-
Einrichtung zur Speisung von Schwachstromleitungen mit Starkstrom
ohne jede leitende Verbindung zwischen beiden Kreisen unter Verwendung von zwei
oder mehr Akkumulatorenbatterlen. Bei den meisten bekannten Einrichtun-en 25 zum
Speisen von Schwachstromleitungen mit Starkstrom wird eine leitende Verbindung unter
Zwischenschaltung von hohen Widerständen zwischen Starkstrom- und Schwachstromleitung
hergestellt, wobei oft eine Akkumulatorenbatterie parallel zur Schwachstromleitung
geschaltet ist, die im Ruhezustand geladen wird. Es sind auch Einrichtungen bekannt,
bei denen durch Relais nur während der Betriebszeit, d. h. also bei geschlossenem
Schwachstronikreis, die leitende Verbindung zwischen beiden Leitungen hergestellt
wird. Da eine leitende Verbindung zwischen Starke
und Schwachstrom,
auch wenn sie nur während der Betriebs,zeit und Über hohe Widerstände hinweg besteht,
in verschiedener Beziehung Gefahrmomente bedingt und daher solche Einrichtungen
meist von den Elektrizitätswerken nicht zugelassen werden, bat man versucht, diesen
Nachteil zu beseitigen. Zu diesem Z-weck ist bereits vorgeschlagen worden, eine
Hilfsbatterie zu verwenden, die durch ein Relais während der Betriebszeit an die
Starkstromleitung geschaltet und geladen t' ZD wird, während in der Ruhezeit diese
Hilfsbatterie mit der Betriebsbatterie parallel geschaltet ist und diese dann wieder
aufladet. Diese Einrichtung schließt zwar jede leitende Verbindung zwischen Stark-
und Schwachstromleitung aus, hat aber noch erhebliche Mängel, die besonders beim
Betrieb von Ruhestromanlagen und bei Schwachstromleitungen in die Erscheinung treten,
die eine mehr oder ,veniger große Ableitung besitzen.
-
Die vorliegende Erfindung gibt einen Weg an, um auf andere Weise diese
Aufgabe zu lösen und die erwähnten Nachteile zu beheben. Der Grundgedanke der Erfindung
besteht darin, daß zwei oder mehr Akkumulatc-renbatterien wechselweise umgeschaltet
werden, so daß stets ein Teil an die Schwachstronileitung, der Rest ganz oder teilweise
von der Starkstromleitung geladen wird. Die Verbindungen und Schaltmittel sollen
dabei so gewählt werden, daß jede leitende Verbindung zwischen der Starkstrom- und
Schwachstromleitung ausgeschlossen ist.
-
Die Umschaltung der Batterien kann in sehr verschiedener Weise und
durch irgendwelche der in der Technik gebräuchlichen Apparate erfolgen. So kann
z. B. die Umschaltung in bestimmter regelmäßiger oder unregelmäßiger Folge unabhängig
von Lade-oder Entladestrom erfolgen, wobei die Schaltorgane durch Uhrwerke, kleine
Elektromotore, elektrische Pendel, Kippanker usw. angetrieben werden. Es kann ferner
die Umschaltfolge durch den Entladestrom, z. B. durch Sperrvorrichtungen, geregelt
-werden, oder es kann das Umschaltrelais oder der Schaltantrieb in Schwachstromkreis
eingeschaltet sein.
-
Auch die Schaltung der Batterien kann in sehr verschiedener Weise
erfolgen. So können z. B., wenn mehr als zwei Batterien vorhanden sind, eine an
die Schwachstromleitung geschaltet und alle übrigen in Hintereinanderschaltun-g
gleichzeitig geladen werden oder es kann nur eine an die Ladeleitung, alle übrigen
in Hintereinander- oder Parallelschaltung an die Schwachstromleitung gelegt sein
oder es kann die Ladung in Hintereinanderschaltung, die Entladung in Parallelschaltung-
erfolgen., kurz jede in der Technik gebräuchliche Schaltung kann benutzt werden
und es wird je nach dem Zweck der einen oder anderen der Vorzug zu geben
sein.
-
Die Wirkungsweise sei im folgenden an Hand der Abbildungen noch näher
erläutert, die einige Lösungsbeispiele zeigen, ohne daß damit alle möglichen und
naheliegenden Lösungsbeispiele erschöpft wären.
