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Selbsttätiger elektromagnetischer-Schaltwalzenantrieb, der über ein
Klinkwerk schrittweise betätigt wird, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge
Zum Antrieb von Fahrzeugschaltwalzen werden Motoren, Druckluftzylinder oder Magnete
benutzt. Da meist die Steuerung sowohl auf- als auch abgeschaltet werden muß, sind
bei Verwendung von Antriebsmagneten zwei Magnete erforderlich, von denen der eine
auf- und der andere absteuert.
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Es sind auch schon elektrische Steuerungsantriebe bekannt, bei denen
sowohl der ruhende als auch der bewegliche Teil des Triebmotors oder Triebmagneten
eine Wicklung trägt, die jeweils umgeschaltet werden müssen, damit die Steuerung
nach beiden Drehrichtungen arbeiten kann. Solche Triebmagnete haben verschiedene
Nachteile. Vor allem besitzt der drehbare Teil mit Rücksicht auf die von ihm getragene
Wicklung ein großes Gewicht. Beim Schalten müssen somit große Massen beschleunigt
werden. Daraus folgt ferner, daß die Schaltzeiten groß sind und daß starke Schläge
auftreten können. Auch ist es unangenehm, daß bewegliche Stromverbindungen zum drehbaren
Teil geführt werden müssen. Außerdem verteuert die zweite Wicklung den Schaltmagneten
unnötig.
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Es ist auch ein Elektromotor bekannt, der ähnlich wie ein Drehstrommotor
gebaut ist und ähnlich wie ein Drehmagnet arbeitet. Der Ständer dieses Motors trägt
eine Wicklung, die aus drei in Nuten des Blechpaketkörpers eingebetteten Spulen
zusammengesetzt ist, deren Achsen elektrisch um zao° gegeneinander versetzt sind.
Der Läufer ist unbewickelt und parallel zur Drehachse lamelliert. Außerdem ist ein
Verteilungs- oder Steuerschalter vorgesehen, um die Ständerspulen nacheinander erregen
und ein schrittweise umlaufendes Erregerfeld erzeugen zu können, das den Läufer
Schritt für Schritt mitbewegt.
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Dieser Motor arbeitet jedoch nicht selbsttätig, da der Verteilungsschalter
jedesmal von Hand verstellt werden muß, um eine entsprechende Verstellung des Läufers
zu erzielen. Damit Pendelungen oder unzulässige Verschiebungen des Läufers gegenüber
dem Erregerfeld möglichst vermieden werden, sind induktionsfreie Widerstände oder
Kondensatoren nötig, die jene Ständerspulen kurzschließen, deren Achse senkrecht
zur Richtung des Feldes liegt. Trotzdem kann der Fall eintreten, daß der Läufer
im falschen Drehsinne umläuft oder eine unrichtige Stellung einnimmt, wenn er z.
B. eine sehr träge Last antreibt und der Verteilungsschalter rasch in eine bestimmte
Stellung gedreht wird. Die Erregerwicklung wird außerdem nur unvollkommen insofern
ausgenutzt, als nur jeweils ein Teil dieser Wicklung den vollen Erregerstrom führt.
Der Querschnitt des aktiven Ständereisens wird an der Übergangsstelle des Magnetflusses
vom Ständer zum Läufer durch die Wicklungsnuten stark vermindert. Deshalb .muß das
Ständereisen und damit das gesamte aktive Eisen des Motors verhältnismäßig reichlich
gewählt werden.
