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Durch Hilfsmotor angetriebene Steuerung für Elektromotoren, insbesondere
für Bahnbetriebe. Es sind bereits selbsttätig fortschreitende Steuerungen von Elektromotoren,
z. B. für Bahnbetriebe, bekannt, die durch Hilfsmotoren angetrieben werden und die
beim Schalten in einem Sinne die Fahrschaltungen und beim Schalten im entgegengesetzten
Sinne die Bremsschaltungen der Motoren herstellen. Hierbei soll beim Drehen der
Fahrkurbel im Einschaltsinne derHilfsmotordieHauptschaltwalze und etwa vorhandene
Hilfswalzen in die vom Führerschalter vorbezeichnete Stellung bringen und so das
Anlassen der Motoren herbeiführen. Wird dagegen der Drehsinn der Fahrkurbel geändert,
so werden die Motoren in die Bremsschaltung gebracht. Hierbei liefern sie Strom
in das Netz und bringen beim Zurückschalten bis in die Ausgangsstellung das Fahrzeug
zum völligen Stillstand. Bei solchen Steuerungen treten, namentlich beim Einleiten
der Bremsschaltungen, Schwierigkeiten auf, die durch die bekannten Mittel nur unzureichend
beseitigt «-erden können oder sehr umständliche und verwickelte Vorrichtungen erfordern.
Außerdem muß stets die Mitwirkung des Wagenführers in Betracht gezogen werden. Falls
z. B. nach stromloser Fahrt erneut eingeschaltet werden soll, können sich, gleichgültig,
ob Fahr- oder Bremsschaltungen hergestellt werden sollen, in der Steuerung Zustände
entwickelt haben, die ein Anschalten der Motoren an das Netz nicht ohne weiteres
erwünscht erscheinen lassen. Hat sich beispielsweise der Spannungswert der Motoren
von dem Wert der Netzspannung zu weit entfernt, so können kurzschlußmäßige Stromstöße
eintreten, oder es kann vorkommen, daß die Motoren gebremst anstatt mit Netzstrom
gespeist werden.
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Es ist ferner bereits bekannt, Relais, die als polarisierte oder Differentialrelais
ausgebildet sind, anzuordnen, die die jeweiligen Zustände im Netz und in den Motoren
kenntlich machen und die Motoren an das -Netz nur dann selbsttätig anschalten, wenn
die dafür erforderlichen Bedingungen erfüllt sind. Anderenfalls unterbleibt die
Anschaltung ganz. Dies ist naturgemäß für eine geregelte Durchführung des Betriebes
sehr nachteilig.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, durch welche der unerwünschte
Betriebszustand selbsttätig beseitigt und dann die Anschaltung bewirkt wird. Dies
wird dadurch erreicht, daß bei unzulässig großem Spannungsunterschied oder falschen
Spannungsverhältnissen das selbsttätige Schaltwerk von der Stellung des Führerschalters
unabhängig gemacht und in eine solche Lage gebracht wird, daß die erforderlichen
Spannungswerte erzeugt werden. Haben die Spannungen im Netz und in den Motoren die
vorgeschriebenen Werte erreicht, so wird das Schaltwerk wieder vom Führerschalter
beeinflußt, so daß es in eine Stellung laufen kann,
durch welche
(las Fahrzeug in der gewünschten Weise beschleunigt oder abgebremst wird. Zu diesem
Zwecke lassen sich verschierleiie Mittel verwenden, z. B. Hilfsschütze, die von
den polarisierten oder Differentialrelais beeinflußt werden, wie dies in der "Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Es bezeichnet hier i einen Drehstrommotor, einen mit diesem gekuppelten
Gleichstrom-3 (leisen Erregermaschine, 4 den an (,ein Generator 2 gespeisten und
mit diesem ein Leonardaggregat bildenden Fahrmotor. Der Hauptstromkreis wird geöffnet
oder geschlossen durch einen Schalters, dessen Steuerspule mit 6 bezeichnet ist.
Der Führerschalter 7 mit dem Schleppschalter 8 dient zur Steuerung des als Hilfsmotor
dienenden Druckluftantriebes 9, der aus zwei durch eine Zahnstange verbundenen Kölben
5o besteht. Letztere gleiten in Zylindern, die mittels elektromagnetisch gesteuerter
Ventile 45 und ro mit dem Druckbehälter oder der Außenluft verbunden werden können.
