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Vielstufenfahrschalter für elektrische Fahrzeuge-Die Entwicklung der
Fahrschalter für elektrische Fahrzeuge vom grobstufigen zum vielstufigen und zuletzt
zum feinstufigen oder gar zum stufenlosen Fahrschalter hat, unter Voraussetzung
ungefähr gleicher Bauhöhe der Fahrschalter, eine Reihe von Schwierigkeiten hauptsächlich
schalttechnischer Art mit sich gebracht.
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Die an den Grobstufenfahrschaltern mit gutem Erfolg verwendeten Nockenschalter
mit magnetischer Funkenlöschung haben Mängel, die sie für Vielstufenfahrschalter
nicht besonders geeignet erscheinen lassen. So ist es beispielsweise mit den gebräuchlichen
Nockenschaltern nicht möglich, Widerstandsschaltungen auszuführen, die bei hoher
Stufenzahl eine verhältnismäßig niedrige Zahl von Schaltelementen erfordern. Verschiedene
derartige Schaltungen machen es hierbei notwendig, innerhalb von mehreren, z. B.
vier Stufen, also im Bereich eines kleinen Drehwinkels der Nockenwalze, einen Schalter
zu öffnen, zu schließen und dann wieder zu öffnen. Außerdem muß noch in der Übergangsstellung
eine Überdeckung mit einem anderen Schalter vorhanden sein.
Die
Verwendung von Nockenschaltern mit Einschaltnocken bringt zwar einige Vorteile mit
sich, ohne jedoch die durch den Abbrand an den Kontakten entstehenden Schwierigkeiten
zu beseitigen, da der einzelne Nockenschalter bei nicht abgebrannten Kontakten an
einem anderen Punkt der Nockenwalze als bei abgebrannten Kontakten schließt bzw.
öffnet.
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Um diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, sind Fahrschalter
vorgeschlagen worden, die eine Verwendung von Nockenschaltern für die Schaltung
der Widerstände vermeiden und die mit Hilfe geeigneter Einrichtungen, z. B. eines
Kollektors, an dem für die jeweilige Grobstufe wiederholt verwendbaren Widerstandsanzapfungen
liegen, an die Stelle der Vielstufigkeit eine Feinstufigkeit bzw. eine Stufenlosigkeit
treten lassen. Um dies zu erreichen, nahm man sogar den Nachteil in Kauf, daß die
ganze oder doch ein Teil der bei der Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeuges entstehenden
Wärme im Fahrschalter selbst erzeugt wird. Dies ist z. B. bei den sogenannten Posaunomanordnungen
der Fall, bei denen der Schaltkontakt an den Kontakten der einzelnen Widerstände,
z. B. unter Verwendung einer Schlitten- oder Walzensteuerung, bewegt wird, so daß
ein zellenschalterähnlicher Aufbau entsteht. Diese Entwicklung erscheint unverständlich,
wenn man berücksichtigt, daß die Vielstufigkeit den Erfordernissen der Praxis weitgehendst
entspricht. Eine solche Entwicklung wird erst begreiflich, wenn man sich vergegenwärtigt,
daß die Feinstufigkeit bzw. Stufenlosigkeit hauptsächlich deswegen gewählt wurde,
weil es bis jetzt nicht möglich war, die an den Vielstufenfahrschaltern aufgetretenen
Schwierigkeiten restlos zu beherrschen.
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Die eingangs geschilderte Entwicklung hatte aber weiter zur Folge,
daß mit den an die Fahrschalter gestellten steigenden Anforderungen bezüglich der
Stufenzahl, der Herbeiführung früher nicht erforderlicher Schaltvorgänge u. dgl.
die eingebauten Einzelschalter innerhalb einer Schaltperiode wiederholt, und zwar
mit Hilfe von Kunstschaltungen verwendet werden mußten. Dieser Umstand und die nach
wie vor vorhandene Notwendigkeit, die Einzelstufen, infolge der Beschaffenheit der
N ockenschalter, - durch kräftige Rasten kenntlich zu machen, hatten weiterhin zurFolge,
daß die Bedienung der Fahrschalter im Laufe der Entwicklung einen steigenden Kraftaufwand
an der Fahrkurbel erforderlich machte. Man hat hierfür durch Verlängerung des Hebelarmes
der Fahrkurbel, durch Anwendung von Handrädern, also Zweihandbedienung, oder durch
Anwendung von Schalthilfsvorrichtungen,Kraftspeichern u. dgl. mit Hand-, Preßluft-
oder elektrischer Betätigung Ausgleiche zu schaffen versucht. Das Übel konnte jedoch
durch diese Mittel nur verschleiert werden.