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Wird der bekannte Motor zum Antreiben
einer Schaltwalze
verwendet, so kann die Schaltstufenzahl nicht beliebig gewählt werden, da die Unterteilung
des Motorständers immer eine gewisse Symmetrie aufweisen muß. Ein solcher Antrieb
wird vor allem bei hoher Stufenzahl verwickelt, weil für jede Stellung zwei besondere
Pole im Ständer ausgebildet werden müssen, die unter Umständen überhaupt nicht mehr
untergebracht werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist ein selbsttätiger elektromagnetischer,
über ein Klinkwerk schrittweise arbeitender Schaltwalzenantrieb, der besonders für
elektrische Triebfahrzeuge verwendet werden kann und der mit den genannten Nachteilen
deshalb nicht behaftet ist, weil entsprechend der Erfindung zum schrittweisen Drehen
der vielstufigen Schaltwalze für beide Drehrichtungen ein gemeinsamer Drehmagnet
vorgesehen ist mit einer einzigen, nicht unterteilten und ruhenden, für jeden Arbeitshub
und für beide Drehrichtungen vom vollen Arbeitsstrome in gleicher Richtung durchflossenen
Arbeitsspule und mit Kraftlinienleitstücken, die vor Beginn jedes Arbeitshubes vorgesteuert
werden und so jeweilig den Drehsinn des Drehmagneten festlegen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Die Abb. i zeigt eine Ansicht und .die Abb. a einen Schnitt
eines zum Antrieb einer Schaltwalze dienenden Drehmagneten, während in Abb. 3 die
elektrische Schaltung einzelner Teile und Verklinkungen des Walzenantriebes veranschaulicht
sind.
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Der Kern des Magneten ist in den Abb. i und a mit a bezeichnet.
Er besteht z. B. aus sechs Blechpaketen, die im Kreise angeordnet sind und durch
zwei Vorderplatten abgestützt werden. Die Erregung der sechs Kerne a erfolgt durch
eine einzige Spule b.
Die Kerne a sitzen auf einer Welle c, die fest im Raum
gelagert ist. Diese trägt drehbar zwei ringförmige Scheiben d, die durch sechs Schlußstücke
e miteinander verbunden sind (Abb. i und a). Wird die Spule b erregt, so
wird nichts geschehen, wenn die Schlußstücke in der in Abb. i gezeichneten Mittellage
stehen. Nimmt man dagegen an, daß vor Beginn der Erregung die Schlußstücke e entgegen
dem Uhrzeigersinn etwas gedreht werden, so daß Kante f 1 mit Kante g1 zusammenfällt,
so werden, da -der Magnet das Bestreben hat, seinen Kraftlinienfluß zu verstärken,
die Schlußstücke e entgegen dem Uhrzeigersinn so weit gedreht, bis sich die Pole
der Schlußstücke und die Gegenpole a decken. In diesem Falle ist der Höchstwert
des Kraftlinienflusses vorhanden. Wird dagegen vor Beginn der Erregung der Spule
b durch Verschiebung der Schlußstücke e die Kante f, mit der Gegenkante g2 zur Deckung
gebracht, so wird beim Einschalten der Spule b die Drehung der Schlußstücke e im
Sinne des Uhrzeigers erfolgen. Man kann also durch Vorv erschiebung des Drehmagneten
diesen sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung arbeiten lassen.
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In Abb. 3 ist gezeigt, wie man diese Wirkung für eine Schaltwalzensteuerung
verwerten kann. Vom Drehmagneten ist nur die drehbare Vorderscheibe d gezeigt sowie
die Spule b gestrichelt schematisch dargestellt. In der Verlängerung .der feststehenden
Welle c, jedoch nicht mit ihr verbunden, liegt die Achse z der nicht dargestellten
Schaltwalze. Mit ihr ist ein -KIinkenrad s fest verbunden, welches der Deutlichkeit
halber unterhalb der Welle c aufgezeichnet ist, während Welle c und Welle z sich
ja in Wirklichkeit decken. Die Lage der Scheibe d möge einer Pollage entsprechen,
wie sie in Abb. i angenommen ist. Um die Walzenwelle z zu drehen, wird der Schalter
x (Abb. 3) z. B. in die Stellung i gebracht. Es fließt jetzt ein Strom vorn Netzleiter
3 über Schalter x und Kontakt i durch die Magnetspule il zur Erde. Die Spule il
zieht ihren Anker j an und schließt die Kontakte h. Mit dem Anker
j ist ein Hebel l fest verbunden, der mit einem auf der Scheibe d
befestigten Bolzen h in Berührung kommt und die Scheibe d mit den Schlußstücken
e entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.
