DE250899C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 250899 KLASSE 21 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. Februar 1911 ab.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Versorgung von Fahrzeugen mit elektrischer Energie, insbesondere für Beleuchtungszwecke, bei welcher eine durch die Fortbewegung des Fahrzeuges bzw. von dem Kraftmotor angetriebene Dynamomaschine und Batterien verwendet werden, die zeitweise von der Dynamomaschine geladen werden und zeitweise das Netz speisen. Bei einer derartigen Um-Wandlung mechanischer in elektrische Energie ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß sowohl den starken Schwankungen der Dynamomaschinendrehzahl und dem wechselnden Bedarf des Netzes wie einer vorteilhaften Ladung und Entladung der Batterien Rechnung zu tragen ist, und weiterhin ist es gerade bei Zugbeleuchtung sehr wichtig, daß die für ein gutes Arbeiten der Anlage notwendigen Bedingungen in einfacher, schneller und sicherer Weise erfüllt werden. Es liegen bereits die verschiedensten Anordnungen vor, welche dieses Energieerzeugungsprinzip verwirklichen, aber zum Teil genügen sie den besonderen Eigenheiten des Systems nur unvollkommen, indem sie z. B. einen möglichst konstanten Ladestrom bezwecken, zum Teil benutzen sie umständliche Schaltungen und den Betrieb erschwerende zusätzliche Apparate, wie eigene Hilfsdynamos oder automatische Widerstandsregler.

Gemäß der Erfindung soll nun eine den verschiedenen Betriebsbedingungen gleichzeitig genügende Anordnung mit einfachen Mitteln da durch erreicht werden, daß bei der Dynamomaschine eine zwischen diese und die aufzuladende Batterie geschaltete Feldwicklung, welche die Erregung der Dynamomaschine bei Ladestrom zu schwächen sucht, mit einer vom Netzstrom oder einem diesem proportionalen Strom durchflossenen Feldwicklung, welche im Sinne einer normalen Grunderregung wirkt, zur unmittelbaren Bestimmung des Feldes der Dynamomaschine zusammen arbeitet.

Die Fig. 1 der Zeichnung stellt eine Schaltung nach der Erfindung in ihrer allgemeinsten Form dar, wobei die Dynamomaschine mit 1, die zu ladende Batterie mit 2, die zwischen Batterie und Dynamomaschine geschaltete Feldwicklung mit 3 und die vom Netzstrom bzw. einem diesem proportionalen Strom durchflossene Wicklung mit 4 bezeichnet ist. Die Wirkung der beiden Wicklungen · ist in Fig. 2 verdeutlicht,- welche die Abhängigkeit der Stromstärken von der Dynamomaschinendrehzahl darstellt. Kurve A zeigt die Stromstärke für den Fall, daß die Wicklung 4 stromlos, das Netz also unbelastet ist. Diese Stromkurve liegt unterhalb der Nullinie, was bedeutet, daß ein Entladestrom von der Batterie 2 durch die Klemmenleitung der Dynamomaschine fließt. Die Wicklung 3 allein hätte also die Wirkung, daß dauernd ein Entladestrom durch die Erregerwicklung 3 und den Anker der Dynamomaschine 1 fließt, der gerade ausreichend ist, um eine der Spannung der Batterie entsprechende Gegenspannung ab-

züglich des Ohmschen Spannungsabfalles an den Klemmen der Dynamomaschine zu erzeugen, wobei die Maschine gewissermaßen als Motor laufen würde. Bei den Netzbelastungen b bzw. c entstehen die Stromkurven B bzw. C, welche dartun, daß durch das Zusammenwirken der beiden Feldwicklungen 3 und 4 mit zunehmender Belastung ein wachsender Ladestrom zustande kommt.

