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Umschaltsystem für elektrische Beleuchtungsanlagen, deren Stromerzeuger im Wechsel mit
Stromsammlern nur zeitweise im Betriebe ist.
Bei der elektrischen Beleuchtung von Eisenbahnwagen vermittelst einer Dynamomaschine und einer Batterie liegt die Aufgabe vor, den Stromerzeuger mit der Batterie und dem Lampennetz zu verbinden, wenn die Maschinendrehzahl einen bestimmten Wert übersteigt, und bei Unterschreitung dieses Wertes die Trennung wieder vorzunehmen.
In gewissen Fällen bietet es grosse Vorteile, als veranlassende Ursache dieser Trennung die Grösse des Erregerstromes zu benutzen, der bei einer auf konstante Spannung geregelten Dynamomaschine mit sinkender Drehzahl bekanntlich schnell ansteigt. In den Fällen, wo bisher diese Art der Veranlassung zur Abschaltung Verwendung fand, war die Einrichtung so getroffen, dass der Erregerstrom durch die Spule eines Magneten geleitet wurde, der jedesmal anzog, wenn der Erregerstrom einen gewissen Wert überstieg, und unterhalb dieses Wertes den Anker wieder freigab. Ein Anziehen fand also nach jeder Anfahrt statt und nach jeder Drehzahlverminderung, die den Erregerstrom wieder über das kritische Mass anwachsen liess. Bei jedem Anziehen des Ankers wurde eine Schaltwalze um ein Stück vorwärts gedreht.
Diese Anordnung besitzt den Nachteil, dass auch das Einschalten von der Grösse des Erregerstromes abhängig gemacht werden muss, während es Fälle gibt, wo der Zeitpunkt der Verbindung der Maschine mit dem Netz vorteilhafter durch andere Gesichtspunkte bedingt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Umschaltsystem, bei dem ebenfalls
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grösse abhängig gemacht ist, und bei dem also die Möglichkeit gegeben ist, den Zeitpunkt des Einschaltens unabhängig von der Erregerstromgrösse durch irgendeinen anderen Einfluss bestimmen zu lassen.
Es ist nämlich in gewissen Fällen von grosser Bedeutung, dass die Spannungsregelung nicht vorher in Tätigkeit tritt, bevor die Dynamomaschine schon die ganze Stromlieferung übernommen hat. Dieser Fall ist vorhanden, wenn die Spannungsregelung rein elektrisch, ohne Zuhilfenahme mechanischer Apparate erfolgt, wie dies z. B. bei den österreichischen Patenten Nr. 38361 und 56647 der Fall ist. Bei diesen Systemen hört bei sinkender Drehzahl der spannungsregelnde Einfluss nicht von einem gewissen Punkte an vollständig auf, wie bei mechanischer Regelung, sondern die Erregerstromvergrösserung setzt sich, wenn auch nicht mehr im richtigen Verhältnis, noch weit unter die unterste ausnutzbare Drehgeschwindigkeit hinunter fort. Die Folge davon ist, dass an der Maschine das bremsende elektrische Drehmoment immer grösser wird, je langsamer die Maschine läuft.
Wenn nun der Antriebsriemen-während die selbsttätige Spannungsregelung in Tätigkeit ist-der zu übertragenden Zugkraft nicht mehr gewachsen ist und zu schleifen anfängt, so wird sich das Schleifen lawirienartig vergrössern, indem die von der Maschine verlangte Antriebskraft um so grösser wird, je mehr ihre Geschwindigkeit hinter der Riemengeschwindigkeit, schon zurückgeblieben ist. Die Geschwindigkeitsverminderung wird sich also fortsetzen, bis das vorgesehene Ausschaltorgan die Maschine ganz von Netz und Batterie abtrennt. Infolge der jetzt eingetretenen gänzlichen Entlastung steigt die Maschinengeschwindigkeit wieder, bis eine erneute Einschaltung dasselbe Spiel wieder von vorn beginnen lässt. Anders würden die Verhältnisse bei einer reinen-Nebenschlussmaschine liegen.
Wenn da der Riemen zu schleifen anfängt, so nimmt das bremsende Drehmoment der Maschine rascher ab als die Drehzahl und es tritt bald wieder ein Gleichgewichtszustand ein. Der Betrieb geht dann-
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allerdings mit schlüpfendem Riemen-stabil weiter. Aus diesem Grunde besteht bei mechanischer Spannungsregelung keine Pendelungsgefahr, weil der Stromerzeuger bei sinkender Drehzahl schliesslich in eine gewöhnliche Nebenschlussmaschine übergeht, nämlich sobald die Spannungsregelung an ihrer Grenze angelangt ist.
