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Steuerung für die Nutzbremsung einer Gleichstrom-Verbundmaschine,
die zum Antrieb von Fahrzeugen dient Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch getriebene
Fahrzeuge, und zwar auf Fahrzeuge mit dynamoelektrischen Maschinen, die unter gegebenen
Umständen stromerzeugend wirken können. Für die Erfindung sind Gleichstrom-Verbundmaschinen
als Antriebsmaschinen elektrischer Fahrzeuge Voraussetzung. Der Fahrschalter besteht
in der Hauptsache aus einer Schaltwalze, die in die einzelnen Fahrstellungen entgegen
der Wirkung einer Feder drehbar ist und in ihrer Ausgangsstellung durch die betreffende
Feder ohne weiteres zurückgebracht wird, sobald man den Fahrschalter bzw. die Schaltwalze
freigibt.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung von Mitteln, durch
die, wenn der Fahrer den Fahrschalter bzw. die Schaltwalze freigibt, also z. B.
den Fuß von einem zur Drehung des Fahrschalters vorgesehenen Fußtritt herunternimmt,
die für einen an sich bekannten Nutzbremsbetrieb in Frage kommenden Stromkreise
automatisch geschlossen werden und im übrigen, solange die Maschine stromerzeugend
wirkt, geschlossen gehalten, dahingegen automatisch geöffnet werden, sobald die
Maschinenspannung infolge Verlangsamung der Fahrgeschwindigkeit unter die Leitungsspannung
sinkt.
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Es ist bereits eine Schaltung zum Fahr- und Nutzbremsbetrieb von Fahrzeugen
mittels Verbundmaschinen bekannt, bei welcher ein Nebenschlußstromkreis zur Reihenfeldwicklung
der Maschine selbsttätig, und zwar in Abhängigkeit von der Richtung des die Reihenfeldwicklung
durchfließenden Stromes gesteuert wird. Der Zweck dieser Schaltung ist, zu bewirken,
daß der Nebenschluß bei generatorischem Betrieb der Maschine geschlossen und bei
motorischem Betrieb geöffnet wird. Der Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß
die Aufmerksamkeit des Fahrers nicht so sehr angespannt wird wie bisher.
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Diese Schaltung hat jedoch noch den Nachteil, daß der Bedienungsmann
den Hebel, mit welchem er die Fahrt steuert, in der äußersten Arbeitsstellung halten
muß, weil sonst der Wagen abgeschaltet wird. Um diesen Mißstand zu beseitigen, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Schaltwalze 22 (Fig. 3 bis 5) in der Nutzbremsstellung
selbsttätig festzuhalten, und zwar vorzugsweise in der Weise, daß das Festhalten
der Schaltwalze in der Nutzbremsstellung
in Abhängigkeit von der
Umkehr der Stromrichtung in der Reihenschlußwicklung erfolgt.
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Bei der Durchführung dieser Schaltungsidee ergeben sich Besonderheiten,
die nachstehend in einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
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Auf beiliegenden Zeichnungen stellen dar: Fig. r und 2 das Schema
einer normalen Schaltung, Fig.3 bis 5 Ausführungsformen für eine Verriegelung der
Schaltwalze in der Nutzbremsstellung mit Hilfe elektrisch gesteuerter Mittel, Fig.6
eine besondere Vorrichtung für die mechanische Verbindung der Schaltwalze mit einem
Fußhebel o. dgl., Fig. 7 und 8 eine Ausführungsform für eine Verriegelung der Schaltwalze
in der Nutzbremsstellung mit Hilfe mechanisch gesteuerter Mittel.
