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Selbsttätiger elektrischer Regler. Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Regler jener Type, bei welchen die Verdrehung der Regulierwelle durch
das Anwachsen oder Nachlassen des Moments einer Wirbelstrombreinse Tiervorgerufen
wird, und besteht darin, daß Magnetfeld bz«-. die Magnetpole allein ohne (las vom
magnetischen Kraftfluß durchsetzte Gehäuse uni den ruhend, aber beweglich gelagerten
Wirbelstromanker rotieret, die Bürsten und die auf dein Wirbelstromanker als Gegenmoment
wirkende Feder ruhend und während des Betriebes nachstellbar angeordnet ist.
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Durch diese Anordnung wird gegenüber den bekannten Anordnungen eine
wesentlich vielseitigere Anwendungsmöglichkeit des Reglers erzielt, Einstellung,
Beobachtung und Wartung erleichtert und in der Herstellung durch Benutzung des ruhenden
Magnetgehäuses als Träger der ganzen Konstruktion und daher Wegfall einer besonderen
Umkleidung oder gemeinsamen Grundplatte eine bedeutende Verbilligung erreicht.
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Weiter bezieht sich die Erfindung auf die Ausgestaltung der Wirbelstrombremse.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in beispielsweiser Ausführungsform
veranschaulicht.
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Abb. t stellt die für Gleichstrom in Anwendung kommende @\'irbelstronil)renise
gemäß der Erfindung dar. Ein 'Magnetkern P, finit den in der Abbildung strichliert
a nhedeuteten Polhörnern S-S und einem mittels unmagnetischen 'Materials starr verbundenen
Polring P1 mit den Polschuhen lr-N ist in dem ruhenden Gehäuse G mit der nach Bedarf
kompoundierten Erregerspule E drehbar angeordnet. Der mechanische Antrieb erfolgt
durch die Antriebsscheibe <-i. Innerhalb dieser Polhörner \i-1' und S-S ist ein
'lletallzvlinder TV mit der Achse B ruhend, aber drehbar gelagert. Die magnetischen
Kraftlinien neliinen den mit Pfeilen angedeuteten 'Verlauf, durchsetzen den Luftspalt
bei C und 1), gehen über die Polschuhe \'-\', den 'Metallzylinder ff,' und über
das itiagnetische Zwischenstück K , welches gleichzeitig als Wellenfortsetzung
client. unter abrrnialiger Durchsetzung des 'Metallzylinders TT' in die Polhörner
S-S zum Polkern P._ als Ausgangspunkt ztiriick. Das inagneticche Zwischcn-.tück
ist abermals unter Vermittlung von iuagnetisch nichtleitendem Material finit dein
Polring 1'1 und dadurch auch finit (leili 1'0lkern P._ mechanisch starr verbunden.
Der Polkern P:" der Polring P, und das magnetische Zwischenstück K stellen demnach
einen innen hohlen Drehkörper dar, innerhalb welchem der Metallzylinder'W als Wirbelstromanker
mit der an beiden Enden herausragenden Welle B ruhend, aber drehbar gelagert ist.
Die in ihrer ganzen Länge durchbohrten Fortsetzungen der Polkerne P., und des Zwischenstückes
K dienen als Lagerzapfen und in ihrem weiteren Verlauf zur Aufnahme der in den ,Abb.
i und 2 weggelassenen, aber in den Abb. d. und 5 bis 7 schematisch angedeuteten
Kontaktbahnen 0 mit den Widerständen r.
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In Abb.3 ist die Wirbelstroinbreinse für Wechsel- und Drehstrom dargestellt.
Es bezeichnet lbt den ruhend angeordneten Ständer mit den üblichen Nuten für die
Aufnahme der Wicklung, R den auf der Hohlwelle H, sitzenden Kurzschlußläufcr. Die
mechanische Verbin(lung des Hohlwellenstückes 11, mit der Hohlwelle H erfolgt mittels
eines durch den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer hindurchgeführten Rohres I_.
Innerhalb dieses Rohres, aber ebenfalls im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer,
ist ein Metallzylinder TV als Wirbelstromanker angeordnet. Das auf die Regulierwelle
B vermittels des Wirhelstromankers auszuübende Drehrnoinent wird durch das im Ständer
11 auftretende Drellfeltl erzeugt, welches auch die Drehung der Kontaktbahn finit
den Widerständen durch den als Käfiganker ausgebildeten Läufer und durch (las die
beiden Hohlwellen H und I1, verbindende Rohr L bewirkt. Es erübrigt sich
dabei ein inechanicher Antrieb des Reglers. Wird der =Regler nicht als Doppelregler,
wie in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, ausgeführt, dann kann die Hohlwelle
Hl und damit das Verbindungsrohr 1. -weggelassen und der Luftspalt verlaeinert werden.
