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Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung mehrerer Gleichstromimpulse
über eine Doppelleitung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Übertragung mehrerer Gleichstromimpulse, bei der für jede Impulsart getrennte
Kommandogeber und -empfänger verwendet werden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß
jeder der Kommandogeber mit einer besonderen Spannung arbeitet, die empfängerseitig
durch Siebmittel, z. 13. (las Doppelklappenrelais, ausgesondert und dem 1-,mpfäilger,
z. B. einem Schrittschaltwerk, zugeleitet wird.
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Wird dabei im Kommandogeber die Spannung umgepolt und empfängerseitig
der ankommende Stromimpuls je nach seiner Polarität über eine Sperrschaltung verschiedenen
Empfangsmitteln zugeführt, so kann auf diese Weise die Zahl der übertragenen Kommandos
verdoppelt werden.
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Wird mit einer höheren Spannung am Kommandogeber gearbeitet, so ist
die Sperrschaltung in Richtung des ankommenden Stromimpulses hinter dem Siebmittel
vorgesehen; bei einer niederen Kommandospannung liegt die Sperrschaltung vor dem
Siebmittel. In diesem Falle muB jeder Stromrichtung ein Siebmittel bzw. ein Doppelklappenrelais
zugeordnet sein. Es ist auf die geschilderte Art und Weise möglich, unabhängig voneinander
über die gleiche Leitung mehrere Steuerorgane zu steuern. Die .Anzahl der Steuerungsmöglichkeiten
ist gegeben durch die Spannungsempfindlichkeit der Siebmittel einerseits und durch
die zur Verfügung stehende Spannung andererseits.
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Die Erfindung kann für die verschiedensten Zwecke Verwendung finden.
So können beispielsweise mit ihrer Hilfe Zeigerstellungen übertragen werden, es
können Motoren gesteuert werden usw. Die Übertragung der Stromimpulse kann natürlich
auch auf drahtlosem Wege erfolgen.
Eine besondere Anwendung findet
die Erfindung zur Steuerung von in einem Stromkreis fahrenden Spielzeugeisenbahnen,
bei der die einzelnen Motoren verschiedener, im gleichen Stromkreis fahrender Lokomotiven
unabhängig voneinander gesteuert werden -können. Bei einer Betriebsspannung von
24 Volt können beispielsweise acht 7lüge gesteuert werden, d. h. der Spielende kann
sie vor- und rückwärts, langsam und schnell fahren lassen, anhalten, ohne daß der
Fahrtzustand des einen Zuges auf die anderen rückwirkt. Darüber hinaus bietet die
Erfindung die Möglichkeit, auch noch andere Kommandos, z. B. das An- und Abkuppeln,
das Abgeben von Signalen u. dgl., durch Fernsteuerung zu fkihren. Dabei gedügen
zum Betrieb der Eisenbahn die im elektrischen Spielzeugeisenbahnbetrieb üblichen
drei Schienen.
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Für den soeben geschilderten Zweck sind jeder Lokomotive ein mit besonderer
Spannung arbeitender Kommandogeber und ein auf diese Spannung abgestimmtes Doppelklappenrelais,
Sperrzellen und ein aus zwei Schrittschaltwerken bestehender Empfänger zugeordnet,
der einen Regelwiderstand für den Antriebsmotor betätigt. Der Empfänger ist dabei
in die Lokomotive oder in einen mit dieser gekuppelten Wagen eingebaut. Die den
Lokomotiven zugeordneten Kommandogeber arbeiten zur Vereinfachung der Schaltung
auf einem gemeinsamen Spannungsteiler und sind mit Polwendekontakten versehen, welche
die Spannung gleichzeitig mit dem Schließen des Impulskontaktes an den Spannungsteiler
legen.
