-
Elektropneumatische Steuerungseinrichtung elektrischer Motoren, insbesondere
Bahnmotoren. Die Erfindung besteht in einer Verbesserung der Einrichtungen zur elektropneumatischen
Steuerung von elektrischen Motoren und bezweckt, die Zahl der Steuerleitungen auf
nur zwei zu verringern. Die Erfindung ist besonders anwendbar bei der Steuerung
für elektrische Zugmotoren, aber es ist klar, daß sie auch jede andere Anwendung
finden kann. Bei dem besonderen Fall des elektrischen Zuges gestattet es die Erfindung,
nur einen einzigen Steuerdraht zu verwenden, da die Schiene als zweiter Draht für
die Rückleitung verwendet wird.
-
Nach der Erfindung werden die Steuerschalter jeder motorischen Einheit
durch einen Zylinder mit Druckluft angetrieben, der durch einen Elektromagneten
gesteuert wird. Die Neuheit besteht darin, daß dieser Magnet von zwei mit der Stellung
eines von dem Zugführer betätigten Führerschalters veränderlichen Spannungen gespeist
wird, während sein Speisestromkreis Widerstände enthält, die sich entsprechend der
Stellung des Fahrschalters ändern. Diese Spannungen und diese Widerstände sind derart
ausgewählt, daß der Elektromagnet aufhört, erregt zu werden, wenn der Fahrschalter
eine der Führerschalterstellung entsprechende Stellung erreicht.
-
Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung.
Abb. i ist ein Schaltungsschema der gesamten Anordnung, Abb. 2 eine Vorderansicht
des Wählers. Die Abb. 3 und 4 sind ein Aufriß und eine Vorderansicht einer anderen
Ausführungsform des Wählers. Die Abb. 5 und 6 sind ein Aufriß und eine Vorderansicht
eines beweglichen Kontaktes für den Wähler, der durch die Abb. 3 und 4 dargestellt
ist.
-
In dem Schema der Abb. i ist mit i ein Stromabnehmer der Strecke 2,
die eine Luftleitung oder unterirdisch verlegt sein kann, bezeichnet, und T ist
die Erde bzw. eine Schiene der Bahn. Ein Widerstand 3 ist mit der Zuleitung 2 und
mit der Erde verbunden und trägt Kontakte 4 bis i i, also acht Stück gemäß der Abbildung,
jedoch könnte die Zahl auch eine andere sein. 12 ist ein Führerschalter, der durch
seine Drehung um die Achse A-A mit Hilfe des Handrades 13 den Hauptsteuerdraht
14 nacheinander mit den Punkten 4 bis i i des Widerstandes 3 in Verbindung bringt.
Eine Sicherheitsvorrichtung öffnet bei 16 den Stromkreis des Widerstandes 3, wenn
der Wagenführer aufhört, auf den Knopf 15 zu drücken. Die Verbindung des Drahtes
14 mit den verschiedenen Punkten 4 bis i i erfolgt durch die Reihe der Kontakte
17 bis 24 des Führerschalters I2.
-
Für jede Stellung desselben kommt immer nur einer der Kontakte 17
bis a4 mit dem entsprechenden Kontakt der Reihe 4 bis I I in Berührung, so daß für
jede Stellung des Führerschalters 12- der Hauptsteuerdraht 14 unter eine bestimmte
Spannung gesetzt wird,
welche der Spannungsdifferenz zwischen jedem
der Punkte 4 bis ii und der Erde entspricht.
-
Der Draht 14 erstreckt sich längs des Zuges. In jeder Lokomotive bzw.
in jedem Triebwagen ist folgender Stromkreis gebildet; Verbindung 25, Draht 26,
Reaktanzspule 27, Kontakt 28, Draht 29, Wicklung 30, Draht 34 Kontakte 32, 33, Draht
33a und Erde, zwischen der und dem Punkte 25 eine bestimmte Potentialdifferenz besteht,
je nachdem, mit welchem Punkte 4 bis I I des Widerstands 3 der Draht 1.4 verbunden
ist. Der Kontakt 32 schleift auf einer Reihe beweglicher Kontakte 34 bis 41 und
der Kontakt 33 ebenso auf den Kontakten 42 bis 49, wobei diese Kontakte 34 bis 4.9
von einer drehbaren Trommel 50 getragen werden. Die Kontakte 34 bis 42, 35
bis 43 . . . . 41 bis 49 sind durch verschiedene Widerstände 51 bis 58 verbunden.
