-
Durch zwei elektrische Hilfsmotoren angetriebenes Schaltwerk zum Steuern
von Elektromotoren, insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge Bei den bekannten,
durch Elektrohilfsmotoren angetriebenen Schaltwerken zum Anlassen und Steuern von
Elektromotoren müssen zwischen den mit hoher Drehzahl umlaufenden Hilfsmotoren und
den Schaltwerken hohe Übersetzungen eingeschaltet ,verden. Die einzelnen Schaltschritte
können wegen des Nachlaufes des Hilfsmotors nur ungenau eingehalten werden. Das
genaue Anhalten des Schaltwerkes auf den einzelnen Schaltstellungen versuchte man
durch mechanisches oder elektrisches Abbremsen des Hilfsmotors und durch eine auf
die Schaltwerkswelle wirkende Rastenvorrichtung zu erzwingen. Bei den Steuerungen
mit einem Hilfsmotor war es ferner stets notwendig, eine lösbare Kupplung zwischen
dem I-ilfsmotor und dem Schaltwerk anzuordnen, -um eine rasche Abschaltung bzw.
Rückschaltung des Schaltwerkes nach der Ausgangslage möglich zu machen, da der Hilfsmotor
wegen der hohen Übersetzung nur eine langsame Rückschaltung bewirken kann. Für die
Rückschaltung mußte außerdem eine besondere Irraft in Gestalt eines Kraftspeichers
vorgesehen werden.
-
Das Abbremsen des Hilfsmotors hat man auch bereits durch einen zweiten,
ihm entgegengeschalteten Hilfsmotor vorgenommen. In diesem Falle wird bei gleichen
Drehmomenten beider Hilfsmotoren ein Stillstand, bei verschieden großen Drehmomenten
dagegen eine Bewegung der Schaltwerkswelle in dem einen oder anderen Drehsinn bewirkt.
Bei dieser bekannten Steuerung hat der eine Hilfsmotor ein gleichbleibendes Drehmoment,
während das Drehmoment des anderen Hilfsmotors in Abhängigkeit von der Stromaufnahme
des zu steuernden Motors jederzeit beliebigen Änderungen unterworfen ist. Ein derartiges
Schaltwerk kann weder eine bestimmte zweckmäßige Schaltgeschwindigkeit einhalten
noch ein Anhalten auf den Schaltstellungen der angetriebenen Schaltwalze ermöglichen.
-
Die Erfindung vermeidet die vorbeschriebenen Mängel dadurch, daß die
auf die Schaltwerkswelle in verschiedenem Drehsinne einwirkenden Hilfsmotoren, unter
Spannung gesetzt, vollkommen gleiche Drehmomente entwickeln. Dabei ist die Schaltung
so getroffen, daß eine von den beiden Hilfsmotoren angetriebene Hilfswalze die Schaltung
nur auf den vollen Schaltstellungen des Schaltwerkes ändert. Eine Gleichmachung
der Drehmomente beider Hilfsmotoren kann daher nur auf vollen Schaltstellungen stattfinden,
während zum Überschalten aus einer
Schaltstellung in eine beliebige
andere die Drehmomente - durch Verringerung des Drehmomentes des einen Hilfsmotors
oder dessen völlige Fortnahme - bis zur Erreichung einer anderen Schaltstellung
um einen bestimmten jeweils konstanten Betrag ungleich gemacht werden. Auf diese
Weise können mit einem solchen Schaltwerksantrieb die Schaltschritte genau eingehalten
und das Schaltwerk zwischen den Schaltstellungen mit einer einstellbaren gleichbleibenden
Geschwindigkeit bewegt werden.
