DE108822C - - Google Patents

Description

H-tCfJ CM

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet eine elektrische Zugbeleuchtungsanlage mit Sammler- und Dynamobetrieb des in der Patentschrift 94789 beschriebenen Systems. Die wesentlichen Merkmale bestehen in der Schaltungsweise eines zweitheiligen, genau bemessenen Widerstandes, sowie in der Anordnung eines Relais, welches, in der Ladestellung eines Schalters an die Betriebsleitung angeschlossen, die Ladespannung unter einer bestimmten Grenze hält, in der Lichtstellung dieses Schalters jedoch ausgeschaltet ist. In letzterer Stellung des Schalters wird die Hauptstromwickelung eines Spannungsreglers eingeschaltet, welcher bewirkt, dafs der Strombedarf für die Beleuchtung der Hauptsache nach durch den Dynamostrom gedeckt wird. ■

Der bei dieser Schaltung verwendete selbstthätige Aus- und Einschalter ist mit drei über einander liegenden Wickelungen versehen, von welchen die inneren b₂b_a aus dünnem, die äufseren b₁ als Hauptstromwickelungen aus dickem Drahte hergestellt sind; der eine Eisenkern C₂ ist mit Regelungsgewicht c₃ versehen, um die Ein- und Ausschaltungen zu beeinflussen.

Die Wickelungen der Solenoid e b₂ sind so geschaltet, dafs das eine Ende mit der Hauptleitung II, das andere jedoch mit dem auf der Zeichnung rechts befindlichen Napf c^l verbunden ist.

Die Wickelungen i>₃ liegen in einem Nebenschlüsse 6 der Hauptleitung I, II; dieser Nebenschlufs umfafst des Weiteren die Wickelung eines zu einem Relais N gehörenden Elektromagneten W₂, sowie eine Wickelung p_i des Solenoides des Widerstandsreglers P.

Der den Widerstand R des Erregerstromkreises verändernde Regler P ist gleich dem in der Patentschrift 94789 beschriebenen gebaut; hinzuzufügen wäre, dafs das Solenoid aus vier Wickelungen, und zwar zwei Hauptstromwickelungen J)₁ p.₂ und zwei Nebenschlufswickelungen p₃p₄ besteht; die Art der Schaltung dieser Wickelungen soll im Folgenden erläutert werden:

Die Wickelungen P₁P₂ sammt.den Widerständen S₁ S₂ sind hinter einander in die Leitung III geschaltet.

Die Schaltung der Wickelung p_A im Nebenschlüsse 6 wurde schon oben beschrieben.

Die Wickelung p₃ ist in Reihe mit der Wickelung K₁ des Relais N geschaltet,' das Ende der Wickelung p₃ ist an die Hauptleitung III angeschlossen, während das Ende der Wickelung H₁ mit dem Anker η des Relais leitend verbunden ist; die Stromschlufs_T schraube n₃ ist mit dem Stromschlufsstück i₂ des Schalters T verbunden.

Beim Laden der Sammler befindet sich der Schalthebel T in der Stromschlufslage, während der Dauer der Beleuchtung dagegen in der Oeffnungsstellung.

Zum Schlufs sei noch die Leitung III^J erwähnt, welche zwischen den beiden Widerständen S₁S₂ abzweigt, und in welche das Stromschlufsstück ^₁ geschaltet ist, welches nur während des Ladens der Batterien geschlossen ist.

Der Zweck dieser Vorrichtung besteht darin, dafs mit einer verhältnifsmäfsig grofsen Stromstärke die Batterien geladen werden können, damit die zur Ladung verfügbare Zeit voll und ganz ausgenutzt werden kann.

Die Schaltung des in den beiden Nebenschlüssen 6 und 7 geschalteten Relais N ist schon durch das vorher Gesagte erläutert; die Wirkungsweise des Relais soll jedoch im Folgenden näher beschrieben werden.

