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Elektropneumatisch gesteuertes Druckluftschaltwerk, insbesondere zur
Steuerung von Fahrzeugmotoren . Es sind selbsttätige Steuerungen von Elektromotoren
bekannt, insbesondere für Antriebsmotoren von Fahrzeugen, bei denen eine durch Druckluft
gesteuerte Kammwalze und ein Fortschaltrelais das Weiterschalten erst dann herbeiführen,
wenn der Motorstrom unter eine bestimmte Grenze gesunken ist. Bei solchen Steuerungen
wird die Welle der Kammwalze mittels einer Zahnstange durch zwei Druckkolben betätigt.
Bei unerregtem Ventil stehen beide Kolben unter Druck, so daß die von ihnen ausgeübten
Kräfte sich einander aufheben. Wird das eine oder das andere Ventil erregt, so entweicht
die Druckluft aus dem zugehörigen Zylinder, so daß sich das Schaltwerk im Sinne
einer Ein- oder Ausschaltbewegung dreht. Bei derartigen Anordnungen kann es nun
vorkommen, daß der Steuerstrom der erregten Ventilspule vorzeitig unterbrochen wird.
Dies tritt z. B. dann ein, wenn die Fahrschalterkurbel während der Schaltwerksbewegung
zurückgedreht wird oder wenn bei einem Einfahren in eine Steigung der Motorstrom
während der Schaltwerksbewegung so stark anwächst, daß die Starkstromspule des Fortschaltrelais
anzieht und den. Steuerstrom des erregten Ventils unterbricht. Eine solche vorzeitige
Unterbrechung dies Steuerstroms kann zur Folge haben, @daB das Schaltwerk zwischen
zwei Stellungen stehenbleibt. Der hierbei entstehende mangelhafte Kontakt an den
von der Kammwalze ,gesteuerten Nockenschützen ruft vielfach schädlich wirkende Lichtbogen
hervor.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Übelstand dadurch vermieden, daß jedes
der beiden Ventile in seiner Stellung mechanisch verriegelt wird, wenn das Schaltwerk
seine Bewegung begonnen hat, so daß die einmal eingeleitete Bewegung unbedingt bis
zur nächsten Schaltwerksstellung fortgesetzt wird. In diesen Stellungen- selbst
sind die Ventile freigegeben, so daß die Steuerungsbewegung in dem einen oder anderen
Sinne veranlaßt werden kann. An Hand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung
näher erläutert werden. In den Abbildungen ist der Einfachheit halber nur eines
der beiden Ventile gezeichnet; die Einwirkung auf das andere findet durch gleichartige
Mittel statt.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist in Abb. _r dargestellt.
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Die Spindel des elektromagnetisch betätigten Ventils i, das den Druckzylinder
2 entweder mit der Druckluftzuführung 3 oder mit Außenluft verbindet, kann in jeder
ihrer Stellungen dadurch gesperrt werden, daß sie zwischen einer festen Unterlage
q. und einem Stempel s eingeklemmt wird. Der Stempel s wird durch den einen Arm
eines Winkelhebels 7 gegen die Wirkung einer Fleder 6 an die Ventilspule angedrückt.
Der andere Arm des Winkelhebels liegt mit seinem Ende 8
auf der
Rastenscheibe g, die an der Schaltwerkswelle sitzt, auf, und zwar derart, daß in
den. Betriebsstellungen des Schaltwerks das Ende 8 in einer der Vertiefungen des
Scheibenumfangs ruht, so daß der Stempel 5 durch die Feder 6 abgedrückt werden kann
und das Ventil freigegeben ist. Sobald die Schaltwerksbewegung in dem einen oder
anderen Sinne begonnen hat, läuft das Ende 8 auf eine der Erhebungen des Scheibenumfangs
auf. Die hierdurch herbeigeführte Verdrehung des Hebels 7 bewirkt ein Andrücken
des Stempels 5 und somit ein Festhalten des Ventils bis zur nächsten Schaltwerksstellung,
unabhängig von der Steuerstromschaltung, die erst wieder in der nächsten Stellung
zur Wirkung kommen kann.
