DE201754C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 201754 KLASSE 21 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1907 ab.

Die vorliegende Erfindung hat eines jener Reguliersysteme für elektrische Generatoren und Motoren zum Gegenstand, bei welchem der eigentliche Reglerapparat durch eine elektrisch gesteuerte Schalteinrichtung bewegt wird. Es bestehen bereits zahlreiche ähnliche Systeme, welche vorwiegend für die Achsentriebmotoren elektrischer Fahrzeuge Verwendung finden und bei denen eine durch eine

ίο bestimmte Bewegungskraft beeinflußte Einrichtung zur Bewegung des eigentlichen Reglerapparates in ihrer Bewegung durch Hemmungen auf-. gehalten wird, welche je nach Bedarf durch die die Regulierung vornehmende Person ausgelöst werden und so die Weiterbewegung der Be-. wegungseinrichtung gestatten. Das Wesen aller dieser Systeme liegt darin, daß eine gewöhnlich konstante oder nahezu konstante, selten variable Bewegungskraft verwendet wird, welche für sich allein nicht genügt, um die der Bewegung entgegenwirkenden Hemmungen zu überwinden, wenn diese nicht durch ein anderes Mittel ausgelöst werden.

In der vorliegenden Erfindung dagegen ist die Bewegungskraft der den eigentlichen Reglerapparat beeinflussenden Einrichtung eine variable und von Stufe zu Stufe zunehmende, so daß mittels einer von der regulierenden Person vorzunehmenden Schaltung die jeweils der Bewegung entgegenwirkende Hemmung zu überwinden und so der eigentliche Reglerapparat um einen bestimmten Betrag zu bewegen ist.

In der Zeichnung stellt Fig. 1 schematisch und beispielsweise eine Ausführung des Erfindungsgedankens dar. Ein Magnet M mit 40

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Spule 5 enthält einen Kern Z, der durch eine Feder F in einer äußersten Nullage gehalten wird. Die Verlängerung des Kernes Z besitzt Anschläge a', b', c', ä! usw. von verschiedener Länge, welche bei der Bewegung des Kernes Z nach links (in Fig. 1) gegen die Anker von entsprechenden Magneten a, b, c, d usw. stoßen. Solange die Zugkraft des Magneten M kleiner ist als der Widerstand des Magneten plus Widerstand der Feder F plus Reibungen, wird beim ersten Einschalten des Stromes der Kern Z nur so weit in den Hauptmagneten hineingezogen, bis der Anschlag a' gegen den Anker des Magneten α anstößt. Um die Weiterbewegung zu veranlassen, muß der Hauptmagnet M stärker erregt werden, bis seine Zugkraft die Summe der entgegenwirkenden Kräfte überwindet, der Anker des Magneten a abgerissen wird und der Kern Z vorwärts geht, bis der Anschlag b' zum Anstoßen kommt. Die Zugkraft auf den Anker des Magneten b ist größer als die auf den Anker des Magneten a, so daß beim Anstoßen des Anschlages b' das System wieder zur Ruhe kommt und erst dann sich weiterbewegt, wenn die Zugkraft des Hauptmagneten M wiederum vergrößert wird. Dieses Spiel wiederholt sich bei jedem Anschlag, und man erhält dadurch eine stufenweise bzw. sprungartige Bewegung des Kernes Z. Dieser Kern bzw. dessen Verlängerung ist in bekannter Weise mit dem Antrieb des eigentlichen Reglerapparates verbunden, so daß jeder Bewegung des Kernes Z eine entsprechende Bewegung des Reglerapparates bzw. eine Einstellung desselben auf eine andere Regulierstufe entspricht.

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Es ist nun unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens eine große Mannigfaltigkeit der Ausführungen denkbar. Die eigentliche den Schaltapparat bewegende Vorrichtung kann, wie beispielsweise in Fig. ι angegeben, als gewöhnlicher Solenoidelektromagnet oder als Elektromagnet und auch in Form von Elektromotoren ausgeführt werden. Im ersteren Falle ist die Bewegung der Bewegungsvorrichtung vorzugsweise

ίο eine geradlinige, im zweiten Falle eine nicht geradlinige. In beiden Fällen kann die Zugkraft bzw. das Drehmoment der Bewegungsvornchtung in bekannter Weise durch Änderungen der Amperewindungen beliebig beeinflußt werden, sei es, daß die Anzahl Windungen oder daß die Stromstärke oder beide gleichzeitig verändert werden.

