DE240765C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 240765 KLASSE 21 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Mai 1910 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, die es ermöglicht, die Anzahl der Zellen zwischen zwei und zwei Kontakten eines Zellenschalters zu vergrößern, ohne daß bei der Regelung beträchtliche Schwankungen in der Spannung vorkommen.

Die Anordnung besteht darin, daß zwischen den Kontaktbürsten des Zellenschalters und den Entladeschienen Hilfszellen eingeschaltet

ίο werden, die entweder nur als Gegenzellen oder abwechselnd als Gegen- und Entladezellen dienen, wodurch die Schaltgruppenspannung in zwei oder mehr Stufen ein- oder ausgeschaltet werden kann.

L5 Bei dem gewöhnlichen Zellenschalter kann, wie bekannt, eine Schältgruppe (die Anzahl . Elemente, die zwischen zwei Nachbarkontakten angeschlossen ist) nur aus wenigen Elementen bestehen, weil plötzliche, große Spannungsschwankungen im Netz vermieden werden müssen. Dies bedingt namentlich bei Doppelzellenschaltern eine große Anzahl Zellenschalterleitungen.

Um Leitungen zu sparen, hat man die Anzahl

J5 der Zellen in den Schaltgruppen um das Doppelte und darüber vermehrt und dann die Spannungsschwankungen durch periodisches Ein- und Ausschalten der Hilfszellen in den richtigen Grenzen gehalten.

Bei einem der Systeme, die hierzu verwendet werden, werden die äußersten Zellen in dem einen Ende der Stammbatterie als Hilfszellen verwendet, welche einzeln' ein- und ausgeschaltet werden können, während an dem anderen Ende Gruppen von Regulierungszellen mittels des Zellenschalters aus- oder eingeschaltet werden können.

Soll die Spannung so z. B. verfingert werden, so werden die Hilfszellen eine nach der anderen ausgeschaltet. Zur weiteren Verringerung der Spannung wird mittels des Zellenschalters eine Gruppe Zellen ausgeschaltet, und gleichzeitig werden alle Hilfszellen wieder eingeschaltet. Wenn man beträchtliche Spannungsschwankungen vermeiden will, muß dieses Ein- und Ausschalten von den ganzen Schaltgruppen bzw. den Hilf szellen genau gleichzeitig geschehen, was in Praxis indessen nicht gut möglich ist.

Ein anderes System, das angewendet worden ist, besteht darin, daß als Hilfszellen besondere Elemente, die nicht zu der eigentlichen Batterie gehören, Verwendung finden. Diese Hilfszellen werden periodisch in die Entladeleitungen eingeschaltet und können so als ein Teil der Regulierzellen betrachtet werden.

Bei dieser Anordnung fällt die oben genannte Schwierigkeit fort; jedoch hat man dafür bei den Doppelzellenschaltern einen anderen Übelstand, nämlich den, daß die Hilfszellen zusammen mit der übrigen Batterie entladen werden, weshalb dieselben wiederum mit gewissen Zwischenräumen geladen werden müssen. Hierzu muß man eine besondere Ladeeinrichtung haben, oder man muß mittels eines Umschalters die Hilfszellen in der Ladeseite unter Ladung setzen. Solange diese Ladung dauert, hat man dann keine Feinregulierung, falls man nicht zwei Satz Hilfszellen mit dazu gehörigen

Doppelsatz-Leitungen anwendet, was einerseits eine Verteuerung, andererseits eine nicht ungefährliche Komplikation bedeutet, teils weil . man ständig an das Laden denken muß, teils weil das Umschalten der beiden Satz Hilfszellen nur ausgeführt werden darf, wenn die Lade- und Entladebürste in gleicher Höhe stehen, da man sonst widrigenfalls die dazwischen liegenden Zellen kurzschließt.

ίο Bei der vorliegenden Erfindung werden auch besondere Hilfszellen verwandt, jedoch in der Art, daß dieselben immer in der Entladeseite angeschlossen sind und entweder nur· als Gegenzellen (Polarisationszellen) wirken oder abwechselnd als Gegenzellen und Entladezellen. Hierdurch werden alle Ubelstände der bekannten Anordnungen vermieden, und man kann jederzeit mit einem einzigen Satz Hilfszellen und dazugehörigen Leitungen auch bei Doppel-

2Ό Zellenschaltern Feinregulierung haben.
Auf der Zeichnung veranschaulichen
Fig. ι bis 5 Schemas für eine Ausführungsform der Schaltanordnung bei fünf aufeinander folgenden Stellungen der Kontaktbürsten,

Fig. 6 eine Abänderung der in Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Anordnung,

Fig. 7 bis 11 Schemas für eine andere Ausführungsform der Anordnung,
. Fig. 12 bis 18 Schemas für eine dritte Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 19 eine Abänderung der in Fig. 12 bis 18 veranschaulichten Ausführungsform und

Fig. 20 ein entsprechendes Schema für die Verwendung bei Einzelzellenschaltern.

