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Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit mehreren in den Drehgestellen
untergebrachten Schaltwerken Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere
Wechselstromtriebwagen mit mehreren Drehgestellen, hat man die Steuerungen und Transformatoren
in den Drehgestellen selbst untergebracht, um Starkstromverbindungen zwischen den
Motoren und den etwa außerhalb der Drehgestelle angeordneten Teilen zu vermeiden.
Dies bedingt eine äußerst gedrängte Anordnung sämtlicher Ausrüstungsteile, so daß
es nicht möglich ist, Schaltwerke oder Steuerungen mit vielen Schützen, Schaltstellungen
o. dgl. zu benutzen.
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Um eine bessere Raumausnutzung zu erreichen, ist es bekannt, ein Schaltwerk
in zwei abwechselnd zu bedienende Walzen zu zerlegen, von denen jede etwa die halbe
Zahl der Stellungen hat, welche das ursprüngliche Schaltwerk aufwies. Dafür, daß
die beiden Walzen etwa den halben Durchmesser der einen großen Walze besitzen, muß
aber ein besonderes Getriebe vorgesehen werden, welches in der Breite etwa dem Durchmesser
der beiden Walzen entspricht. Die Grundflächen der Räume, die erforderlich sind
für die Wälze, von der ausgegangen wird, und für die beiden erwähnten Walzen nebst
Getriebe, sind annähernd gleich; es ergibt sich nur an Stelle eines quadratischen
Ouerschnittes ein rechteckiger, der eine bessere Unterbringung sichert. Durch die
bekannte Anordnung wird also nicht eine Ersparnis an Schaltstellungen für ein vollständiges
Schaltwerk angestrebt und kann auch nicht erreicht werden. Wenn die große Walze
eine bestimmte Anzahl von Schaltstellungen besitzt, so werden diese bei Anordnung
von zwei im Durchmesser halb so großen Walzen auf diese verteilt, so däß die Anzahl
der Schaltstufen für die Steuerung einer Einheit (Motor oder Fahrzeug) praktisch
die gleiche bleibt.
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Ebenfalls sind abwechselnd geschaltete Schaltwerke bekannt, die zur
Verbesserung der Regelwirkung oder zur Ersparnis von Widerständen dienen sollen.
Diese Steuerungen haben jedoch den Nachteil, daß schon beim ersten Schaltschritt
die abwechselnde Schaltbewegung verwendet, die Hälfte der Fahrmotoren also nur beim
Anfahren an Spannung gelegt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht nur das Schaltwerk
in den Drehgestellen unterzubringen,_um die Verlegung von Starkstromkabeln, welche
die Motoren mit den Schaltwerken verbinden, zu vereinfachen, sondern auch bei möglichster
Raumersparnis in den Drehgestellen eine ausreichende Feinstufigkeit
der
Regelung zu gewährleisten und außerdem den erwähnten Nachteil der bekannten Schaltwerke
zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird die Steuerung von derartigen Fahrzeugen mit zwei
oder mehr Drehgestellen so ausgebildet, daß beim Beginn, des Anlassens zunächst
alle Steuerungen einen Schaltschritt aus der Nullstellung nach der Schaltstellung
i ausführen, dann aber zwangsweise abwechselnd um je einen Schaltschritt weitergesteuert
werden, bis sämtliche Steuerungen die volle nächste Schaltstufe 2 erreicht haben.
Hierauf werden die Steuerungen wieder einzeln in die folgende Schaltstellung 3 gebracht
usw. Auf diese Art kann unter Zugrundelegung weniger Schaltstufen an den einzelnen
Steuerungen doch eine verhältnismäßig viel größere Stufenzahl für das Fahrzeug erreicht
werden. Unter der Voraussetzung, daß aSchaltwerke mit je xStufen vorhanden sind,
errechnet sich die Fahrzeugstufenzahl durch die Formel a - n - (a -
i).
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Sind z. B. zwei Schaltwerke oder Steuerungen vorhanden, so werden
diese zunächst gleichzeitig aus der Nullstellung auf die Schaltstufe i gebracht.
