DE134660C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVI 134660 KLASSE 20 k.

in ROM.

Der Gegenstand der Erfindung beruht auf dem Grundgedanken der Wechselwirkung zweier Spulen (Fig. 1 bis 3), wie er z. B. bei der Regelung der Bogenlampen angewendet ist. Der Erfindungsgegenstand dient hier zur Stromzuführung bei elektrischen Bahnen mit Theilleiterbetrieb und soll als Differentialumschalter bezeichnet werden.

Fig. 4 ist eine Ansicht, theilweise ein Schnitt des Umschalters und dessen Gehäuses, Fig. 4a und 4 b stellen den Umschalter mit den verschiedenen Leitungsverbindungen dar. Fig. 5 zeigt schematisch die Stellung des Wagens und der beiden Apparate. Fig. 6 ist ein Schnitt der Differentialspulen. In Fig. 7 und 7a und Fig. 7b ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Fig. 8 zeigt im Querschnitt den Bahnkörper und eine weitere Ausführungsform des Apparates, Fig. 9, 10 und 11 zeigen den Kern in Ansicht, Quer- und Längsschnitt.

Die Vorrichtung besteht aus drei Haupttheilen:

1. dem elektromagnetischen Differentialsysteme,

2. dem Umschalter,

3. dem den ganzen Apparat umschliefsenden Gehäuse.

Zwei elektromagnetische Stromkreise sind derart gewählt, dafs sie eine starke Erregungskraft haben, mit einer grofsen Erregungsentfernung und einem geringen Luftzwischeuraum, wobei ein schwacher Erregungsstrom zur Verwendung gelangt.

Die beiden elektromagnetischen Stromkreise, in Fig. 6 mit 6 und 7 bezeichnet, sind einander ähnlich, nur durch Form und Gröfse verschieden und durch eine Zwinge 8 aus nicht magnetischem Metall verbunden. Durch diese Zwinge geht ein ebenfalls aus nicht magnetischem Metall hergestelltes Rohr 9 hindurch, in welchem ein cylindrischer Weicheisenkern 10 gleitet, dessen Enden durch Kegel 11 gebildet werden. Dieser Cylinder dient dazu, den einen oder den anderen der magnetischen Stromkreise zu vervollständigen. Um das Rohr 9, und zwar genau in jedem Theile, welcher sich in dem magnetischen Stromkreise 6 befindet, sind zwei Spulen 13 und 12 aus Kupferdraht angeordnet, die in entgegengesetzten Richtungen zu einander gewickelt sind. Die Spule 13 ist aus einer grofsen Zahl von Windungen sehr dünnen, die Spule 12 dagegen aus einer geringen Zahl von Windungen sehr starken Drahtes hergestellt. Um dasselbe Rohr 9 ist eine Spule 14 aus Nickeldraht oder aus anderem, dem elektrischen Strome starken Widerstand bietenden Metalle gewickelt. Ein Theil 15 dieser Spule, und zwar jener, welcher dem Rohre 9 am nächsten liegt, ist mit weniger Windungen gewickelt als die Spulen 12 und 13, und der übrige Theil 16 ist aus Doppelwindungen desselben Drahtes hergestellt, welcher somit wie ein einfacher Widerstand ohne Induetionswirkung wirkt.

Wenn ein elektrischer Strom durch eine der Spulen 13 und 12 hindurchgeht, wird der

Eisenkern ίο nach oben gezogen und schliefst den magnetischen Stromkreis 6; ebenso wird, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule 15 geht, der Kern 10 nach unten gezogen, und schliefst den magnetischen Stromkreis 7. Damit letzteres erfolgen kann, ist es nöthig, dafs durch keine der Spulen 13 oder 12 elektrischer Strom hindurchgeht, da die Zahl der Ampere-Windungen dieser Spulen weit gröfser ist als die der Spule 15, und 'die Anziehungskraft der ersteren das Uebergejvicht haben und: der Kern 10 nach oben gezogen werden würde.

Umschalteranordnung.