Der Druckluftantrieb bewegt zwei Kontaktwalzen i i und 1:2, von denen die Walze
i i zum Regeln der schritt-,veisen Fortschaltung unter dem Einfluß der Fortschaltrelais
13 und die Walze i2 zur Feldregelung des Generators :2 dient. Die Schaltung dieser
Teile und die Zusammenarbeit des Führerschalters mit dem Druckluftschaltwerk und
die der Kontaktwalze i i mit dem Fortschaltrelais 13 sind bekannt. Es wird
daher von einer eingehenden Beschreibung dieser Teile Abstand genommen. Es sei nur
darauf hingewiesen, da$ in vorliegendem Beispiel Ventile benutzt werden, die bei
erregten Spulen die zugehörigen Zylinder mit der Außenluft, bei aberregten Spulen
mit dem Druckbehälter verbinden. Zu der Steuerung gehören ferner ein Fahrtbremswender
14, zwei Differentialrelais 15, 16 und zwei Hilfsschütze 17 und 18. Die Differentialrelais
15 und 16 besitzen je zwei Spulenpaare 21 und 22 bzw. 23 und 24. Von diesen Spulen
liegen die Spulen 2z und 23 an der Spannung der Erregermaschine 3, und die Spulen
22 und 24 werden durch den Spannungsunterschied zwischen dem Motor 4 und dem Generator
:2 erregt. Die Stromrichtung in den Spulen 21 und 23 ist also konstant, während
die Stromrichtung in den Spulen 22 und 24 davon abhängig ist, ob der Motor 4 oder
der Generator 2 die höhere Spannung besitzt. Die Spulen sind so bemessen, daß ein
Relais nur dann seii:e Kontakte schließen kann, wenn beide zu einem Relais gehörige
Spulen gleichsinnig wirken oder wenn die Gegenwirkung der von dem Spannungsunterschiede
abhängigen Spulen nur gering ist. Sobald diese ein gewisses Maß überschreitet, bleibt
das Relais offen. Die Relais 15, 16 sind mit Kontakten 25 und 26 bzw. 27 und 28
versehen, von denen je zwei in Reihe liegen. Der Kontakt 25 ist bei abgefallenem
Relais 15 geöffnet, der Kontakt 27 bei unerregtem Relais 16 geschlossen. Die Kontakte
26, 28 der Relais 15, 16 sind offen, wenn die Relais unerregt sind. Die Schaltwege
der Relais sind so bemessen, daß beim Ansprechen das Relais 15 seine Kontakte später
als das Relais 16 schließt. Der Fahrtbremswender 14 besitzt zwei getrennte Kontaktsätze,
von denen der eine durch die Spule i9 und der andere durch die Spule 2o bewegt wird.
In den Schaltstellungen für das Fahren wird durch den Schleppschalter 8 die Spule
i9 erregt und in den Bremsstellungen die Spule ?o. Der Fahrtbremswender schaltet
die von dein Spannungsunterschied beeinflußten Spulen 22 und 24 der Relais
15 bzw. 16 in der Weise um, daß sie in Fahrt- und in Bremsstellungen
im gleichen Sinne erregt werden. Ferner läßt er stets nur das Einschalten eines
der Hilfsschütze 17 oder 18 zu, je nachdem ob Fahrt- oder Bremsstellungen angesteuert
werden. Bei den beiden Kontaktsätzen des Fahrtbremswenders sind die einzelnen Kontaktballen
in verschiedener Entfernung von ihren Kontakten angeordnet, und zwar sind die Abstände
so gewählt, daß der Stromkreis der Spulen 22 und 24 eher geschlossen wird als der
der Spulen 21 und 23.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei zunächst angenommen,
der Fahrschalter 7 befinde sich in einer beliebigen Fahrstellung, z. B. in der Stellung
2. Dann bieten die einzelnen Schaltorgane der Einrichtung folgendes Bild. Der Schleppschalter
8 befindet sich in einer der gezeichneten entgegengesetzten Lage. Die Schaltwalzen
i i und 12 stehen in einer mittleren Stellung. Die linke Kontakthälfte des Fahrtbremswenders
14 ist geschlossen, da der Stromkreis der Erregerspule i9 von dem Pluspol der Erregermaschine
3 aus über die Leitung 32, Leitung 3 i, Kontakt 29, Kabelstrang, Punkt 29, Leitung
33 und zurück zum negativen Pole der Maschine 3 geschlossen ist. Hierdurch ist auch
der Stromkreis der Relais 15, 16 geschlossen, welcher von dem positiven Pol der
Maschine 3 aus über die Leitungen 32 und 40, linke Kontakthälfte des Fahrtbremswenders,