Anderseits ist ein Kondensator 59 zwischen 31 und 33" geschaltet, um die
Unterbrechungsfunken an den Schleifkontakten aufzufangen.
-
Die um eine Achse sich drehende Trommel 5o wird im folgenden als Wähler
bezeichnet, ihr Zweck wird später beschrieben.
-
Der Magnet 3o, dessen Aufgabe gleichfalls später beschrieben wird,
wird erregt, wenn seine Wicklung von einer bestimmten geringsten Stromstärke durchflossen
wird; er wird auch durch einen größeren Strom erregt, aber darf durch einen kleineren
Strom nicht ansprechen.
-
Der Elektromagnet 3o betätigt ein Ventil, welches so angeordnet ist,
daß es, wenn der Magnet 3o erregt wird, Druckluft in einen Zylinder eintreten läßt,
wodurch eine Welle 70 sich dreht; wenn dagegen der Magnet nicht erregt wird,
wird der Druckluftzylinder nicht gespeist, und die Welle 7o bleibt stehen.
-
Ein Fahrschalter 74, dessen Aufgabe darin besteht, im Stromkreise
der Motoren die gewünschten Kombinationen für die Geschwindigkeitsregulierung herzustellen,
sitzt auf der Welle 7o fest.
-
Auf dieser Achse 70 sitzt auch der Wähler 5o, welcher in der
Abb. 2 von vorn dargestellt ist. Er besteht aus einem Zylinder, auf dessen einer
Grundfläche die Kontakte 34 bis 41 und auf der anderen die gleichen Kontakte 42
bis 49 angebracht sind. Zwischen diesen Kontakten liegen, wie oben angegeben, die
Widerstände 51 bis 58. Wenn der Wähler sich dreht, kommen die Kontakte 34 bis 41
nacheinander in Berührung mit dem festen Kontakt 32 und die Kontakte 42 bis 49 mit
dem festen Kantakt 33, so daß der Stromkreis 25 bis 34 je nach der Stellung des
Wählers den einen oder den anderen der Widerstände 51 bis 58 in sich schließt. Auf
der Achse 70 ist ferner ein Zahnrad 87 mit einer Gegenfeder 88 angeordnet.
Eine Sperrklinke mit einer Gegenfeder dringt in die Zähne ein und wird durch den
Magneten yi gesteuert, dessen Wicklung zwischen der Erde und einem Punkte 92 der
Leitung 26 oder allgemeiner der Steuerleitung 14 liegt.
-
Wenn der Elektromagnet 9i erregt wird, so greift die Sperrklinke in
die Zähne ein und hindert so die Gegenfeder 88 zu wirken, d. h. sie hindert die
ganze Einrichtung, in die Ausgangsstellung zurückzukehren. Wenn aber 9i nicht mehr
erregt wird, so ist das Zahnrad frei, und die ganze Einrichtung dreht sich in die
Ausgangsstellung zurück, was geschieht, wenn 14 keinen Strom mehr führt. Der Elektromagnet
30 wird erregt, solange die Kontakte 32 und 33 die Kontakte 34 bis 41 und
42 bis 49 berühren. Aber damit der Elektromagnet in Tätigkeit tritt, muß zwischen
seinen Klemmen eine Mindestspannung herrschen. Folglich muß für einen gegebenen
Widerstand 51 bis 58 in dem Stromkreise die Steuerleitung 14 unter einer Mindestspannung
oder unter einer höheren Spannung stehen, damit das Ventil des elektromagnetischen
Antriebes arbeitet.
-
Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Es wurde beispielsweise
angenommen, daß man den Fahrschalter in acht Stellungen einstellen muß, damit er
die Reihe der nötigen Kombinationen beim Anfahren des Zuges ausführt. Wenn man von
Hand anfahren will, d. h. wenn der Zugführer selbst die Geschwindigkeit des Zuges
einstellen will, so wird er den Fahrschalter 12 in die erste Stellung bringen, was
den Steuerdraht 14 unter eine Spannung setzt, die zwischen dem Kontakt 4 und der
Erde besteht, wobei der Wähler sich in Ruhelage befindet. Der Widerstand 51 wird
hierbei so ausgewählt, daß der Magnet 3o unter diesen Verhältnissen in Wirksamkeit
tritt. Die Welle 7o dreht sich, bis der Widerstand 52 gegenüber den Kontakten 32
und 33 liegt und so in den Stromkreis 25 bis 34 eingeschaltet wird. Der Strom, der
in 3o während eines großen Teiles der völligen Umdrehung von 5o unterbrochen war,
wird wieder eingeschaltet, wenn 52 in den Stromkreis 25 bis 34 eingeschaltet wird.