Aufsen an dem magnetischen Stromkreis 7, und zwar unterhalb desselben, ist eine Holzscheibe 17 (Fig. ■ 4) angebracht, welche vier von einander isolirte Metallnapfe 18, 19 trägt. Oberhalb dieser Näpfe befinden sich zwei kleine Metallbrücken 20, 21, welche dazu dienen, die Näpfe paarweise mit einander leitend zu verbinden. Die Näpfe enthalten eine hinreichende Menge Quecksilber, um das Schliefsen eines Kontaktes durch die Spitzen der Brücke zu ermöglichen. Die Brücken 20 und 21 sind durch ein Gabelhebelsystem getragen, welches Parallelogramme 22 bildet, die, um vier Schrauben 23 auf zwei vorspringenden und entgegengesetzt einander gegenüberliegenden Bändern drehbar, auf dem Theile 6 des magnetischen Stromkreises angebracht sind. Dieses Parallelogrammwerk ist durch, eine Zugstange 24 und einen Bügel 25 auf der Stange 26 zusammengehalten, welche mit dem Kern 10 aus einem Stück besteht, so dafs, wenn . der letztere in seiner unteren bezw. Ruhestellung ist, die kleine Brücke 21 die Näpfe 19 leitend verbindet, während andererseits, wenn der Kern vom magnetischen Stromkreis 6 nach oben gezogen ist, die kleine Brücke 21 von den Näpfen 19 ab- - gehoben und deren Stromkreis geöffnet wird. Die Brücke 20 dagegen bleibt gesenkt und der Stromkreis der Näpfe 18 wird geschlossen.

Die Schaltung der elektrischen Stromkreise.

An einem der Näpfe 19 (Fig. 4a) ist ein Ende des Drahtes der Spule 13 befestigt, während das andere Ende derselben Spule mit dem Theile 6 verbunden ist; andererseits ist der Napf 19 mit dem den Apparat einschliefsenden guiseisernen Gehäuse elektrisch verbunden, welches Gehäuse seinerseits mit der die Rückleitung bildenden Schiene durch Leitung ο (Fig. 8) elektrisch verbunden ist.

Ein Ende der Spule 12 (Fig. 4 b) ist mit dem Theile 6, das andere Ende mit einem der Näpfe 18 verbunden; der andere Napf 18 ist mit der Hauptleitung 30 verbunden. Ein Ende der Spule 15 ist mit dem Ende der Spule 12, die an 18 angeschlossen ist, verbunden, während das andere Ende der Spule 15 mit einem der Enden der Spule 14 verbunden ist; das andere Ende der Spule 14 ist mit dem Napfe 19 verbunden, welcher seinerseits mit dem den Apparat einschliefsenden gufseisernen Gehäuse verbunden ist.

Aus dem Gesagten geht hervor, dafs, wenn der Kern 10 in seiner untersten Stellung ist, der Stromkreis der Spule 12 ebenso wie jener der Spde 1 5 unterbrochen sein wird, während der Stromkreis der Spule 13 und somit der ganze Apparat mit der Erde verbunden ist.