Wie ersichtlich, arbeiten die beiden Wicklungen 3 und 4 in der Art eines Gleichstromtransformators. Bei unbelasteter Sekundärseite wird die Erregung des Transformators durch den Primärteil, die Entlade- bzw. Ladestromwicklung gedeckt, während mit Vergrößerung der sekundären Belastung der Primärstrom wie bei einem Wechselstromtransformator im Verhältnis der Amperewindungen zunimmt. Mit der Erfindung ist sonach eine ganz verschiedene und neue Wirkung gegenüber bisher üblichen Anordnungen erreicht, bei welchen eine vom Ladestrom abhängige Gegen wicklung allein verwendet wird. Während dort möglichst konstanter Ladestrom bezweckt wird, soll hier eine variable, von der Ladespannung und der Dynamomaschinendrehzahl so gut wie unabhängige und nur von der Belastung beeinflußte Ladung zustande kommen. Dabei wird diese Wirkung in äußerst einfacher Weise durch zwei unmittelbar auf der Dynamomaschine angebrachte Feldwicklungen erreicht, und Verzögerungen und Störungen, wie sie bei Systemen, welche zur Regelung besondere zusätzliche Hilfsapparate vorsehen, vorkommen können, sind praktisch unmöglich gemacht.

Zweckmäßig wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, den beiden Feldwicklungen 3 und 4 noch eine normale Nebenschlußwicklung 5 hinzugefügt. Hierdurch wird es möglich, daß auch

.40 bei unbelastetem Netz die in den Stromkreis der Dynamomaschine geschaltete Batterie nicht entladen wird, sondern noch eine geringe Ladung erhält, indem die Kurve A der Fig. 2 derart reguliert werden kann, daß sie oberhalb der Abszissenachse liegt oder diese bei einer bestimmten Drehzahl schneidet. Das Zusammenarbeiten der beiden Feldwicklungen 3 und 4 gemäß der Erfindung kann bei der Anordnung nach Fig. 3 so gewählt werden, daß bei Nullast noch eine kleine, im Sinne einer Batterieladung gerichtete Wirkung der einen Spule übrig bleibt und mit wachsendem Netzstrom eine fortschreitende Kompensierung und ein Differenzwert im einen oder anderen Sinne sich ergibt. Es läßt sich auf diese Weise ohne weitere besondere Schaltvorrichtungen während der Ruhepause, z. B. bei der vorausgesetzten Zugbeleuchtung tagsüber, eine geringe dauernde Ladung der Batterie erzielen, was infolge der Gleichmäßigkeit und Stetigkeit des Ladevorganges eine sehr vorteilhafte Art der Batteriespeisung bedeutet. Außerdem ist diese Ladung bei Nullast praktisch an keine Grenze der Dynamomaschinendrehzahl gebunden, indem die Wirkung der Feldwicklungen derart gegeneinander abgeglichen werden kann, daß bei der Minimalgeschwindigkeit des Zuges, z. B. von 20 km, die Nebenschlußwicklung 5 gerade für Nulladung genügt und mit zunehmender Drehzahl in dem Maße kompensiert wird, daß bei der Maximalzuggeschwindigkeit, z. B. von 100 km, die höchst zulässige Ladestromstärke erzeugt wird. Die Möglichkeit einer in solcher Weise stattfindenden Batteriespeisung bei einem Netzstrom gleich Null stellt einen wichtigen Vorteil der Schaltung nach der Erfindung dar. Die gebräuchlichen Systeme erfüllen die für das gute Arbeiten und die Lebensdauer der Batterie unumgängliche Bedingung einer günstigen Ladung bei Nullast zum Teil überhaupt nicht, zum Teil nur unter Vermittlung umständlicher Zusatzapparate und Schaltmaßnahmen und bloß in sehr beschränktem Geschwindigkeitsbereiche, wie z. B. diejenigen Anordnungen, bei welchen auf eine stets konstante Proportionalität zwischen Netz- und Ladestrom mittels eines Differentialwiderstandsreglers eingestellt wird.

