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Selbsttätiger elektrischer Regler.
Es sind elektrische Spannungsregler bekannt, bei welchen die Regulierung elektrischer Stromerzeuger durch abwechselndes Einschalten und Kurzschliessen eines Widerstandes im Erregerkreise der Maschine erfolgt. Die Öffnungs-und Schliessbewegung der Schaltkontakte wird in diesem Falle durch die durch das Einschalten und Kurzschliessen des Erregerwiderstandes bewirkte Erregerspannungsänderung hervorgerufen. Diese Einrichtung enthält das Prinzip der Rückführung, welche bei einem schnellregulierenden Regler unentbehrlich ist, wenn die zu regulierende Maschine eine grössere magnetische Trägheit besitzt. Bei ganz kleinen Maschinen, wie solche für Kleinbeleuchtungsanlagen aller Art, z.
B. Zugs-und Automobilbeleuchtungen u, dgl. zur Anwendung kommen, ist indessen die magnetische Trägheit der Maschine so gering, dass die Regulierung mit einfacheren Mitteln durchführbar ist. Derselbe Fall trifft zu, wenn der Regler zur Steuerung kleiner Hilfsmotoren oder zur Regulierung beliebiger anderer Stromkreise, z. B. Glühlampen, verwendet wird. Endlich liegen auch bei grösseren Maschinen die Verhältnisse vielfach so, dass wegen der geringen Belastungsschwankungen ein etwas langsamerer und dadurch einfacherer Regler Verwendung finden kann.
Es sind verschiedene Regleranordnungen bekannt geworden, welche das Regulierproblem in diesen vereinfachten Fällen zu bewältigen bestimmt sind. Alle diese Regler haben das Gemeinsame, dass sie das Einschalten und Kurzschliessen des Regulierwiderstandes unabhängig von der Änderung des Erregerstromes oder der Erregerspannung entweder gleichzeitig durch den unter dem Einfluss der zu regulierenden Spannung stehenden, eigentlichen Reguliermagneten oder aber durch einen unabhängigen motorischen Antrieb bewirken. Im ersteren Falle wird die schwingende Bewegung des Schaltkontaktes durch eine über die eigentliche regulierende Magnetkraft gelagerte pulsierende Magnetkraft, im zweiten Fall durch einen Antriebsmotor in der Art eines sogenannten Wagnerschen Hammers oder einen Kurbelantrieb, bei welchem der Kontakt federnd mit dem Kurbelzapfen verbunden ist, hervorgebracht.
In beiden Fällen liegt die Amplitude der Schwingung des Schaltkontaktes nicht zwangläufig fest, sondern hängt von der Masse des Magnetankers und Schaltkontaktes und von der Dämpfung ab, welche beim Zusammenstoss der Kontakte auftritt. Der Schaltweg ist deshalb einerseits veränderlich und andrerseits im allgemeinen so klein, dass grössere Leistungen nicht geschaltet werden können, weshalb bei grösseren Erregerströmen und - Spannungen Zwischenrelais notwendig sind. Die Nachteile dieser Konstruktionen werden durch die nachstehend beschriebene Erfindung vermieden.
Der Erfindungsgedanke des'Reglers besteht darin, dass die Regulierfunktionen auf beide Kontakte verteilt werden, derart, dass der eine Kontakt eine schwingende Bewegung gegebener Amplitude in mehr oder weniger starrer Kupplung mit dem motorischen Antrieb ausführt und sein Gegenkontakt in elastischer Kupplung mit dem Anker des regulierenden Elektromagneten verbunden ist und in Abhängigkeit von den zu regulierenden elektrischen Spannungen oder Strömen sich dem ersteren mehr oder weniger nähert, wodurch die Kontaktdauer der Schaltkontakte vergrössert oder verringert wird. Infolge der elastischen Kupplung des Gegenkontaktes mit dem Magnetanker kann der erstere mehr oder weniger durchfedern, ohne dass der Magnetanker mit seiner bedeutend grösseren Masse der schwingenden Bewegung zu folgen braucht.
Es kann auch der schwingende Schaltkontakt mit seinem Antrieb elastisch verbunden sein, so dass er in einer Richtung durchfedert, wenn die elastischen Federkräfte die aus der schwingenden Bewegung resultierenden Beschleunigungskräfte überwiegen, so dass der Kontakt der Bewegung zu folgen vermag. Ebenso können beide Kontakte abgefedert sein. Die Kontakte können ferner so angeordnet sein, dass der dem unabhängig angetriebenen, schwingenden Kontakt gegenüberstehende Gegenkontakt durch eine fest eingespannte oder abgestützte Feder gegen den angetriebenen, schwingenden Kontakt gepresst wird und der freie Hub des Gegenkontaktes durch einen mit dem regulierenden Magnetanker verbundenen, mit diesem beweglichen Anschlag begrenzt wird.
Die einfachste Reguliereinrichtung ergibt sich dadurch, dass der Regler in an sich bei periodischen Reglern bekannter Weise mit der zu regulierenden Maschine zusammengebaut wird und der Antrieb des Schaltkontaktes von der Welle der Maschine aus, durch Kurbel, Exzenter, Kurvenscheibe o. dgl. erfolgt. Die Anzahl der Schwingungen der Kontakte in der Ze'teinhc ka."n durch geeignete Wahl der Antriebsart beliebig festgelegt werden. Wird
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beispielsweise der Antrieb durch eine Nockenscheibe auf drehender Welle bewirkt, so kann die Zahl der Pulse, unabhängig von der Umdrehungszahl der Welle, auch beliebig vermehrt werden.
