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Anordnung zum Stellen und Uberwachen von elektromotorischen Antrieben
von Weichen, Signalen, Fahrsperren, Schranken und ähnlichen Einrichtungen ltn l:isenl@ahnsicherttnl;s@@esen
sind bisher bei kontaktfreien Drehstromantrieben zur unterschiedlichen Kennzeichnung
der beiden Betriebsendlagen Transformatoren angewandt worden, die mit ihren Sekundärwicklungen
auf Überwacher im Stellwerk einwirken. Je nach der Endlage wird hierbei zur Bildung
eines Plus- oder Minusüberwachungsstromkreises beim einen oder anderen der beiden
im Antrieb angeordneten Transformatoren die Sekundärwicklung mit der Primärwicklung
gekoppelt. In der Laufstellung sind bei beiden Transformatoren die Sekundärspulen
flußfrei. Die Transformatorenkerne enthalten deshalb mechanisch steuerbare Teile.
Für deren Bewegung ist eine Einrichtung vorgesehen, wie sie sonst für die Steuerung
von Kontakten in Antrieben Verwendung findet. Ungünstig ist jedoch bei diesem Verfahren
die hohe Kabeladerzahl, die zwischen dem Stellwerk und dem Antrieb notwendig ist.
Außerdem läßt die Schaltung in sicherheitlicher Hinsicht viel zu wünschen übrig.
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Man bemühte sich deshalb um eine Verbesserung ,des Verfahrens. An
Stelle der beiden Transformatoren im Antrieb wird ein Drehtransformator mit zwei
gegensinnigen Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung vorgesehen. DieWicklungen
sind auf einem dreipoligen Stator angeordnet, der einen zweipoligen Drehanker enthält.
In jeder der beiden Betriebsendlage.n- werden jeweils eine der beiden
Primärwicklungen
mit der Sekundärwicklung und zur Kennzeichnung der Laufstellung die beidien Primärwicklungen
magnetisch gekoppelt.
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Die in den Endlagen induzierten Sekundärströme unterscheiden sich
um i8d° in der Phasenlage und werden zur Steuerung eines Zweiphasenmotorrelais benutzt,
dessen Anker im stromlosen Zustand eine Mittellage einnimmt und aus dieser je nach
der Stellung dies Antriebes im Links- oder Rechtsdeehsinn zur Kennzeichnung der
Plus- oder Minuslage bewegt werden kann. Diesem Verfahren haften aber noch eine
Reihe von schwerwiegenden sicherheitstechnischen Mängeln an. Der im Weichenantrieb
angeordneteDrehtransformator hat zu hole elektrische Verluste, weil beide Primärwicklungen
dauernd angeschaltet sind und die für die Überwachung nicht wirksame Sekundärwicklung
mit einem Fluß verkettet ist, für den ein großer Luftwiderstand ;besteht. Die dadiurch
verursachte Verlustleistung ist wesentlich größer als die Leistung, welche zur Erregung
des Überwachers gebraucht wird. Außerdem ist aber die Anordnung eines Zweiphasenmotorrelais
als Plus-Minus-Überwacher in der Weichenschaltung grundsätzlich falsch, weil durch
Fremdspannungen von einer bestimmten Größe aufwärts innerhalb eines verhältnismäßig
großen Phasenwinkelbereichs Falschmeldungen möglich sind, bei welcher der Überwacher
die entgegengesetzte Lage des Antriebes anzeigt.
