DE278059C

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Publication number: DE278059C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 278059 KLASSE 21 c. GRUPPE

JOSEPH BIJUR in NEW YORK.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Dezember 1911 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung von Dynamomaschinen, besonders für Fahrzeugbeleuchtung, welche bei veränderlicher Drehzahl in bekannter Weise durch abwechselndes Einschalten und Kurzschließen von Widerstand im Erregerstromkreis mittels schwingender Relaisanker reguliert werden.

Es wird bei der Erfindung beabsichtigt,, eine möglichst hohe Regulierfähigkeit der im

ίο Erregerkreis einzuschaltenden Widerstände bei möglichst kleiner — den Ohmschen .Widerstand bestimmender — Windungszahl derselben zu erzielen; letztere Bedingung wurde vom Erfinder als notwendig erkannt, um die Funkenbildung an den Reglerkontakten und dadurch deren Abnutzung zu vermindern. Zu dem besagten Zweck ist ein Widerstand parallel zur Erregerwicklung geschaltet. Ferner sind bei dieser Schaltungsweise zum Schutz gegen Überstrom einige, normalerweise nicht . merklich wirksame Hauptstromwindungen auf die Spannungsspule aufgewickelt, um eine, doppelte Sicherheit, z. B. bei etwaigem Versagen der Stromspule, zu schaffen. Während bei bekannten Reglern Strom- und Spannungsspule den nämlichen Widerstand im Erregerkreis schalten, ist gemäß der Erfindung jeder Spule ein besonderer Widerstand zugeordnet, und zwar der größere von beiden der Strom-, der kleinere der Spannungsspule; dabei sind diese beiden Widerstände hintereinander geschaltet in Reihe mit der Erregerwicklung. Die Wirkungsweise der gesamten Anordnung soll weiter unten erklärt werden.

Die neue Regelungseinrichtung ist in der Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform veranschaulicht:

Hierin bedeutet 1 einen Nebenschlußgenerator, dessen Bürsten 2 von dem Kommutator 3 zu den Hauptleitungen 4 und 5 führen. Die Hauptleitung 4 geht durch eine Hauptstromspule 6 und eine zweite Hauptstromwicklung 7 zu einem Hauptschalter 8, von welchem der Schalthebel 9 nach einem Kontakt 10 führt, und von da zu einem Leiter 11, in welchen das Amperemeter 12 eingeschaltet ist. Die Leitung 5 geht direkt zu einer Batterie 13 und Lampen oder sonstigen Stromverbrauchsvorrichtungen 14, welche zwischen diesem Leiter und dem Leiter 11 in Parallelschaltung angeordnet sind.

Parallel zur. Erregerwicklung 15 ist ein Widerstand 16 geschaltet. In Serie zu 15 und 16 liegen die hintereinander geschalteten Wider-" stände 17, 18, von denen letzterer einen größeren Ohmschen Widerstand, d. h. höhere Windungszahl besitzt.

Um die Feldmagnete des Generators sind innerhalb der Wicklung in bekannter Weise Kupferhülsen 19 gelegt, deren Zweck weiter' unten beschrieben ist.

Die Widerstände 17, 18 werden in bekannter

Weise durch die Schwingungsanker 20, 22 kurzgeschlossen, indem diese durch Federn gegen die entsprechenden Kurzschlußkontakte gezogen werden. Anker 20 wird bei einer bestimmten Stromstärke in den Windungen der Stromspule 6 angezogen und unterbricht dadurch den Kurzschluß von 18. In gleicher Weise wird Anker 22 durch die Spannungsspule 23 beherrscht; er unterbricht bei be- stimmter Spannung zwischen den Hauptleitern den Kurzschluß von 17. Auf den Kern der Spannungsspule sind einige zusätzliche Hauptstromwindungen 7 gewickelt.

Die Wirkungsweise derartiger, von Relais beherrschter Schwingungsanker, welche durch Einschalten und Kurzschließen von Widerständen 17, 18 die Erregung der Dynamomaschine und dadurch diese selbst regulieren, ist bekannt und soll hier nicht weiter ausgeführt werden, da sie für den Gegenstand der Erfindung nicht erheblich ist.

Zwischen den Hauptleitern liegt eine Spannungsspule 24, welche mit der Hauptstromwicklung 8^a zusammen den Schalthebel 9 eines selbsttätigen Schalters in bekannter Weise beeinflußt.

Die Verbindung der Batterie mit der Hauptleitung 11 geht durch einen Schalter 25, welcher auf die Kontakte 26, 27, 28 eingestellt werden kann. Steht er auf 26, so mißt das Amperemeter 12 die ganze Stromabgabe des Generators, steht er auf 27, so mißt das Amperemeter die ganze Stromaufnahme des Netzes aus Generator und Batterie. Wird der Schalter auf Kontakt 28 bewegt, so ist die Batterie abgeschaltet, und das Amperemeter zeigt die Stromstärke an, welche aus dem Generator "in das Netz fließt. Die dicht neben der Batterie von der Hauptleitung 11 abzweigende Hilfsleitung 30 führt zu einem Kontakt 29 nahe bei der Bürste 2. Diese kann, wie in punktierten Linien angedeutet, vom Kommutator abgehoben werden. Dadurch wird der Stromschluß durch den Anker unterbrochen, und es kann dann zur Erregung der Maschine ein Strom von der Batterie durch die Erregerwicklung gesandt werden, sobald die abgehobene und, wie gezeichnet, geschwungene Bürste 2 den Kontakt 29 berührt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist nun in wesentlichen Zügen folgende:

Der Generator sei in Umdrehung versetzt und die Batterie zwischen den Hauptleitern 11 und 5 eingeschaltet. Bei einer gewissen Drehzahl wird die Spannungswicklung 24 des selbsttätigen Hauptschalters 8 ein genügendes Kraftfeld entwickeln, um den Schalterhebel 9 bei 10 zu schließen. Die Verhältnisse sind in bekannter Weise so einreguliert, daß die Verbindung zwischen Generator und Batterie durch den Hauptschalter 8 erst dann hergestellt wird, wenn die Maschinenspannung die Gegenspannung der Batterie überwiegt, die letztere also geladen werden kann. Der Hauptschalter wirkt dabei wie gewöhnlich, indem er den Rückstrom von der Batterie in die Maschine verhindert, falls diese in ihrer Drehzahl abfallen' sollte. Die Hauptstromwindungen 8'^T unterstützen die Spannungswindungen 24, solange der Strom im richtigen Sinne fließt. Die Ladung der Batterie kann nun mit Stromstärken vor sich gehen, die durch die Kapazität des Generators, den Verbrauch im Netz, den Ladungszustand der Batterie usw. bestimmt bzw. begrenzt sind. Da die Regler 20, 22 auf konstante Spannung und begrenzten Strom einzuregulieren suchen, so kann die Batterie, die normalerweise als Pufferbatterie wirkt, vom Netz abgeschaltet werden, ohne daß die Spannung auch bei höchster Drehzahl des Generators den Normalwert überschritte; ebenso werden Überströme im Netz durch die Wirkung der Hauptstromwindungen 6 auf ein unschädliches Maß herabgedrückt, indem die Generatorspannung herunterreguliert wird. Dadurch wird auch ein Überschreiten der zulässigen Ladestromgrenze der Batterie vermieden.

Die vorstehend gekennzeichnete Wirkungsweise der Einrichtung ist bekannt und soll nicht den Erfindungsgegenstand bilden.

Gegenüber dem Bekannten bleibt die Wirkungsweise des zur Erregerwicklung parallelen Widerstandes 16, der Einfluß der zusätzlichen Hauptstromwindungen 7 auf der Spannungsspule 23 und die Unterteilung der Widerstände 17, 18 zu erläutern.

Zur Erzielung hoher Regulierfähigkeit des in den Erregerstromkreis einzuschaltenden Widerstandes scheint es zunächst notwendig, letzteren möglichst groß zu wählen, damit der Erregerstrom stark herabgedrückt werde. Damit wäre aber der Nachteil verbunden, daß der Widerstand aus sehr vielen Windungen bestände, um den hohen Ohmschen Widerstand zu erhalten, weil ja der Drahtquerschhitt nach unten hin begrenzt ist und demgemäß der notwendige hohe Widerstand nur durch Aufwickeln einer großen Drahtlänge hergestellt werden könnte. Mit der Windungszahl wächst aber der Selbstinduktionskoeffizient, wozu noch hinzukommt, daß derartige Widerstände aus praktischen konstruktiven Gründen auf eiserne Kerne als Träger aufgewickelt werden. Man würde also, je größer die Windungszahl des in den Erregerkreis eingeschalteten Widerstandes ist, desto höhere Selbstinduktionsspannungen infolge der darin durch abwechselndes Öffnen und Schließen des Nebenschlußankers ent-

Claims

stehenden Stromänderungen zu erwarten haben. Desto kräftiger würden aber die an den Ankerkontakten auftretenden Funken und die Abnutzung des Kontaktmaterials sein.
Demgemäß sucht die Erfindung mit möglichst geringer Windungszahl der Regelungswiderstände auszukommen, ohne die hohe Regulierfähigkeit derselben einzubüßen. Der Zweck wird erreicht durch Parallelschaltung

ίο des Widerstandes 16 zur Erregerwicklung 15. Durch diesen wird nämlich der 17, 18 durchfließende Gesamtstrom und demgemäß nach dem Ohmschen Gesetz der Spannungsverbrauch, d. h. die Regulierfähigkeit der Widerstände 17, 18 vergrößert. Die Berechnung lehrt, daß bei Vorhandensein des Parallelwiderstandes 16 im Reguliermoment eine bestimmte, für die Konstanthaltung der Klemmenspannung notwendige Verringerung des Stromes in der Erregerwicklung durch eine kleinere Bemessung der Widerstände 17, 18 erzielt wird, als sie bei Nichtvorhandensein von 16 erforderlich wäre. Allerdings wird scheinbar die Funkenbildung an den Reglerkontakten durch die Vergrößerung des 17, 18 durchfließenden Gesamtstromes begünstigt und so die Wirkung der verringerten Windungszahl von 17, 18 wieder aufgehoben. Die Beobachtung lehrt jedoch im Verein mit der wissenschaftlichen Erfahrung, daß die Verringerung der Windungszahl, d. h. Herabsetzung der Selbstinduktion, im Einfluß auf die Funkenbildung überwiegt, so daß die Stromvergrößerung dagegen nicht sonderlich ins Gewicht fällt und die Reglerkontakte infolge des stark herabgeminderten Funkens tatsächlich geschont werden. Es sei daran erinnert, daß unter gleichbleibenden Bedingungen der Selbstinduktionskoeffizient einer Spule mit dem Quadrat der Windungszahl steigt.

Um bei plötzlichem hohem Stromverbrauch im Netz, beispielsweise bei Kurzschluß oder bei großer Überlastung, eine sicher eintretende Spannungsverminderung zu erlangen, ist die Maßnahme getroffen, daß auf der Spannungsspule 23 einige zusätzliche, die Spannungsregelung sonst nicht merklich beeinflussende Hauptstromwindungen angeordnet sind. Es gilt dann, zwecks Schonung der Ankerwicklung den Widerstand 17 nicht nur periodisch aus- und einzuschalten, sondern dauernd eingeschaltet zu lassen, bis eine entsprechend starke Spannungsverminderung eingetreten ist. Um diese Einschaltung durch den Schwingungsanker 22 völlig zu sichern, sind die bei Überstrom in Wirkung tretenden Hauptstromwindungen 7 auf die Spannungsspule 23 aufgewickelt. Tritt dann gelegentlich Überstrom bei kleiner Spannung, also geringer Drehzahl des· Generators ein, so daß die Spannungswicklung von 23 allein noch nicht wirksam sein kann, und versagt aus irgendeinem Grunde die Stromspule 6, so bleibt zur Sicherheit die Zusatzwicklung 7, deren Kraftfeld sich zu dem der Spannungswicklung 23 addiert und alsdann zum Anziehen des Kurzschlußankers 22 ausreicht.

Die Teilung der Widerstände 17, 18 im angegebenen Verhältnis und die Zuordnung des größeren windungsreicheren Elementes 18 zur Stromspule, des windungsärmeren 17 zur Spannungsspule ist durch folgende Überlegung gerechtfertigt :

Während bei normalem Gang der Maschine, solange Überströme nicht auftreten, ein Widerstand von gegebener Größe 17 bei periodischer Ein- und Ausschaltung vollständig genügt, um die Spannung zu regulieren, muß bei Überstrom zweckmäßig ein sehr viel größerer Widerstandswert 18 dazugeschaltet werden, um eine energische Herabdrückung der Spannung zu erzielen. Es wird dadurch zugleich erreicht, daß die Funkenbildung an dem im Betriebe ständig oszillierenden Schwingungsanker 22 infolge der geringen Windungszahl von 17 klein bleibt und damit auch die Abnutzung der Kontakte, während die Windungszahl von 18 unter Berücksichtigung der Tatsache, daß hier nur selten der Schwingungsanker 20 in Funktion tritt, größer gewählt werden kann, da die entsprechend stärkeren Funken eben nur selten auftreten.

Das Bestreben der schwingenden Teile, Funken zu bilden, wird ferner durch die Anordnung der Kupferhülsen 19 um die Feldmagnete verringert, da die Kupferhülsen gute Leiter für Wirbelströme sind. Diese Wirbelströme wirken auf den induzierenden Strom der Feldwindungen und verringern deren selbstinduktive Wirkung.

Pa τ ε nt-A ν s ρ r ü c 11 ε :

ι. Einrichtung zur Regelung einer Dynamomaschine, bei welcher in Serie mit der Erregerwicklung Regelungswiderstände geschaltet sind, welche durch Schwingungsanker von Spulen selbsttätig kurzgeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Erregerwicklung (15) ein Widerstand (16) geschaltet ist, zu dem Zweck, no ein größeres Reguliervermögen der Regulierwiderstände (17, 18) bei möglichst kleiner Windungszahl derselben zu erreichen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Spannungs- und einer Stromspule, die bei Überschreitung der normalen Größen die Regelungswiderstände periodisch schalten, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spannungsspule (23) einige zusätzliche, die Spannungsregelung sonst nicht merklich

beeinflussende, vom Hauptstrom durch- ! flossene Windungen (7) angeordnet sind, die | bei plötzlichem starkem Stromzuwachs (ζ. Β. j Kurzschluß) den' von dieser Spule beherrschten Widerstand (17) dauernd einschalten, um eine doppelte Sicherheit (z. B. beim ,Versagen des Stromrelais) zu haben.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungswiderstände aus zwei hintereinander geschalteten, verschieden großen Widerständen (17, 18) bestehen, von denen der kleinere durch den Schwingungsanker der Spannungsspule, der größere durch den Schwingungsanker der Stromspule kurzgeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.