DE435682C - Elektromagnetische Schalteinrichtung zum Aufladen einer Batterie - Google Patents

Description

• Elektromagnetische Schalteinrichtung zum Aufladen einer Batterie. Bei Maschinen, die sich selbsttätig ohne äußere Regelvorrichtung auf konstante Spannung regeln und in Verbindung mit einer Batterie arbeiten, wie dies beispielsweise bei Zugbeleuchtung oder beim Antrieb durch eine Windturbine der Fall ist, also ganz allgemein bei Antrieben mit stark verä nderlicher Drehzahl, ist es erforderlich, daß die Dynamo sich selbsttätig bei erreichter Spannung mit der Batterie parallel schaltet und bei sinkender Drehzahl davon wieder abschaltet. Man hat bisher dafür einfache Differentialschalter verwandt oder einett Schalter, der durch zwei Stromspulen und eine Spannungsspule betätigt wird, wie in der deutschen Patentschrift 396798, wo die Batterie in einem getrennten Stromkreis mit erhöhter Spannung wieder aufgeladen wird.
• Bei Windturbinenantrieb, wo außer der veränderlichen Drehzahl auch mit der Windstärke stark schwankende Arbeitsleistung in Frage kommt, ist ein Schalter in dieser einfachen Ausführung nicht mehr am Platze, denn bei schwachem Winde und voll belastetem Netz muß die Batterie derart zur Arbeitsleistung herangezogen werden, daß sie die vom Winde nicht mehr geleistete Arbeit selbsttätig, ohne Schaltwartung, übernimmt. Umgekehrt muß der Schalter aber auch gestatten, daß bei unbelastetem oder nur schwach belastetem Netz die Kraft des Windes zur Aufspeicherung der Energie in der Batterie voll ausgenutzt wird.
• Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Zugbeleuchtung. Hier ist zwar die Antriebskraft im Verhältnis zur Leistung der Dynamo außerordentlich groß, aber bei hoher Ausnutzung der Dynamo ist die normale Klemmspannung bei viel kleinerer Drehzahl erreicht als die volle Leistung. Es ist auch hier erforderlich, den selbsttätigen Schalter so auszubilden, daß bei niederster Drehzahl und erreichter Spannung die Dynamo mit der Batterie parallel geschaltet wird, bis zur Erreichung der höheren Drehzahl, bei welcher die Dynamo die volle Leistung bzw. Stromstärke abzugeben in der Lage ist, parallel geschaltet bleibt und dann erst die zur Ladung der Batterie erforderliche erhöhte Ladespannung der Batterie in einem gesonderten Stromkreis zuführt, wie dies auch beim Antrieb durch Windturbinen erforderlich ist, hier aber erst dann, wenn der Wind die zur Ladung erforderliche erhöhte Arbeit zu leisten imstande ist.
• Nach der vorliegenden Erfindung geschieht dies mit Hilfe einer Schalteinrichtung mit zwei erregten Eisenkernen a. und b im Verein mit einer Dynamo, die mit Haupt- und Zusatzwicklung auf dein Anker ausgerüstet ist und je nach Bedarf konstante oder mit Drehzahl langsam ansteigende Spannung abgibt. In der Abb. 1 ist D die Hauptwicklung der Maschine und -- die Zusatzwicklung oder bei getrennter Maschinenanordnung D die Haupt= maschine und N die "Zusatzmaschine. a. und b sind Schalter mit erregten Eisenkernen und mit Schaltkontakten h, c, e, d, 1, g. Der Schalter cr ist in bekannter Weise mit der Spannungsspule s und der Hauptstromspule H versehen, während der Schalter b auf der einen Seite des Eisenkernes die Stromspule i und auf der anderen Seite die Stromspule in. und die Spannungsspule li, besitzt.
