DE176429C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

20. März 1883

die Priorität

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Anlagen, und zwar insbesondere auf eine Wechselstrom-Gleichstromanlage zur Beleuchtung von Eisenbalmzügen und zur Verwendung für andere Zwecke.

In den beiliegenden Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schaltungsschema und stellt die Erfindung in ihrer Anwendung zur Beleuchtung eines Zuges dar.

Fig. 2 ist eine Ansicht des Umschalters im Schnitte in vergrößertem Maßstabe.

Fig. 3 ist ein Schema einer anderen Ausführungsform der Erfindung für die Beleuchtung von Eisenbahnwagen.

Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Dynamomaschine Anwendung finden, die mehrere Stromkreise von verschiedenen Spannungen mit Strom versorgt. Der eine Stromkreis mit höherer Spannung wird zur Ladung einer Sammlerbatterie verwendet, und der Arbeitsstromkreis ist entweder mit dem Stromkreise von geringerer Spannung verbunden oder wird von der Sammlerbatterie bei deren Entladung gespeist. Beispielsweise kann bei der Erfindung, eine Wechselstrom-Gleichstrommaschine Anwendung finden, die gleichzeitig Gleichstrom und ein- oder mehrphasigen Wechselstrom liefert. Diese Maschine kann in bekannter Weise in der Form eines rotierenden Umformers oder eines Wechselstrom-Gleichstromgenerators, nach F a w c u s und C ο w a 11, dessen Ankerwickelung bekanntlich einerseits an einen Gleichstromkommutator und andererseits an Wechselstromsehleifringe angeschlossen ist, ausgeführt werden. Eine Sammlerbatterie kann durch Schalter beliebiger Konstruktion mit den Gleichstromkreisen der Maschine verbunden werden, und Umschalter können angewendet werden, um den Arbeitsstromkreis entweder direkt von dem Wechselstromkreise, der mit der Maschine verbunden ist, oder von der Sammlerbatterie bei deren Entladung zu speisen.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die bekannte Wechsel- strom-Gleichstrommaschine angewendet, deren Anker 1 mit dem Kommutator 2 versehen ist, der die Bürsten 6 und 7 mit Gleichstrom versorgt. Die Schleifringe 3 und 4 sind durch Leitungen unmittelbar an die Gleichstrom-Wickelung des Ankers oder auch an eine andere Wickelung angeschlossen. Die Kontakte 28 und 29, die auf diesen Ringen aufliegen, erhalten von diesen also Wechselstrom. In dem hier dargestellten Falle sind zwei Schleifringe gezeichnet, und es wird gewöhnlicher Einphasenwechselstrom übertragen. Die Wechselstrom-Gleichstrommaschine kann aber auch so

gebaut sein, daß sie Mehrphasenstrom liefert. Das Nebenschlußfeld 8 ist in der Zeichnung mit den Bürsten 6 und 7 verbunden und in Reihe mit dem Nebenschlußregulator 9 gewohnlicher Konstruktion geschaltet. Das Gleichstromreihenfeld 10 ist ebenfalls einerseits mit der Bürste 6 und andererseits mit dem Kontakte 11 verbunden. Die andere Bürste 7 ist durch den Batterieregulierwiderstand 19 mit dem Kontakte 12 verbunden. Ein geeigneter Reihentransformatör kann in den Wechselstromkreis eingeschaltet werden, der in der Zeichnung bei 16 angedeutet ist. Die Reihenwickelung 17 dieses Transformators ist mit dem Kontakte 29 verbunden, der auf dem Schleifringe 4 aufliegt. Die sekundäre Wickelung 18 des Transformators speist das Wechselstromreihenfeld 15 der elektrischen Maschine, indem der Wechselstrom der Wickelung 18 durch den Gleichrichter 5 gewöhnlicher Konstruktion, der mit den Bürsten 30 und 35 versehen ist, in Gleichstrom verwandelt wird. Ein geeigneter Wechselstromspannungsregulator 20 kann, wenn nötig, eingeschaltet wer- den, der, wie in der Zeichnung dargestellt ist, aus der Nebenschlußspule 25 und der Reihenspule 26 besteht. · Mit der letzteren wirkt die verschiebbare Kontaktklemme 27 .zusammen, • so daß jede beliebige Anzahl von Windungen der Reihenspule eingeschaltet werden kann.

