DE163139C

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Publication number: DE163139C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung elektrischer Stromkreise auf. gleichmäßige Stromstärke oder gleichmäßige Spannung oder auf beides, und zwar bei einem System von einer oder mehreren Stromquellen. Die Erfindung ist besonders anwendbar bei Dynamomaschinen, welche mit Hilfssammlerbatterien zusammen benutzt werden, beispielsweise bei elektrischen ίο Beleuchtungsanlagen, zumal dann, wenn, wie bei Eisenbahnwagenbeleuchtung, die Dynamomaschine mit wechselnder Geschwindigkeit läuft. Bei der zweckmäßigsten Ausführungsform der Erfindung liegt die Sammlerbatterie im Nebenschluß zu den Verbrauchsstellen. Zum Zwecke der Regelung ist in bekannter Weise ein Widerstandsschalter angeordnet, welcher bei wechselndem, auf ihn ausgeübtem Drucke weitgehende Unterschiede im elektrisehen Widerstände ergibt.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι und 2 zeigen schematisch einfache Ausführungsformen für Nebenschlußdynamomaschinen.

Fig. 3 ist eine Vorderansicht und

Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht einer besonders zweckmäßigen Vorrichtung zum Ändern des Widerstandes und Schließen des Stromkreises.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines vollständigen Regelungssystems, welches beispielsweise zur Beleuchtung eines Wagens angewendet werden kann.

Fig. 6 ist eine Oberansicht einer zweckmäßigen Form einer Widerstandssäule,

Fig. 7 eine Seitenansicht und teilweise ein Schnitt eines Säulenteils.

Fig. 8 ist ein Grundriß einer der zur Zusammensetzung dieser Säule benutzten Blechplatten.

Die Erfindung ist nicht auf Nebenschlußmaschinen ausschließlich beschränkt, sondern kann mit gewissen Abänderungen bei jeder Form von Dynamomaschinen oder anderen elektrischen Maschinen mit oder ohne Batterie benutzt werden.

In Fig. ι ist die Dynamomaschine 1 mit dem Anker 2 und der Feldmagnetwicklung 3 versehen, welch letztere im Nebenschluß zum Arbeitsstromkreis 4 liegt. · Eine Sammlerbatterie 5 liegt im Nebenschluß zu den Verbrauchsstellen 6 (Lampen und dergl.).

Die Regelungsvorrichtung wird durch ein Solenoid 7 beeinflußt, dessen Wicklungen je nach der gestellten Aufgabe entweder in Reihe mit dem Arbeitsstromkreise oder im Nebenschluß' oder in beiden Schaltungen liegen. In den Fig. 1 und 2 ist das Solenoid mit einer Hauptwicklung versehen, welche bei 8 in den Arbeitsstromkreis 4 geschaltet ist. Der Kern 9 des Solenoids ist mit einer mechanischen Belastung verbunden, so .daß derselbe bei der Bewegung zur Stromregelung

- einen mechanischen Widerstand erfährt, welcher beispielsweise durch eine Feder io geliefert wird. In Fig. ι und 2 ist der Kern 9 mittels eines Hebels 11 mit der Feder 10 verbunden. Der Hebel selbst ist bei 12 drehbar gelagert. Durch passende Wahl der Hebelübersetzung kann man in bekannter Weise geeignete Kräfteverhältnisse erzielen.

Der elektrische Widerstand 13 liegt zwisehen zwei Druckplatten 14 und 15. Die Platte 15 ist gelenkig an dem Arm des Hebels 11 angeschlossen, welcher dem Kern 9 entgegengesetzt Hegt.' Es kann jeder beliebige geeignete Widerstand bekannter Art angewendet werden, der bei verändertem Drucke einen verschiedenen Leitungswiderstand hat. Die Anordnung des Widerstandes kann natürlich senkrecht, wagerecht oder schräg sein. Die Feder 10 übt einen ununterbrochenen Druck auf die Säule 13 aus und drückt dieselbe zwischen den Platten 14 und 15 zusammen. Dieser Druck wird durch die Wirkung des Kernes 9 beim Stromdurchgang durch das Solenoid 7 mehr oder weniger verringert.