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In den Fig. z und 2 ist, wie schon oben zum Ausdruck gebracht, das
Schema einer normalen Schaltung veranschaulicht. Vermittels des Widerstandes q.
wird der Ankerstromkreis der Maschine und vermittels des Widerstandes 5 das Nebenschlußfeld
geregelt. z bezeichnet den Anker einer Gleichstrom-Verbundmaschine, 2 die zur Maschine
gehörige Reihenfeldwicklung und 3 die Nebenschlußfeldwicklung. Zur Reihenfeld- und
Nebenschlußfeldwicklung gehören die mit ihnen in Reihe geschalteten veränderlichen
Widerstände ¢, 5, die, wie üblich, mit Hilfe des Fahrschalters bzw. mit Hilfe einer
Schaltwalze22 (Fig. 3 bis 5) steuerbar sind. Die Drehung der Schaltwalze mag vorteilhafterweise
mit Hilfe eines Fußhebels geschehen. Die Schließung des Stromkreises erfolgt je
nach der Einstellung der Schaltwalze 22 durch die Schalter =6 bis z611, die in an
sich bekannter Weise mit den zum Fahrschalter gehörigen Kontakten 2o bis 2o11 verbunden
sind.
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In der Ausführung Fig. 3 soll die Schaltwalze 22 in der Nutzbremsstellung
und, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Fußhebel herunternimmt, durch eine magnetisch
betätigte Sperrklinke 26 festgehalten werden. Die Sperrklinke 26 stellt einen polarisierten
Anker dar, ist bei 26° drehbar gelagert und läßt sich zur gegebenen Zeit (in der
Nutzbremsstellung der Schaltwalze 22) mit der Nocke 25d einer auf der Schaltwalzenwelle
befestigten Sperrscheibe 25 in Eingriff bringen. Ein Magnet 28 ist mittels einer
mit dem Hauptstromkreis der Maschine in Reihe geschalteten Wicklung 28a erregbar.
Bemerkt sei, daß in der Reihenfeldwicklung 2 die Stromrichtung bekanntlich umkehrbar
ist. Die Wicklung 26a des polarisierten Ankers 26 ist mit der Nebenschlußfeldwicklung
3 in Reihe geschaltet; hierzu sei bemerkt, daß die Stromrichtung in der Nebenschlußfeldwicklung
bekanntlich immer dieselbe bleibt.
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Die Anordnung ist so, daß, wenn die Maschine als Motor läuft (das
Ein- und Ausschalten der Maschine erfolgt mit Hilfe des Fahrtwenders VR, der als
solcher mit der Erfindung jedoch nichts zu tun hat, weiter unten aber noch kurz
erläutert werden soll) und der Strom die Magnetwicklung 28d in einer bestimmten
Richtung durchfließt, dann der Anker bzw. die Sperrklinke 26 in der Entriegelungsstellung,
d. h. außer Eingriff mit der Sperrscheibe 25 gehalten wird; infolge Erregung des
Magneten 28 wird der polarisierte Anker 26 vom oberen Magnetpole angezogen und vom
unteren Magnetpole abgestoßen. Wenn aber die Maschine beginnt, als Generator zu
arbeiten, also die Richtung des die Magnetwicklung 28d durchfließenden Stromes umgekehrt
wird, muß eine Umpolung des Magneten 28 erfolgen und demzufolge der Anker bzw. die
Sperrklinke 26 in eine entgegengesetzte Stellung, also in die in Fig. 3 dargestellte
:Stellung zur Verriegelung der Scheibe 25 gebracht werden. Die Schaltwalze 22 wird
somit in der Nutzbremsstellung festgestellt. Fällt die Fahrgeschwindigkeit so weit
ab, daß die Maschine Strom in die Netzleitung nicht mehr zurückzuschicken vermag,
läßt die den Anker bzw. die Sperrklinke 26 in der Verriegelungsstellung haltende
Erregung des Magneten 28 nach, so daß die Schaltwalze 22 unter der Wirkung ihrer
Rückholfeder in die Stellung »AUS« sich zurückdrehen kann. Es empfiehlt sich, die
Nocke 25'
der Scheibe 25 zur Radialen etwas schräg zu richten, damit die Klinke,
wenn sie vom Magneten 28 nicht mehr mit genügender Kraft gehalten wird, aus der
Verriegelungsstellung durch die selbsttätige Rückdrehung von Schaltwalze und Scheibe
25 herausgedrückt werden kann.
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Mit Bezug auf den oben schon einmal erwähnten Fahrtwender VR sei bemerkt,
daß dieser mit der Erfindung unmittelbar nichts zu tun hat und lediglich dazu dient,
das Fahrzeug auf Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt zu schalten. Eine genauere Beschreibung
des Fahrtwenders VR erübrigt sich. Es genügt die Erklärung, daß die zum Fahrtwender
VR gehörigen Kontakte c, d, e, f feste Kontakte sind und die auf einer gemeinsamen
Drehachse festsitzenden Segmente a, b mit den Schleifbürsten des Ankers x in dauernder
Verbindung stehen.