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Die Feder 6 kann auch in anderer Weise angeordnet sein, z. B. unmittelbar
am Winkelhebel angreifend.
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An Stelle der in Abb. i dargestellten unmittelbaren Einwirkung der
Schaltwerkswelle auf die Ventilsperrung ist es in manchen Fällen wünschenswert,
eine Übertragung mittels Druckluft anzuwenden. In Abb. 2 ist eine solche Anordnung
dargestellt. Der Winkelhebe1 7 wirkt auf ein Ventil i o ein., das über die Druckleitung
i i einen kleinen, nur zur Sperrung des Schaltwerksventils dienenden Zylinder i2
je nach der Stellung des Schaltwerks entweder mit der Druckluftzuführung oder mit
Außenluft verbindet. Durch Einwirkung der Druckluft wird das Ventil io in die obere
Stellung gedrückt und in dieser festgehalten. Diese Druckwirkung kann durch eine
Feder 13 verstärkt werden, die in der dargestellten Anordnung als Zugfeder ausgebildet
ist. In der oberen Stellung des Ventils i o, welche der Betriebsstellung des Schaltwerks
entspricht, ist der Zylinder 12 mit der Außenluft verbunden; sein Kolben wird durch
eine Feder 54 nach rechts verschoben und zieht den Stempel 5 von der Spindel des
Schaltwerksventils i ab, so daß dieses für die Steuerungsbetätigung freigegeben
ist. Der Zylinder 12 kann an Stelle eines Kolbens und einer Feder auch eine federnde
`Membran erhalten.
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Wenn das Schaltwerk in Bewegung ist, wird durch die Nocken der Rastenscheiben
das Ventil io nach unten gedrückt. Der Zylinder 12 erhält dann Druckluft und drückt
den Stempel s gegen die Spindel des Schaltwerksventils, so daß dieses gesperrt ist.
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Bei den in Abb. i und 2 dargestellten Anordnungen wird das Ventil
sowohl in der oberen als auch in der unteren Stellung durch den Stempel s gesperrt.
Eine Sperrung des Ventils i in der oberen Stellung mit Hilfe einer besonderen Sperrvorrichtung
ist jedoch nicht unbedingt erforderlich,- da das Ventil in dieser Stellung durch
die Druckluft selbst festgehalten wird. In der unteren Stellung jedoch, in die das
Ventil durch seine Spule, sofern diese erregt ist, gezogen wird, muß eine Sperrvorrichtung
vorhanden sein, um das Ventil während der Schaltwerksbewegung auch bei Unterbrechung
des Steuerstroms - gegen die Wirkung der Druckluft festzuhalten.
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In Abb. 3 ist eine solche Anordnung dargestellt, bei der die mechanisch
wirkende Sperrvorrichtung nur in der unteren Stellung wirksam ist. Auf der Spindel
des Ventils i ist ein Teller 14 fest angebracht. Statt des Stempels 5 der Abb. i
und 2 ist eine Gabel 15 vorhanden, die durch die Schaltwerksbewegung verstellt wird
und sich bei der unteren Ventilstellung über den Teller 14 legt, sobald das Schaltwerk
in Gang ist. In den Betriebsstellungen des Schaltwerks ist die Gabel 15 so weit
nach recht verschoben, daß der Teller 14 freigegeben ist. In der oberen Ventilstellung
liegt der Teller oberhalb der Gabel. .
