DE262974C

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Publication number: DE262974C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 262974 -KLASSE 21 c. GRUPPE

J. B. M. ELECTRIC COMPANY in NEW YORK.

Widerstandes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. August 1912 ab.

Die Erfindung betrifft einen Regler für Stromkreise und ist insbesondere dazu bestimmt, um die Spannung in Arbeitsstromkreisen von vorzugsweise Wagenbeleuchtungsnetzen zu regeln.

Es hat sich herausgestellt,«daß eine Kohlensäule unter bestimmten Bedingungen einen guten veränderlichen Widerstand bildet, jedoch zeigte sich bei der Benutzung solcher

ίο Vorrichtungen an Wagen, daß die Erschütterungen und andere Ursachen das einwandfreie Arbeiten solcher Säulen stark in Frage stellen. Auch hat es sich unter bestimmten Bedingungen gezeigt, daß solche Säulen einen ungenügenden Regelungsumfang haben. Letzterer ist durch den Mindestwiderstand der Säule begrenzt, so daß ein sehr beträchtlicher und nutzloser Energieverlust eintritt, den die Batterie hergeben muß. Infolgedessen ist es notwendig, die Batterie für ein bestimmtes System größer zu wählen, so daß die Anschaffungskosten des Systems, die Unterhaltungskosten, die Kosten für die Zugkraft pro Gewicht und der im Wagen benötigte Raum sich erhöhen. Namentlich das letztere Bedenken ist sehr wichtig.

Gemäß der Erfindung soll nun ein System geschaffen werden, in welchem der Spannungsabfall . in der Leitung in direkter Proportion mit den Spannungsveränderungen an der Hauptquelle der elektromotorischen Kraft sich ändert. Ferner soll die Erfindung die oben beschriebenen Mängel beseitigen und ein System schaffen, bei dem die unangenehmen Einflüsse der Erschütterungen praktisch ausgeschaltet werden. Ferner haben die Widerstände einen genügenden Regelungsbereich, sind aber trotzdem reichlich empfindlich und vermeiden die mit der Anwendung von Kohlensäulen sonst verbundenen Nachteile. Ferner wird durch die Erfindung die Größe der notwendigen Batterie und der durch diese benötigte Raum sehr beträchtlich verringert. Schließlich bezweckt die Erfindung, den Spannungsabfall parallel zu einer solchen Kohlensäule zu verringern, nachdem diese.ihre Kompressionsgrenze praktisch erreicht hat, und diese Verringerung" dann nach und nach vorzunehmen, so daß die Spannung im Arbeitsstromkreis praktisch konstant gehalten wer- 5" den kann.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. ι zeigt ein Schaltungsschema der Erfindung bei einem .System mit Akkumulatorbatterie;

Fig. 2 zeigt eine Änderung der Schaltung nach Fig. 1 unter Weglassung einzelner Teile;

Fig. 3 ist eine weitere Abänderung der Schaltung nach Fig. 1 unter Weglassung bestimmter Teile;

Fig. 4 ist eine Einzelansicht einer Ausbildung der Widerstandsapparate;

Fig. 5 zeigt die Art, in der die Kohlenplatten

oder -blocke vorzugsweise in ihrer Stellung gehalten werden.

Bei der Schaltung nach Fig. ι ist der Lampenarbeitsstromkreis A von der Akkumulatorenbatterie B gespeist, wenn nicht eine andere Stromquelle den Lampenkreis mit Strom versieht. Parallel zum Arbeitsstromkreis A ist eine Spannungsspule gelegt, die einen Elektromagneten C bildet. Dieser hat einen

