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Steuerschaltung für elektrisch betriebene Fahrzeuge in Einzel- oder
Gruppenfahrt Bedingt durch den scharfen Wettbewerb zwischen Kraftwagen Lind elektrisch
betriebenen Fahrzeugen sind die letzteren so zu gestalten, daß sie die Vorteile
des Kraftwagens, hohe Anfahrbeschleunigung, hohe Bremsverzögerung und hohe Reisegeschwindigkeit,
mit den Vorteilen der elektrisch betriebenen Fahrzeuge, niedrige Betriebskosten,
großes Fassungsvermögen, hohe Überlastbarkeit, und die Möglichkeit der Bildung von
Zügen vereinigen.
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Bisher blieb es dem Wagenführer überlassen, die beste und zweckmäßigste
Anfahrbeschleunigung oder Bremsverzögerung durch mehr oder weniger stoßfreies Schalten
zu erreichen. Oft war durch die verhältnismäßig grobe Einteilung der Widerstand-,
Anlaßun.d Regelstufen ein ruhiges, d. h. stoßfreies Anfahren und Bremsen nicht zu
erreichen. Die grobe Einteilung der Widerstandsstufen war dadurch bedingt, daß auf
dem Fahr- und Bremsschalter nur ein Schaltwinkel von etwa 36ö° zur Verfügung stand,
auf dem alle Schaltstufen unterzubringen waren. Außerdem mußte der Fahrschalter
eine bestimmte Bauhöhe einhalten, damit seine Bedienung einwandfrei vorgenommen
werden konnte.
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Es sind Einrichtungen bekanntgeworden, die zum selbsttätigen Anlassen
der Elektromotoren eines Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
dienen. Hierbei erfolgt das Einschalten der Fahrmotoren durch einen Fahrschalter,
der durch ein Ge-@vicht gesteuert wird, das verschiebbar auf einer sich drehenden
Achse sitzt, das von einer Fahrzeugachse oder den Fahrmotoren entsprechend ihrer
Drehzahl mittels Kette und Zahnrad gehoben wird und das nach jeder Drehung in die
Anfangslage herabfällt: Das unbeabsichtigte Zurückgehen des Fahrschalters in die
Nullstellung kann dabei durch besondere Sperrvorrichtungen verhindert werden. Zum
Äntrieb der drehbaren Achse, auf der sich das erwähnte verschiebbare Gewicht befindet,
dient ein besonderer elektrischer Motor. Dieser Motor besitzt außer der eigentlichen
Feldwicklung noch eire zweite, eine .sog. Kompensationswicklung. Die Feldwicklung
des Motors liegt parallel geschaltet zu den eigentlichen Antriebsmotoren: des Fahrzeuges,
d. h. diese Feldwicklung ist unabhängig von dem Hauptstrom:, den die Antriebsmotoren
aufnehmen. Die zweite Feldwicklung, die Kompensationswicklung des Motors ist an
den Anker eines der Antriebsmotoren des Fahrzeuges angeschlossen; diese Wicklung
wird also in Abhängigkeit von dem Strom, den die Fahrmotoren aufnehmen, erregt,
d. h. die Umdrehungszahl des Motors sinkt mit steigender Fahrstromstärke.
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Die gesamte Steuereinrichtung besteht daher aus einem mit zwei Feldwicklungen
v ersehenen
Motor, der lediglich zum Antrieb einer Achse dient,
und einem auf dieser Achse verschiebbaren den eigentlichen Fahrschalter steuernden
Gewicht, das mittels Ketten und Zahnradübertragung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges gehoben wird. Diese geschwindigkeitsabhängige Steuereinrichtung des
Fahrschalters besteht, wie gezeigt, aus vielen-Einzelelementen. Daher ist die Betriebssicherheit
der gesamten Einrichtung, die von dem einwandfreien Arbeiten der Einzelteile abhängig
ist, praktisch sehr gering. Außer den Nachteilen der geringen Betriebssicherheit,
des komplizierten mechanischen Aufbaues und der damit verbundenen hohen Gestehungskosten
derEinrichtung kommen: betriebstechnisch noch die Nachteile hinzu, daß der Kollektor
des mit zwei Wicklungen versehenen Motors an der vollen Betriebsspannung liegt,
was für die gesamte Einrichtung eine große Gefahr bedeutet, und daß der Fahrschalter
mittels. derartiger Einrichtungen von einer Fahrstellung aus immer nur schrittweise,
d. h. sehr langsam in seine Nullstellung zurückgeführt werden, kann. Aus allen diesen
Gründen dürften derartige Steuerungen, insbesondere für elektrisch betriebene Züge,
kaum in die Praxis Eingang ,gefunden und sich bewährt haben.