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Gemäß der Erfindung lassen sich diese Nachteile vermeiden, wenn im
Antrieb für die Überwachung ein Transformator angeordnet wird, der mit einer Primär-
und einer Sekundärwicklung und einem mechanisch steuerbaren Kern versehen ist, wobei
die beiden Wicklungen derart magnetisch gekoppelt sind!, daß für die beiden Endlagen
entgegengesetzte Polarität und für die Laufstellung eine magnetisch indifferente
Lage mit großem Luftspalt besteht, so daß die in den Endlagen induzierten Sekundärströme
eine Phasenwinkeldifferenz von 18o°- erhalten. In der Laufstellung wird die Sekundärwicklung
in eine magnetisch indifferente Lage gebracht und gleichzeitig für den mit der Primärwicklung
verketteten Wechselfluß ein großer Luftwidlerstand geschaffen, so daß der Skalarbetrag
des primären überwachungsstromes auf ein Vielfaches des in dien Endlagen wirkenden
ansteigt. Für die Überwachung wird hierbei im Stellwerk ein Zweiphasenmotorrelai-s
angewandt, dessen Anker eine Ordnungs- und eine Störungslage einnehmen kann und
mit seinen zwei Wicklungen so geschaltet ist, d'aß bei entgegengesetzten Endlagen
am Steuerschalter im Stellwerk und am Antrieb zum Festhalten dies Ankers in der
Störungslage neben einer mechanischen Haltekraft, die beispielsweise durch eine
Feder oder ein Gewicht ausgeübt wird, noch eine elektromotorische wirkt, die gleich
groß, aber entgegengesetzt gerichtet ist wie die .bei übereinstimmenden Endlagen
wirkende. Der Antriebsmotor wird hierbei zur Beschränkung der Zahl der Kabeladern
im Stellwerk durch Springschalt- oder Relaiskontakte abgeschaltet. Für den Antrieb
ist dabei ein; mecheni,sdh unbegrenzter Motorauslauf nach je.dler Umstellung vorgesehen,
um eine möglichst geringe Beanspruchung für die Kontakte bei der Abschaltung zu
haben.
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An Hand der Abb. i bis i i sei der Erfindungsgedanke beispielsweise
erläutert.
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In den Abb. i bis 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des im
Antrieb angeordneten Transformators in schematischer Darstellung gezeigt, und zwar
mit Abb. i die Grundstellung, mit Abb. 2 die Laufstellung und mit Abb. 3 die umgelegte
Stellung. Die Abb. i und 3 lassen den Unterschied der magnetischen Kopplung zwischen
der Primärspule 41 und der Sekundärspule 42 erkennen. Während in der Grundstellung
die KernergänzungsstÜcke 43, 44 die gegenüberliegenden Pole verbinden, sind in der
umgelegten Stellung durch die gekreuzten Kernergänzungsstücke 46, 47 die Polflächen
gewechselt; hierdurch ergibt sich für die in den Endlagen induzierten Sekundärströme
ein Phasenunterschied von i8o°.
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In der Laufstellung nach Abb. 2 ,ist dagegen die Sekundärwicklung
42 durch das Abschirmstück 45, welches vor den Polen der Primärwicklung 41 liegt,
flugfrei. Da der Luftspalt in der Laufstellung wesentlich größer als der Luftspalt
in den Endlagen nach Aibb. i und 3 ist, so ist auch die Skalardifferenz der Primärströme
entsprechend größer.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel für einen Überwachungstransformator
zeigt Abb.4. Das Teil 48 des Transformatorkernes, welches die Sekundärwicklung trägt,
ist mec'hanisc'h steuerbar und kann durch das Getriebe des Antriebes aus der dargestellten
Grundstellung um 9ö° in die Laufstellung und um weitere 9o°' in die umgelegte Stellung
gedreht werden. Hiermit ist auch für die Sekundärspannung in den Endlagen eine Phasenw
inkeldifferenz von i8oP' gegeben. In der Laufstellung ist nicht nur das steuerbare
Kernstück 48 in einer magnetisch indifferenten Lage, sondern gleichzeitig auch der
Luftwiderstand für den von der Primärwicklung hervorgerufenen magnetischen Fluß
wesentlich vergrößert. Es ist also die Sekundärspannung gleich Null und der absolute
Betrag des Primärstromes vergrößert.
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An Stelle des zweipoligen Überwachungstransformators kann auch eine
mehrpolige gradzahlige Ausführung angewandt werden, wobei sich kleinere Schaltwinkel
für die Steuerung ergeben.
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Abb.5 zeigt beispielsweise eine Weichenschaltung, die dem Erfindungsgedanken
entsprechend aufgebaut ist. Hierbei wurde ,des 'leichteren Verständnisses wegen
die herkömmliche Weichenschalterausführung mit den Hebelachskontakten i i bis 14
und den Springschaltkontakten 21 bis 24 zugrunde gelegt.
