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Ladevorrichtung für eine Sammlerbatterie von geringer Spannung, die
sich auf einem elektrisch betriebenen Gleisfahrzeug befindet. Vorliegende Erfindung
bezieht sich auf die Ladung von Sammlerbatterien und insbesondere auf die Ladung
solcher Batterien, wie sie bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen für Hilfszwecke,
z. B. zur Lieferung der Energie für Notlicht oder Signallichter, oder zur Regelung
des Betriebes solcher Fahrzeuge benutzt werden: Es wurde bereits vorgeschlagen,
eine Akkumulatorenbatterie dadurch zu laden, daß man sie mit einem Motor hintereinanderschaltet,
so daß, wenn der Motor läuft, die Batterie einen Ladestrom erhält. Bei einer solchen
Anordnung hängt jedoch die Aufladung der Batterie einzig und allein von der Tätigkeit
des Motors ab, und es besteht die Möglichkeit, daß bei langen Ruhepausen des Motors
die Batterie vollständig entladen wird, wodurch sie nicht mehr imstande ist, die
von ihr gespeisten Apparate mit Strom zu versehen. Aber gerade in solchen Fällen,
wo die Batterie solche Apparate, wie z. B. die Steuerstrcmkreise oder Signallampen,
zu versorgen ha-, ist es von außerordentlicher Wichtigkeit, daß sie in ständiger
Bereitschaft gehalten wird, d. h. niemals ganz entladen ist. Die bisher vorgeschlagenen
Anordnungen sehen eine solche Möglichkeit weder vor, noch verhüten sie eine Überladung
der Batterie bzw. eine zu große Ladestromstärke. Einer der Erfindungsgegenstände
besteht darin, eine in ihrer Wirkung zuverlässige Anordnung zu treffen, um die Sammlerbatterie
im gewünschten Ladezustand zu erhalten und um die Batterie aus der .eine verhältnismäßig
ho-e Spannung besitzenden Stromquelle oder aus der Netzleitung in einer Weise mit
Strom zu versehen, daß die Ladung sowohl unter guter Energieausnutzung als auch
in unbedingt zuverlässiger Weise erfolgt. Ein weiterer Erfindungszweck besteht darin,
die Sammlerbatterie m einem geeigneten Ladezustand zu erhalten, unabhängig von den
in mannigfacher Weise veränderlichen Bedingungen der Fortbewegung oder der Ruhe
des Fahrzeuges oder der Fahrzeuge, wie sie im Betriebe auftreten. Des weiteren bezweckt
die Erfindung, die Batterie sowohl gegen Überladung als auch gegen nachteilige übermäßige
Entladung zu schützen, als auch dagegen, daß ihr für die Ladung nicht geeigneter
oder dafür nicht bestimmter Strom zugeführt wird. Dabei soll die der Erfindung entsprechende
Einrichtung so beschaffen sein, daß sie auch unter den wechselvollen Bedingungen
eines rücksichtslosen Betriebes zuverlässig selbsttätig wirkt.
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Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
schematisch veranschaulicht.
Einleitend muß bemerkt werden, daß
elektrisch betriebene Fahrzeuge, welche die für ihren Antrieb erforderliche elektrische
Energie einer Netzleitung, z. B. einer Oberleitung. oder einer besonderen Leitungsschiene,
entnehmen, mit einer Sammlerbatterie ausgerüstet zu sein pflegen, welche gewöhnlich
eine wesentlich geringere Spannung besitzt als diejenige der Kraftleitung zur Lieferung
der Antriebsenergie, wobei die Sammlerbatterie für verschiedene Hilfszwecke dient.
Diese Sammlerbatterie kann z. B. Strom für einen Notbeleuchtungsstromkreis liefern
sowie für die der Betriebsüberwachung, sei es der @einmken Wagen, sei es eines ganzen
Zuges, dienenden Stromkreise, und auch, was besonders wünschenswert ist, die Energie
für die Signallichter des Zuges. Diese Einrichtungen werden auf diese Weise in ihrer
Wirkung unabhängig von einem möglichen Versagen der Kraftleitung; indem sie aber
von der Sammlerbatterie abhängig gemacht werden, ist es von großer praktischer Bedeutung,
nicht nur die geeignete Ladung der Batterie sicherzustellen, sondern auch die Aufrechterhaltung
eines geeigneten und gewünschten Ladezustandes. Einer der leitenden Gesichtspunkte
der Erfindung besteht daher darin, eine Anordnung zu treffen, durch welche die Sammlerbatterie
sicher gegen Überladung oder zu weit gehende Entladung geschützt ist und durch welche
sie z. B. auf zuverlässige Weise in einem guten betriebsfähigen Zustände @erhalten
wird.