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Durch den Erfindungsgedanken wird eine Steuerschaltung für elektrisch
betriebene Fahrzeuge. in Einzel- oder Gruppenfahrt mit getrennten, selbsttätig in
die Nullage zurücklaufenden Fahr- und Bremsschaltern, offenbart, die unter Fortfäll
der oben beschriebenen Nachteile sowohl ein praktisch stoßfreies Anfahren und Bremsen
bei möglichst großen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen als auch eine Zugbildung
durch beliebig viele, elektrisch und mechanisch miteinander gekuppelte Motorwagen.
erlaubt.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Bedienung des Fahrschalters für die Antriebsmotoren
des Fahrzeuges ohne Zwischenschaltung von besonderen Steuerapparaten lediglich durch
einen Steuermotor. Die Feldwicklung dieses Steuermotors wird vom Hauptstrom der
Fahrmotoren durchflossen, d. h. Feldwicklung des Steuermotors und die Fahrmotoren
liegen elektrisch in Reihe geschaltet. Der Anker des Steuermotors liegt, etwa über
einen Spannungsteiler, nur an einem Teil der Fahrdrahtspannung. Durch diese Schaltung
wird eine fahrstrom- bzw. belastungsabhängige Bedienung des Fahrschalters erreicht,
da sich die Drehzahl des! Steuermotors und damit die Schaltgeschwindigkeit des Fahrschalters
dem aufgenommenen Strom also der Belastung der Fahrmotoren angleichen.
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Stellen für das Anfahren und für das Bremsen Schaltwinkel von. nahezu
je 36o° zur Verfügung, was beispielsweise durch Trennen des Fahr- und Bremsschalters
in einen Fahrschalter und einen Bremsschalter mit je einer Schalt- oder Nockenwalze
für sich erreicht wird, so ist eine sehr feine Abstufung der Widerstände möglich.
Diese Fahr- und Bremsschalter können in das Wageninnere zum Beispiel unter einer
Bank oder unter den Wagenfußboden eingebaut werden, so daß die bisher durch die
Antriebsart (Handbedienung) bedingte Bauhöhe überschritten werden kann.
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Der Erfindungsgedanke sei an Hand der Abbildungen, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellen., erläutert.
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Die Abb. i zeigt die Fahrschaltung.
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Von der -Oberleitung (OL) aus (als Stromquelle) geht der Hauptstrom
über den Höchststromselbstausschalter i, über das Hauptschütz 2, das Feld 3 eines
Steuermotors 4, die Widerstände 6, den Fahrschalter 5, die Felder 7d und die Fahrmotoren
7 zur Schiene.
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Außerdem geht ein Hilfsstrom von den vor den Höchststromselbstausschalter
i an die Hauptleitung gelegten Spannungsteiler 8 aus über ein Hilfsschütz 9 durch
den Anker des Steuermotors 4, einen Unterbrecherkontakt io im Fahrschalter zur Schiene.
Ferner liegt an der Hauptleitung (in dem Schaltbild hinter dem Feld; des Steuermotors
angeschlossen) eine Einrückspule i i, zum Kuppeln der Fahrschalterwelle mit der
Welle des Steuermotors 4.
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Der als fremderregter Motor oder als Nebenschlußmotor arbeitende Steuermotor4.
wird durch das Hilfsschütz 9 mit dem Anker an eine Spannung z. B. von etwa 2o Volt
gelegt. Die Erregung des Feldes:3 geschieht durch den von. den Fahrmotoren 7 aufgenommenen
Strom. Beim Anfahren, also bei Auftreten der hohen Ströme, läuft der Steuermotor
4 langsam, dreht also den. Fahrschalter 5 ebenfalls langsam weiter. Beim Abklingen
des Hauptstromes und somit beim Schwächerwerden des Feldes 3 des Steuermotors 4
erhöht sich dessen Drehzahl, der Fahrschalter 5 wird entsprechend -schneller weitergeschaltet.
