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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Während wir zum Sichtbarmachen selbst kleiner Strom- oder Spannungsänderungen über sehr einfache und empfindliche Vorrichtungen verfugen, haben sich im Gegensatze dazu einfache Einrichtungen, die unter dem Einflufs einer solchen Aenderung regelnd wirken, indem sie etwa einen Widerstand, ein Dampfventil oder einen Umschalter verstellen, bisher nicht gefunden. So sind z. B. die bislang gebrauchten, selbsttätigen Spannungsregler meistens mittelbar wirkende, indem zunächst durch ein Contact-Voltmeter ein Relais und durch dieses eine elektromagnetische Kupplung eingeschaltet wird, die den Contacthebel des Regulirwiderstandes mit einer von einem Motor angetriebenen Welle kuppelt. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, solche Einrichtungen zu schaffen, die eine grofse Empfindlichkeit besitzen, so dafs ,sie schon bei geringen Abweichungen von der normalen Spannung eine grofse Verstellkraft haben und bei ihnen im Allgemeinen von der Verwendung von Zwischenapparaten mit eigener Energie abgesehen werden kann.

Der Erfindungsgedanke besteht darin, dafs die Spule des antreibenden Elektromagneten nicht unmittelbar an die zu regelnde Spannung gelegt wird, sondern dafs dieser zunächst eine zweite Stromquelle nach Art der für Mefszwecke bekannten Compensationsmethode gegengeschaltet wird, so dafs die Spule nur unter dem Einflufs der Differenz beider Spannungen steht. Die zu regelnde Stromquelle liefert Strom zu irgend welchen Nutzzwecken, die Hilfsstromquelle betheiligt sich dagegen nicht an der Stromlieferung, und braucht nur so grofs bemessen zu sein, dafs ihr Strom für die Verstellung des regelnden Organs ausreicht. Die Spannung der zu regelnden Stromquelle ist Schwankungen unterworfen, während die Hülfsstromquelle eine im Wesentlichen constante Spannung besitzt, die von der zu regelnden Stromquelle nicht beeinflufst wird. Je geringer der Unterschied dieser gegenüber der normalen Höhe der ersteren gewählt wird, um so empfindlicher wird die Vorrichtung. So lange beide Spannungen gleich sind, ist die zwischengeschaltete Wicklung des elektromagnetischen Apparates stromlos und er bleibt in Ruhe. Aendert sich alsdann die Spannung der ersten Stromquelle nach oben oder nach unten, so geht ein Strom durch die Wicklung zu bezw. aus der zweiten Stromquelle, so dafs nun der elektromagnetische Apparat das regelnde Organ so lange verstellt, als der Spannungsunterschied zwischen beiden Stromquellen anhält.

Der Widerstand der Spule wird so gewählt, dafs der Strom, welcher durch sie von oder zu der zweiten Stromquelle bei der gröfsten auftretenden Spannungsänderung der ersten geht, die Spannung der zweiten Stromquelle nicht oder nur um einen kleinen, zulässigen Betrag vermindert oder vergröfsert wird.

Die Regelung der Spannung kann entweder um ihrer selbst willen oder aber auch zur Erreichung eines anderen Endzweckes erfolgen.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung sollen die folgenden drei in den Fig. i, 2 und 3 schematisch dargestellten Ausführungsformen dienen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist der Fall vorgesehen, in welchem die Spannungsregelung nicht Selbstzweck ist, sondern zu einem anderen Endzweck, nämlich zur Regelung des Ganges einer Schiffsmaschine dient.

Die Nebenschlufsdynamo a, welcher mittels der Leitungen I, \^a ein Sammler gegengeschaltet ist, wird von der Hauptwelle angetrieben.

Das Solenoid g, durch welches auf ein regelndes Organ — Dampfventil, Abdampfventil oder Steuerung — direct oder mit Hülfe eines etwa durch Dampf betriebenen Zwischenapparates eingewirkt wird, hat zwei Spulen. Die obere besteht aus einer grofsen Anzahl Windungen dünnen, die untere aus wenigen Windungen dicken Drahtes. Die eine ist als ein Nebenschlufs mittels der Leitungen \^a und II zwischen die Klemmen der Dynamo bezw. des Sammlers, die andere so in die Leitung \^a geschaltet, dafs ein Ladestrom die Wirkung der oberen Spule auf den Eisenkern h verstärkt , aber ein Entladestrom die Wirkung schwächt oder aufhebt. Der Kern h verstellt unter Ueberwindung der Gegenkraft der Feder k mittels des zweiarmigen Hebels z, der Stange / und des Hebels m direct eine in die Dampfleitung eingeschaltete Drosselklappe.