-
Die Verschiedenheit der Drehmomente kann sowohl durch Vergrößerung
des Drehmomentes des einen Hilfsmotors als auch durch eine Verringerung oder Aufhebung
des Drehmomentes des anderen Hilfsmotors oder schließlich durch mehrere dieser Mittel
erzielt werden. Das Wesentliche ist hierbei, daß die Hilfsmotoren ohne besondere
Schwierigkeiten Schritte schalten, also das Schaltwerk stufenweise bewegen können,
was dadurch erreicht wird, daß nach einer Verschiebung des Gleichmaßes der gegeneinandergerichteten
Drehmomente bei ihrer rechtzeitig erfolgten Wiedergleichmachung eine Bremsung des
vorher entgegen seinem eigentlichen Drehsinne mitgenommenen Hilfsankers durch Gegenstrom
erfolgt. Man hat es hier leicht in der Hand, das Schaltwerk schrittweise in einem
oder dem anderen Sinne zu schalten oder wahlweise ein beschleunigtes Zurückhalten
nach der Ausgangslage in einem Zuge zu bewirken, indem das Drehmoment des die Einschaltung
bewirkenden Hilfsmotors verhältnismäßig viel kleiner oder des die Ausschaltung bewirkenden
Hilfsmotors viel größer gemacht wird, was z. B. durch Einschaltung eines größeren
Widerstandes in den Stromkreis des Einschaltmotors oder durch teilweise oder völlige
Kurzschließung des dem Ausschaltmotor vorgeschalteten Widerstandes oder durch beides
zugleich erzielt werden kann. Die Schaltstellungen können durch auf die Schaltwerkswelle
wirkende, an sich bekannte, zweckmäßig elektromagnetisch bediente Rastenvorrichtungen
fixiert werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Abbremsung des Schaltwerkes
so rasch erfolgt, daß eine Rastenvorrichtung nicht erforderlich ist.
-
Es ist nicht notwendig, eine besondere Kraftquelle für die Rückschaltung
bzw. eine Kupplung vorzusehen; die Hilfsmotoren bleiben miteinander bzw. mit dem
Schaltwerk dauernd kraftschlüssig verbunden. Der Hilfsantrieb kann dabei aus zwei
Einzelmotoren oder aus einem Doppelkollektormotor bestehen. Die Hilfsmotoren können
sowohl Reihenschlußmotoren als auch Nebenschlußmotoren sein.. Reihenschlußmotoren
dürften im allgemeinen vorzuziehen sein, da sie betriebssicherer sind und das Serienfeld
die Gegenstrombremsung verstärkt. Die Arten der Drehmornentveränderung können mannigfaltig
sein. Bei Reihenschluß- wie auch bei Nebenschlußmotoren kann die Feldschwächung
angewandt werden oder auch das Parallelschalten von Widerständen zu den Ankern oder
schließlich durch Vorschalt-oder Zusatzwiderstände gebildete Schaltungen. Die Anwendung
der Feldschwächung dürfte nicht in allen Fällen zweckmäßig sein, da sie zu träge
wirkt. Mit Rücksicht auf die Kürze der Zeit während eines Schrittes ist es ratsam,
eine rasche induktionsfreie Wirkungsweise zu wählen. Daher ist es zweckentsprechender,
die Schaltungen in den Ankerkreisen der Hilfsmotoren vorzunehmen, obgleich hier
die Ströme größer sind.
-
Das Ausbleiben der Netzspannung kann bei Verwendung eines Hilfsmotorantriebes
der'beschriebenen Art keine schädliche Wirkung ausüben, wenn die Schaltung danach
getroffen ist. Zunächst bliebe natürlich das Schaltwerk in der zuletzt eingenommenen
Stellung stehen. Durch Anwendung des Nullschaltungszwanges kann auch hier erreicht
werden, daß bei der Wiederkehr der \Tetzspannung der Antrieb bei stromlosem Schaltwerk
in die Ausgangslage zurückläuft. Der Zeitverlust ist hier um so unbedeutender, als
es möglich ist, das Schaltwerk beschleunigt nach der Ausgangslage zurückzubringen.
Die Anwendung des beschriebenen Motorantriebes ist natürlich auf das angegebene
Gebiet nicht beschränkt; er kann auch überall dort benutzt werden, wo ähnliche Betriebsbedingungen
vorhanden sind und ähnliche Forderungen gestellt werden. Der Motorantrieb kann nicht
nur als Hilfsmotorantrieb, sondern als direkter Antrieb für Arbeitsmaschinen verwendet
werden.
