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Selbsttätig fortschreitende Steuerung, insbesondere für elektrisch
betriebene Fahrzeuge Die elektrischen Antriebsmotoren werden bei Bahnen häufig durch
sogenannte Vielfachsteuerungen angelassen, die den Anlaßvorgang schrittweise in
Abhängigkeit von dem von den Motoren aufgenommenen Strom vollziehen, bis die in
den einzelnen Triebfahrzeugen untergebrachten Schaltwerke diejenige Stellung erreicht
haben, die ihnen von dem im führenden Fahrzeug befindlichen Steuerschalter angewiesen
wird. Die einzelnen Schaltwerke werden hierbei durch Hilfsmotoren gesteuert, die
durch Druckmittel, elektrischen Strom oder auf eine andere beliebige Weise angetrieben
werden.
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Diese Steuerungen haben alle die Eigenschaft, daß sie grundsätzlich
bis zur letzten Stellung durchschalten müssen, da,ß also die letzte Stellung die
:einzige Haltstellung ist. Sollen mehrere derartiger Festhaltestellungen eingerichtet
werden, so kann dieses nur durch eine Vermehrung der Kontakte am Führerschalter
und durch zusätzliche Zugsteuerleitungen und Hilfskontakte an den Schaltwerken erreicht
werden. Diese Zahl verdoppelt sich noch, wenn Festhaltestellungen nicht nur für
die schrittweise Einschaltung, sondern auch die Ausschaltung vorgesehen werden sollen.
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Es ist nun bereits bekannt, aus Elektromagneten und Klinkwerken bestehende
Schaltvorrichtungen sowohl bei den Steuerschaltwerken als auch bei dem Führerschaltwerk
vorzusehen, die derart wirken, daß das Führerschaltwerk nach jedem durch die Steuerschaltwerke
ausgeführten Schritt um einen Schritt zurückgedreht wird. Eine gegenseitige Abhängigkeit
der Schaltwerke ist jedoch bei den bekannten Anordnungen nicht vorhanden, sondern
diese ist durch Zeitwerke ersetzt, die einen neuen Schaltschritt der Steuerschaltwerke
erst dann zulassen, wenn das Führerschaltwerk den jeweiligen Schaltschritt voraussichtlich
vollendet hat. Derartige Zeitwerke arbeiten jedoch unsicher und sind daher unzuverlässig.
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Infolge des Fehlens von Rückmeldevorrichtungen und der Abhängigkeit
der Schaltvorgänge von ebenso vielen Fortschaltrelais, als Schaltwerke gesteuert
werden sollen, kann hier ,ein synchrones Schalten nicht erzielt werden, und die
Zugsteuerung kommt in Unordnung. Dies kann schon allein dadurch verursacht werden,
daß die Zeitwerke nicht genau abgestimmt sind oder da.ß eines der Zeitwerke nicht
wirkt. Ferner wird hier beim Einschalten der Fahrkurbel sofort der Stromkreis für
die Schaltmagnete der einzelnen Schaltwerke geschlossen, ehe die Kurbel bis in die
anzusteuernde Stellung gebracht ist. Beim langsamen Einschalten der Kurbel kann
demnach bereits die Rückschaltung des Führerschalters durch den Klinkmagneten angestrebt
werden, so daß der Handkraft die elektromagnetische Kraft entgegengesetzt wird und
ein ordnungsmäßiges Schalten überhaupt nicht möglich ist.
Aufgabe
der Erfindung ist es nun, ein Zugsteuerungssystem zu schaffen, bei welchem alle
Schaltwerke die Schrittbewegungen synchron ausführen, unabhängig davon, ob der Führer
die Fahrkurbel langsam von Stellung zu Stellung vor- oder zurückdreht oder sofort
mehrere oder alle Stellungen überschalbet, auch wenn im letzteren Falle die Überwachung
durch den Motorstrom zeitweise oder ganz aussetzt.