Diese Reihenspule ist, wie die Zeichnung zeigt, mit dem Kontakte 13, und der Kontakt 28, der auf dem Schleifringe aufliegt, mit dem

. Schalterkontakte 14 verbunden.

Die Schalter 36, die von beliebiger Konstruktion sein und einzeln oder in Verbindung miteinander arbeiten können, verbinden, wie in der Zeichnung zu sehen ist, die entsprechenden Kontakte in den Hauptleitungen 31,32,33 und 34, die sich durch die ganze Anlage erstrecken und, wenn die Anlage zur Beleuchtung eines Zuges benutzt wird, in bekannter Weise auch durch alle Wagen des Zuges geführt werden können, zu welchem Zwecke in der Zeichnung passende Kreuzungsstücke vorgesehen sind. Ein Wagenschaltbrett 37 ist ebenfalls vorgesehen, das von beliebiger Konstruktion sein kann, und dessen Kontakte mit sämtlichen Hauptleitungen in Verbindung stehen. Die Schaltkontakte sind auch nach der Zeichnung mit den Kontakten 21, 22, 23 und 24 verbunden, die die Endpunkte der Stromkreise der Anlage in den einzelnen Wagen bilden. Zweckmäßig wird jeder Wagen des Zuges mit einer Anlage versehen, wie siein dem unteren Teile der Fig. 1 schematisch dargestellt ist.

Der Gleichstromkreis jedes Wagens umfaßt

zwei Leitungen, die mit den Kontakten 21

. 60 und 22 verbunden sind. Diese Leitungen sind auch mit den Kontakten 60 und 63 des selbsttätigen Hebelschalters verbunden, ven denen der Kontakt 63 auch dtirch die Batterieleitung 77 mit dem einen Pole der Sammlerbatterie 42 verbunden ist. Zwischen den Kontakten 59 und 60 ist ein Regulierwiderstand 61 eingeschaltet, mit dem die Stärke des Ladestromes für die Batterie eingestellt werden kann. Der Kontakt 80 des Batterieschalters steht in Verbindung mit dem Kontakte 59, und das Schaltmesser 82 stellt die Verbindung mit dem anderen Kontakte 79 her, der, wie in der Zeichnung zu sehen, durch die Batterieleitung 78 mit dem anderen Pole der Sammlerbatterie verbunden ist. Die Sammlerbatterie kann auch mit einem besonderen Gleichstrom - Arbeitsstromkreise verbunden werden, der in der Zeichnung die Leitungen 40 und 41 umfaßt und zur Arbeitsleistung oder zur Übertragung elektrischer Energie zu anderen Zwecken . dienen kann. In der Zeichnung ist ein Gleichstrommotor 38 vorgesehen, der durch diesen Stromkreis mit Hilfe des Schalters 39 gespeist werden kann. .

Der in der Zeichnung dargestellte Kontrollschalter enthält das Solenoid 76, das im Nebenschlüsse an die Wechselstromleitung zwischen den Kontakten 23 und 24 eingeschaltet ist. Ein Eisenkern 75 befindet sich im Innern des Solenoids und ist mit der Stange 74, an der die Schaltermesser 72 und 73 sitzen, verbunden. Solange der Wechselstromkreis von Strom durchflossen ist, wird dieser Eisenkern mit den entsprechenden Schaltermessern gehoben und dadurch die Verbindung zwischen den Kontakten 69 und 168 und 70 und Ji hergestellt. Sobald aber der Strom schwächer wird oder ausbleibt, fällt der Eisenkern herunter und die Verbindungen werden unterbrochen. Die selbsttätige Schaltvorrichtung, die dazu bestimmt ist, die Belastung von dem Wechselstromkreise auf den Gleichstromkreis umzuschalten, besitzt, wie in der Zeichnung zu sehen ist, ein Solenoid 68. In diesem Solenoid befindet sich ein Eisenkern 67, der die Stange 66 trägt. Diese Stange geht lose durch das Brückenstück 65 des an einem Zapfen drehbaren doppelarmigen Hebelschalters und trägt an ihrem Ende einen Knopf 91 (Fig. 2), der das Brückenstück hebt, das gewöhnlich durch die Feder 64 heruntergehalten wird (Fig. 1 und 2). Die beiden Messer dieses Schalters sind um die Zapfen 86 in den Scharnierkontakten 49 und 50 drehbar angeordnet. In der gezeichneten gehobenen Stellung des Schalters schließen die Arme 53 und 54 die Verbindung zwischen dem Schar¹ nierkontakte 49 und dem Kontakte 51 und verbinden den Scharnierkontakt 50 mit dem Kontakte 52 des Wechselstromkreises. Die Kontakte 51 und 52 sind, wie in der Zeichnung zu sehen ist, währenddessen'mit den Kontakten 23 und 24 des Wagenschalters verbunden. Das