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Die Erfindung beseitigt die durch die Verwendung von Nockenschaltern
entstehenden Mängel, ohne auf das Wesen und die Vorteile der Vielstufenschaltung
und zugleich die Vorteile der Feinstufenregelung (lichtbogenfreie Schaltung) zu
verzichten. Sie gestattet, die bisher erwünschte Verringerung der Bauhöhe des Fahrschalters
zu erzielen, und macht es außerdem möglich, gegebenenfalls sämtliche zurWiderstandsschaltung
notwendigen Widerstandselemente an einer besonderen Stelle im Wagen zu vereinigen.
Dadurch wird für zwei Fahrschalter nur ein Satz `'Widerstandsschalter benötigt,
und die zahlreichen sowie viel Baustoff erfordernden Leitungen kommen in Fortfall
bzw. «erden durch Steuerleitungen mit kleinem Ouerschnitt ersetzt.
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Die Erfindung gestattet ferner die Ausführung eines Fahrschalters
ohne Rastung der Schaltstufen, wobei der Fahrschalter bei verkleinerter Fahrkurbel
einen verringerten Kraftaufwand ohne Zuhilfenahme einer Schalthilfsvorrichtung erfordert.
Der vom Fahrer auszuführende Arbeitshub wird dadurch verkleinert und unerwünschter
Verbrauch körperlicher Kraft eingeschränkt. Dies ist besonders bei fußbetätigten
Schaltern für Oberleitungsomnibusse wichtig.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dieselbe, abgesehen
von der Möglichkeit einer Trennung der Widerstandsschalter vom eigentlichen Fahrschalter,
es gestattet, unter Beibehaltung aller -Merkmale des Vielstufenschalters mit weniger
Schaltelementen auszukommen, als es bei den mit Nockenschaltern ausgerüsteten Vielstufenschaltern
der Fall ist.
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,Nach der Erfindung sind parallel zu den Widerstandsstufen des aus
einer Anzahl von hintereinandergeschalteten Widerstandsstufen gebildeten Widerstandes
Kohledruckwiderstände zum Schalten der Widerstandsstufen im Fahr- und/bzw. im Bremsstromkreis,
also zwischen der Geschwindigkeit \7u11 und der der Dauerstufe entsprechenden Geschwindigkeit
vorgesehen.
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Die Verwendung von Kohledruckwiderstandselementen ist zwar bei elektrischen
Antrieben an sich bekannt; jedoch handelt es sich hierbei, im Gegensatz zur Erfindung,
um Nutzbarmachung der Kohledruckwiderstände nicht für die Schalt-, sondern für die
Regelzwecke. So ist es z. B. bekannt, Kohledruckwiderstände für die Feldschwächung
elektrischer Antriebe zum Zweck der Geschwindigkeitsregelung zu verwenden. Ferner
ist es bekannt, Kohledruckwiderstände zur Beeinflussung der Bremskraft von Schienenbremsen
bei Fahrzeugen mit
Hilfe eines auf den Schienen gleitenden Reibkörpers
zu benutzen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Aufbau, insbesondere
die Zahl der Kohlewiderstandsteile in einer Kohledrucksäule so groß gewählt werden,
daß die Widerstandsab- und -zuschaltüng abbrandfrei erfolgt.
