern« oder »Schützen«, für die Fern- und Vielfachsteuerung
von elektrischen Fahrzeugen größerer Leistung allgemein üblich war, ist man in neuerer
Zelit dazu übergegangen, diese Schalter in einem Apparat, dem sogenannten Stufenschalter,
zu vereinigen. Der hauptsächlichste Grund für diese Entwicklung lag in dem Umstand,
daß bei Einzelschaltern behufs Vermeidung von Fehlschaltungen dieser nur elektrisch
und nicht mechanisch verbundenen Schalter besonders bei größerer Hüpferzahl sehr
umständliche und daher wieder zu Betriebsstörungen neigende elektrische Verriegelungen
notwendig waren. Die mechanische Verbindung der einzelnen Schalter oder Kontakte
in einem Stufenschalter gestaltet die Schaltfolge derselben naturgemäß vollkommen
zwangläufig, und es ist daher keine Fehlschaltung möglich. Die bis jetzt bekannten
.Stufenschalterbauarten bieten indessen nicht alle die gleichen Betriebsmögliichkeiten,
je nachdem sie mit zentraler Funkenlöschung für alle Stufen bzw. mit Einzelfunkenlöschung
für jeden Kontakt oder nur mit teilweiser Funkenlöschung ausgerüstet sind, indem
vorausgesetzt «1ird, daß nur unter Anwendung einer Funkenlöschung ein stromführender
Kontakt unterLrochen werden darf. Während die beiden ersterwähnten Bauarten Vorworts-und
Rückwärtsregulierung in jeder Stufe ohne Motorstromunterbrechung erlauben und z.
B. für Wechselstromfahrzeuge in Frage kommen, ist dies bei der letzterwähnten Bauart,
die besonders für Gleichstromfahrzeuge in Betracht fällt, nur eingeschränkt der
Fall, d. h., es kann wohl unter Strom hochgeschaltet werden, aber nicht ebenso zurück.
Dem Zurückgehen des Stufenschalters muß die Motorstromunterbrechung durch einen
besonderen Schalter vorangehen. Fassen wir den Fall eines Gleichstromfahrzeuges
ins Auge, so ist es klar, daß die Kontakte, die beim Hochfahren unter Strom ausschließlich
die zugehörigen Abteilungen des Anfahrwi-derstandes kurzschließen, keiner Funkenlöschung
bedürfen. Beim Gruppierungswechsel der Triebmotoren, z. B. be,ifn Übergang von Serie-
auf Parallelstellung hingegen, kann es, keine Motorstromunterbrechung vorausgesetzt,
nicht umgangen werden, daß mindestens ein übergangs- und ein Widerstandsschalter
den Strom unterbrechen und infolgedessen auch mit Funkenlöschung versehen sein müssen.
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Eine bekannte Steuerurig unter Verwendung dieser Stufen.schalterbauart
besteht darin, vor dem Stufenschalterrückgang durch
Rückstellen
des Fahrschalter in die N ullstellung zunächst den Hauptschalter ausschalten zti
lassen, wobei dieser in der ausgeschalteten Stellung mittels an ihm angebrachter
Steuerkontakte den Servomotor des Stufenschalters bis in die Nullstellung bewirkt.
Der Hauptschalter kann dann erst wieder eingeschaltet «-erden, wenn der Stufenschalter
wirklich in der Ausgangsstellung angekommen ist. Jene Steuerkontakte ain Hauptschalter
ermöglichen flann erst in dessen e;:ngeschalteter Stellung t@-ieder ein Hochregulieren
des Stufenschalters.
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Der Stufenschalter wird hierbei 1 eim Hochgehen von einen Steuerrelais
gesteuert, -las seinerseits von der Stellung des Fahrschalters und einer auf dem
Stufenschalter angebrachten Steuerwalze bzw. durch e@Men über diese Schalter und
das Relais verlaufenden Steuerstrorcn abhängig ist. Diese Anordnung nimmt, wie ersichtlich,
den Umstand in Kauf, daß zur Erzielung einer niedrigeren Fahrstufe zunächst der
Stufenschalter in die Ausgangsstellung zurückgekracht und die gewünschte Stufe von
unten her erreicht werden muß.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun eine Stufenschaltersteuerung,
die ermöglicht, rlen Stufenschalter auch rückwärts auf bestimmte Stufen zu bringen,
ohne den LTinweg über Null, d. h. auf unmittelbarem Wege die Triebniotorspannung
zu verringern.
