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Steuerung für Fahrzeuge elektrischer Bahnen mit stadtschnellbahnartiger
Betriebsform Im allgemeinen sind an Fahrschaltern zur Steuerung der Elektromotoren
in Fahrzeugen besondere Bremsstellungen vorgesehen, in die die Fahrkurbel, nachdem
sie aus irgendeiner Fahrstellung in die Ausgangslage gebracht worden ist, bewegt
werden muß. Bei dieser Einrichtung sind Nachteile vorhanden, die u. a. darin bestehen,
daß die Fahrschalterwalze zur Unterbringung der Fahr- und der Bremsstufen verhältnismäßig
groß ausgeführt werden muß, ferner daß zum Übergehen aus der Fahr- in die Bremsschaltung
eine erhebliche Zeit notwendig ist, weil die Schaltwalze, bevor sie die Bremsstellungen
erreicht, in Rückwärtsdrehung über die ganzen Fahrstufen fortbewegt werden muß.
Beim Bremsen bzw. bei der Einleitung der Bremsung kommt aber mitunter kleinen Zeitverlusten
von Bruchteilen von Sekunden sehr große Bedeutung zu, beispielsweise wenn es sich
darum handelt, durch rasch einsetzende Bremsung auch bei langsameren Fahrgeschwindigkeiten
Gefahr abzuwenden.
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Um an Steuerstellungen zu sparen und damit die Abmessungen des Fahrschalters
zu verringern, hat man bereits vorgeschlagen, einen Teil der Fahrstellungen zusammen
und verkreuzt mit den Bremsstellungen auf einem gemeinsamen Walzenabschnitt unterzubringen.
Aber auch bei dieser Anordnung muß der Fahrschalter zwecks Einleitung der Bremsung
über die ganzen Fahrstellungen bis zur Anfangslage zurück und dann über diese hinaus
in die Bremsstellungen gedreht werden, die auf dem gleichen Walzenabschnitt mit
den letzten Fahrstellungen lagen.. Der Zeitverlust beim Bremsen würde sich in Zugsteuerungen
mit durch Hilfsmotoren gedrehte Hauptschaltwalzen verstärkt bemerkbar machen, weil
zur Zurückbewegung der Hauptschaltwalze von der letzten Fahrstellung bis in die
Bremsstellungen durch den Hilfsmotor immerhin etwa :2 bis 3 Sek. verbraucht werden.
Abgesehen davon ist diese Schaltung sehr verwickelt und bereitet Schwierigkeiten
in der Unterbringung der Kontakte und Anschlüsse.
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Die Erfindung ist geeignet, in Zugsteuerungen mit durch Hilfsmotoren'
angetriebenen Hauptschaltwalzen (Schaltwerken) alle diese Nachteile zu beseitigen
und diesen Steuerungen die denkbar einfachste Form zu verleihen. Gerade der letztgenannte
Gesichtspunkt ist besonders wichtig, da als Anwendungsgebiet stadtschnellbahnartige
Betriebe in Frage kommen, bei denen kurze Haltestellenabstände und beträchtliche
Höchstgeschwindigkeiten vorgesehen sind und bei denen sich im üblichen Fahrplan
an den Anfahrabschnitt jeweils unmittelbar der Bremsabschnitt anschließt, ohne daß
-wie sonst bei elektrischen Bahnen üblich - ein mehr oder minder langer Auslauf
mit stromlosen Motoren
zwischen diesen beiden Abschnitten eingefügt
ist. Bei dem vorbezeichnetei Betrieb lassen. sich durch die vorliegende Erfindung
-wie weiter unten noch ausführlicher dargestellt wird - bedeutende technische Vorteile
erzielen. Die neuartige Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Be@vegen
der Walzen sämtliche Schaltstellungen der Starkstromwalzen gleichzeitig als Fahr-
und Bremsstellungen dienen, derart, daß beim Bewegen der Walzen in der einen Richtung
die Motoren in Fahrschaltung angelassen und bei Umkehr der Drehrichtung in Kurzschlußbremsung
abgebremst werden, und daB die die Walzen in dem einen oder anderen Drehsinne bewegenden
Hilfsmotoren durch einen Führerschalter gesteuert 'werden, bei dem die Fahr- und
Bremsstellungen zu beiden Seiten der Nullstellung angeordneti sind. Diese Einrichtung
hat den Vorteil, daß die Hauptschaltwalze weniger Schaltstellungen erfordert, als
es bei den bekannten Zugsteuerungen der Fall ist, da die besonderen Bremsschaltstellungen
entfallen.