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Die auf einem Fahrzeug oder an den Wagen eines Zuges für die oben
angegebenen Zwecke angeordnete Sammlerbatterie kann eine Batterie von verhältnismäßig
niedriger Spannung- sein, und sie besteht vorzugsweisse auch aus solch einer Batterie.
Die Batterie kann beispielsweise 16 Zellen enthalten, in welchem Falle die mittlere
Spannung des Ladestromes etwa bei 40 Volt liegen sollte. Die Spannung der die Energie
für den Antrieb liefernden Leitung pflegt dagegen verhältnismäßig hoch zu sein und
kann z. B. 6oo Volt betragen. Demgemäß besteht ein Erfindungszweck in der Schaffung
einer Anordnung, welche die oben angegebenen Wirkungen zu erreichen gestattet, ohne
daß die Betriebsökonomie preisgegieben wird, d. h. ohne daß große Energieverluste
bei der Benutzung der Hochspannungsstromqu:elle zum Laden der Batterie von verhältnismäßig
niedriger Spannung - eintreten.
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Nach dieser allgemeinen 'Vorbemerkung mag auf die Beschreibung der
in der Zeichnung dargestellten Anlage gemäß der Erfindung im besonderen eingegangen
werden. Die Batterie, um deren zweckentsprechende -adung und Verwendung
-es sich bei der Erfindung handelt, ist mit io bezeichnet. Dieselbe ist,
wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, mit der Kraftleitung durch eine Umforinervorrichtung,
vorzugsweise in der Form des Motors i i, verbunden, wie er für gewöhnlich auf jedem
Fahrzeug vorgesehen ist, um einen Kompressor zu betreiben, durch den Druckluft,
z. B. für den Betrieb der Bremse, geliefert wird. Der Stromkreis der Batterie i
o und des Motors i i kann die Kraftleitung i,-;- enthalten, mit welcher eine Seite
der Kraftstromquelle verbunden ist, sowie einen geeigneten Stromabnehmer, wie ein
solcher in Form einer Rolle bei 13 angedeutet ist, einen Stromleiter 14., einen
durch Druck betätigten Schalter 15, einen Stromleiter 16, einen selbsttätigen Schalter
17, einen Stromleiter 18, die Batterie i o, einen Leiter 19 und schließlich einen
Erdanschluß, wie er bei 2o angedeutet ist. Das andere Ende der Kraftleitung ist
dabei, wie üblich, .ebenfalls an Erde gelegt.
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Der durch Druck gesteuerte Schalter 15 enthält nach der nur schematischen
Darstellung der Zeichnung einen Kontaktarm 21, an den eine Feder 22 angreift, welche
bestrebt ist, den Arm 21 in der Schließstellung zu halten. Zu diesem Schalter gehört
ferner ein Kolben 23, der in einem Zylinder 24 arbeitet, welch letzterer durch ein
Rohr z5 mit Druckluft versorgt wird, wobei das Rohr 25 zu dem üblichen Druckluftbehälter
führt, in den die Motordruckpumpen Luft hineinpumpen. Der Schalterarm z 1 wird auf
diese Weise geschlossen, sobald der Luftdruck bis zu einem gewissen Punkt gesunken
ist, wodurch der Kompressormotor i i wieder in Betrieb gesetzt wird, damit er den
Druokluftvorrat ergänzt und die Spannung auf den gewünschten oder normalen Wert
bringt. Der Schalter 15 wird auf diese Weise unterbrechungsweise betätigt, und der
Stromkreis des Motors i i, in dem die Sammelbatterie io liegt, wird gleichfalls
unterbrechungsweise geschlossen, so daß die Batterie i o Ladestrom während der Zeiträume
empfängt, während deren sich der Motor i i in Betrieb befindet. Die erforderliche
Herabsetzung der verhältnismäßig hohen Spannung der Kraftleitung auf die Spannung,
welche zum Laden der Batterie io geeignet ist, wird hierbei durch den Spannungsabfall
erreicht, der sich aus dem Betriebe des Motors 1 i ergibt. Der Motor, welcher übrigens
irgendeine geeignete Konstruktion besitzen kann und welcher unter wesentlich gleichförmiger
Belastung arbeitet, entnimmt dabei aus der Stromquelle einen im wesentlichen konstanten
Strom. Dieser im wesentlichen konstante Strom kann einem zweckmäßigen Ladestrom
für die Batterie entsprechen, und die letztere wird auf diese Weise zuverlässig
gegen
hohen Ladestrom ge- i schützt.