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Die beiliegende schematische Abb. i einer beispielsweisen Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes für ein zweimotoriges Gle#ichstroinfahrzeug soll diese
Steuerung erläutern.
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Iin Hauptstromkreis ist T der Hauptschalter mit Betätigungsspulen
S, und S;; für »aus« und »ein« und einer Funken1ischsptile FL. GR ist die
'Magnetspule eines Stroingrenzrelais für die selbsttätig wirkend gedachte Steuerung
und SS der Hauptstronite;il des Stufenschalters mit den einzelnen Schaltern i bis
12, wovon 7, z i und 12 mit Funkenlöschern ausgerüstet sind. Diese Funkenlöscher
sind für den unter Strom gedachten Lebergang von Serie- auf Parallelschaltung vier
beiden Motoren Ml und 172 bestimmt. R ist der Anfahrwiderstand. 'Mit dem Stufenschalter
SS lassen sich zwölf Stufen einstellen. Zwischen den Serie- und Parallelstufen sind
für den Übergang noch zwei weitere Stufen nötig. Ini Steuerstromkreis bedeutet UK
den Fahrschalter, STF eine in Verbindung mit diesem arbeitende und auf der Welle
TV des Stufenschalters SS sitzende Steuerwalze. TVS ist die Ste@:ersclialtvorrichtung
zum StufenschalterantriebstnotorS31, KR ein Steuerrelais für die Zwischenstufen
in Abhängigkeit vom Stroingrenzrelais GR und S eine Feststellscheil?e auf der Welle
TT' des Stufenschalters. Die Wirkungsweise der gezeichneten Steuerung ist folgernde:
I,st der Fahrschalter jllK in Nullstellung, so ist ersichtlich, daß sich kein Stromkreis
bilden kann, außer dem Steuerstromkreis über .die geschlossenen Kontakte des Stroingrenzrelais
GR und die Magnetspule cies Steuerrelais KR, dessen Kontakte den Ankerkurzschluß
des Servomotors aufheLen.
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Wird der Fahrschalter 1171i auf Stellung I gebracht, so läuft Finger
3 desselben auf Kontakt C," auf, und es ergibt sich ein Steuerstromverlauf über
Fahrschalter MK, Steuerleitung 3, Finger 3, 6 und Kontakte C", C, der Steuerwalze
STI' un,1 Betätigungsspule @" des Steuerschalters TT'S. Dlie bezüglichen Kontakte
v schließen sich, und der Antriebmotor S11 bringt den Stufenschalter in die Stellti:ig
I. Kurz vor dein Erreichen dieser Stellung läuft Finger 3 der Steuerwalze STt' vom
Kontakt C" ab, was ein (Iffnen der Kontakte v des Antriebsmotors Soll bewirkt. Der
Schalter SS wird also aus Stellung I nicht @ve!;terhewegt. Das Stronigrenzrelais
GR wird in der Regel auf der ersten Stufe noch nicht ansprechen und der Anker t1
des Motors S11 auch nicht durch. Kurzschluß abgebremst. In Stellung I angekommen,
schaltet Finger 9, io und Kontakt Ca der Steuerwalze SII' den Hauptschalter T mittels
der Spule S_ ein. Die Motoren 1I, und 1I2 l:ekommen den ersten Stromstoß über Kontakt
i des Stufenschalters SS und den ganzen Widerstand R. Um den Stufenschalter SS weiter
zu bewegen. inuß der Schalter Mli um eine oder zwei Stufen auf S oder P weiter bewegt
werden. Für den ersten Fall ergibt sich ein Steuerstroinverlauf ül:er Kontakte C12,
C,., und Finger .T des Schalters,IIK, Leitung .I, Finger 1, i un<i Kontakte C;,
C, der Steuerwalze SU' und Spule h des Schalters TI'S.
