DE369642C - Selbsttaetiger Spannungsregler - Google Patents

Description

• Selbsttätiger Spannungsregler. Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen Spannungsregler für Stromerzeuger wechselnder Drehzahl und konstanter Spannung, -der aus einem mit der Generatorwelle verbundenen Wirbelstromanker besteht, dessen Magnetfeld entgegen der Wirkung einer Feder schwingt und dabei den die Generatorspannung konstant haltenden Widerstand einstellt.
• Der Erfindung gemäß ist das Magnetfeld des Wirbelstromankers mit einer :doppelten Wicklung versehen, die durch eine Stark-und eine Feindrahtspule gebildet wird und mit drei Bürsten o. dgl. anisgerüstet, die mit dem an Erde liegenden Magnetkörper und seinen beiden Wicklungen verbunden sind und auf zwei Widerständen und einem Leiter schleifen. Der eine Widerstand ist über die Feldwicklung ,des Generators und der andere unmittelbar oder über einen Temperaturausgleichswiderstand an dem positiven Pol ,des Stromerzeugers angeschlossen. Der Leiter liegt an dem Batteriepol.
• Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einer Auisführungsform beispielsweise dar ,gestellt.
• Abb. i ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer gemäß der Erfindung ausgerüsteten Dynamo. - -Abb. 2 ist eine Stirnansicht gegen den Gehäuse- oder Lagerdeckel im Schnitt nach a-b der Abb.. i, wobei der Feldspulenring, die umlaufende Zylinderscheibe, die Antriebsscheibe und .die Staubschutzklappe weggelassen sind.
• Abb. 3 ist eine Stirnansicht des Feldspulenringes vors der Bürstenseite gesehen, die der Dynamo zugekehrt ist.
• Abb. 4 veranschaulicht das Zusammenwirkender drei Bürsten des Spulenringes mit den zwei Widerständen und dem leitenden Streifen im Gehäusedeckel der. Maschine: Abb. 5 ist ein Längsschnitt durch den Ausgleichswiderstand zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in der Peindrahtspule des Spulenringes.
• Abb. 6 zeigt das Schaltungsschema.
• Es ist eine Scheibe 2 zwischen dem Gehäuse- oder Lagerdeckel 3 und der Antriebsschei.be 4 fest mit der Maschinenwelle verbunden. Am äußeren Umfang dieser Scheibe 2 aus Metall sitzt ein zylindrischer, dem Lagerdeckel 3 zugekehrter Ring 6 aus gut leitendem Werkstoff, zweckmäßig aus Kupfer.
• Der Ring 6 dreht sich in .dem zwischen zwei ineinandergeschachtelten Gruppen von Eisenpolen 7, 8 vorhandenen Zwischenraum. Diese Pole gehen von zwei Eisenringscheiben io, ii aus, deren gemeinsamer Steg -oder Mittelteilg auf einem Kugellager läuft, daß gemäß Abb-. i zwischen dem Lagerdeckel 3 und einem daran sitzenden Flanschring untergebracht ist. Die Scheiben io, ii und die P-äle 7, 8 ,schließen zwei Kupferdrahtspulen 12, 13 ein, von denen 12 aus vielen Windungen dünnen und 13 aus wenigen Windungen -dicken Drahtes besteht. Die Windungszahl .der Starkdrahtspule 13 hängt von dem Ankerwiderstand des Stromerzeugers ah. Bei- hohem Ankerwiderstand kann die

  Schaltung der Wicklung 13 so sein, daß sie

  der Feindrahtwicklung 12 entgegenwirkt,

  wenn der Generator Strom <in die Batterie

  liefert. Die POIstücke 7, 8 werden vorteilhaft

  dadurch hergestellt, daß man den Ring-

  scheiben io, i i einen L-fcrmigen Querschnitt

  gibt und aus dem zvlindrischen Rand die

  Polenschnitte ausstanzt oder sonstwie aus-

  schneidet.