Bei der in Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Zellenschalteranordnung werden die Hilfszellen ausschließlich periodisch als Gegenzellen in der Entladeseite angewendet. Die Ladeseite, welche auf den Figuren nicht veranschaulicht ist, kann in bekannter Weise eingerichtet sein. In der Entladeseite besteht der bewegliche Kontaktschlitten in gleichfalls bekannter Weise aus zwei miteinander verbundenen, jedoch gegenseitig isolierten Kontaktbürsten K₁ und K₂, die auf den Kontaktschienen S₁ bzw. S₂ gleiten, so daß sich stets einer der Zellenkontakte M₁,1I₂, n₃ usw. durch K₁, K₂ in leitender Verbindung mit S₁ oder S₂ oder beiden befindet. Die Hilfsbürste K₃ hat eine im Verhältnis zu K₁, K₂ zwangläufige Bewegung und verbindet abwechselnd die Kontakte C₁ und C₂ mit der Entladeleitung A, so daß die. Gegenzelle β abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird.

Wenn man z. B. aus der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung die Entladespannung erhöhen will, so wird K₁, K₂ z. B. durch eine Schraubenspindel aufwärts bewegt. In Fig. 2 ist K₁ in Berührung mit Kontakt n₃ und K₃ in Verbindung mit den Kontakten C₁ und C₂ dargestellt.

Die Netzspannung ist noch nicht verändert, aber die Schaltgruppe E₃ wird durch die Gegenzelle e und einen Widerstand W, der jedoch eventuell ausgelassen werden kann, entladen. In Fig. 3 hat die Bürste K₂ den Kontakt η_Λ verlassen. Die Gruppe E₃ wird nun zusammen mit der übrigen Batterie entladen. Die Spannung ist 3 edoch um die volle Spannung der Schaltgruppe E_s noch nicht erhöht, denn die Hilfsbürste K₂ hat die Gegenzelle e in den Stromkreis eingeschaltet. Während der weiteren Bewegung von K₁, K₂, und K₃ kommt K₂, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, auf Zellenkontakt n₃ und K₃ auf Kontakt c₂. Die volle Spannung der Gruppe E₃ ist jetzt hinzugefügt, indem e ausgeschaltet ist.

In dem Falle, wo ein großes elastisches Netz aus mehreren Akkumulatorenbatterien parallel oder aus mehreren solchen zusammen mit Dynamomaschinen versorgt wird, braucht Kontakt C₁ nur als Ubergangskontakt zu dienen, weil die Spannungsschwankungen an den Speisepunkten in diesem Fall erheblich geringer als die Spannungsschwankungen an den Sammelschienen für die einzelnen Akkumulatorenbatterien sind. Die Wirkung der Gegenzelle ist alsdann nur die, daß die Schaltgruppenspannung in mehreren Stufen kurz nacheinander ein- oder ausgeschaltet werden kann.

In Fig. ι bis 5 besteht jede Schaltgruppe aus zwei Elementen, und es ist dort nur eine Gegenzelle veranschaulicht, was jedoch nur bedeutet, daß die Gegenzellenspannung am besten ungefähr halb so groß als die Schaltgruppenspannung gewählt wird. Die Gegenspannung kann durch verschiedene elektrochemische Kombinationen erzeugt werden, z. B. durch Bleiplatten oder Bleigitter in Schwefelsäure, Eisenplatten in Natronlauge usw. Ob man von solchen Gegenzellen eine oder mehrere in Serie anwenden soll, hängt von der Größe der Schaltgruppen und der Spannung der einzelnen Gegenzellen ab.