Bei der zwischen den Hauptleitungen I, II auftretenden maximalen Ladespannung wird nämlich ein entsprechend starker Strom durch die Wickelung W₂ des Relais N gehen, wobei die Anziehungskraft auf den Anker η die Gegenkraft der Feder n* überwindet; der Stromschlufs mit der Schraube W₃ wird danach hergestellt, worauf die Wickelung ρ ₃ des Reglers P Strom empfängt und der Eisenkern ρ eine relativ höhere Lage einnehmen mufs; dadurch wird durch die Vermehrung des Reglerwiderstandes R der Erregerstrom durch die Magnetwickelung a₁ der Dynamomaschine A geschwächt, die Klemmenspannung der Dynamomaschine sinkt, wobei gleichzeitig die Ladestromstärke auf Null heruntergeht; der Regler P arbeitet nun einzig als Spannungsregler und hält die Spannung in den Grenzen von 2,4 bis 2,2 Volt für jede Zelle, wonach eine weitere Ladung nicht mehr stattfinden kann.

Weil die Wickelung n_x in Reihe mit der Wickelung ρ ₃ geschaltet ist, so empfängt demnach auch die Wickelung U₁ Strom, wobei diese Amperewindungen diejenigen der Wickelung n₂ unterstützen; ein Zurückschnellen des Ankers η kann daher infolge der verminderten Ladespannung nicht auftreten.

Aus dem Gesagten ist somit ersichtlich, dafs das Relais den Zweck erfüllt, bei Eintritt der maximalen Ladespannung zwischen den Hauptleitungen I, II die Ladespannung indirect zu vermindern, so dafs eine weitere Ladung der Batterien oder ein Ueberladen derselben unmöglich ist.

Die Vortheile der Anordnung des Relais gegenüber derAnordnung der Patentschrift 94789 bestehen darin, dafs mit Hülfe der Regelungsfeder W₄ es möglich ist, die Ladung so weit zu führen, dafs auf die Batterien nur eine bestimmte Maximalspannung zwischen den Hauptleitungen I, II wirken, ein Ueberladen mit noch höherer Spannung demnach unter keinen Umständen erfolgen kann; während in der Anordnung gemäfs der genannten Patentschrift 94789 die Grenze der maximalen Spannung nicht geregelt werden kann, wodurch ein Ueberladen der Batterien stattfinden kann.

Was nun die Anordnung der beiden Wickelungen P₁^₂ des Reglers P in Verbindung mit den Widerständen S₁ und S₂ anbetrifft, so bezweckt diese während der Beleuchtung, dafs die Dynamomaschine A bei genügender Zuggeschwindigkeit direct Strom an die Lampen abgiebt; das Princip der Regelung ist unter dem Abschnitt «Lichtstellung« eingehend erläutert.

Da während der Beleuchtung infolge der neuen Anordnung an den Lampen eine nahezu gleiche Spannung herrscht, so sind demnach die Widerstandsregler w der genannten Patentschrift nicht mehr erforderlich. Nach der vorliegenden Anordnung wird daher die Installation der Wagen bedeutend vereinfacht. i

Im Folgenden soll nun die Wirkungsweise der Schaltung während des Ladens der Batterien, sowie während der durch Dynamomaschine und Batterie gemeinsam erfolgenden Speisung der Glühlampen erläutert werden.

Die Ladung.

Während der Ladung ist der Umschalter T, wie oben erwähnt, in der Stromschlufslage, daher sind also die Gontacte ^₁ i₂ geschlossen, während die Schalthebel g_x geöffnet sind..

In dem Augenblicke, in welchem sich der Zug in Bewegung setzt, wird der Anker α der Dynamomaschine der Richtung des Zuges entsprechend angetrieben, und da, wie früher, erläutert, in der Erregerleitung IV ein schwacher, von den Sammlerbatterien G herrührender Strom kreist, so entsteht auch in der Leitung III ein schwacher Strom, der den einzigen durch; die Leiterstücke 2, 2 sich ihm darbietenden Weg nehmen und den Drehanker J₁ umkreisen wird.