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Der Serv oinotor S-11 bekommt über Kontakt z, des Schalters TT'S Strom
und stellt den Schalter S'S -zunächst um eine Stufe weiter. In Stellung 1I angekommen,
wird die erste Abteilung des Widerstandes R kurzgeschlossen, und die Motoren all"
11.= nehmen einen entsprechenden Stromstoß auf. Genügt dersell:e, um die Steuerkontakte
des Relais GR zu öffnen, so wird die Erregung der Spule des Steuerrelais KR aufgehoben,
was ein Schließen seiner Steuerstromkontakte zur Folge hat. Der Anker .l des Servomotor
wird srnnit kurzgeschlossen und hei verstärktem Feld F augenblicklich stillgesetzt
und damit auch der Schalter SS. Eine weitere Bewegung tritt erst ein, wenn der Fahrstrom
auf einen solchen Wert gesunken ist, daß er die Steuerkontakte des Relais GR nicht
nielir offen zu halten vermag. Sobald sich diese
schließen, wird
das Relais KR erregt und der Anker A vom Kurzschluß befreit, worauf die Weiterbewegung
vom Servomotor S1111, und Schalter SS einsetzt. Der gleiche Vorgang setzt sich nun
fort, bis die Unterbrechung der Leitung 4 infolgeAbla.ufeus des Fingers 4 vom Kontakt
C; der Steuerwalze S W das Öffnen der Kontakte v des Schalters WS bewirkt. Durch
diese Stromunterbrechung und das gleichzeitige Kurzschließen des Ankers A des Motors
SM infolge Ansprechens des Relais GR wird der Motor SM und der Schalter SS' stillgesetzt.
Der beschriebene Vorgang wiederholt sich sinngemäß, wenn der Fahrschalter 167K in
Stellung P gebracht wird.
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Man kann selbstverständlich -den Fahrschalter 111K auch von vornherein
auf Stellung S oder P stellen, worauf der Schalter SS immer in die damit vorgeschriebene
Stellung nachläuft.
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Was den Hauptschalter T betrifft, so bleibt er, einmal auf Stellung
I eingeschaltet, bis und mit Stellung P ständig eingeschaltet. Besonders zu bemerken
ist, daß der Servomotor S11 -if den Hauptstellungen I, S und P keinen
z iti nutzlosen Strom aufnimmt.
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Wie sich der Schaltvorgang während des Aufschaltens im Hauptstrom
vollzieht, geht aus dem Schema ohne weiteres hervor, weshalb auf eine solche verzichtet
wird. Wie bereits bemerkt, kommt eine Stromschaltung nur für Schalter 7, 1i und
12 in Frage, weshalb nur diese mit Funkenlöschern ausgestattet sind.
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Soll nun zurückgeschaltet werden, steht es dem Führer frei, je nach
den Umständen, den Fährschalter MK auf S, auf I oder auf o einzustellen. Nehmen
wir zunächst ersteres an. Wenn der Schalter MK auf S zurückgestellt wind, so ist
zu beachten, daß die Steuerwalze SYf' zunächst auf Stellung P steht. Sobald also
Finger 4 und Kontakt C14 des Schalters MK sich berühren, wird ein Steuerstromschluß
hergestellt, der verläuft über C12, C14 und Finger .1 des Schalters WK, Leitung
4, Finger ,4, Kontakt C8, Q, Finger 7 der Walze SW und Spule S1 .des Hauptschalters
T. Letzterer fällt also heraus. Ein an ihcn angebrachter Steuerkontakt C11 ermöglicht
erst in dieser Stellung die Erregung der Spule R des Schalters WS und somit ein
Schließen der bezüglichen- Kontakter. Der Motor SM v4ir'd also auf »Rückwärts« geschaltet
und läuft samt .dem Schalter SS zurück, his Finger 4 von Kontakt C3 abgelaufen ist.
Dies ist auf Stellung S der Fall, in welcher also die Stromzufuhr des Motors SNI
abgeschnitten wird und dieser den Schalter SS anhält.
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Kontrakt Clo und . Finger 8 der Steuerwalze SIV bew1irken in dieser
Stellung aber des weiteren das Wiedereinschalten des Hauptschalters T, indem die
Einschaltspule SZ über idiiesen Kontakt erregt wird. Während des Rückganges des
Schalters SS von P auf S haben däe Widerstandsschalter im Hauptstromkreis, wie ersichtlich,
keinen Strom zu schalten. Soll der Schalter SS noch weiter zurückgeschaltet werden,
so wiederholt sich der beschriebene Vorgang wieder sinngemäß. Auf Stellung I des
Schalters SS wird der Hauptschalter T wieder eingeschaltet und auf Stellung o des
Schalters ivIK wiederum ausgeschaltet, so daß auch beim, Rückgang von 1 auf o des
Schalters ibIK der Hauptschalter T
den Hauptstrom unterbricht und ider Stufenschalter
SS stromlos zurückgeht.