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Dies wird nur dadurch :erreicht, daß für die Bewegung der Steuerschaltwerke
und der Führerschaltwerke Hilfsmotoren mit selbsttätiger schrittweiser Fortschaltung
und an sich bekannte Rückmeldevorrichtungen vorgesehen sind. Die Einrichtung ist
hier;weiterhin so getroffen, daß die Schaltwerke nicht eher zu arbeiten beginnen,
als die Fahrkurbelnebst dem Führerschaltwerk in die anzusteuernde Stellung gebracht
und von diesem Schaltwerk entkuppelt ist. Hiernach erst beginnt der das Führerschaltwerk
bewegende Hilfsmotor zu arbeiten, indem er die Führerwalze in die Ruhestellung schrittweise
zurückdreht, und bei jedem dieser Schaltschritte der Führerwalze in Richtung der
Nullstellung wird ein Schaltschritt der- Hilfsmotoren .der Steuerschaltwerke veranlaßt.
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Die einzelnen Schaltschritte für das Führerscbaltwerk und die im Zuge
verteilten Steuerschaltwerke für das Anlassen werden hierbei von einem einzigen
Fortschaltrelais im Führerwagen überwacht, welches das Führerschaltwerk zur Einleitung
eines neuen Schrittes stets erst dann freigibt, wenn sämtlichd Schaltwerke den begonnenen
Schritt vollendet haben und der AnlaßStYOm auf einen zulässigen Wert gesunken ist.
Die Steuerwalze des Führerschalters ist so eingerichtet, dafx sie während des Schaltens
von Hand stromlos gemacht und erst dann, mit der Fahrkurbel gekuppelt wird. Beides
läßt sich in einfacher Weise beispielsweise dadurch erreichen, daß die Kurbel niederdrückbar
oder mit einem beweglichen Schaltteil ausgerüstet ist, der einen Steuerstromkontakt
und die Kupplung des Führerschaltwerks mit der Kurbel überwacht. In dem Führerschaltwerk
ist ferner eine Schaltrichtungswalze vorgesehen, die, je
nach der Drehrichtung
der Fahrkurbel, die Bewegungsrichtung aller Hilfsmotoren für die Schrittbewegungen
vorausbestimmt. Jeder Hilfsmotor ist mit einer elektrisch oder pneumatisch bedienten
Rastenkvnke ausgestattet, die das Schaltwerk nach dem vollendeten Schaltschritt
in der betreffenden Stellung festhält. Auch das Führerschaltwerk besitzt eine derartige
Rastenvorrichtung, die aber durch die niederdrückbare Kurbel oder einen Kurbeldruckknopf
anhebbar ist, damit das Führerschaltwerk für die Bewegung von Hand freigegeben werden
kann. Jeder Hilfsmotor ist ferner aus Sicherheitsgründen mit einem Hilfsrelais ausgestattet,
welches Selbstspeisekontakte besitzt. Diese Hilfsrelais haben den Zweck, ein Überlaufen
der Schaltstellungen zu verhindern, da sie für eine sichere Stromlosmachung der
jeder Schrittbewegung folgenden überschaltkontakte Sorge tragen und damit die kommende
Schrittbewegung so lange verhindern, bis das Fortschaltrelais abgefallen ist und
das Kommando für den neuen Schaltschritt gegeben hat. In besonders vorteihalfter
Weise lassen sich die Rastenklinken selbst als solche Hilfsrelais verwenden, die
mit entsprechenden Selbstspeisekontakten versehen sind und damit zur Erfüllung beider
Aufgaben herangezogen werden.
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In der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel dargestellt. Die durch
den Zug gehenden Steuerleitungen I bis V dienen zur Steuerung der in den einzelnen
Fahrzeugen verteilten; Schaltwerke, von welchen zwei mit 9 und io bezeichnete abgebildet
sind. Das punktiert eingerahmte Steuerschaltwerk des führenden Wagens ist mit 7,
das Fortschaltrelais desselben Fahrzeugs mix 8 bezeichnet. Das Fortschaltrelais
8 besitzt drei Magnetspulen, und zwar eine Starkstromspule 39, die von dem Motorstrom
durchflossen wird, eine Hebespule 4o und eine Festhaltespule 4i. Außerdem sind an
diesem Fortschaltrelais Kontakte 42 und 43 angebracht. Die Fahrzeugkurbel i i ist
mit einem Druckknopf 12 versehen, der im niedergedrückten Zustande den Steuerstromkontakt
13 öffnet und die Kurbel n mit der Steuerwalze 46 des Führerschaltwerks kuppelt.
