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Schaltwerksteuerung mit einem Hilfsmotor Zum Herstellen der Anlaß-
und Bremsschaltung der Antriebsmotoren elektrischer Bahnfahrzeuge verwendet man
häufig ferngesteuerte Schaltvorrichtungen, die ein stufenweises Schalten im Auf-
und Abwärtssinne ermöglichen. Die Fahr- und Bremsstellungen der Hauptschaltwalze
befinden sich dabei beiderseits der Nullstellung, und es ist zum Einleiten der Bremsung
erforderlich, die Steuerung über sämtliche Fahrstellungen in die Nullstellung zurückzubringen.
Besonders isi diese Anordnung bei Wechselstromfahrzeugen üblich, deren Motoren in
elektrischer Bremsung, zuweilen auch als Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren geschaltet,
zur Verzögerung des Triebfahrzeuges herangezogen werden. Das Zurückschalten in die
Nullstellung bedeutet dabei stets einen erheblichen und mitunter recht bedenklichen
Zeitverlust, selbst wenn der zum Antrieb verwendete Hilfsmotor beschleunigt, etwa
durch ,Feldschwächung, für die Rückschaltung benutzt wird. Man könnte daran denken,
getrennte Hauptwalzen für das Fahren und das Bremsen vorzusehen, diese Anordnung
bedeutet jedoch einen wesentlichen Mehraufwand an Schalt- und Antriebsgeräten und
ergibt eine verwickelte Steuerung. Ein rasches Übergehen in die Bremsschaltung kann
auch durch Anwendung einer Schützsteuerung erzielt werden, Schützsteuerungen sind
jedoch wegen der mit Rücksicht auf eine einwandfreie Verriegelung erforderlichen
vielen Hilfskonfakte umständlich im Aufbau für die Rückschaltung einen Kraftspeicher
für die Rückschaltung einen Kraftspeichei als Antriebskraft vorzusehen, die derart
ausgerüsteten Steuerungen ermöglichen aber kein stufenweises Schalten im Auf- und
Abwärtssinn.
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Bei Hilfsmotorsteuerungen hat man au,-,b den Antrieb so ausgebildet,
daß zwecks beschleunigter Rückschaltung in die Ausgangsstellung die Schaltvorrichtung
in der ursprünglichen Drehrichtung bis in die Nullstellung weiterbewegt wird. Dabei
wurde durch einen dem Schaltmotor vorgeschalteten und kurzzuschließenden Widerstand
eine beschleunigte Schaltung vorgenommen. Schaltwerke dieser Bauart haben aber nicht
beiderseits der Nullstellung liegende Fahr- uni Bremsstellungen, sondern es handelt
sich hierbei um Schaltwalzen, die lediglich Fahrstellungen
aufweisen.
Der verwendete Schaltmotor ist auch nicht als durchlaufende-Motor ausgebildet, der
über Getriebe ni:t unterbrochener Schaltbewegung die Schalt walze antreibt.
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Bei einer anderen bekannten Antriebseinrichtung steht die Schaltwalze
dauernd unter der Wirkung einer Drehfeder, die aus beiden Schaltrichtungen die Walze
in die Nullstellung zurückzubringen sucht. Zwecks Verhinderung eines Drehens der
Walze über die Nullstellung hinaus sind besondere Stift vorgesehen, die mit Öffnungen
einer Nockenscheibe zusammenwirken und durch die Nnkkenscheibe gesteuert werden.
Diese als Anschläge wirkenden Teile unterliegen, da sie beim Ineingriffkommen zunächst
lediglich einer Kantenwirkung ausgesetzt sind, einer sehr starken Abnutzung, die
auf die Dauer einen sicheren Stellungszwang nicht mehr ge währleistet. Bei großen
Schaltstufenzahlen müßten außerdem die Bohrungen der Nockenscheibe auf großem Radius
angeordnet sein, damit die Stifte tatsächlich in die der Nullstellung entsprechenden
Bohrungen treffen.
