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Steuerung, insbesondere Vielfachsteuerung, für elektrische Triebfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Steuerung, insbesondere Vielfachsteuerung, für elektrische
Triebfahrzeuge, von denen jedes einen stufenweise zu bewegenden Fahrschalter (Hauptkontroller)
enthält, der durch einen pneumatischen, ventilgesteuerten Mehrzylindermotor in Abhängigkeit
von der von Stufe zu Stufe wechselnden Betätigung bzw. Steuerung seiner Ventile
mit Hilfe einer einen Geber und einen oder mehrere Empfänger aufweisenden Betätigungs-
bzw. Steuervorrichtung, deren Geber und Empfänger durch ihr Zusammenwirken die Ventile
in einer der jeweiligen Fahrschalterstufe entsprechenden Folge betätigen bzw. steuern,
wahlweise entweder im Sinne eines Auf- oder Abwärtsschaltens verstellt oder in einer
erreichten Stellung festgehalten wird.
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Bei den meisten bisher bekannten Steuerungen elektrischer Triebfahrzeuge
mit selbsttätiger Vielfachsteuerung werden die Fahr- und Bremsstufen durch elektromotorische,
elektromagnetische, pneumatische oder hydraulisch angetriebene Fahrschalter oder
Hauptkontroller eingestellt. Die Wirkung des Hauptkontroller-Antriebes ist hierbei
von der Verstellung eines Steuerkontrollers abhängig, d. h. davon, welche Befehle
durch einen solchen mit »Gebern« und »Empfängern« versehenen Steuerkontroller an
den Antrieb weitergegeben werden.
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Als Geber dienen dabei Kontaktbeläge oder Steuernocken des Steuerkontrollers;
die Empfänger sind meist Schleif- oder Nockenkontakte, die bei Verwendung eines
pneumatischen Mehrzylindermotors als Antriebsorgan des Hauptkontrollers die Ventile
des pneumatischen 'Motors steuern.
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Der :Nachteil der bekannten Steuerungen liegt darin, daß die Steuer-
und die Hauptkontroller mit einer Verriegelungsvorrichtung versehen werden müssen,
die im Betrieb eine öftere Prüfung und Wartung erfordert. Die Steuerkontroller sind
außerdem verwickelt im Aufbau und beanspruchen viel Platz, was ihre Unterbringung
am Führerstand des Triebfahrzeuges erschwert.
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Bei der hier beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Steuerung,
bei der ein pneumatischer Mehrzylindermotor verwendet wird, der den Hauptkontroller
nicht nur in die jeweils gewünschte Stellung einstellt, sondern auch in der erreichten
Stellung ohne Benutzung zusätzlicher Verriegelungs- oder Klinkenvorrichtungen festhält,
kann der Steuerkontroller durch einfache Schalter ersetzt werden, so daß die öftere
Prüfung und Wartung des Steuerkontrollers entfällt. Die Schalter nehmen am Führerstand
nur sehr geringen Raum ein, und die ganze Steuerung ist einfach. Ihre Ausführung
ist neu.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß eines der beiden
als Geber und Empfänger wirkenden Elemente der Betätigungsvorrichtung, von denen
das eine entweder mit dem Fahrschalter verbunden oder ein Teil von ihm ist und dessen
stufenweise Bewegung mitmacht, während das andere orstfest angeordnet bzw. gelagert
ist, durch eine oder mehrere Federn in seiner Nullage gehalten und aus dieser elektromagnetisch
oder pneumatisch um den einer Fahrschalterstufe entsprechenden Weg wahlweise in
die Lage für den Vor- oder Rückwärtsgang des pneumatischen Motors verschwenkt wird.
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In der Zeichnung ist eine Steuerung nach der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Im Sinne der Erfindung wird der Hauptkontroller 1 mit Hilfe eines
Ritzels 5 und eines Zahnrades 6 durch den vierzylindrigen pneumatischen Motor 2
angetrieben, der durch zwei doppeltwirkende elektromagnetische Ventile (von denen
nur die Erregerspulen 3 und 4 dargestellt sind) gesteuert wird.