Solenoid 68 ist in dem Gleichstromkreise des Wagens eingeschaltet, wenn das Kontaktstück 72 des Kontrollschalters gehoben ist, so daß die Kontakte 69 und 168 leitend verbunden

- 5 sind. Wenn die Spannung des Wechselstromkreises des Wagens genügend hoch ist, wird der. Kontrollschalter gehoben und damit auch der selbsttätige Umschalter in die in Fig. 1 und 2 dargestellte gehobene Lage gebracht, so daß dann der Arbeitsstromkreis 47, 48, der mit den Scharnierkontakten in Verbindung steht, mit dem Wechselstromkreise des Wagens verbunden ist. Der Arbeitsstromkreis kann, wie dargestellt, eine größere Anzahl Lichtleitungen 43 und 44 umfassen, die mit dem Arbeitsstromkreise durch die Schalter 45 und 46 verbunden sind. Dieser Arbeitsstromkreis kann auch zu irgend einem anderen Zwecke Strom liefern.

Unter den oben genannten Bedingungen, wobei die Schalter 36 und .37 für gewöhnlich geschlossen sind, fließt der Gleichstrom der Wechselstrom-Gleichstrommaschine durch die Gleichstromhauptleitungen 31 und 32, die durch den ganzen Zug laufen, und zu "dem Gleichstromkreise 21 und 22 jedes Wagens. Dieser Strom fließt durch die Leitung vom Kontakte 21 durch den Batterieregulierwiderstand 61 und den Batterieausschalter 82, der für gewöhnlich durch die Feder 81 geschlossen gehalten wird, durch die Leitung 78 in die Batterie. Der andere Pol der Batterie ist durch die Leitung J'j mit dem Kontakte 22 verbunden (Fig. 1), so daß in diesem Falle die Sammlerbatterie von dem Gleichstromkreise der Wechselstrom - Gleichstrommaschine geladen wird. Wenn diese Batterie vollständig geladen ist, wird die elektromotorische Gegenkraft stark genug, um das Solenoid 85 des Batterieausschalten so zu erregen, daß die Stange 83 und das Kontaktstück 82 gehoben und dadurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 79 und 80 aufgehoben und der Ladestromkreis der Batterie unterbrochen wird.

Wenn aber der Wechselstromkreis stromlos wird, weil die Hauptwechselstrom-Gleichstrommaschine stillsteht, oder wenn aus irgend einem anderen Grunde der Wechselstromkreis des Wagens nicht genügend Spannung besitzt und deshalb das Solenoid 76 nicht genügend Strom aus dem Wechselstromkreise des Wagens bekommt, so fällt der Kontrollschalter herunter. Dadurch unterbricht der Kontrollschalter die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 69 und 168 und schaltet dadurch das Solenoid des selbsttätigen Umschalters aus. Dieser Schalter wird nun durch die Feder 64 heruntergezogen, so daß die unteren Messer mit den entsprechenden feststehenden Kontakten, in Berührung kommen. Die Kontakte 57 und 59 werden hierdurch geschlossen (Fig. 2). Der Umschalter schließt in seiner unteren Stellung den Batterieregulierwiderstand 61 kurz und verbindet auch den Arbeitsstromkreis, der an die Klemmen der Scharnierkontakte angeschlossen ist, mit den Batterieleitungen, indem der Kontakt 49 mit dem Kontakte 63 und der Kontakt 50 durch die Schaltermesser 57 und 58 mit den Kontakten 59 und 60 in leitende Verbindung' tritt. Unter diesen Umständen erhält der Arbeitsstromkreis Strom von der Sammlerbatterie, da der Batterieschalter nun durch seine Feder 81 geschlossen ist und die Verbindung zwischen den Kontakten 79 und 80 hergestellt hat. Dies wird dadurch bewirkt, daß gleichzeitig der Kontrollschalter das Solenoid 85 des Batterieschalters ausgeschaltet hat.