-
In der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel dargestellt. Die: Fahrleitung
ist mit 5 und der Stromabnehmer mit 6 bezeichnet. Die beiden Hilfsmotoren io und
I2 mit den Feldwicklungen i i und 13 sind durch die Ritzel 14 und 15 mit dem Zahnrad
16 verbunden, das auf der Welle 18 der Hilfswalze 17 befestigt ist. Auf ,der gleichen
Welle ist die Hauptschaltwalze für die Steuerung der Fahrzeugmotoren angeordnet,
die aber mit den von ihr geschalteten Hauptstromkreisen einfachheitshalber fortgelassen
ist. Zur Entnahme von Steuerstrom ist ein Spannungsteiler-widerstand q. vorgesehen.
Mit ig und 2o sind Fortschaltrelais für den Fahr- und Bremsbetrieb und mit 28,
29, 30 und 31 Relais bezeichnet, deren Wirkungsweise weiter unten erläutert
ist. Im Stromkreis der Hilfsmotoren io und 12, sind Widerstände 8, 25, 26 und 27
angeordnet.
Im Ruhezustand nehmen sämtliche Schaltgeräte die in
der Zeichnung dargestellte Lage ein. Wird der Schalter 7 von Hand oder durch Fernbetätigung
geschlossen, so werden die beiden Hilfsmotoren io und 12 unter völlig gleichen Bedingungen
unter Spannung gesetzt. Der Stromkreis verläuft vom Netz 5 über den Stromabnehmer
6, den Schalter 7, den Vorschaltwiderstand 8 zu den Feldwicklungen 13 und i i. Hinter
dem Feld i i teilt sich der Stromkreis in zwei Zweige, von denen der eine über den
Anker io und den Hilfskontakt 32 des Relais 28 und der andere über den Anker 12
sowie die Hilfskontakte 3-1 und 33 der Relais 30 und 29 zur Erde verläuft.
Die beiden Anker io und 12 entwickeln demzufolge Drehmomente gleicher Größe, aber
verschiedener Richtung. Eine . -un- der Schaltwalze 17 kann daher
r "e#,ve., "
nicht eintreten, da jeder Anker io bzw. 12 die Welle 18
mittels der Zahnräder 14 bzw. 1 5 und 16 in einem anderen Sinne zu drehen sucht.
U m eine übermäßige Erwärmung der unter Spannung stehenden, aber im Stillstand verharrenden
Hilfsmotoren zu vermeiden, müssen diese genügend groß bemessen werden oder durch
Widerstände geschützt sein, was in der Zeichnung durch den Widerstand 8 angedeutet
ist.
-
Wird der Schalter 9 in Berührung mit dem rechten Kontakt 37 gebracht,
so wird folgender Stromkreis geschlossen: Von dem Anzapfungspunkt des Widerstandes
4 über die Leitung 38, die in der Nullstellung verbundenen Kontaktfinger 39 der
Schaltwalze 17, die Kontakte des Fortschaltrelais i9, die Spule des Relais 28 und
den Schalter 9 zur Erde. Das Relais 28 zieht daher an und öffnet seine Hilfskontakte
32. Die unmittelbare Verbindung des Ankers io mit der Erde wird daher aufgehoben,
so daß dieser Anker nunmehr über den Widerstand 25 an Erde liegt. Das Drehmoment
des Hilfsmotors io wird daher geschwächt, so daß der Hilfsmotor 12 das Übergewicht
erlangt und die Walze 17 im Einschaltsinne dreht, wobei er den Anker des anderen
Hilfsmotors io entgegen dem ihm -zukommenden Drehsinne mitnimmt. Sobald die Kontaktfinger
39 bei der Weiterbewegung der Walze 17 außer Eingriff mit dem sie verbindenden Kontaktbelag41
kominen, werden die Finger 4o durch den Belag d.2 überbrückt. Der Stromkreis für
die Spule des Relais 28 wird daher nicht unterbrochen, sondern durch die Kontaktfinger
4o und den Belag 42 sowie die Hebespule 22 des Fortschaltrelais i9 aufrechterhalten.
Die Erregung der Hebespule hat gleichzeitig die Wirkung, daß die Hilfskontakte des
Fortschaltrelais i9 unterbrochen werden. Das Schaltwerk läuft also weiter, bis es
die Schaltstellung i erreicht, in der die Kontaktfinger 40 von dem Belag 42 abgleiten.