Die Steuerwalze 46 ist mit Stromschlußstückenreihen 14 und 15 sowie Kontaktfingern
16, 17,
18 und i 9 ausgestattet. Die Fahrkurbel ist mit einer Sperrung versehen,
die beim Niederdrücken des Knopfes 12 die Kurbelbewegung freigibt. Bei losgelassenem
Druckkn-Dpf 12 hingegen kann die Kurbel nicht bewegt werden. Mit dem Führerschaltwerk
ist ferner ein Drehwerk 2o verbunden, welches, sobald das Führerschaltwerk von Hand
aus der Nullstellung herausbewegt wird, je nach dem Drehsinne der Schaltwalze in
der einen oder anderen Richtung mitgenommen wird und die Schaltrichtungswalze 2i
in die eine oder die andere Schaltstellung bringt. Der Hilfsmotor für die Verstellung
der Steuerwalze 46 ist mit 22 bezeichnet. Er besitzt zwei Spulen 23 und 24 für die
Ansteuerung der einen oder der anderen Bewegungsrichtung und eine die Rastenklinke
sowie die Hilfskontakte 26 und 27 steuernden Spule 25. Dieser Hilfsmotor ist als
Druckluftmotor gedacht, dessen zwei gegenüberliegende Kolben durch eine Zahnstange
verbunden sind, wobei die Zahnstange in ein mit der Steuerwalze 46 verbundenes
Kitzel
eingreift. Bei erberregten Ventilspulen 23 und 24 sind beide Zylinder mit dem Druckluftbehälter,
bei erregten Spulen hin-gegen mit der Außenluft verbunden. Auch die Kastenklinke
kann elektropneumatisch bedient werden. Die Spulen 23, 24 und 25 dienen somit zur
Steuerung von Druckluftventilen. Diese Art der Steuerung des Hilfsmotors und der
Kastenklinke kann jedoch auch durch beliebige andere elektromagnetische oder elektromotorische
Mittel ersetzt werden. Bei elektromotorischem Antrieb der Führerschaltwalze, beispielsweise
über einen Schneckenantrieb, muß aber für eine Kupplung gesorgt werden, damit die
Führerschaltwalze für den Antrieb von Hand von dem Elektromotor entkuppelt werden
kann.
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Die in den Fahrzeugen verteilten Steuerschaltwerke 9 und io, die z.
B. ebenfalls als Druckluftschaltwerk ausgebildet sein können, bestehen aus strichpunktiert
angedeuteten. Schaltwalzen mit Reihen von Stromschlußstücken 28 und 29 und Kontaktfingern
30, 31, 32 und 33 sowie Hilfsmotoren mit Steuerspulen 34. und 35, einer Rastenklinkenspule
36 und Hilfskontakten 37 und 38.
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Die Schaltwalze 46 des Führerschaltwerks 7 ist abgewickelt abgebildet,
wobei die Schaltstellungen i bis 6 über der Walze und in umgekehrter Reihenfolge
noch einmal unter der Walze eingetragen sind. Der Zweck dieser Einrichtung ist der,
die Stromschlußstücke bei der einen wie auch bei der anderen Drehrichtung mit den
Kontaktfingern 16 und 19 in Eingriff zu bringen, um, je nachdem, ob sich die Kurbel
in einer Schalt- oder Nullstellung befindet, ein Zurückbewegen der in den Fahrzeugen
verteilten Steuerschaltwerke in Richtung der Nullstellung oder eine Bewegung derselben
über die Nullstellung hinaus in die Brems- oder Rückwärtsfahrtstellungen zu erreichen.
Einfachheitshalber sind Schaltstellungen für das Bremsen oder die Rückwärtsfahrt
bei den Schaltwerken 9 und io nicht dargestellt. Entsprechende Kontakte hierfür
müßten über den Kontaktfingern 30 bis 33 eingezeichnet sein.