Wenn der Widerstand 52 so gewählt ist, daß die Stromstärke gerade nicht mehr genügt,
um das elektromagnetische Ventil in Tätigkeit zu setzen, so wird der Fahrschalter
in seiner zweiten Lage bleiben. Wenn man nun den Fahrschalter in die zweite Stellung
bringt, so wird die Hauptsteuerleitung 14 unter die Spannung zwischen 5 und der
Erde gebracht, und der Strom in 3o nimmt einen neuen höheren Wert an. Wenn-52 so
gewählt ist, daß der Magnet 30 sich unter diesen Verhältnissen
erregt,
so dreht sich die Welle 70 und veranlaßt, wie oben, eine Teildrehung (im Falle des
Ausführungsbeispiels um *1/, eines Kreises) des Fahrschalters 74 usw. Indem man
nacheinander den Fahrschalter in die Stufen i bis 8 einschaltet, wird man den Fahrschalter
in die Stellungen :2 bis 9 bringen, wobei die Stellung i des Fahrschalters die Ruhestellung
ist.
-
Wenn man nun selbsttätig fahren will, wird man den Führerschalter
auf die Stufe drehen, welche der gewünschten Schaltung entspricht. Wenn beispielsweise
diese Schaltung durch die Stellung 6 des Fahrschalters herbeigeführt wird, also
nachdem der Fahrschalter 5 Teildrehungen ausgeführt hat, so wird man den Führerschalter
auf die Stufe Kr.5 bringen, was den Hauptsteuerdraht 14 unter die Spannung zwischen
8 und der Erde bringt. Da der Fahrschalter 74 sich in der Ruhestellung befindet
(erste Stellung), so wird der durch den Magneten 30 fließende Strom groß
genug sein, um die Wirksamkeit dieses Magneten zu sichern, bis der Widerstand 56
in Reihe geschaltet ist. In diesem Augenblick wird der Strom des Elektromagneten
30 zu schwach, um diesen zu erregen, und der Fahrschalter wird in der erreichten
Stellung stehenbleiben.
-
Um zu vermeiden, daß die Motoren von zu starken Strömen durchflossen
werden, besitzt der Stromkreis -25 bis 33a (Abb. i) einen Kontakt 28 (oder mehrere
solcher Kontakte in Reihe), welcher durch den Anker des Elektromagneten 73 geschlossen
wird, dessen Wicklung in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltet ist. Wenn am
Ende einer Teildrehung des Fahrschalters 74 im Motorenstromkreise eine zu hohe Stromstärke
entsteht, so wird der Kern des Elektromagneten 73 angehoben und der Stromkreis 25
bis 33'
bei 28 geöffnet; da jetzt der Magnet 3o nicht mehr erregt ist, bleibt
der Fahrschalter 74 in seiner Stellung. Sobald die Stromstärke im Motorenstromkreise
wieder die gewöhnliche geworden ist, schließt sich der Kontakt 28, und 3o arbeitet
wieder, und der Fahrschalter 74 bewirkt seine weiteren Teildrehungen. Die Aufgabe
des Elektromagneten 73 besteht also darin, die Arbeitsweise des Fahrschalters zu
beeinflussen, aber er befreit nicht von der Anordnung der üblichen Schutzrelais
in dem Motorenstromkreise.
-
Die Rückwärtsfahrt wird in folgender Weise an Hand der Abb. i ausgeführt.
In jeder Lokomotive oder in jedem Triebwagen fließt der Motorenstromkreis durch
einen Umschalter ioo, der von Hand betätigt wird, und dann durch einen Druckluftumschalter
ioi, der aus der Entfernung vom Führerstand aus gesteuert wird. Bei Fahrtbeginn
bringt man ioo in die Stellung für die Vorwärtsfahrt in jeder Lokomotive. Der Umschalter
ioi hat die Aufgabe, die durch ioo gemachten Verbindunge-1 umzukehren während der
Dauer der Rückwärtsfahrt. Um keine Störungen der oben beschriebenen Hauptsteuerung,
die mit Gleichstrom arbeitet, herbeizuführen, betätigt man das Ventil des Umschalters
ioi, indem man seinen Elektromagneten 103 mit Wechselstrom hoher Frequenz erregt.
