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Stufenschalter-Vielfachsteuerung für nichtautomatischen, halbautomatischen
und vollautomatischen Betrieb von elektrischen Triebfahrzeugen. Bei elektrischen
Triebfahrzeugen, die ihr Zuggewicht unter annähernd gleichbleibenden Bedingungen
zu fördern haben, ist es von wirtschaftlichem Vorteil, die Steuerung für selbsttätigen
Anfahrvorgang einzurichten, einmal uni während desselben keine unnütze Zeit zu verlieren
und anderseits um den Energieverbrauch auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Diese Gesichtspunkte
spielen bei Stadtbahnbetrieb, wo es hauptsächlich auf das Anfahren ankommt, eine
große Rolle. Bei Lokomotiv-und Motorwagenbetriel> für Überlandbahnen hingegen müssen
diese Gesichtspunkte zugunsten einer größeren Anpassungsfähigkeit .dieser Triebfahrzeuge
an die stets wechselnden Betriebsbedingungen zurücktreten. Eine automatische Steuerung
führt hier im allgemeinen nur zu einer unnötigen Verwicklung in der Steuerung, ohne
von größerem Nutzen zu sein.
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Während nun aber bei der ersteren Triebfahrzeuggattung ein nicht selbsttätiges
Anfahren in außergewöhnlichen Fällen zur Notwendigkeit wird (Rangieren, ungewöhnliches
Zuggewicht usw.), kann es bei der zweiten Gattung unter Umständen von Nutzen sein,
die nichtautomatische Steuerung auch für automatischen Betrieb einzurichten.
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Die Entscheidung für eine gemischte Steuerung wird natürlich erleichtert,
wenn dieselbe nicht wesentliche Verwicklungen mit sich bringt und die Betriebssicherheit
daher nicht beeinträchtigt.
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Die Steuereinrichtung nach vorliegender Erfindung sucht diesen Gesichtspunkten
zu entsprechen.
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In den Abb. i bis 3 ist,das Schema und das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles
des Erfindungsgegenstandes für ein Gleichstromfahrzeug dargestellt, dessen beide
Motoren bzw. Motorgruppen in der üblichen Serie-Parallelschaltung betrieben «erden.
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In Abb. i bedeutet T ein Hauptschalter (Schütz) ; i bis 8 deuten die
Stufenkontakte eines funkenlosen Stufenschalters an; S, P, G
die mit den Widerstandskontakten
i bis 8 mechanisch auf dem gleichen Stufenschalter vereinigten Gruppicrungskontakte
für die funkenlose t'mschaltung der :Motoren M, und l1,: und AIR bzw. SR
Schutz- bzw. Steuerrelais, R ist der Anfahrwiderstand.
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Abb. 2 veranschaulicht in üblicher Darstellung die Schaltstellungen
der einzelnen Kontakte des Stufenschalters auf den verschiedenen Stufen. Diese Kontakte
schalten, wie erwähnt, funk enlos, d. h., daß immer der Hauptschalter 7` den Strom
unterbricht und niemals die Stufenschalterkontakte.
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Abb. 3 ist das Steuerstromschetna, auf Grund dessen die Schalterstellungen
gemäß Abb. 2 erzielt werden.
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FS bedeutet den Fahrschalter mit den Kontaktbelägen C, bis C"; und
rlen Fingern f,bis f,.,, Slf,' die mit der Stufenschalterwelle direkt gekuppelte
Steuerwalze mit den Kontaktbelägen C; bis C3o und den Fingern f, bis f, SM ist der
Steuermotor, U der Umschaltapparat zu letzterem mit den Betätigungsspulen
V und R und den Kontakten v und -r, ILR das Bremsrelais zum Steuermotor Slvl und
SR das Steuerrelais mit Hauptstromspule und zwei weiteren Betätigungsspulen. AS
deutet eine Sperrscheibe auf der Stufenschalterwelle an, in v,-elche die vom Bremsrelais
bewegte Sperrklinke einfällt. A ist die Betätigungsspule des Hauptschalters T und
C3, dessen Haltekontakt; C3. und C33 sind Verriegelungskontakte auf demselben: :4R
ist das Auslöserelais zum Hauptschalter, llR ein Schutzrelais. Für das automatische
Anfahren vollzieht
sich der Steuervorgang nun folgendermaßen: Die
Fahrschalterkurbel kann entweder auf Stellung S oder auf P eingestellt werden. Im
ersteren Falle läuft der Stufenschalter bis auf seine Stellung S nach. Der Stromverlauf
im Steuerstromteil ist hierbei folgender: f Cl, C.:=, f2 (Fahrschalter) - Steuerleitung
:2 -f2, Clo, Co, (s> h, C34 (-).Der Stufenschalter bewegt sich also nach Maßgabe
des Steuerrelais SR bzw, dessen Hauptstronispule über die Stufen o, I bis VI hinweg,