Ist der Kern 10 nach oben gezogen, so ist der Stromkreis der Spule 13 unterbrochen und der Stromkreis 12 mit der Hauptleitung 30 verbunden, so dafs im ganzen Apparat der zur Speisung des Wagens dienende Strom {liefst; die Spule 15 befindet sich in diesem Falle in Nebenschlufs zwischen der Hauptleitung und der Erde. Das den Apparat umschliefsende Gehäuse besteht aus einem leicht konischen Gufsbehälter 27 (s. Fig. 4 und 8), der in seinem unteren Theile ein seitliches Schraubenloch 28 hat, in welches eine gufseiserne Muffe 29 eingeschraubt ist, durch die das Kabel 30 hindurchgeht. Dabei dient das Loch 28, um einen luftdichten Verschlufs herbeizuführen, wenn ein geeignetes Isolirmaterial eingefüllt wird. Oben ist das Gehäuse durch einen gufseisernen Deckel 31 geschlossen unter Anbringung einer Zwischenlage 32 aus elastischem Material. Dieser Deckel ist mit dem Gehäuse durch Schrauben 33 mit dreieckigen versenkten Köpfen verbunden. Bei 34 ist der Deckel mit einer Oeffnung versehen, um den mit Verschraubung versehenen Kopf 35. des Theiles 6 durchzulassen. Auf dem Kopf 35 ist ein Knopf 36 aus Phosphorbronce aufgeschraubt, welcher zur Stromabgabe an den Wagen dient. Dieser Knopf 36 ist in geeigneter Weise durch eine Isolirung 37 und eine zweite äufsere Einfassung 38 aus Asphalt isolirt. Der Kopf des magnetischen'Feldes 6 ist aufser mit 36 noch mit einer Gufsplatte 39 verschraubt,. die ihrerseits mittelst vier Eisenstiften oder. Zapfen .40 am Deckel 31 befestigt ist.. Das. Ganze ist durch eine Scheibe 41 und die Muffen 42, aus demselben Material wie die Isolirung des Knopfes 36, isolirt. . .

Aus dem Gesagten geht hervor, dafs der ganze elektrische und mechanische Theil des Apparates an dem Deckel 31 des Gehäuses 27 befestigt ist, so dafs das unter Umständen erforderliche Auswaschen des Apparates' keine Schwierigkeiten bietet.

Auf dem Boden des Gehäuses 27, ungefähr in der Mitte desselben, ist. ein Isolirstück 43 aus demselben Material, wie die Stücke 37, 41 und 42 angeordnet. An diesem Blocke endet

das Kabel 30 Und steht mit einer Kupferscheibe 44 in Verbindung. Am unteren Theile yon 7 ist ein vom übrigen Apparate isolirter Eisenbügel 45 angebracht.· Dieser Bügel trägt zwei in" entsprechenden Ausnehmungen gleitende Zapfen 46,: welche mit einer Kupferplatte 47 aus einem Stücke bestehen, die durch eine Feder 48 in ihrer untersten Stellung zu dem Bügel gehalten, wird. Wenn also der Deckel 31 auf das Gehäuse 27 aufgesetzt wird, kommt die Scheibe 47 auf die Scheibe 44 zu liegen,, und wird durch die Feder 48 gegen sie angedrückt, so dafs die Stromabgabe vom Kabel 30 erfolgt. Die Scheibe 47 ist leitend mit dem zugehörigen Napfe 18 verbunden, welcher den Strom durch das Kabel erhält. Der Napf 19, welcher Erdschlufs haben mufs, ist leitend mit dem Deckel 31 des Gehäuses 27 verbunden und steht durch die Schrauben 33 auch in leitender Verbindung mit dem Gehäuse 27; das letztere endlich ist durch Kupferdrähte ο an die Schienen 57 angeschlossen. Der ganze Apparat ist mit einem schweren Theeröle gefüllt, um zu plötzliche Bewegung des Eisenkernes 10 zu mildern, um ferner die in dem Gehäuse 27 eingeschlossenen Theile gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit zu schützen und um eine bessere Isolirung der einzelnen Theile von einander zu erzielen; endlich, um den Strom bei den zwei verschiedenen Bewegungen des Kernes schnell zu unterbrechen und die Bildung kleiner Flammbögen zu verhindern. Einige andere Einzelheiten des Apparates sind folgende:

Eine Stellschraube 49 am Kopfe 35 des magnetischen Feldes 6, dient dazu, den Hub des Kernes nach oben zu begrenzen. Der Kern ist als ein aus einem cylindrischen Mittelstück 10 und zwei Stirnkegeln 11 gebildeter Körper gedacht, der mit Spiel in der Bohrung 9 läuft, durch Ringe 51 seine ganze Führung erhält und zum Luftausgleich die Längsnuthen 50 besitzt. Zwei Kantenschienen 51 dienen zur Leitung des Kernes. Eine Messingstange 26 ist ferner an dem Kerne 10 angeschraubt zum Zwecke der Uebertragung der Bewegung des letzteren auf den Bügel 25 (Fig. 9, ,10 und 11).