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Durch den Steuermotor4 erfolgt also das Anlassen der Fahrmotoren 7
in Abhängigkeit von ihrer Belastung.
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Die Bedienung des Haupt-:2 und Hilfsschützes 9, die auf ein und derselben
Achse a sitzen, erfolgt durch einen Druckknopf oder Hebelschalter 12 vom Führerstand
aus, und zwar wird durch diesen Schalter die Spule 13 für die Schütze 2 und 9 (welche
ebenso wie der Anker 4 des Steuermotors am Spannungsteiler 8 angeschlossen sind)
an Erde gelegt. Dadurch springen das Haupt-und,Hilfsschütz an., der Antrieb des
Fahrschalters wird durch die Einrückspule i i mit der Welle des Steuermotors: 4
gekuppelt, die Fahrmotoren- 7 nehtuen
den hohen Anfahrstromstoß
auf, der Anker d. des Steuermotors bekommt durch das Hilfsschütz 9 Spannung vom
Spannungsteiler 8, und der Steuermotor nimmt das -weitere Anlassen der Fahrmotoren
7 vor.
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Durch Loslassen des z. B. mit einer Rückstellfeder versehenen Steuerschalters
r2 auf dem Führerstand wird der Stromkreis der Schützspule 13 unterbrocheny und
das Hauptschütz 2 und das Nebenschütz 9 fallen ab. Der Steuermotor q. bleibt stehen,
und der Einrückmagnet ix läßt den Fahrschalterantrieb außer Eingriff gleiten. Der
Fahrschalter 5, welcher ebenfalls mit einer Rückstellvorrichtung versehen ist, läuft
in seine Null-Stellung zurück, und der Anlaßvorgang kann durch den Schalter z2 von
neuem eingeleitet werden.
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Fährt das Fahrzeug längere Zeit unter Strom, so bleibt der Steuermotor
4. stehen, sobald der Fahrschalter 5 auf die Dauerfahrstufe gelangt ist. Das Abschalten
des Steuermotors geschieht durch einen im Fahrschalter eingebauten Unterbrecherkontakt
io, der beim Einschalten dieser Fahrstufe den Ankerstromkreis unterbricht.
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Werden mehrere, z. B. zwei Dauerfahrstellungen vorgesehen (Serien-
und Parallelschaltung der Fahrmotoren), so ist es erforderlich (s. Abb. 2), daß
der Stromkreis des Steuermotorankers q. durch zwei Leitungen über den Steuerschalter
i2 geschlossen wird, und zwar entsprechen die beiden Kontakte io und 1d. bzw. I
und II den beiden Dauerfahrstufen. Es ist daher eine den Dauerfahrstufen entsprechende
Anzahl Leitungen über den Fahrschalter zu führen, wodurch (durch einen Unterbrecherkontakt
io bzw. 1q. in jeder Leitung) der Stromkreis des Steuermotorankers geschlossen bzw.
unterbrochen wird. Beim Schalten des Steuerschalters i2 auf den Kontakt I läuft
der Steuermotor q. so lange, bis sein Stromkreis bei Erreichen der ersten Dauerfahrstufe
im Fahrschalter durch Kontakt 1d. unterbrochen. wird.
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Die Abb. 3 zeigt die Bremsschaltung. Durch einen Hilfsstromkreis vom
Spannungsteiler 8 aus über eine Haltespule i5 werden, falls der Steuerschalter i2
sich auf einer Fahrstufe oder in der Nullstellung befindet, die auf einer gemeinsamen
Achse b sitzenden Schütze 16 bis 2o offen genalten. Durch Herumlegen des Steuerschalters
12 in die Bremsstellung wird der Hilfsstromkreis der Schützhaltespule
15 unterbrochen, die Schütze 16 bis 2o fallen zu, und die Bremsschaltung
ist hergestellt-.
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Die Reihenfolge der Kontakte O, I, Il usw. im Steuerschalter 1.2 und
eine elektrische oder mechanische Verriegelung zwischen Brems- 24 und Fahrschalter
5 gewährleisten die Auflösung der Fahrschaltung, bevor die Bremsschaltung hergestellt
werden, kann.