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Die Wirkungsweise dieser Feuerung ist folgende: Beim Einschalten nehmen
sämtliche Schaltgeräte die abgebildete Lage ein. Durch das Niederdrücken des- Kurbeldruckknopfes
12 wird die Sperrung der Kurbel aufgehoben und diese dadurch für die Bewegung in
dem einen oder anderen Sinne freigegeben; gleichzeitig wird der Hilfskontakt 13
geöffnet, die Kurbel mit der Schaltwalze ¢6 des Führerschaltwerks 7 gekuppelt und
die Kastenklinke des Hilfsmotors 22 mechanisch angehoben. Beim Herausbewegen der
Kurbel aus der Nullstellung in der Einschaltrichtung wird das Drehwerk 20 mitgenommen
und die Schaltrichtungswalze 21 so verstellt, daß das Stromschlußstück 44 seine
Kontaktfinger überbrückt. Wird beispielsweise bis in die Stellung 6 geschaltet,
so wird die mit der Kurbel i i gekuppelte Steuerwalze ¢6 soweit mitgenommen, daß
das Stromschlußstück 6 der Reihe 14 die Kontaktfinger 16 und 17 verbindet. Der mit
der Steuerwalze gekuppelte Hilfsmotor 22 wird ebenfalls in die entsprechende Stellung
mitgenommen. Er bildet beim Bewegen der Kurbel kein Hindernis, da er aus zwei gegenüberliegenden
Kolben besteht, auf denen gleicher Druck desselben Druckluftbehälters lastet und
die sich daher im Gleichgewichtszustande befinden. Wird jetzt der Druckknopf 12
losgelassen, so wird die Kurbel i i mechanisch verriegelt, von der 'Walze ¢6 entkuppelt
und bleibt in dieser Stellung stehen. Gleichzeitig wird der Steuerstromkontakt 13
geschlossen und die Kastenklinke des Hilfsmotors 22 wieder zum Einfallen gebracht.
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Nunmehr schließt sich ein Steuerstromkreis, der vom -'--Pol über den
Kontakt 13, den Kontaktfinger 17, das Stromschlußstück 6 der Reihe 14 an die Walze
q.6, den Kontaktfinger 16, den Kontakt q.2 des Fortschaltrelais 8, Rastenklinkenspule
25 des Hilfsmotors 22, Hilfskontakt 26 der Kastenklinke und das Stromschlußstück
44 der Schaltrichtungswalze 21 zur Erde fließt. Die dadurch angehobene Kastenklinke
hebt die Sperrung der Schaltwalze q.6 auf, schließt den Hilfskontakt 27 und öffnet
den Hilfskontakt 26. Dadurch erhält die Spule 2¢ des Hilfsmotors 22 Strom. Diese
Spule 24 ist die Einschaltventilspule des Druckluftmotors 22, die das zugehörige
Ventil so umsteuert, daß Druckluft hinter dem Einschaltkolben herausgelassen wird.
Der Ausschaltkolben gewinnt dadurch das Übergewicht und kann den ersten Schritt,
währenddessen die Steuerwalze 46 aus der Stellung 6 in die Stellung 5 bewegt wird,
einleiten. Während der Bewegung gleitet das StYOmSChlußstück 6 von den Kontaktringern
16 und 17, der Schaltwalze 46 ab, so daß der erste Stromkreis unterbrochen wird.
Gleichzeitig kommen jedoch, die Kontaktfinger 18 und i c) mit dem nächsten Stromschlußstück
der Reihe 15 in Eingriff und schließen folgenden Ersatzstromkreis: Vorn +-Pol über
den Kontakt 13, die Hebespule q.o des Fortschaltrelais 8, Kontaktfinger 19, Stromschlußstück
15, Kontaktfinger 18, Hilfskontakt 27 der Kastenklinke; Spule 25 der Kastenklinke,
Ventilspule 24 usw. zur Erde. Dadurch wird der eingeleitete Schritt fortgesetzt,
bis auch die Kontaktfinger 18, i g der Steuerwalze außer Eingriff und der Hilfsmotor
22 nebst der Steuerwalze q.6 zum Stillstand kommen. Die Kastenklinke fällt, da ihre
Spule 25 erberregt ist, ebenfalls ein. Obgleich der nächste Kontakt 5 der Reihe
1 ¢ an
der Steuerwalze 46 in Eingriff mit deal Fingern 16,17 gekommen
ist, wird doch kein neuer Schritt angesteuert, weil, wie aus folgendem hervorgeht,
das durch die vorausgegangene Erregung seiner Hebiespule geöffnete Fortschaltrelais
8 seine Kontakte offen hält.