Hierauf gelangt das erste Schaltwerk auf die Schaltstufe 2, dann das zweite Schaltwerk
auf die Schaltstufe 2, nun wieder das erste Schaltwerk auf die Schaltstufe 3, dann
das zweite auf die Schaltstufe 3 usw. Bei zwei Schaltwerken mit je fünf Schaltstufen
ergeben sich hierbei für das Fahrzeug neun Stufen und demnach eine feinstufigere
Steuerung. Befinden sich jeweils beide Steuerungen auf der gleichen Stufe, so kann
diese Lage als Dauerstellung ausgebildet werden, während die übrigen Schaltlagen
als Übergangsstellungen gedacht sein können, in denen die Gesamtsteuerung- nicht
angehalten werden darf. Zweckmäßig ist es, so zu verfahren, daß beim Weiterschalten
nicht stets das gleiche Schaltwerk den neuen Schaltschritt beginnt, sondern sich(
die Schaltwerke auch hierin abwechseln, d. h. z. B., daß das erste Schaltwerk von
der Stellung i in die Stellung?, dann das zweite Schaltwerk von der Stellung z in
die Stellung :2 gebracht wird, hierauf wieder das zweite Schaltwerk aus der Stellung
2 in die Stellung 3 und dann däs erste Schaltwerk aus der Stellung 2 in die Stellung
3 gelangt usw. In dieser Weise ist dafür Sorge getragen, daß die Motoren der einzelnen
Drehgestelle gleichmäßiger beansprucht werden.
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Tn der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel veranschaulicht. Die Abbildung
zeigt die Steuerstromkreise für zwei in verschiedenen Drehgestellen eines Fahrzeuges
angeordnete Schaltwerke I und II. Der gesamte Starkstromkreis (Motoren, Kontakte,
Leitungen usw.) ist der Einfachheit halber fortgelassen. Die Steuerung ist durch
Nockenschaltwerke bewirkt, es kann jedoch eine beliebige andere Steuerungsart benutzt
werden. Zu: jedem Schaltwerk I und II gehört je eine Nockenwalze io bzw. io', die
von einem nicht dargestellten Hilfsmotor gedreht wird und über ein Getriebe i i
bzw. i i' eine weitere Nockenwalze 12 bzw. 12' antreibt. Die Getriebe i i und i
i' haben eine solche Übersetzung, daß bei einer Bewegung der Walze io um einen Schritt
die Walze 12 eine volle Umdrehung ausführt, um eine genaue Einstellung der Fahrstufen
zu erreichen. Die Fartschaltrelais sind mit 13 und 13' bezeichnet. Durch die Nocken
der beiden Walzen io und i o' werden die Nockenschalter 14 bis 2o bzw. i4' bis 2ö
und durch- die Nocken der Walzen i2 und 12' die Nockenschalter 21 und 22 bzw. 2i'
und 22' bedient. Die Steuerstrombatterie, die auch durch eine Wechselstromquelle
ersetzt werden kann, ist mit 23, die Steuerwalze des Führerschalters mit 25, und
die Kontakte cler Richtungswalze sind mit 24 bezeichnet. 6o und 61 sind Relaisspulen
für die Einschaltung bzw. Ankupplung eines dauernd umlaufenden Hilfsmotors, der,
wie -erwähnt, nicht mit abgebildet ist. Die in der Zeichnung dargestellte Steuerung
zeigt nur ein Steuerrelais 6o für jedes Schaltwerk, das zum Einschalten des Hilfsmotors
im Anlaßsinn (aufwärts) bestimmt ist. Für das Abwärtsschalten muß eine weitere Relaisspule
vorhanden sein, die durch den Führerschalter entsprechend zur Wirkung gebracht wird,
während die Spule 6o dann unwirksam gemacht wird. Diese zweite Spule ist einfachheitshalber
nicht mit abgebildet. Wird die Spule 6o erregt, dann ist der Hilfsmator ein für
allemal im Aufwärtssinn eingeschaltet, beispielsweise dadurch, daß ein von der Spule
6o bewegter Solenoidkern die Steuerwalze des Hilfsmotor in die betreffende Stellung
bewegt. In dieser Stellung bleibt die Walze, bis die nicht dargestellte Gegenspule
erregt wird. Der Hilfsmotor läuft also so lange durch, als die Bewegungsrichtung
des Schaltwerkes nicht geändert wird. Die Nocken der Walzen io und io' sind unmittelbar
unter den zugehörigen Nockenkontakten gezeichnet, so daß die Schaltfolge leicht
verfolgt werden kann. Auf den Walzen 12 und 12' sind nur zwei Nocken 26 und 27 bzw.