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Diese Anordnung stellt auch eine erhebliche Vereinfachung des Betriebes
dar. Sowie der Fahrer vom Führerschalter aus die Bremsung einstellt, kehrt sich
die Hauptsteuerwalze um und beginnt sofort zu bremsen. Sie wird also nicht zunächst
in die Nullstellung zurückgeführt, um von da erst in die Bremsstellungen bewegt
zu werden. 'Ein weiterer Vorzug des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß -die
Walze nicht so häufig bewegt wird wie bei jenen .Steuerungen, bei denen eine Bremsung
erst dann einsetzen kann, wenn die Walze in die Nullstellung zurückgebracht worden
war. Dadurch wird die Abnutzung der Walze sowie des Antriebes erheblich herabgesetzt.
Die Antriebsmotoren für die Walze werden überdies nicht so stark erwärmt und können
kleiner bemessen sei4.
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Es sind zwar bereits Steuerungen bekanntgeworden, bei- denen die Fahrschaltung
und die Bremsschaltung auf den gleichen Stellungen des Steuerschalters hergestellt
sind. Bei einer dieser Anordnungen wird die -Bremsschaltung erst dann hergestellt,
wenn die Schaltwalze aus den Fahrstellungen in die Nullstellung zurückbewegt und
nach Umstellung des Bremswenders wieder in der gleichen Richtung eingeschaltet wird.
Es wird also nicht bei der Bewegung in einer Richtung die Fahrschaltung, bei der
Bewegung in der anderen Richtung dagegen die Bremsschaltung hergestellt. Hierbei
kann die Steuerwalze naturgemäß nicht ohne einen erheblichen Schaltweg aus den Fahrstellungen
heraus in die Bremsstellung geführt werden, so daß eine Zeitersparnis wie beim Erfindungsgegenstand
nicht eintritt und die Abnutzung infolge der langen Schaltwege nicht herabgesetzt
wird. Zwischen der Kurbel und der Schaltwalze ist entsprechend der Wirkungsweise
ein umständliches Getriebe vorgesehen, welches bewirken soll, daß die Schaltwalze
bei einem beliebigen Drehsinn der Kurbel von der Nullstellung aus immer in der gleichen
Drehrichtung von ihrer Nullstellung aus bewegt wird. Es soll hier nur nebenbei erwähnt
werden, daß bei Nutzbremsanordnungen die Fahrstellungen im allgemeinen auch Bremsstellungen
sind. Je nachdem, ob die das Feld steuernde Vorrichtung in der einen oder anderen
Richtung bewegt wird, ist Brems- oder Fahrbetrieb vorhanden. Bei Kurzschlußbremsanordnungen,
auf welche sich vorliegende Erfindung bezieht, liegen aber bezüglich des Überganges
vom Fahren zum Bremsen ganz andere Bedingungen vor.
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Beim Erfindungsgegenstand kann die Bremsung auch nach stromlosem Fahren
eingeleitet werden, denn der aus den Fahrstellungen in die Nullstellung zurückgebrachte
Führerschalter unterbricht die Leistungsschütze und beläßt die Hauptschaltwalze
in der vorher eingenommenen Schaltstellung. Wird hierauf der Führerschalter in die
Bremsstellungen gebracht, so werden die Leistungsschütze wieder eingerückt und der
Fahrbremswender in die Bremsstellung bewegt, worauf der eingeschaltete Hilfsmotorantrieb
die Hauptschaltwalze zurückbewegt, also im Sinne des Bremsens wirksam werden läßt.
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Ist auf der Hauptschaltwalze die letzte Stellung als Feldschwächungsstellung
ausgebildet und wird diese letzte Schaltstellung gleichzeitig als erste Bremsstellung
benutzt, so ergibt sich der weitere, bisher nie -erreichte Vorteil, daß die Bremsung
bei feldgeschwächten Motoren einsetzen kann, was besonders dann günstig ist,: wenn
das Fahrzeug oder der Zug mit hoher Geschwindigkeit läuft.
