DE268138C

DE268138C -

Info

Publication number: DE268138C
Application number: DENDAT268138D
Authority: DE

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 268138 KLASSE 21 c. GRUPPE- M 268138 CLASS 21 c. GROUP

ERNST WERNDL in BERLIN.ERNST WERNDL in BERLIN.

in gewissen Grenzen ausgeglichen wird.is balanced within certain limits.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. Juli 1912 ab.Patented in the German Empire on July 3, 1912.

Die . Aufgabe, die Lichtstärke elektrischer Glühlampen in gewissen Grenzen unabhängig von der Geschwindigkeit der Kraftquelle gleichmäßig zu erhalten, tritt bei der Beleuchtung von Eisenbahnwagen, Automobilen, auch schon beim Betriebe durch kleine Verkrennungs-, Wasser- oder Luftmotoren auf und wurde teils durch die Anwendung von Gleichstrom, teils von Wechselstrom gelöst.The . Task to independently control the luminous intensity of electric light bulbs within certain limits Getting evenly from the speed of the power source occurs when lighting of railway wagons, automobiles, even when operating through small disparity, Water or air motors and was partly through the use of direct current, partly solved by alternating current.

ίο Die im folgenden beschriebene Anordnung hat die Eigentümlichkeit, beide Stromarten zu benutzen, derart, daß bei einer gewissen mittleren Geschwindigkeit der Kraftquelle durch die Lampen nur Wechselstrom fließt, der bei größeren und kleineren Geschwindigkeiten schwächer wird und durch Gleichstrom ergänzt wird. Gleichzeitig ermöglicht diese Anordnung die Verwendung einer Akkumulatorenbatterie, welche bei langsamen Geschwindigkeiten teilweise, bei Stillstand ausschließlich die Lampen speist.ίο The arrangement described below has the peculiarity of using both types of current in such a way that with a certain mean speed of the power source through the lamps only alternating current flows, which becomes weaker at higher and lower speeds and by direct current is supplemented. At the same time, this arrangement enables the use of an accumulator battery, which partially feeds the lamps at slow speeds and only feeds the lamps at standstill.

In Fig. ι bedeutet g eine Gleichstromdynamomaschine, w eine Wechselstromdynamomaschine, die beide von derselben Kraftquelle angetrieben werden, I die zu speisenden Lampen und b eine Akkumulatorenbatterie. Die Gleichstromdynamomaschine besitzt eine FeId-, wicklung α, die Wechselstrommaschine deren zwei, p und q, die einander entgegenwirken.In Fig. Ι g means a direct current dynamo machine, w an alternating current dynamo machine, both of which are driven by the same power source, I the lamps to be fed and b a storage battery. The DC dynamo machine has a field winding α, the AC machine has two, p and q, which counteract each other.