um auf Stellung VII angehalten zu werden. Die Steuerkontakte des Steuerrelais «-erden
,dabei auf den Widerstandsstellungen I bis VI jedesmal geöffnet bzw. wiederum kurzgeschlossen
und der Steuermotoranker vermittels des Bremsrelais kurzgeschlossen, wenn der 1lotorstronlstoß
eine genügende Größe erreicht, bzw. dessen Kurzschluß geöffnet, wenn. der Motorstroin
auf einen gewissen Wert gesunken ist. Das Kurzschließen des Servornotorankers bewirkt
ein sofortiges Stillsetzen des Motors uitd damit auch des Stufenschalters, sei es
bei verstärktem Steuermotorfeld wie in den Stellungen I bis IV oder nur bei Reinanenzfeldwirkung
auf Stellung VII. Auf letzterer Stellung ist nämlich Fingere vom KontaktClo abgelaufen
und das Steuerinotorfeld infolgedessen stromlos. Nach Erreichen der ersten Stellung
des Stufenschalters wird der Hauptschalter überFinger12, KontaktC, Finger io, Auslösekontakt
des Atislc.serelais, Ausschaltspule A des Hauptschalters T und Verriegelungskontakt
C"" des Schutzrelais eingeschaltet. Einmal eingeschaltet, wird der Stufenschalter
mittels des Kontaktes C31 in eingeschalteter Stellung gehalten, so daß die Fint;er
io und 1 2 wieder ablaufen können.
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Wird der Fahrschalterhebel von Stellung S auf P gebracht, so wird
dessen Finger spannungslos. Kontakt C3 und Finger 3 erhalten Spannung, und es ergibt
sich der sonst .',eiche Steuerstromverlauf über die Vorwärtsspule des Ausschaltapparates
U wie in den vorgängigen Serienstufen. Da der Stufenschalter ganz ohne Funkenlöschung
gedacht ist, so muß vor dem Motorgruppierungswechsel der Hauptschalter T herausfallen
und nach demselben wieder einfallen. Dies wird dadurch bewirkt, daß kurz nach Verlassen
der Stellung VII der Stufenschalter mittels der Finger 9 und 13 das Auslöserelais
des Hauptschalters betätigt. Letzterer fällt also heraus und ermöglicht durch seinen
Kontakt C33 und Finger i i der Steuerwalze SW eine Weiterspeisung der Vorwärtsspule
des Umschaltapparates U, trotzdem Finger 7 vorn Kontakt C8 abgelaufen ist.
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Auf Stellung VIII angelangt, schaltet die Steuerwalze .SiI' den Hauptschalter
mittels Finger io wieder ein, -da inzwischen Finger 9 vom Kontakt C" abgelaufen
ist, und Finger 7 läuft auf Kontakt C; auf. Der Übergang von Stufe VIII über Stufen
IX, X, XI auf XII geschieht wiederum mittels des Steuerrelais SR in gleicher Weise
wie auf den Seriestufen. Auf Stellung VIII angelagt, läuft Finger 3 -des Stufenschalters
von Kontakt C9 ab, und der Steuermotor wird wiederum im remanenten Feld abgebremst.
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Der Fahrschalter kann natürlich anstatt zunächst auf Stellung S auch
unmittelbar von o auf P gestellt werden, worauf der Stufenschalter stufenweise ummittelbar
bis in Stellung P nachläuft, in der Gangart, die vom Steuerrelais vorgeschrieben
wird.
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Soll nun anstatt automatisch nichtautomatisch angefahren werden, so
wird mit der Fahrschalterkurbel nicht unmittelbar von o auf S gefahren, sondern
zunächst auf I, worauf der Stufenschalter nur bis auf Stellung I nachläuft und dort
stehen bleibt. Das Stehenbleiben wird bewirkt durch die Erregung der oberen Steuerstromspule
des Steuerrelais SR über Kontakt C." C4 und Finger -., bzw. Finger .I, Kontakt Cl;,
und Finger 14 des Fahrschalters bzw. Stetterw.alze des Stufenschalters. Da aber
gleichzeitig über Kontakt Co und Finger 6 des Fahrschalters die untere Steuerstromspule
des Steuerrelais erregt und die Hauptstromspule wirkungslos gemacht wird, wird der
Steuerrelaiskontakt unterbrochen und der Steuermotor samt Stufenschalter mittelsdesBreinsrelais
abgebremst. Zugleich wird der Hauptschalter, wie bereits beschrieben, eingeschaltet.
Wird die Fahrschalterkurbel um eine Stellung weiter auf II bewegt, so wird die obere
Steuerspule des Steuerrelais so lange stromlos, bis der Stufenschalter auf Stellung
II nachgelaufen ist und wird dann neuerdings erregt. Durch zweimaliges Zurück- und
wieder Vorwärtsbewegen der Fahrschalterkurb.el werden dann nacheinander die Stufen
1I bis VI eingestellt unter Benutzung der Kontakte C", bis C.,
VII oder S wird mit Stellung S der Fahrschalterkurbel erzielt, wobei das Steuerrelais
über Finger 1a, Kontakt C18, C3, und Finger 14 betätigt wird.