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Der Zusammenbau der Wirbelstrombreinse finit den übrigen Teilen des
Reglers geht aus der Abb. 4. hervor. Es bezeichnet C' ilie gesamte in den Abb. t,
2, 3 dar;-estellte Wirbelstrombremse für Gleich-. Wechsel- oder Drehstrom, n eine
kollcktorä hnliche Kontaktbahn mit den angeschlossenen Widerständen )-, welche auf
den rotierenden Teilen l',, K und P1 der Wirbelstronibreinse sitzt und dabei niitrotiert.
Die Bürsten 14) sind fest-@tellencl, während die Bürsten h,-h, finit der Achse 13
uni i So Winkelgratlr schisingbar
angeordnet sind. Die Feder f,
einerseits all dem Ende: der Welle B des Wirbelstrornankers, anderseits all den
durch das Schnekkenrad k verdrehharen Armen 1 befestigt. halt
dein auf den
Wirbelstrninanker ausgeübten Drehmoment (las Gleichgewicht. Die Blättchen d mit
den Schrauben dienen zum Festklemmen der Feder. Die Allschaltung an die zu regulierende
Dvilalno geht für Gleichstron. aus der Ahb..I hervor; hei Wechsel- oder Drehstromgeneratoren
ist die Schaltung im Anschluß an die Erregermaschine dieselbe mit Ausnahme des Anschlusses
der Wirbelstronibremse, welche ini letzteren Falle an die Prelistronispannung angelegt
wird.
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Die Wirkungsweise des Reglers ergibt sich aus der schematischen Darstellung
in Abb. a. Das von der Dynamotransmission mit der Riemenscheibe A, wie in Abb. r
ersichtlich, an-etriebene #.la-netsystein übt auf den 1N'irl)elstronianker 1T' ein
Drehmoment aus. diesem wirkt die Feder f entgegen und so stellt sich zwischen dem
Drehmoment der Bremse und der Feder ein Gleichgewichtszustand ein, dessen durch
Anschläge innerhalb i 8o Winkelgraden veränderliche La`e durch die jeweilige Tourenzahl
und die magnetische Sättigung des Magnetsvstenis gegeben ist. Die Bürsten b,-bl,
mit der Welle B und dem @Virbelstronianker TV starr verbunden, liehirren
all der Verdrehung teil, entfernen sich voll den feststehenden Bürsten b-b, und
die zwischen .diesen Bürstengruppen liegenden, all je ein Kontaktsegment «angeschlossenen
Widerstände werden der Dynamoerregung vorgeschaltet. Erhöhte Tourenzahl der Dcnanio
und damit des Reglers hat ein erhöhtes Drehinolnent der Bremse, eine größere @rerdrehung
der Welle mit der Bürstengruppe bl- b1 und eine größere Widerstandsvorschaltung
vor die Dynamoerregung zur Folge, womit bei geeigneter Wahl der Widerstände und
der Feder eine Konstanthaltung der Dynamospannung in weiten Tourengrenzen erreicht
wird. Zur Anpassung der Reglercharakteri-,tik all die Dynamocharakteristik ist die
Feder f nicht nur mit dem Schneckenrad h in ihrer Zugkraft verstellbar, sondern
auch mit dein ein- oder mehrarmigen Halter 1 in ihrer Län-e veränderlich. Je mehr
Windungen von dein Halter mittels der Deckklemmen d fest-"0' werden und je kürzer
die Feder dauet gefaßt wird, desto steiler wird ihre Charakteristik, und umgekehrt.
Die stromleitende Verbindung der Bürsten b-b mit bi- b1 ist in den Abb. 5, 6 und
7 ersichtlich, desgleichen die ini Kreis geschlossenen Widerstände r. Die in diesen
Abbildungen dargestellte Stellung der beiden Bürstengruppen 1,-b und b,-b, gelten
für die Anfangslage bei l-Winkelgrade Verdrehung und o-Vorschaltun- der Widerstände.
Für Drehstrorngeneratoren ist die Anordnung dieselbe his auf die Wirbelstrombrenise
und kann als bekannt vorausgesetzt werden.
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Die Verwendbarkeit des Reglers in dieser Anordnung ist eine vielseitige
und gestattet verschiedene _ Kombinationen, als Doppelregler durch Aufsetzen einer
weiteren Kontaktbahn samt den an derselben angeschlossenen Widerständen an der zweiten
Seite der Wirbelstrornbrelnse sowie Aufsetzen einer weiteren Gruppe Bürsten b-b
und b,-b,. Der Doppelregler dient entweder zur Vergrößerun- des Regulierbereiches
durch Serienschaltung der Widerstände nach Abb. 5 oder Parallelschaltung derselben
nach Ahb.6 für eine Maschine oder nach Abb. 7 für gemeinsame Regulierung von zwei
getrennten lIaschin@n, welche parallel geschaltet sein können.