Durch die Verwendung von zwei Gegenzellen oder zwei Gruppen derselben und Zweiteilung des Ubergangskontaktes C₁ kann man, wie in Fig. 6 veranschaulicht, erreichen, daß die Schaltgruppenspannung in drei Stufen ein- oder ausgeschaltet wird, indem die Spannung jedes Satzes Gegenzellen gleich etwa ¹Z₃ der Schaltgruppenspannung gewählt wird. Wie ersichtlich, werden die Gegenzellen auf diese Weise niemals zum Netz entladen und brauchen deshalb praktisch gesprochen keine Kapazität besitzen, wie auch die besondere Ladung fortfällt. ' ■ 11£

Wünscht man, daß die Teilung der Schaltgruppenspannung von längerer Dauer sein soll, so wird dies vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß man die Hilfszellen abwechselnd als Gegenzellen und als Entladezellen in der 12c Entladeseite benutzt.

In diesem Falle müssen die Hilfszellen Kapazi-

tat besitzen und können z. B. aus gewöhnlichen Akkumulatorenzellen bestehen. Eine dahingehende Ausführung ist in Fig. 7 bis 11 in Verbindung mit einem Doppelzellenschalter veranschaulicht. Diese Ausführung unterscheidet sich von der vorher erwähnten hauptsächlich hur durch einen besonderen Umschalter U, der vier zwangläufig miteinander verbundene, j edoch voneinander isolierte drehbare Kontaktbürsten hat, welch letztere zwei und zwei in einem Kreis angebrachte Kontakte verbinden können.

Wenn der Umschalter U in der durch die voll ausgezogenen Linien angegebenen Stellung steht, wirkt die Zelle e als Gegenzelle in dem Stromkreis der Bürste K₁, ganz in derselben Weise wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5.

Wenn man, anstatt — wie bei Fig. 1 bis 5 vorausgesetzt — die Bürsten K₁, K₂ sich beständig von der Stellung nach Fig. 7 in die nach Fig. 11 bewegen zu lassen, die Bürsten längere Zeit in der auf Fig. 9 veranschaulichten Stellung stehen läßt, so erhält man in dieser Zeit eine Spannung, welche mitten zwischen der durch Fig. 7 und der in Fig. 11 bestimmten liegt, und gleichzeitig wird die Gegenzelle e geladen.

Wenn man jedesmal, wenn die Bürsten K₁, K₂ verschoben werden, K₁ eine Zeitlang in der Stellung (Fig. 9) stehen läßt, so wird die Zelle e allmählich voll geladen werden. Man kann dann den Umschalter U in die durch punktierte Linien dargestellte Stellung umschlagen. Die Zelle e wird dann in den Stromkreis der Bürste K₂ . (vgl. Fig. 7) eingeschaltet werden und hiernach nicht mehr als Gegenzelle, sondern dagegen als Zusatzzelle wirken, entsprechend der aus Patent 166603 bekannten Wirkungsweise. Das Umschalten des Umschalters U aus der einen in die andere der auf der Zeichnung veranschau-

.0 lichten Stellungen geschieht augenblicklich und kann unter jeder Stellung der Bürsten K₁, K₂ vorgenommen werden;

Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, bei Doppelzellenschaltern eine span-

■5 nungsteilende Zelle in der Entladeseite allein zu benutzen, und zwar in der Art, daß dieselbe abwechselnd geladen und entladen wird und derartig, daß der Übergang vom Laden zum Entladen unter jeder beliebigen Stellung der

;o Entlade- und Ladebürsten des Zellenschalters ■ vorgenommen werden kann.

Das Umschalten kann bei irgendeiner Hauptstellung der Bürsten K₁, K₂ vor sich gehen, ohne Rücksicht darauf, ob die Lade- oder Entladebürsten auf demselben oder verschiedenen Kontakten stehen. Der Widerstand w kann, wie in Fig. 11· dargestellt, teilweise durch einen Widerstand W₁, der an den Hilfsschalter angeschlossen ist, ersetzt werden. Sowohl Lade- wie Entladeseite können in bekannter Weise mit Funkenlöschern versehen werden. Bei einer 110-Volt-Anlage können die Schaltgruppen jede aus zwei Elementen, bei einer 220-Volt-Anlage aus vier Elementen bestehen und die Anzahl der Hilfszellen beträgt ein bzw. zwei Elemente.