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In Fig. 3 sowie auch in den Fig. q. und 5 befindet sich der Fahrtwender
in neutraler Stellung. Auf »Vorwärts« wird geschaltet, indem die Segmente
a, b um ihre gemeinsame Achse aus der neutralen Stellung heraus nach rechts
gedreht werden. Geschieht dies, kommt das Segment a mit dem Kontakt c und das Segment
b mit dem Kontakt f in Verbindung. Der Strom durchläuft dann den Anker z in einer
Richtung, wie sie erforderlich ist, um das Fahrzeug vorwärts zu treiben. Auf Rückwärtsfahrt
wird der Fahrtwender VR gestellt, indem die Segmentea, b aus der neutralen Stellung
heraus nach links gedreht werden. Geschieht dies, kommt das
Segment
a mit dem Kontakt e und das Segment b mit dem Kontakt d in Verbindung. Die Folge
ist, daß der Strom den Anker r in umgekehrter Richtung durchläuft und der Anker
sich rückwärts dreht, also das Fahrzeug, wie gewünscht, rückwärts treibt.
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Fig. 4 bringt eine etwas andere Ausführung zü demselben Zweck, die
Schaltwalze 2z in der Nutzbremsstellung zu verriegeln. Eine einen hohen Widerstand
besitzende Wicklung 2811 eines Elektromagneten 28 läßt sich in diesem Falle vermittels
eines polarisierten Relais 29, 29a zur Netzleitung 6, 7 parallel schalten. Die Relaiswicklung.29
ist mit- der Reihenfeldwicklung 2 - in welcher sich die Stromrichtung umkehrt, je
nachdem ob die Maschine als Generator oder als Motor arbeitet - in Reihe geschaltet.
Die Relaiswicklung 2911 ist dahingegen mit der Nebenschlußfeldwicklung 3 in Reihe
geschaltet, wird also vom Strom immer nur in einer Richtung durchflossen. Es wäre
auch möglich, die Relaiswicklung 29a, sofern ihr ein genügend großer Widerstand
gegeben wird, zur Netzleitung 6, 7 parallel zu schalten, so, daß ihr Stromkreis
durch die Schaltwalze zz gesteuert und unterbrochen wird, sobald die Stromzufuhr
vom Netz zur Maschine abgeschaltet wird.
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Ein zum Relais gehöriger Anker 30 ist elektrisch mit der Erregerleitung
18 und ein Kontakt 3o11 mit dem einen Ende der Wicklung 2811 des Elektromagneten
28 verbunden. Bei generatorischem Betrieb, d. h. bei Nutzbremsung, soll das Relais
29, Z911 den Anker 3o gegen den Kontakt 3o11 bringen, so daß also der Stromkreis
des Magneten 28, 28a geschlossen wird. Die Erregung des Elektromagneten bewirkt,
daß die Sperrklinke 26 entgegen dem Zug einer Feder 265 in die Verriegelungslage
(Verriegelung der Schaltwalze in der Nutzbremsstellung) gebracht wird. Hört die
Maschine auf, Strom in die Netzleitung zurückzuschicken, so wird der Anker 3o des
polarisierten Relais umgesteuert, also der Stromkreis des Elektromagneten 28, 28a
unterbrochen und infolgedessen die Verriegelung durch den Zug der Feder 26b aufgehoben.
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Wo eine Einrichtung eigens für einen bei generatorischem Betrieb zu
bewirkenden Kurzschluß der Reihenfeldwicklung vorhanden ist, könnte das Schließen
des Stromkreises- des Magneten 28, 2811 mittels eines Schalters bewirkt werden,
der als solcher betätigt wird durch die Vorrichtung zum Kurzschließen der Reihenfeldwicklung
bzw. Schließen eines Nebenschlußstromkreises der Reihenfeldwicklung.