ίο Kern D. der mit dem drehbaren Hebel E verbunden ist. Der Kern D ist ferner mit einem Dämpfer F versehen, um Vibrationen von den Teilen abzuhalten, die infolge der Erschüttelungen oder anderer Ursachen entstehen. Der Hebel E drückt auf die Kohlensäule G₁ welche parallel zum Arbeitsstromkreis liegt und in Serie mit dem Solenoid eines Elektromagneten H geschaltet ist. Letzterer hat einen Kern I₁ der auf den bei K angelenkten Hebel / einwirkt. Der Kern 7 ist ebenfalls mit einem Dämpfer 7¹ versehen. Bei L ist ein bewegliches Glied M — im folgenden Gegenhebel genannt — angelenkt, dessen oberes Ende gegen den Anschlag N ganz fest durch die Feder O gehalten wird. Bei Z ist am unteren Ende des Gegenhebels M ein Hebel P angelenkt — im folgenden Drückerhebel genannt—, an den mit kurzem Radius bei Z¹, ungefähr in der Mitte des Hebels, eine Stange Q angelenkt ist. Letztere ist mit Kontaktvorrichtungen versehen, mit denen sie sich gegen den Endblock der Kohlensäule 7? legt, und kann die Blöcke der Säule R zusammendrücken, wenn sie in der noch zu beschreibenden Weise betätigt wird. Auf das untere Ende bzw. Außenende des Hebels P wirkt eine Rolle S an dem kurzen Arm des Winkelhebels /. Die Feder T hat die Neigung, die Teile in zurückgezogener Stellung zu halten, und sie nimmt alles Spiel in den verschiedenen Teilen auf. Die Feder U greift am Hebel / entgegengesetzt der Wirkung des Elektromagneten 77 an und drückt die Kohlensäule 7? zusammen, welche in Serie mit dem Arbeitsstromkreis A geschaltet ist und den Widerstand in diesem Kreise verändern soll. Am Hebel J ist das Glied V eines Schalters angelenkt, der den Stromkreis Y öffnet oder schließt, der im Nebenschluß zum veränderliehen Widerstand R liegt. Das andere Glied W des Schalters hat die Form eines Hebels, der die Kohlensäule X zusammendrückt bzw. betätigt, die im Nebenschlußkreis Y liegt. Die Einzelheiten des Elektromagneten 77 und der Widerstände R und X sowie der zugehörigen Vorrichtungen sind aus Fig. 4 deutlicher ersichtlich.

Auf der Grundplatte α sind die verschiede-. nen Teile einer Ausbildungsart der Wider-Standsvorrichtung befestigt. Die Spule 77 ist durch den Rahmen b und Schrauben c an der Grundplatte befestigt. Der Kern 7 wird in seiner Bewegung durch Rollen d geführt, die am Rahmenwerk b befestigt sind. Eine Stange e ist am unteren Ende des Kernes 7 befestigt und trägt an.ihrem unteren Ende einen Kolben zur Betätigung eines Dämpfers I¹. der üblichen Art. Der Hebel / ist in K mit Kugellagern / angelenkt, und sein langer Arm trägt einen kurzen Lenker g, der seinerseits am Kern 7 angelenkt ist. Die durch die Feder U ausgeübte Spannung kann durch die Stellschraube h eingestellt werden. Sowohl das Schalterglied V als auch der lange Arm des Hebels W sind mit Kohlenkontaktplatten i versehen,, um Beschädigungen durch Funken zu verhüten. Der Gelenkpunkt Z wird durch Kugellager / gebildet, wie denn auch die anderen Drehpunkte der Vorrichtung so ausgerüstet sein können. Der Anschlag A^T kann durch Stellschrauben k eingestellt werden, ebenso kann die durch die Feder T ausgeübte Spannung durch die Stellschraube / geregelt werden. Die verschiedenen Kohlenplatten oder -blöcke m und η der Säulen 7\* und X liegen aufeinander und werden in ihrer Lage durch Porzellanröhren q bzw. p gehalten. Die Anordnung der Röhren um die Kohlensäule herum zeigl Fig. 5 genauer.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Der Elektromagnet C liegt parallel zum Arbeitsstromkreis und ist daher empfindlich für alle Änderungen in der Spannung' dieses Kreises. Der Elektromagnet C mit seinem Kern D betätigt den Hebel E so, daß die Kohlensäule G zusammengedrückt wird, wenn die Spannung im Arbeitsstromkreise steigt. Dadurch wird der Widerstand der Kohlensäule G. verringert und es strömt nun mehr Strom durch die Spule des Elektromagneten H. Dadurch wird der Hebel J aufwärts gezogen, wodurch der Druck auf die Kohlensäule 7? verringert wird. Diese bekommt daher einen höheren Widerstand und bringt somit die Spannung an den Lampen im Arbeitsstromkreis herunter auf den normalen Wert. Fällt aber die Spannung im Arbeitsstromkreis unter ihren normalen Wert, so verringert sich der Strom im Elektromagneten C, der Druck auf die Kohlensäule G verringert sich und damit auch der Strom im Elektromagneten 77. Infolgedessen drückt die Feder U mittels der Hebel / und P die Säule R zusammen, verringert daher deren Widerstand und erhöht die Spannung im Arbeitsstromkreis, bis diese ihren bestimmten normalen Wert erreicht.. Hierbei hat der Punkt Z als Drehpunkt des Drückerhebels P gewirkt. Wenn nun die Kohlensäule 7? praktisch die Grenze ihrer Zusammendrückbarkeit erreicht hat, so wird der Punkt Z¹ der Drehpunkt des Hebels P, der nun den Gegenhebel M um den Punkt L gegen