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In der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel dargestellt. Es bezeichnet
in der Abbildung: 3o den Führerschalter; 31 die Fahrleitung, 32 und 33 Hauptschütze,
34 den ferngesteuerten Fahrtwender, 35 den ebenfalls ferngesteuerten Fahrtbremswender,
36 ein Fortschaltrelais; 37 ist die Hauptschaltwalze mit den Stromschlußstücken
38 und 39 für die Fahrschaltung und 40 für die Bremsschaltung. Außerdem besitzt
die Schaltwalze einen Nokken 42 für die Feldschwächung und mehrere Nocken 43 für
die Widerstandsschaltung; 12-z3 ist der Anker und 14-r5 das Feld des Antriebsmotors.
Zur besseren Übersicht sind in der Zeichnung Kontaktfinger, die zugehörigen Leitungen
und. der zweite Anschluß dieser Leitungen mit den gleichen Bezugszeichen -versehen.
Zur
Einleitung der Fahrschaltung wird die Richtungswalze 45 im Führerschalter beispielsweise
in die Stellung v für Vorwärtsfahrt gebracht. Wird nunmehr der Führerschalter
30 im Sinne des Fahrens eingeschaltet, so werden in der Vorkontaktstellung
die beiden obersten Kontaktfinger durch den rechts oben liegenden Belag 46 verbunden.
Dadurch wird folgender Stromkreis geschlossen: von der Fahrleitung 31 über die beiden
obersten Kontaktfinger des Führerschalters 30, den Fahrtwender 45, die Steuerleitung
1 und die Spule 1 des ferngesteuerten Fahrtwenders 34 zur Erde. Der Fahrtwender
34 wird daher in die Stellung für Vorwärtsfahrt gebracht, in der die Kontaktfinger
19, 12, 18 und 13 mit den oberen Belägen verbunden werden. Gelangt nun der Führerschalter
in die Stellung 1, so kommen die Beläge 47 und 48 mit ihren Kontaktfingern in Eingriff.
Durch den Belag 47 wird ein Stromkreis von der Fahrleitung 31 über den Kontaktfinger
5o des Führerschalters, den Belag 47, den Kontaktfinger 3, die Steuerleitung 3 und
die Spule 3 des Fahrtbremswenders 35 geschlossen und dadurch der Fahrtbremswender
35 in die Stellung für Fahren gebracht, bei der die Kontaktfinger mit der unteren
Reihe der Stromschlußstücke verbunden sind. Durch den Belag 48 wird der Stromkreis
für die Einschaltung des Hilfsmotors im Anlaßsinne geschlossen, wie nachstehend
näher beschrieben ist.
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Durch den eingeschalteten Fahrtbremswender werden die beiden Hauptschütze
32 und 33 zum Anziehen gebracht. Der Stromkreis für diese Schütze verläuft auf dem
bereits beschriebenen Wege durch die Steuerleitung 3 und die Kontaktfinger 23 und
24 des Fahrtbremswenders 35 und von hier weiter über die Finger 22 und 25. und die
gleichbezeichneten Schutzspulen zur Erde. Das Schütz 32 schließt beim Anziehen seinen
Hauptkontakt, während das Schütz 33 seinen Hauptkontakt öffnet.
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Wird nunmehr der Führerschalter in die Stellung 2 gebracht, so gelangt
der Belag 49 mit den Kontaktfingern a und b in Eingriff, so daß folgender
Stromkreis geschlossen wird: von dem Anzapfpunkt a des an der Fahrleitung liegenden
Stenerstromwiderstandes 51 über den Finger d des Führerschalters 3o, den Belag 49,
den Finger b, die Steuerleitung b, den Finger b der Hauptschaltwalze
37, den mit diesem in der Nullstellung der Hauptschaltwalze verbundenen Finger 52,
die Hilfskontakte des Fortschaltrelais 36, die Einschaltspule 5 des Hilfsmotors,
die Steuerleitung 5, den Finger 5 des Führerschalters, den Belag
-18 zur Erde G. Die Spule 5 stellt die Einschaltspule für den nicht mit abgebildeten
Hilfsmotor dar und bewirkt, daß der Hilfsmotor im Sinne des Einschaltens der Hauptwalze
in Bewegung gesetzt wird. Der Hilfsmotor oder die Hilfsmotoren können beliebiger
Art sein, etwa Druckluft- oder Elektromotoren. Der Hilfsmotor setzt nun die Walze
37 von der Nullstellung aus in Bewegung. Nach kurzer Laufzeit verläßt das erste
Stromschlußstück der Reihe 38 seine Kontaktfinger b und 52; der Stromkreis für die
Hilfsmotorspule 5 bleibt jedoch über einen Ersatzstromkreis geschlossen, der von
der Steuerstromanzapfung a des Spannungsteilerwiderstandes 51 über die Steuerleitung
a, den Kontaktfinger a der Hauptwalze 37, das erste Stromschlußstück der Reihe 39,
die Steuerstromspule des Fortschaltrelais 36, die Spule 5 usw. zur Erde verläuft.
