DE179806C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

In dem Patente 178053 sind Maschinenanordnungen beschrieben, welche bei jeder Drehrichtung gleiche Stromrichtung ergeben und in einer Ausführungsform außerordentlieh hohe Ankerrückwirkung haben, so daß sie beim Parallelarbeiten mit Sammlern bei weitgehenden Schwankungen in der Umlaufszahl nahezu konstante Stromstärke abgeben. Wenn man eine solche Maschine als von der Wagenachse aus angetriebenen Stromerzeuger für Zugbeleuchtung verwendet, so ist es nur noch notwendig, einen Rückstromausschalter und einen Widerstand vor den Lampen vorzusehen, welcher den Unterschied der Batteriespannung im Lade- und Entladezustande ausgleicht.

Als Rückstromschalter könnte ein elektrisch wirkender Schalter oder ein elektrolytisches Ventil verwendet werden.

. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Zentrifugalschalter angewendet, der eine Reihe von Zwecken gleichzeitig erfüllt: er hält vor Erreichung einer gewissen Umdrehungszahl sowohl die Maschine als den Lampenwiderstand kurzgeschlossen, schließt nach Erreichung der Umlaufszahl die Maschine an die Batterie an und schaltet gleichzeitig den Widerstand vor die Lampen.

Zum Verständnis dessen, was diese Schaltungen bedeuten, sollen die charakteristischen Linien einer Maschine mit außerordentlich 35

hoher Ankerrückwirkung, z. B. diejenige einer Maschine nach Fig. 6 und 7 des Hauptpatentes, gezeichnet werden.

Wenn die Maschine mit konstanter Drehzahl angetrieben, mit konstanter Stromstärke von außen erregt und der äußere Widerstand geändert wird, so ist die Abhängigkeit der Spannung von der Stromstärke durch eine außerordentlich stark fallende Linie M₀-Ai-Ai₁ (Fig. 1) gegeben, bei M ware etwa der Punkt der normalen Stromstärke und Spannung. Aus der Schaulinie ist ersichtlich, daß die Stromstärke über die normale auch bei gänzlicher Kurzschließung des äußeren Stromkreises nur wenig steigen wird, während die Spannung bei Ausschaltung des äußeren Stromkreises bedeutend steigen könnte.

Eine andere charakteristische Linie einer solchen Maschine ist in Fig. 2 dargestellt, nämlich die Abhängigkeit der Stromlieferung von der Umlaufszahl bei konstanter Erregung und annähernd konstant gehaltener Spannung. Man sieht, daß bei einer gewissen geringen Umlaufszahl n₀ die Stromlieferung beginnt, rasch ansteigt und sich dann einem Grenzwerte, der mit O M₁ der Fig. 1 annähernd identisch ist, asymptotisch nähert. Von einer Umlaufszahl W₁ angefangen bis zu den höchsten Umlaufszahlen ändert sich die Stromstärke nicht sonderlich. Etwas ähnliches

wäre auch beim Arbeiten auf konstanten , Widerstand der Fall, wobei natürlich die Schaulinie durch den Ursprungspunkt O hindurchgeht (Fig. 3).

Es wird also zweckmäßig sein, die Maschine erst bei Erreichung der Umlaufszahl W₁ auf das Netz zu schalten, weil man sie dann als Maschine konstanter Stromstärke behandeln kann. Man kann diese Umlaufszahl so bemessen, daß die zugehörige Stromstärke einerseits den von den Lampen gebrauchten Strom deckt, andererseits einen Überschuß abgibt, der die Batterie für die vorher abgegebene Stromstärke entschädigt. Um für die Lampen die Differenz in der Lade- und Entladespannung auszugleichen, genügt dann, weil die Stromstärke als konstant angesehen werden kann, die Vorschaltung eines festen Widerstandes vor dieselben. Damit die Maschine vor Erreichung dieser Umlaufszahl nicht unnötigerweise Spannung gibt und einen verhältnismäßig großen Strom im