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Jeder Kommandogeber besteht dabei aus zwei Paketschaltern, von denen
der eine beim Drehen einer Achse Über einen Drehknopf in der einen Richtung und
der andere beim Drehen dieser Achse in der anderen Richtung geschlossen wird. Das
Schließen der Kontakte der Paketschalter erfolgt über ein Rastengesperre, dessen
Arm von dem Rastrad beim Drehen der Achse angehoben wird. Es sind dabei Mittel,
z. B. Zahnräder und in diese eingreifende Klinken, vorgesehen, die das Mitnehmen
des einen Rastrades beim Drehen in der einen und des anderen Rastrades beim Drehen
in der anderen Richtung bewirken. Ferner ist es von besonderem Vorteil mit der .Achse
des Kommandogebers eine Anzeigevorrichtung zu kuppeln, welche die Zahl der gegebenen
Kommandos in der einen oder anderen Richtung angibt. Aus später erläuterten Gründen
ist es zweckmäßig, die Kupplung zwischen Anzeigeorgan und Drehorgan nachstellbar
auszubilden.
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Die Kontaktfedern des Döppelklappenrelais stehen unter der Wirkung
einer mechanischen Vorspannung. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, die
Doppelklappenrelais auf einen bestimmten Spannungsbereich genau einzustellen, so
daß das Anziehen der beiden Relaisklappen nach geringer Spannungserhöhung erfolgt,
wodurch eine hohe Selektivität erzielt wird. Die Einstellung der Vorspannung wird
vorteilhaft mittels Differentialschrauben vorgenommen.
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Das Schrittschaltwerk wird mit einer Überschleudersicherung versehen,
wobei das Stoßrad und der Ausheber nebeneinanderliegen. Dabei besitzt die Schaltfeder
eine solche Breite, daß sie auf diesen beiden zuletzt genannten Teilen gleiten kann.
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Der auf der Lokomotive eingebaute und vom Schrittschaltwerk betätigte
Fahrwiderstand trägt für jede Fahrtrichtung eine besondere Widerstandswicklung,
die durch einen Kontaktarm abgegriffen werden. Außerdem weist er eine oder mehrere
Leerlaufstellungen auf. Mindestens eine dieser Leerlaufstellungen ist als Kontakt
fiür den Kontaktarm ausgebildet und es führt von diesem Kontakt aus eine Leitung
zu einem Doppelklappenrelais, das besondere Vorrichtungen für z. B. Kupplungsvorgänge,
Pfeifen od. dgl. auslöst.
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In den Figuren ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt
Fig. i die Schaltungsanordnung im Grundprinzip, Fig. 2 die Schaltungsanordnung in
ihrer Anwendung auf Spielzeugeisenbahnen, Fig. 3 eine Ansicht auf ein Kommandogerät,
Fig. 4einen Schnitt nach der Linie 1V-IV der Fig.3, Fig.5 einen Schnitt nach derLinieV-V
derFig.3, Fig.6 die Seitenansicht eines Doppelklappenrelais im Ruhezustand, Fig.
7 eine Frontansicht von Fig. 6, Fig. 8 eine Draufsicht auf Fig. 6, Fig. 9 eine Ansicht
wie Fig. 6 beim Anziehen einer Klappe, Fig. io eine Ansicht wie Fig. 6 beim Anziehen
beider Klappen, Fig. i i eine Seitenansicht des Schrittschaltwerkes im Ruhezustand,
Fig. 12 eine Ansicht wie Fig. i i mit angezogenem Anker, Fig. 13 einen Schnitt nach
der Linie XIII-XIII der Fig. i i, Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie XIV-XIV der
Fig. 13.
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Es sei zunächst an Hand der Fig. i der Grundgedanke der Erfindung
erläutert.
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Die von den Klemmen i und 2 kommende Gleichspannung wird über den
Polwender 3, einem Widerstand 4 zugeflührt. Zwischen dem einen Ende 5 und beispielsweise
einer Stelle 6 wird nun eine bestimmte Spannung abgegriffen, die niedriger ist als
die zwischen dem Ende 5 und einer Stelle 7 des Widerstandes 4 abgegriffene Spannung.