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der Einschaltperiode den Stromerzeuger zuerst als reine Nebenschlussmaschine zu betreiben, und sie noch in dieser Schaltung mit Netz und Batterie zu verbinden, und die selbsttätige Spannungsregelung erst in dem Zeitpunkt einzuschalten, wenn der Generator die ganze Strombelastung schon übernommen hat.
Wenn unter diesen Umständen die auf die Maschine zu übertragende Antriebskraft beginnt, die Leistungsfähigkeit des Riemens zu übersteigen, und dieser zu schleifen beginnt, so spielt sich dieser Vorgang sicher noch während der Periode der Nebenschlusserregung ab, während welcher also ein Riemenschleifen keinen Schaden bringt.
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gleichzeitigen massgebenden Beeinflussung der Ausschaltung durch den Erregerstrom erzielt das vorliegende Umschaltsystem dadurch, dass die Magnetspule, vermittelst welcher der Erregerstrom den Zeitpunkt der Ausschaltung bestimmt, nur während der Betriebsschaltung, nicht aber vor-oder nachher vom Erregerstrom oder von einem von ihm abhängigen Strom durchflossen wird.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, und zwar in Beziehung auf ein Zugbeleuchtungssystem, das durch das österr. Patent sur. 56647
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Stromerzeuger gewöhnlicher Bauart mit zwei voneinander unabhängigen Ankerwicklungen, deren Kollektoren durch die beiden Kreise dargestellt sind. B ist die Erregerspule, die nur wenig Windungen und wenig Widerstand besitzt. Cl und Cs stellen zwei Hälften einer Batterie dar und D das Stromverbrauchsnetz. E, F bis jPi und G bis ( ? i sind elektromagnetische Schalter, jRi, und X bezeichnen drei Widerstände, von denen Ri den Widerstand IF und R3 den Widerstand Gin Fig. 8 der österr. Patentschrift Nr. 56674 entsprechen.
Der Magnet Z dieser Figur
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die Wirkung der Hauptmagnetwicklungen R und H'mit Pluszeichen bezeichnet ist.
Bei Stillstand befinden sich die Schalter F bis F'und G bis G', weil ihre l\1agnetwicklungen spannungslos sind, in ihrer rechten Stellung und verbinden beide Batterien mit dem Lampennetz. Der Schalter E hat seinen Anker losgelassen und schliesst dadurch den den kleinen Kollektor und die Erregerwicklung umfassenden selbsterregenden Nebenschluss-Erregerstromkreis.
Sobald beim Anlauf genügende Spannung erreicht ist, zieht der Magnet des Schalters F bis Fl an und verbindet den die Summe beider Kollektorspannungen führenden Maschinenpol 11 durch den Widerstand Ri mit der aufzuladenden Batterie Ci und gleichzeitig durch den Widerstand 7 ? und durch den Schalter < ? i mit dem Lichtnetz D. Bei weiter steigender Maschinenspannung liefert der Pol 11 schliesslich so viel Strom in den Lichtkreis, dass ein Teil davon durch den noch in Rechtsstellung befindlichen Schalter G (Kontakte 19, 17) als Rückstrom (Ladestrom) in die Batterie C fliesst. Dieser Rückstrom verstärkt vermittelst der Spule H. die Amperewindungszahl des Magneten und führt dadurch die Umstellung des Schalters G bis G'in seine linke Lage herbei (Kontakte 16, 18).
Während vor dieser Umstellung der Stromerzeuger nur im Nebenschluss erregt war, so
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konstanter Spannung verwandelt, als Wirkung der im österr. Patente Nr. 56674 beschriebenen Schaltungseigenschaften. Auch hat sich diese Verwandlung erst nach Eintritt eines Batterie- rückstromes, also erst nach vollständiger Leistungsübernahme durch die Maschine vollzogen.
Der Lichtstrom wird jetzt durch den Pol 18 bis 5 und nicht mehr durch die Klemmen 19 bis 11 dem Generator entnommen.
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wicklung B ableitet je höher die Maschinenspannung ist. Es kann also diese Spannung selbst bei beliebig hoher Maschinendrehzahl nie ganz so hoch steigen, dass die Batterie den ganzen
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spule B sind sehr gering, so dass die Maschinenspannung praktisch immer mit der Spannung der regelnden Batterie übereinstimmt.
Bei Unterschreitung einer gewissen Zugsgeschwindigkeit müssen die beiden Batterien wieder auf das Lichtnetz zurückgeschaltet werden und ist auch die Verbindung zwischen letzterem und der Maschine zu lösen. Zu diesem Behufe ist di eSchaltung so eingerichtet, dass eine Spule (H,) des Magneten G während der normalen Fahrtschaltung (wenn Punkt 22 mit Punkt 16 ver-
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bunden) vom Erregerstrom oder von einem von ihm abhängigen Strom durchflossen wird. In dieser Spule fliesst die Differenz zwischen dem ungefähr konstanten Stromfluss im Widerstand R3 und dem veränderlichen Erregerstrom der Spule B.