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Die doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventile mit den Erregerspulen
3 und 4 können durch vier einfachwirkende Ventile ersetzt werden, von denen zwei
bei Stromeinschaltung und zwei bei Stromausschaltung wirken, d. h., zwei Ventile
sind Arbeitsstromventile und zwei Ventile sind Ruhestromventile. Gegebenenfalls
können auch alle vier Ventile entweder bei Stromeinschaltung oder bei Stromunterbrechung
wirken.
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Die elektromagnetisch betätigten Ventile mit den Erregerspulen 3 und
4 können auch durch Ventile ersetzt werden, die mechanisch durch Nocken betätigt
werden,
die ihrerseits entweder auf der Welle des pneumatischen Motors 2 oder auf der Welle
des Hauptkontrollers 1 angeordnet sind.
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Der Hauptkontroller 1 trägt einen Kontaktbelag 7, der in von Stufe
zu Stufe wechselnder Weise die Kontaktfinger A und C mit dem Kontaktfinger
B verbindet.
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Außerdem hat der Hauptkontroller 1 zwei Reihen weiterer Kontaktbeläge.8
und 9, die untereinander und mit dem Kontaktbelag 7 dauernd leitend verbunden sind,
so daß in den einzelnen Stellungen 0 bis XII des Hauptkontrollers 1 die Kontaktfinger
D und E abwechselnd mit dem Kontaktfinger B verbunden sind. Die Kontaktbeläge 7
bis 9 und die Kontaktfinger A bis E können in an sich bekannter Weise auch durch
Steuernocken oder Nockenschalter ersetzt werden.
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Die Kontaktfinger A, B und C sind auf einem gemeinsamen Träger 10
befestigt, der durch Federn 11 und 12 in der in der Zeichnung dargestellten Nullage
gehalten wird. Sie können durch Elektromagnete 13 bzw. 14 mit den Ankern 15 bzw.
16 zur Steuerung des pneumatischen Motors 2 und damit des Hauptkontrollers 1 im
Sinne einer Ein- oder Ausschaltung der Anlaufstutzen aus ihrer Nullage in der einen
oder anderen Richtung verschwenkt werden.
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Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn entweder der Kontaktbelag 7
aus seiner Nullage entsprechend herausgedreht wird oder wenn die 'Nocken als Betätigungsorgane
der Nockenschalter, die ihrerseits die Erregerspulen 3 und 4 der Ventile einschalten,
entsprechend geschwenkt werden. Die Schwenkung der Kontaktfinger A, B und C kann
nicht nur elektromagnetisch erfolgen, sondern auch pneumatisch mit Hilfe eines pneumatischen
Antriebes und zweier elektromagnetischer Ventile.
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Die Kontaktfinger D und E sitzen auf einem nicht näher bezeichneten
festen Träger am Hauptkontroller 1, und ihre Lage ändert sich nicht. Auf diesem
festen Träger könnte auch der Kontaktfinger B sitzen.
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Bei Verwendung mechanisch betätigter Ventile wird die Drehrichtung
des pneumatischen Motors 2 dadurch geändert, daß die Nocken aus der Nullage in der
einen oder anderen Richtung herausgeschwenkt werden, und zwar durch eine Verdrehung
gegenüber der Welle des Hauptkontrollers 1. Wenn die Nocken auf der Welle des pneumatischen
Motors 2 gelagert sind, so werden sie aus ihrer Nullage nach jeder Seite um 90°
verschwenkt, da einer Drehung der Welle des vierzylindrischen pneumatischen Motors
um 90° eine Bewegung des Hauptkontrollers 1 um eine Schaltstufe entspricht. Befinden
sich die Nocken dagegen auf einer anderen mit dem Hauptkontroller 1 gekuppelten
Welle, so ändert sich dieser Schwenkwinkel entsprechend der Übersetzung zwischen
beiden Wellen. In die Nullage kehren die Nocken durch die Kraft einer Feder zurück.
Die Form der Nocken muß der gewünschten Wirkung der Ventile entsprechen. Statt der
Nocken könnten auch die mechanisch betätigten Ventile selbst aus ihrer Nullage verschwenkt
werden, und zwar entweder elektromagnetisch oder pneumatisch.
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Weitere Bestandteile der Steuerung bilden die Druckknopfschalter 17
und 18, der Schalter 19, das Steuerrelais 20 und die Mehrfachkupplungen 21 und 22
für die Vielfachsteuerung.
