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Selbsttätige Steuereinrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge
Es ist bereits bekannt, die Motoren von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie
ähnlichen Einrichtungen in Serienparallelschaltung zu betreiben und zum Anlassen
die erforderlichen Schaltvorgänge durch Hüpfer oder Schütze zu bewirken, die nach
Einleitung des Steuervorganges durch Abhängigkeitskontakte einander in der richtigen
Reihenfolge selbsttätig einschalten. Derartige Steuerungen sind deswegen verhältnismäßig
verwickelt, weil sie eine große Anzahl von gegenseitigen Verriegelungen erfordern.
Auch ist der Materialaufwand groß, weil für jedes einzelne Schütz ein besonderer
Magnetantrieb mit Erregerwicklung erforderlich ist. Für Fahrzeuge, insbesondere
Oberleitungsomnibusse, haben sich daher diese Steuerungen nur als wenig geeignet
erwiesen.
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Weiter ist bekannt, die Schaltwerke derartiger Fahrzeuge als sogenannte
Schrittschaltwerke auszubilden, wobei durch einen nach Art des Wagnerschen Hammers
arbeitenden Schaltmagneten die Schaltwalze angetrieben wird. Auch derartige Steuerungen,
so einfach sie auf den ersten Blick erscheinen, sind mit erheblichen Nachteilen
behaftet. Der Schaltmagnet muß bei jedem einzelnen Hub mit der Schaltwalze gekuppelt
und wieder entkuppelt werden. Infolgedessen werden Klinkenkupplungen oder andere
Kupplungseinrichtungen benötigt, die durch besondere Steuervorgänge ein- und ausgerückt
werden. Weitere Verwicklungen sind dadurch bedingt, daß Sperrvorrichtungen, Rastierungen
o. dgl. erforderlich sind; die nach Vollendung der Arbeitshübe das Schaltwerk und
die Schaltwalze in der jeweiligen Arbeitsstellung festhalten. Ungünstig ist auch,
daß ein kräftiger Schaltmagnet angewendet werden muß, der insbesondere, wenn eine
Spannungserhöhung eingetreten ist, schlagartige Kräfte auf das Schaltwerk ausübt.
Im Betriebe derartiger Schaltwerke hat sich gezeigt, daß sie verhältnismäßig empfindlich
sind und wegen der
Arbeitsweise des Klinkensclialtwerl:es in der
Regel eine beschränkte Lebensdauer aufweisen.
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Ferner sind Schaltwerksteuerungen finit einem Magnetantrieb bekanntgeworden,
bei (lein die das Anlassen der Motoren in Reihenparallelschaltung bewirkende Schaltwalze
durch einen einzigen Hubmagneten beispielsweise über einen Zahnstangenantrieb angetrieben
wird. Auch diese Steuerung ist wenig giinstig, weil der Schaltmagnet für eine sehr
große Arbeit und einen sehr großen Hub ausgebildet werden muß, was erhebliche Schwierigkeiten
bereitet. Ein anderer Nachteil dieser Steuerung besteht darin, (laß beim Anlassen
bis zur Serienstellung durch eine Sperrvorrichtung (Sperrmagneten o. dgl.) (las
Schaltwerk gegen die Kraft des Schaltmagneten in der Serienstellung festgehalten
werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaftere Steuereinrichtung
mit einem Magnetantrieb für elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu schaffen, bei der
die Nachteile der vorerwähnten bekannten Steuerung vermieden sind. Gemäß der Erfindung
zeichnet sich diese mit zwei zur Widerstandsre;;elung dienenden Walzen versehene
Steuerung dadurch aus, daß jeder dieser Walzen ein unabhängiger Magnetantrieb zugeordnet
ist. so daß die eine der Walzen zum Schalten der Widerstände bei Reihenschaltung
der Motoren, die andere zum Schalten der Widerstände bei Parallelschaltung der Motoren
dient. Bei dieser Steuerung ergibt sich der besondere Vorteil, daß sich einfache
und leichte Magnetantriebe ergeben, da die von den Teilmagneten aufzubringende Schaltarbeit
,gering ist. Vor allem hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil zur Folge,
daß es in einfacher Weise möglich ist, durch Bewegung nur einer Schaltwalze das
Fahrzeug bis zur Reihenschaltung der Motoren anzulassen.