26' und 27' angeordnet, durch welche abwechselnd die Nockenschütze 21 und 22 bzw.
21' und 22' bedient werden.
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Zum Einleiten des Anlaßvorganges wird der Führerschalter in die Stellung
»aufwärts« gebracht. Hierdurch wird folgender Steuerstromkreis geschlossen: Von
dem Pluspol 5o der Batterie 23 über den Punkt 51, die Kontakte 51 und 52 der Richtungswalze,
Kontakte 52 und 53 des Führerschalters, den in der gezeichneten
Lage
stehenden Schalter 28, dessen Kontakt 55', die Kontakte 55' bis 57' des in der Nullstellung
geschlossenen Nockenschalters 15' am Schaltwerk II, die Kontakte 57' und 58' des
ebenfalls in der Nullstellung geschlossenen Nockenschalters 2i', die Kontakte 58'
und 5o' des Fortschaltrelais 13', die Relaisspulen 6o' und 61', die Klemme 8o' zum
Minuspol 8o der Batterie. Vom Kontakt 53 des Führerschalters aus wurde gleichzeitig
folgender Parallelstromkreis geschlossen: Punkt 53, Schalter 29, dessen Kontakt
55, Kontakte 55 bis 57 des in der Nullstellung geschlossenen Nockenschalters 15
am Schaltwerk I, Kontakte 57 und 58 des Nockenschalters 21, Kontakte 58 und 59 des
Fortschaltrelais 13 und die Spulen 6o und 61, Klemme 8o zum Minuspol 8o der Batterie
23. Durch die Relaisspulen 6o und 61 bzw. 6o' und 61' werden die Hilfsmotoren im
Anlaßdrehsinn an die Walzen io und io' gekuppelt, so daß letztere sich von der Nullstellung
in Richtung der Stellung i in Bewegung setzen. Die Steuerstromkreise verlaufen also
über die in der Nullstellung geschlossenen Nockenkontakte 15 und 21 bzw. 15' und
2i'.
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Die im folgenden zunächst` beschriebenen Schaltvorgänge vollziehen
sich an beiden Schaltwerken I und II gleichartig, ,so daß sie nur in bezug auf das
Schaltwerk Z beschrieben seien. Da die Walze 12 rascher bewegt wird als die Walze
io, kommt der Nocken 27 alsbald in Eingriff und schließt den Nockenschalter 22,
ehe die Kontakte 55 bis 57 des Nockenschalters 15 geöffnet werden. Dadurch wird
folgender Ersatzstromkreis geschlossen: Pluspol 5o der Batterie 23, Punkte 51, Kontakte
51 bis 62 des Nockenschalters 22, die Hebespule 62 des Fortschaltrelais 13 usw.
zur Batterie 23. Der Hilfsmotor bleibt daher mit der Walze io verbunden und dreht
diese weiter, bis die Schaltstellung i erreicht ist. Durch die Hebespule 62 wird
das Fortschaltrelais angezogen, sofern auch der Strom in der Hauptstromspule 3o
des Fortschaltrelais stark genug ist. Dadurch werden die Kontakte 58 und 59 geöffnet.