Die geradlinige Bewegung der Bewegungsvornchtung kann als solche zur Bewegung des eigentlichen Reglerapparates direkt benutzt werden, oder sie kann durch bekannte Mittel, z. B. Zahnstange oder Zahnrad, in eine nicht geradlinige, vorzugsweise kreisförmige umgewandelt werden. Umgekehrt kann die nicht geradlinige Bewegung der Bewegungsvorrichtung z. B. bei Wahl eines Motors für diese als solche zur Verwendung kommen, oder sie kann ebenfalls durch bekannte Mittel in eine anders geformte verwandelt werden.

Der eigentliche Reglerapparat kann in bekannter Weise ausgeführt werden und seine Bewegungsart kann beliebig sein. Diese ist, wie schon hervorgehoben, an und für sich unabhängig 'von der Bewegungsart der Bewegungsvorrichtung, da diese beiden Bewegungsarten durch bekannte Mittel, die nicht zum Wesen der Erfindung gehören, voneinander abhängig gemacht werden können.

Der Bewegung der den Schaltapparat beeinflussenden Vorrichtung wirken entgegen die Reibungswiderstände in der . Bewegungsvorrichtung, in dem eigentlichen Reglerapparat und in den Verbindungsgliedern zwischen den beiden, die Kraft, welche bestrebt ist, die Bewegungsvorrichtung immer in die Nullage zurückzubringen, und schließlich die der Bewegung entgegenwirkenden Hemmungen.

Die verschiedenen Reibungswiderstände sind von der mechanischen Ausbildung der verschiedenen Teile abhängig und normalerweise konstant.

Die Kraft, welche bestrebt ist, die Bewegungsvorrichtung immer in die Nullage zurückzubringen, kann eine konstante oder eine variable sein. Konstant wird sie vorzugsweise sein, wenn die Schwerkraft als treibende Kraft verwendet wird, sie kann aber auch variabel sein, wenn beispielsweise ein Gewicht an einem veränderlichen Hebelarm wirkt. Veränderlich wird diese Kraft vorzugsweise auch sein, wenn Federn in bekannter Art [und Weise zur Verwendung gelangen. Auch kann die Zurückführung in die Nullage in bekannter Art und Weise durch die Luftkompression bzw. die Luftverdünnung oder durch die Kompression von Flüssigkeiten, durch die Erzeugung von Flüssigkeitssäulen, durch elektromagnetische Wirkung und durch andere bekannte Mittel erreicht werden, wobei immer die Kraft konstant oder veränderlich gehalten sein kann.

Die Hemmungen, welche der Bewegung der Vorrichtung stufenweise entgegenwirken, können elektromagnetische oder mechanische sein. Als Elektromagnete ausgebildet, können sie solche Anker oder Kerne besitzen, welche durch die Bewegung der Vorrichtung abgerissen werden, und einmal abgerissen, nicht mehr wirken, oder sie können solche Anker oder Kerne besitzen, welche in ihrer Lage durch die Bewegung der Vorrichtung verschoben werden und in jeder Lage voll oder zum Teil immer wirken. Auch kann, wenn die Hemmung ihre Wirkung ausgeübt hat, der sie erregende Strom ausgeschaltet werden, so daß die Hemmung erst wieder wirkt, wenn die Bewegungsvorrichtung bis zu der betreffenden Stufe zurückgezogen ist und dadurch der erregende Strom wieder eingeschaltet ist. Sind die Hemmungen als mechanisch wirkende ausgebildet, z. B. als Riegel, welche durch Federkraft oder durch die Schwere in ihrer Lage gehalten werden, so werden sie vorzugsweise nur bei den entsprechenden Stufen der Bewegungsvorrichtung in Wirksamkeit treten und bei den andern Stufen außer Wirksamkeit sein, sie können aber auch bei mehr als einer Stufe wirken, wenn z. B. die Schwere als treibende Kraft für die Hemmung benutzt wird und diese durch bekannte Mittel trotz Überwindung jeder einzelnen Hemmung durch die Bewegungsvorrichtung immer auf die Hemmung und durch diese auf die Bewegungsvorrichtung weiter wirkt. Bei jeder beliebigen Art und Weise der Ausführung der Hemmung kann ihr Widerstand ein für alle Hemmungen gleieher oder ein beliebig verschiedener sein, sei es nun, daß die auf die Hemmungen wirkende Kraft für alle Hemmungen gleich oder beliebig verschieden ist, sei es, daß z. B. der Hebelarm, an dem die Hemmungen auf die Bewegungsvorrichtung wirken, für alle Hemmungen gleich oder beliebig verschieden ist, oder sei es, daß diese beiden Mittel in beliebiger Kombination zur Anwendung kommen.

Die oben erwähnten Widerstände, welche der Bewegung der Vorrichtung entgegenwirken, mögen nun beliebig ausgeführt sein und ihre Wirkung möge konstant oder beliebig variabel sein, charakteristisch für die vorliegende Erfindung bleibt immer, daß die Summe dieser Widerstände eine variable und von Stufe zu Stufe zunehmende, ist und bei jeder Stufe

größer ist als die dieser Stufe entsprechende Zugkraft oder das Drehmoment der Bewegungsvorrichtung.