In der Praxis wird die Schaltung nach der Erfindung häufig unter Benutzung zweier Batterien verwirklicht werden, von denen jeweils die eine unter Speisung des Netzes entladen und die andere inzwischen von der Dynamomaschine geladen wird, wobei die Umschaltung der beiden Batterien entweder selbsttätig in regelmäßigen Zeitabschnitten oder bei bestimmten Haltestellen oder nach Durchlaufen bestimmter Strecken oder auch je nach Bedarf von Hand bewirkt wird. Bei Stillstehen der Dynamomaschine bzw. bei einer Drehzahl unterhalb eines gewissen Wertes besorgen zweckmäßig beide Batterien die Stromlieferung. Die Fig. 4 der Zeichnung gibt eine derartige Anordnung wieder. Die Batterien sind mit 2 und 6 bezeichnet, und die Batterie 2 wird geladen, die Batterie 6 entladen, während die Erregung der Dynamomaschine 1 durch die drei Feldwicklungen 3, 4 und 5 bestimmt wird. Die beiden Batterien 2 und 6 können, auch wie die Fig. 5 zeigt, eine gemeinsame Klemme haben, und zur Umschaltung kann für die anderen Klemmen ein Umschalter vorgesehen werden. Die Dynamomaschine wird durch einen Schalter 8 ein- und ausgeschaltet, der in bekannter Weise arbeitet.

Bei Einstellung und Berechnung der Dynamomaschine ist den Verlusten der Akkumulatoren während der Ruhepausen Rechnung zu tragen. Auch empfiehlt es sich, die Wirkung der Feldwicklungen durch Anbringen entsprechender Widerstände regelbar zu machen. Besonders vorteilhaft für die Ausführung der

Erfindung mit zwei Batterien ist die Zwischenschaltung eines Widerstandes , 9 (vgl. Fig. 5) zwischen die zu steuernden Batterieklemmen. Dieser Widerstand 9 ist zweckmäßig so zu bemessen, daß beim Laden der einen Batterie von dieser zu der sich entladenden Batterie ein Strom fließt, der etwas geringer ist als der in Betracht kommende kleinste Netzstrom. Hierbei entlädt sich die auf das Netz arbeitende Batterie nur sehr wenig. In solchen Fällen, wo immer sämtliche Lampen des Wagens zugleich eingeschaltet werden, wird also der über den Widerstand 9 ins Netz fließende Strom etwas geringer gehalten als der Gesamt en tladestrom.

Die Benutzung der Schaltung nach der Erfindung mit nur einer Batterie wird sich besonders für Beleuchtung von Automobilen, Booten, wie überhaupt in allen den Fällen empfehlen, wo die Dynamomaschine meist mittels Zahnradübersetzung von dem Kraftmotor angetrieben, also auch bei stillstehendem Fahrzeug in Betrieb gesetzt werden kann. Bei einer derartigen Schaltung, wo die Speisung des Netzes teilweise unmittelbar von der Dynamomaschine bewirkt wird, ist die Abgleichung der Feldwicklungen der Dynamomaschine derart, daß eine geringe Ladung der Batterie bei Nullast sich ergibt, sehr vorteilhaft. Außerdem wird man zweckmäßig, um bei Fahrt die gleiche Netzspannung wie bei Stillstand, d. h. bei reinem Batteriebetrieb, zu erhalten, in Reihe mit der Netzstromwicklung einen Widerstand vorsehen, der die Spannung der Dynamomaschine abdrosselt und bei reinem Batteriebetrieb ausgeschaltet wird, oder die Dynamomaschine als Doppeldynamomaschine bzw. als Dynamomaschine mit zwei Kollektoren ausbilden, von der die Summe der Spannungen zum Laden der Batterie und die Einzelspannung zum Speisen des Netzes benutzt wird.

In Fig. 6 und 7 sind diese beiden Ausführungen einer Einzelbatterieschaltung nach der Erfindung schematisch wiedergegeben. Die Anordnung der drei Feldwicklungen 3, 4 und 5 und der Batterie 2 ist in beiden Fällen die gleiche. Fig. 6 zeigt den bei Verwendung einer normalen Dynamomaschine 1 in den Netzstromkreis zu verlegenden Drosselwiderstand 7, und in Fig. 7 ist die Dynamomaschine 1 als Doppeldynamomaschine gestaltet, an deren Gesamtspannung die Batterie 2 und an deren Teilspannung das Netz liegt. Für besondere Fälle kann natürlich auch bei der Benutzung der Doppeldynamomaschine nach Fig. 7 noch ein zusätzlicher kleiner Widerstand in Reihe mit der Netzstromwicklung 4 entsprechend dem Widerstand 7 der Fig. 6 angeordnet werden.