Auch nach diesem Prinzip kann man mit Vorteil eine Dreiteilung der Schaltgruppen, wie in Fig. 12 bis 18 dargestellt, erzielen. Der Zellenschalter wird mit drei Kontaktschienen S₁, S₂ und S₃, drei Bürsten K₁, K₂ und K₃ ausgestattet, und der Hilfsschalter hat drei Kontakte C₁, C₂ und C₃. Außerdem werden zwei Satz Hilfszellen ^₁ und e₃ verwendet, von denen jede eine Spannung von ungefähr ¹Z₃ der Schaltgruppenspannung hat. Die Hilfsbürste Jf₄ hat auch in diesem Fall im Verhältnis zu den Hauptbürsten zwangläufige Bewegung. Uni die Hilfszellen abwechselnd als Entladezellen und Gegenzellen benutzen zu können, ist für diese Ausführung auch ein besonderer Umschalter erforderlich. Die Wirkungsweise des Zellenschalters ist im übrigen ganz analog der vorhergehenden.

In Fig. 12 sind die Hilfszellen ganz außer Tätigkeit dargestellt. In der, Stellung Fig. 14 wird die Hilfszellengruppe <?-, in Reihe mit der Hauptbatterie entladen, und die Spannung auf diese Weise mit der Spannung der Hilfszellengruppe erhöht. In der Stellung Fig. 16 ist U in der Schaltstellung veranschaulicht, und in Fig. 18 sind die Hilfszellen als Gegenzellen geschaltet dargestellt.

Bei einer iio-Volt-Anläge kann jede Schaltgruppe z. B. aus drei Elementen bestehen, und die beiden Hilfszellengruppen jede aus einem Element. Bei einer 220-Volt-Anlage kann eine Schaltgruppe aus sechs Elementen bestehen und die beiden Hilfszellengruppen jede aus zwei Elementen, wie aus Fig. 19 ersichtlich. Die Widerstände w, und w» können ganz oder teilweise durch die Widerstände w_z und w₄ ersetzt werden, welch letztere an die zweiteiligen Kontakte C₁ und c₂ (Fig. 19) angeschlossen sind.

Für den Fall, daß auch in der Ladeseite eine Teilung der Schaltgruppenspannung gewünscht wird, kann dies nach dem vorher besprochenen reinen Gegenzellenprinzip, wie in Fig. 19 veranschaulicht, erfolgen.

Diese Ausführungsform bleibt besonders für Einzelumschalter einfach, wie aus Fig. 20 ersichtlich, indem der Umschalter U fortfällt.

Die Dreiteilung der Schaltgruppenspannung in der Entlädeseite hat den Vorteil, daß man ungefähr ²/_s der Zellenschalterleitungen sparen kann, die für den gewöhnlichen Zellenschalter mit; derselben Feinheit in der Regelung notwendig sind.

Bei den in Fig. 1 bis 5 und 7 bis 11 dargestellten Ausführungsformen ist es möglich, die Ladeuhd Entladebürsten durch einen besonderen Umschalter in der. Zeit parallel zu verbinden, wo der Entladestrom besonders groß ist.

Bei der in Fig. 12 bis 18 dargestellten Ausführung wird dasselbe möglich, wenn die Lacleseite mit drei Kontaktschienen und drei Bürsten ebenso wie die Entladeseite versehen wird. Tn allen Fällen kann man sich mit denselben-Hilfszellen und denselben Hilfsschaltern begnügen.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Zellenschalteranordnung zum feiristufigen Schalten von Schaltgruppen unter Benutzung von Hilfszellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfszellen in die Verbindungsleitung zwischen der bei der Schaltbewegung zwecks Zuschalten von Zellen voranschreitenden Kontaktbürste und den Sammelschienen in der Art einschaltbar sind, daß sie der Gesamtspannung der Batterie entgegenwirken.
2. 2. Zellenschalteranordnung nach Anspruch i, bei.der die beiden Entladebürsten 2< (Hilfs- und Hauptbürste) jede für sich mit einem Kontakt eines Umschalters verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle oder Zellen (e) zwischen der voranschreitenden Bürste (K₁) und dem ent- 2; sprechenden Kontakt (C₁) des Umschalters eingeschaltet sind.
3. 3. Zellenschalteranordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Umschalter (U), mittels dessen die Hilfszelle 3< oder -zellen (e) nach Belieben abwechselnd in den Stromkreis der einen oder der anderen Entladebürste (Hilfs- oder Hauptbürste) eingeschaltet werden können, wodurch die Hilfszellen entweder als Gegenzellen' oder 3; in bekannter Weise als Zusatzzellen wirken.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.