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Während dieser Bewegung der Hauptwalze ist der Motorstromkreis geschlossen
worden, der von der Fahrleitung 31 über das geschlossene Schütz 32, die durch den
dritten Nocken 43 verbundenen Finger 27 und 28, einen Teil des Anlaßwiderstandes
44, den Finger 17 des Fahrtbremswenders 35, den mit diesem verbundenen Finger 2o,
den Finger 1 g des Fahrtwenders 34, den mit diesem verbundenen Finger 12, den Anker
1:2-13 des Fahrmotors, die Finger 13 und 18 des Fahrtwenders, die Finger 21 und
14 des Fahrtbremswenders 35, das Feld 14-15 des Fahrmotors und den mittels Nockens
41 der Hauptwalze geschlossenen Kontakt 15 zur Erde.
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Erreicht nun die Hauptwalze 37 die Fahrstellung 2 (die Bezeichnung
der Fahrstellungen befindet sich auf der linken Seite der Hauptwalze), so gleitet
auch der erste Belag der Reihe 39 von seinen Kontaktfingern ab und unterbricht den
Ersatzstromkreis für die Spule 5 des Hilfsmotors. Gleichzeitig kommt aber der zweite
Belag der Reihe 38 mit den Kontaktfingern b und 52 in Eingriff und bereitet den
Steuerstromkreis für den zweiten Schaltschritt vor.
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Beim Schließen des Ersatzstromkreises für die Spule 5 des Hilfsmotors,
der über die Steuerstromspule des Fortschaltrelais verläuft, wurde der, Anker des
letzteren angezogen, und seine Hilfskontakte wurden unterbrochen. Nach dem Unterbrechen
des Ersatzstromkreises wird nun das Fortschaltrelais durch den, anwachsenden der
die Hauptspule des Fortschaltrelais durchfließt, in der angezogenen Lage gehalten.
Sinkt nun der Motorstrom bis auf den zulässigen Wert, so fällt das Fortschaltrelais
ab und schließt dadurch den vorbereiteten Steuerstromkreis für die Spule 5 des Hilfsmotors,
der nun den zweiten Schaltschritt ausführt. Dieser und die nächsten Schaltschritte
werden in der beschriebenen Weise vollzogen, bis die Fahr-
Stellung
6 erreicht ist, in der der Schaltwerkantrieb stillgesetzt wird, da in dieser Stellung
der Kontaktfinger b der Hauptwalze fremegt.
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Wird nun der Führerschalter 30- in die Stellung 3 gebracht, so wird
die Steuerleitung o gespeist, und der Antrieb geht in der bereits erläuterten Weise
in die Fahrstellung 7, in der das Motorfeld 1q.-15 geschwächt dadurch wird, daß
die Anzapfung 29 des Feldesi durch den Nocken 42 der Hauptwalze geerdet wird.