Da in dem Elekromagneten f ein schwacher Nebenschlufsstrom der Hauptleitung I, II fliefst, so wird je nach der Richtung des um , den Drehanker ^f₁ kreisenden Stromes die WeIIe^ sammt Hebel d h k entweder im Sinne ; des Pfeiles χ oder des Pfeiles y verdreht werden.

Angenommen, der Anker habe sich: im Sinne des Pfeiles y gedreht, so werden die über den Näpfchen d.₂ h₂ k₂ gelegenen Enden der Hebel d h k in die Qecksilbernäpfchen d₂ /i₂ Zc₂ tauchen; durch diesen Stromschlufs allein würde die Dynamoleitung III an die Hauptleitung I, II angeschlossen werden, wenn dieselbe nicht zwischen den Quecksilbernäpfchen C₁ C₁ der Vorrichtung B unterbrochen wäre.

Infolge dieser Unterbrechung geht der Ankerstrom nach dem Umlegen des Stromwenders durch die Nebenschlufsleitung 5, und die hierdurch in den Spulen 6₂ erzeugten Amperewindungen üben auf die Eisenkerne C₂ einen

Zug aus, und zwar beim linken Kerne abwärts, beim rechten Kerne aufwärts.

Bei richtiger Wirkungsweise des Umschalters wird die von der Windung b₂ auf die Kerne C₂ ausgeübte Kraft von jener unterstützt, welche von den Wickelungen b₃ dauernd auf die Kerne ausgeübt wird.

Hätte dieser Umschalter falsch gearbeitet und den Dynamostrom jenem der Batterien entgegengesetzt gerichtet, so würden sich die beiden Kräfte aufheben und die Kerne. C₂ verblieben in Ruhe.

Im ersterwähnten Falle findet jedoch eine Summirung der Kraftwirkungen der Wickelungen b₂ b₃ statt, und zwar ist die Wickelung b.₂ im Zusammenhange mit der Wickelung b_B und den Regelungsgewichten C₃ derart bemessen, dafs in dem Augenblicke, in welchem die Dynamomaschine eine Spannung besitzt,· welche ein wenig höher ist als die normale Lampenspannung, die Gabel c in die Näpfchen C₁C₁ taucht und die Dynamomaschine an die Hauptleitung schaltet, worauf die Wickelung b₁ zur Geltung gelangt und den Stromschlufs bei C₁ C₁ desto sicherer herstellt.

Diese Wickelung b_Y bewirkt auch das Ausschalten der Dynamomaschine in dem Falle, wenn ein Rückstrom von den Batterien in die Maschine auftreten sollte, indem durch die dann im entgegengesetzten Sinne wirkenden Amperewindungen von b_x die Gabel c in entgegengesetztem Sinne aufwärts bewegt wird und Stromunterbrechung herbeiführen würde.

Wäre die Bewegungsrichtung des Zuges der früher vorausgesetzten entgegengesetzt gewesen, so hätte sich die Welle f.₂ des Drehankers sammt den Hebeln d h k in entgegengesetzter Richtung, also im Sinne des Pfeiles χ gedreht, und der Dynamostrom wäre über die Näpfchen d_x H₁ Ar₁ geschlossen worden, hätte jedoch mit Rücksicht auf die. kreuzweise Verbindung der Näpfchen d_%h_% mit ά_λ H₁ in der Hauptstromleitung dieselbe Richtung wie im vorerwähnten Falle erhalten.

Die Regelung des Erregerstromes bezw. die Vergröfserung oder Verkleinerung des in denselben einzuschaltenden Vorschaltwiderstandes R erfolgt durch den selbsttätigen Regler P, dessen Bauart schon früher erläutert wurde.

Der selbstthätige Regler P wird, wie schon früher erwähnt, von einem Solenoide in Thätigkeit gesetzt, welches aus vier über einander liegenden Wickelungen p^P^PzPv ^un<^ zwar zwei äufseren Hauptstrom- und zwei inneren Nebenschlufswickelungen besteht.

Während der Ladung, wenn also der Schalthebel T sich in der Stromschlüfslage befindet, ist der Theil J₁ des Widerstandes S mit der Hauptstromwickelung P₁ kurz geschlossen, und letzterer kommt somit für die Regelung nicht in Betracht.

Der Widerstand der Wickelung p.₂ mit dem Widerstände S₂, welch letzterer kleiner ist als der Widerstand J₁, verfolgt nur den Zweck, die bei der Zuschaltung der Dynamomaschine etwa auftretenden Stromstöfse zu dämpfen.

Der Eisenkern ρ des Reglers P wird nun derart beeinflufst, dafs unter der Voraussetzung der maximalen Umdrehungszahl an der Dynamomaschine, wie bei einem maximal zulässigen Ladestrom, welcher an die Batterien abgegeben werden darf, und bei Eintritt der maximalen Ladespannung zwischen den Hauptleitungen I, II die einander unterstützenden Amperewindungen der Wickelungen j?₂ und ρ ₄ den Eisenkern ρ in eine Lage bringen, wo der gröfste Theil des Regelungswiderstandes R in die Erregerleitung IV zugeschaltet wird. Hinzuzufügen ist noch, dafs während der Ladung die Einwirkung der Wickelung p₂ diejenige der Wickelung ρ ₄ überwiegt, so dafs der Regler hauptsächlich auf die an die Batterien abgegebene Stromstärke regelt, wobei jedoch die Wickelung y₄ den Zweck erfüllt, . bei zunehmender Ladung die Ladestromstärke zu vermindern. Bei abnehmender Umdrehungszahl der Dynamomaschine sinkt die Klemmenspannung der Dynamomaschine und zugleich die Ladestromstärke, worauf auch der Eisenkern eine tiefere Lage einnehmen mufs; dadurch wird der Widerstand R vermindert, die Erregung wird verstärkt, so dafs die Ladestromstärke in geringerem Mafse abnimmt als die Umdrehungszahl der Dynamomaschine.

Es ist demnach möglich, die Batterien mit einer Stromstärke zu laden, welche mit zunehmender Zuggeschwindigkeit sich unwesentlich erhöht.

Ist die Batterie auf die maximale Spannung geladen, so tritt der Elektromagnet M₂ des Nebenschlusses 6 in Thätigkeit und zieht, dem entsprechend eingestellten Zuge der Feder W₄ entgegen, den Anker η des. Relais JV an, wodurch der Stromkreis bei n₃ geschlossen wird.

Durch diesen Stromschlufs wird der Nebenschlufs 7 geschlossen, wodurch die im letzteren liegende Wickelung p₃ des Reglers P, sowie der Elektromagnet K₁ des Relais N Strom empfängt.

Die in der Wickelung Jj₃ entstehenden Amperewindungen unterstützen die Wirkung der Wickelungen p_t und sind derart bemessen, dafs bei maximaler Umdrehungszahl der Dynamomaschine und bei maximaler Ladespannung der Eisenkern ρ ganz in die Höhe gehoben und der ganze Widerstand R in die Erregerleitung eingeschaltet wird.

Der Gesammtwiderstand R ist dann, so bemessen, dafs die Magneterregung der Dynamomaschine derart geschwächt wird, dafs kein Strom mehr an die Batterien abgegeben wird.

Die Wirkungsweise des Relais ist schon früher eingehend erläutert, so. dafs von einer weiteren Beschreibung seiner Wirkungsweise nun abgesehen werden kann.

Die Lichtstellung bezw. Entladung.