Um bei den Schaltungen nach Fig. 6 und 7, wenn erwünscht, die Batterie 2 auch in beliebigem Zeitpunkt laden zu können, wird die Möglichkeit geschaffen, die Netzstromwicklung 4 durch einen geeigneten Widerstand 10 hindurch (vgl. Fig. 6) an den Punkt 11 anzuschalten und damit das Netz kurzzuschließen. Um hierbei Verluste zu vermeiden, kann man die Wicklung 4 in mehrere Teile zerlegen, die normal parallel bei der nach dieser Methode beabsichtigten Ladung in Serie geschaltet werden.

Claims (7)

Patent-Ansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Versorgung von Fahrzeugen mit elektrischer Energie, insbesondere für Beleuchtungszwecke, bei welcher eine durch die Fortbewegung des Fahrzeuges bzw. von dem Kraftmotor angetriebene Dynamomaschine und zeitweise von der Dynamomaschine geladene, zeitweise auf das Netz sich entladende Batterien verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Dynamomaschine eine zwischen diese und die aufzuladende Batterie ge- ' schaltete Feldwicklung, welche die Erregung der Dynamomaschine bei Ladestrom zu schwächen sucht, mit einer vom Netzstrom oder einem diesen proportionalen Strom durchflossenen Feldwicklung, welche im Sinne einer normalen Grunderregung wirkt, zur unmittelbaren Bestimmung des Dynamomaschinenfeldes zusammen arbeitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der vom Netzstrom beeinflußten und der vom Ladestrom abhängigen Feldwicklung noch eine normale Nebenschlußwicklung der Dynamomaschine vorgesehen ist, zum Zwecke, zu Zeiten lang anhaltender Nullbelastung des Netzes ein Entladen der Batterie über die zwischen sie und die Dynamomaschine geschaltete Wicklung zu verhindern und eine geeignete Ladung der Batterie bei Nullast zu ermöglichen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ι und 2 mit zwei wechselweise von der Dynamomaschine zu ladenden und sich auf das Netz entladenden Batterien, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die umzuschaltenden Klemmen der Batterien ein Widerstand eingeschaltet ist, der zweckmäßig derart bemessen wird, daß von der zu ladenden Batterie zu der sich entla- no denden ein Strom fließt, der etwas geringer ist als der kleinste bei Betrieb in Betracht kommende Netzstrom, zum Zwecke, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Einrichtung zu vergrößern.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ι und 2 unter Verwendung nur einer Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz zeitweise direkt von der die Batterie aufladenden Dynamomaschine gespeist wird, wobei zweckmäßig die erhöhte Spannung durch Widerstände in Serie mit der vom

Netzstrom durchflossenen Wicklung bzw. durch entsprechende Dimensionierung der letzteren Wicklung auf den Wert der Batterie im Entladezustande heruntergedrosselt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ι und 2 unter Verwendung nur einer Batterie und zeitweiser Speisung des Netzes direkt durch die Dynamomaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamomaschine als Doppeldynamomaschine oder als Dynamomaschine mit zwei Kollektoren ausgeführt wird, wobei die Summe der beiden Spannungen zum Laden der Batterie und die Einzelspannungen zum Speisen des Netzes benutzt werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ι und 2 unter Verwendung nur einer Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Netzstrom abhängige Wicklung über einen Widerstand an die andere Netzleitung angeschlossen werden kann, zum Zweck, eine Ladung der Batterie in beliebigem Zeitpunkt zu ermöglichen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Netzstrom abhängige Feldwicklung aus mehreren Teilen besteht, die nach Belieben parallel und in Serie geschaltet werden können, zum Zwecke, ein Laden der Batterie mit möglichst hohem Wirkungsgrad auch bei Nullbelastung des Netzes zu ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen