DE216955C

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Publication number: DE216955C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■- M 216955 KLASSE 21 c. GRUPPE

HUGO GROB in ZÜRICH,

Wenn die Klemmen A einer Gleichstrommaschine B (Fig. i) so an eine zwischen den Klemmen C wirkende fremde Spannung p gelegt werden, daß die Verbindungsleitungen L die aus wenigen dicken Windungen bestehende Erregerwicklung E jener Gleichstrommaschine enthalten, so hat diese letztere bekanntlich die Eigenschaft, unabhängig von Drehzahl und Belastung annähernd konstante Spannung abzugeben. Die Spannung zwischen den Klemmen A kann nämlich nur so viel von der Spannung p abweichen, als der kleine Spannungsabfall beträgt, den der für die Maschine E geforderte Erregerstrom in den Leitungen L

hervorruft. ' ■

Während das in dieser Anordnung ent-

• haltene Prinzip schon zur Verwendung bei stationären Anlagen vorgeschlagen wurde (vgl.

die deutsche Patentschrift 115707), um unter anderem die Wirkung von Drehzahlschwankungen des Stromerzeugers auf die erzeugte Spannung auszugleichen, so würde die bloße Anwendung dieses Spannungsregelungsverfahrens auf eine Dynamomaschine zur Beleuchtung von Eisenbahnzügen noch zu keiner praktisch brauchbaren Zugbeleuchtungsanlage führen.

Fast jede Zugbeleuchtungsanlage enthält als wesentlichen Bestandteil eine Akkumulatorenbatterie, welche bei stillstehendem Zuge die Beleuchtung liefert. Diese Batterie muß während der Fahrt wieder aufgeladen werden,

; und zwar mit Hilfe einer Ladespannung, die ^:

bekanntlich höher ist als die Entlade-, d. h.

in diesem Falle auch als die Lichtspannung.

Nun ist es gegeben, daß zur Lieferung der zur Spannungsregelung nötigen fremden Spannung p und des von ihr erzeugten Erregerstromes die sowieso mitgeführte Batterie herangezogen wird. Da indessen gleichzeitig eine Aufladung der Batterie erfolgen muß, so muß diese Batterie in. zwei Hälften geteilt werden, von .denen die eine zur Abgabe des Erregerstromes und die andere zur Aufnahme des Ladestromes bestimmt ist.

Nun kann aber ein Gleichstromgenerator, dessen Spannung auf die eingangs erwähnte Art geregelt wird, unmittelbar keine höhere Spannung erzeugen, als die fremde erregende Spannung beträgt, also in unserm Falle als die Spannung der einen schwach sich entladenden Batteriehälfte. Dieser Spannungsbetrag kann selbstverständlich nicht hinreichen, um die andere Batteriehälfte genügend aufzuladen.

Das Wesen der Erfindung hegt nun einerseits in der Vereinigung des erwähnten Spannungsregelungsverfahrens mit Einrichtungen, welche prinzipiell die Erzeugung einer höheren Spannung gestatten, als die Spannung beträgt, welche durch Gegenschaltung der erregenden Spannungsquelle unmittelbar geregelt wird, zu dem Zwecke, die Wiederaufladung der Batterie möglich zu machen, andererseits in der praktischen Ausgestaltung einer nach diesem Prinzip gebauten Beleuchtungs- und Heizungsanlage.

I η der folgenden 'Beschreibung soll vornehmlich die Rede von Zugbeleuchtungsan-. lagen sein. Das darin Gesagte läßt sich sinn-

gemäß übertragen sowohl auf Heizung als auch auf die Anwendung der Anlage bei anderen Fahrzeugen.

Um mit dem Generator eine höhere Spannung zu erzeugen, kann z. B. auf folgende Art verfahren werden:.

Der Ladestrom für die eine Hälfte der Batterie wird zwei Klemmen; der Maschine B entnommen, zwischen denen eine größere Zahl

ίο induzierter Leiter wirksam ist als zwischen den mit der fremden Spannung ft in Verbindung stehenden Klemmen A der Maschine.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Art. Der Generator B besitzt auf seinem Anker außer der Hauptwicklung mit den Bürsten A noch eine zweite Wicklung mit eigenem Kollektor und eigenen Bürsten G. Während der Lichtstrom nur die Wicklung A durchläuft, wird der Batterieladestföfn äußer durch die Wicklung A noch durch die Zusatzwicklung G geführtj um dort noch auf die zum Laden^: nötige Überspannung gebracht zu werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3.

