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Selbsttätiger Batterieschalter. Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Anlagen mit einer Dynamomaschine und einer Sammlerbatterie, die von der Dynamo geladen
wird. Solche Anlagen enthalten vielfach, auf Kraftfahrzeugen sogar regelmäßig, einen
selbsttätigen Schalter zwischen der Dynamomaschine und der Batterie, der eine Entladung
der Batterie in die Dynamo verhüten soll. Der selbsttätige Schalter schließt sich,
wenn die Klemmenspannung der Dynamo gleich oder größer ist als die Batteriespannung,
und er öffnet sich, wenn die Spannung der Dynamo unter diejenige der Batterie sinkt.
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Bisher bestand dieser Batterieschalter aus einem Elektromagneten,
der mit zwei Wicklungen versehen ist, nämlich einer Spannungswicklung, die an den
Klemmen der Dynamomaschine liegt, und einer Stromwicklung. Sobald die Spannungswicklung
eine bestimmte Amperewindungszahl ergibt, zieht der Elektromagnet seinen Anker an,
so daß die Schalterkontakte sich schließen und die Batterie mit der Dynamo verbunden
wird. Beim Festhalten des Schalterankers wird die Spannungswicklung von der Stromwicklung
unterstützt. Kehrt sich aber infolge Absinkens der elektromotorischen Kraft des
Dynamoankers unter die Batteriespannung die Stromrichtung um, so vermindert die
Stromwicklung die tnagnetisierendeWirkung der Spannungswicklung, so daß der Schalterelektromagnet
seinen Anker losläßt :und die Batterie wieder von der Dynamo abgeschaltet wird.
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Die Erfindung besteht nun darin, für die Zwecke der selbsttätigen
An- und Abschaltung der Batterie ein an sich bekanntes Relais zu verwenden, dessen
Wirkungsweise auf der Haftkraft beruht, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung
an einen Halbleiter, z. B. einen Lithographenstein, einen Körper aus Gelatine, Haut,
Papier o. dgl. und einen damit in Berührung gebrachten Metallkörper auftritt. Dieses
Relais besteht aus einem umlaufenden Zylinder und einem darauf schleifenden Band,
das durch Federzug oder Gewichtsbelastung an seinen Enden in inniger Berührung mit
dem Zylinder gehalten wird. Gleichzeitig sucht diese Belastung das Band entgegen
der Drehrichtung des Zylinders zu verschieben. Entweder ist der Zylinder ein Halbleiter
und das Band aus 2#letall oder umgekehrt.
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Gemäß der Erfindung wird nun an den Zylinder und das Band die zwischen
einer Hauptbürste und einer Hilfsbürste der Dynamomaschine herrschende Spannung
angelegt. Änderungen dieser Spannung haben Änderungen der Haftkraft zwischen dem
Zylinder und dem Band zur Folge, die sich in Verschiebungen des Bandes längs des
Umfanges des Zylinders äußern. Für die Betätigung der Schalterkontakte nutzt man
diejenigen Spannungsänderungen zwischen den zwei Bürsten aus, die sich aus den Verschiebungen
des Erregerfeldes der Dynamo bei ihren verschiedenen Betriebszuständen ergeben.
Der bewegliche Schalterkontakt wird mit dem Band so in Verbindung gebracht, daß
der Schalter je nach der Richtung der Verschiebung des Bandes auf dem Zylinder sich
öffnet oder schließt.
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Auf der Zeichnung ist in der Abb. r eine elektrische Anlage mit dem
neuen selbsttätigen Batterieschalter schematisch dargestellt. Abb. z zeigt an einer
Abwicklung des Kollektors die Verschiebungen des Erregerfeldes bei verschiedenen
Betriebszuständen.
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Auf eine Metallhülse e, die isoliert auf der Ankerwelle
d der Dynamomaschine D sitzt, ist ein Hohlzylinder f aus einem Halbleiter,
z. B. aus Lithographenstein, aufgeschoben. Den Zylinder f umschlingt nach Art einer
Bandbremse zur Hälfte ein dünnes Metallband g, dessen beide Enden unter Zwischenschaltung
von Federn h und i isoliert am Maschinengestell befestigt sind. a
und b sind
die Hauptbürsten der Dynamomaschine, die in der
neutralen Zone liegen, c ist eine Hilfsbürste. Das Metallband g ist mit der Hauptbürste
b verbunden und die Metallhülse e mit der Hilfsbürste c. Die Erregerwicklung
E,, E2 liegt an .den beiden Hauptbürsten a und b. Eine Batterie B ist durch
eine Leitung-in mit der Dynamomaschine D verbunden. In der Leitung m liegen die
Kontakte k, h2 des neuartigen selbsttätigen Batterieschalters. Der Träger des Kontakts
h,_ ist isoliert an dem Metallband g befestigt.