Soll die Lichtstellung bewirkt werden, so wird der Umschalter T in die Oeffnungsstellung gedreht und die in den Waggons befindlichen Glühlampen vermittelst der Schalter g_x eingeschaltet.

Durch Umstellung des Schalters T wird der Kurzschlufs der Wickelung p_x des Reglers P, sowie des Widerstandes S₁ aufgehoben und sowohl JJ₁ als auch S₁ in den Dynamostromkreis III geschaltet.

Des Weiteren wurde auch durch diese Umstellung die Leitung 7 bei i₂ unterbrochen, und kann somit durch das Relais JV nicht geschlossen werden.

Da in der Lichtstellung keine weitere Ladung der Batterien mehr stattfindet, so mufs die am Tage verfügbare Zeit zur Ladung voll ausgenutzt werden; demnach ist am Tage, wo der Widerstand S₁ ausgeschaltet ist, die von der Dynamomaschine an die Batterien abgegebene Stromstärke bei gleicher Spannung gröfser als die Stromstärke, welche Nachts von der Dynamomaschine zur directen Speisung der Lampen abgegeben wird.

Damit nun der Regler P in gleicher Weise beeinflufst wird wie am Tage, so müssen die bei eingeschalteten Lampen, auftretenden Gesammtamperewindungen der Wickelungen^/^j?₄ gleich sein den am Tage in den Wickelungen PiPi auftretenden Gesämmtamperewindungen. Weil nun die am Tage auftretende Maximalladestromstärke gröfser ist als die zur alleinigen Speisung der Lampen erforderliche Stromstärke, so ergänzt die Zusatzwickelung Ip₁ die Wirkung der Wickelungen p₂ p₄ während der Beleuchtung.

Aus diesem geht hervor, dafs die Klemmenspannung der Dynamomaschine bei eingeschalteten Lampen den Betrag der am Tage auftretenden maximalen Ladespannung erreichen kann.

Die vom Dynamostrom durchflossenen Widerstände S₁ und S₂ sind nun derart bemessen, dafs das Product ihrer Summen und der Stromstärke, welche die Dynamomaschine abgiebt zur alleinigen Deckung des Strombedarfs der Lampen, gleich ist der Differenz aus der maximalen Ladespannung und der normalen Lampenspannung. Wenn dann auch die Klemmenspannung an der Dynamomaschine die maximale Ladespannung erreicht, so bleibt dennoch die Lampenspannung constant, wobei in diesem Falle die Maschine allein den Strombedarf der Lampen g deckt.

Sinkt nun infolge verminderter Zuggeschwindigkeit die Klemmenspannung der Dynamomaschine, welche sich in den Grenzen der maximalen Ladespannung und der normalen Lampenspannung bewegen darf, so ist klar, dafs die Batterien nun einen Theilstrorri an die Glühlampen g abgeben, während der andere Theilstrom zur Deckung des Strombedarfes der Lampen von der Dynamomaschine geliefert wird; die Batterien dienen demnach zur Ausgleichung oder Regelung der constanten Lampenspannung. Da an der Hauptleitung, d. h. an den Glühlampen unter Vernachlässigung der Leitungswiderstände praktisch nur eine Spannung herrschen kann, so besteht je nach dem Grade der Entladung der Batterien die Beziehung:

e — IW=E-J(S₁ + S₂),

in welcher

E die Klemmenspannung der Dynamomaschine, e die elektromotorische Kraft der Batterien,

J die von der Dynamomaschine abgegebene Stromstärke,

i die von einer Batterie abgegebene Stromstärke, . . ' ■

n> der innere Widerstand'einer Batterie : bedeutet.