  Die Pole 7, 8, die Scheiben io, i i, 9 und

  die Spulen 12. 13 laufen zusammen um und

  bilden den sogenannten Feldspulenriug.

  Eine uhrfederartige Spiralfeder 15 zwi-

  schen lein Spulenring und dem Lagerdeckel

  der Maschine sticht den Spulenring ent-

  gegen der Drehrichtung ,der -Maschinenwelle

  zti drehen. Die Feder 15 ist mit dem einen

  Ende durch Stift- und Schlitzverbindung am

  Lagerdeckel 3 der -Maschine und mit dein an-

  deren Ende an einem am Spulenring sitzenden

  Ring 16 befestigt. Zwei Anschlagnasen 17,

  is am Spulenring wirken finit- einejn Alt-

  schlag IC) de; Lagerdeckels zusammen, derart,

  daß beim Abschlag von i8 gegen i9 die Fe-

  der 15 am Al"wiekeln geliiiicl_ert und beim

  Anschlag von 17 gegen ici die Bewegung

  des Spuleilrin.;es atif ungefähr Dreiviertel-

  drehung begrenzt wird, wdl:ci #lie Zil"l:i-aft

  nahezu kcnstailt bleibt.

  Der Lagerdeckel 3 der Maschine ist im

  Querschnitt U-förmig gestaltet und nimmt in

  ciem dadurch gebildeten Hohlraum zwei Wi-

  lerstanIuwindungen .22. 23 auf, die auf ai:

  ini Querschnitt rechteckigen Isoliersl-älle 2a.

  25 aufgewickelt und gegeneinander Lind

  Bregen das -Maschinengehäuse isoliert sind.

