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Selbsttätige Steuerung von Fahrschaltern Die vorliegende Erfindung
betrifft eine weitere Verbesserung der selbsttätigen Steuerung von Fahrschaltern
nach dem Hauptpatent.
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Die Steuerung nach dem Hauptpatent ist beispielsweise in Abb. i der
beiliegenden Zeichnungen dargestellt, die die Gesamtschaltung zeigt. Das Hauptmerkmal
besteht darin, daß der Fahrschalter (auch Meisterwalze oder Kontroller genannt),
der sich beispielsweise um die Achse 23 drehen kann, durch das Relais 31 und das
von diesem gesteuerte Schaltrelais 4.3 bewegt wird. Letzteres ist ein Spezialrelais
und bewirkt eine Drehung der Achse 23a, welche (im Falle eines Drehkontrollers)
die Kontrollerachse 23 öder eine mit dieser in geeigneter Weise gekuppelte Achse
ist.
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Das Relais 31 steht einerseits unter der Wirkung einer Feder 38, die
es in seine Ruhelage zu bringen sucht, und andererseits unter der Wirkung zweier
entgegengesetzter Spannungen U und U", oder besser unter dem Einfluß
der Differenz dieser Spannungen, wobei diese Differenz natürlich auch das Vorzeichen
wechseln kann. Diese beiden Spannungen sollen im folgenden näher -erklärt werden:
U ist proportional (oder eine Funktion) der Zug- oder Fahrgeschwindigkeit. U" entspricht
der Sollgeschwindigkeit einer beliebigen Kontrollerstufe. Unter Sollgeschwindigkeit
N" wird das Mittel zwischen den beiden Grenzgeschwindigkeiten NJ und
NJ' der betreffenden Kontrollerstufe verstanden.
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Die Spannung U wird vorzugsweise durch eine Hilfsdynamo g erzeugt,
die auf irgendeine Weise so angetrieben ist, daß ihre Drehzahl proportional der
Fahrgeschwindigkeit oder _ proportional der Drehzahl des Triebmotors ist. Die verschiedenen
Sollspannungen U" können auf mannigfaltige Art erzeugt werden. Die einfachste Methode
hierzu ist ein Spannungsteiler ig, der von der Spannung V des Netzes oder Fahrdrahtes
L gespeist wird. Der Spannungsteiler ig liegt (zusammen mit anderen, weiter
unten beschriebenen Widerständen) zwischen den Klemmen 2o und 21 des Fahrdrahtes
L bzw. der Erde T. Er besitzt verschiedene, entsprechend bemessene Anzapfungen i
bis 8, die die Spannungen U" liefern. Wie weiter unten noch näher erläutert, ist
die gesamte Skala dieser Sollspannungen U" verschiebbar und veränderlich, und zwar
geschieht dies durch Kurzschließen bzw. Einschalten von Widerständen, die vor oder
hinter dem Spannungsteiler ig, also in Reihe mit diesem, zwischen Fahrdraht und
Erde liegen.
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Falls jetzt N (die Istgeschwindigkeit) N" (die Sollgeschwindigkeit),
um- einen ge= wissen Betrag Mn überschreitet; wird - U
gleichfalls
um einen gewissen Betrag v" größer als U,s. In diesem Falle schaltet das Relais
31 das Steuerrelais 43 ein und läßt den auf der Achse 23 sitzenden Fahrschalter
aus der Stellung n in die benachbarte Stellung sa+l vorrücken. Im entgegengesetzten
Falle, wenn !1% kleiner wird als N", wird U ebenfalls kleiner als Urz; Relais
31 schaltet dann das Steuerrelais 43 im entgegengesetzten Sinne, und der Fahrschalter
geht von der Stellung n in die. Stellung n - l zurück.
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Ferner ist mit dem Fahrschalter auf irgendeine Weise gekuppelt (beispielsweise
auf die gleiche Achse 23 gesetzt) ein Kontakt 22, der verschiedene Verbindungen
zwischen dem Spannungsteiler i9 und dem Relais 31 herstellt. Dieser Kontakt bewegt
sich also zugleich mit dem Fahrschalter und legt bei jeder neuen Fahrschalterstellung
eine neue Spannung U", die der neuen Zuggeschwindigkeit entspricht, an das Relais
31. Hierdurch wird eine selbsttätig fortschreitende Wirkung der Vorrichtung erzielt.
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Die Differenzen oder Stufen der Sollgeschwindigkeiten, z. B.