Zu diesem Zwecke ordnet man in jedem Führerstand eine kleine Motor-Generator-Gruppe
104, 105 an, welche von der Leitung io6 der Hilfsapparate (Ventilatoren, Kompressoren
usw.) abgezweigt ist und über einen Ausschalter 107 läuft. Der Generator ist einerseits
mit der Erde und andererseits mit der Hauptsteuerleitung 14 durch einen Stromkreis
verbunden, welcher einen Kondensator io8 und einen Unterbrecher iog einschließt.
Der Wechselstrom fließt durch io8, setzt 14 unter Spannung und folglich auch den
Stromkreis des Magneten 103, indem er durch den Kondensator iio hindurchgeht.
Die Reaktanzspule 27 hindert den Wechselstrom, in dem Stromkreise 25 bis 33a zu
fließen, und die Kondensatoren io8 und iio hindern den Gleichstrom, in dem Stromkreise
von io3 und io5 zu fließen. Wohlverstanden, wenn der Wechselstromerzeuger io5 aufhört,
Strom in den Steuerdraht 14 zu senden, so kehrt der Umschalter ioi selbsttätig in
seine Anfangsstellung zurück, um die Verbindungen für die Vorwärtsfahrt wiederherzustellen.
-
Wenn der Zug zusammengestellt ist, wird der Zugführer, der die Umschalter
ioo jeder Lokomotive oder jeden Triebwagens in die entsprechende Vorwärtsstellung
gebracht hat, wenn der Ausschalter 107 offen ist, nur eine Vorwärtsbewegung ausführen
können; wenn er rückwärts fahren will, muß er 107 schließen, wodurch der Motor io4
in Bewegung gesetzt wird. Der Unterbrecher iog gestattet es, den Stromerzeuger io5
von der Hauptleitung 14 zu trennen.
-
Im vorhergehenden wurde der Grundgedanke der Erfindung dargestellt,
aber die beschriebenen Einrichtungen könnten im Rahmen der Erfindung vielfach verändert
werden. So könnte man den Wähler 5o ändern, wie in den Abb. 3 bis 6 dargestellt,
um sein Gewicht zu verringern, indem man die Widerstände außerhalb des beweglichen
Organs anordnet. Eine feste Scheibe 128 trägt die Kontakte 34 bis 41, die mit den
Widerständen 51 bis 58 -verbunden sind. Eine parallel zu i28 angeordnete und fest
auf der Achse 70 sitzende Scheibe i23 trägt ein Ansatzstück i24, auf welchem
der Kontakt 125 schleift, der mit dem Magneten 30
verbunden ist.
Der Teil 124 berührt nacheinander jeden der Kontakte 34 bis 41 während der Drehung
von 123. Zur Spannungsregelung der Hauptsteuerleitung 14 dient der Widerstand 3
mit Stromabnahmepunkten 4 bis i i, da dies ein einfaches Mittel ist, verschiedene
Spannungen bestimmten Wertes zu erzielen; man könnte jedoch diese Spannungswerte
durch jedes andere Mittel erhalten, ohne das Wesen der neuen Einrichtung zu ändern,
beispielsweise durch eine Motor-Generator-Gruppe, welche auf einem Widerstand arbeitet,
der Stromabzweigungen für jede zu erzielende Spannung besitzt, oder diese Gruppe
könnte unmittelbar auf die Leitung 14 arbeiten, indem man die Spannungsänderungen
durch Einwirkung auf die Erregung des Generators erzielt, oder auch durch einen
Widerstand in Reihe mit dem Anker oder durch jede andere Einrichtung; so könnte
man sich auch in gleicher Weise einer Akkumulatorenbatterie bedienen. Diese Einrichtung
ist also bei der elektrischen Zugförderung mittels Wechsel- oder Gleichstrom anwendbar.
Nach dem Ausführungsbeispiel war angenommen, daß die Steuerung durch Gleichstrom
und die Rückwärtsfahrt durch Wechselstrom herbeigeführt wird; natürlich könnte die
Anordnung auch umgekehrt gewählt sein, falls mit Wechselstrom im Verteiler gearbeitet
wird.
-
Falls die Verteilungsspannung großen Veränderungen ausgesetzt ist,
wird im Falle der Verwendung einer Wicklung 3 die Lage des Punktes 126 (Abb. i)
von Hand oder mit Hilfe eines selbsttätigen Reglers in der Weise eingestellt, daß
die Spannungen zwischen 4,5 . . . . i r und der Erde genau konstant bleiben. In
besonderen Fällen könnte man auch mehrere Fahrschalter und eine beliebige Anzahl
von Ventilen und Elektromagneten verwenden.