-
Inzwischen sind durch die nicht mit abgebildete Hauptwalze die Antriebsmotoren
angelassen worden, so daß die Stromspule 21 des Fo.rtschaltrelais r9, die vom Fahrstrom
durchflossen wird, die Kontakte des Fortschaltrelais offen hält. Der Stromkreis
der Spule des Relais 28 ist daher unterbrochen, seine Hilfskontakte 32 werden
geschlossen, und der Anker des Hilfsmotors io wird wieder unmittelbar an Erde gelegt.
In dieseln Augenblick werden die Drehmomente beider Hilfsmotoren wieder völlig gleich,
so daß das Schaltwerk sofort stehenbleibt. Ist der Hauptstrom inzwischen abgeklungen,
so wird der Anker des Fortschaltrela.is i9 losgelassen, und dessen Hilfskontakte
werden geschlossen. Da die Kontaktfinger 39 in der erreichten Schaltstellung i der
Schaltwalze durch das folgende Stromschlußstück 43 verbunden sind, wird also nunmehr
die Spule des Relais 28 wieder erregt und ein weiterer Schritt des Schaltwerkes
veranlaßt, der in der gleichen Weise durchgeführt wird.
-
Man kann den Schalter 9 mit einem Zeitwerk versehen, so daß beim Öffnen
des Schalters dessen Kontakte erst nach einer gewissen Verzögerung geöffnet werden.
Dadurch kann man erreichen, daß das Schaltwerk bis zur nächsten Schaltstellung durchläuft,
also auf jeden Fall den einmal begonnenen Schritt vollendet. Diese Steuerungsform
bietet (lernnach auch den Vorteil, daß sie bei vollkommener Selbsttätigkeit die
Ansteuerung einer beliebigen Schaltsteuerung gestattet. Die Zeitverzögerung kann
so bemessen sein, daß sie etwa der Dauer des Schaltschrittes von der einen bis zur
nächsten Stellung entspricht.
-
Um schrittweise zurückzuschalten, wird der Schalter 9 nach links ausgelegt,
so daß der Schalthebel mit dem Kontakt 36 in Berührung kommt. Hierdurch wird der
Stromkreis für die Spule. des Relais 29 auf folgendem Wege geschlossen: Von
der Anzapfung des Spannungsteilers 4, die Leitung 38, die Kontaktfinger 44, die
in einer beliebigen Schaltstellung 1, 2, 3 usw. durch einen der Beläge 45 verbunden
sind, die Kontakte des Fortschaltrelais 2o, die Spule des Relais 29 und den Schalter
g zur Erde. Das Relais zieht daher an und öffnet seine Hilfskontakte 33. Der Anker
des Hilfsmotors io bleibt jetzt über die Hilfskontakte 32 des Relais 28 unmittelbar
an Erde, während für den anderen Hilfsmotor 12 ein neuer Kreis geschlossen wird.
Dieser verläuft von dem Netz auf dem bereits beschriebenen Wege zu dem Anker 12
und von hier über die Hilfskontakte 34 des Relais 3o, die Leitung 46 und den Widerstand
26 zur Erde. Da dieser
Widerstand nunmehr in Reihe mit dem Anker
des Hilfsmotors 12, liegt, entwickelt der Anker des Ausschaltmotors io ein größeres
Drehmoment, so daß der Antrieb rückwärts geschaltet wird, und zwar schrittweise,
wie dies bereits vorher beschrieben wurde. Dieses Zurückschalten kann in beliebiger
Weise ausgenutzt werden, indem etwa die Motoren durch die Hauptschaltwalze verlangsamt
werden oder indem sie gebremst werden, nachdem ihre Schaltung durch ein beliebiges
Schaltgerät geändert worden ist. Bei der dargestellten Schaltung ist der letzte
Fall vorgesehen, und zu diesem Zweck ist das zweite Fortschaltrelais 2o mit der
Hebespule 24 und der Starkstromspule 23 angeordnet, das in Abhängigkeit von dem
Bremsstrom, der die letztgenannte Spule durchfließt, die Geschwindigkeit der Schaltschritte
bestimmt.