• Beim Betrieb ihit Windturbinen gestaltet sich die NVirkungsweise wie folgt: In Ruhestellung ist der Schalter a. durch eine Feder F oder Gewichtskraft geöffnet gehalten, während der - Schalter b durch die Feder f oder Gewichtskraft und die vom Batteriestrom durchflossene Spule i in einer Stellung gehalten ist, in welcher die Kontakte e, al überbrückt sind und die Batterie den Nutzstromkreis allein speist. Kommt bei aufkommendem Winde die Maschine D auf Spannung, dann zieht die Spannungsspule s den Schalter a an und verbindet dadurch den Kontakt c mit den Kontakten d und e des Schalters b. Bei Anzug des Schalters u wird über dem Kontakt h auch die Spannungsspule 1i erregt, die auf dem Schalter b sitzt und so bemessen ist,, daß sie die Zugkraft der Feder f überwindet, wenn die Spule i. stromlos ist. Fließt in der Spule i des Schalters b aber von der Batterie aus Strom zum Hetz, so überwiegt die Zugkraft dieser Spule i im Verein mit der Feder f die Zugkraft der Spannungsspule 1a, so daß die beiden Kontakte e und d überbrückt sind. Dynamo D und Batterie B speisen dann parallel den Nutzstromkreis, falls der Wind nicht in der Lage ist, die ganze im Netz verbrauchte Energie zu decken. Hat der Wind die Stärke erreicht, daß er den Netzverbrauch allein bewältigen kann, dann fließt auch kein Strom mehr von der Batterie B durch die Spule i. und die Haltekraft dieser Spule fällt fort, da die Spannungsspule h überwiegt, so daß der Schalter die Kontakte e, d verläßt und die Kontakte g und 1 überbrückt. Dadurch wird die Batterie B von der D_-%-namo D und dem Nutzstromkreis getrennt und an die Spannung der Zusatzdynamo -- gelegt, also in einem getrennten Zusatzstromkreis mit erhöhter Spannung geladen. Der Strom, der vom Zusatzanker ü jetzt zur Batterie B fließt, durchläuft die Spule in, welche die Zugkraft der Spule i überwiegt, so daß der Schalter b, trotzdem Ladestrom auch durch die Spule i fließt, doch in der Ladestellung gehalten wird. Die dem Zusatzstromkreis zugeordneten Strom- und Spannungsspulen in und 1i, sind also in der Zugkraft größer als die ihnen entgegenwirkende Federkraft f im Verein mit der vom Ladestrom durchflosseneil Spule i. Ist die Batterie B vollgeladen und fließt kein Ladestrom mehr von der Maschine zur Batterie, dann -wird. der Schalter doch noch in Ladestellung gehalten, und zwar so lange, als die hintereinander geschalteten Spannungen der Wicklungen D und z nicht durch Abflauen des Windes kleiner werden als die Batteriespannung. Ist dies der Fall, dann erregt ein Rückstrom die Spule i, wodurch die Zugkraft der Feder f unterstützt wird. Außerdem fließt der Strom auch jetzt im umgekehrten Sinne durch die Spule in. Diese Spulen schwächen dadurch die Spannungsspule 1i derart in der tTaltekraft, daß der Schalter schon bei ganz geringem Rückstrom in die Stellung schnellt, wo Batterie und Maschine 1) wieder zur -gemeinsamen Speisung des Nutzstromkreises parallel geschaltet sind. Überwiegt die die Batteriespannung auch hierbei die Dynamospannung, was bei weiterem Sinken der Drehzahl der Dynamo der Fall ist, so bringt der Rückstrom dann auch den Schalter a zur Auslösung. Ist das Netz bei aufkommendem Winde unbelastet, so ;wird, wenn der Schalter a angesprochen hat, entweder direkt Strom zur Batterie fließen, was vorkommen kann, wenn die Batterie sehr stark entladen war, oder aber der Schalter h schaltet sofort in die Ladestellung, wenn kein Strom durch die Spule i- fließt, was dann eintritt, wenn Dynamospannung und Batteriespannung gleich waren.
• Solange von der Batterie also Strom entnommen wird, was bei schwachem Winde und vollbelastetem Netz der Fall ist, inuß dieser Strom die Spule i des Schalters b durchfließen, wodurch der Schalter die Dynamo D und Batterie B in Parallelschaltung hält. Fließt kein Strom mehr von der Batterie zum Netz, gleichgültig bei welcher Bete iebslage oder Windstärke, dann ist die Spule i auch. nicht erregt und rler Schalter legt sich selbsttätig. durch die Spannungsspule lc gezogen, in die Ladoschaltung, so daß jede Kraft des Windes zur Batterieladung herangezogen wird.
• Bei der Zugbeleuchtunh arbeitet der Schalter in genau gleicher Weise, wenn anstatt der von der Windstärke abhängenden Dr°hzahl die veränderliche- Drühz ahl der Zuggeschwindigkeit gesetzt werden kann.
• Man kann den Schalter nan in der Wirkung dadurch noch empfindlicher für die Auslösung bei auftretendem Rückstrom machen, daß eine oder beide Spannungsspulens und h in dein Augenblick. wo sie die Schalter cr bzw. h betätigt haben und nur noch die Zugkraft auszuüben brauchen, die erforderlich ist, um die Schalter in der Schaltstellung zu halten, zwangläufig durch Vor-oder Parallelschalten von Widerstand so geschwächt "-erden, daß sie gerade noch die Schalter in der Schaltstellung festhalten.
• In Abb. 2 ist dies schematisch gezeigt. Der Spule s wird zwangläufig der Widerstand der Spule h der Widerstand zet vorgeschaltet.
• Naturgemäß braucht der Schalter nicht, wie dies in Ahb. r dargestellt ist, ausgeführt zu, werden. Es ist nur die erforderliche Zwangläufigl>eit des Schalt- organges durch die verschiedenen- Strom- und Spannungsspulen schematisch gezeigt. Iss ist z. B. nicht nötig, die `pule i, welche der Strom- und Spannungsspule,ni und h. des Zusatzstromkreises enigegenwirkt, mit diesen zusammen auf demselben Eisenkern anzuordnen; es kann dies auch so geschehen, daß die Spulen auf zwei gesonderten Eisenkernen angeordnet sind, die zwangläufig den Schaltvorgan tätigen. Da die Spannung der Dynamo D bei aufkommendem Winde oder anfahrendem Zuge langsam mit der Drehzahl ansteigt, so wird es vorkommen, daß der Schalter a langsam anspricht, was für die Kontakte nicht gerade sehr günstig ist. Um ein plötzliches Ansprechen des Schalters a zu erreichen, kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Spannungsspulen ,s und h. durch einen kleinen Hilfsschalter (Abb. 3) erregt -werden. Hierbei kann dann wiederum die Stromspule H auf dem Hilfsschalter oder auf dein Hauptschalter a. oder auf beiden angeordnet werden.
• Dieser Hilfsschalter _x kann nun außerdem noch eine mechanische Verriegelung der beiden Schalter a und b bzw. deren Schalterkontakte vornehmen, und zwar derart. daB diese Schalter nicht mit der Hand bei Stillstand der Dynamo betätigt "erden können. Erst wenn die Dynamo auf Spannung gekommen ist und dadurch die Spannungsspule -,1 des Hilfsschalters x so erregt worden ist, dal, der Schalter entgegen seiner Federkraft f' angesprochen hat, wird die Verriegelung gelöst und gibt dadurch die. NTö glichkeit, daß durch die Spannungsspulen s und 1a die Schalter a und 1, sich in die Schaltstellungen legen können. In der Abb.3 ist eine Möglichkeitsforen der Verriegelung dargestellt. An dein Hilfsschalter x sind hierbei Nasen p angebracht, welche in Aussp irungen q der Eisenkerne eingreifen und aas Anziehen dieser Kerne so lange verhüten, bis durch den Hilfsschalter x die Nasen aus den Aussparungen q gezogen sind.

Claims (9)

1. PATENT-ANSpRÜcI-iE: s. Elektromagnetische Schalteinrichtung für Dynamomaschinen konstanter Spannung mit einer Zusatzankerwicklung oder durch die gleiche Achse angetriebenen Zusatzmaschine zum Aufladen einer Batterie, durch welche in Abhängigkeit von der Drehzahl der Achs; und dem Ladezustand der Batterie der Nutzstroinkrei s und der Zusatzstromkreis entweder getrennt oder in Parallelschaltung gespeist "-erden, dadurch gekennzeichnet, daß der in jedem Stromkreis fließende Strom über getrennte Schalterkontakte je eine zugeordnete Stromspule (H bzw. in) ganz oder teilweise durchfließt und in Verbindung mit je einer, jedem Stromkreis zugeordneten Sp*tnnungsspule (s und h.) die Schalterkontakte für getrennte Speisung der Stromkreise in Eingriff bringt bzw. hält, während eine dritte, ganz oder teilweise vom Batteriestrom durchflossene Spule (i) der dem Zusatzstromkreis zugeordneten Strom- und Spannungsspule (zig und h) derart entgegenwirkt, daß, solange Strom aus der Batterie durch diese Spule (i) fließt, die Schalterkontakte nicht in die Stellung für getrennte Speisung der Stromkreise gebracht, sondern in der Stellung des Parallelbetriebes von Dynamomaschine und Batterie zur gemeinsamen Speisung des Nutzstromkreises in Eingriff gehalten werden.