Hier enthält der Generator B nur eine indu-. zierte Wicklung, hingegen zwei Bürstenpaare.

Die. Spannung der Bürsten A, die weniger induzierte Leiter umschließen, liefert den Licht·; strom, während die ungefähr in der Neutralen liegenden Bürsten G bei entsprechend höherer Spannung den Ladestrom für die Batterie Z₁ liefern. Die Spannung zwischen den Bürsten G wird nicht nur infolge der vermehrten wirksamen Leiterzahl höher Sein als die Licht-Spannung, sondern sie wird auch durch die vermehrte Erregung etwas erhöht, die der Ohmsche Spannungsabfall der Bürsten A nötig macht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ferfolgt die Abgabe des Lichtes und des Lade^· Stromes Von denselben Bürsten G aus, während die Spannungsregelung vermittels zweier Hilfsbürsten A, die Weniger induzierte Leiter Umschließen, vor Sich geht. Der den Lampen H vorgeschaltete Widerstand K hat während der Fahrt die Differenz zwischen Lade- und Entladespannung aufzuzehren und ist bei stillstehendem Zuge, wenn die Speisung der Lampen von der Batterie erfolgt, kurzgeschlossen bzw. ausgeschaltet.

Um den Ladezustand der beiden Batterien auf gleicher Höhe zu halten, ist Vorsorge getroffen, daß diese Batterien in bekannter Weise von Zeit zu Zeit vertauscht Werden. Dies könnte beispielsweise bei Gelegenheit des Fahrtrichtungswechsels geschehen oder beim Einschalten des Lichtes, oder noch besser durch Verwendung eines Umstellapparates, der selbsttätig nach jedem Halt die Rolle der beiden Batterien wechselt.

Bei Stillstand des Zuges sollen beide Batterien parallel geschaltet sein, zu dem Zwecke, gemeinsam den Lichtstrom zu hefern in der Zeit, während welcher die Dynamomaschine von der Batterie abgetrennt ist.

Die Umschaltung von Batteriebeleuchtung zu Maschinenbeleuchtung und umgekehrt soll beim Überschreiten bzw. Unterschreiten einer gewissen Zuggeschwindigkeit vor sich gehen und kann zweckmäßig mit Hilfe eines Fliehkraftreglers vollzogen werden. Dieser kann beispielsweise den Schalter aus eigener Kraft umstellen, oder er kann die Umstellung auf elektrischem Wege durch Schließen von Hilfskontakten veranlassen; oder er kann dazu benutzt werden, eine auf einer umlaufenden Welle W (Fig. 6 und 7) sitzende kleine Exzenterhülse A zu verschieben, welch letztere vermöge ihrer Drehung den Schalter umstellt, indem das Exzenter den einen oder anderen Arm eines dreiarmigen Hebels B von sich stößt, ähnlich wie bei einer Gasmotorensteuerung. Durch Aufsetzen mehrerer Exzenter verschiedener Größe auf die Exzenterhülse kann ein Stufenweises Umschalten erreicht werden. Dies hat den Zweck, erst nur die Erregung der Maschine einzuschalten, um dem Generator Zeit zu lassen, sich voll zu erregen, bevor die Lampen zugeschaltet werden, und ferner den Zweck, die Einschaltung des BelastUngsstromeS in langsamer Weise über Vorschältwiderstände zu vollziehen, um ein Schwanken des Lichtes während der Umschaltperiode möglichst zu Vermeiden. Die Exzenterhülse Wird mit Vorteil auf eine langsam gehende Vorgelegewelle aufgesetzt, die auch gleichzeitig den Fliehkraftregler tragen kann. -

Normalerweise ist die Spannung an den Regulierklemmen A etwas niedriger als die Spannung der erregenden Batteriehälfte. Wenn nun infolge sehr hoher Drehzahl die Maschinengruppe schon infolge des remanenten Magnetismus eine höhere Spannung erzeugen will, So kehrt Sich der Erregerstrom in der Verbindungsleitung L Von selbst um, jedoch nur so lange, als die Spannung zwischen A₁A höher ist als die Gegenspannung, So daß nach Sinken der Remanenzspannung, die durch den unmittelbar beim Überwiegen der Remanenzspannung einsetzenden Umkehrstrom in L veranlaßt wird, der alte Zustand, d. h. ein Strom von der Gegenspannung zu dem Generator hin, wiederhergestellt wird, Dieses kann noch dadurch begünstigt werden, daß sich die Gegenspannung der Batterie φ unter Wirkung des von der Remanenzspannung gelieferten Stromes vorübergehend erhöht haben kann. Um diesem Anwachsen der Spannung aber von Vornherein vorzubeugen, kann auf den Polen der Dynamomaschine eine zweite Wicklung M angebracht werden (Fig. 5), die in negativem Sinne so stark wirkt, daß der re-