• Hilfskreise erzeugt, bleibt vorher die — zweckmäßigerweise selbsterregte — Maschine kurzgeschlossen. In Fig. 4 ist die Schaltung dargestellt. Die Maschine sei ein selbstregelnder Umkehrgleichstromerzeuger mit einer Feldwicklung f, einem Anker A mit einem kurzgeschlossenen Bürstenpaare b, b in der Neutralachse des von/ erzeugten Feldes und den Nutzbürsten B₁ und B₂ in der Symmetrieachse des von / erzeugten Feldes. Die Erregerwicklung f ist mittels eines Regulierwiderstandes r an die Nutzbürsten B₁ und B₂ angeschlossen. Die fremde Stromquelle Q. (eine Sammlerbatterie) speist die Lampen LL. Mit R ist ein Vorschaltwiderstand bezeichnet, der zwischen Batterie und Lampen geschaltet ist. Die Bürste B₂

4.0 ist nach Fig. 4 mit der -|- Schiene des Netzes unmittelbar verbunden, von der Bürste B₁ führt eine Verbindung zu einem Punkte C des einen Hebels eines zweiarmigen Schalters, der von einem hier nicht gezeichneten Zentrifugalpendel bewegt wird. Der Punkt C ist im Ruhezustande und vor Erreichung der Arbeitsumdrehungszahl mit dem Punkte C₁ in Verbindung, von dem eine direkte Leitung zur Bürste B₂ führt. Nach Erreichung der Arbeitsumdrehungszahl findet eine Verbindung des Punktes C mit dem Punkte C₂ statt, von dem eine Leitung zur negativen Batterieklemme führt. Beim zweiten Schalthebel sind die Punkte D und D₁ mit dem Anfangs- und Endpunkte des Widerstandes R verbunden, so daß in dieser Stellung der Widerstand R kurzgeschlossen ist. D₂ hat keine Verbindung.

Der plötzliche Übergang von der Kurz-Schlußschaltung der Bürsten (Fig. 4) auf die Netzschaltung ruft bei einer Maschine mit der Charakteristik nach Fig. 1, insbesondere bei dem in dem Patente 178053 beschriebenen selbstregelnden .Umkehrgleichstromerzeuger, keinen starken Stromstoß hervor. Denn wenn auch die im Nebenschlüsse geschalteten Magnetspulen · infolge ihrer hohen Selbstinduktion im Augenblicke des Anschlusses an das Netz noch nicht volle Erregerstromstärke erhalten, so wird der Rückstrom aus dem Netze, der jetzt feldverstärkend wirkt, selbst ein genügend starkes Primärfeld schaffen.

Die dargestellte Schaltung kann einige Abänderungen erfahren.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Bürsten B₁, B₂ .vor Erreichung der' richtigen Geschwindigkeit unmittelbar kurzgeschlossen sind. Es ist unter Umständen auch zulässig, daß ein kleiner Widerstand zwischen die Bürsten geschaltet ist. Als solcher kleiner äußerer Widerstand läßt sich der Widerstand R selbst benutzen, und es ist dann, wie in Fig. 5 dargestellt, die Möglichkeit gegeben, die ganze Schaltung mit einem einzigen Hebel zu besorgen. In Fig. 5 ist die Bürste B₁ direkt mit dem —¹PoIe der Batterie und dem Anfangspunkte des Vorschaltwiderstandes R verbunden, der mit der Bürste B₂ verbundene Kontakt E ist in der Ruhezeit durch den Kontakt E₁ mit dem anderen Ende des Widerstandes R verbunden, während der Arbeitsperiode durch E₂ mit der -|- Schiene. Diese Schaltung .ist nicht gleichwertig mit der vollkommeneren nach Fig. 4, kann aber für gewisse Fälle genügen.

• Selbstverständlich ist es auch möglich, in bekannter Weise zwischen die beiden Endstellungen C₁ und C₂ Zwischenstellungen mit Widerstandsstufen c c zu schalten(Fig. 6) und zwischen die Endstellungen D₁ und D₂ Wider-Standsstufen d d.