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Es ist noch zu beachten, d'aß infolge des Sperrkontaktes C" am Hauptschalter
der' Stufenschalter tatsächlich erst zurückgehen kann, wenn jener wirklich .ausgeschaltet
ist. Es ist dies eine bloße Sicherheitsmaßnahme, die nicht unumgänglich nölig ,ist,
da der Hauptschalter immer rasch ausgeschaltet wird, so idaß er dem Stufenschalter
keine Zeit läßt, den Strom zu unterbrechen.
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Das Schema beschränkt sich auf die Darstellung einer Steuerung mlit
drei Hauptstellungen I, S, P. Selbstverständlich kann es so entwickelt werden, d'aß
auch jede Stufe mit dem Fahrschalter eingestellt werden kann. Hierfür sind einfach
mehr Kontakte und Leitungen vorzusehen. Das Stromgrenzrelaiis GR hätte dann nun
mehr den Zweck, den Motor SM abzubremsen. Wenn vorgezogen wird, den Hauptschalter
mechanisch vom Stufenschalter aus zu betätigen, so kann dies in beiden Fällen mit
entsprechenden Mitteln auch geschehen. Findet man einen besonderen Vorteil darin,
sämtliche Stufenschalterkontakte ohne Funkenlöschung auszuführen, so kann dies ermöglicht
werden dadurch, daß man den Hauptschalter T vor dem GruppIerungswechsel von S auf
P herausfallen und nachher wieder einfallen läßt. Da eine solche Anordnung den Stufenschalter
erheblich vereinfacht durch den Wegfall jegllichez Funkenlöschung und der Verdoppelung
der in Serie geschalteten Kontakte 1i, 12 gemäß Abb. i, soll sie an Hand von Abb.2,
die eine sinngemäß wirkende andere Ausführungsform von Abb. i darstellt, noch im
Steuerstromkreis erläutert werden. Abgesehen vom Hauptstromteil des Stufenschalters,
bei dem also eiin ganzer Kontakt mit Funkenlöschungseinrichtung und die Funkenlöschungseinrichtungen
von zwei weiteren Kontakten wegfallen, erfährt nur die Steuerwalze des Stufenschalters
eine geringfügigeÄnderung durchHinzufügen derFinger i i und 12 sowie der Kontakte
C 1E, C17 und C18. Diese Finger und Kontakte treten nur beim Überang von »S VII«
auf »P VIII« in Wirt>
kung, lindern sie auf Stellung ca des
Stufenschalters den Hauptschalter herausfallen lassen und nach vollzogener Umgruppierung
auf Stellung b diesen Schalter auf Stellung »P VIII« wieder einschalten.
Damit unbedingte Gewähr dafür besteht, daß der Hauptschalter T beim Übergang des
Stufenschalters SS von der Stellung S auf die Stellung P auch wirklich ausgeschaltet
ist, können noch ein Kontakt C1., und zwei Finger 13, 14 (Abb. 2) an der Steuerwalze
S lt' vorgesehen werden, die, in Verbindung mit einem zweiten Kontakt C., aan Hauptschalter,
den Stufenschalter SS nur in der Ausschaltstellung des Hauptschalters vorwärts bewegen
lassen.
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Bei der vorhergehenden Erläuterung wurde ein Elektromotor als Servomotor
erwähnt. Die Steuerung kann aber selbstverständlich auch für elektropneumatische
edier gegebenenfalls auch für rein pneumatischen Antrieb ausgebildet werden, es
kann ferner der Hauptschalter T auch als Hüpferschalter ausgebildet werden, der
in Verbindung mit einem Hilfsrelais und einem Hilfskontakt am Hüpfer die nämlichen
Wirkungen ausüben kann wie ein Hauptschalter mit Ein- und Ausschaltspulen.
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Um auch auf den Stellungen I und a eine Abbremsung des Servomotors
durch Kurzschließen von diesem Anker zu erzielen, kann das Stromgrenzrelais mit
einem Zeitwerk ausgerüstet werden, oder es kann ein besonders angeordneter Zeitschalter
zu Hilfe ibremsung geschieht lgezogen werden. Die _-M dann so, daß auf mechan@ischetn
Wege, z. B. durch Nocken auf der Feststellscheibe S, diese Zeitwerke kurz vor Erreichen
der erwähnten Stellungen gespannt und die Relais- oder Zeitschalterkontakte geöffnet
werden. Dies bewirkt (las KurzschlIeßen des Servomotorankers. In den betreffenden
Stellungen angelangt, wird das Zeitwerk freigegeben, so daß sich jene Kontakte nach
bestimmter Zeit schließen und ein Weiterdrehen des Stufenschalters zulassen.