Die Schaltung der Felder ist aus der Figur ersichtlich. Fig. 9 zeigt das Diagramm der auftretenden Spannungen in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kraftquelle. Die Spannung der von der Akkumulatorenbatterie (Kurye 1) erregten Gleichstromdynamomaschine wird durch die Linie 2 wiedergegeben. Bei der mittleren Geschwindigkeit η ist sie derjenigen der Akkumulatorenbatterie gleich und entgegenwirkend, so daß durch die Lampen kein Gleichstrom fließt. Von den Feldwicklungen p und q der Wechselstromdynamomaschine ist die erste stärkere von der Akkumulatorenbatterie dauernd gleichmäßig erregt, die zweite von der Gleichstromdynamomaschine proportional mit der Geschwindigkeit, jedoch so, daß sie der ersteren entgegenwirkt. Die resultierende Feldstärke der Wechselstromdynamomaschine wird daher durch die absteigende Linie 3 wiedergegeben. Die effektive Wechselstromspannung selbst ist dem Produkt aus dieser Feldstärke und der Geschwindigkeit proportional und- daher eine Parabel 4, deren Scheitelwert ebenfalls gleich der Betriebsspannung bei der mittleren Geschwindigkeit ist. Die Betriebsspannung der Lampen setzt sich aus dieser Wechselstromspannung einerseits, aus der Spannungsdifferenz zwischen Gleichstromdynamomaschine und Batterie andererseits zusammen. Die Kurve letzterer Differenz ist die geknickte Linie 5. Die sinngemäße Kombination der beiden Kurven 4 und 5 ergibt die resultie-The circuitry of the fields can be seen from the figure. Fig. 9 shows the diagram of the stresses occurring as a function of the speed of rotation of the power source. The voltage of the DC dynamo machine excited by the accumulator battery (Kurye 1) is shown by line 2. At the mean speed η it is the same as that of the accumulator battery and counteracts it, so that no direct current flows through the lamps. Of the field windings p and q of the alternating current dynamo, the first stronger is constantly excited by the accumulator battery, the second by the direct current dynamo proportionally to the speed, but in such a way that it counteracts the former. The resulting field strength of the alternating current dynamo machine is therefore represented by the descending line 3. The effective alternating current voltage itself is proportional to the product of this field strength and the speed and is therefore a parabola 4, the peak value of which is also equal to the operating voltage at the mean speed. The operating voltage of the lamps is made up of this alternating current voltage on the one hand and the voltage difference between the direct current dynamo machine and the battery on the other. The curve of the latter difference is the bent line 5. The analogous combination of the two curves 4 and 5 gives the result-

rende Betriebsspannung der Lampen, wie sie die Kurve 6 zeigt. Die Lampen brennen daher innerhalb der Geschwindigkeiten ο bis 2 η mit praktisch konstanter Spannung und zwiemlich geringen Schwankungen, und zwar werden sie bei Stillstand nur von der Batterie, bei der höchsten Umdrehungszahl nur von der Gleichstromdynamomaschine g gespeist; bei allen dazwischen liegenden Umdrehungs- jrende operating voltage of the lamps, as shown by curve 6. Therefore, the lamps burning in the speeds ο to 2 η at a substantially constant voltage and zwiemlich small variations, and indeed they are fed at standstill only from the battery, at the highest revolution number only from the direct current dynamo g; at all intervening revolutions j

ίο geschwindigkeiten wird der jeweils dem Gleich- j strom fehlende Betrag durch Wechselstrom ersetzt. Zugleich wird bei den höheren Geschwindigkeiten die Batterie über die als Vorschaltwiderstand wirkenden Lampen aufgeladen. ίο speeds is the respective equal to j current missing amount replaced by alternating current. At the same time, at the higher speeds the battery is charged via the lamps acting as a series resistor.

In Wirklichkeit sind die dargestellten Kurven durch die Charakteristik der Maschinen und die unvermeidlichen Ohmschen und induktiven inneren Widerstände und die Spannungsschwankungen der Akkumulatorenbatterie verzerrt. Durch richtige Ausnutzung der Charakteristik der Maschinen gelingt es jedoch, die Lampenspannung noch gleichmäßiger zu machen, als es in Fig. 9 dargestellt ist, ferner auch dadurch, daß man die Gleichstromdynamomaschine nicht von der Akkumulatorenbatterie, sondern durch ihre eigene Spannung erregt (Fig. 3, 4, 5). Auch eine gemischte Fremd- und Selbsterregung ist anwendbar.In reality, the curves shown are due to the characteristics of the machines and the inevitable ohmic and inductive internal resistances and voltage fluctuations the accumulator battery is distorted. However, through correct utilization of the characteristics of the machines, it is possible to to make the lamp voltage even more uniform than is shown in FIG. 9, furthermore also by not disconnecting the DC dynamo from the accumulator battery, but excited by their own tension (Fig. 3, 4, 5). Mixed external and self-excitation can also be used.