Inzwischen sind die Nockenschalter 15 und 21 durch Ablauf der Nocken geöffnet worden,
so daß der zuerst beschriebene Einleitungsstromkreis nicht mehr besteht. In der
Schaltstellung i ist der Schalter 22 wieder geöffnet, da die Walze 12 ihre volle
Umdrehung vollendet hat, nach der nur der Nocken 26 im Eingriff steht. Die Kontakte
57 und 58 des von ihm bedienten Nockenschalters 21 liegen jetzt jedoch in einem
Kreis, der an den Kontakten 58 und 59 des Fortschaltrelais. 13 noch unterbrochen
ist; denn inzwischen sind die Motoren des Drehgestells eingeschaltet worden, und
deren Strom ist über die Starkstromspule 3o des Fortschaltrelais 13 geführt, so
daß das Relais seine Kontakte offen hält, bis der Motorstrom auf den zulässigen
Fortschältwert gesunken ist. Der Steuerstromkreis, d. h. der Erregerstrom der den
Hilfsmotor steuernden bzw. kuppelnden Magnetspulen 6o, 61, verläuft somit zuerst
über den Führerschalter und den nur in der ersten Stellung geschlossenen Nockenschalter
15. Zwischen den Stellungen verläuft der Stromkreis dagegen unmittelbar von der
Batterie über den Nockenschalter 22 und die Hebespule 62. Gleichzeitig ist auch
das Schaltwerk II in die Schaltstellung 1 gebracht worden.
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Es kann auch vorkommen, daß der Hauptstrom in der Spule 3o nicht den
zum Anziehen des Kontaktes erforderlichen Wert annimmt. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn bei voller Fahrt des Fahrzeugs das Schaltwerk in die Nullstellung
zurückgeführt worden war und von dort aus nunmehr wieder in die Betriebsstellungen
bewegt wird. In den ersten Betriebsstellungen des Schaltwerks nehmen die Motoren
naturgemäß einen sehr niedrigen Strom auf, da sie eine große gegenelektromotorische
Kraft entwickeln. Die Kontakte 58 und 59 bleiben also auch zwischen den einzelnen
Stellungen der Schaltwerke geschlossen. Um nun zu verhüten, daß die Kontakte 58
und 59 vom Batteriepol 8o während der Schaltbewegung Rückspeisungen in etwa weitere
Triebwagen veranlassen, wird die Verbindung des Kontaktes 58 zu den Nockenschaltern
14 'bis 21 durch den als Sperrschalter dienenden Nockenschalter 21 unterbrochen.
Der Nockenschalter 21 ist nämlich auf der Zwischenstellung geöffnet, wie sich aus
der Anordnung des Nockens 26 auf der Hilfswalze 12 ergibt.
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Es sind nunmehr die Nockenschalter 16, 16' und 18' eingeschaltet.
Während durch den Nockenschalter 18' zunächst keine Schaltvorgänge ausgelöst werden,
ist durch die Schalter 16 und i6' nach dem Abfallen des Fortschaltrelais 13 folgender
Stromkreis geschlossen: Von der Batterie über den Führerschalter 25, Punkt 53, Schalter
28, dessen Kontakt 55', Kontakte 55' bis 7o' des Nockenschalters 16', Kontakte
70 bis 57 des Nockenschalters 16, Kontakte 57 und 58 des wieder geschlossenen
Nockenschalters 21, . die Fortschaltrelaiskontakte 58 und 59 und die Steuerspulen
6o und 61 zur Batterie. Das Schaltwerk I beginnt daher allein einen neuen Schaltschritt,
der sich in der bereits beschriebenen Weise unter Überwachung des Fortschaltrelais
vollzieht, und gelangt in die Schaltstellung 2. In dieser Stellung sind die Nockenschalter
17, 18 und i9 geschlossen, es kommt jedoch zunächst nur der Schalter i9 zur Wirkung,
der einen neuen Schaltschritt
des Schalt-,verkes II veranläßt. Der
hierzu erforderliche Stromkreis geht vom Punkt 51 über die Nockenschalter i9, 18'
und 2,1' sowie die Relaisspulen 6o' und 61' zur Batterie. Es gelangt nunmehr auch
das Schaltwerk II in die Schaltstellung 2. Wenn beide- Schaltwerke sich in der ersten
Stellung befinden, ist also lediglich der Steuerstromkreis für das Schaltwerk I,
und zwar über den Führerschalter und die Nockenschalter 16 und i6', geschlossen.