-
Abb. i und 2, zeigen eine einfache Schaltung mit zwei Batterien,
wobei die Umschaltung jedesmal beim öffnen und Schließen des Schwachstromkreises
erfolgt, so daß also die eine Batterie stets während der Ruhezeit, die andere stets
während der Betriebszeit aus der Starkstromleitung geladen wird. Abb. i zeigt den
Schaltzustand im Ruhezustand. Die Batterie B, ist über Kontakte b und
b, an die Schwachstromleitung 1 geschaltet, welche eine Klingel K,
einen Druckkontakt D und ein Urnischalterelais R enthält. Die Batterie
B,
ist über Kontakte a und a. und einem Ladewiderstand W an die Starkstromleitung
L gelegt. Wird die Schwachstromleitung 1 durch den Kontakt D geschlossen,
so wird das Relais R (durch den Strom B, b, b, 1, D, K, R erregt
und schließt über r, r. und s, s, eine Spule S" an die Starkstromleitung
L. Der r,',isenkern A wird in die Spule S, hineingezogen und
schaltet die von ihm bewegten Kontakte a und b um. Es ist nun der i3etriebszustand
vorhanden, wie ihn Abb. 2 zeigt. Die Batterie B,. ist dann Über b und
b.,
an die Starkstromleitung L, die Batterie B, hingegen über a und a, an
die Schwachstromleitung 1 geschaltet. Der Anker A hat beim Umschalten
auch den Kontakt s von s, auf s.
umgelegt und dadurch idie Spule S#
ab- und eine zweite Spule S, an die Starkstromleitung L angeschaltet. Da die Spule
S, aber auch über r und r:, unterbrochen ist, kann sie erst dann Strom erhalten,
wenn das Relais R außer Tätigkeit kommt, d. h. der Schwachstromkreis
1 unterbrochen wird, und der Anker A stellt dann durch Umschaltung
wieder den Ruhezustand der Abb. i her. Es
leuchtet ein, daß das Relais R auch
unmittelbar die Umschaltung ausführen könnte. Die Benutzung einer besonderen Umschaltvorrichtung
hat aber den Vorteil, daß die Schaltvorrichtung leichter den Vorschriften für Starkstrornanlagen
entsprechend ausgeführt werden kann.
-
Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Umschaltung
erfolgt hierbei unabhängig vom Stromverbrauch, so daß diese Anordnung auch für Ruhestromanlagen
benutzbar ist, für welche die Ausführungsform nach Abb. i nicht zu gebrauchen ist.
Gleichzeitig wird der Ladewiderstand zum Antrieb nutzbar gemacht. Zwei Spulen W,
und W,
sind hintereinander in die Ladeleitung L eingeschaltet.
Eine
von beiden Spulen ist durch die Kontakte w und w, w. stets kurzgeschlossen.
Ein- kreisförmiger E#isenkern E ist drehbar im Punkte A gelagert und
an der Drehachse das eine Ende einer Unruhfeder F befestigt. In der gezeichneten
Stellung wird der Anker E in die Spule W, hineingezogen, bis er an einen
Anschlag M stößt.und dadurch den Kontakt w umschaltet, so daß nun die Spule W, kurzgeschlossen
wird. Die Unruhfeder F dreht den Anker E dann zunächst langsam zurück, bis
das andere Ende in den Wirkungsbereich der Spule W. kommt, die den Anker
E dann beschleunigt anzieht, bis er an den Anschlag M stößt und erneut die
Umschaltung vornimmt. Gleichzeitig mit der Umschaltung des Kontaktes W kann auch
die Umschaltung der beiden Batterien erfolgen, wie dies in der Abb.:2 angedeutet
ist. An dem Umschalthebel sind zu diesem Zweck außer dem Kontakt zwei weitere Kontaktpaarea
und b angebracht, mit denen die BatterienB, und B, verbunden sind. Der Anker
E wird zweclimäßig in der Horizontalebene gelagert und mit großem Trägheitsmoment
dimensioniert, so daß die Umschaltbewegungen ganz langsam erfolgen. Der Anker
E kann auch bei jeder Pendelbewegung ein Zahnrad um einen Zahn weiter drehen
und dies-es die Umschaltvorrichtung treiben, so daß die Umschaltung j edestnal
erst nach einer größeren Anzahl von Pendelbewegun-,gen des Ankers E erfolgt.
Auch kann die Umschaltung natürlich anstatt unmittelbar durch eine besondere vom
Starkstrom ausgelöste Umschaltvorrichtung, wie in Abb. i und 2, erfolgen.