Spulen 21 und 23 und zurück zum negativen Pol der Maschine 3 verläuft. Die Kontakte
des Hauptrelais 5 sind ebenfalls geschlossen, da die Steuerspule 6 des Relais von
der positiven Klemme der Maschine 3 aus über die Leitung 32, Kontakte 26 und 28
und zurück zum negativen Pol der Maschine 3 erregt ist. Das Relais 18 dagegen ist
unerregt, da sein Stromkreis, weleher
von dem positiven Pol der
Maschine 3 aus über die Leitung 32, Kontakte 25 und 27, linken Kontaktsatz des Fahrtbremswenders
14, Spule 46 und zurück zum negativen Pol der Maschine 3 verläuft, an den Kontakten
27 des Relais 16 unterbrochen ist. Wird nun zwecks Bremsens die Fahrkurbel im Ausschaltsinne
bewegt, so öffnet der Schleppschalter 8 seine Kontakte 29 und 39. Hierdurch wird
der Stromkreis der Spule i 9 an den Kontakten 29 unterbrochen, und die linke Kontakthälfte
des Fahrtbremswenders fällt ab. Infolgedessen werden auch die beiden Relais 15 und
16 aberregt, so daß sie ihre Kontakte öffnen bzw. schließen. Dies hat zur Folge,
daß der Stromkreis des Hauptschalters 5 an den Kontakten 26 und 28 geöffnet wird.
Sobald der Schleppschalter in die gezeichnete Stellung kommt, wird folgender neuer
Stromkreis geschlossen. Vom positiven Pol der Erregermaschine 3 aus über die Leitungen
32, 31, Kontakte 3o des Schleppschalters 8, Kabelstrang, Punkt 3o am unteren Ende
des Kabelstranges, Spule 2o des Fahrtbremswenders, Leitung 33 und zurück zum negativen
Pol der Maschine 3. Der rechte Kontaktsatz des Fahrtbremswenders wird nun geschlossen.
Überwiegt die Spannung des Motors 4 diejenige des Generators 2, so wirken die Spulen
21 und 22 des Relais 15 gleichsinnig und die des Relais 16 entgegengesetzt. Überschreitet
der Spannungsunterschied nicht den bestimmten Höchstwert, so sprechen beide Relais
15 und 16 an; die -Kontakte 25, 26 und 28 werden infolgedessen geschlossen und der
Kontakt 27 geöffnet. Der Stromkreis der Spule 38 des Hilfsschützes 17, welcher von
dem positiven Pol der Maschine 3 aus über die Leitung 32, Kontakte 25 und 27, rechte
Kontakthälfte des Fahrtbretnswenders 14 und zurück zum negativen Pol der Maschine
3 verläuft, bleibt unterbrochen, er wird auch während des Ansprechens der Relais
nicht kurzzeitig geschlossen, da der Kontakt 27 infolge des früheren Ansprechens
des Relais 16 geöffnet wird, ehe der Kontakt 25 schließt. Dagegen wird durch die
Kontakte 26 und 28 ein Stromkreis geschlossen, der folgenden Verlauf hat: Vom positiven
Pol der Erregermaschine 3 aus über die Leitung 32, Kontakt 26 des Relais 15, Kontakt
28 des Relais 16, Leitung 34, Spule 6 des Hauptschalters 5 zum negativen Pol der
Maschine 3. Das Hauptschütz schließt infolgedessen, und die verlangte Bremswirkung
kann eintreten. Infolge des Schließens der Kontakte des Fahrtbremsw enders wird
auch die Spule 45 des Druckluftschalters 9 erregt, und zwar auf folgendem Wege.
Vom positiven Pole der Erregermaschine 3 aus über die Leitung 32 und 31, Kontakte
35, linker Belag des Führerschalters 7, Steuerleitung 4, Kabelstrang, einer der
rechten Kontaktbeläge der Walze i i, Kontaktfinger 9,1 der Walze i i, Kontakte
9d bis 9, der rechten Hälfte des Fortschaltrelais 13, Kontakte 9, bis 9d am Hilfsschütz
18, Kontaktspule 96 bis 9" am Druckluftventil, Kontakte 9, bis 36 im Hilfsschütz
17, Kabelstrang, Kontakt 36 am Schleppschalter und zurück zum negativen Pol der
Erregermaschine 3. Der Druckluftantrieb hat nun die Neigung, in Richtung der Nullage
zu schalten. Schaltet nun das-Druckluftschaltiverk weiter zurück, so werden die
Widerstände in den Feldkreis des Generators 2 eingeschaltet, und die Bremswirkung
wird bis zum Stillstand des Fahrzeuges verstärkt. Der Generator :2 treibt während
der Bremsperiode den Drehstrommotor i an, der, als Generator wirkend, Strom in das
Netz zurückliefert.