Die Widerstandssäule liegt in Fig. 1 und 2 in Reihe mit der Feldmagnetwicklung 3 und demzufolge im Nebenschluß zum Arbeitsstromkreis, wie die Pfeile an den dünneren, den Nebenschluß bezeichnenden Linien ergeben. In Fig. ι führen die Drähte 16 und 17 unmittelbar von den beiden Enden des Widerstandes 13 zu dem Solenoid 7, um welches sie in solcher Richtung herumlaufen, daß die Nebenschlußwicklung die Wirkung der bei 8 angeschlossenen Hauptstromwicklung verstärkt. Dies wird durch die gleichgerichteten Pfeile am oberen und unteren Ende des Solenoides angedeutet. Die mit 16 und 17 verbundene Wicklung kann als Hilfswicklung bezeichnet werden, und ergibt eine größere Empfindlichkeit und feinere Regelung. Dies trifft auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 zu.

Wenn man den Stromkreis in Fig. 1 verfolgt, so sieht man, daß der die positive Bürste der Dynamomaschine verlassende Strom sich bei 18 verzweigt. Der vom Arbeitsstromkreis abgezweigte Strom fließt durch die Säule 13 und von da durch den Draht 19 zu demjenigen Anschluß der Feldmagnetwicklung, welcher nicht unmittelbar mit der Ankerbürste verbunden ist. Ein Teil dieses Stromes wird durch die Leitungen 16 und 17 der Hilfswicklung zugeführt, welcher um so größer ist, je größer der Widerstand der Säule 13 wird.

Durch geeignete Wahl der Windungszahl in der Hilfswicklung und der Windungszahl der bei 8 angeschlossenen Hauptwicklung kann ein vergleichsweise kleiner Strom in der Hilfswicklung beinahe jeden gewünschten Teil der Regelungsarbeit ausführen. Infolgedessen können kleine Stromveränderungen in der Hilfswicklung große Unterschiede in der Amperewindungszahl zur Folge haben, welche auf den Kern 9 zur Wirkung kommen.

Die Anordnung nach Fig. 1 ist für die Fälle besonders geeignet, in welchen die Verbrauchsstellen 6 durch eine mit wechselnder Geschwindigkeit angetriebene Dynamomaschine gespeist werden, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn die Dynamomaschine von einer Achse eines Eisenbahnwagens angetrieben wird. Bei derartigen Systemen ist es erwünscht, daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Strom zur Ladung der Batterie 5 vorhanden ist, was in folgender Weise erreicht wird.

Wenn die Geschwindigkeit der Dynamomaschine ein wenig steigt, so beginnt infolgedessen die Stromstärke zu steigen, wodurch eine erhöhte Zugwirkung auf den Kern 9 ausgeübt wird. Dadurch wird die zusammendrückende Wirkung der Feder 10 auf die Säule 13 verringert, wodurch der Widerstand der Säule erhöht und der Feldmagnet geschwächt wird.

Gleichzeitig wird infolge dieser Zunahme des Widerstandes ein größerer Stromteil durch die Hilfswicklung geschickt, so daß die Wirkung dieser Wicklung den Widerstand bei 13 noch mehr erhöht.

Indem der Feldmagnet geschwächt wird, wird die Wirkung der Hauptstromwicklung des Solenoids verringert, und die Abnahme der Wirkung dieser Wicklung zusammen mit der Zunahme der Wirkung der Hilfswicklung dauert fort, bis, nachdem eine neue gleichmäßige Geschwindigkeit der Dynamomaschine erreicht ist, ein Gleichgewichtszustand eintritt. Aus dem Ausgeführten ist ohne weiteres ersichtlich, daß die notwendige Zunahme des Arbeitsstromes verhältnismäßig klein ist, da die Hilfswicklung bei der Zunahme des Widerstandes bei 13 mit in Tätigkeit tritt. Auf diese Weise vergrößert die Hilfswicklung die Empfindlichkeit der Regelung.

Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Hilfswicklung an einer Seite mit der Säule 13, an der anderen Seite jedoch durch die Leitung 20 unmittelbar mit der negativen Bürste der Dynamomaschine verbunden. Die Hilfswicklung ist in diesem Falle in Nebenschluß zu dem Feldmagneten anstatt in Nebenschluß zum Widerstand 13 gelagert. Da sowohl der Feldmagnet als auch die Hilfswicklung mit dem Widerstand 13 in Reihe an die Bürsten geschaltet sind, erhält, wenn der Widerstand 13 wächst, die Hilfswicklung weniger Strom. Aus diesem Grunde muß in diesem Falle die Hilfswicklung der Hauptwicklung entgegengesetzt gewickelt sein,

wie.durch die gegeneinander laufenden Pfeile am Solenoid 7 veranschaulicht ist. Die Ausführungsform nach Fig. I ist im allgemeinen vorzuziehen.

Bei 21 ist in Fig. 1 und 2 ein Solenoid zur Hervorbringung des Stromschlusses dargestellt, welches den Hauptstromkreis recht-

, zeitig schließt und ihn unterbricht, wenn die Dynamomaschine ihre Geschwindigkeit so weit verringert, daß durch die Wirkung der Sammlerbatterie 5 die Stromrichtung im Anker umgekehrt wird. Diese Stromschlußvorrichtung ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3, 4 und 5 mit dem Widerstände verbunden.

Wenn eine Dynamomaschine aus dem Ruhestande in Bewegung gesetzt wird, so ist eine beträchtliche Zeit erforderlich, bis Strom und Spannung die normale Durchschnittsgröße erreicht haben. Es ist wünschenswert, daß während dieser Zeit die Regelungsvörrichtung keine Änderungen der Widerstandssäule 13 ergibt. Im anderen Falle wäre die Regelungsfähigkeit eines Widerstandes dieser Art nicht ausreichend. Aus diesem Grunde kommt bei der Ausführungsform nach Fig. 3, 4 und 5 die Widerstandssäule nicht eher in Tätigkeit, als eine ungefähr dem normalen Zustande entsprechende Spannung im Stromkreise vorhanden ist.

Bei der Ausführungsform Fig. 3 und 4 wirkt der Einziehungsbewegung des Kernes 9 ein Gewicht 22 entgegen, welches in Fig. 5 durch eine Feder 23 ersetzt ist. Durch Anwendung eines solchen mechanischen Wider-Standes kann man erreichen, daß das Solenoid den Kern nicht eher einzieht, ehe nicht eine bestimmte Stromstärke vorhanden ist.

.Die Widerstandssäulen 13 liegen an den beiden Seiten des Solenoids, und ein Querhaupt 24 drückt auf das obere Ende der Säulen. Das Querhaupt 24 ist mit einer Muffe 25 versehen, in welche ein auf eine Feder 27 drückender Kolben 26 lose eingreift. Der Kolben 26 wird mittels einer Stellschraube 28 in einer Muffe 29 befestigt, welche an einem in einer Büchse 31 drehbaren Zapfen 30 befestigt ist (vergl. Fig. 4). ,Die Bauart . gestattet eine gewisse Drehung des Querhauptes zum Ausgleich kleiner Verschiedenheiten in der Höhe der beiden Säulen 13.

Mit dem Querhaupt 24 sind zwei Kontaktstücke 32 und 33 verbunden, welche den Stromkreis des Solenoids schließen (Fig. 5).

Ein Druckstift 34 ist mit Spielraum durch das Polstück 34* hindurchgeführt und am oberen Ende des Kernes 9 befestigt. Ein Schlußstück 35 aus Metall ist isoliert an der Stoßstange befestigt. Das Ende des Kernes 9 wird zweckmäßig kegelförmig gestaltet (punktiert in Fig. 3) und entsprechend das Polstück 34" kegelförmig ausgedreht. Dadurch wird die Verschiedenheit der Anziehung bei wechselnder Entfernung des Kernes vom Polstück verringert.

Wenn ein Strom von genügender Stärke durch das Solenoid fließt, so wird das Gewicht 22 oder die Feder 23 überwunden und der Kern 9 so weit eingezogen, daß das Schlußstück 35 mit den Anschlußstücken 32 und 33 in Kontakt kommt.