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Als Belastungsregler erhält die Welle B der Wirbelstrornbremse U ein
ZahnradN (Abb.4) oder einen Hebel aufgesetzt, womit BeIastungswiderstände zu- oder
abgeschaltet werden. Werden auf der zweiten Seite der Wirbelstrombremse die zur
Abb. q. beschriebellen Einrichtungen zur Regelung des Nebenschlusses aufgesetzt,
dann ergibt sich der Doppelregler für Spannung und Belastung für Anlagen finit Wasserkrafthetrieb
ohne separate Tourenregulierung.
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Als automatischer Regler mit gleichzeitiger automatischer Parallelschalteinrichtung
nach Erreichung einer bestimmten Tourenzahl und Spannung findet der Regler Verwendung
durch Aufsetzen einer weiteren Kontaktbahn mit oder ohne angeschlossene Widerstände.
In Abb. 14 ist die Einrichtung schematisch dargestellt. Es bezeichnet wieder U die
Wirbelstroinbremse, O die Kontakthalin mit den angeschlossenen Wklerständen r lind
die übrige, bereits für Abb..I beschriebene Einrichtung zur Nehenschlußregelung.
Auf der zweiten Seite der Bremse sind feststellende Bürsten b¢ . . . b, angeordnet
sowie ein weiterer Kollektor 0_1 als Kontakthahn, welcher mit dem Magnetsystem der
Wirbelstrombrernse mitrotiert. Auf der Welle B sitzt die ParalleIschaltbürste b.;.
@"or Erreichung der richtigen Tourenzahl der Dynamo und des Reglers nimmt das aus
dem Wirbelstromanker TV der Welle B, dein Bürstensatz b,-b, und der Schaltbürste
b;; bestehende Regulierorgan die in Abb. 8 und II bezeichnete Stellung ein. Es sind
dabei beim Reglerkollektor eine Anzahl Widerstands-@tufen vorgeschaltet, während
beim Parallelschaltkollektor die Bürste b., sich an der Stelle i befindet und durch
die Zwischenisolierungen der Kollektorsegmente die beiden ilarallel zu schaltenden
Stromkreise unterbrocken
sind. Wird eine höhere Tourenzahl und
damit eine höhere Spannung erreicht, dann nähert sich der Bürstensatz b.-bi dem
feststehenden Bürstensatz b-b, Widerstänrle ini Erregerkreis der Dynamo werden abgeschaltet,
die Dynamospannung steigt «-eiter an, bis sie ihren Normalwert in der Bürstenstellung
nach Abh.9, bei welcher sich der Bürstensatz b,-b, den Bürsten b-b ohne Zwischenisolierungen
und ohne Widerstandsvorschaltung gegenüberstehen, erreicht. Bei diesem Vorgang hat
sich gleichzeitig auch die Schaltbürste b., von ihrer Anfangslage bei i entfernt
und die Stelleil (Abb. 1a) eingenommen, bei welcher die Parallelschaltung beider
Kreise bereits vollzogen ist. Bei weiterer Tourenerhöhung bewegt sich das Regulierorgan
in der Richtung, wie in Abb. io und 13 angedeutet, bis es schließlich bei der Höchsttourenzahl
an der letzten Bürste b., ihre maximale Verdrehung erreicht. Nachdem die Widerstan.dsvorschaltung
im \ ebenschluß finit zunehmender Tourenzahl stetig zunimmt und dadurch die Spannung
konstant gehalten wird, die Schaltbürste b3 dabei im steten Kontakt mit den feststehenden
Bürsten b., . . . b., bleibt, der Regler für die vorkommende Dy namohöchsttourenzahl
gebaut und bei zu niedriger Tourenzahl die beiden Stromkreise selbsttätig wieder
trennt, eignet sich diese Einrichtung besonders zum Parallelschalten einer konstanten
Stromquelle mit einer Dynamo mit veränderlicher Tourenzahl. Um die Parallelschaltung
allmählich vorzunehmen, können die Bürsten b,....b.l untereinander finit entsprechenden
Widerständen verbunden werden, so claß erst an der letzten Bürste b, die Parallelschaltung
widerstandslos durchgeführt ist. Je nach dein beabsichtigten Zweck kann auch bei
der ersten Bürste b, die widerstandslose Parallelschaltung vollzogen sein, während
an den weiteren Bürsten zunehmend Widerstände vorgeschaltet werden. Bei Abnahmeder
Tourenzahl der Dynamo- und Reglerantriebsinaschine vollzieht sich der unigelehrte
Vorgang, und die beiden Stromkreise werden wieder getrennt. Bestinfinite Anfangs-und
Endstellungen des Regulierorgans, wie in den Abb. 8 und i r skizziert ist, werden
durch Anschläge, «-elche die Verdrehung der Welle B begrenzen, aber in den Skizzen
nicht ersichtlich gemacht sind, fixiert.