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Besondere Vorteile ergeben sich bei der erfindungsgemäß ausgebildeten
Steuerung, wenn gemäß der weiteren Ausgestaltung die Magnetantriebe eine der Schaltstufenzahl
entsprechende Anzahl von Schaltmagneten aufweisen. In diesem Falle kann in einfacher
Weise eine Überwachung durch einen gewöhnlichen elektromagnetischen Stromwächter
erfolgen.
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Anlaßsteuerungen für Fahrzeuge mit Regeltransformatoren, bei denen
die Regelvorgänge durch zwei abwechselnd geschaltete Walzen erfolgen, sind bereits
bekannt. Bei einer derartigen Stufentransformatorsteuerung werden beispielsweise
durch die eine Walze die Stufen o, i, 3, 5, 7 und durch die andere Walze die Stufen
o, 2, 4., 6, 8 geschaltet. Diese bekannte Steuerung beruht auf ganz anderen Überlegungen
als die Erfindung, bei der es darauf ankommt, durch Verwendung verschiedener Walzen
bei den verschiedenen Motorgruppierungen einen vorteilhaften Betrieb bei mit Serienparallelschaltung
der :Motoren arbeitenden Steuerungen zu erreichen und gleichzeitig besonders einfache
und leichte -Magnet-
antriebe zu erhalten.
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Ferner sind auch Anordnungen für Drehgestellfa,lir7euge bekanntgeworden,
hei denen jedem der die Motoren aufweisenden Drehgestelle ein besonderes Schaltwerk
zugeordnet ist. L m die Stufenzahl zu erhöhen, werden diese Schaltwerke abwechselnd
geschaltet. Diese bekannte Anordnung ist somit allein durch die Verteilung der Steuereinrichtungen
und Motoren auf mehrere Drehgestelle bestimmt. Infolgedessen kann diese bekannte
Anordnung auch nicht mit dem Erfindungsgegenstand verglichen werden, .bei dem es
darauf ankommt, ein besonders einfache Schaltanordnung mit Magnetantrieb zu schaffen
und die Magnetantriebe mit besonders kleinen Abmessungen und kleinem Hub auszuführen.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden.
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Das in Fig. i dargestellte Schaltbild bezieht sich auf ein Fahrzeug
mit zwei Motoren, welche abwechselnd in Reihe und parallel geschaltet werden können.
In dem Schaltbilde bedeuten i eine Führersteuerwalze, die beispielsweise für Fußbetätigung
-eingerichtet sein kann. Die Walze weist fünf Dauerstellungen auf: die Nullstellung
o, und die Fahrstellungen I = Rangieren mit Reihenschaltung der Motoren und Vorschaltung
von Widerständen, II = Reihenschaltung ohne Vorschaltwiderstand, III = Parallelschaltung,
IV = Parallelschaltung mit Feldschwächung.
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2a und 2b bedeuten in dem Schaltbild die Anker der beiden Fahrzeugmotoren.