Ia Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform des Apparates dargestellt. Bei dieser kommen die Parallelogrammhebel 22, die Brücken 20, 21, die Quecksilbernäpfe 18, 19, die Platte 17 und der Bügel 25 in Wegfall.

■An der Stange 26 (Fig. 7) ist eine Feder 52 isolirt befestigt, die an beiden Enden kleine Blöcke aus Graphit oder Kohle 53 trägt.

. Unterhalb des magnetischen Feldes 7 sind zwei andere Kohlen- oder Graphitblöcke 54 befestigt, die unter einander und von ihrem Träger elektrisch isolirt sind, und von denen der.eine in leitender Verbindung mit einem Ende der Spule 12 (Fig. 7 a) und mit einem Ende der Spule 15 steht, der andere jedoch mit der Kupferplatte 47 (Fig. 4), welche den Strom vom Kabel 30 abnimmt.

Auf dem Bügel 45 sind gegenüber den kleinen Blöcken 54 von einander isolirte andere Kohlen- oder Graphitblöcke 55 hinter Blöcken 53 befestigt, von denen einer mit' einem Ende der Spule 13 (Fig. 7b), der andere mit der Erde 57 und dem anderen Ende der Spule 15 verbunden ist.

Es erhellt, dafs, wenn der Kern 10 unten ist, die Kohlen 53 eine leitende Verbindung zwischen der Erde und dem Ende der Spule 13 bewirken und dafs der Knöpf 35 des Apparates leitend mit der Erde verbunden ist. Wenn jedoch der Kern 10 nach oben gezogen ist, ist die Verbindung zwischen der Erde und der Spule 13 unterbrochen, während die Kohlen 53 das Ende der Spule 12 mit dem Kabel 30 in leitende Verbindung bringen. Der Strom zur Speisung des Wagens geht dann über den Kopf 36.

In Fig. 5 sind schematisch die elektrischen Verbindungen der beiden elektromagnetischen Umschalter dargestellt, die in Abständen liegen, welche.etwas geringer sind, als die Länge des Stromabnehmers des Wagens beträgt, so dafs dieser Stromabnehmer, bevor er einen Knopf verläfst, schon mit dem folgenden Knopfe in Kontakt ist. In Figi 5 befindet sich der Wagen mit dem Stromabnehmer über dem Knopfe 36 links. Der Umschalter unter diesem Knopfe ist gehoben;, denn da der Strom durch die Spulen 12 und 15 geht, und die Spule 12 eine gröfsere Anzahl Ampere-Windungen als die Spule ■ 15 hat, wird der Kern 10 von der Spule 12 angezogen, die Brücke 52, 53 gehoben, und in Kontakt mit den Kohlen 54 gebracht, so dafs der Strom von der Hauptleitung 30 durch Spule 12 nach dem Kopf 36 geleitet wird. Der Stromkreis der Kohlen 55 ist dagegen unterbrochen und infolge dessen auch der Stromkreis zwischen der Spule 1 3 und der Erde bezw. der die Rückleitung bewirkenden Schiene. Der Strom geht demnach durch den Knopf 36 in den Stromabnehmer des Wagens, geht durch den Motor desselben und wird durch die Schienen 57 der Stromquelle zurückgeleitet. Sobald der Stromabnehmer des Wagens den Knopf 36 verlassen hat, wird der Stromkreis unterbrochen, und der Strom geht nur noch durch die Spule 15; der Kern 10 wird, aufser durch sein Eigengewicht, durch die magnetische Einwirkung der Spule 1 5 niedergezogen. Diese magnetische Einwirkung dauert so lange an, als die Kohlenbrücke 52, 53 die Kohlenkontakte 54 nicht verläfst. Durch das Sinken des Kernes 10 und der Brücke

52, 53 wird der Stromkreis zwischen den Kohlen 54 geöffnet, d. h. zwischen dem Kabel 30 und dem Ende der Spule 12, und somit wird auch die Verbindung zwischen dem Solenoid 1 5 und dem Kabel 30 unterbrochen.