Die Funkenbildung an den Schaltkontakten kann dadurch vermindert werden, dass die zu schaltenden Ströme und Spannungen auf mehrere Kontaktpaare verteilt werden, wobei der feste Widerstand in mehrere Teilwiderstände unterteilt wird. Ausser der Schonung der Schaltkontakte ermöglicht der Regler, welcher den Gegenstand der Erfindung darstellt, auch eine Vermehrung der Pulszahl der Regulierung bei unveränderter Motorumdrehungszahl, wenn die öffnung-un Schliessbewegungen der verschiedenen Schaltkontaktpaare eines Reglers nicht in bekannter Weise gleichzeitig oder in beliebigen sich unregelmässig folgenden Zeitintervallen, sondern wenn sie in unveränderlicher, bestimmter Phasenfolge nacheinander erfolgen. Insbesondere wichtig ist der Fall, bei welchem die Zeitintervalle oder Phasendifferenzen zwischen den Kontaktgebungen gleich gross sind.
Die wesentliche durch diese Einrichtung bewirkte Verbesserung der Regulierung gegen- über der gleichzeitigen Schaltung der Regulierwiderstände besteht darin, dass die bei dieser Regulierart unvermeidlichen Pulsationen des regulierten Stromes einerseits verringert werden und dass andrerseits deren Frequenz in bezug auf den Regulierkreis als Ganzes genommen, entsprechend der Zahl der Kontaktpaare vergrössert wird. Beide Umstände sind insbesondere bei elektrischem Glühlicht von'grosser Bedeutung. Im übrigen kann sich die Antriebsgeschwindigkeit, unbeschadet der Regulierfähigkeit des Reglers, in weiten Grenzen ändern, weil die Schwingungszahl in keinem Zusammenhang mit der Regulierung steht.
In Fig. i ist eine schematische Anordnung des Reglers dargestellt. Es bedeuten a den Anker des zu regulierenden Generators, b dessen Magnetfeld, w ist der Erregerwiderstand, der abwechselnd durch den schwingenden Kontakt k und seinen Gegenkontakt h, der durch die Feder r mit dem Anker p des Elektromagneten s verbunden ist, kurzgeschlossen und wieder eingeschaltet wird. Durch den Kondensator c wird Funkenbildung verhindert. Der Kontakt k wird durch den Kurbelzapfen g in schwingende Bewegung versetzt. Die Feder f, welche dem magnetischen Zug entgegenwirkt, sucht den Gegenkontakt h mit dem schwingenden Kontakt k in Berührung zu bringen.
Nimmt demnach die Spannung an den Klemmen des Ankers a ab, so wird der mittlere Abstand beider Kontakte ebenfalls ab-und die Dauer ihrer gegenseitigen Berührung zunehmen, so dass die Erregung und damit die regulierte Spannung wieder steigt. Bei zunehmender Spannung findet das Umgekehrte statt.
Fig. 2 zeigt den Regler mit einseitig fest eingespannten Kontakten. Der Kontakt h kann sich dem vom Antriebsexzenter g in schwingende Bewegung versetzten Kontakt k mehr oder weniger nähern, je nachdem sich der vom Magnetanker p unter dem Einfluss der zu regulierenden Spannung verstellte bewegliche Anschlag u hebt oder senkt.
In Fig. 3 ist der Regler mit zweiphasigem Doppelunterbrecher dargestellt. Es bedeuten h1, k1 und h2, k2 die beiden Kontaktpaare, g eine Kurbelwelle mit zwei um 1800 versetzten Kurbeln, die durch eine beliebige motorische Kraft angetrieben wird. Der Kontaktdruck der Gegenkontakte h1, h2 wird durch Federn rl, r2 erzeugt. Der durch die Regulierspule s
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den Klemmen des Generatorankers ab, so lässt der magnetische Zug auf den Kern p nach und unter, der Einwirkung der Federn'1''2 und des Eigengewichtes des Kernes nähert sich dieser und mit ihm die Querstange der Kurbelwelle. Dadurch verringert sich auch der gegenseitige Abstand der Kontaktpaare, so dass deren Berührungsdauer und als Folge die Erregung zunimmt.
Die Kontaktschliessungen erfolgen zweimal in der Zeit einer Umdrehung der Antriebswelle, ebenso die Öffnungen, wobei jeweils nur der halbe Regulierwiderstand geschaltet wird. Die Pulszahl ist somit die doppelte, die Amplituden der Pulse sind dagegen die halben.
Fig. 4 zeigt einen Stromregler, welcher den Strom im Lampenkreis l reguliert. Die beiden Teilwiderstände sind in Reihe geschaltet, die Spule s ist von dem zu regulierenden Strom durchflossen.
Fig. 5 zeigt die Regulierung eines Gleichstromgenerators, bei welchem die Feldwicklung in zwei parallelen Teilen reguliert wird. Ausser der Erhöhung der Pulszahl und der Verringerung der Amplituden der Pulsationen wird der Strom der Schaltkontakte auf die Hälfte reduziert.
Die Kombination der Reihen-und Parallelschaltung, sowie die Anwendung mehrphasiger Unterbrecher ist nach den gleichen Gesichtspunkten beliebig durchführbar.
Der Spannungsregler kann mit Strömen beliebig kompoundiert werden, die Beeinflussung durch Spannung und Strom kann so getroffen werden, dass der Regler die Leistung eines Stromkreises reguliert.