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Fig.5 bringt eine noch andere Möglichkeit zur Verriegelung der Schaltwalze
in der Nutzbremsstellung: Eine den Fußhebel mit der Schaltwalze verbindende vertikale
Stange 31 ist mit einem Ring 3z11 versehen und kann an diesem Ring durch eine dem
Anker 33 eines Elektromagneten 34, 35 aasgelenkte Klinke 33a verriegelt werden.
Die Schaltung des Elektromagneten 34, 35 ist gleich der Schaltung des in Fig. 4
dargestellten Magneten 28, 28a. Zum Zwecke, das Fahrzeug in Gang zu setzen, muß
der Fahrschalter natürlich gedreht werden.. Das geschieht mit Hilfe eines Hebels
(z. B. Fußhebels) ; je weiter die Schaltwalze gedreht werden soll, um so mehr muß
selbstverständlich die Stange 31 mittels des Fußhebels hochgedrückt werden.
Schließlich wird der auf- der Stange festsitzende Ring 3z11 die Klinke 33a passieren.
Bei generatorischem Betrieb. hält der Magnet 34 35 den Anker 33 fest und somit denVerriegelungshebel
in der mit voll ausgezogenen Linien dargestellten Lage, d. h., mit anderen Worten
ausgedrückt, - in der Nutzbremsstellung wird der Fahrschalter automatisch verriegelt,
während sonst jedoch, d. h. bei nichtgeneratorischem Betrieb, der Magnet 34 35 stromlos
bleibt und dann die Klinke 33a mitsamt dem Anker 33 in die punktiert eingezeichnete
- Stellung schwingen kann, sobald der Fahrschalter zurückgedreht und dementsprechend
die Stange 31 nach unten bewegt wird.
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Die Entriegelung der Schaltwalze kann - abgesehen davon, daß etwas
Derartiges ganz automatisch erfolgt, sobald die Maschine aufhört, einen Rückstrom
in die Netzleitung zu schikken - auch so veranlaßt werden, daß bei Betätigung des
Hand- oder Fußbremshebels oder bei Betätigung des Umsteuerhebels für Vor-und Rückwärtsfahrt
ein Schalter 35a in seine Offenstellung gebracht und somit der Magnetstromkreis
unterbrochen wird.
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Um den Fußhebel in die Stellung »AUS« zurückgehen zu lassen, auch
wenn die Schaltwalze in der Nutzbremsstellung verriegelt ist, ist ein auf der Schaltwalzenwelle
drehbar gelagertes, mit dem Fußhebel in zweckentsprechender Weise verbundenes Zwischenglied
36 (Fig. 6) mit einem Stift 36a o. dgl. versehen, der, wenn der Fußtritt heruntergedrückt
wird, sich gegen einen Anschlag 25b der auf der Schaltwalzenwelle festsitzenden
Verriegelungsscheibe 25 legt und so eine Mitnahme der Schaltwalze erzwingt. Der
Arm 36 ist mit der Scheibe 25 durch eine Torsionsfeder 37 verbunden, die - wenn
der Fuß vom Fußhebel heruntergenommen wird und letzterer sich unter der Wirkung
seiner Feder in seine Ausgangsstellung zurückbegibt, die Schaltwalze jedoch in der
Nutzbremsstellung verriegelt wird - so weit gespannt wird, d1113 sie die Rückdrehung
der Schaltwalze zu bewirken vermag, sobald deren Entriegelung in einer der oben
beschriebenen Weisen veranlaßt wird.
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Die Notwendigkeit der Verwendung einer magnetisch betätigten Vorrichtung
zur Verriegelung der Schaltwalze in der Nutzbremsstellung läßt sich umgehen, denn
gemäß Erfindung kann die Einrichtung auch so getroffen
werden, daß
die Verriegelung in der Nutzbremsstellung rein mechanisch vor sich geht und wieder
aufgehoben werden kann entweder durch Betätigung des Handbremshebels, des Fußbremshebels
oder des Hebels für die Umsteuerung des Fahrzeuges auf Rückwärtsgang, Sobald der
Fahrer einen dieser Hebel betätigt, wird die Verriegelungsklinke, sofern sie überhaupt
in der Verriegelungsstellung sich befindet, zwangsläufig aus dieser Stellung herausgebracht,
um die Schaltwalze zur Rückdrehung in die Stellung »AUS« freizugeben.
