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Elektrische Schutzsteuerung mit Transformatorstufen, insbesondere
für Wechselstromfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine aus elektromagnetischen Schützen
bestehende Anlaßvorrichtung für Elektromotoren, die von der Sekundärwicklung eines
Transformators über Doppel- oder Mehrfachdrosselspulen gespeist werden. Die gegenseitige
Verriegelung der feindlichen Schütze, die zur Vermeidung von Transformatorkurzschlüssen
nötig ist, bereitet bei derartigen Steuerungen bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten.
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Werden zur Verriegelung elektrische Sperrkontakte benutzt, so sind
an jedem Schütz stets mehrere Paare von Hilfskontakten erforderlich. Die Unterbringung
dieser Hilfskontakte an den Schützen ist häufig sehr schwierig; auch sind die Schaltungen
meist umständlich und für das Fahrpersonal unübersichtlich, so daß etwaige Fehler,
zumal auf freier Strecke, nicht immer rasch genug erkannt und beseitigt werden können.
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Bei der Anwendung von mechanischen Verriegelungen der bekannten Bauart
ist nur eine unvollkommene Verriegelung innerhalb begrenzter Bereiche möglich, oder
es sind bei der Benutzung von durchgehenden mechanischen Sperrvorrichtungen mit
Ketten oder eine Reihe von miteinander gekuppelten Hebeln viele Gelenke erforderlich,
so daß erhebliche Reibungswiderstände und infolgedessen leicht Klemmungen entstehen.
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Erfindungsgemäß wird zur Verriegelung der Stufenschütze eine mit der
Welle des Führerschalters gekuppelte Kammwalze vorgesehen, deren einzelne Kurvenscheiben
die Einschaltung der Stufenschütze im allgemeinen verhindern, bei einer Bewegung
des Führerschalters aber diejenigen Stufenschütze freigeben, deren Spulen jeweils
gerade erregt werden. Die Kurvenscheiben sind zu diesem Zweck mit Aussparungen versehen,
die (im abgewickelten Zustande der Scheibe gedacht) ganz oder fast rechteckige Gestalt
besitzen, so daß beim etwaigen Hängenbleiben eines Schützes eine Weiterdrehung des
Führerschalters zwangsweise verhindert wird. Diese Aussparungen können jedoch auch
sich schräg erhebende oder abfallende Kanten besitzen, so daß ein etwa hängengebliebenes
Schütz durch die Weiterdrehung des Führerschalters und damit der Kammwalze zwangsläufig
abgerissen wird. Zweckmäßig ist es, den Führerschalter, der die Spulenstromkreise
steuert, beispielsweise durch die Anordnung- eines Übersetzungsgetriebes zwischen
der Handradwelle und der Führerwalze mit einer kleineren Winkelgeschwindigkeit anzutreiben
als die Kammwalze. Von der Handradwelle des Führerschalters wird ferner erfindungsgemäß
eine Hilfswalze mitbedient, deren Kontakte mit denen der Hauptwalze zeitweise in
Reihe geschaltet sind. Diese Hilfswalze besitzt eine Anzahl von Kontaktbelägen,
von denen abwechselnd je einer mit den Fingern in Eingriff kommt, wenn die Hauptwalze
die volle
Schaltstellung erreicht, und deren Finger bereits Eingriff
gewonnen haben. Andererseits werden die jeweils geschlossenen Stromkreise durch
die Hilfswalze unterbrochen, ehe die Hauptwalzenkontakte geöffnet werden. Die Anzahl
der Hilfswalzenkontaktbeläge wird entsprechend der Übersetzung zwischen der Hilfswalze
und der Hauptwalze gewählt. Hierdurch wird erreicht, daß die Schaltstrecke auf der
Hauptwalze bzw. die Zeitabstände. zwischen dem Abfallen eines abzuschaltenden Schützes