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Während der beschriebenen Schaltvorgänge haben sich auch die im Zuge
verteilten Steuerschaltwerke 9 und i o usw. in Bewegung gesetzt. Der Steuerstrom
für diese verläuft vom ---Pol über den Kurbelkontakt 13, Kontakte 17, 6 und
16 der Steuerwalze 46, .den. Kontakt 43, des Fortschaltrelais 8, Zugsteuerleitung
V, Kontaktfinger 32 der Schaltwerkwalzen 9 und i o, erstes Stromschlußstück der
Reihe 29, Kontaktfinger 33, Rasroenklinkenspule 36,Hilfskontakt 37, Zugsteuerleitung
IV und den Kontakt 44 der Schaltrichtungswalze im Führerschalter zur Erde. Die weiteren
Schaltvorgänge in den Schaltwerken g und io vollziehen sich in der gleichen Weise
'und Reihenfolge, wie sie bei dem Steuerschaltwerk 7 erläutert worden sind, d. h.
die Rastenklinke eines jeden Steuerschaltwerks wird angehoben, die Kontakte 37 geöffnet,
dadurch die Einschaltventilspulen 34 erregt und die Schaltwerkmotoren in Bewegung
;gesetzt. Sobald die Kontaktfixiger 32 und 33 der Schaltwerkwalzen 9 und i o das
erste Stromschlußstück der Reihe 29 verlassen, kommen die Finger 30 und 3
i mit dem ersten Strdmschlußstück der Reihe 28 in Eingriff. Der Steuerstrom für
die Ventilspulen 34 verläuft von da ab auf folgendem Wege: Vom +-Pol über den Kurbelkontakt
13, die Zugsteuerleitung I I, Kontakte 31, 28 und 30 der Schaltwerkwalzen9
und io, die Hilfskontakte 38 der Rastenklinken, die Rastenklinkenspulen, die Ventilspulen
34, Steuerleitung IV und den Kontakt 44 der Schaltrichtungswalze im Führerschalter
der Erde. Wenn die Kontaktfinger 3 0 und 31 der Schaltwerkwalzen 9 und i
o miteinander in Eingriff kommen, erhält auch die Festhaltespule 41 des Fortschaltrelais
8 im führenden Wagen vom Kontaktfinger 3o über die Zugsteuerungsleitung I Strom.
Das Fortschaltrelais bleibt infolgedessen so lange aufgehoben, bis die Kontaktfinger
3o und 31 der Schaltwerkwalzen das Stromschlußstück 28 verlassen haben, bzw. bis
jedes der Steuerschaltwerke 9 und i o den Schritt vollkommen beendet hat. Wenn sich
nun auch, wie vorher beschrieben, das Steuerschaltwerk beim ersten Schritt so weit
bewegt hat, daß der nächste Walzenkontakt der Reihe 14 an der Walze 46 des Führerschaltwerks
die Finger 16,17 berührt, so kann doch kein neuer Schaltschritt eingeleitet werden,
ehe das Fortschaltrelais abgefallen ist, was frühestens nach Aberregung seiner Festhaltespule
41 bzw. nach der Vollendung des Schrittes durch sämtliche Schaltwerke geschieht.