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Es ist besonders .vorteilhaft, die Kohledrucksäulen in Nebenschlußkreisen,
z. B. in den Stromkreisen, parallel zu jeder Widerstandsstufe vorzusehen. In einem
solchen Nebenschlußstromkreis können vorteilhaft zusätzliche Kontakte vorgesehen
werden, derart, daß beim Schalten der verbleibende Restwiderstand der jeweils letzten
Stufe durch die genannten Kontakte kurzgeschlossen wird, so daß die Kohledruckelemente
in eingeschaltetem Zustand stromlos sind. Wird parallel zu dem Kurzschlußkontakt
ein Widerstand geschaltet, so kann hierbei die Bildung eines Lichtbogens überhaupt
vermieden werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele- bei ausgeschalteten
Kohledrucksäulen, d. h. in der Nullage, dargestellt.
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Gemäß Fig. i sind parallel zu jeder Widerstandsstufe 1, 2 ... des
Grobstufenwiderstandes z. B. zwei Kohledruckwiderstände i i und 12 geschaltet, die
parallel zueinander liegen und die im wesentlichen die Aufgabe haben, die Nockenschalter
zu ersetzen. Die Widerstandssäulen i i und 12 bestehen aus Kohlescheiben, wobei
die Widerstandssäule 12. eine konzentrisch vorgesehene metallene Stange aufnimmt,
die von den Kohledruckelementen isoliert ist. Zur Betätigung der Kohledrucksäulen
können mechanische oder elektrische Organe, z. B. Schaltmagnete 5, verwendet werden.
Diese mechanischen oder elektrischen Betätigungsorgane können vorteilhaft so ausgeführt,
insbesondere bemessen sein, daß die Schaltung der Kohledrucksäulen schlagartig erfolgt.
Da die Kohledrucksäulen schlagartig eingeschaltet werden, so erzeugen dieselben
eine geringe Wärme. Die Kohledrucksäulen können somit klein bemessen sein. Durch
einen entsprechenden Aufbau, insbesondere eine genügend große Scheibenzahl, kann
ein abbrandfreies Widerstandsab- und -zuschalten der Kohledruckscheiben erzielt
werden.
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Der Magnetanker ist mit einem um den Zapfen 16 drehbaren Schalthebel
6 gelenkig verbunden, der beim Erregen der Spule des Schaltmagnets zunächst die
Kohledrucksäule i i und dann die Kohledrucksäule 12 zusammendrückt und hierbei die
jeweilige Feder 14 bzw. 15 spannt.
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Der beim Einschalten in der jeweiligen Widerstandsstufe verbleibende
Widerstand kann durch zusätzliche Kontakte .4, die z. B. aus Silber oder Silberlegierungen
bestehen können, kurzgeschlossen werden. Um die Bildung eines Lichtbogens jeweils
zu vermeiden, kann parallel zu den Kurzschlußkontakten 4., von denen der bewegliche
Kontakt an der durch die Widerstandssäule 15 hindurchgehenden Stange befestigt sein
kann, ein z. B. aus Kohle bestehender Widerstand 7 geschaltet werden. Durch die
Kurzschlußkontakte 4 werden die Kohledruckelemente 11, 12 im eingeschalteten Zustand
stromlos gemacht.
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Der Betätigungsspule des Schaltmagnets 5 können Hilfskontakte 17 zur
Bildung einer an sich bekannten Sparschaltung zugeordnet werden. Außerdem können
die Betätigungsorgane, in diesem Fall die Betätigungsschalthebel 6,
für die
Kohledrucksäulen 11, 12 in einer der Endschaltstellungen elektrisch oder mechanisch
verriegelt werden.
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Bekommt die Spule des Schaltmagnets 5 einen Stromimpuls, so trifft
zuerst der mit dem Anker des Schaltmagnets mechanisch verbundene Kontakthebel 6
auf den Kontakt 8 der Kohledrucksäule i i, wodurch diese Kohledrucksäule von z.
B. io Ohm auf i Ohm gebracht wird. Es liegt also jetzt i Ohm parallel zu der Hauptwiderstandsstufe,
die z. B. i Ohm Widerstand betragen kann. Alsdann berührt der Kontakthebel 6 den
Kontakt 9 und schaltet die zweite Kohledrucksäule 12 von z. B. i Ohm parallel zu
den beiden vorgenannten Widerständen. Es liegt also jetzt i Ohm parallel zu i Ohm,
parallel zu i Ohm, so daß der Gesamtwiderstand in der Widerstandsstufe nunmehr
0,33 Ohm beträgt. Im gleichen. Augenblick wird der Widerstand der Kohledrucksäule
12 von i Ohm auf den Wert von z. B. o,1 Ohm vermindert, so daß der nunmehr erreichte
Widerstandswert (i Ohm parallel zu i Ohm, parallel zu o,1 Ohm) annähernd o,o8 Ohm
beträgt. Dieser Widerstand wird durch die Überbrückungskontakte q. kurzgeschlossen.
Beim Offnen dieses Kontaktpaares kann kein Funke entstehen, da parallel zu den Kontakten
.4 ein entsprechend bemessener Widerstand 7 geschaltet ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Kontakte 26, 28, 27,
29 und der bewegliche Kurzschlußkontakt 4 zusammen mit dem Magnetkern des Schaltmagnets
5 mittels einer Isolierstange 23, also ohne Zwischenschaltung eines besonderen Schalthebels,
zu einer Baueinheit vereinigt. Hierdurch werden bewegliche Massen verringert. Jedem
beweglichen Kontakt, d. h. dem Kontakt 26, dem Kontakt 27 und dem beweglichen Kurzschlußkontakt,
ist eine Feder 34. bzw. 35 bzw. 36 zugeordnet, wobei diese Federn zwischen den Teilen
der Isolierstange 23 vorgesehen sind. Jede dieser Federn hat das Bestreben, den
beweglichen
Kontakt von dem zugeordneten feststehenden Kontakt abzuheben.
Diese Rückzugsfedern halten somit die beiden Kontakte 26, a7 und den beweglichen
Kurzschlußkontakt in der Ausschaltstellung.
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Erhält die Spule des Schaltmagnets 5 einen Stromimpuls, so bringt
die durch die beiden Kohledrucksäulen 21, 22 geführte Zugstange 23 zuerst den Kontakt
26 mit dem Gegenkontakt 2S in Berührung. Dadurch wird die Kohledrueksäule 2i eingeschaltet
und somit von ihrem Widerstandswert, der z. B. io Ohm beträgt, auf einen niedrigeren
Widerstandswert, z. B. auf i Ohm gebracht. Alsdann wird beim gleichzeitigen Spannen
der Feder 35 der Kontakt 27 mit dem Gegenkontakt 29 in Berührung und hierbei die
Widerstandssäule 22 von z. B. i Ohm auf o, i Ohm gebracht. Nunmehr liegen parallel
zu der Hauptwiderstandsstufe von z. B. i Ohm die erste Säule = i Ohm und die zweite
Säule = o,i Ohm, so daß ein Ohmwert von rund o,oS Ohm entsteht. Schließlich werden
die Überbrückungskontakte _1 geschlossen. Der parallel zu den Überbrückungskontakten
d.geschaltete Widerstand; sorgt ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. i dafür,
daß beim Öffnen der Kontakte .1 kein Funke entsteht.
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Die die Widerstandsab- und -zuschaltung herbeiführenden Kohledrucksäulen
können räumlich getrennt vom Fahrschalter angeordnet sein. Bei einer entsprechenden
Bemessung der Kohledruckelemente können dieselben nicht nur, wie dargestellt und
beschrieben, als Widerstandsschalter, sondern auch als Leistungs- bzw. Gruppierungsschalter
verwendet werden.
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Die beschriebenen und dargestellten Kohledrucksäulen können für eine
Anordnung angewandt werden, bei der die Widerstandsteile des Stufenwiderstandes
mit Anzapfungen versehen sind, die untereinander zu einer durch die Zahl der Pole
bestimmten Anzahl von Gruppen zusammengefaßt werden können, indem die Pole an den
Anzapfungen der zugehörigen Gruppe durch Zuschaltung von Schaltelementen entlang
geschaltet «-erden, und bei der mindestens ein Teil der Schaltelemente nach dem
erfolgten Zuschalten abgeschaltet und alsdann wiederholt zur Herstellung neuer Gruppen
bzw. Widerstandsstufen zugeschaltet wird.