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Die Erfindung, welche sich auf eine Schaltwerksteuerung der eingangs-
erwähnten Art bezieht, bei der der durchlaufende Hilfsmotor den Antrieb über Schaltgetriebe
mit unterbrochener Schaltbewegung bewirkt, besteht darin, daß der Schnellschaltantrieb
über Nockenscheiben und einen doppelarmigen Hebel auf das Schaltwerk wirkt, wobei
der doppelarmige Hebel beim Antrieb des Schaltwerkes durch das Schrittschaltwerk
von der Nullstellung aus in der einen oder anderen Drehrichtung leer mitbewegt wird,
beim Einschalten des Schnellschaltantriebes hingegen nach Abkupplung des Schrittschaltwerkes
durch die Nockenscheiben im Sinne des Rückdrehens des Schalttverkes in die Nullstellung
-C wird, wo er durch die Nockenscheiben gegen eine ungewollte Verstellung gesichert
ist. Für die Stufenschaltung wird v orzug@ weise ein elektrischer Hilfsmotor und
für die Schnellschaltung ein Druckmittelantrieb benutzt, der die Nockenscheiben
über ein Ritzel antreibt, welches von einer die Kolben des Antriebs verbindenden
Zahnstange in Bewegung gesetzt wird.
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Das Schaltwerk steht nicht dauernd unter der Wirkung einer Rückzugskraft,
sondert der Schnellschaltantrieb wird erst mit dem Schaltwerk in Verbindung gebracht,
wenn eine Rückschaltung erforderlich ist. Die Hilf s kraft für Schnellschaltung
legt hierbei stets den gleichen Weg zurück, bewegt jedoch das Schaltwerk nur jeweils
über denjenigen Weg, den es beim Einschalten in die Fahr- oder Bremsstellung zurückgelegt
hatte. Durch die Anstieg-kurven der unrunden Scheiben oder Nockenscheiben wird trotzdem
dafür gesorgt. daß der Rückdrehantrieb nicht schlagartig auf das Schaltwerk wirkt.
Nach Erreichen der Nullstellung liegen beide Rollen des doppelarmigen Nockenhebels
auf den unrunden Scheiben auf und sichern das Schaltwerk in dieser Lage. Somit sind
Anschläge, die zt.-nächst nur mit den Kanten in Eingriff kommen, vermieden und eine
vorzeitige Abnutzung der das Schaltwerk in der erreichten Schaltstellung sichernden
Glieder wird somit vermieden. Es kann ein schrittweise Schalten von der Nullstellung
aus in beiden Drehrichtungen im Auf- und Abwärtssinn erfolgen, ohne daß eine zusätzliche
Belastung oder ein Antrieb durch Rückdrebkräfte auftritt, und die schnelle Rückschaltung
kann von jeder Schaltstellung aus erfolgen, ohne daß eine Abhängigkeit von der Länge
des zurückzulegenden Schaltweges vorhanden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungbeispiel dargestellt.
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Die Ahb. i zeigt die Gesamtanordnung tin1 in Abb. 2 ist ein Teil der
Abb. i in Übersichtlicher Weise herausgezeichnet.
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Mit i ist die Hauptschaltw.alze bezeichnet, auf der rechts und links
neben der Nullstellung die Beläge für die Fahr- und die Bremsschaltung angeordnet
sind. Die Walze i wird von einem Antrieb 6 über eine Kupplung 5, das Stirnrädergetriebe
q., 3 und die Welle 2 in Bewegung gesetzt. Der Antrieb 6 kann in bekannter `'eise
als ein Hilfsmotor mit llalteserkreuzgetrie:be ausgebildet sein. An seine Stelle
kann jedoch auch ein beliebiger anderer für eine Schrittschaltung geeigneter Antrieb
gesetzt werden. Durch das Zahnrad .1 wird über ein weiteres Zahnrad 7 eine Hilfswalze
8 in Bewegung gesetzt, die zur Steuerung des Hilfsmotors, 1)eispiels5,veise zur
Erzielung des Stellungszwanges oder in anderer Weise benutzt wird. Die Kupplung
5 wird durch eine Schrau,benfeder23 in der Schließlage gehalten. und wenn sie als
Klauenkupplung ausgebildet wird, hat sie die gleiche Teilung wie das lIalteserkre:uzgetriebe.