Befindet sich dagegen das Schaltwerk I in Stellung 2 und das Schaltwerk II in Stellung
i, dann ist der Steuerstromkreis für das Schaltwerk II unmittelbar von der Batterie
über die Nockenschalter i9 und 18' hergestellt.
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Der folgende Schaltschritt wird nach Erreichen der Dauerstufe 2 nun
nicht wieder durch das Schaltwerk I ausgeführt, sondern durch das Schaltwerk II.
Der Stromkreis für die Ansteuerung des letzteren verläuft vom Führerschalter 25
bzw. dessen Punkt 53 über den Schalter 29, dessen Kontakt 55, die Nockenschalter
17, 17' und; 21' sowie die Fortschaltrelaiskontakte 58' und 59' und die Relaisspulen
6o' und 61' zum Minuspol der Batterie. Nachdem das Schaltwerk II die Stellung 3
erreicht hat, wird; auch das Schaltwerk I zur Erreichung der gleichen Stellung über
die Nockenschalter i9', 18 und 21 angesteuert. Hiernach wird wiederum das Schaltwerk
I über die Nockenschälter 16' und 16 zur Ausführung eines neuen Schaltschrittes
veranlaßt, und danach folgt ihm wieder das Schaltwerk II in die Stellung 4 usw.
Es versteht sich, daß alle Schaltschritte unter Überwachung des Fortschaltrelais
'vollzogen werden und das Weiterschalten nach Erreichen einer jeden Stellung erst
möglich ist, wenn der Motorstrom so weit gesunken ist, 'daß das zugehörige Fortschaltrelais
abfällt und seine Kontakte schließt.
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Zu Anfang und nach Erreichen einer Dauerstufe erfolgt das Ansteuern
des folgenden Schaltschrittes stets vom Führerschalter 25 aus (Punkt 53), während
das Ansteuern des nachlaufenden Schaltwerkes vom Punkt 51 (der Batterie) aus stattfindet.
Diese Anordnung hat den Zweck, die Schaltwerke unabhängig von der Stellung des Führerschalters
25 immer bis auf eine Dauerstufe zu bringen.
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Die Schalter28 und 29 sind für eine Motortrennschaltung bestimmt,
die aber nicht starkstromseitig, sondern steuerstromseitig durchgeführt wird. Gilt-es
z. B., die Motoren eines der Drehgestelle abzuschalten, weil sie etwa defekt sind,
so braucht nur-einer der Schalter umgelegt zu werden. Sollen beispielsweise die
durch das Schaltwerk II geschalteten Motoren unwirksam gemacht werden, so muß der
Schalter, 28 so umgelegt werden, daß er die Kontakte 53 und 56 verbindet. In diesem
Falle bleibt beim Anlassen das Schaltwerk II in der Nullstellung, während das Schaltwerk
I allein arbeitet. Die mit dem Schaltwerk II in Verbindung stehenden Nockenschalter
16 bis 2o arbeiten dann leer, d. h. sie schalten keine Ströme. Für die Ansteuerung
des Schaltwerkes I in den Schaltstellungen, in denen bei normalem Betrieb der Anlaufimpuls
vom Schaltwerk II gegeben wurde, dient dann der Nockenschalter 14, der während des
ganzen Anlaßvorganggs eingeschaltet bleibt, da sich sein Nocken über sämtliche Schältstellungen
i bis 5 erstreckt. In gleicher Weise kann das Schaltwerk I durch Umlegen des Schalters
29 unwirksam gemacht werden, wobei dann lediglich das Schaltwerk II unabhängig vom
Schaltwerk I durch alle Schaltstellungen bewegt wird.
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Der Erfindungsgedanke ist auf die Anwendung in dem an Hand des Beispieles
beschriebenen Gebiet nicht beschränkt, sondern kann mit gleichem Vorteil bei anders
gearteten Steuerungen und Betriebsströmen benutzt werden.