-
Zur Bewirkung der beschleunigten Rückschaltung in einem Zuge ist das
Relais 31 vorgesehen, das mit den Kontaktfingern 47, dem zugehörigen durchgehenden
Belag 48 ' der Hilfswalze 17 und dem Relais 30 zusammenarbeitet. Die
Spule des Relais 31 kann in beliebiger Weise, etwa durch die Betätigung eines Druckknopfes
oder das Loslassen desselben, gesteuert werden. In einem Falle wirkt die Einrichtung
als willkürlich zu betätigende Ausschaltvorrichtung, im anderen Falle als sogenannte
Totmannseinrichtung. Beim normalen Betrieb, d. h. beim Fahren und Bremsen, ist die
Spule des Relais 31 erregt, und die Hilfskontakte 35 sind geöffnet, so daß
der an anderer Stelle geschlossene Ausschaltstromkreis unterbrochen ist. Wird nun
das Relais 31 durch Aberregen seiner Spule zum Abfallen gebracht, so wird folgender
Stromkreis geschlossen: Von der Anzapfungsstelle des Widerstandes 4 über die Kontakte
35 des Relais 31, die in allen Schaltstellungen der Hilfswalze 17 durch den durchgehenden
Kontaktbelag q.8 leitend verbundenen Kontaktfinger 47 und die Spule des Relais
30 zur Erde. Das Relais 30 zieht daher an und hebt den Kurzschluß
der Widerstände 27 und 26, die nun in Reihe mit dem Anker des Einschaltmotors i2
liegen, auf, so daß der unmittelbar an Erde liegende Anker des Ausschaltmotors io
einen bedeutend höheren Drehmomentüberschuß entwickeln und das Schaltwerk ohne'Einschaltung
der Schaltschritte, also in einem Zuge und beschleunigt in die Anfangslage zurückdrehen
kann. Die Rückschaltung kann in allen Fällen, d. h. sowohl die willkürlich oder
unbeabsichtigt herbeigeführte als auch die beim Ausbleiben und nach der Wiederkehr
der Netzspannung bewirkte mit dem bekannten Nullschaltungszwang verbunden werden,
der eine Wiedereinschaltung nur von der Anfanglage aller Schaltgeräte aus gestattet.
Auch dürfte es zweckmäßig sein, den Schalter 7, der die Hilfsmotoren an Spannung
legt, in Abhängigkeit von der Schaltwalze 17 bzw. dem Fahrschalter zu steuern, um
ein Stehenbleiben des Schaltwerkes in einer beliebigen Schaltstellung nach einem
etwa willkürlich erfolgten Öffnen des Schalters 7 zu verhindern. Andererseits kann
dieser Schalter 7 in Stellungen, in denen das Schaltwerk längere Zeit verweilen
soll, geöffnet werden, um den Hilfsantrieb stromlos zu machen, was z. B. durch einen
einstellbaren Zeitschalter vorgenommen werden kann.
-
An Stelle der gemäß der Abb. i verwendeten Zahnräder 14,
15 und 16 können natürlich auch andere Getriebe angeordnet werden. In der
Abb. 2 ist beispielsweise eine mit Schneckenantrieb ausgerüstete Steuerung dargestellt.
Die Anker io und i2 der beiden Hilfsmotoren sind hier auf einer Welle angeordnet,
die die Schnecke 49 trägt, welche mit dem Schneckenrad 5o der Walze 17 in Eingriff
steht. Die Schaltung der Motoren ist die gleiche, d. h. bei der in Betriebszustand
versetzten Steuerung sind die Drehmomente der Hilfsmotoren gegeneinandergerichtet,
so daß sie sich, sofern sie gleicher Größe sind, aufheben und eine Bewegung des
Schaltwerkes nicht stattfinden kann. Die Schritte können genau eingehalten werden,
da ein Nachlauf der Hilfsmotoren infolge der verhältnismäßig langsamen Bewegung
und der Bremsung durch den jeweils entgegen seinem eigentlichen Drehsinne mitgenommenen
Hilfsmotoranker vermieden wird.