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Die Druckknopfschalter 17 und 18 können auch zu einem Umschalter zusammengefaßt
sein. Gegebenenfalls können sogar alle drei Schalter 17, 18 und 19 zu einem einzigen
Mehrfachschalter zusammengefaßt werden.
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Der Hauptkontroller 1 ist außer mit den dargestellten Steuerstrom-Kontaktfingern
A bis E und den Kontaktbelägen 7 bis 9 auch mit Signalisierkontakten und mit Leistungsschaltern
zur Herstellung der Hauptstromkreise und zur Ausschaltung der Anfahrwiderstände
versehen, die nicht Gegenstand der Erfindung und daher auch nicht dargestellt sind.
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Durch Niederdrücken des Druckknopfschalters 18 erhält der Elektromagnet
14 Strom, und zwar vom +-Pol der nicht dargestellten Batterie über den Kontaktfinger
B, den Kontaktbelag 7, den Kontaktbelag 8 und den Kontaktfinger D des Hauptkontrollers
1, die Kontakte K und L des Schalters 19, die Kontakte H und I des Druckknopfschalters
18 und die Kontakte P und \' des Steuerrelais 20. Der Anker 16 zieht daher an, wodurch
der Träger 10 mit den Kontaktfingern A, B und C aus der Nullage um eine Schaltstufenteilung
des Hauptkontrollers 1 gegenüber dem Kontaktbelag 7 nach rechts in die Lage VP für
den Vorwärtsgang des pneumatischen Motors 2 verschwenkt wird. Dadurch schaltet der
Kontaktfinger C des Hauptkontrollers 1 mit Voreilung um eine Teilung die Erregerspule
3 des einen doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventils ein, wobei der Strom von
dem +-Pol der nicht dargestellten Batterie über den Kontaktfinger B, den Kontaktbelag
7, den Kontaktfinger C, eine der durchgehenden Steuerleitungen zwischen den Mehrfachkupplungen
21 und 22 zur Erregerspule 3 und von dieser zum --Pol der Batterie fließt. Die Öffnung
des durch die Erregerspule 3 gesteuerten Ventils bewirkt, daß der pneumatische Motor
2 den Hauptkontroller in die Stellung I dreht. Damit wird durch den Kontaktfinger
A die Erregerspule 4 des zweiten doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventils eingeschaltet,
und zwar über folgenden Stromweg: +-Pol der nicht dargestellten Batterie, Kontaktfinger
B, Kontaktbelag 7, Kontaktfinger A, unterste Steuerleitung zwischen den Mehrfachkupplungen
21 und 22, Erregerspule 4, --Pol der Batterie. Die Erregung der Erregerspule 3 des
ersten doppeltwirkenden Ventils bleibt zunächst noch bestehen. Auf diese Weise wird
dem pneumatischen Motor 2 der Befehl zum Weiterdrehen des Hauptkontrollers 1 in
die Stellung II erteilt. Der um eine Teilung voreilende Kontaktfinger C schaltet
bei dieser Bewegung des Hauptkontrollers 1 die Erregerspule 3 ab. Die Drehung des
pneumatischen Motors 2 hört jedoch nicht auf, denn bei der Steuerungsanordnung nach
der Zeichnung wird dem pneumatischen Motor 2 der Befehl zur Drehung auch durch Ausschaltung
der Erregerspulen 3 und 4 der doppeltwirkenden elektromagnetisch wirkenden Ventile
erteilt, da das von der Erregerspule 3 gesteuerte Ventil nunmehr die Versorgung
eines weiteren Zylinders des pneumatischen Motors 2 mit Druckluft bewirkt.
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Der pneumatische Motor 2 dreht sich daher so lange, bis der Hauptkontroller
1 in seine letzte Stellung XII gelangt ist.
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Hinter der letzten Stellung XII des Hauptkontrollers 1 befindet sich
eine freie Stellung oder Endlage Z2, in der die Erregerspulen 3 und 4 der doppeltwirkenden
elektromagnetischen Ventile keinen neuen Befehl erhalten, denn die sie steuernden
Kontaktvorrichtungen (Kontaktfinger A, B und C und Kontaktbelag 7) sind in
der gleichen `'eise miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt wie in der letzten
Stellung des Hauptkontrollers 1. Der pneumatische Motor 2 und auch der Hauptkontroller
1 kommen also in der letzten Stellung XII zum Stillstand.