Eine Ausführungsform des Zentrifugalschalters ist in Fig. 7 gegeben.

Der gezeichnete Schalter ist ein sogen. Augenblicksschalter. Er bleibt durch Knaggen in jeder Endstellung gesperrt, bis durch das Zentrifugalpendel genügende Kraft für das Umschalten entwickelt ist, und es erfolgt die Umschaltung dann plötzlich. Die Fig. 7 zeigt die Stellung für Stillstand und kleine no Umdrehungszahl. Die Gewichte 1, 1 werden durch die Feder 2 nach einwärts gezogen. Bei Steigerung der Umlaufszahl überwinden sie die Federkraft und ziehen vermittels der Winkelhebel 3, welche um die Bolzen 4 drehbar sind,^; die Zwischenstange 5 und damit die Hülse 6 nach rechts. In letztere greifen Arme 7 eines Ringes 8 ein, welcher mit zwei schrägen Flächen 9 und 10 versehen ist. Durch die Rechtswanderung des Ringes 8 wird die Feder 11 gespannt, welche einerseits mit dem Ringe, andererseits mit dem

Schalthebel 15 in Verbindung steht. Der Schalthebel 15 hat Knaggen 12 und 13, welche in entsprechende Fortsätze des feststehenden Ringes 14 eingreifen. Erst wenn die schräge Fläche 10 des Ringes 8 die oberen Knaggen 12 aus den Vertiefungen der genannten Fortsätze herausgehoben haben, wird die gespannte Feder 11 den Schalthebel 15, der um den Zapfen. 16 drehbar gelagert ist, umschlagen. Die oberen Kontaktmesser

17, welche isoliert auf dem Hebel 15 befestigt sind, verlassen die Kontaktstücke 18, die unteren Kontaktmesser 19 schnappen in ■ die Kontaktstücke 20 ein. Bei dem gezeichneten Schalter sind alle Kontaktstücke in doppelter Anzahl vorhanden, um eine besondere Stromzuführung zu den beweglichen Teilen vermeiden zu können. Die Kontaktstücke 18 ersetzen die Kontakte C C₁ und D D₁ der Fig. 4, die Kontaktstücke 20 die Kontakte CC₂ und DD₂. Die Kontaktstücke

18, 18 und 20, 20 sind durch Wände 21 aus Isolationsmaterial voneinander getrennt, um ein Stehenbleiben von Lichtbogen zu verhindern.

Bei Verminderung der Drehzahl wird die Kraft der Feder 2 die Fliehkraft der Gewichte ι überwinden und wird mittels der Zwischenstücke 3, 5, 6 und 7 den Ring 8 nach links verschieben und damit die Feder 11 wieder spannen. Ein Umschnappen des Hebels kann erst dann stattfinden, bis der Ring so weit nach links gegangen ist, daß die schräge Fläche 9 die unteren Knaggen 13 außer Eingriff mit dem Fortsatze des Stückes 14 gebracht hat. Dann wird durch das Umschnappen wieder der Kontakt zwischen 19 und 20 unterbrochen, jener zwischen 17 und 18 wieder hergestellt.

Bei der beschriebenen Anordnung wird, da zu jedem Umschalten eine Kraftäußerung erforderlich ist, das Schalten der Maschine auf das Netz bei einer höheren Umdrehungszahl, erfolgen als das Ausschalten und Kurzschließen der Maschine. Das ist insofern von Vorteil, als dadurch ein fortwährendes Umschalten des Apparates vermieden wird, wenn die Maschine einige Zeit annähernd mit der kritischen Geschwindigkeit fährt.