Wenn jetzt z. B. der Propeller plötzlich brechen sollte, so wird bei einer Steigerung der Geschwindigkeit der Hauptmaschine um etwa 10 pCt. schon ein grofser Ladestrom in den Sammler gehen. Dadurch wird der Kern h in das Solenoid eingezogen und das Dampfventil so weit geschlossen, dafs die Maschine eine gefährliche Geschwindigkeit nicht erreichen kann. Bei Steigerung der Geschwindigkeit um weniger als etwa 10 pCt. ist der Ladestrom so klein, dafs das Solenoid die Gegenkraft der Feder k nicht überwinden kann. Würde man das Solenoid nur mit einer Wickelung ausführen, welche an die Klemmen der Dynamomaschine gelegt würde, so könnte die Kraft, mit welcher der Kern eingezogen wird, nur ungefähr proportional mit der Geschwindigkeit der Maschine wachsen. Bei den grofsen und veränderlichen Reibungen, welche bei dem Verstellen des Dampfventils zu überwinden sind, würde bald ein zu frühes, bald ein zu spätes Reguliren stattfinden. Bei den gewöhnlichen Schwankungen des Kesseldruckes oder Aenderungen des Füllungsgrades wird die beschriebene Einrichtung in keiner Weise den Gang der Maschine beeinflussen, weil die Spannung erst um ca. 10 pCt. steigen mufs, bevor ein stärkerer Strom in den Sammler geht. Wenn aber die Spannung auch nur wenig darüber hinaus steigt, so wird sofort infolge des geringen Widerstandes des Sammlers ein kräftiger Ladestrom entstehen, so dafs das Solenoid im Stande ist, das Dampfventil zu schliefsen, auch wenn grofse Reibungen zu überwinden sind.

Ein Beispiel, bei dem die Spannungsregelung Selbstzweck ist, bietet die selbsttätige Regelung eines Stromerzeugers, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Die Nebenschlufsdynamo speist mittels der Leitungen I und II ein Lichtnetz. Durch die Leitungen III und IV, sowie durch die Spule b ist dem Stromerzeuger ein Sammler gegengeschaltet, dessen Spannung der normalen des Lichtnetzes entspricht. Der Eisenkern c der Spule b, welcher durch die Spannungsspule d polarisirt wird, greift an den Contacthebel des Nebenschlufsregulators e an.

Solange nun die Spannung des Stromerzeugers die gleiche ist wie die des Sammlers, fliefst durch die Spule b kein Strom und der Contacthebel verharrt in seiner augenblicklichen Lage. Sobald aber die Spannung wächst, geht ein Ladestrom durch b zum Sammler, der Kern c wird tiefer in die Spule hineingezogen und der Contacthebel in der Richtung verstellt, dafs die Erregung geschwächt wird und die Spannung der Dynamo wieder sinkt. Bei zu kleiner Spannung an der Dynamo geht ein Strom durch Spule b aus dem Sammler, der Kern c wird herausgeschoben und die Erregung der Maschine verstärkt, so dafs ihre Spannung auf die normale Höhe steigt. Um ein Ueberreguliren zu vermeiden, könnte eine Dämpfung des Eisenkerns vorgesehen werden.

Dafs der Sammler an und für sich, indem er Strom aufnimmt oder abgiebt, die Belastung und somit die Spannung der Maschine in gewissen Grenzen constant halten kann, ist für die Zwecke meiner Erfindung nicht wesentlich.

Die Gröfse des Sammlers ist von der Gröfse der Dynamomaschine und der ganzen Anlage unabhängig; sie ist so zu bemessen, dafs die Spannung des Sammlers durch den Strom, welcher durch die Spule b bei der gröfsten Spannungsänderung an dem Stromerzeuger geht, wenig oder gar nicht geändert wird.

An Stelle eines Sammlers kann auch irgend eine andere Stromquelle genommen werden, welche die entsprechende Spannung und nicht zu grofsen Widerstand hat. Auch könnte für die antreibenden Theile Z?, c, d ein Elektromotor Verwendung finden, indem an Stelle der Spule b seine Magnetwicklung, und an Stelle der Spule d seine Ankerwicklung tritt und zwischen seine Welle und den Contacthebel eine geeignete Uebersetzung eingeschaltet wird.

Wie die Erfindung vortheilhaft noch zum Verstellen eines Umschalters verwendet werden kann, ist in folgendem Beispiel gezeigt.

Für die Beleuchtung von Eisenbahnwagen wird die Dynamomaschine a, deren Spannung durch beliebige Mittel von der Zuggeschwindigkeit in weiten Grenzen unabhängig gemacht ist, von einer Wagenachse angetrieben. Der selbstthätige Ausschalter b verbindet den einen Pol der Maschine nach Erreichung der Lampenspannung über die Leitungen I und II mit der Schleiffeder c und der Spule g des Elektromagneten t. Das andere Ende der Spule liegt an der Schleiffeder d. Der zweite Pol der Dynamo ist durch die Leitung III mit dem Lampenschalter h und den Sammlern i und k verbunden. Die Erregung der Maschine ist von dem Ausschalter h über die Leitung IV so abgezweigt, dafs die Dynamo nur dann Strom giebt, wenn das Licht eingeschaltet ist. In die Leitung IV ist der Widerstand / eingeschaltet. Dieser ist durch die Leitung V, die Schleiffedern m und n, sowie durch die Contacte der Walze ο in der gezeichneten Stellung derselben kurzgeschlossen. Die Walze ο und der Hebel ρ sind auf die Welle q aufgekeilt, während das Sperrrad r sich mit der Contactwalze s, mit der es fest verbunden ist, lose auf der Welle dreht. An den Hebel ρ greift der Anker des Elektromagneten t an. Diese Einrichtung arbeitet nun in folgender Weise:

Sobald der Zug und somit die Dynamomaschine α eine solche Geschwindigkeit erreicht, dafs sie die Lampenspannung giebt, tritt der selbsttätige Einschalter b in Thätigkeit. Der gröfste Theil des Maschinenstromes geht dann infolge des Widerstandes der Spule g über die Schleiffedern c und e zum Sammler i. Ein kleiner Theil geht durch g zu den Lampen. Den Rest des für die Lampen nothwendigen Stromes giebt der Sammler k über die Federn d und f. Wenn nun infolge der Ladung die Spannung am Sammler i und an der Maschine steigt, so nimmt der Strom in der Spule g rasch zu, bis der Anker des Elektromagneten t angezogen und die Contactwalze ο so gedreht wird, dafs die Schleiffeder m isolirt und in die Erregung der Widerstand / eingeschaltet wird. Dadurch sinkt die Maschinenspannung so weit, dafs der Sammler i nur mit einem schwachen Strome weiter geladen wird. Sobald der Zug langsam fährt, schaltet der selbsttätige Schalter b die Maschine ab. Für eine kurze Zeit geht dann noch ein kleiner Strom vom Sammler i durch die Spule g. Wenn sich aber seine Spannung mit der des Sammlers k nahezu ausgeglichen hat, und Spule g fast stromlos geworden, fällt der Anker ab. Eine vom Hebel ρ getragene Sperrklinke nimmt das Rad r mit und dreht die Walze s um 60°, so dafs nun die geladene Batterie i über die Schleiffedern e und d mit den Lampen verbunden ist, während die entladene Batterie k an Stelle von i über die Schleiffedern f und c bei der nächsten Fahrt geladen wird. Zugleich ist der Widerstand / wieder kurzgeschlossen.

Wie sehr diese Einrichtung bezüglich ihrer Empfindlichkeit beispielsweise einer Vorrichtung überlegen ist, bei welcher die Wickelung des Elektromagneten aus einer Spannungsspule besteht, die an die Klemmen der Dynamomaschine zu legen wäre, sei an folgendem Zahlenbeispiel gezeigt:

Der Widerstand der Spule g betrage 4 Ohm, die Spannung an den Lampen 32 und an der Maschine 40 Volt. Der Strom in der Spule g

ist dann — = 2,0 Ampere. Steigt nun

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die Maschinenspannung auf 41 Volt, so beträgt

der Strom — = 2,25 Ampere. Bei einer

Spannungserhöhung von nur 2,5 pCt. ist also der Strom und damit die Anzahl der Amperewindungen um 12,5 pCt. gestiegen.

Bei Verwendung einer Spannungsspule würde dagegen bei dem angenommenen Spannungszuwachs die Zahl der Amperewindungen nur um 2,5 pCt. vergröfsert sein. Die Empfindlichkeit der beschriebenen Vorrichtung ist somit in diesem Falle fünfmal so grofs als wie bei den bekannten Apparaten.

Claims

Patent-An Sprüche:

ι . Selbsttätige elektrische Antriebsvorrichtung, welche von einer Spannung abhängig ist, für Regulirvorrichtungen, Umschalter, Ventile und dergl., dadurch gekennzeichnet, dafs die Spule des antreibenden Elektromagneten nicht unmittelbar an die Stromquelle, deren Spannung geregelt werden soll, bezw. von der das regelnde Organ abhängt, gelegt wird, sondern dafs dieser zur Erzielung einer grofsen Empfindlichkeit und einer im Verhältnifs zur Spannungsänderung grofsen Verstellkraft eine zweite die Stromlieferung der zu regelnden nicht unterstützende Stromquelle von möglichst constanter und dem Normalwerthe der zu regelnden Stromquelle gleicher Spannung gegengeschaltet wird, indem die Elektromagnetspule zwischen beide Stromquellen gelegt wird, so dafs diese Spule nur unter dem Einflufs der Differenz beider Spannungen steht.
2. Eine Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch 1 für die elektrische Beleuchtung von Eisenbahnwagen mittels eines Stromerzeugers und zweier Sammler, von denen abwechselnd der eine durch den Stromerzeuger geladen, der zweite aber auf die

Lichtleitung entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dafs der Elektromagnet beim Wachsen der Spannung des ersten Sammlers zwecks Vermeidung einer schädlichen Ueberladung in den Erregerstromkreis der Dynamo einen Widerstand einschaltet, dagegen bei Stillstand derselben, oder sobald sie abgeschaltet wird, oder ihre Spannung sinkt, einen Umschalter beeinflufst, welcher den entladenen Sammler an Stelle des geladenen für die Ladung bereit stellt, den geladenen aber mit der Lichtleitung verbindet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.