Zum Einschalten der Ankerstromkreise dienen die Hauptschütze 3a und 3b. 4a und 4b
sind zwei Gruppen von Vorschaltwiderständen, die bei Parallelschaltung und bei Reihenschaltung
dazu dienen, die den Motoren zugeführte Spannung zu regulieren und Fahrten mit geringer
Geschwindigkeit (Rangierfahrten) zit ermöglichen. 5 und 6 sind zwei Schütze, die
für die Umschaltung von Serien- auf Parallelbetrieb von Bedeutung sind. Zum Einschalten
der einzelnen Widerstandsstufen sowie gleichzeitig; zur Ermöglichung der Serienparallelschaltung
sind die beiden Schaltwalzen 7 und 8 vorgesehen, welche je mit einer Anzahl von
Hauptkontakten für die Ein- und Ausschaltung der Widerstände und die Umgruppierung
der Motoreis sowie Hilfskontakten für die Steuermagneten versehen sind. Die Betäti-gung
der Steuerwalzen 7 und 8 erfolgt durch
je vier Steuermagneten 9a
bis 9d und ioa bis iod. Dabei dient jeder einzelne dieser Magneten dazu, die zugeordnete
Steuerwalze in eine bestimmte Schaltstellung zu bringen. Die Magnete müssen. in
einer bestimmten Reihenfolge gesteuert werden, was mittels der Hilfssteuerkontakte
71v bis 7z bzw. 8'v bis 8z der beiden Walzen 7 und 8 erfolgt. Damit die zur Bewegung
der Schaltwalzen 7 und 8 dienenden Magnete die Schaltwalzen nur dann weiterbewegen
können, wenn der Strom unter einen bestimmten Wert gesunken ist, sind an den Magneten
außer den Schaltspulens nochGegenwicklungen g vorgesehen, die an einen in dein Motorstromkreis
liegenden Nebenschlußwiderstand i2 angeschlossen sind. Übersteigt der durch die
Motorenanker fließende Strom einen bestimmten Wert, so ist die Wirkung der Gegenspulen
g so groß, daß durch die Spulen s, auch wenn sie an Spannung liegen, ein Weiterschalten
der Schaltwalzen nicht möglich ist.
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Im Folgenden soll die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung im
einzelnen näher erläutert werden. Wird die Führersteuerwalze i in die Stellung I
gebracht, so werden über die Kontakte ja, je und ig der Walze i die Hauptschütze
3a, 3b sowie das Schütz 6 eingeschaltet. Dann ist folgender Stromkreis für die Motoren
geschlossen: ---Pol, Kontakte des Schützes 311, Anker 2a, Feldwicklung, Widerstände
4b, Kontakte des Schützes 6, Widerstände 4a, Feldwicklung des zweiten Motors, Anker
211, Nebenschlußwiderstand 12, Kontakte des Schützes 3b, --Pol. Die Anker erhalten
infolge ihrer Reihenschaltung sowie Vorschaltung sämtlicher Widerstandsstufen eine
kleine Spannung, so daß die Motoren, wie dies für Rangierfahrten erforderlich ist,
nur mit geringer Geschwindigkeit .laufen.
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Wird der Führersteuerschalter in die Stellung II bewegt, so wird über
den Kontakt b der Steuerwalze' i und die Verriegelungskontakte des Schützes 5 der
Schaltmagnet 9a eingeschaltet. Durch den Magneten 911 wird darauf die Schaltwalze
7 in Bewegung gesetzt, wodurch die Kontakte 7a, 7b überbrückt werden und die erste
Stufe des Widerstandes 4a knrzgeschlos"sen ist. Gleichzeitig wird über den Kontakt
7'v der Einschaltstromkreis für die Spule s des Magneten 9b geschlossen. Ein Weiterschalten
der Schaltwalze 7 ist jedoch nur dann möglich, wenn der Strom im Ankerkreis bereits
gesunken und die Gegenwirkung der Spule g klein genug geworden ist. Sobald die Schaltwalze
7 in die zweite Schaltstufe gebracht :st, wird durch die Kontakte 7c, 7d die zweite
Stufe des Widerstandes 4a kurzgeschlossen. In entsprechender Weise wird allmählich
die Schaltwalze 7 in die Endstellung gebracht, wobei sämtliche Stufen des Widerstandes
q" und der griil3ere 'feil cies Widerstandes 4b über die Kontakte 7e und
7f sowie 7i und 7k kurzgeschlossen werden. Nunmehr kann der über den Kontakt ie
des Führerschalters i vorbereitete Steuerstromkreis für das Schütz 5 über die Kontakte
71, 7"` geschlossen werden. Das Schütz 5 hält sich nach dem Ansprechen über Selbsthaltekontakte
fest. Durch das Schütz 5 werden darauf beide Vorschaltwiderstände 4",' 4.b direkt
kurzgeschlossen. Gleichzeitig werden durch Hilfskontakte an dem Schütz 5 die Erregerspulen
s der hia-gneten 9a bis 9d ausgeschaltet. Die Motoren arbeiten dann in gewöhnlicherReihenschaltung.