Hierdurch wird erreicht, daß der stets in einer vollen Schaltstelltmg stehenbleibende
Antrieb 6 in :einer Lage mit derjenigen der Kupplung 5 stets übereinstimmt, wenn
die Wiedereinkupplung stattfinden soll. Bedingung hierfür ist selbstredend, daß
Teilung und Winkellage der Kupphing und,cles Getriebes übereinstimmen. An Stelle
der Klauenkupplung 5 wäre eine Reihungs-oder _Feinzahnkupplung verwendbar, und in
,diesem Falle kann das Schließen der Kupplung 5 in jeder beliebigen Winkellage erfolgen.
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Ein Hilfsantrieb g, der gemäß dem Ausführungsbeispiel als druckmittelbetriebener
Hilfsmotor ausgebildet ist, hat zwei -durch eine Zahnstange i o verbundene, in einem
Zylinder
bewegte Kolben, wobei die Zahnstange io mit einem auf der
Welle -12 sitzenden Ritzel I I zusammenwirkt. Die Steuerung dieses Hilfsmotors erfolgt
mittels' zweier Druckmittel-Ventile 24 und 25. Auf der Welle 12 ist eine Nockenscheibe
13 angebracht, die mittels einer Rolle auf den Kupplungshebel 14 einwirkt. Dieser
Hebel 14 ist zweiarmig ausgebildet und um den festen Zapfen 15 drehbar angeordnet.
Das untere Hebelende ist mit de in beweglichen Teil der Kupplung verbunden. Die
.den /beweglichen Kupplungsteil beeinflussende Feder 23 ist so angeordnet, daß sie
nicht auf den Hebel 14 wirkt, um eine überflüssige Abnutzurig "der Hebelgelenke
zu verhüten.
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Auf der Welle 12 sind ferner zwei Nockenscheiben 16 .und 17 befestigt,
die mit Rollenhebeln 18 und ig zusammenwirken. Letztere sind auf einer Welle 22
unverd rehbar angebracht, und von dieser Welle aufs kann . die Welle 2 der Hauptschaltwalze
i mittels eines Kegelräderpaares 20, 21 bewegt wenden.
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In Abb. 2 sind .die Noci<enschoiben16 ,und. 17 und die Rollenhebel
18 und ig vergrößert dargestellt. In Übereinstimmung mit Abb. i sind die Hebel und
Nockenscheiben gegeneinander so versetzt, daß der Hebel i8 mit der Scheibe 16 und
der Hebel ig mit der Scheibe 17 in einer Ebene liegt. Die ausgezogen .dargestellte
Lage der Hebel 18 und ig entspricht der Nullstellung der Walze i, in der letzten
Fahrstellung nehmen die Hebel die gestrichelte und in der letzten Bremsstellung
die strichpunktierte Lage ein. Das Verdrehen der Hebel 18 und ig erfolgt dabei über
das Kegelr ädergetriebe 20, 21, und die Rollenhebel kommen mit den NockenscheIben
16 und. 17 bei der angegebenen Verstellung nicht in Berührung.
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Bei der gewöhnlichen Steuerung der Schaltschritte, die beispielsweise
willkürlich nach dem bekannten Plusminusgrundsatz erfolgen kann, wird die Walzei
von dem Antrieb 6 über Kupplung 5, Getriebe 4, 3 und Welle ?-
a ngetrieben,
ohne daß der Hilfsantrieb g in Wirkung tritt. Ist die letzte Fahrstellung erreicht,
so kann auch durch rückwärtige Schrittschaltung eine Regelung im Sinne der Abwärtssteuerung
vorgenommen werden, und auch dabei wirkt der Antrieb 6 in der gleichen Weise, jedoch
in umgekehrter Drehrichtung. Wird jedoch (der Fahrschalter aus irgendeiner Fahrstellung
in die Bremslage oder eine Schaltstellung gebracht, welche d ie Bremslage vorbereiten
soll, so erfolgt eine Umstellung des Ventils? 5 im Sinne einer Zuführung
des Druckmittels. Die Druckkolben werden .dann so bewegt, daß die Zahnstange io
das Ritzel i i entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers antreibt. Unmittelbar nach dem
Beginn der Bewegung findet eine Verstellung ,des Kuppelhebels 1,4 durch die Nockenscheibe
13 statt, so daß die Kupplung 5 gelöst wird.. Bei der weiteren Bewegung wird durch
die Nockenschei!be 17 der Rollenhebel ig und mit ihm auch der Hebel 18 im Uhrzeigersinne
bewegt. Hierbei wird: die Welle 22 und über das Getriebe 2o, 21 und die Welle 2
auch die Hauptwalze i mitgenommen. Sobald die Hebel 18 und ig die in Abb. 2 ausgezogen
dargestellte Lage erreicht haben, (befindet sich die Walze i in der Nullstellung.