N" + , - Nrz oder Nu - liVn- t können je nach Lage der Dinge
verschieden sein: a) wenn das Anfahren oder Bremsen je nach Fahrschalterstellung
mit unter sich verschieden großen Geschwindigkeitsstufen erfolgt (d. h. wenn eine
Skala mit ungleichen Stufen vorgesehen ist) ; b) wenn man vom Anfahren auf Bremsen
übergeht und wenn diese beiden Vorgänge zwei unter sich verschiedene Geschwindigkeitsskalen
erhalten. Nach dem Hauptpatent geschieht dies dadurch, daß der Widerstand des Spannungsteilers
durch die Kontaktstreifen 83 und 87 verändert wird. Diese Kontaktstücke sitzen vorzugsweise
auf der Walze eines Hilfsschalters 8o, der mit dem Anfahrbremsumschalter der ganzenSteuerung
fest verbunden ist; c) wenn man von einem gewissen Grad der Bremsung oder des Anfahrens
auf einen zweiten, mehr oder weniger- starken Grad derselben übergehen will; dies
wird nach dem Hauptpatent dadurch erreicht, daß man mit Hilfe der Schalter 95 und
ioi Widerstände 97-97 und io2-io2 zu dem Spannungsteiler - zu- oder abschaltet
(kurzschließt), oder aber dadurch, daß man mit Hilfe der Schalter 98 und
103 im Erregerkreis der Hilfsdynamo liegende Widerstände 99 und 104 einschaltet
oder kurzschließt.
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Um das Relais 31 den oben beschriebenen verschiedenen Geschwindigkeitsstufen
oder -differenzen (N, + i - Nrz oder N"-N.-1) anzupassen, ist es ferner
erforderlich, geeignete Regelvorrichtungen vorzusehen, die die Empfindlichkeit des
Relais 31 entsprechend ändern oder, mit anderen Worten. Regelvorrichtungen, die
die Stärke der der Feder 38 entgegenwirkenden Kraft aU-bUn (die aus den entgegengesetzten
Spannungen U und U" resultiert; d und b sind Konstanten, die weiter
unten erklärt werden) entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz ändern. Diese Empfindlichkeit
des Relais 31 kann nach der Haupterfindung auf zweierlei Weise geändert werden,
erstens indem man hinter den Widerstand 26, über welchen sich der vom Spannungsteller
kommende Stromkreis schließt, einen zusätzlichen Widerstand 30 schaltet,
zweitens indem man die Erregung der Hilfsdynamo 9 ändert.
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Diese Regelung kann erfolgen im Fall a durch den Kontroller (Fahrschalter)
oder eine beliebige andere mit ihm in Verbindung stehende Vorrichtung, im Fall b
durch ein Kontaktstück 92 des mit dem Anfahrbremsumschalter verbundenen Hilfsschalters
(Walze) 8o, im Fall c endlich durch die gleiche Vorrichtung, durch welche der Grad
des Anfahrens oder Bremsens geändert wird.
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Die Verbesserung des Hauptpatents nun, die der Gegenstand des vorliegenden
Zusatzpatents ist, besteht hauptsächlich in folgendem: Für den letztgenannten Fall
c wird eine Vorrichtung vorgesehen, welche es gestattet, eine ganze Reihe verschiedener
Stärkegrade des Anfahrens und Bremsens einzuschalten, mit anderen Worten, man kann
den Grad des Anfahrens oder Bremsens durch eine stufenweise Verschiebung der Skala
der mittleren Geschwindigkeiten Nn (der Sollgeschwindigkeiten) ändern. Dies geschieht
entweder durch Einwirkung auf die die Spannungen U" liefernde Vorrichtung (Spannungsteiler)
oder durch eine solche auf die Spannung U liefernde Vorrichtung (Hilfsdynamo). Man
wird also in diesem Falle eine stufenweise wirkende Vorrichtung anbringen müssen,
die es gestattet, die Empfindlichkeit des Relais 31, d. h. die Stärke der hierauf
einwirkenden Kräfte (Spannungen U und U" und Feder 38) zu ändern.
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Diese beiden Vorrichtungen können übrigens auch derart verbunden werden,
daß sie in geeigneter Weise zusammenwirken und gleichzeitig gesteuert werden können.
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Die Bedienung oder Steuerung dieser Vorrichtung kann geschehen: a)
durch denselben Handgriff, durch den bereits der Anlaßschalter betätigt wird (wenn
es sich um ein System handelt, bei dem elektrisch nur das Anfahren in Frage kommt)
oder durch den Handgriff, durch den der Anfahrbremsumschalter betätigt wird (wenn
es sich elektrisch um ein System für diese Operation handelt) ; b) durch den Handgriff
der Steuerwalze
(wenn es sich um ein System handelt, bei dem der
Anlaßschalter oder der Anfahrbremsumschalter durch einen Servomotor o. dgl. ferngesteuert
wird).