  Außerdem liegt in dem Hohlrauen noch ein

  zti den Widerstandswindungen -2=, -23 1,011-

  zentrischer Iiullferstatl26, .der gegen 22, 23

  und 3 isoliert, aber finit einer Anschluß-

  klemme 27, Volt der eine Leitung zu einem

  Pol einer Batterie führt, verbunden ist. Wie

  Abb.2 zeigt, erstrecken sich die Windungen

  2-2, 23 und der Riii" 26 auf ungefähr Brei-

  viertel Umfang der vom Gehäusedeckel ge-

  bildeten Kreisfläche, #,o daß zwischen ihren

  Enden ein freier Raum verbleibt. Im übrigen

  ist der Kupfereng 26 nicht ganz so lang wie

  die Widerstände 22, a3. Der Widerstand

  23 ist nicht gleichmäßig gewickelt, wie

  es aus d°r 7_eichnuig den Anschein

  hat, vielmehr sind die lATicklungen zu

  Beginn und am Ende sehr dicht, um da-

  zwischen weiter auseinander zu liegen, derart,

  daß -nach den @dichteil Winlungen des An-

  fangs plötzlich die weiteren Wiliduitgen fol-

  gen, die dann nach dein Ende zu allmählich

  «-leder enger werden. Das genaue Verhältnis

  hängt von der Art der Feder 15, der Feier-

  spannung und den Verhältnissen des Feld-

  widerstan.des 22 ab. Durch die Lokalisierung

  fles Widerstanles auf den Anfang wird erreicht, rlaß das Magnetfeld bei z. B. 6 Volt Spannung sich zti bewegen beginnt und .dann lie Spannung auf Volt steigt, ehe das Feld eaeil größeren We- zurückgelegt hat.
• Auf rler denn Lager@decke13 zugekehrten Stirnfläche des Feldspulenringes sitzen drei Bürsten 30, 31 3:2, zweckmäßig aus Kupfer.
• Die Bürste 30 ist am Spulenringkörper befestigt und dadurch geerdet. Sie schleift auf -lem äußeren Wirierstandsring 22, der finit lein einen Ende über die Hauptfelawicklung-35 der Maschine an der positiven Anschlußklemme 36 liegt (Abb. 6). Der negative Pol Ies Strt)merzeugers ist geerdet.
• Die Bürste 31 ist durch die Leitung 37 mit .'er Feindrahtspule r2 verbunden und über Liese an Erde gelegt. Sie schleift auf dein Widerstandsring 23, der mit dein einen Ende elitwe-ler direkt oder über einen Temperaturau.;gleichswiderstatil der weiter unten beschriebenen Art an den positiven Maschinenpf36 führt.
• Die Bürste 32 steht durch die Leitung 38 mit der Starkdralitspule 13 und über diese finit vier Erde in Verbindung. Für gewclinlich ruht sie auf denn Isolierstück 39 auf, das, wie Abb. 2 zeigt, hinter dein einen Ende des Kilpferringes 26 "vorhanden ist, gelang aber hei der kleinsten Bewegung des Spulenritiges auf den Kupferring 26 (Abb. l.) und dadureli in Verbindung mit der Batteriekleimne 2; .
• Die ganze beschriebene Einrichtung wir:i -Itirch eine Schutzhaube 5 am Lagerdeckel abgedeckt (Allb. i).
• Bei einem einfachen Leitungssystem sind bei:le Bürstenhalter -rles Stromerzeugers gegen las Gehäuse isoliert. Der eine ist mit einem isolierten Kupferstreifen im Gehäusedeckel verbunden, der zweckmäßig zwischen dein inneren und dem äußeren Widerstand 22, 23 sitzt. Eine besondere isolierte Bürste am Magnetkörper schleift an dies-,ni 1Ltipferstreifen uli,d steht finit den Enden der ;pulen 12, 13 in Verbindung.
• Da beim Steigen oder Fallen der Temperatur in. der Umgebung der Maschine auch rler Widerstand der Spule i#, entsprechend steigt oder fällt, ist die Maschine mit einem Ausgleichsividerstan.d folgender Art versehen. .Io ist ein Hohlkörper aus Fiber oder sc-nst einem Isolierstoff, dessen Hohlraum -in einem Ende etwas erweitert ist. In die:e@ii r weiterten Teil liegt eine Kapsel 41 , die aus zwei am Rande hermetisch verschlossenen Metalltellern besteht und eine kleine -Menge eileer flüchtigen Flüssigkeit enthält. Vor der Kapsel sitzt eine in d.o eingeschraubte Metallkappe 12. Im schmaleren Teil des Hohlraumes sind einige kleine abgerundete Kohlenscheiben 43 untergebracht, die durch eine Druckschraube 45 miteinander und mit der Kapsel 41 in Kontakt gehalten werden. Die Druckschraube 45 führt sich in der in das eine Ende des Isolierkörpers 4.o eingeschraubten Metallkappe 44. An die Kappen 42, .. angeschlossene Leitungen verlaufen zum positiven Pol 36 und zum inneren Widerstand 23.