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Wenn der pneumatische Motor 2 durch mechanisch betätigte Ventile gesteuert
wird, so wird in den Endlagen Z1 und Z2 des Hauptkontrollers 1 durch eine geeignete
Kontaktvorrichtung derjenige Elektromagnet
oder dasjenige elektromagnetische
Ventil ausgeschaltet, durch den bzw. das eine Verschwenkung der die Ventile des
pneumatischen Motors steuernden Nocken aus der Nullage erzielt wurde.
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Wird der Druckknopfschalter 18 während der Verdrehung des Hauptkontrollers
1 so weit losgelassen, daß durch Trennung seiner Kontakte H und
I der Strom im Elektromagnet 14 unterbrochen wird, so bringt die Feder 12
den Träger 10 mit den Kontaktfingern A, B und C in seine Nullage zurück.
Die Verschwenkung der Kontaktfinger A, B und C wird dadurch rückgängig gemacht,
und der pneumatische Motor 2 sowie auch der Hauptkontroller 1 kommen zum Stillstand.
Ähnlich wirkt die Steuerung auch beim Niederdrücken des Druckknopfschalters 17,
jedoch mit dem Unterschied, daß nun der Elektromagnet 13 den Träger 10 mit den Kontaktfingern
A, B und C in die Lage VZ für den Rückwärtsgang des pneumatischen Motors
2 verschwenkt.
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In der 'Nullstellung 0 des Hauptkontrollers 1 wird der pneumatische
Motor 2 in gleicher Weise stillgesetzt wie in der letzten Stellung YII; denn jenseits
der Nullstellung 0 ist abermals eine freie Endlage Z 1 vorgesehen, in der sich die
Schaltung der Kontaktvorrichtung, bestehend aus den Kontaktfingern A, B
und
C und dem Kontaktbelag 7, gegenüber der Nullstellung des Hauptkontrollers 1 nicht
ändert.
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Wenn der Handgriff des Schalters 19 so verschwenkt wird, daß lediglich
seine Kontakte L und K miteinander verbunden sind, und wenn hierbei der Druckknopfschalter
18 niedergedrückt wird, so wird der Elektromagnet 14 eingeschaltet, und zwar über
folgenden Stromkreis: +-Pol der nicht dargestellten Batterie, Kontaktfinger B, Kontaktbelag
7, Kontaktbeläge 8, Kontaktfinger D, Kontakt K des Schalters 19, Kontakt
L des Schalters 19, Kontakte H und I des Druckknopfschalters
18, zweite Steuerleitung von oben zwischen den Mehrfachkupplungen 21 und 22, Kontakte
P und N des Steuerrelais 20, Elektromagnet 14 und --Pol der Batterie. Der
Träger 10 wird dadurch gegenüber dem Kontaktbelag 7 in die Stellung I des Hauptkontrollers
1 v erschwenkt, und der auf den Kontaktbelag 7 auflaufende Kontaktfinger C schließt
folgenden Stromkreis: +-Pol der Batterie, Kontaktfinger B, Kontaktbelag 7, Kontaktfinger
C, dritte Steuerleitung von oben zwischen den Mehrfachkupplungen 21 und 22, Erregerspule
3 des doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventils, --Pol der Batterie; durch die
Betätigung dieses Ventils wird der pneumatische Motor 2 so gedreht, daß er den Hauptkontroller
1 in die Stellung I einstellt. Dann wird durch das Ablaufen des Kontaktfingers D
von dem ersten Belag der Kontaktbeläge 8 der Strom im Elektromagnet 14 wieder unterbrochen,
die Feder 12 bringt den Träger 10 mit den Kontaktfingern A, B und C in die
Nullage zurück, und der Hauptkontroller bleibt stehen.