die Wirkung der Feder O dreht. Dadurch kann der Hebel / sich weiterbewegen, um die Schalterglieder V und W zusammenzubringen und den Nebenschlußstromkreis Y zu schließen und dadurch den Widerstand noch mehr zu verringern, um die Spannung im Arbeitsstromkreis zu erhöhen. Durch weitere Bewegung des Winkelhebels / wird der Hebel W auf die Kohlensäule X wirken und diese zusammendrücken. Dadurch wird nun wieder der Widerstand der Kohlensäule X verringert und infolgedessen der Widerstand im Arbeitsstromkreis A und der Spannungsabfall über den zusammendrückbaren Widerstand 7? verringeit, so daß die Spannung des Arbeitsstromkreises auf ihren normalen Wert zurückgebracht wird. Der Umfang der Widerstandsregelung wird somit beträchtlich erhöht und genügend umfangreich gemacht, um alle Schwankungen und Änderungen, die im System vorkommen können, auszugleichen. Ferner wird der Spannungsabfall in der Säule R langsam und allmählich verringert und in jeder der vielen Abstufungsarten während der Verringerung erhalten, nachdem bereits die Kohlensäule ihre größte Zusammendrückung erhalten hat. Es wird somit praktisch keine Energie mehr zwischen der Batterie und dem Arbeitsstromkreis verloren, und bei gegebener Spannung des Arbeitsstromkreises kann die Batterie um so viel kleiner gewählt werden, als sonst für den üblichen Spannungsabfall in der Säule R aufgewendet werden muß. Ferner erfolgt diese Verringerung des Spannungsabfalles parallel zur Säule R₁ nachdem diese ihre größte Zusammendrückung erhalten hat, ganz allmählich, so daß sie die Spannung im Arbeitsstromkreis nicht wesentlich ändert oder beeinflußt. Dabei ist zu beachten, daß der Hebel /, wenn er sich unter der Wirkung der Feder U und gegen die Wirkung der Feder O und des Solenoids /-/ abwärts bewegt, um den Widerstand der Kohlensäule zu verringern, den Schalter bei i (Fig. 4) bei einer bestimmten Stufe der Zusammendrückung der Säule schließt, so daß der Schalter bei i, i im Nebenschluß zur Säule R liegt. Es ist klar, daß bestimmte Vorteile erzielt werden können, wenn man den Regelungsbereich der Säule in anderer Weise, z. B. wie weiter unten angegeben ist, vergrößert ; dabei kann dann die Säule X vollkommen fortbleiben, gleichwohl sind gerade mit ihrer Benutzung verschiedene zusätzliche Vorteile verbunden.

Die Feder O erlaubt eine Bewegung des Hebels / und der entsprechenden Teile, ohne den Widerstand der Säule R zu ändern. Die Feder O begrenzt den auf die Säule R ausgeübten Druck und -wirkt als Ausgleichmittel für die Ausdehnung der Säule infolge von Hitze, da sie es ermöglicht, daß der Hebel / sich abwärts bewegen kann, um den Nebenschlußstromkreis zu betätigen, obgleich die Säule R sich ausgedehnt hat, wodurch sonst die Abwärtsbewegung des Hebels / begrenzt sein, würde. Der Drehpunkt Z befindet sich an dem Teil des Gliedes M, das im Verhältnis zu der Säule als Ganzem beweglich ist. Ferner ist zu beachten, daß das Glied Q durch den Drückerhebel P, der damit beweglich verbunden ist, betätigt wird, und letzterer wird durch den damit verbundenen Hebel / betätigt, se daß durch dieses Zusammenarbeiten der einzelnen Teile eine beträchtliche Bewegung des Kernes / nötig ist, um eine geringe Änderung" im Druck auf den zusammendrückbar«! Widerstand R hervorzurufen^ Diese Vorrichtungen bilden gemeinsam mit den Federn einen sehr kompakten und doch wirksamen Regler von großem R.egelungsbereich, insbesondere für Wagenbeleuchtungssysteme.

Das System kann auch ohne den Elektromagneten C und den veränderlichen Widerstand G arbeiten, wenn der Elektromagnet Ii direkt in Nebenschluß zum Arbeitsstromkreis gelegt wird. Es ist jedoch sehr vorteilhaft, den Magneten C und Widerstand G zu benutzen, da diese Vorrichtungen die Wirkung der Spannungsänderungen auf den Elektromagneten Ii erheblich vergrößern und eine viel bessere und feinere Regelung geben und ein genaueres und glatteres Arbeiten der einzelnen Teile herbeiführen.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist im wesentlichen dieselbe wie in Fig. 1, jedoch ist ein Widerstand T?¹ in Nebenschluß zur Kohlensäule G geschaltet. Diese Anordnung kann unter Umständen vorzuziehen sein. Die rechte Hälfte der Figur entspricht der in Fig. 1 und ist der Einfachheit halber weg'gelassen worden.