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Wie aus der Abb.3 hervorgeht, ist der Bremsstromkreis über das Feld
2 1 des zweiten Steuermotors 22 an Erde gelegt, während der Anker des Steuermotors
22 an einem zweiten Spannungsteiler 23 liegt.
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Der Anker des Steuermotors 22 für den Bremsschalter 24 wird an niedrige
Spannung gelegt, um zu vermeiden, daß in den beweglichen Teilen des Steuermotors
hohe Spannungen auftreten.
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Der Steuermotor 22 des Bremsschalters 24. ist so ausgelegt, däß er
für alle bei dieser Schaltung auftretenden elektrischen Verhältnisse mit nahezu
gleichbleibender Drehzahl läuft.
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Durch eine Einrückspule 25 wird die Welle des Steuermotors 22 mit
dem Bremsschalterantrieb gekuppelt. Beim Ausrücken der Kupplung wird der Bremsschalter
2.1. .durch eine Rückstellkraft in die Nullage zurückgedreht.
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Wird der Steuermotor 22 abgeschaltet (Unterbrechung des Ankerstromkreises
durch den Um-jAusschalter 30), so kann der Bremsschalter nicht in die Nullstellung
laufen, da der Steuermotor 22 über ein Vorgelege (etwa eine Schnecke) und eine von
der Einrückspule 25 betätigte Kupplung derart auf die Welle des Bremsschalters arbeitet,
daß dieRückzugfeder des Bremsschalters den Steuermotor 22 nicht mitdrehen kann.
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Erst beim Ausschalten der Einrückspule 25,
wodurch die Kupplung
außer Eingriff gleitet, kann der Bremsschalter 24. in die Nullstellung laufen.
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tie Spannung für den Steuerstromkreis liefern die als Generatoren
geschalteten Fahrmotoren 7.
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Der Bremsvorgang spielt sich wie folgt ab: Durch Einstellung des Steuerschalters
12 auf Bremsen läßt die Haltespule 15 die auf der Welle b angeordneten Schütze 16
bis 2o los, diese fallen zu und stellen damit die Bremsschaltung her. Der Steuermotor
z2 beginnt erst zu schalten, wenn (durch den retnanenten Magnetismus) die Fahrmotoren
7 (Generatoren) Spannung abgeben und -sich gegenseitig weiter erregen.
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Um nun ein zu scharfes und stoßweises Bremsen zu vermeiden, ist in
den Ankerstromkreis des Steuermotors 22 ein Um-/Ausschalter 3o auf der Steuerscheibe
27 eingebaut, der durch das Adhäsiometer 26 einerseits und durch eine auf der Steuerscheibe
z8 angebrachte Gabel 31, also durch die Drehmomentenwaage 29 andererseits gesteuert
-wird.
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Das an der Wagenachse von der Drehmomentenwaage 29 gemessene Drehmoment
wird auf die Steuerscheibe 28 übertragen, während von dem Adhäsiometer ein Moment
auf
die Steuerscheibe 27 übertragen wird, welches dem Adhäsionszustand der Schiene entspricht.
Ist (etwa zu Beginn der Bremsung) das Moment der Steuerscheibe 28 größer als das
Moment der Steuerscheibe 27, so gleitet diese an der Scheibe 27 vorbei und stellt
den Um-/Ausschalter 30 auf Weiterschalten (s. Abb. 3a). Dementsprechend werden
die Wagenachsen abgebremst, und das Moment an der Scheibe 28 wird kleiner.
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Ist das Moment an der Steuerscheibe 27 größer als das an der Scheibe
28 (die Räder gleiten), so wird die Steuerscheibe 28 gegenüber der Steuerscheibe
27 zurückgedreht, und der Um-/Ausschalter 30 wird durch die Schaltgabel 3
i auf Zurückschalten gestellt (siehe Abb. 3 c), d. h. der Steuermotor 22 ändert
seine Drehrichtung, und der Bremsschalter 24 schaltet Widerstände in den Bremsstromkreis
ein. Damit werden die Wagenachsen weniger stark gebremst, das von der Drehmomentenwaage
29 auf die Steuerscheibe 28 übertragene Moment wird wieder größer.