Bei sinkender Drehzahl wird diese Differenz immer kleiner und geht schliesslich durch Null hindurch in einen Entladungsstrom der Batterie über. Die Amperewindungszahlen des Magneten des Schalters G bis Gl sind so abgestimmt, dass der Anker in die Ruhestellung übergeht, sobald der in H4 fliessende Strom im Ladesinn der Batterie auf einen gewissen Mindestwert gesunken oder im Entladesinn eine gewisse Grösse erreicht hat.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist nun die Magnetspule H4 so angeschlossen, dass deren Strom nur in der Arbeitsschaltung der Dynamomaschine (wenn 22 mit 16 verbunden), nicht aber vor-oder nachher (wenn 22 mit 17 verbunden) vom Erregerstrom abhängt.
Durch den Überschuss des vom Widerstand durchgelassenen Stromes über den von der Spule B gebrauchten Erregerstrom wird die regelnde Batterie während der Fahrt schwach geladen und steigert demzufolge allmählich ihre Gegenspannung. Nach Erreichung eines gewissen Höchstwertes zieht der Magnet E an und unterbricht den durch Widerstand ssg fliessenden Strom. Jetzt wird der ganze Erregerstrom von der Batterie C2 geliefert und die Spannungsregelung vollzieht sich gemäss dem österr. Patente Nr. 38361. Die Maschinenspannung zwischen Leitung 5 bis 7 wird also bei jeder Geschwindigkeit gerade um so viel niedriger als die Batteriespannung C, sein, dass die an der Erregerspule B entstehende Spannungsdifferenz in der Spule den nötigen Erregerstrom entstehen lässt.
Selbst bei undenkbar hoher Geschwindigkeit kann die Spannung der Maschine diejenige der Batterie nie ganz erreichen, denn wäre dies der Fall, so wäre die Maschinenerregung gleich Null geworden.
In diesem Betriebsfall wird also die Magnetspule H4 vom Erregerstrom selbst statt von einem von diesem abhängigen Strom durchflossen und es müssen deshalb die Ausschaltbedingungen des Schalters G bis G, so geändert werden, dass die Umschaltung erst bei einem viel stärkeren, in der Spule H4 im Batterieentladesinn fliessenden Strom vor sich geht. Der Zeitpunkt der Abtrennung des Netzes von der Maschine soll sich nach der Grösse der Lichtspannungserniedrigung richten, die bei sinkender Drehzahl entsteht, d. h. also nach der Grösse des Spannungsverbrauches in der Erregerspule, also letzten Endes nach der Grösse des Erregerstromes. Je nachdem nun der Schalter E offen oder geschlossen ist, wird der Strom in H4 bei gleicher Erregerstromgrösse um den Betrag des vom Widerstand Ra durchgelassenen Stromes verschieden sein.
Damit trotzdem das Umstellen des Schalters G immer bei derselben Erregerstromgrösse erfolgt, schaltet der Magnet E beim Anziehen eine Hilfsspule Hl des den Schalter G bis Gl betätigenden Magneten ein, die so viel positive Amperewindungen hinzufügt, dass in H4 ein entsprechend stärkerer, negativ wirkender Strom nötig ist, um die zur Umschaltung nötige Schwächung der Gesamt-Amperewindungszahl herbeizuführen.
Der Erregerstrom oder ein von ihm abhängiger Strom könnte auch, statt unmittelbar auf den Magnet des Schalters G bis G, zu wirken, ein Stromrelais beeinflussen, das seinerseits einen Hilfsstrom auf den erwähnten Magneten schaltet.
Wie die Einschaltung, so erfolgt auch die Abtrennung der zu ladenden Batterie von der
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Abtrennung wird bei annähernder Spannungsgleichheit zwischen Batterie und Maschine durch den durch die Spule Ho fliessenden Batterierückstrom herbeigeführt.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Umschaltsystem für elektrische Beleuchtungsanlagen, deren Stromerzeuger (A) im Wechsel mit Stromsammlern nur zeitweise in Betrieb ist und bei welchem die Umschaltung der Stromkreise von der Betriebsschaltung zur Schaltung bei Stillstand erfolgt, sobald die Erregerstromgrösse auf einen gewissen Wert angewachsen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung durch die Wirkung einer Stromspule f'. ho erfolgt, welche nur während der Betriebsschaltung, nicht aber vor-und nacher vom Erregerstrom oder von einem von ihm abhängigen Strom beeinflussbar ist.