Der Energieverbrauch und daher auch der Raumbedarf der Feldwicklungen der Wechselstromdynamomaschine wird geringer, wenn man die Feldwicklung q derselben nicht von der Gleichstromdynamomaschine unmittelbar speist, sondern nach Fig. 2 ebenso Fig. 3 von dem an den Lampen auftretenden Gleichstromspannungsabfalle, der bei Entladung der Basterie, das ist bei niederen Umdrehungszahlen, das entgegengesetzte Vorzeichen hat wie bei den höheren, wo Ladung stattfindet. Daher wird im ersten Falle das konstante Feld der Spule p verstärkt, im zweiten geschwächt, so daß das resultierende Feld mit steigender Umdrehungszahl abnimmt, ebenso wie bei den Schaltungen nach den Fig. 1 und 4.The energy consumption and therefore also the space required by the field windings of the alternating current dynamo machine is less if the field winding q of the same is not fed directly from the direct current dynamo machine, but also from FIG. this is at lower speeds and has the opposite sign as at the higher speeds, where charging takes place. Therefore, in the first case, the constant field of the coil p is strengthened, in the second it is weakened, so that the resulting field decreases as the number of revolutions increases, as is the case with the circuits according to FIGS. 1 and 4.

Dasselbe läßt sich auch mit nur einer Feldwicklung t der Wechselstromdynamomaschine erreichen, wenn man dieselbe nach Fig. 5 in die Diagonale eines Viereckes legt, dessen Seiten die Batterie und die Lampen einerseits, zwei die Klemmen der Gleichstromdynamomaschine überbrückende Widerstände r und s andererseits bilden. Letztere werden so bemessen, daß die Spule t erst bei der vollen Umdrehungszahl 2« stromlos wird. Bei Stillstand der Maschinen erhält sie den stärksten Strom.The same can be even with only a field winding t achieve the AC dynamo machine, when you put the same in Fig. 5 in the diagonal of a rectangle whose sides r the battery and the lamps on the one hand, two terminals of the direct current dynamo bridging resistors and form s other hand. The latter are dimensioned in such a way that the coil t is de-energized only at the full number of revolutions 2 ". When the machines are at a standstill, it receives the strongest current.

Es ist ohne weiteres nach dem Vorhergesagten verständlich, daß man die beiden Feldwicklungen ft und q, anstatt sie auf dem Felde einer Wechselstrommaschine einander entgegenwirken zu lassen, auf zwei getrennten Wechselstrommaschinen anordnen könnte, deren Anker in Serie liegen. In diesem Falle werden nun 6g nicht die Felder, sondern die induzierten Spannungen einander entgegenwirken und die effektive Wecliselstromspannung ebenfalls nach Kurve 4 (Fig. 9) verlaufen. Die Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt (Gleichstromdynamomaschine g, Wechselstromdynamomaschine W₁ und Wo). Die Wicklungen ft und q können natürlich auch nach irgendeiner der in den Fig. i, 2 und 4 dargestellten Arten geschaltet sein.After the foregoing, it is readily understandable that the two field windings ft and q, instead of having them counteract one another in the field of an alternating current machine, could be arranged on two separate alternating current machines whose armatures are in series. In this case, it is not the fields but the induced voltages that counteract one another and the effective alternating current voltage also follows curve 4 (FIG. 9). The circuit is shown in FIG. 6 (DC dynamo machine g, AC dynamo machine W ₁ and Wo). The windings ft and q can of course also be connected in any of the ways shown in FIGS.

Schaltet man die Wicklungen ft und q bei Verwendung von zwei Dynamomaschinen W₁ und w.₂ analog Fig. 4, so ist ersichtlich, daß eine derselben, w₂, jeweils dieselbe Erregung hat wie die Gleichstrommaschine. Daraus ergibt sich, daß man ebensogut letztere mit einer zweiten Wicklung auf dem Anker und Wechselstromabnehmern versehen könnte, welche die Stelle der Wechselstrommaschine W₂ vertritt.If one switches the windings ft and q when using two dynamos W ₁ and w. ₂ similar to FIG. 4, it is evident that one of them, w _2, respectively have the same excitation as that of the DC machine. It follows from this that the latter could just as well be provided with a second winding on the armature and alternating current collectors, which take the place of the alternating current machine W ₂ .

Allen Schaltungen nach den Fig. 1 bis 6 ist gemeinsam, daß die beiden bzw. drei Dynamomaschinen, Batterie und Lampen in Reihe liegen. Daraus ergibt sich der Ubelstand, daß der Wechselstrom über die verhältnismäßig hohe Impedanz des Gleichstromankers gehen muß, während der den Wechselstromanker durchfließende Gleichstrom dort ein sehr ungleichmäßiges Drehmoment hervorruft. Letzteres ließe sich zwar dadurch vermeiden, daß man die Wechselstromdynamomaschinen nicht unmittelbar, sondern über einen Transformator in den Stromkreis einschaltet. Auch könnte man die Selbstinduktion der Gleichstrommaschine ζ. B. durch eine Kompensationswicklung nach Deri herabsetzen.All circuits according to FIGS. 1 to 6 have in common that the two or three dynamo machines, Battery and lamps are in series. This results in the Ubelstand that the alternating current over the proportionately high impedance of the direct current armature must go, during which the alternating current armature Direct current flowing through it causes a very uneven torque there. The latter could be avoided by not using the alternating current dynamo machines switches on directly, but via a transformer in the circuit. Also could the self-induction of the DC machine ζ. B. by a compensation winding to deri.

Beides läßt sich aber vollkommener durch Anordnung der Lampen in einer Brückenschaltung erreichen (Fig. 7), wobei, wie ohne weiteres verständlich, der Gleichstromkreis an äquipotentiellen Punkten des Wechselstromkreises und umgekehrt der Wechselstrom an ebensolchen des Gleichstromkreises angelegt ist und der Weg für beide nur innerhalb der Lampen gemeinsam ist. Die Feldwicklungen sind dabei nach irgend einer der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Arten geschaltet. Ersetzt man in Fig. 7 zwei der vier Lampengruppen durch einen Wechselstromspa'nnungsteiler d, dessen Mitte der Gleichstrom zugeführt wird, so entsteht die Schaltung nach Fig. 8, wobei ebenfalls der Wechselstrom nicht über die Gleichstrommaschine fließt. Diese Schaltung hat gegenüber Schaltung 7 noch den Vorteil, daß, wie bei einer Gleichstromdreileiteranlage,However, both can be achieved more perfectly by arranging the lamps in a bridge circuit (Fig. 7), whereby, as can be easily understood, the direct current circuit is applied to equipotential points of the alternating current circuit and vice versa the alternating current is applied to the same ones of the direct current circuit and the path for both is only within is common to the lamps. The field windings are connected in any of the ways shown in FIGS. If two of the four lamp groups in FIG. 7 are replaced by an alternating current voltage divider d, the center of which is supplied with the direct current, the circuit according to FIG. 8 is produced, the alternating current likewise not flowing through the direct current machine. This circuit has the advantage over circuit 7 that, as in a direct current three-wire system,

im Notfalle auch eine Lampengruppe für sich brennen kann. Selbstverständlich kann der Spannungsteiler d durch einen dritten die mittlere Spannung liefernden Schleifring der Wechselstromdynamomaschine ersetzt sein.in an emergency, a group of lamps can also burn for itself. Of course, the voltage divider d can be replaced by a third slip ring of the alternating current dynamo machine which supplies the average voltage.