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Die Drehung ist so gewählt, daß die Kante f1 des Schlußstückes e mit
der Gegenkante g1 etwa zusammenfällt (Abb. i), so daß der Drehmagnet sich mit Kraft
in der gleichen Richtung fortbewegt, wenn jetzt die Spule b erregt wird.
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Sobald .der Anker j die Kontakte 1a geschlossen hat, fließt
Strom vorn Netz 3 über die Kontakte h und die Kontakte ia, die während der Steuerbewegung
.der Scheibe d geschlossen bleiben, durch die Magnetspule t. Diese zieht ihren Anker,
der als Klinkenhebel az ausgebildet ist, an und gibt das Klinkenrad s der Schaltwalze
frei. Außerdem werden die Kontakte v geschlossen, so daß Strom vom Netzleiter 3
über die Kontakte v und die Spule b zur Erde fließen kann. Die Scheibe
d und die Schlußstücke e
drehen sich dabei entgegen dem Uhrzeigersinn.
Auf der Scheibe d sitzen zwei. Bolzen o fest und auf letzteren zwei Mitnehmerklinken
ql und q2 drehbar. Bei der zuerst beschriebenen Steuerbewegung durch den Magneten
il und,der dadurch bewirkten Vorbewegung der Scheibe d kommt die Mitnehmerklinke
q. wegen der schrägen Fläche y, außer und der Mitnehmerhebel q1 in Eingriff - mit
den
Zähnen des Klinkenrades s. Bei der darauffolgenden Arbeitsbewegung
der Scheibe d nimmt deren Mitnehmerklinke q1 das Klinkenrad s um einen Zahn mit
und dreht so die Schaltwalze eine Stufe weiter. Hierbei wird der Kontakt n unterbrochen
und der Magnet t stromlos. Trotzdem vermag bei der Arbeitsbewegung der Anker des
Magneten t nicht abzufallen; vielmehr bleibt der Kontakt v geschlossen, da der Klinkenhebel
zt erst nach einer Zahnteilung in die nächste Zahnlücke einfallen und damit den
Kontakt v unterbrechen kann. Die Spule b wird stromlos. Eine Feder p holt den Drehmagneten
so weit zurück, bis der Bolzen h an den Hebel l
schlägt, dessen Anker
j immer noch angezogen ist. Beim Zurückdrehen der Scheibe d werden die Kontakte
ia wieder geschlossen, Spule t erregt, Klinkenscheibe s entklinkt, Kontakte v überbrückt,
Spule b eingeschaltet, und der Drehmagnet schaltet wieder eine Stufe weiter. Dies
wiederholt sich so lange, als der Hebel x den Kontakt i berührt.
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Wird der -Steuerhebel x in die gezeichnete Mittellage gebracht, so
bleibt die Schaltwalze in der zuletzt innegehabten Stellung verklinkt stehen. Da
beim Unterbrechen des Kontaktes i der Magnet il stromlos wird, läßt er seinen Anker
j los. Ein Hinundherpendeln des Drehmagneten infolge der Rückzugkraft p und der
Eigenmasse ist nicht möglich, da jetzt die Mittelstellung durch die Hebel
l und die Anschläge m verriegelt wird.
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Soll die Steuerung abgeschaltet-werden, so legt man den Steuerhebel
x an den Kontakt 2. Nun wird der Magnet i2 erregt; sein Anker zieht an und der zugehörige
Hebel l dieht den Magneten im Sinne des Uhrzeigers. Die Steuerung arbeitet jetzt
in umgekehrter Richtung, wirkt aber sonst genau wie vorher beschrieben.
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Am Wesen der Erfindung ändert sich natürlich nichts, wenn, abweichend
"von der Schaltung nach Abb. 3, ein Strommagnet zusätzlich vorgesehen ist, dessen
Magnetspule vom Strom der zu steuernden Fahrzeugmotoren durchflossen wird und dessen
Schalter den Steuerstrom der Magnetspule t (Abb. 3) so lange abschaltet, als der
Motorstrom einen bestimmten Wert überschreitet. Auch dann ändert sich nichts, wenn
die Steuerung nicht nur selbsttätige Fortschaltung, sondern auch für Handantrieb
verwendet wird.