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Bei dieser Anordnung wird das Ventil bei Sperrung in `der unteren
Stellung wohl an der Aufwärtsbewegung gehindert, jedoch nicht gegen den unteren
Sitz gedrückt, wenn der Steuerstrom unterbrochen ist. Da nun die Druckluft bestrebt
ist, das Ventil anzuheben, so ist zur Abdichtung eine kräftige Anpressung am unteren
Sitz zweckmäßig. Diese kann erreicht werden, wenn die in Abb. 3 dargestellte Anordnung
entsprechend Abb. 4 ausgestaltet wird. Die Ventilspindel trägt bei dieser Anordnung
außer dem Teller 14 noch einen beweglichen Teller 16, der durch eine kräftige Feder
17 gegen_ einen auf der Spindel fest angebrachten Anschlag 18 gedrückt wird. Der
Teller 16 hat schräge Anlaufflächen zg. Die Enden der Gabel 15 können mit Rollen
2o versehen sein. In der dargestellten Lage ist das Ventil in seiner unteren Stellung,
die Gabel in einer Übergangsstellung während ihrer Bewegung. Geht die Gabel nach
links, so laufen die Rollen auf, und das Ventil wird durch Wirkung der Feder 17
fest gegen seinen unteren Sitz gedrückt. Geht: die Gabel nach rechts, so ist das
Ventil für die Steuerungsbetätigung freigegeben: ' Eine andere Anordnung, die den
gleichen Zweck. verfolgt, zeigt Abb. 5. Der Druckzylinder 21, der in gleicher Weise
gesteuert wird wie der Zylinder 12 der Abb. 2, drückt das Ventil in der Sperrstellung
gegen den unteren Sitz, während das Schaltwerk in Bewegung ist. Dies-- Wirkung des
Druckzylinders muß aber jeweils bei jenem der beiden Schaltwerksventile verhindert
werden, welches während der Schaltwerksbewegung unerregt, d. h. außer Betrieb ist,
und zwar ist das eine
der beiden Ventile bei Vorwärtbewegung und
das andere bei Rückwärtsgang des Schaltwerks unerregt und muß daher auch während
der Schaltwerksbewegung in seiner oberen Stellung verbleiben. Um dies zu erreichen,
ist in der zum Zylinder 2i führenden Druckleitung noch ein weiteres Ventil22 vorgesehen,
das den Zylinder 2i entweder mit der Außenluft oder der Druckluft verbindet, so
daß es unwirksam wird. Die Stellung dieses Ventils 22 ist in Abhängigkeit von der
Richtung der einzuleitenden bzw. vorhandenen Bewegung des Schaltwerks zu bringen.
Dies kann in bekannter Art, z. B. durch einen Mitnehmersektor an der Welle des Fahrschalters
bewirkt werden, der das Ventil22 unmittelbar oder durch elektrorilagnetische bzw.
-pneumatische - Einwirkung in die eine oder die andere seiner beiden Endlagen stellt,
je nachdem die Fahrschalterkurbel im Sinne einer Geschwindigkeitsvergrößerung oder
Verkleinerung des Fahrzeugs bewegt: wird.
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In manchen Fällen ist es nun wünschenswert, daß ein selbsttätiges
Fortschalten in Abhängigkeit von der Motorstromstärke stattfindet. Um dies zu erreichen,
ohne daß die bei selbsttätigen Steuerungen üblichen Kontakte auf der Hilfswalze
des Fahrschalters erforderlich sind, wird ein Hilfskontakt angeordnet, der in Reihe
mit der Ventilspule geschaltet ist und deren Strom unterbricht, wenn das Ventil
mechanisch verriegelt ist. Dieser Hilfskontakt wird außerdem noch durch ein Fortschaltrelais
gesteuert, für welches nur eine Starkstromspule erforderlich ist. Diese Spule wird
vom Motorstrom oder einem diesen proportionalen Strom durchflossen.