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Soll der Hauptkontroller nun um eine weitere Stufe weitergeschaltet
werden, so wird der Schalter 19 in eine Stellung gebracht, in der er nur die Kontakte
L und M miteinander verbindet, und der Druckknopfschalter 18 wird erneut betätigt,
wobei dann der inzwischen auf den ersten Belag der Kontaktbeläge 9 aufgelaufene
Kontaktfinger E erneut den Stromkreis für den Elektromagnet 14 schließt, dieser
den Träger 10 wieder um eine Fahrschalterstufe vorschwenkt und nunmehr die Erregerspule
4 des zweiten doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventils Strom erhält, um über
den pneumatischen Motor 2 den Hauptkontroller 1 in die Stellung Il zu drehen. Durch
die beschriebene wechselweise Betätigung des Schalters 19 kann der Hauptkontroller
also zuverlässig und ohne besondere Aufmerksamkeit des Führers stufenweise verstellt
werden. Der pneumatische Motor 2 dreht sich hierbei entweder vor- oder rückwärts,
je nachdem, welcher der Druckknopfschalter 18 oder 17 betätigt wird.
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Der Schalter 19, die Kontaktfinger D und -E und die Kontaktbeläge
8 und 9 des Hauptkontrollers 1 können auch fortgelassen werden, wenn der Steuerstrom
von dem -4--Pol der Batterie unmittelbar den Druckknopfschaltern 17 und 18 zugeführt
wird. Die stufenweise Steuerung des Hauptkontrollers 1 wird sodann nur durch kurzzeitige
Betätigung der Druckknopfschalter 17 oder 18 vorgenommen.
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In die Stromzuführung zum Elektromagnet 14 sind die Kontakte N und
P des Steuerrelais 20 eingeschaltet, und zwar liegen diese zwischen der zweiten
Steuerleitung von oben zwischen den beiden Mehrfachkupplungen 21 und 22 und der
einen Klemme des Elektromagnets 14, dessen andere Klemme ständig mit dem --Pol der
Batterie verbunden ist. Die Arbeitswicklung des Steuerrelais 20 wird in an sich
bekannter Weise mittelbar oder unmittelbar vom Fahrmotorenstrom gespeist. Bei unzulässig
hoher Stromaufnahme der Fahrmotoren spricht das Steuerrelais 20 an, und die Kontakte
N und P werden voneinander getrennt. Dann ist der Strom im Elektromagnet 14 unterbrochen,
und der Träger 10 mit den Kontaktfingern A, B und C geht wieder in seine Nullage
zurück. Der Hauptkontroller 1 bleibt daher auf der jeweils erreichten Stufe stehen
und dies so lange, bis der Fahrstrom unter den Ansprechwert des Steuerrelais 20
sinkt und die Kontakte N und P des Steuerrelais 20 wieder miteinander verbunden
werden. Durch die Wirkung des Steuerrelais 20 arbeitet die Steuerung also selbsttätig
fahrstromabhängig.
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Die Kontaktvorrichtung, bestehend aus den Kontaktfingern
A, B und C und dem Kontaktbelag 7 des Hauptkontrollers 1, schaltet die Erregerspule
3 und 4 der elektromagnetischen Ventile des pneumatischen Motors 2 ein und aus,
und dies nicht nur bei Einzelfahrt eines Triebfahrzeuges, sondern auch bei der Vielfachsteuerung
mehrerer über die Mehrfachkupplungen 21, 22 miteinander gekuppelter Triebfahrzeuge
von einem Führerstand aus. Trotzdem sind die Erregerspulen 3 und 4 der doppeltwirkenden
elektromagnetischen Ventile nur einpolig an die nicht näher bezeichneten Steuerleitungen
zwischen den Mehrfachkupplungen 21 und 22 angeschlossen, so daß bei der Vielfachsteuerung
die Erregerspulen 3 und 4 der doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventile des ganzen
Zuges zueinander parallel geschaltet sind.
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Die beschriebene Schaltung gewährleistet einen synchronen Gang der
pneumatischen Motoren 2 und der Hauptkontroller 1 aller Triebfahrzeuge des Zuges,
denn in den Stellungen 0, IV, VIII und XII der Hauptkontroller 1 sind alle doppeltwirkenden
elektromagnetischen Ventile stromlos. Andererseits erhalten in den Stellungen II,
VI und X die Erregerspulen 3 und 4 aller doppeltwirkenden elektromagnetischen Ventile
der pneumatischen Motoren 2 gleichzeitig Strom.