Fig. 3 zeigl eine weitere Änderung der Schaltung, bei der ebenfalls die rechte Hälfte der Figur wie in Fig. 2 der Einfachheit halber fortgelassen worden ist. Hier ist der Widerstand R² in Serie mit dem Elektromagneten H geschaltet, und die Kohlensäule G liegt in Nebenschluß zu dem Elektromagneten Ii. Die Wirkungsweise des Hebels E ist umgekehrt, so daß durch Erhöhung des Stromes im Elek-"iio tromagneten C der Druck auf die Säule G sich verringert, der Widerstand sich erhöht und infolgedessen mehr Strom durch die Spule des Elektromagneten H fließt. Für bestimmte Arbeitsbedingungen ist diese Anordnung vorzuziehen.

In Fig. 4 sind die Vorrichtungen und Mechanismen der Fig. 1 in vergrößertem Maßstabe dargestellt.

Die Porzellanröhren q und p sind besonders gut dafür geeignet, um die Kohlenblöcke zu stützen, da sie diese von der umgebenden

Vorrichtung isolieren und eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Blockes praktisch ohne Reibung ermöglichen, da die Blöcke tangential zu den Röhren liegen. Die Kugellager f und / verringern ebenfalls die Reibung" in der Vorrichtung und erhöhen damit die Empfindlichkeit derselben beträchtlich. Die Dämpfer F und I¹ und die Feder T verhüten die Übertragung von Erschütterungen auf die

ίο veränderlichen Widerstände und eine Beeinflussung derselben. Die Rollen d halten den Kern / in richtiger Lage, so daß der Dämpfer F immer richtig arbeiten kann.

Natürlich kann statt des Solenoids H irgendeine andere auf Elektrizität reagierende Vorrichtung eingesetzt werden, ebenso kann für den Nebenschluß widerstand X irgendeine andere gleichwertige Vorrichtung eingesetzt Werden. . Beispielsweise kann der Spannungsabfall zum Widerstand R nach und nach durch ein System von Kurzschlüssen verringert werden, welche den Widerstand R nach und nach kurzschließen, und zwar, indem sie zuerst einen Teil dieses Widerstandes kurzschließen, dann einen weiteren Teil usf. Natürlich können auch statt der Federn U, O und T Gewichte benutzt werden.

Claims

Pate nt-An Sprüche:

i. Elektrische Regelungsvorrichtung für Arbeits- und ähnliche Stromkreise, bestehend aus einem durch Zusammendrücken, z. B. einer Kohlensäule, veränderliehen Widerstand und auf Elektrizität ansprechenden Vorrichtungen, z. B. SoIenoiden, zur Veränderung dieses Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtungen, nachdem der Widerstand bis zur äußersten Grenze zusammengedrückt worden ist, über eine zweite, dann erst eingeschaltete Regelungsanordnung den Spannungsabfall in dem Strom-' kreise allmählich weiter verändern und ihn während dieser Veränderung auf irgendeiner von einer Anzahl von Abstufungen erhalten.
2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere allmähliche Veränderung des Spannungsabfalles durch einen zu dem Widerstand (R) im Nebenschluß geschalteten Hilfswiderstand (X) erfolgt, welcher vorzugsweise ein Hilfswiderstand der durch Zusammendrücken veränderlichen Art ist.
3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,· daß der Hilfswiderstand (X) durch einen Schalter ein- bzw. ausgeschaltet wird, der gleichzeitig die Druckbewegung der Steuervorrichtung auf den Hilfswiderstand überträgt.
4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den veränderlichen Widerstand (R) durch die Steuervorrichtung ausgeübte Druck nachgiebig durch ein elastisches Organ (Feder O) derart begrenzt wird, daß die Steuervorrichtung ihre Bewegung fortsetzen kann, nachdem der zusammendruckbare Widerstand bis zur äußersten Grenze zusammengedrückt .worden ist und dabei den Hilfswiderstand (X) steuert.
5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) und der zusammendrückbare Hilfswiderstand (X) durch eine Feder (U) unter Vermittlung von Hebeln entgegen der Solenoidwirkung (H) zusammengedrückt werden.
6. Regelungs vorrichtung nach Anspruch ι oder Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Druckorgan (Q) des Hauptwiderstandes (R) ein Drückerhebel (P) angelenkt ist, dessen einer Arm einen Vorsprung aufweist, gegen den sich ein Stift (S) auf einen vom Anker der Steuervorrichtung (I) angetriebenen Winkelhebel (J) legt, und dessen anderer Arm gelenkig an dem einen Arm eines Gegenhebels (M) angreift, dessen anderer Arm sich unter Druck einer Feder (O) gegen einen einstellbaren Anschlag CN) legt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.