Mittels der Schalter 8 bzw. 9 können die bei 6 bzw. 7 abgegriffenen Spannungen wahlweise
an die Leitung io gelegt werden. Zwischen die Leitung io und die zum Punkt 5 zurückführende
Leitung i i ist das Doppelklappenrelais 12 gelegt. Wird beispielsweise durch Schließen
des Schalters 8 dem Doppelklappenrelais 12 eine Spannung zugeführt, die seiner Nennspannung
entspricht, so wird eine Klappe angezogen und der Kontakt 13 geschlossen. Dadurch
wird Spannung an die als elektrische Ventile ausgebildeten beiden Gleichrichter
14 und 15 gelegt, so daß je nach der Polarität des Stromes entweder das Schrittschaltwerk
16 oder das Schrittschaltwerk 17 betätigt wird.
Ist die Spannung,
die beim Schließen des Schalters 8 an das Doppelklappenrelais 12 gelegt wird, niedriger
als dessen :Nennspannung, so wird keine der beiden Klappen angezogen; ist sie höher
als jene, so werden beide Klappen angezogen und es bleibt auch in diesem Falle,
wie später erläutert wird, der Kontakt 13 geöffnet.
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Von den Leitungen io und t i zweigen die beiden Leitungen 18 und i9
ab. Wird einer der Schalter 8 oder 9 geschlossen, so wird auch die Leitung 18, i9
unter Spannung gesetzt und es erhält 'über die beiden Gleichrichterventile 20, 21
entweder das Doppelklappenrelais 22 oder das andere, 23, Strom. Diese Doppelklappenrelais
sind auf gleiche Nennspannung eingestellt. Sie sollen beim Beispiel nach der Fig.
i dann ansprechen, wenn der Schalter 9 geschlossen wird, durch dessen Schließen
die Leitungen io, 11, 18, i9 also eine höhere Spannung als beim Schluß des Schalters
8 erhalten. Je nach der Stromrichtung wird nun das eine oder andere der Doppelklappenrelais
22 oder 23 unter Strom gesetzt und dadurch der Kontakt 24 bzw. 25 geschlossen, der
das Schrittschaltwerk 26 bzw. 27 betätigt. Das Schaltbild des oberen und unteren
Teiles der Fig. i unterscheidet sich durch die Lage der Gleichrichterventile 14,
15 bzw. 20, 21. In ersterem Falle liegen die Ventilzellen 14, 15 hinter dem Doppelklappenrelais
12, also vor dem Schrittschaltwerk und im letzteren Falle vor den Doppelklappenrelais
22 oder 23, so daß in diesem Falle zwei derselben notwendig sind. Dafür sind im
ersten Falle große Gleichrichterplatten für den Schrittmotorstrom, im zweiten Falle
kleinere für den Doppelklappenrelaisstrom erforderlich.
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Die Funktion der Doppelklappenrelais ergibt sich aus den Fig. 6 bis
io. Jedes Doppelklappenrelais besteht aus den hintereinander oder parallel geschalteten
Spulen 28 und 29, von denen die eine die Klappe 30 und die andere die Klappe
31 betätigt. Die Klappe 30 besitzt den Arm 32, der sich gegen die untere
Kontaktfeder 33 legt. Die Klappe 31 ist mit dem Arm 35 versehen, welcher der oberen
Kontaktfeder 36 zugeordnet ist. Die Kontaktfedern 33 und 36 stehen unter der Wirkung
von Einstellschraube 37 bzw. 38, die gegebenenfalls als Differentialschrauben ausgebildet
sind. Die Wirkung des Doppelklappenrelais ist die folgende: Die Magnete 28, 29 seien
erregt. Liegt die Erregung unter der Nennspannung, so wird keine der Klappen 30,
31 angezogen. Es bleibt die in der Fig. 6 angegebene Stellung der Kontaktfedern
33, 36 zueinander, so daß der Kontakt 39 geöffnet bleibt. Geschieht die Erregung
mit Nennspannung, so wird die Klappe 3o angezogen und damit die Kontaktfeder 33
angehoben, wie Fig. 9 zeigt.
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Der Kontakt 39 ist geschlossen. Wird die Nennspannung überschritten,
so wird sowohl die Klappe 3o als auch die Klappe 31 angezogen, wie Fig. io zeigt.
Es werden die beiden Federn 33, 36 angehoben, so daß der Kontakt 39 geöffnet bleibt.
Für die praktische Ausführung genügt für die Nennspannung ein Spannungsbereich von
ungefähr 2 Volt, so daß bei jedesmaliger Erhöhung der Spannung um etwa 40°7e Volt
ein weiteres Relais eingeschaltet werden kann. Setzt man die unterste Spannung mit
2 Volt fest und hat nun eine Spannung von 24 Volt zur Verfügung, so können also
8 Relais nach Wahl geschaltet werden. Eine praktische Anwendung der Erfindung ist
in Fig. 2 dargestellt, in der es sich um ein Beispiel für eine Schaltung von Spielzeugeisenbahnen
handelt, bei der mehrere Züge unter Verwendung eines Dreileitersystems unabhängig
voneinander betätigt werden können. Der Einfachheit halber sind nur zwei zu steuernde
Lokomotivschaltungen mit den zugehörigen Kommandogebern dargestellt. Selbstverständlich
kann im Rahmen des im vorhergehenden Abschnitt Gesagten eine Mehrzahl von Lokomotiven
gesteuert werden.
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Mit i und 2 sind wiederum die beiden Anschlußklemmen bezeichnet, an
die eine Gleichspannung gelegt wird. Durch die später erläuterten Kommandogeräte
40 und 41 werden die Stromimpulse in der einen oder anderen Richtung dem als Spannungsteil
geschalteten Widerstand 4 zugeführt und an diesem z. B. die Spannungen bei 6 und
7 abgegriffen, so daß dem Kontaktgerät 4o die bei 7 und dem Kontaktgerät 41 die
bei 6 abgegriffene andere Spannung zugeordnet ist. Diese Spannungen werden an die
beiden Schienen 42 und 43 der Spielzeugeisenbahn gelegt, während an die Schiene
44 und an die Schiene 42 von den Anschlußklemmen 45, 46 aus die Betriebsspannung
angelegt wird. Es sei angenommen, daß der Kommandogeber 40 betätigt wird, indem
an dem Drehknopf 47 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 48 gedreht wird. Dann
sind in später zu beschreibender Weise die Klinke 49 für eine kurze Zeit angehoben
und der Kontaktsatz 50 geschlossen. An diesem dienen die Kontakte 51 und
52 der Polung des Widerstandes 4, während der Kontakt 53 den zu den Schienen 42,
43 führenden Stromkreis schließt. Der damit gegebene Stromimpuls wird nun über die
Schleifkontakte 54, 55 und 56, 57 abgenommen. Er wird damit von den Kontakten 54,
55 dem Doppelklappenrelais 58 und über die Schleiffedern 56, 57 und die Gleichrichterventile
59, 6o den beiden Doppelklappenrelais 61, 62 zugeführt. Es sei angenommen, daß die
am Widerstand 4 abgegriffene Spannung 20 Volt betrage und daß das Relais 58 auf
2o Volt eingestellt sei, während die Relais 61, 62 beispielsweise je auf io Volt
Nennspannung eingestellt seien. Es wird nunmehr das Relais 58 ansprechen, während
bei dem Relais 61 bzw. 62 der in Fig. io gezeichnete Zustand eintritt, daß nämlich
infolge des Überschreitens der Nennspannung beide Federn 33, 36 angehoben werden.
Durch Betätigen des Relais 58 wird durch Schließen des Kontaktes 63 Spannung an
die beiden Gleichrichterventile 64, 65 gelegt. Da der Kontaktsatz 5o geschlossen
wurde und damit eine bestimmte Polarität gegeben ist, erfolgt beispielsweise der
Stromfluß über das' Ventil 64, während das Ventil 65, dem das Schrittschaltwerk
67 zugeordnet ist, sperrt. Dadurch erhält der Magnet des Schrittschaltwerkes 66
Spannung, während derjenige des Schaltwerkes
67 stromlos bleibt.
Durch das Schrittschaltwerk 66 wird die Welle 68 mit dem Schleifarm 69 um einen
Schritt gedreht.
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Wird der Drehknopf 47 in Richtung des Pfeiles 70 gedreht, so
wird der Paketschalter 71 geschlossen, der in gleicher Weise die beiden Kontaktsätze
72 und 73 für den Polwender und den Kontakt 74 zum Stromschluß besitzt. Beim Betätigen
des Paketschalters 71 wird die Spannung am Widerstand 4 umgepolt. Dementsprechend
läßt das Ventil 65 Strom durch, während das Ventil 64 sperrt. Es wird somit das
Schrittschaltwerk 67 betätigt, so daß die Welle 68 mit dem Kontaktarm 69 in entgegengesetzter
Richtung, wie vorher beschrieben, gedreht wird.
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Der Kontaktarm 69 gleitet auf den Wicklungen 75 bzw. 76 des Fahrwiderstandes
77. Im Stromkreis dieser Wicklungen liegen die Feldwicklungen 7 8 bzw. 79 und der
Anker 8o des Fahrmotors. Dabei regelt beispielsweise die Wicklung 75, die in Reihe
mit der Feldwicklung 78 geschaltet ist, die Vorwärtsfahrt und die Widerstandswicklung
76, die der Strom in der Feldwicklung 79 ändert, die Ibückwärtsfahrt der Spielzeuglokomotive.
Die Rückleitung des Fahrstromes findet über die Schleiffeder 81 und die Schiene
44 statt.
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Der mit 20 Volt arbeitende Kommandogeber 40 versorgt also das der
einen Lokomotive zugeordnete Relais 58 mit dem Fahrwiderstand 77 und dem
Motor 78, 79, 8o. Der Kommandogeber 41 hingegen ist, wie oben erwähnt, auf eine
Spannung von 1o Volt eingesitellt. Ihm sind die Kontaktsätze 132 und 133 zugeordnet.
Wird er betätigt, was in der gleichen Weise wie beim Kommandogeber 40 geschieht,
so wird zwar Spannung auch an das Doppelklappenrelais 58 gelegt, da dessen Nennspannung
aber nicht erreicht wird, spricht es nicht an und der Kontakt 63 bleibt geöffnet.
Dagegen erhalten nun die Gleichrichterventile 59, 6o eine Spannung, welche der Nennspannung
der beiden Doppelklappenrelais 61 bzw. 62 entspricht. Je nach der Drehrichtung der
Achse des Kommandogebers 41 erhält also das Relais 61 oder das Relais 62, die auf
der zweiten Lokomotive eingebaut sind, eine Spannung, so daß entweder das eine oder
das andere anspricht. Damit wird nach dem Schließen des Kontaktes 82 bzw. 83 das
Schrittschaltwerk 84 oder 85 in Bewegung gesetzt und damit die Achse 86 mit dem
Schleifarm 87 des Widerstandes 88 in der einen oder anderen Richtung gedreht, so
daß die Wicklung 89 mehr oder weniger Spannung erhält und der Anker 9o schneller
oder langsamer läuft. Die Wicklung 9i ist bei dem gezeichneten Beispiel stromlos,
da sich der Schaltarm 87 auf der oberen Wicklung befindet, die der Feldwicklung
89 zugeordnet ist. Die Stromrückführung erfolgt ebenfalls Tiber einen Schleifkontakt
92.
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Beide Widerstände 77 und 88 lassen erkennen, <iaß in jedem
drei Leerlaufstellungen 93, 94, 95 bzw. 96, 97, 98 vorgesehen sind.
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Wird der Schaltarm 69 bzw. 87 auf die Leerlaufstellung 95 bzw. 98
gestellt, so kann über besondere Kommandogeber das Doppelklappenrelais
1
99 bzw. ioo Strom erhalten, durch das besondere Vorgänge auf der Lokomotive,
z. B. Pfeifen oder An- und Abkuppeln von Wagen, hervorgerufen werden können.