Diese Anschlußstücke können in beliebiger geeigneter Weise am Querhaupt 24 angebracht werden und bestehen in der .dargestellten Ausführungsform aus biegsamen, bei 36 hinter dem Querhaupt 24 befestigten Metallstreifen, welche sich unterhalb der Isolierplatte 37 an der Unterseite des Querhauptes wagerecht erstrecken. Das Schlußstück 35 schließt zuerst den Stromkreis für die A^erbrauchskörper und beginnt dann sofort den aufwärts gerichteten Druck auf das Querhaupt 24 der Feder 27 entgegen auszuüben, wodurch der Widerstand in den Säulen 13 wächst.

Fig. 5 erläutert die Anwendung der zuletzt beschriebenen Ausführungsform. Das Solenoid besteht in diesem Falle aus drei Wicklungen 7^a, 7*, 7^C. Die Wicklung 7^a kann ungefähr die Hälfte der Amperewindungen enthalten und ist mit dem Arbeitsstromkreis 4 in Reihe geschaltet. Die Wicklung J^b, welche ungefähr ein Drittel der Amperewindungen ergibt, liegt im Nebenschluß zu dem Stromkreise zwischen der negativen Bürste der Dynamomaschine 1 und dem Punkt 38. Die Wicklung 7^C liegt im Nebenschluß zu den Widerständen 13, welche durch das Querhaupt 24 und die Leitung 39 bei 38 in den Stromkreis eingeschaltet sind. Die Widerstände liegen in Reihe mit der Feldmagnetwicklung, welche durch die Leitung 17 mit denselben verbunden ist.

Die Ausfürungsform nach Fig. 5 enthält somit die Einrichtung der Fig. 1 und die der Fig. 3 und 4 vereinigt mit der Maßgabe, daß die Wicklung J^b hinzugefügt ist, welche im Nebenschluß zum Arbeitsstromkreise liegt. Diese Wicklung y^b hat die Bestimmung, den Arbeitsstromkreis zu schließen und dann eine gleichmäßige Kraft auszuüben, welche in derselben Richtung wirkt wie die von der Wicklung y^a hervorgebrachte, welche mit der durch die Sammlerbatterie 5 erhaltenen Spannung steigt.

In manchen Fällen ist es erwünscht, gleichmäßige Spannung für die Stromverbrauchsstellen 6 zu erhalten. Zu diesem Zweck wird noch eine Hilfsregelungsvorrichtung hinzugefügt.

Diese Hilfsregelungsvorrichtung besteht aus dem Magneten 40 mit dem Polstück 41, welcher auf den bei 43 drehbar befestigten

Anker 42 wirkt und durch diesen eine gegen eine Feder 45 wirkende Stoßstange 44 bewegt. Die Widerstandssäule 46, welche die unten beschriebene Bauart besitzt, wird durch einen Hebel 47 und eine Feder 48 unter beständigem Drucke erhalten. Sobald der Magnet 40 eine bestimmte Kraft entwickelt, welche zur Überwindung der Feder 45 ausreicht, stößt die Stange 44 gegen den Hebel 47 und wirkt der Feder 48 entgegen, wodurch der Widerstand in der Säule 46 vermehrt wird. Das Prinzip der Anwendung zweier mechanischer Widerstände, welche der Solenoidwirkung entgegenstehen, ist bei dieser Ausführung mit einem Hebelsystem erreicht.

Die Säule 46 ist mit dem Teile des Arbeitsstromkreises 4^a in Reihe geschaltet, welcher direkt zu den Verbrauchsstellen 6 führt. Der Magnet 40 liegt im Nebenschluß zu diesem Stromkreise, indem er durch eine jenseits des Stromunterbrechers 50 anschließende Leitung 49 angeschaltet ist. Die Kraft des Magneten wird in dieser Weise durch die Spannung bestimmt, welche an den Polen der Verbrauchsstellen herrscht. Wenn eine oder mehrere von diesen Verbrauchsstellen abgeschaltet werden, so vergrößert sich der Widerstand der übrigbleibenden, und ein größerer Stromteil durchfließt den Magneten 40.

Dadurch wird der Anker 42 kräftiger angezogen und vergrößert den Widerstand 46, wodurch der Strom entsprechend dem verminderten Bedarf verringert wird.