Da mit dem Kern 10 auch die Kohlenbrücke 52, 53 gesenkt wird, schliefst diese den Stromkreis zwischen den Kohlen 55, d. h. zwischen der Spule 13 und der Schiene und es kommt dadurch der Knopf 36 auch in Verbindung mit der Schiene 57, welche als Rückleitung dient, und der Unterbrecher gelangt in seine Ruhestellung, wie aus Fig. 5 für den Unterbrecher, welcher dem anderen vom Stromabnehmer des Wagens nicht berührten Knopf 36 entspricht, ersichtlich.

Wenn das Ende des Stromabnehmers des Wagens auf den nachfolgenden Knopf 36 kommt und gleichzeitig den vorhergehenden Knopf noch nicht ganz verlassen hat, so geht ein Theil des den Motor des Wagens speisenden Stromes durch den Knopf, auf welchem sich das Ende des Stromabnehmers des Wagens befinden wird, durch den Draht der entsprechenden Spule 13, durch die Kohlen 53 und 55 und wird direct zur Schiene 57 zurückkehren. Hierdurch wird der Kern 10 von der Spule 13 angezogen, hebt sich, schliefst den entsprechenden Umschalter zwischen den Kohlen 53 und 54 und der Spule 12 und hält ihn so lange geschlossen, bis der Stromabnehmer des Wagens den nächsten Knopf verläfst. Auf diese Weise wird die Stromleitung zum Wagen und dem neuen Kopfe bewirkt, sobald der vorhergehende Knopf verlassen wird.

Bei dem Gesagten wird angenommen, dafs' sich der Wagen schon in Bewegung befand; jetzt bleibt also zu erläutern, wie der Wagen von der Ruhelage in den bewegten Zustand versetzt wird, d. h. wie man erzielt, dafs der Kern 10 des entsprechenden Knopfes sich hebt, auf welch letzterem sich der Stromabnehmer des stillstehenden Wagens befindet.

In Fig. 5 ist der Wagen mit dem Stromabnehmer 56 mit dem Motor 58 schematisch veranschaulicht. Im Wagen ist eine Stromsammlerbatterie 59 von geringer Aufnahmefähigkeit untergebracht, welche sich im Nebenschlufs zum Stromkreise des Wagenmotors befindet.

Der. Stromkreis dieser Batterie ist mit einem Unterbrecher 60 versehen, welcher vom Wagenführer in dem Momente geschlossen wird, in welchem der Wagen abfahren soll. Nun bewirkt der Strom das Heben des Kernes 10, auf dessen Knopf sich der Wagen eben befindet, und es gelangt in dieser Weise der Strom des Kabels 30 zum Motor des Wagens. Bei den weiteren Knöpfen tritt das bereits eingehend Geschilderte ein. Der Unterbrecher 60, welcher den Batteriestromkreis zu schliefsen hat, kann auch in Wegfall kommen, wenn der Wagen mit einem geeigneten Regler versehen wird, der den Batteriestromkreis bei der ersten Bewegung schliefst. Wie man klar ersieht, wirkt die Batterie 59 als Abstofser, weil jedesmal, wenn sich der Unterbrecher 60 schliefst, folgendes eintritt: die Batterie entladet sich durch den Stromkreis, welcher von einem Theil des Stromabnehmers 56 des Wagens vom Knopfe 36, von der Spule 13 und von der Erde oder Schiene durch die Kontakte 55, 53; 53? 55 (Pig· 5» Umschalter rechts) gebildet wird. Von der anderen Seite ist der Stromkreis durch das Wagengestell und die Schiene geschlossen. Dadurch zieht die Spule 13 den Kern 10 in die Höhe, so dafs auf den Knopf 36 der Hauptstrom des Kabels 30 (Fig. 5, Umschalter links) durch die Kontakte 54, 53, 53, 54 und die Spule 12 kommt. Der den Knopf 36 berührende Stromabnehmer 56 bekommt den Strom des Hauptkabels, welcher Strom in jenem Augenblicke den Unterbrecher 60 noch geschlossen findet.