Da die Batterien äufserst schwach beansprucht werden, indem bei genügender Fahrgeschwindigkeit die Dynamomaschine gröfstentheils den Strombedarf der Lampen deckt, und der innere Widerstand der Batterien auch sehr . gering genannt werden kann, so geht aus der Formel, hervor, dafs die linke Seite der Gleichung eine fast constante Gröfse bezeichnet. Auf der rechten Seite der Gleichung ist der Widerstand (S₁ + S₂) eine unveränderliche Gröfse, während die Klemmenspannung der Dynamomaschine sich innerhalb der Grenzen der maximalen Ladespannung' und normalen Lampenspannung bewegen kann; bei einer angenommenen Klemmenspannung der Dynamomaschine kann somit der Theilstrom J leicht bestimmt, werden. .

Bei erfolgter Abnahme der Tourenzahl, an der Maschine findet ein Rückgang der Klemmenspannung statt, es bedingt dies eine Schwächung der Amperewindungen der Wickelungen P₁p^Pii infolge dessen sinkt der Eisenkern, wodurch eine Verringerung des Widerstandes Pv herbeigeführt wird.

Diese successive Stärkung des Erregerstromes bei abnehmender Tourenzahl bewirkt, dafs die von der Dynamomaschine abgegebene Stromstärke verhältnifsmäfsig langsam sinkt, wodurch die Maschine auch bei reducirter Tourenzahl noch einen entsprechend starken Theilstrom an die Lampen abgiebt. ^l

Es geht somit die Klemmenspannung der Dynamomaschine allmählig bis auf ca. 2 Volt für jede Zelle herab, worauf die Ausschaltung

der Dynamomaschine erfolgt. Nachträglich sei noch bemerkt, dafs die Widerstände S₁ und S₂ aufserdem auch in der Lichtstellung den Zweck haben, den Stromstofs zu dämpfen, welcher im Augenblicke der Einschaltung entstehen könnte.

Claims (1)

1. 'Patent-Ansprüche:

   ι . Elektrische Zugbeleuchtungsanlage mit selbstthätiger Regelung für gemischten Dynamo- und Sammlerbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dafs bei Ladestellung eines Schalters (T) (Tagesbetrieb) ein Relais (N) an die Betriebsleitungen angeschlossen ist, welches zur Vermeidung der Ueberladung der Batterie durch eine Wickelung (p ₃_) des Spannungsreglers (P) die Ladespannung unter einer bestimmten Grenze hält, während gleichzeitig die eine Hauptstromwickelung (P₁) des Spannungsreglers mit ihrem Vorschal twiderstand (S₁) ausgeschaltet ist, dafs dagegen bei Lichtstellung des Schalters (T) (Nachtbetrieb) das Relais (N) ausgeschaltet und die Wickelung (P₁) des Spannungsreglers eingeschaltet ist, um dann ,unter geringer Beanspruchung der Batterie den Strombedarf für die Beleuchtung in der Hauptsache durch den Dynamostrom zudecken, ohne einen besonderen Spannungsregler für die Lampen zu benöthigen. Ausführungsform der Zugbeleuchtungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Widerstände (S₁ ^; und S₂), welche in der Lichtstellung vom Maschinenstrom durchflossen werden, so bemessen sind, dafs der Spannungsverlust in diesen Widerständen bei der Stromstärke, welche an der Maschine zur alleinigen Deckung des Stromverbrauchs der Lampen nöthig ist, die Differenz zwischen der maximalen Ladespannung und der normalen Lampenspannung beträgt, so dafs die Dynamomaschine, wenn sie an die Hauptleitungen angeschlossen ist, eine Ladung der Batterien nicht bewirkt, aber, der jeweiligen in den Grenzen der maximalen Ladespannung und normalen Lampenspannung veränderlichen Klemmenspannung entsprechend, einen Theilstrom an die Glühlampen (g) abgiebt, der in Abhängigkeit von den Wickelungen (P₁P₂ und ρ J ist, welche so bemessen sind, dafs sie den Regler (P) in gleicher Weise beeinflussen, wie während der Ladung die Wickelungen (p₂ und p_i).

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.