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Das Fahrzeug, auf dem die Vorrichtung installiert ist, ist mit einem
Paar Leitern 45, 46 ' versehen, welche die Zugleitung bilden und in irgendeiner
Weise darauf eingerichtet sind, mit dem Zugleiter eines benachbarten Wagens verbunden
zu werden. In diesem Sinne sind bei 45a und 46a die Zugleiter eines benachbarten
Wagens schematisch angedeutet, an welchen eine Batterie i oa, die in dem be- ' nachharten
Wagen untergebracht ist, angeschlossen ist. Die Pole der Batterie io sind mit den
Zugleitern 45, 46 verbunden, so daß die an diese Zugleiter angeschlossenen Vorrichtungen
mit elektrischer Energie gespeist werden. Die Verbindung des Zugleiters ,16 , mit
einem Pol der Batterie io erfolgt durch den Leiter ,17 und die Verbindung des Zugleiters
.15 mit dem anderen Pol der Batterie durch den Leiter 48, die Spule .19 des Sclalters
5o, das Brückenstück 51 dieses Schalters und einen Leiter 52. Der Schalter 5o ist
für ewöhnlich geschlossen, und auf seinen kern 5,; wirkt zusätzlich zur Spule 49
eine Spule @4, welche im Nebenschluß zur Batterie liegt, mit deren Pol sie durch
die Leiter 55 und 56 verbunden ist. Die Spule 54 ist nur so stark, daß, wenn sie
durch den Strom der Batterie i o erregt wird, sie dann für sich allein den herr_
5 ; mit dem Brückenstück 51 des Schalters _co nicht anzuheben vermag. Der von der
Batterie zur Zugleitung 45, 46 gehende Strom fließt durch die Spule 49 des Schalters
5o. welche Spule so gewickelt ist, daß Entladestrom aus der Batterie io der Wirkung
der Spule 54 entgegenwirkt und somit diese Spule schwächt. Sobald die Batterie i
o jedoch Strom aus der Zugleitung 45# -16 empfängt, wird der Strom in, der Spule
49 umgekehrt, und die Spule 49 unterstützt die Spule 54 in ihrer Wirkung, so daß
dann beide Spulen den Kern 53 anzuheben suchen und den Schulter 5o öffnen. Eine
Spule 57 liegt im Nebenschluß zu den Kontakten des Schalters 5o und wird erregt,
sobald das Brückenstück 5 1 hochgehoben wird und den Schalter öff- j "et. Diese
Spule 57 ist so gewickelt, daß sie I die Spule 54 in ihrer auf Offenhaltung des
Schalters gerichteten Wirkung unterstützt, und der Schalter wird demzufolge so lange
offengehalten, als die Spannung zwischen den Stromleitern 45,.4() über der Spannung
der Batterie io liegt.
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Auf diese Weise wird die Batterie dagegen geschützt, Ladestrom, sei
es voll der Batterie eines benachbarten Wagens, der mit der Wagenleitung verbunden
ist, sei es von dem Ladestromkreis einer solchen Batterie; zu erliaJten. Es wird
so eine unkontrollierte Ladung der Batterie i o sowohl verhütet wie eine unerwünschte
gegenseitige Beeinflussung zwischen den Batterien verschiedener 'Wagen, die an die
gleiche 'Wagenleitung angeschlossen sind. Eine derartige gegenseitige Beeinflussung
von Batterien verschiedener Wagen kann besonders leicht eintreten, wo die Batteriedes
einen Wagens, wie z. B. die Batterie io, eine Bleibatterie ist und die Batterie
eines anderen Wagens eine Edison-Batterie, da die letztere eine wesentlich höhere
Ladespannung verlangt als die für eine Bleibatterie charakteristische.