Wenn in der Anlage die Wechselstrom-Gleichstrommaschine· 1 stillsteht, wird in jedem einzelnen Wagen die Sammlerbatterie selbsttätig an den Arbeitsstromkreis in dem Wagen angeschlossen und ist auch zugleich mit dem Gleichstromkreise 31, 32, der durch die ganze Länge des Zuges läuft, verbunden. Auf diese AVeise sind alle Sammlerbatterien in dem ganzen Zuge parallel geschaltet, und ihre Wirkung bei der Abgabe von Strom an die Arbeitsstromkreise der einzelnen Wagen wird ausgeglichen. Selbstverständlich kann nun der Gleichstromkreis 31, 32, der den ganzen Zug durchläuft, durch eine selbsttätige Schaltvorrichtung beliebiger Konstruktion von dem Anker der Wechselstrom-Gleichstrommaschine abgeschaltet werden. Der Zugschalter 36 kann zu diesem Zwecke mit einer geeigneten selbsttätig wirkenden Vorrichtung versehen werden, um bei Betriebsstörungen des Generators den Gleichstromkreis des Zuges zu unterbrechen.

Wenn der Generator sich im Betriebe befindet, verbinden die selbsttätigen Schaltungen den Arbeitsstromkreis in jedem Wagen mit dem Wechselstromkreis und stellen zugleich die Verbindung zwischen der Sammlerbatterie jedes Wagens und seinem Gleichstromkreise her, so daß jede Batterie Strom empfängt, bis sie vollständig geladen ist. Hierbei ist, wie bereits von F a w c u s und C ο w a 11 angegeben, zu bemerken, daß, wenn die Wechselstromleitungsdrähte unmittelbar in die Gleich-Stromwindungen der Wechselstrom - Gleichstrommaschine eingeschaltet sind, der gelieferte Gleichstrom eine beträchtlich höhere Spannung· hat als der Wechselstrom, und daß diese höhere Spannung des Gleichstromes im allgemeinen genügt, eine Sammlerbatterie von solcher Größe zu laden, daß sie bei ihrer Entladung einen Strom von ausreichender Spannung in den Arbeitsstrom abgeben kann. Die Entladungsspannung dieser Sammlerbatterie ist im wesentlichen, gleich der effektiven Spannung des Wechselstromkreises, der von

der Wechselstrom - Gleichstrommaschine geliefert wird. Daher wird beim Einstellen dieser Spannungen sehr wenig Energie verbraucht, und ein rationelles Arbeiten der Anlage ist gesichert.

Obgleich es für gewöhnlich wünschenswert ist, die Anlage so zu betreiben, daß die Wechselstrom-Gleichstrommaschine den Arbeitsstromkreis mit Strom versieht, wenn sie

ίο im Gange ist, so ist dies doch nicht in allen Fällen notwendig. Es ist unter Umständen wünschenswert, daß der Arbeitsstromkreis von der Maschine mit Gleichstrom versehen wird, und in diesem Falle können auch die Batterien Strom liefern und Schwankungen in der Belastung ausgleichen, nachdem die Batterien von dem Generator geladen worden sind, solange die Belastung gering war. Die Einschaltung eines geeigneten Widerstandes in den Stromkreis der Maschine wirkt dahin, die Menge des Stromes, die die Maschine in dem Arbeitsstromkreis abgibt, in gewissen Grenzen zu halten und die Belastung der Maschine auszugleichen, während die Schwankungen der Belastung von den Batterien aufgenommen werden.

Die Wechselstrom - Gleichstrommaschine braucht nicht stets mechanisch angetrieben zu werden, wie aus der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform hervorgeht. In Fig. 3 ist der Anker 104 der Wechselstrom-Gleichstrommaschine mit den Gleichstrombürsten 105 und 106 versehen, die mit einem Kommutator in Verbindung stehen, und die Kontakte 107 und 108 liegen auf den Schleifringen auf, die mit Leitungsdrähten verbunden sein können, die unmittelbar an den Gleichstromkreis des Ankers angeschlossen sind. Wie in der Zeich-

- nung zu sehen ist, ist das Feld 118 der Maschine an die Bürsten 105 und 106 in Nebenschluß gelegt. Wenn die Maschine mit Gleichstrom gespeist wird, so arbeitet sie in wohlbekannter Weise als rotierender Umformer und unterhält in den Wechselstrom - Gleichstrom-

4-5 kreisen dieselbe Spannung, als wenn die Maschine mechanisch angetrieben wird. In Fig. 3 ist ein Generator gezeichnet, der den rotierenden Umformer mit Gleichstrom speist. Der Generator umfaßt den Anker 92 und die Bürsten 93 und 94. Das Nebenschlußfeld 95 ist mit einem Regulator 96, der mit den beiden Bürsten verbunden ist, hintereinander geschaltet, und das Serienfeld

98 ist mit der Bürste 93 und ferner durch einen Schalter 99 mit der. Leitung 102 verbunden.