Am zweckmäßigsten stellt man die Widerstandssäule aus einer wechselnden Reihenfolge von Metallplatten und Halbleitern her. Unter Halbleitern werden dabei, wie üblich, Widerstandskörper bezeichnet, welche zur Übertragung starker Ströme genügende Leitungsfähigkeitbesitzen, beispielsweiseKohlenmassen. Die Metallplatten 50 sind zwischen Kohlenscheiben gelegt und haben größere Fläche als diese, so daß sie die entstehende Wärme ableiten. Um eine dauerhafte Verbindung zu erzielen, werden die Metallplatten zweckmäßig mit Vorrichtungen zum Lagern und Festhalten der Kohlekörper 51 versehen.

Zu diesem Zwecke sind bei der dargestellten Ausführungsform radiale Zungen aus jeder Blechplatte 50 herausgestanzt (vergl. 52 in Fig. 8), deren Enden aufgebogen sind, so daß Öffnungen 53 entstehen. Die eine Hälfte der Zungen ist nach oben gebogen, während die andern Hälfte nach unten gebogen ist, so daß die beiden auf den verschiedenen Seiten der Platte liegenden Kohlekörper von den Zungen umfaßt werden können.

In dieser Weise kann man eine Säule von geeignetem Widerstände aufbauen, deren Teile sich nicht gegeneinander verschieben können (vergl. Fig. 7). Andere geeignete Verbindungsweisen zwischen den Teilen des Widerstandes ergeben sich ohne weiteres.

Es ist zweckmäßig, beim Stanzen der Zungen 52 dieselben etwas aus der Ebene des Bleches 50 herauszudrücken, so daß durch die elastischen Blechzungen die aufeinanderfolgenden Teile etwas voneinander getrennt gehalten werden und dadurch der Anfangsdruck, welchem die Säule ausgesetzt ist, aus- geglichen wird. Dadurch wird die Veränderungsmöglichkeit des Widerstandes der Säule erhöht.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung elektrischer, durch eine Nebenschlußdynamomaschine gespeister Stromkreise mittels eines veränderlichen Widerstandes, welcher in Reihe mit der Feldmagnetwicklung geschaltet und durch einen Elektromagneten geregelt wird, dessen Hauptwicklung in Reihe mit dem Arbeitsstromkreis geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Wicklung dieses Elektromagneten (bezw. Solenoids) einerseits an den Arbeitsstromkreis und andrerseits an die Feldmagnetwicklung an einen Punkt zwischen dieser Wicklung und dem veränderlichen Widerstand angeschlossen ist, durch welche die Empfindlichkeit der Regelung erheblich verstärkt wird (Fig. 1 und 2).

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die. beiden Enden der zweiten Wicklung des Elektromagneten mit den beiden Enden des veränderlichen Widerstandes verbunden sind (Fig. 1).

3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Widerstände der Bewegung des Elektromagneten bezw. Solenoidkerns entgegenwirken , von denen der eine (Gewicht 22 bezw. Feder 23) ununterbrochen wirkt, während der andere (Feder 27) erst während des letzten Teiles der Bewegung in Wirkung tritt und dabei den in bekannter Weise durch Druckveränderung geregelten Widerstand gemäß den Bewegungen des no Elektromagnetankers bezw. Solenoidkerns entlastet, wodurch eine größere Empfindlichkeit der Regelung hervorgebracht wird.

4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher mit der Regelungs- vorrichtung eine Stromschlußvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegung des Ankers bezw. Kernes zunächst unter dem Einfluß der Nebenschlußwicklung allein gegen den beständig' wirkenden Widerstand erfolgt, bis bei Erreichung einer gewissen Grenze der

Hauptstromkreis geschlossen wird, so daß bei weiterer Bewegung nunmehr beide Wicklungen in Tätigkeit treten.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Regelungswiderstandes im Lampenstromkreis bei gleichzeitiger Anordnung eines Elektromagneten bezw. eines Solenoids, das von der Lampenspannung abhängig ist, zum Zwecke der Erhaltung konstanter Spannung bezw. konstanten Stroms im Nutzstromkreis.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.