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Umschaltsystem für elektrische Beleuchtungsanlagen, deren Stromerzeuger
nur zeitweise im Betrieb ist. Bei der elektrischen Beleuchtung von EisenbahnNvagen
vermittels einer Dynamomaschine und einer Batterie liegt die Aufgabe vor, den Stromerzeuger
mit der Batterie und dem Lampennetz zu verbinden, wenn die Maschinendrehzahl einen
bestimmten Wert übersteigt und bei Unterschreitung dieses Wertes die Trennung wieder
vorzunehmen.
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In gewissen Fällen-bietet es große Vorteile, als veranlassende Ursache
dieser Trennung die Größe des Erregerstromes zu benutzen, der bei einer auf konstante
Spannung geregelten Dynamomaschine mit sinkender Drehzahl bekanntlich schnell ansteigt.
In den Fällen, wo bisher diese Art der' Veranlassung zur. Abschaltung Verwendung
fand, war die -Einrichtung so getroffen, daß der Erregerstrom durch die Spule eines
Magneten geleitet wurde, der jedesmal anzog, wenn der Erregerstrom einen gewissen
Wert überstieg und unterhalb dieses Wertes den Anker wieder freigab. Ein Anziehen
fand also nach jeder Anfährt statt und nach jeder Drehzahlverminderung, die den
Erregerstrom wieder- über das kritische Maß anwachsen ließ. Bei jedem Anziehen des
Ankers wurde eine Schaltwalze um ein. Stück vorwärts gedreht. Diese Anordnung besitzt
den Nachteil, daß auch das Einschalten von der Größe des Erregerstromes abhängig
gemacht werden muß, während es Fälle gibt, wo der Zeitpunkt der Verbindung der Maschine
mit dem Netz vorteilhafter durch andere Gesichtspunkte bedingt wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Umschaltsystem,
bei dem ebenfalls die Abschaltung, aber nicht auch die Einschaltung des Stromerzeugers
von der Erregerstromgrößt abhängig gemacht .ist, und bei dem also die Möglichkeit
gegeben ist, den Zeitpunkt des Einschaltens unabhängig von der Erregerstromgröße
durch irgendeinen anderen Einfluß bestimmen zu lassen.
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Es ist nämlich in gewissen Fällen von großer Bedeutung, daß die Spannungsregelung
nicht vorher in Tätigkeit tritt, bevor die Dynamomaschine schon die ganze Stromlieferung
übernommen hat. Dieser Fall ist vorhanden, wenn die Spannungsregelung bis zu der
niedrigsten noch verwendeten Drehzahl in voller Wirksamkeit bleibt, wie dies z.
B. in den rein elektrisch, ohne Zuhilfenahme mechanischer Apparate geregelten Anlagen
gemäß den Patenten 216955 und a442.23 der Fall ist. Bei diesen Systemen hört bei
sinkender Drehzahl der spannungsregelnde Einfluß nicht von einem gewissen Punkte
an vollständig auf, wie, bei mechanischer Regelung, sondern die Erregerstromvergrößerung
setzt sich, wenn auch nicht mehr im richtigen Verhältnis, noch weit unter die unterste
ausnutzbare Drehgeschwindigkeit hinunter fort. Die Folge davon ist, daß an der Maschine
das bremsende elerttrische Drehmoment . immer größer wird, je langsamer die Maschine
läuft. Wenn nun der Antriebsriemen - während die selbsttätige Spannungsregelung
in Tätigkeit ist - der zu übertragenden Zugkraft nicht mehr gewachsen .ist und zu
schleifen anfängt, so wird sich das
Schleifen lawinenartig vergrößern,
indem die von der 'Maschine verlangte Antriebskraft um so größer wird, je mehr ihre
Geschwindigkeit hinter der Riemengeschwindigkeit schon zurückgeblieben ist. Die
Geschwindigkeitsverminderung wird sich also fortsetzen, bis das vorgesehene Ausschaltorgan
die Maschine ganz von Netz und Batterie abtrennt. Infolge der jetzt eingetretenen
gänzlichen Entlastung steigt die Maschinengeschwindigkeit wieder, bis- eine erneute
Einschaltung dasselbe Spiel wider von vorn beginnen läßt. Anders würden die Verhältnisse
bei einer reinen Nebenschlußmaschine liegen. Wenn da der Riemen zu schleifen anfängt,
so nimmt das bremsende Drehmoment der Maschine rascher ab als die Drehzahl, und.
es tritt bald wieder ein Gleichge«-ichtszustand ein. Der Betrieb geht dann, allerdings
mit schlüpfendem Riemen,- stabil weiter. Aus diesem Grunde besteht bei mechanischer
Spannungsregelung keine Pendelungsgefahr, weil der Stromerzeuger bei sinkender Drehzahl
schließlich in eine gewöhnliche Nebenschlußmaschine übergeht, nämlich' sobald die
Spannungsregelung an ihrer Grenze angelangt ist.