Die--Walze 7 kehrt in die Grundstellung zurück.
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Wird der Führerschalter in die- Stellung III bewegt, so wird selbsttätig
die Schaltung in eine Parallelschaltung umgewandelt. Die Hauptschütze 3a, 3b bleiben
dabei eingeschaltet, während das Schütz 6 über Kontakt je ausgeschaltet wird. Durch
den Kontakt id der F ührersteuerwalze i wird darauf die Steuerleitung für die Spulen
s der Steuermagneten ioa bis iod eingeschaltet. Zunächst kann jedoch lediglich der
Magnet ioa ansprechen. Die Schaltwalze 8 wird darauf in die erste Schaltstufe gebracht.
Dabei wird durch die Kontakte 89, 8f', 8a, 8b ein Teil des Widerstandes 4° zu dem'Anker?-"
und der zugehörigen Feldwicklung parallel gesth,altet. Ingleicher Weise wird durch
die Kontakte 8', 811 ein Teil des Widerstandes 4b zu dem Anker 2b und der zugehörigen
Motorfeldwicklung parallel geschaltet. Gleichzeitig wird der Magnet iob über den
Steuerkontakt 8'v der Schaltwalze 8 eingeschaltet. Ein Fortschalten der Walze 8
ist jedoch erst dann möglich, wenn der Strom. in dem Ankerstromkreis abgesunken
ist und die Gegenwirkung der Spule g des Magneten iob klein geworden .ist. Beim
Überschalten der Schaltwalze 8 in die zweite Stufe wird der Erregerstromkreis des
Schützes 5 unterbrochen, wodurch die direkte Reihenschaltung der Motoren aufgehoben
wird. In analoger Weise wird die Schaltwalze 8 weiter geschaltet, und auf der dritten
Stufe werden Über@dle Kontakte 8e und 8d bzw. 80 und 8p die in den Stromkreisen
der bereits parallel arbeitenden Motoren liegenden Widerstände teilweise kurzgeschlossen.
Auf der letzten Schaltstufe der Schaltstufe 8 werden schließlich sämtliche Vorschaltwiderstände
in den parallel geschalteten Motorstromkreisen kurzgeschlossen. Die beiden Motoren
liegen dann an der vollen Spannung und laufen mit voller Geschwindigkeit.
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Eine weitere Geschwindigkeitssteigerung ist noch dadurch möglich,
daß die Führerwalze i in die Stellung LV gebracht wird, worauf durch den Kontakt
if ein Schütz 13 eingeschaltet wird, welches Widerstände 14
zu den
beiden Feldwicklungen parallel schaltet. Hierdurch wird eine Feldschwächung bewirkt,
die eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit zur Folge hat.
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Wesentlich ist für die beschriebene Schaltung, daß ein Dauerbetrieb
nur in den genannten Grundstellungen möglich ist, die durch die Führersteuerwalze
eingestellt werden. Es ist bei dieser Anordnung möglich, lediglich die Hauptschütze
3a, 3b und die Schütze 5 und 6 mit einer Funkenlöscheinrichtung auszubilden, während
für die Schaltwalzen 7 und 8 Funkenlöschv orrichtungen nicht erforderlich sind.