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Wenn der Führerschalter in die Anfangslage zurückgebracht wird, so
fallen die Schütze 32 und 33 ab, da die Steuerleitung 3 stromlos wird. Der Fahrstromkreis
wird daher unterbrochen, so daß der Fahrtwender und der Fahrtbremswender in stromlosem
Zustande umgeschaltet werden können. Die Schütze 32 und 33 können zweckmäßig miteinander
mechanisch verriegelt sein, so daß das Schütz 32 stets offen ist, wenn sich das
Schütz 33 in der Schließlage befindet und umgekehrt. Auf diese Weise kann niemals
die Fahrleitung unmittelbar mit der Erde verbunden werden. Die Schütze 32 und 33
sind außerdem mit dem Fahrtwender und dem Fahrtbremswender in der üblichen Weise
elektrisch durch Hilfskoxitalte verriegelt; diese Stromkreise Sind aber zur Vereinfachung
der Schaltung nicht abgebildet. Befindet sich nun der Führerschalter wieder in der
Nullstellung, so bleiben der Fahrtwender 34 und der Fahrtbremswender 35 zunächst
in der -eingenommenen Lage stehen. Beim weiteren Zurückdrehen des Führerschalters
in Richtung der ersten Bremsstellungen wird wieder die Steuerleitung 1 für den Fahrtwender
über die beiden obersten Kontaktfinger des Führerschalters und den obersten linken
Belag gespeist, so daß der Fahrtwender auch weiterhin in der eingenommenen Lage
stehenbleibt. In der Bremsstellung 1 wird dagegen der Fahrtbremswender in die andere
Endlage gebracht. Der Stromkreis für die Einschaltung des letzteren verläuft von
der Fahrleitung 31 über den Finger 5o des Führerschalters, den zweitobersten linken
Kontaktbelag, den Finger 4, die Steuerleitung 4 und die Spule 4 des Fahrtbremswenders
35 zur Erde. Hierdurch wird der 'Bremskreis geschlossen, der von der Erde über die
Kontakte des Schützes 33, den Widerstand 44, den Kontakt 16 des Fahrtbremswenders
35; den mit diesem verbundenen Finger 21, die Finger 18 und -13 des Fahrtwenders
34, den Anker 13-12 des Motors, die Finger 12 und ig des Fahrtwenders 34, die Finger
2o und 14 des Fahrtbremswenders 35, den Feldkontakt 14, einen Teil des Feldes, die
Anzapfung 29 und den Kontakt 29 der Hauptschaltwalze zur Erde verläuft. Der Bremskreis
ist daher bei gleichzeitig geschwächtem Felde geschlossen.
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Wird nun der Führerschalter 3o weiter in die Bremsstellungen :2 bis
7 bewegt, so folgt die durch den Hilfsmotor angetriebene Schaltwalze 37 nach, indem
sie in Richtung der Ausgangslage zurückläuft. Dabei wird die Rückschaltung durch
die Spule 6 des Hilfsmotors gesteuert, deren Stromkreis nach dem vorher Gesagten
leicht zu verfolgen ist. Beim Schalten der Bremsstellungen i bis 7, die rechts auf
der Hauptwalze bezeichnet sind, kann der Antrieb zufolge der treppenförmigen Ausbildung
des Belages 4o der Hauptwalze auf jeder Schaltstellung angehalten werden; die Hauptwalze
schaltet jeweils nur so weit, daß sie die.durch. den Führerschalter eingestellte
Lage erreicht. Mit dem treppenförmigen Belag 4o arbeiten dabei die Kontaktfinger
d, e, f, g, h und i zusammen, die durch gleichbezeichnete Steuerleitungen
mit den ebenfalls gleichbezeichneten Fingern des Führerschalters 30 verbunden
sind. Der Stromkreis für die Spule 6 hat auf der Bremsstellung 3 folgenden Verlauf:
Vom Punkt a des Widerstandes 51 über den Finger a, den Belag und den Finger
d der Steuerwalze 3o, den Finger d, den treppenförmigen Belag und den Kontaktfinger
m in der Walze 37, die Spule 6, den Kontaktfinger 6 und den Belag des Schalters
30 zur Erde G. Nach erfolgter Bremsung kann der Führerschalter in die Nullage
zurückgebracht werden.
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Zweckmäßig ist es, einen gemeinsamen Widerstand für das Fahren und
Bremsen zu verwenden, an dein sowohl die Anzapfungen für die Fahrstufen als auch
für die Bremsstufen angebracht sind. Die Anzapfungen können, soweit dies angeht,
dieselben für Fahren und Bremsen sein. Vollständig wird sich dies nicht durchführen
lassen, weil die Widerstandssätze sowohl in der einen als auch in der anderen Schaltrichtung
zunehmen; d. h. der Widerstand ist derart abgestuft, daß mit jedem Schaltschritt
ein kleinerer Teil des Widerstandes kurzgeschlossen wird. Zur Veranschaulichung
kann die Abb. 2 der Zeichnung dienen, in welcher die am Anlaß- und Bremswiderstand-angeordneten
Anzapfungen für das Fahren mit R1 bis RE und die Anzapfungen für das Bremsen mit
W1 bis WB bezeichnet sind. Wie ersichtlich, liegen die Punkte Ri und W4, R2 und
W2 sowie R4 und W, an den gleichen Widerstandspunkten, so daß drei Anzapfungen erspart
werden. Die Hauptschaltwalze oder das Schaltwerk können natürlich durch Anordnung
besonderer Kontakte für den Nullschaltungszwang beim Schalten in der Fahrrichtung
eingerichtet sein.