-
Bei Verwendung mehrerer Batterien muß die Schaltvorrichtung entsprechend
konstruiert sein, wie dies z. B. schematisch die Abb. 6 zeigt. Eine Anzahl
feste'r Kontakte s, s', sa, S, usw. sind mit den Batteriepolen verbunden, während
ein drehbares Schaltrad Kontaktstreif en S" S" S', S, usw. aufweist,
auf welchen Kontakte s schleifen. S, und S, sind mit
der Ladeleitung L, S, »und S, mit der Schwachstromleitung
1 verbunden. Wie Abb. 6 zeigt, ist die Anordnung so getroffen, daß
ein Teil der Batterien (in der Abb.:2) mit der Schwachstromleitung, die übrigen
mit der Ladeleitung verbunden sind. In der gezeichneten Stellung werden die Batterien
B" und B, entladen, die übrigen t, ereladen, nach der nächsten Uinschaltung werden
B, und B, entladen und so fort. Die Anordnung kann natürlich auch beliebig anders
,getroffen werden, so daß z. D. nur eine Batterie geladen, alle übrigen in
Parallelschaltung -entladen werden.
-
Eine besonders einfache Ausführungsforrn zeigt Abb. 4. In einer Glasröhre
K befindet sich ein Quecksilberfaden F. Die Glasröhre K ist in einem Punkte
D drehbar und taucht mit den umgebogenen En-,den in einen Behälter B, der
eine Flüssigkeit L, (verdünnte Schwefelsäure) enthält, so daß stets nur ein Ansatzrohr
(in der Abb. R,) in die Flüssigkeit taucht. In dem Behälter B sind Elektroden P,
bis P, so angebracht, daß die aufsteigenden Gasblasen in das Ansatzrohr K gelangen.
Die Elektroden P sind in die Schwachstromleitung 1 eingeschaltet und die
beim Stromverbrauch entwickelten Gase drücken den Otiecksilberfaden F in der Röhre
K hoch, bis diese schließlich umkippt, wenn das Übergewicht des Ouecksilberfadens
groß genug geworden ist. Da nun das andere Ansatzrohr R, in die Flüssigkeit
L, eintaucht, beginnt das umgekehrte Spiel. jedesmal beim Umkippen erfolgt auch
das 'Umschalten der Batterien. Wenn (das Umschalten unabhängig vom Schwachstrom
gleichmäßig erfolgen soll, so werden die Elekttoden P, und P, in den Starkstrom
eingeschaltet, während die ElektrodenP, und P, fehlen können. Die FlüssigkeitL,
kann dann zugleich als Ladewiderstand benutzt werden. Wenn das Umschalten durch
den Schwachstromverbrauch erfolgt, kann die Ladedauer dadurch bequem begrenzt werden,
daß die Ladeleitung durch Kontakte in der RöhreK unterbrochen ist und eine Überbrückung
durch den OuecksilberfadenF erst eintritt, wenn dieser eine bestimmte Höhe erreicht
hat.
-
In der Ausführungsform nach Abb. 5 wird der Takt des Umschaltens
durch den Strom-,verbrauch reguliert. Eine Feder F ist mit einem Eisenkern
E und einem Ansatzstück l\T verbunden. Sol#ald die Feder F entspannt ist,
drückt sie mit dem Ansatz N einen Hebel H, in den Kontakt S, so daß
die in die Starkstromleitung L eingeschaltete Spule W Strom erhält, den Anker
E anzieht und so die Feder F wieder spannt. Wenn sie gespannt ist, ist auch
der Kontakt S wieder unterbrochen. Das Ansatzstück N ist zweckmäßig
federnd, so daß die Unterbrechung des Kontaktes S möglichst funkenfrei erfolgt.
An dem Anker E ist ein zweiter Ansatzstift 01 befestigt, der einen Hebel
H, bewegt, mit dem ein Sperrad Z" fest verbunden ist, während ein Zahnrad
Z, drehbar auf derselben Achse gelagert ist. Die Sperrklinke K, gestättet das Spannen
der Feder ohne Hemmung, beim Entspannen dageged muß das Zahnrad Z, mitgedreht werden,
das ein Flügelrad Z, dreht, dessen Bewegung durch einen Relaisanker A gesperrt
ist. Wenn derselbe angezogen wird, ist der Flügel P frei und die Feder F entspannt
sich. Bei jedem Spannen der Feder F werden zwei Schalträder S,
und
S. unmittelbar oder mittels Zahnradübersetzung
weitergedreht
(in der Abbildung nicht gezeichnet). In der gezeichneten Stellung ist die Batterie
B, mit der Schwachstromleitung 1, die Batterie B. mit der Ladeleitung
L verbunden. In beiden Leitungen ist je eine Spule eines Relais eingeschaltet.