Die Schaltwalzen können vorteilhafterweise als Nockenwalzen ausgebildet werden.
Stattdessen ist es aber auch möglich, die Walzen mit direkten stromführenden Belägen
zu versehen, welche mit daran anliegenden feststehenden Kontakten zusammenarbeiten.
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Eine weitere Abänderung der beschriebenen Schaltung ist in der Weise
möglich, daß nur einfache Steuermagneten mit einer Erregerwicklung vorgesehen werden
und daß das Vorwärtsschalten der Schaltwalzen durch Stromwächter oder Stromrelais
überwacht wird. Die Schaltung kann dann etwa entsprechend dem in Fig.2 wiedergegebenen
Schaltschema ausgeführt werden. Das Wesen der in Fig. 2 dargestellten Schaltung
besteht darin, daß die Stromkreise der Erregerwicklungen der einzelnen Magneten
9a bis gd zunächst über die Kontakte eines Stromrelais 15 geführt werden, dessen
Erregerwicklung von dem Ankerstrom der Motoren gespeist ist. Solange die Kontakte
dieses Relais nicht geschlossen sind, kann bei dieser Schaltung ein Einschalten
der Schaltmagneten nicht erfolgen.
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Wie in Fig. i angedeutet war, werden die Schaltwalzen von den Magneten
über Hebel angetrieben. In Fig. 3 ist genauer dargestellt, in welcher Weise der
Antrieb der Schaltwalze erfolgen kann. 2o bedeutet in dieser Figur die Welle der
Schaltwalze 7. An dieser Welle sitzt ein Kurbelarm 21, der durch eine Lasche 23
mit einem gelenkig damit verbundenen zweiarmigen Hebel 2.I verbunden ist. An den
beiden Hebelarmen des Hebels 24 sind wiederum zwei zweiarmige Hebel 25 und 26 gelenkig
befestigt. An den Hebelarmen dieser beiden Hebel 25 und 26 greifen die Anker der
vier Hubmagneten ga bis 9d an. Je nachdem ob ein, zwei, drei oder vier der Magneten
eingeschaltet sind, wird die Schaltwalze 7 in eine andere Stellung bewegt.
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Der Antrieb der Schaltwalzen durch die Magneten kann jedoch noch in
verschiedener Form abgeändert werden. Beispielsweise ist °s möglich, die Antriebswelle
der Scltaltwalze 7 über einseitig wirkende Getriebe von den einzelnen Schaltmagneten
anzutreiben. Dabei wird jeweils durch je einen Magneten die Schaltwalze tun eine
Schaltstufe vorwärts bewegt. Eine entsprechende Anordnung zeigen die Fig. 4. und
5. Fig. .4 zeigt in Ansicht, Fig.5 im Grundriß die Anordnung der Schaltwalze und
der Schaltmagneten.
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7 bedeutet wieder die Schaltwalze, 9a bis gd sind die Schaltmagneten.
Die Schaltmagneten steuern gelenkig angeordnete Schaltarme 30, welche mit Anschlägen
31 an den Nockenscheiben zusammenarbeiten. Wird einer der Magneten eingeschaltet,
so wird durch den zugehörigen Schaltarm die Walze um eine Schaltstufe bewegt. Bei
Anwendung von mehreren Magneten kann also eine entsprechende Bewegung der Schaltwalze
in mehrere verschiedene Schaltstufen erzielt werden. Die Nockenwalze dient aber
gleichzeitig dazu, direkt die Schalterkontakte, die bei 32 angedeutet sind, zu steuern.
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Vorteilhafterweise kann die beschriebene Schaltung in der Weise abgeändert
werden, daß an Stelle von zwei getrennten, in Reihenparallelschaltung betriebenen
Motoren ein Motor mit zwei Ankerwicklungen und zwei Kommutatoren Anwendung findet,
welche wiederum in Reihe und parallel geschaltet werden können.