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Nun besteht ein weiteres wesentliches Moment der vorliegenden Erfindung
darin, in der- Einschaltperiode den Stromerzeuger zueist als eine Nebenschlußmaschine
zu betreiben und sie noch in dieser Schaltung mit Netz und Batterie zu verbinden
und die selbsttätige Spannungsregelung erst in dem Zeitpunkt einzuschalten, wenn
der Generator die ganze Strombelastung schon übernommen hat. Wenn unter diesen Umständen
die auf die Maschine zu übertragende Antriebskraft beginnt, die Leistungsfähigkeit
des Riemens zu übersteigen und dieser zu schleifen beginnt; so spielt sich dieser
Vorgang sicher noch während der Periode der Nebenschlußerregung ab, während welcher
also ein Riemenschleifen keinen Schaden bringt.
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Die Unabhängigkeit der Einschaltbedingungen von der Erregerstromgröße
trotz der gleichzeitigen maßgebenden Beeinflussung der Ausschaltung durch den Erregerstrom
erzielt das vorliegende Umschaltsystem dadurch, daß die 'Magnetspule, vermittels
welcher der Erregerstrom den Zeitpunkt der Ausschaltung bestimmt, nur während der
Betriebsschaltung, nicht aber vor oder nachher, vom Erregerstrom oder von einem
von ihm abhängigen Strom durchflossen wird.
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Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellung. A bedeutet einen. Stromerzeuger gewöhnlicher Bauart mit zwei voneinander
unabhängigen Arkerwicklungen, deren Kollektoren durch die beiden' Kreise dargestellt
sind. B ist die Erregerspule, die nur wenig Windungen und wenig '\'t-iderstand besitzt.
C1_ und CZ stellen zwei Hälften einer Batterie dar und D das Stromverbrauchsnetz.
E, F-F' und G-G' sind elektromagnetische Sehalter. Die Hauptm-agnetspulen
der Schalter F-F' und G-G' sind nicht -gezeichnet, und es bedeuten H2, H3 und H,
zusätzliche Magnetwicklungen. Ihr Wirkungssinn wird durch die geraden und gebogenen
Pfeile angedeutet, in der Weise, daß die geraden Strompfeile durch. eine gedachte
Verzahnung in die gebogenen Pfeile eingreifen und dadurch den Kontaktstab in der
einen oder anderen Riehtung mitnehmen.
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Bei Stillstand befinden sich die Schalter F-F' und G-G' in ihrer rechten
Stellung und verbinden beide Batterien mit dem L ampennetz. Der Schalter E hat seinen
Anker losgelassen .und schließt dadurch den den kleinen Kollektor und die Erregerwicklung
umfassenden selbsterregenden Nebenschlußerregerstromkreis. Sobald beim Anlauf -genügend
Spannung -erreicht -ist, verbindet der Schalter F-F' den die Summe beider Kollektorspannungen
führenden Maschinenpol i z durch. den Widerstand R, mit der aufzuladenden Batterie
C, und gleichzeitig durch den Widerstand R, und durch den, Schalter G' mit dein
Lichtnetz D. Bei weitersteigender Maschinenspannung liefert der Pol zi schließlich
soviel Strom in den Lichtkreis, daß ein Teil davon durch den Schalter G als Rückstrom
in die Batterie C.. fließt. Dieser Rückstrom bewirkt vermittels- der Spüle H4 die
Umstellung des Schalters G-G' in seine linke Lage.
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Während vor dieser Umstellung der Stromerzeuger nur im Nebenschluß
erregt war, Kater sich nun durch den Anschluß der Batterie C, an den Erregerkreis
in einen Generator konstanter Spannung verwandelt auf Grund der im Patent zq.4aa3
beschriebenen Schaltungseigenschaften. Auch hat sich diese Verwandlung erst nach
Eintritt eines Batterierückstromes; also erst nach vollständiger Leistungsübernahme
durch die Maschine vollzogen. Der Lichtstrom wird jetzt durch den Pol 18-5 und nicht
mehr durch die Klemmen 1g-1 i dem Generator entnommen.
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Die Spannungsregelung erfolgt nun in der Weise, daß die Batterie C,
von dem vom Widerstand R3 durchgelassenen erregenden Strom um so mehr aufnimmt,
also von der Erregerwicklung B ableitet, je höher die Maschinenspannung ist. Es
kann also diese Spannung selbst bei beliebig hoher Maschinendrehzahl nie ganz so
hoch steigen, daß die Batterie den ganzen Strom des Erregerkreises 'ableitet. Der
Widerstand und dadurch der Spannung$-abfall der Erregerspule B sind sehr gering,
so daß die Maschinenspannung praktisch immer reit der Spannung der regelnden Batterie
übereinstimmt.