Da der Fahrschalter des Wagens schon offen ist, wird der Strom des Kabels zwei Wege finden, um zu den Schienen zu gehen: einen Weg durch den WagenmOtor 58 und das Gestell, den anderen durch den geschlossenen Unterbrecher 60, die Batterie 59 und das Wagengestell. So oft man nun auch den Unterbrecher 60 wirkend macht, so erhält bei den schnellen Bewegungen des Kernes 10 die Batterie 59, sowie sie in Thätigkeit tritt, sofort einen neuen Strom, so lange der Unterbrecher nicht geöffnet wird; infolge dessen ist es nicht nöthig, dafs diese Batterie eine grofse Aufnahmefähigkeit hat, da sie während ihrer Arbeit geladen wird.

Der Stromabnehmer des Wagens ist derart construirt, dafs er an jedem Ende zwei Kontakte 61, 62 besitzt, die von dem übrigen Stromabnehmer isolirt sind und durch Widerstände 63, 64 mit dem Stromabnehmer elektrisch verbunden sind, so dafs der Stromabnehmer den Knopf nicht verläfst, und den ganzen Strom, welcher in diesem Augenblicke den Wagenmotor speist, nicht plötzlich, sondern nach und nach unterbricht, zu dem Zwecke, eine Funkenbildung zu vermeiden.

Anstatt den Knopf 36 auf dem Deckel des Gehäuses anzubringen, kann, wie in Fig. 8 angedeutet, nur der Knopf 36 zwischen den Schienen, das Gehäuse aber seitlich derselben liegen und mit dem Knopfe 36 durch ein Kabel 65 verbunden sein. In diesem Falle.ist das Gehäuse durch einen festen Deckel ohne Oeffnungen geschlossen, da letztere leicht das

Eindringen des Wassers in das Innere des Gehäuses erlauben würden.

Die zum Oeffnen und Schliefsen des Umschalters erforderliche Kraft wird nur sehr gering sein, da der Kern ι ο nicht sehr schwer zu sein braucht. Der Kern io ist in seinen Auf- und Abwärtsbewegungen durch zwei Ringe 51 geführt, die um seine beiden Enden gelegt sind. Man könnte einwenden, dafs bei eintretender stärkerer Funkenbildung und infolge der Inductionen die Quecksilber- und die Kohlenkontakte verdorben werden; es ist jedoch hierbei zu beachten, dafs der Stromkreis der Spule 12 sofort unterbrochen wird, sowie der Stromabnehmer des Wagens den entsprechenden Knopf verlassen hat und dafs infolge dessen der zwischen dem Kabel und dem Quecksilbernapfe fliefsende Strom der Nebenschlufsström sein wird, welcher die Spule 15 speist und von geringer Intensität ist, so dafs auch die Wirkung der Induction sehr gering sein wird.

Das oben beschriebene elektrische Bahnsystem mit Oberflächenkontakten kann auch für gemischten Betrieb für Kontaktbügel dienen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Eine Stromzuführungseinrichtung für elektrische Bahnen mit Oberflächenkontakten, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Differentialumschalter, gebildet durch zwei magnetische Stromkreise (6,7) und einen Kern (10), zum Zwecke, durch einen kleinen Erregerstrom grofse Kernverschiebungen hervorzurufen.

2. Bei der durch Anspruch 1 geschützten Anordnung eine Ausführungsform des Differentialumschalters, gekennzeichnet durch eine Spule mit doppelter Wickelung (12, 13) in dem einen magnetischen Stromkreise (6), von welcher die Wickelung (13) das Schliefsen des Umschalters bewirkt, und die Wickelung (12) den Schlufs des Umschalters so lange aufrecht erhält, als der Stromabnehmer (56) des Wagens sich auf dem dem Umschalter entsprechenden Knopf (36) befindet, während eine Spule (14, ι 5) in dem anderen magnetischen Stromkreise (7) dazu dient, den Umschalter (6) zu öffnen, sobald der Stromabnehmer (56) den entsprechenden Knopf (36) verlä'fst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.