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Falls beim Einleiten des Bremsvorganges die Motorspannung um einen
unzulässigen Betrag kleiner als die Generatorspannung ist, vollzieht sich beim Übergang
aus der Fahrtstellung in die Bremsstellung die Umschaltung des Schleppschalters
und des Fahrtbremswenders in der gleichen Weise, wie oben beschrieben. Es schaltet
dann aber das Relais 15 nicht ein, da bei diesem die Gegenwirkung der Spulen 22
zu stark ist, sondern nur das Relais 16, die Kontakte 25 und 26 des Relais 15 bleiben
daher geöffnet. Durch das Anziehen des Relais 16 wird der Kontakt 27 geöffnet und
der Kontakt 28 geschlossen. In diesem Falle werden zunächst keine weiteren Schaltungen
veranlaßt, weil beide Stromkreise, sowohl der über die hintereinandergeschalteten
Kontakte 25 und 27 als auch' der über die Kontakte 26 und 28 verlaufende, geöffnet
bleiben. Die Ventilspule 45 des Druckluftschaltwerkes wird beim Ansprechen des Fahrtbremswenders
in der gleichen Weise, wie vorher beschrieben, erregt. Nachdem dies geschehen ist,
schaltet die Regelwalze 12 Widerstand in den Erregerkreis des Generators 2 ein,
so daß dessen Spannung herabgedrückt wird. Tritt nun der Moment ein, in dem die
Generatorspannung um den vorgeschriebenen Betrag kleiner als die Motorspannung ist,
so schaltet auch das Relais 15 ein, und das Hauptschütz 5 in der gleichen Weise,
wie vorher beschrieben, ist erregt.
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Der dritte Fall, der beim Einleiten des Bremsvorganges angetroffen
werden kann, ist der, daß die Motorspannung die Generatorspannung um einen unzulässig
hohen Wert überschreitet. Dann darf der bremsende Motor nicht mit dem Netz verbunden
werden, bevor der Spannungsunterschied auf einen zulässigen Wert herabgemindert
ist.
Es sei angenommen, daß sich das Druckluftschaltwerk in einer
Stellung befindet, in der etwa der halbe Widerstand in den Feldkreis des Generators
eingeschaltet ist. Auch in diesem Falle schaltet beim Zurückdrehen der Fahrkurbel
der Schleppschalter und der Fahrtbremsweader ein. Von den beiden Relais 15, 16 schaltet
nur das Relais 15 ein, während das Relais 16 infolge der starken Gegenwirkung der
Spu'le-24 offenbleibt. Das Hauptrelais 5 bleibt ebenfalls geöffnet, da der Hilfskontakt
28 des Relais 16 offen bleibt. Dagegen wird ein Stromkreis über die hintereinandergeschalteten,
geschlossenen Kontakte 25 und 27 hergestellt, der folgenden Verlauf hat. Vom positiven
Pol der Erregermaschine 3 aus über die Leitung 32, Hilfskontakte 25, 27, Hilfskontakte
37 der rechten Kontakthälfte des Fahrtwenders, über Spule 38 des Hilfsschützes 17,
Leitung 33 und zurück zum negativen Pol der Maschine 3. Das Hilfsschütz 17 schaltet
infolgedessen ein und öffnet die Hilfskontakte 9" bis 36 und io, bis iod und schließt
den Hilfskontakt iob an die Plusleitung und den Kontakt 39 an die Minusleitung 33
der Erregermaschine 3 an. Infolgedessen wird der Stromkreis der Ventilspule 45 an
den Hilfskontakten 9a bis 36 unterbrochen, so daß der Drucklüftantrieb nicht der
Ausschaltbewegung des Fahrschalters folgt, sondern stehenbleibt. Dagegen wird der
Stromkreis für die Ventilspule io des Druckluftschaltwerkes 9 durch das Hilfsschütz
17 geschlossen. Sein Verlauf ist folgender: Vom positiven Pol der Erregermaschine
3 aus über die Leitung 32, Leitung 4o, die Hilfskontakte -f- bis 'Ob- des
Hilfsschützes 17, Ventilspule lob bis log des Druckluftschaltwerkes 9, Hilfskontakte
ioa bis 39 des Hilfsschützes 18, Kontakt 39 bis -, Leitung 33 und zurück zum negativen
Pol der Erregermaschine 3. Das erregte Ventil ro verbindet seinen Zylinder mit der
Außenluft, so daß das Schaltwerk im Einschaltsinne bewegt wird. Hierdurch wird Widerstand