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Eine beispielsweise Ausführung des Kommandogebers ist in den Fig.3
bis 5 dargestellt. Er besteht aus dem Drehknopf ioi, der auf der Achse 102 angeordnet
ist. Diese trägt ein Zahnrad 103, das mit dem Zahnrad 104 kämmt, auf dessen Achse
io5 mittels der Rutschkupplung io6 der Zeiger 107 befestigt ist. Auf der Achse 102
sitzen lose die beiden Rasträder io8 und io9, die mit den Sperrrädern i io und i
i i fest verbunden sind. In das Sperrad iii greift eine Klinke 112 ein, die unter
der Wirkung der Feder 113 steht. Die Klinke 112 ist an der Sperrklinkenscheibe 114
befestigt, die mit der Welle io2 starr verbunden ist. Sie trägt zwei Sperrklinken,
nämlich außer der Klinke 112 noch die Klinke 115, die mit dem Sperrad i io zusammen
arbeitet. Wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, sind die Sperräder i io und i i
i nach verschiedenen Seiten gezahnt, so daß je nach der Drehrichtung der Welle 102
das eine oder andere der beiden Sperräder und damit das eine oder andere der beiden
Rasträder io8 oder iog mitgenommen wird. In jedes der Rasträder greift aber ein
federnd ausgebildeter Rasthebel i i0 bzw. 117, der bei seinem Anheben durch die
Zähne des jeweils betätigten Rastrades entweder den Kontaktsatz i i8 oder Kontaktsatz
i i9 in der oben geschilderten Weise schließt. Der Zeiger 1o7 dient dazu, um festzustellen,
welche Schaltungen nach der einen oder anderen Seite vorgenommen wurden. Seine Verbindung
'über eine Rutschkupplung mit dem Zahnrad 1o4 wird deshalb vorgenommen, damit eine
etwaige Fehlschaltung, die durch zu schnelles Drehen erfolgen könnte, ausgeglichen
werden kann. Zu diesem Zweck wird die Lokomotive stillgesetzt, d. h. der Schleifarm
des Widerstandes auf eine der Leerlaufstellungen gestellt, und dann der Zeiger
107
auf Null gedreht.
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Die Schrittschaltwerke, wie sie für den vorliegenden Zweck verwendet
werden können, sind in den Fig. ii bis 14 beispielsweise dargestellt. Sie bestehen
aus den @Iagneten 120 und dem von ihnen betätigten Anker 121, der durch die Wirkung
der Feder 122 von den Polschuhen der Magnete 120 abgehoben wird. An den Anker 121
ist beim Knie 123 der Schaltarm 124 angelenkt, der unter der Wirkung der Feder 125
steht. @Er greift beim Anziehen des Ankers 121 in eine der Zahnlücken 126 des Schaltrades
127 ein, so daß dieses bei jeder Abwärtsbewegung des Ankers 121 um einen Zahn oder
Schritt weiter gedreht wird. Dabei ist die Überschleuderungssicherung 128 vorgesehen,
die ein Schalten mehrerer Ziihne verhindert. Wird der Magnet stromlos, so zieht
die Feder 122 den Anker 121 bis zum Anschlag 129 zuriick. Dabei schnappt der Schaltarm
124, der durch die Feder 125 an das Schaltrad 127 gedrückt wird, in die nächste
Zahnlücke ein und gleitet darauf weiter auf die Fläche des Aushebers i3o, bis er
nicht mehr mit dem Schaltrad im Eingrifft steht. Durch dieses Freihalten
des
Schaltarmes voni Schaltrad 6 ist es möglich, daß zwei entgegengesetzt arbeitende
Schrittschaltwerke auf einer Achse arbeiten, wie es in bi-. 2 dargestellt ist. heim
:\nziehen des -Magnets 120 gleit,°t der Sclialtarni 124 VOM Ausheber
130
in eine Zahnlücke und schielt dann das Schaltrad um einen Zahn weiter.
Es liegen dabei der Zahnriiicken und die Auflauffläche des Aushebers 13o nahezu
in einer Ebene. Der Schaltarm 124 muß demnach, mindestens an seinem freien Ende,
so breit sein, (laß er auf jedem der beiden Teile gleiten kann. Es ist dabei vorteilhaft
die Anlaufkante des Aushebers etwas in die Zahnteilung hineinragen zti lasen. wie
es die Zeichnung zeigt, cla der Schaltarm 124 sollst auf eilte Zahnspitze treffen
könnte und dann mö glicheriveise zwei Zähne auf einmal geschaltet würtl,n.