und dem Anziehen eines einzuschaltenden Schützes vergrößert wird. Zwischen der Führerschalterwelle
und der Kammwalze wird vorzugsweise ein begrenztes- federndes Spiel und eine in
Abhängigkeit davon bediente Kontaktvorrichtung vorgesehen. Bleibt eines der Schütze
hängen, so verschiebt sich, da die Kammwelle festgehalten wird, die gegenseitige
Lage der Führerschalterwelle gegenüber der Kammwalze beim Weiterdrehen der Fahrkurbel,
und die Kontaktvorrichtung unterbricht die Steuerstromzufuhr zu den Schützen. Diese
Kontaktvorrichtung kann auch auf ein Relais ein-,virken, welches ausgeschaltet und
in der Ausschaltlage verklinkt wird; das Relais kann nur in, einer Vorkontaktstellung
des Führerschalters wieder ausgelöst werden, so daß damit ein. Nullschaltungszivang
erzielt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die durch
das Handrad 17
bewegte Welle 24 des Führerschalters _ ist durch ein Übersetzungsgetriebe
18, i9 mit der Steuerstromwalze 2o und mittels des Kegelräderpaares 2 i mit der
Kammwalze 22 verbunden. Die Kammwalze 22 ist unterhalb der in einer Reihe angeordneten
Schütze i bis 8 angeordnet, so daß je eine Kurvenscheibe 9, io, i i usw. unterhalb
des ihr zugeordneten Schützes i, 2, 3 usw. liegt. Die übersetzungsverhältnisse sind
so gewählt, daß die Kammwalze 22 während des. ganzen Schaltvorganges für sämtliche
acht Schütze zwei Umdrehungen ausführt, so daß sie gegenüber der langsamer angetriebenen
Steuerwalze 2o größere Winkelwege zurücklegen muß. Durch diese Anordnung wird vor
allem der Durchmesser der Kammwalze erheblich vermindert, so daß zu ihrer Unterbringung
ein geringerer Raum ausreicht. Die Bewegung der Kammwalze erfordert im ordnungsmäßigen
Betrieb nur eine geringe Kraft, da nur die Lagerreibung zu überwinden ist, während
an den Kurvenscheiben keinerlei Reibungsmomente aufzutreten brauchen.
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Auf der Welle 24 des Führerschalters ist eine Kontaktvorrichtung 23
mit Stromschlußstücken 25 und Kontaktfingern a, b und t
befestigt,
die so eingestellt ist, daß eines der Stromschlußstücke 25 mit den Fingern jeweils
dann in Eingriff kommt, wenn die Schaltwalze 20 eine ihrer vollen Schaltstellungen
nahezu oder ganz erreicht hat, und daß eine Trennung dieser Kontakte wieder -stattfindet,
sowie die Schaltwalze 2o diese Schaltstellung verläßt oder verlassen hat. Die Schütze
können mit verlängertem Magnetkern ausgebildet werden, der eine Rolle oder einen
Sperrzahn besitzt, mit der bzw. mit dem er in eine Aussparung der ihm zugeordneten
Kurvenscheibe eingreift. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Abb.2 dargestellt. Die
dem Schütz zugeordnete Kurvenscheibe ist mit 3o bezeichnet; sie besitzt eine Vertiefung
31, in die die Rolle 32 beim Einschalten des Schützes einsinken kann. Die Rolle
32 und der Magnetanker 33 werden von einem gemeinsamen schwenkbaren Hebelsystem
getragen. Das Magneteisen ist mit 3q., die Kontakte sind mit 35 bezeichnet.
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Die Schaltvorgänge sollen zunächst an Hand der Abb. i erläutert werden.
In der Nullstellung nehmen die den zuerst einzuschaltenden Schützen entsprechenden
Kurvenscheiben eine solche Lage ein, daß die Schütze nicht ansprechen können, da
sich unterhalb ihrer verlängerten und mit Rollen versehenen Magnetkerne keine Aussparung
einer Kurvenscheibe befindet. Wird nun das Handrad i 7 im Sinne des Einschaltens
gedreht, so wird der Steuerstromschalter 2o in Richtung der Schaltstellung i bewegt.