Die andere Bürste 94 ist durch den erwähnten Schalter mit der Leitung ioi.und durch einen einstellbaren Regulator und denselben Schalter

99 mit der Leitung 103 verbunden. Diese Leitungen 101, 102, 103 würden in einer Zugbeleuchtungsanlage sich durch mehrere Wagen hindurch erstrecken, deren jeder mit einem Wagenschalter 100 beliebiger Konstruktion versehen ist, um für gewöhnlich zwischen den Hauptzugleitungen und den Wagenleitungen 111,112,113 elektrische Verbindung herzustellen. Es kann auch noch eine zweite Zugleitung mit der Bürste 93 des Generators verbunden werden, so daß in diesem Falle zwei verschiedene Stromkreise durch den ganzen Zug laufen würden, von denen der eine Stromkreis die Batterien speist, und in diesem Falle würden die Verbindungen im Zuge den. in Fig. ι dargestellten näher kommen. Die Leitungen in, 112 führen den Bürsten der W'echselstrom-Gleichstrommaschine den Strom zu und erzeugen so einen Wechselstrom, der von den Schleifringen 107 und 108 abgenommen wird. Ein Wechselstromregulator 114 kann vorgesehen werden, dessen Spule 117 zwischen die Schleifringe 107 und 108 in einen Nebenschluß gelegt ist. Die einstellbare Serienspule 115 ist mit dem Schleifringe 107 und der beweglichen Kontaktklemme 116 verbunden, so daß jede gewünschte Zahl von Windungen dieser Reihenspule in die Leitung

23 eingeschaltet werden kann. Diese Leitung

24 ist mit dem anderen Wechselstromschleifringe 108 verbunden. Diese vier Leitungen 21, 22, 23 und 24 bilden die Gleichstrom- und Wechselstromkreise der Wagen und können mit den in Fig. 1 dargestellten selbsttätigen Schaltvorrichtungen verbunden werden. Eine derartige Anlage würde ebenso arbeiten wie die zuerst beschriebene. Die Sammlerbatterie 42 wird selbsttätig geladen und liefert Strom, wenn der Wechselstromkreis nicht den Arbeitsstromkreis speist.

Claims (4)

Patent-An Sprüche:

1. Elektrische Anlage mit zwei Zuführungsstromkreisen von verschiedener Spannung und einem Arbeitsstromkreise, der entweder von dem Zuführungsstromkreise mit geringerer Spannung oder aus einer von dem Stromkreise mit höherer Spannung geladenen Sammlerbatterie gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Stromkreise niederer Spannung liegender selbsttätiger Schalter bei Erreichung der normalen Spannung die Verbrauchskörper von der mit dem Stromkreise höherer Spannung verbundenen Sammlerbatterie trennt und an den Stromkreis niederer Spannung anschließt, und bei Unterschreitung· der normalen Spannung die Ver-

'ibrauchskörper vom Stromkreise niederer Spannung auf die Sammlerbatterie umschaltet.

2. Eine. Ausführungsform der elektrischen Anlage nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß zur Speisung der beiden Stromkreise eine an sich bekannte Wechselstrom-Gleichstrommaschine mit gemeinsamer Ankerwickelung für beide Stromarten verwendet wird.

3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Stromkreis niederer Spannung angeschlossene selbsttätige Schalter einen selbsttätigen Umschalter beherrscht, der die Verbrauchskörper entweder an den Stromkreis von niederer Spannung oder an die geladene Sammlerbatterie anlegt.

4. Eine Ausführungsform der Anlage nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 für Beleuchtung von Eis'enbahnzügen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom- und Gleichstromspeiseleitungen durch alle Wagen des Zuges geführt sind, und daß jeder Wagen mit einer an diese Hauptleitungen anzuschließenden Ausrüstung versehen ist, die-aus einer Sammlerbatterie, einem mit dem selbsttätigen Umschalter verbundenen Arbeitsstromkreise und einem den Umschalter beeinflussenden selbsttätigen Kontrollschalter besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.