Auch eine Anlage nach Fig. 8 läßt sich mit zwei getrennten Wechselstrommaschinen bzw. der erwähnten Modifikation mit zwei Ankerwicklungen auf der Gleichstrommaschine ausführen; allerdings sind hierzu Maschinen mit Spezialwicklungen erforderlich. Ein diesbezügliches Schaltungsschema zeigt Fig. io. Es bedeutet g den Gleichstromanker, W₂ die auf demselben Anker befindliche Wechselstromwicklung, die, wie bereits anläßlich Fig. 8 erwähnt, mit drei Schleifringen ausgestattet ist, W₃ und W^ die zwei Hälften, der zweiten Wechselstromwicklung, p ist deren Erregung.A system according to FIG. 8 can also be implemented with two separate alternating current machines or the mentioned modification with two armature windings on the direct current machine; however, machines with special windings are required for this. A circuit diagram relating to this is shown in FIG. It means g the direct current armature, W ₂ the alternating current winding located on the same armature, which, as already mentioned in connection with FIG. 8, is equipped with three slip rings, W ₃ and W ^ the two halves of the second alternating current winding, p is its excitation.

Die beiden Dynamomaschinen werden natürlich vorteilhaft in ein Gehäuse zusammengebaut, wodurch z. B. bei der letzten Schaltung eine direkte Überführung von einem Anker zum andern ohne Schleifringe geschehen kann. Eine Speziaiausführung ist auch schon deshalb zu befürworten, da die Feldmagnete, damit sie den Änderungen der Erregung rasch folgen können, am besten aus Blechen zusammengesetzt werden.The two dynamo machines are of course advantageously assembled in one housing, whereby z. B. in the last circuit, a direct transfer from one armature to another without slip rings can. A special design is to be advocated because the field magnets, so that they can quickly follow the changes in excitation, preferably made of sheet metal will.

Ein wichtiger Vorteil des neuen Verfahrens ist die Vermeidung von Relais oder ähnlichen Mechanismen. Nur bei elektrischer Zugbeleuchtung mit Antrieb von der Achse muß dafür gesorgt werden, daß bei Umkehrung der Fahrtrichtung der Gleichstrom seine Richtung behält. Solche Vorrichtungen sind bekannt und es sei hier als einfachste die Verstellung des Bürstenhalters erwähnt, der vom Kollektor innerhalb zweier Anschläge mitgenommen wird, so daß die. Bürsten bei Umkehr der Drehrichtung ihre Stellung vertauschen. Soll die Anlage besonders hohen Anforderungen genügen, so lassen sich durch Anwendung von Relais, deren Funktion jedoch nicht wesentlich ist, gewisse Vorteile erzielen.An important advantage of the new method is the avoidance of relays or the like Mechanisms. Only in the case of electric train lighting with drive from the axle must be ensured that when reversing the direction of travel the direct current maintains its direction. Such devices are known and it should be mentioned here as the simplest adjustment of the brush holder from Collector is taken within two stops, so that the. Brushing on reversal the direction of rotation swap their position. Should the system meet particularly high requirements suffice, certain advantages can be achieved by using relays, the function of which, however, is not essential achieve.

Ordnet man z. B. ein Relais an, welches, sobald die Batterie ihre volle Ladespannung erreicht hat, die Felder der Dynamomaschinen schwächt oder ganz ausschaltet, so übernimmt von diesem Augenblick an die Batterie zum Teil oder allein so lange den gesamten Betrieb, bis ihre Spannung wiederum auf den normalen Betrag gesunken ist, worauf das Relais die Felder wieder einschaltet und das Spiel von neuem beginnt. Dadurch wird die Akkumulatorenbatterie abwechselnd geladen und entladen, somit eine schädliche Überladung vermieden.If one assigns z. B. a relay, which as soon as the battery has its full charge voltage has reached, weakens the fields of the dynamo machines or completely switches them off, so takes over from this moment on the battery partially or solely for as long as the entire operation, until their voltage has dropped back to normal, whereupon the relay turns the fields back on and the game starts all over again. This will remove the accumulator battery alternately charged and discharged, thus avoiding harmful overcharging.