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Hauptstromspule und obere Steuerstromspule unterstützen sich in dem
Augenblick, in dem die Stufe VII erreicht ist, :da die untere Steuerstrornspule
infolge Ablaufens von Finger 6 vom Kontakt Co des Fahrschalters stromlos geworden
ist. In ähnlicher Weise kann bis auf Stufe XII oder P des Stufenschalters hochreguliert
werden, indem die Fahrschalterkurbel über S hinaus auf Stellung VIII und IX, bzw.
X, XI auf XII oder P bewegt wird. Der Übergang von Serie auf Parallel vollzieht
sich wieder bei stromlosem Stufenschalter.
Wird der oben beschriebene
Vorgang bei offenem Schalter S durchgeführt, so kann eine halbautomatische Anfahrt
erzielt werden, derart, daß nicht schneller aufgeschaltet werden kann, als es die
Hauptstromspule :erlaubt. Es entspricht dies einer nach.oben begrenzten Beschleunigung,
während nach unten dieselbe beliebig erniedrigt werden kann. Eine Aufhebung der
Wirkung der Hauptstromspule des Steuerrelais findet nämlich durch die untere Steuerstromspule
nicht mehr statt, so daß für das Schließen und öffnen der Steuerkontakte obere Steuerstromspule
und Hauptstronispule miteinander allein in Wirkung treten.
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Die Rückwärtsregulierung ist durchaus eindeutig; es kann von P bis
auf S oder unmittelbar bis o zurückgeschaltet werden, wenn der F ahrschalterhebel
in die entsprechende Stellung gebracht wird. Wird derselbe von P aus nur um eine
oder zwei Stellungen zurückgedreht, so bewegt sich der Stufenschalter nicht rückwärts.
Bedingung hierfür ist mindestens das Erreichen einer Stellung S mit dem Fahrschalterhebel.
Über S hinaus bewegt sich der Stufenschalter aber in keinem Fall. Erst mit der o-Einstellung
des Fahrschalterhebels geht der Stufenschalter auf o zurück. Ein stufenweises Zurückstdlen
des Stufenschalters ist nicht möglich. Ist der Stufenschalter in der Stellung P,
und wird der Fahrschalter in die Stellung S gebracht, so ergibt sich folgen-.der
Steuerstromverlauf : Kontakte Cl, C2, Finger 2 des Fahrschalters - Leitung :2 und
Finger z, Kontakt C,I bis Cl." Finger 9 der Steuerwalze, Auslöserelais des Hauptschalters.
Der Hauptschalter fällt also heraus und ermöglicht damit die Erregung der Rückwärtsspule
des Steuerschalters U über den Kontakt C , , des Hauptschalters 7'.
Der Stufenschalter bewegt sich nun rückwärts bis auf Stellung S. Ist der Stufenschalter
auf S angelangt, so wird der Hauptschalter über Finger 12 und io wieder eingeschaltet.
Wird der Fahrschalter auf Stellung o zurückgestellt, so läuft der Stufenschalter,
nachdem der Hauptschalter wiederum herausgefallen ist, auf o zurück.
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Spricht ein Schutzrelais auf irgendeiner Stellung an, so wird zunächst
der Hauptschalter über Finger 9 ausgeschaltet und zugleich der Steuermotor auf Rückgang
gesteuert. Das Schutzrelais wird dann erst wieder auf Stellung o nies Stufenschalters
freigegeben. Ist die Ursache des Schutzrelaisansprechens nach Erreichen der Stellung
o des Stufenschalters verschwunden, so geht der Stufen-Schalter wiederum hoch bis
in die vom Fahrschalter vorgezeichnete Stellung. Das oder die Schutzrelais sind
noch mit Hilfskontakten C., versehen, :die einerseits ein Hochgehen des Stufenschalters
sowie das Einschalten des Hauptschalters nach Ansprechen der Schutzrelais verhindern.
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Die eben beschriebene Steuerung für ein Gleichstromfahrzeug mit .funkenlosem
Stufenschalter kann natürlich derart geändert werden, daß sie sich auch für Stufenschalter
mit Funkenlöschung eignet, sei es für Gleich- oder Wechselstromfahrzeuge, in welch
ersterem Falle dann der Übergang von Serie .auf Parallel unter Strom vorgenommen
werden kann. Insbesondere ist der stufenweise Rückgang des Stufenschalters unter
Strom, wie er bei Wechselstromfahrzeugen erwünscht ist, ,durch eine entsprechende
Änderung am .Kontaktbelag des Fahrschalters leicht zu erreichen.