aus dem Feldkreis des Generators 2 ausgeschaltet, die Generatorspannung steigt so
lange, bis die Motorspannung sie nur noch um den vorgeschriebenen Betrag überschreitet:
In diesem Augenblick schaltet auch das Relais 16 ein und unterbricht durch Öffnen
des Hilfskontaktes 27 den Stromkreis des Hilfsschützes 17 und schließt den Stromkreis
des Hauptschützes 5 über den Kontakt 28. Das Hilfsschütz 17 fällt ab, so daß der
Druckluftantrieb wieder in Abhängigkeit des Fahrschalters kommt und in die von diesem
vorgezeichnete Stellung läuft.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in gleicher Weise auch dazu
geeignet, etwaige Mißstände in den Spannungsverhältnissen selbsttätig zu beseitigen,
wenn der Fahrmotor beispielsweise nach stromloser Fahrt von neuem angelassen werden
soll. Es kann hier der Fall vorliegen, daß aus einer Schaltstellung des Schaltwerkes
heraus eingeschaltet wird, in welcher die der Stellung des Schaltwerkes entsprechende
Generatorspannung die Motorspannung erheblich übersteigt. Auch hier können beim
Anschließen des Motors an den Generator kurzschlußartige Stromschlüsse auftreten.
In analoger Weise wird in diesem Falle das Druckluftschaltwerk von dem Führerschalter
unabhängig gemacht und in Richtung der Ausgangslage bewegt, bis die Generatorspannung
so weit gesunken ist, daß die Verbindung zwischen dem Motor und dem Generator gefahrlos
hergestellt werden kann. In diesem Falle nimmt der Schleppschalter die der gezeichneten
entgegengesetzte Lage,ein, und die linke Kontakthälfte des Fahrtbremswenders ist
geschlossen. -Von den beiden Relais 15, 16 ist zunächst nur das-Relais 15 erregt,
da die Gegenwirkung der Spule 24 bei dem Relais 16 sehr stark ist. Infolgedessen
wird der Stromkreis der Spule 46 des Relais 18 geschlossen. Dieses spricht an- und
veranlaßt seinerseits in gleicher.Weise, wie oben beschrieben, -die Umschaltung
des Druckluftschaltwerkes. Infolgedessen wird Widerstand in das Generatorfeld eingeschaltet.
Hat der Generator die richtige Spannung erreicht,-so zieht auch das Relais -16 an,
und das Hilfsschütz 18 wird wieder aberregt, so daß das Druckluftschaltwerk wieder
dem Fahrschalter folgt. -Falls bei den beiden zuletzt beschriebenen Fällen, in denen
das Druckluftschaltwerk selbsttätig geschaltet wird, das Schaltwerk in einer (z.
B, der ersten oder letzten) Stellung sich befindet, die eine entsprechende Regelung
nicht zuläßt, so lassen sich in einfacher Weise weitere Mittel vorsehen, die dann
die Spannungsdifferenz auf einen zulässigen Wert herabsetzen. Es kann ein weiteres
Schütz angeordnet werden, welches von einem der Hilfsschütze und einem in der in
Frage kommenden Stellung des Schaltwerkes geschlossenen Kontakt eingeschaltet wird
und eine zusätzliche Regelvorrichtung für die Motor- und Generatorspannung oder
eine Alarmvorrichtung steuert.
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Die neue Anordnung ist natürlich nicht auf die Anwendung bei Steuerungen
der beschriebenen Art beschränkt, sondern sie ist auch bei allen solchen Steueiungenverwendbar,
wie sie in der Einleitung zur Beschreibung angegeben sind, ganz gleichgültig, ob
die Spannung der Motoren oder eines etwa vorhandenen. Umformers geregelt wird. In
einem
Falle muß dann der Spannungsunterschied zwischen dem Fahrmotor
bzw. dem Fahrmotor und dem Netz und im anderen Falle zwischen dem Motor und dem
Generator oder Umformer berücksichtigt bzw. zugrunde gelegt werden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich mit Vorteil bei Zugsteuerungen
verwenden. In diesem Falle werden die Schaltwerke der einzelnen Triebwagen mittels
eines einzigen Führerschalters mit durchgehender Steuerleitung beherrscht, wobei
in jedem Triebfahrzeug ein Relaissystem gemäß der Erfindung untergebracht ist.