Der RelaisankerA wird also angezogen, wenn in einer von beiden Leitungen Strom fließt,
also auch wenn die Batterien geladen werden. Das Flügelrad P bewegt sich nun dauernd,
bis das Kontaktrad S, S., umschaltet. Dann liegen beide Schleiffed7ern
a, a., und b, -b, auf ,]en J-##ontakten A, und
A, beide Batterien B, B. sind also an die Schwachstromleitung
1 geschaltet ;und die Feder F entspannt sich nur bei Stromveribrauch in der
Sohwachstromleitung 1. Bei ;der nächsten Umschaltung kommt B, an die Starkstromleitung
L, die Bewegung geht ungehemmt weiter, dann kommt B, wieder an die Starkstromleitung
L usw. Vülilt man die Verhältnisse so, daß ein Umschalien stets nach einer ößeren
Anzahl Federspannbewegungen eintritt, so erreicht man bei dieser Anordnung, daß
sowohl der Takt des Umschaltens durch den Stromverbrauch im Schwachstromkreis geregelt
wird', als auch idie jedesmalige Laideperiode zeitlich begrenzt ist. Das Sch-altrad
kann natürlich auch anders, z. B. nach Ablib. 6,
ausgebildet sein. Ebenso
können auch die Antriebsmittel andere sein, z. B. Uhrwerk, Elektromotor usw. Bei
Verwendung eines Elektromotors kann die Erregerwicklung als Ladewiderstand ausgebildet
und dauernd mit dem Starkstrom verbunden sein, während die Ankerwicklung im Schwachstromkreis
liegt, so daß eine Drehbewegung nur bei Stromverbrauch eintritt. Die Drehbewegung
kann unmittelbar oder mit Übersetzung zur Umschal-27 tungbenutzt werden, cider es
kann auch, ähnlich wie in Abb. 5, eine Feider gespannt werden, die bei einer
gewissen Spannung umschaltet und nun bis zur Entspannung ladet. Auch kann nach Anwendung
in ABb. 5 der Anker zwei Wicklungen erhalten, die dann so geschaltet werden,
wie die beiden Relaiswicklungen R, und R, in Abb.
-
Ein einfaches Zahlenbeispiel möge noch angeführt werden, um den Vorteil
einer größeren Anzahl Batterien zu zeigen. Der Stromverbrauch von Klingelanlagen
kann durchschnittlich auf 0,5 Stunden mit o,5 Ampere täglich geschätzt werden,
d. h. einen täglichen Stromverbrauch von o,:2#5 Amperestunden. Nehmen wir
nun zehn Batterien in Hintereinanderschaltung an, die dauernd an die Ladeleitung
geschaltet sind, und eine Batterie am Schwachstromkreis, so verteilt sich bei regelmäßiger
Umschaltung der Stroniverbrauch auf zehn Batterien, so daß also jede Batterie eine
Leistung von o,o:25 Amperestunden hergeben muß. Da sich die Ladung auf 24 Stunden
des Tages verteilt, so würde also ein Ladestrom von etwa o,ooi Ampere nur nötig
sein. Der große Vorteil wird an diesem Zahlenheispiel klar. Bei so kleinen Ladeströmen
tritt aber noch ein weiterer Vorteil auf. Zunächst erfolgt keine eigentliche Überladung,
es zeigt sich aber, daß die Kapazität der Akkumulatoren ein Vielfaches ider normalen
ist. Versuche ergaben bei dem angeführten Zahlenbeispiel, daß die Kapazität etwa
viermal so groß ist als bei längeren Entladungszeiten. Diese Erscheinung ist wohl
so zu erklären, daß die stets geladenen Akkumulatoren bei dem dauernden schwachen
Ladestrorn eine Gasschicht auf den Platten besitzen' die für kurze Zeit die Entnahme
weit größerer Ströme gestattet, ohne daß eine eigentliche Entladung Überhaupt stattfindet.
Die Akkumulatoren spielen dabei also nur eine Zwischenrolle, ohne daß eine wechselnde
Ladung und Entladung auftritt. Dies hat zur Folge, daß man mit sehr kleinen Akkumulatoren
aus-kommt, so daß die Verwendung vieler Batterien ohne höhere Kosten möglich ist,
aber den Vorteil eines sehr geringen Stromverbrauches besitzt.