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Die Hebelachskontakte i i bis 14 übernehmen den für die Richtung des
Motorlaufes und: die Anschaltung des Weichenüberwachers erforderlichen Phasenwechsel,
die Springschaltkontakte 21 bis 24 schalten den Motor nach dem Erreichen der jeweils
erstrebten Endlage ab und steuern die Auffahrüberwachung. Als Weichenüberwacher
dient ein Zweiphasenmotorrelais mit einer Lokalphasenwicklung 51 und einer Überwachungsphasenwickiung
52,
die vom Überwachungstransformator 44 42 gesteuert wird. Der Weichenüberwacher steuert
wie üblich nicht nur die Überwachungskontakte für die sog. Kuppelstromabhängigkeiten,
sondern bringt auch die Springschaltkontakte 21 bis 24 nach dem Auslauf dies Weichenantriebes
in die Grundstellung zurück.
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Ferner bedeuten R, S, T die Speiseleiter und O den Nulleiter eines
Drehstromnetzes, i bis 5 die Kabeladern, 31, 32, 33 die Statorwicklungen eines Drehstromasynchronmotors
und 6 einen Auffahrmelder, z. B. eine Sicherung, ein Relais od. dgl.
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An Hand der in den Abb. 6 bis i i gezeigten Vektorbilder sei die Arbeitsweise
der Schaltung grundsätzlich erläutert. Auf- die durch Wicklungsinduktivitäten verursachte
Änderung der Phasenwinkel soll hierbei keine Rücksicht genommen werden. Außerdem
finden auch an sich zweckmäßig erscheinende Maßnahmen zur Verbesserung der Phasenwinkel
für die Drehmomentbildung am Überwacheranker keine Berücksichtigung. In den Abb.
6 bis i i bedeutet IL den Strom in der Lokalphasenwicklung 51, IS den sekundären
Überwachungsstrom, 1P den primären Überwachungsstrom.
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In der in Abb. 5 gezeigten Grundstellung am Weichenschalter und am
Weichenantrieb» st der primäre Überwachungsstrom über R - i i - i -41 - 5 - 6 -
T eingeschaltet, und am Weichenüberwacher sind beide Wicklungen 51, 52 erregt. Die
Lokalphasenwicklung 51 ist dauernd mit den Speiseleitern T, O verbunden, die Überwachungsphasenwicklung
52 im sekundären Überwachungsstromkreis 52 - 5 -,42 - 4 - 52 erregt. Die Phasenlage
der Ströme zur Bildung des Drehmoments für die Ordnungsstellung .dies Überwachungsankers
zeigt Abb. 6, der Lökalphasenstrom IL eilt dem sekundären Überwachungsstrom IS vor.
Der Überwachungstransformator 41, 42 im Weichenantrieb ist so angeschlossen, daß
der primäre und der sekundäre Überwachungsstrom IP und IS einander entgegengerichtet
sind. Der Auffahrmelder 6 reagiert bei Ordnungsstellung des Überwachers 51, 52 nicht
auf den primären Überwachungsstrom. Wird der Weichenschalter umgelegt, so öffnet
bei Beginn der Hebelbewegung der Springschaltkontakt 24 den primären Überwachungsstromkreis.
D-ie Überwachungsphasenwicklung 52 wird stromlos, und der Überwacheranker wechselt
selbsttätig durch ein Übergewicht oder eine Feder in die Störungslage, gleichzeitig
auf bekannte Weise den Weichenschalter für das vollständige Umlegen mit seiner Ankersperre
freigebend. Mit dem Umlegen des Weichenschalters haben die Achskontakte 11, 12 und
der Springschaltkontakt 24 geöffnet, die Achskontakte 13, 14 und die Springschaltkontakte
21, 22, 23 geschlossen. Hierdurch ist der Motorstellstrom
für die Umstellung der Weiche in die Minuslage eingeschaltet. Da jetzt der primäre
Überwachungsstrom vom Speiseleiter S zugeführt wird, so haben, wie .\1>l). 7 zeigt,
der primäre und der sekundäre Überwachungsstrom IP, IS um je 12o° entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
ihre Richtung gewechselt. Das bedeutet: Solange der Weichenantrieb und der Weichenschalter
entgegengesetzte Endlagen einnehmen, wird der Überwacheranker in der Störungslage
durch ein elektromotorisches Drehmoment gehalten, welches in der Größe dem'in der
Ordnungslage wirkenden gleich ist. Außerdem wirkt aber noch die mechanische Rückfallkraft
auf den Anker ein. Fremdspannungen können also in diesem Zustand nur dann eine Wirkung
haben, wenn sie bei einer bestimmten Phasenlage mindestens doppelt so groß wie die
Betriebsspannung sind. Mit dem Anlauf des Antriebes, wird am Überwachungstransformator
41, 42 die Sekundärwicklung flußfrei. Abb.8 läßt erkennen, daß dabei nicht nur der
sekundäre Überwachungsstrom Null wird, sondern gleichzeitig der Skalarbetrag dies
primären Überwachungsstromes auf ein Vielfaches des in der Ordnungslage wirkenden
ansteigt. Mit dem Erreichen der Minusstellung werden dlie beiden Wicklungen des
Transformators 41, 42 derart magnetisch gekoppelt, daß die Richtung des Flusses,
welcher die Sekundärwicklung 42 durchsetzt, umgekehrt wie in der Grundstellung ist.