Vor Erreichen dieser Stellung kommen die Kontaktfinger a und i mit dem oberen Belag
26 der Walze 2o in Eingriff. Wie aus der Abb. 3 ersichtlich ist, befinden sich dann
die drei Kontaktfinger a;, t und b der Hilfsschaltvorrichtung 23 noch
außer Eingriff, so daß zunächst noch kein Stromkreis geschlossen ist. Erst während
der Weiterbewegung in Richtung der Stellung i kommen letztere mit dem Belag 25 der
Hilfsschaltvorrichtung 23 in Eingriff. In diesem Zeitpunkt, also noch vor Erreichen
der Stellung i, wird folgender Stromkreis geschlossen: Von der Steuerstromzuleitung
t an der Hilfskontaktvorrichtung 23 über einen der Beläge 25, den Finger a, die
Steuerleitung, den Finger a und den Belag 26 der Walze 2o, den Finger i, die Steuerleitung
zu der Zugspule des Schützes i und durch diese Zugspule zur Erde. Bereits vor dem
Ineingriffkommen der Kontaktfinger a, t und b
mit dem Belag 25 der
Hilfsschaltvorrichtung 23 hat die Kammwelle sich um einen solchen Winkel bewegt,
daß das Schütz i mechanisch freigegeben ist und eingerückt werden kann. Wie ersichtlich,
ist die mit dem Schütz i zusammenarbeitende Kurvenscheibe 9 so ausgebildet, daß
ihre die Einschaltung des Schützes i zulassende Aussparung sich über die Schaltstellung
i und 2 und den dazwisehen
befindlichen Zwischenraum erstreckt.
L'ber die gleichen Schaltstellungen dehnt sich auch der mit dem Kontaktfinger i
der Walze 2o zusammenarbeitende Teil des Kontaktbelages 26 aus, so daß das Schütz
i innerhalb dieser beiden Stellungen eingeschaltet bleibt.
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In der vollen Schaltstellung i kommt auch der ummittelbar mit der
Steuerstromzuleitung in Verbindung stehende Finger t der Hauptwalze 2o in Eingriff
mit dem Belag 26. Hierauf wird der vorher beschriebene Einschaltstromkreis über
die Leitung a unterbrochen, da der Belag 25 der mit größerer Geschwindigkeit weiterbewegten
Hilfskontaktvorrichtung 23 von den Fingern a und; t abgeglitten ist.
Die weitere Speisung der Schützspule i wird nun unmittelbar von der Steuerstromquelle
über den Finger t der Walze 2o, den Belag 26, den Finger i usw. aufrechterhalten.
In der vollen Schaltstellung 2, in der die Finger t und i der Hauptwalze 2o noch
im Eingriff mit dem Belag 26 stehen, werden die Kontakte a und, t der Hilfskontaktvorrichtung
23 durch den nächsten Belag 25' verbunden. Hiernach gleitet der Belag 26 der Hauptwalze
von dem Finger t ab, was stromlos geschieht, da der Steuerstromkreis der Schützspule
i wieder durch die Kontakte der Hilfskontaktvorrichtung 23 aufrechterhalten wird.
Der Spulenkreis i wird nun beim Weiterbewegen der Walzen 2o und 23 unterbrochen,
und zwar durch die Hilfskontaktvorrichtung 23, sowie der zweite Kontaktbelag 25'
von den Fingern a und t abgleitet. Nach dem Abfallen des Schützes i kommt
auch der Finger i der Hauptwalze außer Eingriff mit dem Belag 26, was aber ebenfalls
im stromlosen Zustand geschieht.
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In der Schaltstellung 2 kommt der andere Belag 27 der Walze 2o in
Eingriff mit den Fingern b, t und 2, und es wird in der bereits in bezug auf das
Schütz i beschriebenen Weise das Schütz 2 eingeschaltet.
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Ist das Schütz i nach dem Stromloswerden des Belages 26 nicht abgefallen,
so wird eine Weiterdrehung des Führerschalters dadurch verhindert, daß durch entsprechende
Abschrägung der Auflaufkante der Kurvenscheibe das hängengebliebene Schütz zwangsläufig
abgerissen wird (Abb.2). Man kann aber die Anordnung auch so ausführen, daß die
Vertiefungen in der Kurvenscheibe senkrecht zur Welle verlaufende Auf- bzw. Ablaufkanten
besitzen. Dadurch wird erreicht, daß ein hängengebliebenes Schütz die Weiterdrehung
des Führerschalters. verhindert.