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Eine solche, rein mechanisch arbeitende Konstruktion ist z. B. in
den Fig. 7 u. 8 dargestellt. Eine Klinke 40, die beispielsweise einem der Längsträger
4= des Fahrgestelles angelenkt werden mag, hat die Aufgabe, hinter dem Segment 42
eines mit der Schaltwalze verbundenen Hebels 43 in die Verriegelungsstellung einzuschnappen,
sobald die Schaltwalze in die Nutzbremsstellung gebracht ist. In den Fig. 7 und
8 ist diese Klinke 40 in der Verriegelungsstellung dargestellt. Handbremshebel,
Fußbremshebel und Umsteuerhebel sind je mit einem Arm 44, 44a bzw. 44b verbunden.
Die Arme 44, 44a, 44b sind so eingerichtet, daß sie auf das eine Ende der gleich
einem zweiarmigen Hebel schwenkbar gelagerten Klinke 40 von unten her einwirken
und dadurch das andere Ende der Klinke aus der Verriegelungsstellung herausdrücken
können. Der Fußhebel 24 ist um dieselbe Achse drehbar wie der mit der Schaltwalze
in Verbindung gesetzte Hebel 43. Wird der Hebel24 im Sinne der Einschaltung des
Fahrzeugantriebes gedreht oder, anders ausgedrückt, wird der Fußhebel in die Fahrstellung
gedrückt, so muß natürlich auch der Schaltwalze eine entsprechende Drehung zuteilwerden,
und diese Drehung wird auf die Schaltwalze übertragen, dadurch, daß ein mit dem
Fußhebel 24 gemeinsam beweglicher, mit einer Nocke 22a versehener Mitnehmer gegen
eine Nocke 43a des mit der Schaltwalze verbundenen Hebels 43 gebracht wird, also
den Hebel 43 zwingt, an der Bewegung des Fußhebels 44 teilzunehmen. Es empfiehlt
sich, zwischen den beiden Nocken 4311 und 22a ein geringes Spiel zu lassen, welches,
im Winkelmaß gemessen, ungefähr 15' betragen mag. Die Wirkungsweise der Bauart ist
folgendermaßen: Die Klinke 40 liegt normalerweise gegen den Umfang des - am Hebel
43 sitzenden Segments 42. Sobald der Fahrer den Fuß auf den Fußhebel 24 setzt und
diesen Hebel herunter- bzw. nach vorn drückt, muß der Hebe143 die Bewegung auf die
Schaltwalze übertragen, und sobald die Schaltwalze in die Nutzbremsstellung gebracht
ist, wird das am Hebel 43 festsitzende Segment 42 in eine solche Stellung gelangt
sein, daß die Klinke 4o durch eine Feder 40a in die in den Fig. 7 und 8 dargestellte
Verriegelungsstellung gebracht werden kann. Wenn jetzt der Fahrer den Fuß vom Fußhebel
2,4 herunternimmt, kann wohl der Fußhebel 24 unter der Wirkung einer hier nicht
besonders dargestellten Rückholfeder in die Ausgangsstellung zurückgehen, nicht
aber die Schaltwalze, da der mit der Schaltwalze verbundene Hebel 43 an seinem Segment
42 durch die Klinke 40 verriegelt ist. Sobald aber der Fahrer den Handbremshebel,
Fußbremshebel oder Umsteuerhebel in Bewegung setzt, wird die Klinke 4o entgegen
dem Zug ihrer Feder 4oa in die Entriegelungsstellung zurückgebracht, also die Schaltwalze
zur selbsttätigen Rückdrehung in die Stellung »AUS« freigegeben. Die Entriegelung
erfolgt, indem, je nachdem welcher der genannten Hebel vom Fahrer betätigt wird,
entweder der Arm 44, der Arm 44d oder der Arm 44b von unten her gegen das eine Ende
der Klinke 4o bewegt, das betreffende Ende der Klinke also hochgedrückt und demzufolge
das andere Ende der Klinke gegenüber dem Segment 42 aus der Verriegelungsstellung
in Richtung nach unten herausgebracht wird.