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Durch größer und geringer werdende Momente spielen sich .die Steuerscheiben
derart aufeinander ein, daß der Um-/Ausschalter 3o durch die Schaltgabel 31 auf
»Aus« geschaltet wird (s. Abb. 3b), d. h. es wird dem Adhäsionszustand der Schiene
entsprechend die Bremsung so eingestellt, daß die größte Bremswirkung erzielt, ein
Gleiten des Fahrzeuges jedoch vermieden wird.
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Durch Zurückdrehen des Steuerschalters 12 im Führerstand in die Nullstellung
oder in eine Fahrstellung wird der Hilfsstromkreis der Haltespule 15 für die Bremsschütze
16 bis 2o geschlossen, und diese Bremsschütze werden durch den zurücklaufenden Brerrisschal=
ter 24 beim Übergang von der ersten Bremsstellung in die Nullstellung mechanisch
geöffnet und an die Haltespule 15 gelegt, d. h. die Fahrschaltung ist vorbereitet.
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Eine weitere Ausgestaltung der beschriebenen Steuerschaltung zur Vielfachsteuerung
erfolgt auf einfache Weise dadurch, daß eine dreiadrige Steuerleitung entsprechend
der Anzahl der Kontakte am Steuerschalter durch den Zug durchgekuppelt ist. Es kann
also von dem Führerstand aus mittels der neuen Steuerschaltung das Anfahren aller
Motorwagen des ganzen Zuges auf einfache Weise erfolgen (Schwachstromsteuerung).
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Die Steuerschalter sämtlicher Wagen (Abb. 4) stehen bei haltendem
Zug in Bremsstellung. Die Endungsschalter E aller Steuerschalter, die in diesem
Falle der Zugbildung nicht vom Führer bedient werden, sind geöffnet, so daß die
Steuerstromkreise nur vom Führerstand des ersten bzw. letzten Wagens, also am Zugkopf
oder -ende geschlossen werden können. Stellt der Führer z. B. den Steuerschalter
am Zugkopf auf Dauerfahrstellung I ein, so werden die zur Dauerfahrstellung I gehörenden
Leitungen sämtlicher Wagen über diesen Steuerschalter und den Erdungsschalter E
des ersten Wagens an Erde gelegt, d. h. der Steuerstromkreis wird geschlossen, und
die Steuermotoren sämtlicher Triebwagen drehen die Fahrschalter in den einzelnen
Wagen in die eingestellte Dauerfahrstellung.
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Wird der Steuerschalter am Zugkopf vom Führer in die Nullstellung
.gedreht, so werden sinngemäß die Steuerleitungen unterbrochen und die Fahrschalter
laufen, nachdem die Kupplungen i i außer Eingriff gesetzt wurden, in die Nullstellung.
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Auf ähnliche Weise spielt sich auch der Bremsvorgang ab.
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Durch Einstellen des Steuerschalters in die Bremsstellung werden die
Bremsstromkreise sämtlicher Wagen unterbrochen, und in allen Wagen fallen die durch
die Haltespule 15 offen gehaltenen Schütze 16 bis 2o zu, und die Bremsung ist eingeleitet.
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Der Erdungsschalter E ist in an sich bekannter Weise so auszubilden,
daß er beim Kuppeln der Steuerleitungen selbsttätig geöffnet wird, so daß dann nur
vom Kopf- bzw. Endführerstand ein Zug gesteuert werden kann.
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Gleichzeitig ist durch diese Ausbildung des Erdungsschalters vermieden,
daß aus Unachtsamkeit oder einem anderen Grunde der Zug von einem Führerstand in
Bewegung gesetzt werden kann, .der nicht am Zugkopf oder -ende angeordnet ist.
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Durch Führen der Erdungsleitung 33 für die Steuerschaltung durch den
gesamten Zug und Erdung im letzten Wagen kann auf einfache Weise eine Notbremse
gebildet werden, indem jeweils in .den verschiedenen Wagen in diese Erdungsleitung
für die Fahrgäste zugängliche Ausschalter 32 als Notbremsschalter eingebaut werden.
Durch Unterbrechen dieser Erdleitung erfolgt ein Abfallen des Hauptfahrmotorschützes
2, die Fahrschaltung wird unterbrochen und die Haltespule 15 für die Bremsschütze
16 bis 2o läßt .diese zufallen, so daß die Bremsung eingeleitet ist.
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Dasselbe erfolgt bei Stromunterbrechung oder bei Zerreißen des Zuges.