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Der primäre und der sekundäre Überwachungsstrom sind jetzt gleichphasig
(Abb.9). Mit dem Wechsel des Überwachers in die Ordnungsstellung gehen die Springschaltkontakte
21 bis 24 wieder in die Grundstellung und schalten den Motor ab.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich hierbei für den Betrieb,
wenn eine Konstruktion für den Antrieb angewandt wird, bei welcher der Motor nach
dem Erreichen der Endlage mechanisch unbegrenzt auslaufen kann, weil d ahn die Springsc'haltkontakte
21, 22 nur durch die Leerlaufleistung und nicht mit Belastung beansprucht werden.
Der primäre Überwachungsstrom verläuft wie nach dem Hebelumlegen über S-14-i-41-5-24-6-o.
Im sekundären Überwachungsstromkreis hat sich im Vergleich zur Grundstellung außer
der Phasenlage des Stromes nichts geändert (Abb.9). Wird der Weichenschalter wieder
zurückgelegt, so kommt der primäre Überwachungsstrom wieder von Speiseleiter R,
so daß der Überwacher, solange der Weichenschalter und der Weichenantrieb entgegengesetzte
Endlagen haben, mit seinem Anker wieder elektromotorisch und mechanisch in der Störungslage
genalten wird (Abb. io). Durch den Anlauf wird (Abb. i i) der sekundäre Überwachungsstrom
gleich Null und der Skalarbetrag des primären wieder vergrößert. Wird dagegen die
Weiche aufgefahren, z. B. aus der Grundstellung nach Abb. 5 und 6, so wechselt der
Überwachungstransformator 41, 42 in die Laufstellung, während die Springschaltkontakte
in der Grundstellung sind. Jetzt spricht der Auffahrmelder 6 an und kann zur
Ab-
schaltung des primären Überwachungsstromes und damit auch zur direkten
Abschaltung des Weichenüberwachers 51, 52 benutzt werden.
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Die praktische Anwendung der Anordnung ist nicht nur auf Stellwerke
mit mechanischen Verschlußregistern
beschränkt. An Stelle handbetätigter
Schalter mit Hebelachs- und Springschaltkontakten lassen sich auch ohne Schwierigkeit
für Gleisbildstellwerke und selbsttätigen- Betrieb reine Relaisanordnungen vorsehen,
wobei die Kontakte nur elektromagnetisch oder elektromotorisch betätigt werden,
und zwar nicht nur für die Steuerung von Weichen, sondern auch für Signale, Fahrsperren
und Schranken. Für derartige Stellwerke ist es jedoch im Hinblick auf die Fahrstraßenabhängigkeiten
zweckmäßig, sogenannte Plus-Minus-Überwacher anzuwenden. Für die Anschaltung jedes
der beiden Relais sind außer einem Kontakt des in der Antriebsschaltung enthaltenen
Überwachers noch Kontakte des Relais für das Umstellen des Antriebes notwendig.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung bietet beachtliche sicherheitstechnische,
betriebliche und wirtschaftliche Vorteile, weil sich auffällig einfache Schaltungen
mit wenig Kontakten und Kabeladern ergeben, die höchsten Sicherheitsansprüchen genügen.
Die Antriebe mit induktiver Überwachung zeichnen sich durch eine geringe Störungsanfälligkeit
aus und ermöglichen es, Stellwerksanlagen mit kontaktfreien Außeneinrichtungen zu
bauen.