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Die Fortsetzung der bisher beschriebenen Schaltvorgänge sei an Hand
der Abb.3 beschrieben, in der die Beläge der Hauptwalze weiter auseinandergezogen
dargestellt sind, während die Beläge der Hilfskontaktvorrichtung a3 darüber in den
vollen Schaltstellungen abgebildet sind. Es sei angenommen, daß die Hauptwalze sich
in der Stellung 2 befindet, in welcher die Schütze i und 2 eingeschaltet sind. Der
Belag 25' der Walze 23 liegt auf den Fingern a, b und t auf; die Finger
a, t und i sowie b, t und 2 stehen miteinander über die Beläge 26
bzw. 27 der Hauptwalze in Verbindung. Die Steuerleitungen i und 2 werden von t unmittelbar
und außerdem über die Finger und Leitungen a und b gespeist. Wird nun die Handrad-welle
bewegt, so kommt zunächst der Finger t der Hauptwalze mit dem oberen Belag 26 außer
Eingriff. Dies geschieht stromlos, da die Steuerleitung i über die Leitung a und
die Finger a weitergespeist wird. Beim Weiterdrehen der Handradwelle kommt jetzt
der Belag 2 5' der Walze 23 außer Eingriff mit den Fingern a, b und
t. Der Stromkreis für das Schütz i wird daher an der Hilfsschaltv orrichtung
23 unterbrochen. Wird nun die Handradwelle noch weiterbewegt, so gleitet in der
Stellung 2a auch der Finger i von dem Belag 26 ab; auch dies geschieht stromlos,
da der Belag 26 mit keiner Stromzuleitung mehr in Verbindung steht und das Schütz
i bereits abgefallen ist. Während dieser ganzen Zeit blieb das Schütz 2 eingeschaltet,
da nach dem durch die Walze 23 (Belag 25') herbeigeführten Abschalten des Fingers
b von dem Finger t
die Steuerleitung 2 unmittelbar von dem unteren
Finger t und dem Belag z7 der Hauptwalze weitergespeist wurde. In der Stellung 2b
der Hauptwalze gelangt der Finger 3 in Eingriff mit dem Belag 26, der noch stromlos
ist. Kurz bevor die Hauptwalze die Stellung 3 erreicht, ehe also der obere Fingert
der Hauptwalze wieder auf den Belag 26 aufläuft, werden wieder die Finger a,
b und t von dem Belag 2 5" der Hilfswalze 23 überbrückt. Es wird daher
die Steuerleitung 3 über die Finger t und a der Hilfswalze 23, die
Steuerleitung a, den Finger a
der Hauptwalze, den Belag 26 und den
Finger 3 gespeist. Läuft nun in der vollen Schaltstellung 3 der obere Finger t der
Hauptwalze auf den Belag 26 auf, so geschieht dies stromlos, da die Steuerleitung
3 bereits über den Punkt a gespeist wird.
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Die Abb.3 zeigt deutlich, wie die Stellungen der Hauptwalze durch
die Wirkung der Hilfswalze auseinandergezogen worden sind. Während bei den bisher
benutzten Schaltanordnungen zwischen der Abschaltung der Steuerleitung i und der
Einschaltung der Steuerleitung 3 eine Strecke liegt, die der Entfernung zwischen
den Stellungen 2a und 2h entsprechen würde, liegt bei der Anordnung gemäß der Erfindung
in diesem Falle zwischen den bezeichneten Schaltungen eine
Strecke,
die fast der ganzen Entfernung zwischen den vollen Schaltstellungen 2 und 3 entspricht.
Die zwischen den genannten Schaltvorgängen liegende Zeit ist also um ein beträchtliches
Maß verlängert worden, so daß die Gefahr eines durch zu rasche Schaltfolge herbeigeführten
Transformatorkurzschlusses erheblich vermindert oder überhaupt beseitigt ist.
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Zwischen der Kammwalze 22 und der Welle 24 des Führerschalters kann,
wie bereits erwähnt wurde, eine (nicht mit abgebildete) Kupplung vorgesehen sein,
die ein gewisses federndes Spiel zwischen diesen beiden Teilen zuläßt, wenn die
Widerstände an der Kammwelle zu groß werden, beispielsweise wenn eines der Schütze
hängenbleibt und eine Weiterdrehung der Kammwelle verhindert. Es kann nun mittels
dieser Relativbewegung eine Kontaktvorrichtung bedient werden, die entweder mittelbar
oder unmittelbar die Steuerstromzufuhr zu den- Schätzspulen unterbricht und dadurch
eine Abschaltung der gesamten Steuerung bewirkt. Zweckmäßig ist es, diese Kontaktvorrichtung
auf ein Relais einwirken zu lassen, das in der dann eingenommenen Ausschaltlage
verklinkt wird und etwa mittels eines Vorkontaktes erst ausgelöst werden kann, nachdem
der Fahrschalter in die Anfangslage gebracht und von neuem eingeschaltet wird. -