Bei dieser Lage (der Hebel 18 und ig liegt auch,der Hebel 18 auf der Nokkenscheibe
16 auf, und das Hebelpaar 18, 19
befindet sich dabei ini Zwangslage. Durch
-das Aufliegen auf beiden Nockenscheiben soll verhindert werden, ;daß durch .die
Massenkräfte beider Schnellschaltung ein Hinansdrehen der Teile 18, ig, 2o, 21 und
i über die Nullage stattfindet. Die Übersetzung zwischen der Zahnstange io und dem
Ritzel i i ist so gewählt, daß eine volle Umdrehung der Welle 12 erzielt wird. Wenn
also die Nullage erreicht ist, werden die Nockenscheiben 16 und 17 weiterbewegt,
bis sie sich wieder in der in Abb.2 gezeichneten Anfangslage befinden. Nach Zurückstellen
in die Nullage wird die Rastung der Hobel 18 und ig durch die Rastervorrichtung
der Schaltwalze i bewirkt.
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Ist die volle Drehung der Welle 12 beendet, so wird die Kupplung 5
selbsttätig wieder eingerückt, da die Rolle des Kuppelhebels 14 in die Vertiefung
der Nockenscheibe 13 einläuft. Beim Verstellen des Fahrschalters in die Bremslage
und beim Einschalten des Schnellschaltmotors g wird der Antrieb 6 selbsttätig albgeschaltet.
Er läuft dann .in eine der Teilung des Malteserkreuzgetriebes entsprechende volle
Schaltlage. Die antriebsseitige Hälfte der Kupplung 5 befindet sich demnach in einer
solchen Schaltlage, @daß Idas Schließen der Kupplung anstandslos erfolgen kann,
wenn -die Noclenscheibe 13 die Bewegung vollendet hat. Der Antrieb befindet sich
nunmehr in derjenigen Lage, von der aus ein schrittweises Steuern in die Bremsstellungen
oder gegebenenfalls auch in die Fahrstellungen erfolgen kann. Wird hierbei in die
Bremsstellungen geschaltet, so kann nach Beendigung des Bremsvorganges die Schaltwalze
i ebenfalls durch den Hilfsantrieb g in die Nullstellung gebracht werden, wenn die
Schnellverstellung erwünscht ist. Hierbei wird das Ventil 24 des Hilfsmotors g im
Sinne der Druckmittelzufuhr angesteuert, und das Kolbenpaar wird dadurch in .die
in A.bb. i gezeichnete Anfangsstellung gebracht. - Diese Verstellung,der Schaltwalze
i wird ;durch die Nockenscheibe 16 und den Hebel 18 vorgenommen, wobei, wie vorher
erläutert, die Massenkräfte durch die Scheibe 17 und den Hebel ig abgefangen werden.
Wird,
wie an Hand des Ausführungsbeispiels erläutert, ein Druckmittelmotor für die Schnellschaltung
verwendet, so kann dieser mit negativ wirkenden Steuerventilen versehen sein, die
bei unerregten Ventilmagneten geöffnet sind. Die beiden Kolben stehen dann ständig
unter Druck, und die Bewegung wird dadurch erzielt, daß die Luft aus einer Zylinderhälfte
herausgelassen wird. Diese Ausführung hat unter anderem den Vorteil des rascheren
Ansprechens und des genaueren Anhaltens.