Bei Unterschreitung einer gewissen Zuggeschwindigkeit
müssen die beiden Batterien wieder auf das Lichtnetz zurückgeschaltet werden .und
ist auch die Verbindung zwischen letzterem und der Maschine zu lösen.
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Zu diesem Behufe ist die Schaltung so eingerichtet, daß eine Spule
H4 des Magneten G während der normalen Fahrtschaltung (wenn Punkt i i mit Punkt
16 verbunden ist) vom Erregerstrom oder von einem von ihm abhängigen Strom durchflossen
wird. In- dieser Spule fließt die Differenz zwischen dem ungefähr konstanten Stromfluß
im Widerstand R3 und dem veränderlichen Erregerstrom der Spule B. Bei sinkender
Drehzahl wird diese Differenz immer kleiner und geht schließlich durch Null hindurch
in einen Entladungsstrom der Batterie über. Die Loslaßbedingungen des Magneten G
sind so eingestellt, daß der Anker in die Ruhestellung übergeht, sobald der in H,
fließende Strom im Ladesinn der Batterie auf einen gewissen Mindestwert gesunken
oder im Entladesinn eine gewisse Größe erreicht hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun die Magnetspule TI, so angeschlossen,
daß der Strom nur in der Fahrtschaltung (wenn 22 mit 16 verbunden), nicht aber vor-
oder nach-. her (wenn 22 mit 17 verbunden) vom Erregerstrom abhängt.
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Durch den Überschuß des vom Widerstand R"durchgelas,senen Stromes
über den von der Spule B gebrachten Erregerstrom wird die regelnde Batterie während
der Fahrt schwach geladen und steigert demzufolge allmählich ihre Gegenspannung.
Nach Erreichung eines gewissen Höchstwertes zieht der Magnet E an und unterbricht
den vom Widerstand R3 herkommenden Strom. Jetzt wird der ganze Erregerstrom von
der Batterie C2 geliefert, und die Spannungsregelung vollzieht sich gemäß dem Patent
216955. Die Maschinenspannung 5-7 wird bei jeder Geschwindigkeit gerade um so viel
niedriger als die Batteriespannung C2 sein, daß die an der Erregerspule B entstehende
Spannungsdifferenz in der Spule den nötigen Erregerstrom entstehen läßt. Selbst
bei undenkbar hoher Geschwindigkeit kann die Spannung der Maschine diejenige der
Batterie nie ganz erreichen, denn wäre dies der Fall, so wäre die Maschinenerregung
gleich Null geworden.
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In diesem Betriebsfall wird also die Magnetspule H4 vom Erregerstrom
-selbst statt von einem von diesem abhängigen Strom durchflossen, und es müssen
deshalb die Auss-chaftbed'ngungen des Magnets G so geändert werden, daß die Umschaltung
erst bei einem viel stärkeren, in der Spule H,, im Batterieentladesinn fliegenden
Strom .vor sich .geht. Der Zeitpunkt der Abtrennung des Netzes von der Maschine
soll sich nach der Größe der Lichtspannungserniedrigung richten, die bei sinkender
Drehzahl entsteht, d. h. also nach. der Größe des Spannungsverbrauches in der Erregerspule;
also letzten Endes nach der Größe des Erregerstromes. Je nachdem nun der Schalter
E offen oder geschlossen ist, wird der Strom in H4 bei gleicher Erregerstromgröße
um den Betrag des vom Widerstand R, durchgelassenen Stromes verschieden sein. Damit
trotzdem- das Umstellen des Schalters G immer bei derselben Erregerstromgröße erfolgt,
schaltet der Magnet E beim Anziehen auf den Magnet G eine Hilfsspule H3 ein, die
so viel A.mperewindungen hinzufügt, daß in H,, ein entsprechend stärkerer Strom
nötig ist, um die zur Umschaltung nötige Schwächung der Gesamtamperewindungszahl
herbeizuführen.
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Der Erregerstrom oder ein von ihm abhängiger Strom könnte auch, statt
unmittelbar äüf den Umschaltmagnet G zu wirken, ein Stromrelais beeinflussen, das
seinerseits einen Hilfsstrom auf den Magnet G.schaltet.
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Wie die Einschaltung, so erfolgt auch die Abtrennung der zu ladenden
Batterie von der Maschine durch den Schalter F unabhängig von den Schaltvorgängen
am. Magnet G. Die Abtrennung wird bei annähernder Spannungsgleichheit zwischen Batterie
und Maschine durch den durch die Spule HZ fliegenden Batterierückstrom herbeigeführt.