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Als Regler zur Betätigung von Wendegetrieben oder Elektromagneten
finit und ohne Nachführung wird der Regler nach Abh. 4 von einer Transinission angetrieben
und die Wirbelstrombreinse von einer konstanten oder variablen Stromquelle gespeist,
während die Widerstände in den Erregerkreis eines Nebenschlußinotors geschaltet
werden. dann ändert sich die.Tourenzahl des Motor. finit jeder Veränderung der Bürstenstellung
b-bl zu b-b. Am Regler können diese Stellungsänderungen der Bürsten durch Touren-
oder Spamiungsabweichunhen bewirkt werden. Treibt der Nebenschlußniotor j11 einen
Teil eines Planetengetriebes an (Abb. 1G), während der zweite Teil von einer Transmission
oder einem nicht regu-laerten Nebenschlußmotor angetrieben, wird, dann wird der
vorn Regler beeinflußte, langsam oder schneller laufende Motor eine Verdrehung des
Planetenrades in (lein einen oder anderen Drehsinn zur Folge haben, womit dann Ventile
oder andere Einrichtungen automatisch geöffnet und geschlossen werden können. Um
den damit bewirkten Weg zu begrenzen, kann die Betätigung desWendegetriebes in Abhängigkeit
von der Größe der Bürstenverstellung am Regler gestellt werden. Zu diesem Zwecke
werden die Bürsten b.-bi am Regler wieder in ihre Anfangslage zurückgeführt, so
daß beide Teile des Planetengetriebes gleiche Tourenzahlen haben und die Welle,
auf welcher (las dritte Planetenrad sitzt, zur Ruhe kommt. Die Rückführung der .
Bürsten hl- bi kann durch Ändern eines in den Stromkreis der Wirbelstroinbremse
geschalteten Vorschaltwidcrstandes erfolgen oder durch Ändern der Spannung an der
Feder f mittels der Schnecke s (Abb. 4. und z5). Das beschriebene Umkehr-oder Wendegetriebe
ist als Beispiel angeführt, es können auch beliebig andere Einrichtungen betätigt
«'erden, sofern sie auf Geschwindigkeitsänderung an einem \ehenschlußmotor oller
auf stärkeren oder schwächeren niagiietischen Zug reagieren.
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Eine Erweiterung dieser Einrichtung stellt die Abb. 15 dar. Eine Wirbelstroinbrenise
t: erhält auf beiden Seiten einen Kollektor als Kontaktbahn mit den Widerständen
r und die Bürsten b-b und b,-b, aufgesetzt. Die Kontaktbalin 0_1 dient zur Nebenschlußregulierung
der Dvnanjo, während die zweite Reglergarnitur zur Betätigung eines Wendegetriebes
dient. Die Rückführung des Reglerorgans in seine Anfangslage erfolgt in diesein
Falle durch \ acliprüfung der sonst ruhenden Bürsten b-b zu den Bürsten b,-b,.
Zu
diesem Zwecke sind die Bürsten b-b an einem Zahnrad Z befestigt, welches
zentrisch tun den Kollektor O beweglich angeordnet und mit der Schnecke c verdrehbar
ist. Die Schnecke c für die Nachführung als auch die Schnecke s im vorigen Beispiel
werden mit dein Wende-(retricbe oder Elektroniagnetcn oder finit dein den Kraftzufluß
regelnden Organ z\\'anl;lätlflg verbunden.
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Statt der Betätigung des .Wendegetriebes finit einem \Tel)ensclilti13niotor
kann (lies auch finit einem Repulsionsmotor erfolgen. Die Beeinflussung durch (len
Regler erfolgt dabei
nicht durch Widerstandvorschaltung oder -abschaltung,
sondern die Welle B des Reglers trägt ein Zahnrad 1'd (Abb. 4) oder einen Hebel,
welcher die Bürsten des Repulsionsinotors auf Schnell- oder Langsamlauf oder auch
auf Unihehr der Drehrichtung einstellt. Die Nachführung muß auch in diesem Falle
auf den Regler zwangläufig einwirken.