Unabhängig davon hält das Fortschaltrelais seine Kontakte so lange offen, bis der
seine Hauptstromspule 39 durchfließende Motorstrom bis auf den or unmten Wert gesunken
ist. Sollte v 'besf eines der Schaltwerke z2, 9 oder io zu weit laufen, so daß neue
Kontakte 15 bzw. 28 in Eingriff kommen, so sind die Schaltwerke im Anhalten
doch nicht behindert, da die einfallenden Rastenklinken ihre Selbstspeisekontakte
27 bzw. 38 und damit den Ersatzstromkreis für die Schaltwerke öffnen. In gleicher
Weise sind auch die Schaltwerke 9 und io im Anhalten der Bewegung nach vollzogenem
Schritt nicht behindert, weil auch deren Kontakte 32 und 33 durch das Fortschaltrelais
und Kontakte 30, 3 i durch die Sperrkontakte 38 rechtzeitig und zeitweise stromlos
gemacht werden.
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In derselben Weise vollziehen sich nun die übrigen Schaltschritte,
wobei die in den einzelnen Fahrzeugen untergebrachten Schaltwerke 9, 1o usw. von
dem Schaltwerk 7 im führenden Wagen beherrscht werden, das seinerseits unter dem
Einfluß des FortschaltreIais im führenden Wagen steht. Während die Schaltwerke mit
der Ausführung des durch die Kurbel gegebenen Kommandos beschäftigt sind, kann unbedenklich
eine Umsteuerung vorgenommen, d. h. eine andere Stellung angesteuert werden. Beim
Niederdrücken des Kurbeldruckknopfes wird der gesamte Steuerstrom für sämtliche
Schaltwerke sofort unterbrochen, so daß diese stehenbleiben. Nach dem Umstellen
der Kurbel bzw. der Steuerwalze 46 beginnen alle Schaltwerke sofort zu laufen, indem
sie der neu angesteuerten Stellung zustreben.
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Es wurde weiter oben angenommen, daß die Stellung 6 angesteuert worden
ist. Nachdem alle Schaltwerke das Kommando ausgeführt haben und zur Ruhe gekommen
sind, befinden sich die Steuerschaltwerke g und i o in der Schaltstellung 6, auch
die Fahrkurbel i i blieb in dieser Stellung nach dem Loslassen des Druckknopfes
12 stehen; das Führerschaltwerk 7 hingegen befindet sich in der Nullstellung, da
der Hilfsmotor die Walze 46 nach Ansteuerung- irgendeiner Stellung stets wieder
in die Nullage, und zwar über so viel Stellungen hinwegbringt, als Schaltschritte
durch die übrigen Schaltwerke ausgeführt werden sollen. Wenn nun bei dieser Lage
der einzelnen Schaltgeräte beispielsweise die Stellung 4 angesteuert werden soll,
so wird die in der Stellung 6 stehende Kurbel i i nach Niederdrücken des Knopfes
12 in die Stellung 4 zurückbewegt. Die mit der Kurbel gekuppelte Steuerwalze 46
wird hierbei aus der Nullage nach der entgegengesetzten Seite
bewegt,
so daß die Stromschlußstücke 14 und 15 in der Reihenfolge in Eingriff kommen,
wie sie durch die Zahlen unter den Kontakten der Walze angegeben ist. Da die Kurbel
bei der beabsichtigten Schaltung um zwei Stellungen zurückbewegt werden muß, kommt
also die Steuerwalze 46 in die Stellung z. Beim Zurückbewegen der Kurbel sind auch
das Drehwerk und die Schaltrichtungswalze in die entgegengesetzte Lage gebracht
worden, so daß die Schaltrichtung aller Hilfsmotoren umgekehrt worden ist. Beim
nunmehr erfolgenden Loslassen des Kurbeldruckknopfes 12 wird die Steuerwalze 46
durch den Hilfsmotor 22 über zwei Stellungen wiederum in die Anfangslage zurückgebracht,
während die übrigen Steuerschaltwerke ebenfalls über zwei Stellungen in die Stellung
4 zurücklaufen und so mit der Kurbelstellung 4 wieder in Einklang stehen.
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Mit einer derartig ausgebildeten Steuerung kann jede beliebige Schaltstellung
angesteuert und erreicht werden, wobei jede einzelne Stellung eine Festhaltestellung
sein kann,. Die Anzahl der durchgehenden Zugsteuerleitungen für die Bedienung der
einzelnen Schaltwerke ist unabhängig von der Anzahl der Schaltstellungen stets fünf.