• Sobald die Atmosphärentemperatur in der Nachbarschaft der Maschine steigt, steigt auch der Dampfdruck der in der Kapsel 41 eingeschlossenen flüchtigen Flüssigkeit. Die Kapsel dehnt sich infolgedessen aus und steigert Aden Druck auf die Kohlescheiben 43. Dadurch wird der Widerstand in der Kapsel und den Kohlenscheiben geringer, und es findet ein Ausgleich der WiderstanrIssteigerung in r2 statt mit idem Erfolg; daß der Widerstand des ganzen Stromkreises unabhängig von der Temperatur konstant bleibt.
• Statt Kupfer kann natürlich irgendein anderes Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit benutzt werden, ebenso kann an die Stelle von Eisen ein anderer Werkstoff mit guten magnetischen Eigenschaften treten.
• Bei Steigerung der Geschwindigkeit der Maschine erhöht sich die Spannung und damit der Strom in der F eindrahtspule r2. Dadurch wächst auch die Zugkraft, die auf den Spulenring ausgeübt wird. Die Steigerung der Geschwindigkeit und der Spannung erfolgt so lange, bis die Zugkraft auf den Spulenrin.g der Zugkraft der Feder 15 ,gleichkommt. Bei jeder weiteren Geschwindigmkeitssteigerung wird der Spulenring dem Zug der Feder 15 entgegen. vorwärts gedreht, wodurch aber -der Widerstand z3 im Stromkreis der Spule i-2 einsgeschaltet wird, der die Zugkraft auf den Spulenring vermindert. Dieser Ring gelangt zur Ruhe, wenn .die Zugkräfte aus der dynamischen Wirkung und der Feder 15 sich .gleich sind. Bei Drehung des Spulenringes wird auch ein Teil .des Widerstandes 22 (durch die Bürste 3o) in den Stromkreis der Hauptfeldspule der Maschine gelegt. Die Widerstände sind in Anpassung an die Art der Dynamo so gewählt, .daß der Feldstrom stets annähernd umgekehrt proportional der Maschinengeschwindigkeit ist, die Spannung also annähernd konstant bleibt.
• Bei der ersten Relativbewegung des Spulenringes kommt !die Bürste 32 mit dem Kupferstreifen 26 in Berührung und schließt dadurch den Stromkreis über die Batterie und die Spule 13. Ist die Batteriespannung niedriger als .die Maschinenspannung, wenn die' Bürste 32 mit dem Streifen 26 Kontakt macht, dann fließt einen Augenblick lang ein starker Strom ,durch .die Spule 13, wodurch der Magnetismus im Spulenrin,g und damit die auf idiesen ausgeübte Zugkraft gesteigert, die Maschinenspannung aber vermindert wird, so daß unabhängig von dem Zustand der Batterie der durch. diesen fließende Strom normal gehalten wird.
• Fehlt eine Batterie, so sind die Spule 13, die Bürste 32 und der Kontaktstreifen 26 nicht nötig.
• Statt als Teil einer Dynamomaschine kann die beschriebene Einrichtung auch als besonderes Instrument ausgeführt sein. In ,fiesem Fall würde die Scheibe 2 mit Ring 6 auf einer besonderen Welle sitzen, die durch Riemen oder sonstwie von der Maschinenwelle angetrieben wird. Die Teile 22, 23, 26 würden von einem besonderen ortsfesten Gehäuse getragen werden, und der Spulenring mit seinen Bürsten würde unter der Wirkung seiner Zugfeder relativ dazu schwingen. Die elektrischen -`erbindungen sind dabei dieselben wie beschrieben, nur infolge der räumlichen Trennung entsprechend länger.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Selbsttätiger Spannungsregler für Stromerzeuger wechselnder Drehzahl und konstanter Spannung, bestehend aus einem mit der Generatorwelle verbundenen Wirbelstromanker, dessen Magnetfeld entgegen einer Feder schwingbar ist und :den die Generatorspannung konstant haltenden Widerstand einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld des Wirbelstroman.kers (6) eine doppelte Wicklung (i2, 13)i aus Stark- und Feindraht und -drei Bürsten o. dgl. (30, 31, 32) trägt, die mit dem geerdeten Magnetkörper (9) und seinen beiden Wicklungen (i2, 13) verbunden sind und auf zwei Widerständen (22, 23) und einem Leiter (26) schleifen, wobei der eine Widerstand (22) über die Feldwicklung des Generators und der andere (z3) unmittelbar oder über einen Temperaturausgleichswiderstand (40) an dem positiven Generatorpol angeschlossen ist, während der Leiter (26) an dem Batteriepol liegt.
2. 2. Selbsttätiger Spannungsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände (22, 23) und der Leiter (26), auf denen die drei Bürsten o. dgl. (30, 34 32) des Wirbelstrommagnetfeldes schleifen, in einer Einsenkung des einen Deckelschildes des Generatorgehäu:ses untergebracht sind,