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Die beiliegende Zeichnung soll den Erfindungsgegenstand verdeutlichen.
Abb.2 zeigt den Fall, wo die stufenweise wirkende Vorrichtung auf den die Spannungen
U" liefernden Spannungsteiler einwirkt, Abb. 3 den Fall, wo die Vorrichtung auf
die Erregung der die Spannung ZT liefernden Hilfsdynamo einwirkt; Abb. 4 zeigt die
Verbindung der in Abb. 2 dargestellten Vorrichtung mit dem Anfahrbremsschalter ;
Abb.5 zeigt die Bedienung durch den Handgriff der Steuerwalze (Fernsteuerung). Ebenso
wie im Hauptpatent hat das Relais 31 auch in dem Schaltschema der Abb. i nur eine
Ankerwicklung, die durch die Leitungen i i und 28 direkt an die Spannungen
U und U" gelegt ist. (Es handelt sich um das Relais, dessen Anker
je nach dem Vorzeichen der Spannungsdifferenz U-U" in der einen oder anderen Richtung
ausschlagen kann.) Erfindungsgemäß kann dieses Relais auch, wie in Abb.3 gezeichnet,
zwei Wicklungen haben, die an die Spannungen U bzw. U" gelegt sind und die den Anker
in entgegengesetztem Sinne zu drehen trachten.
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Seien P und O die Widerstände der beiden Spulen, p und q ihre
Windungszahlen, seien ferner die Spannungen U und UR proportional den Geschwindigkeiten
N und N" und seien hierbei a und b die (bereits oben einmal angewandten)
Proportionalitätskonstanten, dann ist die resultierende Wirkung beider Spulen auf
den Anker gleich paN"/P-qbIV/O. Damit diese Wirkung bei @T" - X gleich Null wird,
muß sein: p ajP - q bi Q.
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Diese Gleichung kann auf verschiedene Art erfüllt werden. Man sieht
insbesondere, daß bei geeigneter Wahl der Spulen die Wirkung der beiden Spannungen
sich nicht aufhebt, wenn U = U", sondern wenn dU = b U" ist. Man kann also
bei entsprechender Bemessung der Ankerspulen in dem System zwei Stromquellen vorsehen,
z. B. die Hilfsdynamo 9 und den Spannungsteiler i9, die zwei voneinander verschiedene
Spannungen U und U" liefern. Die Widerstände 97 und io2 der Abb. i sind in Abb.
2 durch einen Widerstand 116 ersetzt, dessen verschiedene Anzapfungen zu Kontaktstücken
117 geführt sind. Der Widerstand kann auf diese Weise ganz oder zu einem beliebigen
Teil eingeschaltet bzw. kurzgeschlossen werden, und zwar geschieht dies durch Verschieben
des Schleifkontaktes oder Verbindungsstückes 118 (von Hand oder mittels Servomotor).
Dieses Verbindungsstück kann geradlinig beweglich sein, wie in Abb. 2 dargestellt,
oder aber die Form eines Ringteiles haben und drehbar angeordnet sein, wie in Abb.
3 dargestellt und noch weiter unten beschrieben. Die Änderung des Stärkegrades des
Anfahrens oder der Bremsung kann also auf diese Weise stufenförmig erfolgen, und
man kann beliebig von ganz schwachem Anfahren oder ganz starkem Bremsen auf ganz
starkes Anfahren oder ganz schwaches Bremsen übergehen.
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Die Vorrichtung zur Änderung der Empfindlichkeit des Relais 31 besteht
beispielsweise in einem Widerstand i 19 (an Stelle des Widerstandes 30 der
Abb. i), der entweder, wie gezeichnet, in den Stromkreis der gemeinsamen Wicklung
gelegt ist (die von det Spannungsdifferenz U-U" beeinflußt wird), oder, falls eine
zweifache Wicklung angewandt wird, in den an der Spannung U liegenden Stromkreis.
Dieser letztere Fall ist in Abb.3 dargestellt und weiter unten beschrieben. Dieser
Widerstand i i9 ist gleichfalls unterteilt und die Anzapfungen zu Kontaktstücken
i2o geführt, welche stufenweise überbrückt werden können. Das Schleifstück, welches
*dies stufenweise Kurzschließen der Kontakte 12o besorgt, kann mit demjenigen, welches
die Kontakte 117 und den Widerstand 116 schaltet, in geeigneter Weise gekuppelt
sein, zu welchem Zweck der bewegliche Teil 118 dann eine entsprechende Gestalt haben
müßte.