Soll die Bewegung . des eigentlichen Reglerapparates nach verschiedenen Richtungen erfolgen können, z. B. für die Vor- und Rückwärtsdrehung der zu regulierenden Maschinen, so kann die Bewegungsvorrichtung entsprechend ausgebildet werden, oder es können

ίο mehrere Bewegungsvorrichtungen auf den gleichen Reglerapparat wirken.

In der Fig. 2 ist eine beispielsweise schematische Anwendung des Erfindungsgedankens auf die Regulierung der Achsentriebmotoren eines oder einer beliebigen Anzahl elektrischer Fahrzeuge gezeigt. K ist der Meisterkontroller, von denen vorzugsweise zwei auf jedem Fahrzeug vorhanden sind. S stellt die Spule der Bewegungsvorrichtung dar. W ist der abstufbare Widerstand im Stromkreis der Bewegungsvorrichtung. H sind die Hemmungen. Der Meisterkontroller K ist beispielsweise mit sechs Stufen dargestellt, wofür fünf Hemmungen H notwendig sind. Die Spulen 5 und die Hemmungen H der zusammengekuppelten Fahrzeuge sind beispielsweise in Hintereinanderschaltung . der einzelnen Spulen dargestellt, sie können aber ebensogut in beliebiger Gruppierung geschaltet sein, wenn mir durch den Widerstand W der Strom in sämtlichen Magneten zugleich geregelt wird. Bei Einschalten des Meisterkontrollers K berühren zunächst die beiden obersten Kontakte die entsprechenden Schleifringe. Der Strom geht dann von der Stromabnahmevorrichtung einerseits zum zweiten Meisterkontroller, anderseits durch den obersten Kontakt zum obersten Schleifring und von diesem zum zweiten Schleifring und durch den zweiten Kontakt zu den Hemmungen H, da diese links an die Leitung zum zweiten Kontakt angeschlossen sind. Eine Abzweigung von dieser Leitung führt einerseits zum zweiten Meisterkontroller, anderseits zu den Anschlußvorrichtungen für die übrigen Wagen (bei e), welche an demjenigen Ende des Wagens angebracht sind, an welchem der .Meisterkontroller sich befindet. Von der ersten Klemme (rechts) der Hemmungen H geht eine Leitung zur Anschlußvorrichtung im entgegengesetzten Wagenende. Kommt die Kurbel des Meisterkontrollers in die Stellung 1, so wird durch den. dritten Schleifring und Kontakt das Ende des Widerstandes W angeschlossen, und der Strom durchfließt den Widerstand W und die Spule S, deren Endklemme ebenfalls mit der Anschlußvorrichtung der übrigen Wagen am entgegengesetzten Wagenende verbunden ist, während von den Abzweigungen der Spule S eine Leitung zu der Änschlußvorrichtung am Wagenende, welches den Meisterkontroller enthält, führt. Durch das Weiterschalten des Meisterkontrollers auf die Stellungen 2, 3, 4, 5, 6 werden ^;die entsprechenden Einzelspulen in der Spulenabteilung des Widerstandes W ausgeschaltet, so daß der die Spulen 5 durchfließende Strom in entsprechendem Maße zunimmt, wodurch der Kern befähigt wird, nacheinander die Hemmungen zu überwinden. Als treibende Kraft für die Bewegungsvorrichtung ist hier der Betriebsstrom der Fahrzeuge als Beispiel gewählt. Dieser Strom kann so wie er ist, oder umgeformt verwendet werden, oder es kann eine Akkumulatorenbatterie in bekannter Weise zur Erzeugung der treibenden Kraft verwendet werden.

Der Vorteil der vorliegenden Anordnung gegenüber andern besteht darin, daß zur Übertragung der Regulierbewegung zwischen den Fahrzeugen nur eine geringe Anzahl von Verbindungsleitungen notwendig ist, weil im Prinzip nur eine Anschlußleitung zur Verbindung der Spulen 5 der verschiedenen Fahrzeuge unter sich und eine ebensolche Anschlußleitung zur Verbindung der Hemmungen H unter sich gebraucht ist, welche nur verhältnismäßig schwache und niedrig gespannte Ströme zu führen braucht, während andere Systeme eine größere Anzahl von Verbindungsleitungen, eventuell auch noch Rohrleitungsverbindungen für pneumatischen Antrieb benötigen.

In ähnlicher Weise läßt sich die gleichmäßige Regulierung von parallel geschalteten Generatoren von einem Zentralpunkt aus erreichen. Ähnliche Verhältnisse liegen auch vor bei der Steuerung der Antriebsmotoren von in Reihe geschalteten Pumpen und ähnlichen Arbeitsmaschinen.

Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 3 dargestellt, wo an Stelle einer Spule S₁ die einen Elektromagneten in Bewegung setzt, welcher von einer Reihe elektromagnetischer Hemmungen H zurückgehalten wird, eine Reihe von selbständigen Spulen S₁ bis S₅ angeordnet sind, von denen jede einzelne einen Elektromagneten bildet, der einen Schalter bewegt und so die gewünschte Schaltung in dem Hauptregelungsstromkreis vollzieht. Die einzelnen Elektromagnete sind durch bekannte Mittel f_x bis f_s (Gewichte, Federn) gehemmt, und es werden nun entweder die Windungszahlen der Spulen oder die Kraft der Steuerung so abgestuft, daß mit wachsender Erregerstrpmstärke der in Reihe geschalteten Spulen S der Reihe nach die verschiedenen abgestuften Elektromagnete ihre Bewegung ausführen. Die Erregerstromstärke wird nun wieder in. gleicher Weise wie in Fig. 2 von Hand in verschiedenen Abstufungen geregelt. An Stelle der Regelung mittels Vorschaltwiderstand kann bei Akkumulatorenbatterien oder Stufentransformatoren eine Re-

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gelung durch Einstellung auf verschiedene Spannungsstufen eingeführt werden. Die verschieden gehemmten Elektromagnete 5 können auch in bekannter Weise derart miteinander gekuppelt werden, daß ein einzelner Magnet sich nur bewegen kann, wenn die vorangehenden sich bereits in ihrer Endste-llung befinden. Um mehrere Fahrzeuge mittels des gleichen Meisterkontrollers zu steuern, wobei je nach

ίο der Zahl der zu kuppelnden Fahrzeuge eine verschiedene Anzahl von Spulen S und H hintereinandergeschaltet werden, ist eine Vorkehrung dafür zu treffen, daß der Gesamtwiderstand des Stromkreises der Spulen 5 und H möglichst unabhängig von der Zahl der zu kuppelnden Fahrzeuge bleibt. Es kann dies z. B. dadurch erreicht werden, daß bei jedem Meisterkontroller ein Auslöseautomat angebracht ist, welcher den Stromkreis der Spulen S unterbricht, sobald auf dem ersten Kontakt eine bestimmte Stromstärke, die dem Widerstand der geringsten Zahl der zu kuppelnden Spulen oder Fahrzeuge entspricht, überschritten wird. Es hat dann der Führer in den Stromkreis je nach der Anzahl der in der Zugskupplung gegenüber der normalen Zahl fehlenden Spulen oder Fahrzeuge entsprechende künstliche Ersatzwiderstände einzufügen, bis die normale Stromstärke auf dem ersten Kontakt seines Kontrollers erreicht wird.

. Diese Vorkehrungen selbst bilden keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung und lassen sich mit bekannten Mitteln auf sehr verschiedene Art einrichten. Sie haben alle den Zweck, daß die Abstufung des die Spulen S und H erregenden Stromes unabhängig von der Zahl der gekuppelten Fahrzeuge bei einer gegebenen Stellung des Meisterkontrollers einen eindeutigen Wert annimmt.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung bildet die selbsttätige Regelung der Erregerstromstärke von Wechselstromerzeugern in Abhängigkeit von der Belastungsstromstärke, indem ein dem Belastungsstrom proportionaler Strom z. B. mittels Stromwandler zur Erregung der Spulen S herbeigezogen wird und die Bewegung der Solenoidkerne entgegen ihren Hemmungen veranlaßt. An Stelle des Kontrollers K der Fig; 2 und 3 mit dem regelbaren Widerstand W tritt in diesem Falle ein einfacher Stromwandler oder eine Leitung für den Betriebsstrom selbst.

Claims (3)

1. Patent-An Sprüche:

   I.- Einrichtung zur Regelung von elektrischen Generatoren und Motoren mittels elektromagnetischer, vonHanddurchHauptschalter gesteuerter Stufenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hauptschalter eine Änderung der Magnetisierung der Stufenschalter bewirkt wird, derart, daß die der Bewegung der Stufenschalter entgegenwirkenden, stufenweise zunehmenden Hemmungen nacheinander nach Maßgabe der Magnetisierungszunahme überwunden werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung nur mit einem mit einer Spule versehenen Schalter bewirkt wird, dessen Kern bei seiner Bewegung stufenweise zunehmende Hemmungen zu überwinden hat.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mittels mehrerer je mit besonderer Spule versehener Schalter bewirkt wird, deren Kerne jeder für sich auf eine besondere Hemmung einwirken.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.