2. 2. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, claß, während bei Stillstand der Dvnamomaschine die Schalterkontakte (k, d), «-elche durch die dem Nutzstromkreis zugeordnete Strom- und Spannungsspule (H und s) betätigt werden, durch Feder- oder Gewichtskraft geöffnet gehalten sind, die Schalterkontakte (d, e), weiche durch die dem Zusatzstromkreis zugeordnete Strom- und Spannungsspule betätigt «-erden, durch Feder- oder Gewichtskraft allein oder unterstützt durch die vom Batteriestrom durchflüssene Spule (i) geschlossen gehalten werden, so daß die Batterie allein den Nutzstromkreis zu speisen vermag.
3. 3. Schalter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den den beiden Stromkreisen zugeordneten Spannungsspulen (s und li) nach erfolgtem Anzug der zugehörigen Schalterkontakte, zwangläufig durch diesen Vorgang, Widerstand vor- oder parallel geschaltet wird, zum Zwecke, sie in ihrer Zugwirkung so zu schwächen, claß sie die von ihnen betätigten Schalterkontakte noch in der jeweiligen Schaltstellung in Eingriff zu halten vermögen. d..
4. Schalter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zusatzstromkreis zugeordnete Spannungsspule (h.) in der Anzugskraft so bemessen ist, daß sie die entgegenwirkende Gewichts-oder Federkraft (f) zu überwinden in der Lage ist, wenn die diese Feder- oder Gewichtskraft (f) unterstützende, bei Parallelbetrieb vom Batteriestrom durchflossene Spule (i) stromlos ist. e.
5. Schalter nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei getrennter Speisung des Nutz- und Zusatzstromkreises dem Zusatzstromkreis zugeordnete Strom- und Spannungsspule (in und dz) in der Zugkraft größer ist als die ihnen entgegenwirkende Feder- oder Gewichtskraft ;.f) im Verein mit der vom Ladestrom durchflossenen Spule (i).
6. 6. Schalter nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der dem Nutzstromkreis und dein Zusatzstromkreis zugeordneten Stromspulen (H und ph) so getroffen ist, daß ein Rückstrom in diesen Spulen (H und in) die zugehörigen Spannungsspulen (s und h) in der Haltekraft so schwächt, daß, in der Stellung der Schalterkontakte für getrennte Speisung der Stromkreise, der Zusatzstromkreis zuerst geöffnet wird und dadurch die Schalterkontakte in die Stellung des Parallelbetriebes von Dynamomaschine und Batterie gelegt werden und dann erst die Trennung des Nutzstromkreises von der Dynamomaschine erfolgt.
7. 7. Schalter nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stromspule (i), welche der dem Zusatzstromkreis zugeordneten Strom- und Spannungsspule (vi, h) entgegenwirkt, auch vom Rückstrom durchflossen wird, um die Trennung des Zusatzstromkreises von der Dynamomaschine rascher herbeizuführen als die Trennung des Nutzstromkreises. B.
8. Schalter nach Anspruch i bis 7, rladurch gekennzeichnet, daß die dem Nutzstromkreis zugeordnete Spannungsspule (h) durch einen Hilfsschalter (x, Abb. 3) erregt wird, der in seiner Offenstellung den geschlossenen Schalter (d, b, e) irr Nutzstromkreis verriegelt, zum Zwecke, die diesem Stromkreis zugeordneten Schalterkontakte plötzlich zu betätigen.
9. 9. Schalter nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschalter (x) zwangläufig eine Verriegelung der dem Nutzstromkreis oder der dem Zusatzstromkreis oder beiden Stromkreisen zugehörigen Schalterkontakte derart betätigt, daß die Schaltvorgänge bei Stillstand der Dynamo nicht von Hand aus eingeleitet werden können und erst dann möglich sind, wenn die Spannungsspule (y) des Hilfsschalters (i-) von der Dynamo erregt ist. io. Schalter nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Nutzstromkreis zugeordnete Stromspule (I-T) auf dem Hilfsschalter (x) oder auf dem Hauptschalter (a) oder auf beiden Schaltern angeordnet ist und ganz oder teilweise vom Nutzstrom durchflossen ist.