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In Abb. 6 ist eine solche Anordnung dargestellt. Es sei angenommen,
daß sich alle Schaltorgane in der gezeichneten Stellung befinden. Wird der Führerschalter
23 in- die Stellung I gebracht, so fließt ein Strom von der Steuerstromquelle 24
aus über die Finger o und I des Führerschalters, die Finger I und 25, die auf einer
vom Druckluftantrieb betätigten Hilfswalze 26 angeordnet sind, und üb-er die Kontakte
28 zu der Steuerspule 27 des Schaltwerkventils. Das Ventil wird infolgedessen in
die dargestellte Lage gebracht, so daß der Druckzylinder mit der Außenluft verbunden
wird; hierdurch erhält der andere mit dem Druckluftbehälter verbundene Zylinder
das Übergewicht, und es tritt eine Schaltwerksbewegung ein. Sobald das Schaltwerk
in Gang kommt, wird der Arm 40 in der bereits beschriebenen Weise nach links bewegt
und das Ventil gegen eine Aufwärtsbewegung gesperrt. Außerdem drückt der auf dem
Arm angebrachte Nocken 29 den Kontakt 28 in die Offenstellung, so daß der Erregerstrom
des Ventils unterbrochen wird. Diese Unterbrechung ist jedoch ohne Bedeutung, da
das Ventil gegen eine Aufwärtsbewegung unter dem Einfluß der Druckluft mechanisch
gesperrt ist.' Sobald das Schaltwerk die angesteuerte Stellung erreicht hat
und stehenbleibt, geht der Arm 40 zurück und hebt die Sperrung des Ventils auf.
Außerdem ist auch der Kontakt 28 wieder freigegeben. Falls jedoch der Motorstrom
eine gewisse Größe überschreitet, so bleibt der Hilfskontakt 28 durch Wirkung der
Starkstromspule 28' in seiner Offenstellung, und das Schaltwerk verharrt in der
ersten Stellung so lange, bis der Motorstrom auf einen vorgeschriebenen Wert abgeklungen
ist. Der Vorgang wiederholt sich schrittweise so lange, bis das Schaltwerk in Stellung
1 angelangt ist. Hier wird der Steuerstrom unterbrochen; das Weiterschalten kann
nur dadurch erfolgen, daß der Führerschalter in Stellung II gedreht wird. Dies hat
die schrittweise durch das Fortschaltrelais gesteuerte Weiterbewegung des Schaltwerks
bis zur Stellung II zur Folge. Wird der Führerschalter von vornherein auf Stellung
II gebracht, so wird in Stellung I des Schaltwerks der Steuerstrom nicht unterbrochen,
und es findet das selbsttätige schrittweise Weiterschalten bis in Stellung II statt.
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Soll auch bei den in Abb. i und 2 beschriebenen Anordnungen ein Hilfskontakt
vorgesehen werden, so ist dieser zweckmäßig in Abhängigkeit von der Stellung des
Stempels 5 zu steuern.
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Um genaueres Anhalten des Schaltwerks in den einzelnen Stellungen
zu bewirken, kann man in der aus der Abb. 7 ersichtlichen Weise eine elektropneumatisch
betätigte Sperrklinke 46 vorsehen, die das Schaltwerk sperrt, wenn die Spule ihres
Steuerventils 48 nicht erregt ist. Durch diese Sperrklinke wird gleichzeitig der
Stempel 5 des Ventils i gesteuert. Bei aberregtem Ventil48 wird der Druckzylinder
47 mit dem Druckbehälter verbunden und die Klinke 46 in eine Aussparung der Kastenscheibe
45 gedrückt. Der Steuerstrom für das Sperrklinkenventi148 ist über die Hilfskontakte
30 (Abb. 6 und 7), die an beiden Ventilen i des Druckluftantriebs 2 angeordnet
und parallel geschaltet sind, geführt. Der Hilfskontakt 30 ist geschlossen,
wenn das Ventil i in der unteren Stellung ist. Sobald eines der Ventile i eingeschaltet
ist, erhält die Spule des Sperrklinkenventils 48 Strom, so daß das Schaltwerk freigegeben
wird. Sind jedoch die beiden Ventile i in der oberen Stellung, so stehen beide Steuerkolben
2 und der Sperrzylinder 47 unter Druck, gleichzeitig fällt die Sperrklinke 46 ein
und hält das Schaltwerk in der jeweiligen Stellung fest.