manente Magnetismus sicher aufgehoben und in der Wicklung E zur Erregung von B im richtigen Sinne immer eine positive Erregung erzielt wird. Der Erregerstrom der Wicklung M kann irgendeiner Stromquelle entnommen werden, z. B. wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 von der Zusatzwicklung G. Auch eines der Bürstenpaare A, G der Fig. 3 und 4 könnte zur Lieferung des negativen Erregerstromes in M benutzt werden.

Die fortwährende Entnahme von ganz wenig Erregerstrom aus der Batterie hat übrigens den Vorteil, daß auch in den Sommermonaten ein allzu .hoher Ladezustand der Batterie, nicht eintreten kann.

Die vom Generator B erzeugte Ladespannung ist konstant. Um auch bei leerer Batterie einen zu großen Ladestrom nicht entstehen zu lassen, wird, wie Fig. 5 zeigt, in die Lade-

ao leitung ein Widerstand N eingeschaltet, der . mit Vorteil einen möglichst hohen Temperaturkoeffizienten besitzt.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Anlage zur elektrischen Beleuchtung und Heizung von Fahrzeugen, bei welcher der unabhängig von Drehzahl und Strombelastung auf einen konstanten Wert zu regelnden Spannung einer von der Fahrzeugachse aus angetriebenen Dynamomaschine eine unabhängige, fremde Spannung entgegengeschaltet und der dadurch entstehende Ausgleichstrom zur Erregung der Dynamomaschine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der Dynamomaschine (B) entgegengeschaltete unabhängige, fremde Spannung (p) von der einen Hälfte einer für die Lichtstromabgabe während des Stillstandes des Zuges bestimmten Akkumulatorenbatterie gebildet und gleichzeitig an der Dynamomaschine (B) eine so hohe Spannung erzeugt wird, daß die andere Batteriehälfte aufgeladen werden kann.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamomaschine zwei Paar Bürsten besitzt, von denen das eine eine höhere Spannung führt als das andere, mit dem die unabhängige, fremde Spannung verbunden ist.
3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Lichtspannung hinausgehende, für die Aufladung der zweiten Batteriehälfte nötige Spannungsbetrag in einer zweiten Wicklung des Dynamomaschinenankers erzeugt wird.
4. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die höhere Spannung führende Bürstenpaar eine größere Anzahl induzierter Leiter des Ankers umfaßt als das andere mit der fremden Spannung verbundene Bürstenpaar.
5. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer bestimmten Zuggeschwindigkeit die Umschaltung der Batteriehälften von dem bei der Fahrt vorhandenen Schaltungszustand in den bei Stillstand des Zuges vorhandenen (Parallelschaltung beider Hälften) und die umkehrende Umschaltung durch einen Fliehkraftregler auf elektrischem Wege durch Schließen von Hilfskontakten bewirkt wird.
6. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Batteriehälften und Lampen durch einen auf einer langsam laufenden Vorgelegewelle (W) sitzenden Fliehkraftregler in der Weise erfolgt, daß letzterer eine Exzenterhülse (A) verschiebt, welche mit ihrem Exzenter die Umschaltapparate umstellt.
7. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterhülse mehrere nebeneinander liegende Exzenter von steigender Größe trägt, um das Umstellen der elektrischen Schaltapparate stufenweise vor sich gehen zu lassen.
8. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor die aufzuladende Batterie ein selbstveränderlicher Widerstand dauernd vorgeschaltet ist, zu dem Zwecke, die Batterie vor zu großen Ladeströmen zu bewahren.
9. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamomaschine (B) eine von einer beliebigen Stromquelle aus mit Strom versorgte, der Haupterregerwicklung entgegenwirkende, die Wirkung des remanenten Magnetismus aufhebende Hilfserregerwicklung (M) besitzt..
10. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ■ der für die Speisung der Hilfserregerwicklung (M) nötige Strom von jenem zusätzlichen, für die Ladung der zweiten Batteriehälfte nötigen Spannungsbetrage geliefert wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.