Die bisher erwähnte Anordnung wird nicht mehr genügen, wenn eine erhebliche Zahl der Lampen L L ausschaltbar sind, denn bei Verminderung der Lampen L L wird erstens der Widerstand R nur eine geringere Spannung verzehren, andererseits, weil ja der Maschinenstrom annähernd konstant bleibt, der Ladestrom der Batterie zunehmen, so daß auch die Batteriespannung steigt. Um dies zu verhindern, ist es notwendig, bei Äusschaltung einer Lampengruppe L erstens den Lampenvorschaltwiderstand R, zweitens den Magnetvorschaltwiderstand r in . bestimmtem Maße zu vergrößern.

Am besten geschieht dies, indem man die drei Bewegungen miteinander in zwangläufige Abhängigkeit bringt und mit dem Schalter jeder Lampengruppe einen Schalter für einen Teil des Widerstandes R und des Widerstandes r verbindet. Am zweckmäßigsten ist es, dies durch eine S.chaltwalze zu besorgen.

In Fig. 8 sind drei Lampengruppen L₁ L₂ L₃ angenommen. Der Vorschaltwiderstand -R ist durch drei parallele Widerstände R₁ R, R_a ersetzt, der Nebenschlußregler r durch vier parallele Widerstände r₀ T₁ r₂ r₃. Die Schaltwalze hat zwei voneinander isolierte Felder S-\- und S-—, auf denen eine Reihe von Kontaktfingern schleifen, die in Fig. 8 mit den Buchstaben der zugehörigen Teile des Stromkreises bezeichnet sind; die dargestellte Schaltwalze hat fünf Stellungen.

. Stellung I wird nur bei Außerbetriebsetzung angewendet. Es sind dabei die Bürsten JS₁ und B₂ unmittelbar kurzgeschlossen. Die Maschine ist von der Batterie Q getrennt, die Lampenkreise und die Erregerwicklung sind stromlos. Stellung II würde für die Fahrt bei Tage zur Aufladung der Batterie verwendet. Die Lampen sind stromlos, die Bürste JS₂ ist durch das Walzenstück S -j- mit Q.+, dem positiven Pole der Batterie, die Bürste JS₁ bei entsprechender Fahrgeschwindigkeit durch den auf CC₂ gestellten Schalter mit dem Kontaktfinger C₂ und durch das Walzenstück S—■ mit Q.—, dem negativen Batteriepole verbunden. Die Erregerwicklung/ ist durch den entsprechend großen Widerstand r₀ mit JS₂ in Verbindung. Bei Stellung III wird der Erregerstrom verstärkt, ioo indem r₀ und r_x parallel geschaltet werden, die Lampengruppe L₁ und der \'*orschaltwiderstand R₁ führen Strom. In Stellung IV werden die Lampengruppe L₂, der Vorschaltwiderstand R₂ und der Erregerwiderstand r₂ dazugeschaltet, in Stellung V die Lampengruppe L₃, der Vorschaltwiderstand R₃ und der Erregerwiderstand r₃. , Der Zentrifugalschalter C D arbeitet genau so wie bei Fig. 4.

Es kann selbstverständlich die Veränderung der Widerstände R und r auch durch Abschaltung von in Reihe verbundenen Stufen vorgenommen werden, anstatt durch Zuschaltung von parallel geschalteten, und es kann die Schaltwalze so ausgebildet werden, .daß jede Lampengruppe einzeln oder mehrere von ihnen in beliebiger Kombination eingeschaltet werden können.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Schalteinrichtung für selbstregelnde Gleichstromerzeuger nach Patent 178053,

   dadurch gekennzeichnet, daß vor Erreichung einer bestimmten Umlaufszahl die Nutzbürsten des Gleichstromerzeugers und ein zwischen Sammlerbatterie und Lampen befindlicher Widerstand kurzgeschlossen sind, und daß nach Erreichung der bestimmten Umdrehungszahl der Erzeuger mit der Batterie parallel und der Widerstand den Lampen vorgeschaltet wird. ' ίο
2. 2. Ausführungsform der Schalteinrichtung nach Anspruch ι, gekennzeichnet durch veränderliche Widerstände im Erregerkreise und im Lampenkreise, deren Veränderung zwangläufig mit Veränderung der Zahl der eingeschalteten Lampen erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.