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Die elektrische Spannung, idie zwischen ,den Bürsten b und c herrscht,
erzeugt eine gewisse Anziehungskraft zwischen dem Steinzylinder f und dem Metallband
g. Je höher diese Spannung bzw. Anziehungskraft ist, desto größer ist natürlich
auch die Reibung zwischen dem Zylinder und dem Band. Die Federn h und
i
sind nun so bemessen, daß die Haftkraft zwischen Steinzylinder und Band
nicht ausreicht, um das Band in der Pfeilrichtung mitzunehmen, bevor nicht die Klemmenspannung
der Maschine D die volle Batteriespannung erreicht hat. Dann aber ist auch die Spannung
zwischen der Hauptbürste b und der Hilfsbürste c so groß geworden, daß nunmehr die
Haftkraft zwischen dem Steinzylinder f und dem Band g zur Mitnahme des. Bandes in
der Drehrichtung ausreicht, wodurch der Kontakt k1 auf den Gegenkontakt k2 gedrückt
und so die Batterie B an die Maschine D angeschaltet wird.
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Sinkt die elektromotorische Kraft des Dynamoankers wieder unter die
Batteriespannung, so fließt Strom aus der Batterie in die Maschine, so daß diese
als Motor läuft. Dadurch geht die Spannung zwischen den Bürsten b und c und damit
auch die Haftkraft zwischen dem Steinzylinder und dem Band so weit zurück, daß die
Feder h das Band entgegen der Pfeilrichtung in seine Ausgangslage zurückzuziehen
vermag. Folglich wird der Kontakt k,, vom Ruhekontakt k2 wieder abgehoben und die
Verbindung zwischen der Batterie und der Maschine unterbrochen.
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Diese Wirkungsweise beruht auf der Verschiebung des magnetischen Erregerfeldes
bei den verschiedenen Betriebszuständen der Maschine D. In der Abb. 2 ist diese
Verschiebung schematisch dargestellt. Beim Leerlauf der Dynamo nimmt das Erregerfeld
etwa die durch die Kurve x angedeutete Lage zu den Bürsten ein. Wird die Dynamo:
belastet, wie dies beim Laden der Batterie der Fall ist, so verschiebt sich das
Feld in der Drehrichtung und erhält ungefähr die durch die Kurve y angegebene Form
und Lage. Läuft die Maschine dagegen als Motor, so ist das Feld in der entgegengesetzten
Richtung verzerrt und verschoben und steht so zu den Bürsten, wie es die Kurve z
angibt.
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Die Spannung zwischen den Bürsten b und c ist nun jeweils derjenigen
Fläche proportional, die von der Erregerfeldkurve und den in der Mitte der Bürsten
b und c errichteten Ordinaten eingeschlossen wird. Beim Dynamobetrieb, d. h. vienn
die Batterie geladen wird, kommt also die Fläche i, 2, 3, 4, 5, I in Betracht. Dementsprechend
ist bei diesem Betriebszustand die Spannung zwischen den Bürsten b und c verhältnismäßig
groß. Wenn aber die Maschine als Motor läuft, so setzt sich die Fläche zwischen
den Bürstenordinaten aus dem positiven Teil z, 8, 9, 6, i und dem negativen Teil
5, 6, 7, 5 zusammen. Es bleibt also als wirksam nur die Differenz zwischen diesen
beiden Flächen übrig, die ganz erheblich kleiner ist als die dem Dynamobetrieb entsprechende
Fläche. Demgemäß fällt bei Rückstrom aus der Batterie auch die Spannung zwischen
den Bürsten b und c ganz beträchtlich unter die Spannung beim Ladebetrieb, und dieser
Unterschied zwischen den Spannungen im einen und im anderen Fall ist es, der mit
Hilfe des Haftkraftrelais zum selbsttätigen An- und Abschalten der Batterie ausgenutzt
wird.