Ferner läßt sich die Hauptschwankung in der Lichtstärke der Lampen, die gemäß der Fig. 9 ungefähr bei dem vierten Teil der normalen Umdrehungszahl auftritt, vermeiden, wenn man die Felder der Maschinen erst einschaltet, sobald eine bestimmte Tourenzahl, z. B. ein Drittel der normalen, erreicht ist. Dies kann sowohl von Hand aus als auch selbsttätig, z. B. durch einen Zentrifugalregulator oder ein entsprechend angeordnetes Relais geschehen.Furthermore, the main fluctuation in the luminous intensity of the lamps, which according to FIG Fig. 9 occurs approximately at the fourth part of the normal number of revolutions, avoid if the fields of the machines are only switched on as soon as a certain number of revolutions has been reached, z. B. one third of the normal is reached. This can be done by hand as well automatically, e.g. B. by a centrifugal regulator or a correspondingly arranged relay happen.

Bei der Anwendung des Systems zur elekirischen Zugbeleuchtung kann auch die Einrichtung getroffen werden, daß nur die Lokomotive oder nur jeder zweite oder dritte Wagen eine Dynamomaschine erhält, jeder Wagen aber eine Akkumulatorenbatterie. In Fig. 11 sind χ und y zwei durch den Zug laufende Leitungen, an welche sämtliche Wagenin aus der Figur ersichtlicher Weise angeschlossen sind. Wird ein Wagen abgekoppelt, so ist es nur nötig, jede seiner Leitungen x, y mit dem Wagenkörper zu verbinden, um die Beleuchtung ungestört (nunmehr von der Batterie allein) weiter funktionieren zu lassen. Anschlußsteckdosen, welche diese Verbindung selbsttätig bewirken, sind bereits bekannt. Einer der Wagen in dem Schema ist im abgekuppelten und kurzgeschlossenen Zustande dargestellt (Kurzschlußleitung k). When using the system for electrical train lighting, the device can also be arranged so that only the locomotive or only every second or third car receives a dynamo, but each car has an accumulator battery. In FIG. 11, χ and y are two lines running through the train to which all of the cars are connected as shown in the figure. If a car is disconnected, it is only necessary to connect each of its lines x, y to the car body in order to allow the lighting to continue to function undisturbed (now from the battery alone). Connection sockets which automatically effect this connection are already known. One of the cars in the diagram is shown in the disconnected and short-circuited state (short-circuit line k).

Zum Schlüsse sei noch erwähnt, daß, falls es sich nur um den Ausgleich geringer Schwankungen um eine normale Tourenzahl der Antriebsmaschine handelt, die Akkumulatorenbatterie sowie die Gleichstromdynamomaschine gar nicht auf Strom beansprucht werden, sondem nur zur Darstellung einer konstanten Spannung und zur Felderregung dienen. Die Gleichstromdynamomaschine kann in diesem Falle klein, die Akkumulatorenbatterie durch irgendeine andere Quelle konstanter Spannung, auch eine Polarisationsbatterie ersetzt sein.Finally, it should be mentioned that if it is only a matter of compensating for minor fluctuations is a normal number of revolutions of the prime mover, the accumulator battery as well as the direct current dynamo machine are not used on electricity at all, but only serve to represent a constant voltage and for field excitation. The DC dynamo machine can in this Case small, the accumulator battery by some other source of constant voltage, a polarization battery must also be replaced.

Claims

Patent Claims:

1. Arrangement for the electrical lighting of railroad cars, automobiles etc., through which the influence of the uneven speed of the driving force is balanced within certain limits, characterized in that the power source is direct current and alternating current generated, which flow simultaneously through the lamps and through the generated voltages can even be regulated to a practically constant voltage of the consumption circuit.

2. Arrangement according to claim 1 using a storage battery, which is in series with the DC dynamo machine and the lamps, so that

characterized in that at a certain average speed of the power source the lamps only burn with alternating current while below this speed the accumulator battery participates in the supply of electricity, above which it is charged.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that by the use of a bridge circuit or an AC voltage divider is a reaction to the DC dynamo machine on the AC dynamo machine and vice versa is avoided.

1 sheet of drawings.