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In Abb.3 schaltet der Stufenschalter zur Regelung des Anfahrens oder
Bremsens einen Widerstand 12,1. Dieser ist, wie die Widerstände 104 und 99 der Abb.
i, in den Erregerkreis der Hilfsdynamo 9 (die die Spannung U liefert) gelegt, jedoch
mehrfach unterteilt und zu einer Reihe von Kontaktstücken 122 geführt, die stufenweise
durch den hier drehbar angeordneten Schleifkontakt 123 ein- oder ausgeschaltet werden
können.
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Die Vorrichtung, mit der die Empfindlichkeit des Relais 31 geändert
wird, besteht aus einem Widerstand i24 (Abb. 3). Dieser ist in den Stromkreis der
an der Spannung U liegenden Wicklung geschaltet (essoll sich hier um ein Relais
mit doppelter Wicklung handeln) und gleichfalls unterteilt und zu Kontaktstücken
125 geführt, die durch denselben Schleifkontakt 123 stufenweise ein-oder ausgeschaltet
werden können.
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Die Vorrichtung zur Änderung des Grades des Anfahrens oder der Bremsung
ebenso wie die Vorrichtung zur Änderung der Empfindlichkeit des Relais 31 brauchen
nicht
durch einen besonderen Handgriff bedient zu werden. Sie können
auch durch den Handgriff des Anlaßschalters bedient werden (falls es sich nur um
Anlassen handelt) oder durch den Anfahrbremsumschalter (falls es sich um diese beiden
Operationen handelt).
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Abb.4 zeigt ein Beispiel für diesen letzteren Fall, der auch der Fall
der Abb. i ist. Man sieht aus dieser Abbildung, in welcher Weise ein beliebig starkes
Bremsen oder Anfahren durch verschiedene Stellung des diesbezüglichen Umschalters
(Anfahrbremsumschalter) erreicht wird. In dem Beispiel dieser Abbildung werden die
beiden erforderlichen Regelungen durch Schaltung der Widerstände 116 und i i g,
wie bei Abb. 2, vorgenommen. Eine entsprechende Anordnung kann jedoch auch zur Schaltung
der Widerstände 121 und 124 der Abb. 3 vorgesehen sein. Es wären aber auch noch
andere Ausführungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
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Der Anfahrbremsumschalter, der in bekannter Weise die zum Fahren und
Bremsen notwendige Verbindungen für die Triebmotoren herstellt und deren Strom ein-
oder ausschaltet und der ferner, wie im Hauptpatent, die Kontaktstreifen 83, 87
und 92 (dargestellt in Abb. i und Abb. q.) enthält, mittels deren die Skala der
Sollgeschwindigkeiten beim Übergang vom Fahren zum Bremsen geändert wird, erhält
jetzt also noch zwei Paar Kontaktstreifen, nämlich 126 und 127 einerseits, und 128
und 129 andererseits. Sie dienen zum stufenweisen Kurzschließen oder Einschalten
der Widerstände 116 und iig.
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Der Fahrbremsumschalter (oder Anfahrbremsumschalter) hat zu diesem
Zweck mehrere Fahrstellungen (S, bis S6) und mehrere Bremsstellungen (B, bis BJ,
statt nur einer Fahr- und einer Brerrisstellung wie bei Abb. i, und die Kontakte
126, 127, 128 und 129 haben eine treppenförmige Gestalt, um auf diese Weise stufenweise
die verschiedenen Teilwiderstände 116' und i i9 zu schalten.
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In Stellung S1 ist der Widerstand 116 durch das Kontaktstück 126 vollkommen
kurzgeschlossen, wodurch die mittleren Anfahr- (also Soll-) Geschwindigkeiten erhöht
und die entsprechende Kraft (also auch die Stromstärke der Triebmotoren) verringert
wird (langsames Anfahren). Der Widerstand iig ist vollkommen in den Stromkreis des
Relais 31 eingeschaltet, wodurch dessen Empfindlichkeit verringert wird. Es ergibt
sich also hierbei ein sehr langsames Anfahren.
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In der Stellung S., ist der Widerstand 116 vollkommen eingeschaltet,
wodurch die Sollgeschwindigkeiten gesenkt und die entsprechende Kraft erhöht wird.
Der Widerstand r i g ist durch 128 vollkommen kurzgeschlossen, wodurch die Empfindlichkeit
des Relais 31 erhöht wird. In dieser Stellung findet also das schnellste Anfahren
statt.
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In den Zwischenstellungen S, bis S4 sind die Widerstände 116 und 128
nur teilweise eingeschaltet bzw. kurzgeschlossen, was mittlere Grade der Beschleunigung
ergibt.
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In der Stellung B1 ist der Widerstand i 16 vollständig in den Stromkreis-
des Widerstandes ig eingeschaltet, was die Sollgeschwindigkeiten der Bremsung herabsetzt
und die entsprechende Kraft verringert. In dieser Stellung ist der Widerstand iig
durch 129 vollkommen kurzgeschlossen, was die Empfindlichkeit des Relais 31 erhöht.
In dieser Stellung findet die langsamste Bremsung statt.
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In der Stellung B5 ist der Widerstand i 16 vollkommen durch Kontaktstück
127 kurzgeschlossen, was die mittleren oder Sollgeschwindigkeiten der Bremsung erhöht
und die entsprechende Kraft steigert. Der Widerstand i 1g ist dann vollkommen in
den Stromkreis des Relais 31 eingeschaltet, was dessen Empfindlichkeit verringert.
In dieser Schaltstellung findet die stärkste Bremsung statt.
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In den Zwischenstellungen B2 bis B, sind die Widerstände 116 und i
i g mehr oder weniger kurzgeschlossen, so daß mittlere Bremsgrade erzielt werden.
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Bei der soeben beschriebenen Vorrichtung wird also ein mehr oder weniger
starkes Anfahren oder Bremsen einfach dadurch erzielt, däß der normale Fahrbremsumschalter
mehr oder weniger nach der einen oder andern Seite umgelegt wird. Diese Vorrichtung
erhöht daher die Schnelligkeit und Sicherheit der Bedienung durch den Zugführer.
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Auch wenn der Fahrbremsumschalter nicht direkt von Hand, sondern durch
einen Servomotor o. dgl. ferngesteuert wird, können die Einrichtungen sehr einfacher
Natur sein.
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Abb.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für diesen Fall.
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Der in der Zeichnung nicht dargestellte Fahrbremsumschalter hat nur
zwei Stellungen, eine Anfahrstellung und eine Bremsstellung. Letztere wird sowohl
bei Leerlauf als auch beim Bremsen eingenommen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
geschieht die Steuerung in diese beiden Stellungen durch die Schaltwalze 132, welche
selbst drei Hauptstellungen S, 0 und B hat.
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Auf dieser Walze 132 befinden sich zwei Gruppen von Kontaktstücken
133 und 134 einerseits und 135 und 136 anderseits. Die Stücke 133 und 134 schalten
Elektromagnete 137 und 138, welche die Steuerung des Fahrbremsumschalter in* seine
beiden Stel-
Lungen bewirken. Die Kontakte 135 und 136 bewirken
Verbindungen zwischen den Triebmotoren und ihren Speiseleitungen.
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Es ist ersichtlich, daß in der 'Null- oder Mittelstellung 0
der Walze 132 der Fahrbremsumschalter in Bremsstellung geht, die obigen Verbindungen
für die Triebmotoren jedoch unterbrochen sind, daß also auf Leerlauf geschaltet
ist, während in den Stellungen S und B der Umschalter in Fahr- oder Bremsstellung
geht und die Triebmotoren eingeschaltet sind.
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Der Fahrbremsumschalter wird also indirekt durch die Steuerwalze i32
in seine beiden Stellungen gebracht. Die Stücke 126 und 127 bewirken mittels des
Widerstandes 116 das stufenweise, in seiner Stärke regulierbare Anfahren oder Bremsen;
die Stücke 128 und 129 regulieren dementsprechend mittels des Widerstandes zig die
Empfindlichkeit des Relais 31. Die Anfahr- und die Bremsstellung der Steuerwalze
ist also in mehrere Zwischenstufen aufgelöst, beispielsweise S, bis S, für das Anfahren
und B1 bis B, für das Bremsen.
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Um ein mehr oder minder wirksames Anfahren oder Bremsen zu erzielen,
hat der Führer also nur den Handgriff der Steuerwalze 132 mehr oder minder nach
der einen oder anderen Seite umzulegen.
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Falls keine elektrische Bremsung vorgesehen ist, wenn also der elektrische
Teil nur einen einfachen Fahrschalter (der den Strom der Triebmotoren ein- oder
ausschaltet) enthält, der direkt oder indirekt betätigt sein kann, fallen die für
das Bremsen erforderlichen Kontaktstücke 127, 129, 134 und 136 fort, und die Kontaktstücke
wie 126, 128 und 133 werden nötigenfalls bis zur NTullstellung des Fahrschalters
oder der diesen schaltenden Steuerwalze verlängert (mit Ausnahine natürlich des
die Triebmotoren schaltenden Stückes 135).