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Von den durch die Zugleitung 45, 46 zu speisenden Apparaten sind die
Signallichter auf der Zeichnung bei 58 schematisch angedeutet. Solange der Wagen
oder der Zug in Bewegung ist oder sich in einem Betriebszustande befindet, welcher
eine hinreichend häufige Inbetriebsetzung des Kompressormotors i i verlangt, um
der Batterie ioLadestrom zuzuführen, wird diese in einem gewünschten Ladezustande
erhalten werden, wie dies oben erläutert ist. Um jedoch die Batterie i o in einem
ordnungsgemäßen Ladezustande zu erhalten, und besonders, um die Stromzufuhr zu dem
Signallicht sicherzustellen, wenn die Art des Betriebes geändert wird, etwa in der
Weise, daß der Motor i i zu selten betätigt wird, oder wenn der Wagen oder der Zug
während eines verhältnismäßig langen Zeitraumes stehenblei.bt, in welchem Falle
der Motor i i ebenfalls stillsteht, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden,
um der Batterie io Ladestrom zuzuführen. Wenn der Motor i i stillsteht und demgemäß
der Schalter a i geöffnet ist, dann ist auch, wie oben erwähnt, der Schalter 17
offen. Es gibt jedoch nach eine andere Stromverbindung, über welche die Ladung der
Batterie io von der Kraftleitung aus vor sich 1.ehen kann. In dieser Stromverbindung
liegt der 'Widerstand 59, der mit seinem einen Ende mit dem Stromleiter 1 4. verbunden
ist, der Anschluß an den Stromabnehmer 13 besitzt, während .das andere Ende des
Widerstandes 59 an eine Spule 6o eines selbsttätigen Schalters 61 mit Brückenstück
62 angeschlossen ist, von dem der Stromweg weiter über den Leiter 63 zur
Spule 64 des Schalters 38 und von dort zum Leiter 65 und über den Leiter 18 nach
der einen Seite der Batterie und von dieser über den Leiter ig zur Erde bei 2o führt.
Dem Widerstand 59 kann eine solche Größe gegeben werden, daß der Strom in diesem
Ladestromkreise auf einer Höhe gehalten werden kann, welche dem gewünschten Ladestrom
für die Batterie io entspricht. Vorzugsweise wird der Widerstand 59 jedoch so bemessen,
daß in diesem Ladestromkreis° ein Strom zu fließen vermag, der hinreichend ist,
um einen schwachen Ladestrom durch die Batterie zu schicken und außerdem- die Apparate
zu
speisen, welche mit dein Zugleiter, 45, 46 verbunden sind, wie z. B. die Signallampen
58.
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Dieser Ladestrom kann durch das Brückenstück 62 des Schalters 61 geschlossen
werden.
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Die Kontaktschließung durch das Brückenstück 6ä wird durch eine Spule
66 herbeigeführt, welche den mit dem Brückenstück 62 verbundenen Kern 67 umschließt.
Der durch die Spule 66 fließende Strom wird durch den Schalter 38 überwacht. Dieser
enthält einen Kern 68, der mechanisch mit dem Stromschließen 69 verbunden ist, der
bei 7o drehbargelagert ist und auf den eine Feder 71 in der Weise wirkt, daß sie
den Stromschließer 69 in Berührung mit dem festen- Kontakt 72 zit bringen sucht.
Der Stromkreis der Spule 66 des Schalters 61 enthält den. Kontakt 7 2 sowie das
Kontaktstück 69, und bei Schließung des Schalters 38 wird die Spule 66 an einen
Nebenschluß zur Batterie io gelegt und demgemäß erregt. Dieser die Spule 66 enthaltende
Nebenschluß zur Batterie wird in folgender Weise gebildet: Leiter i8 in Verbindung
mit dem einen Pol der Batterie, Leiter 65, Leiter 73, Spule 66, Leiter 74, StrOmschließer
69, Kontakt 7 2, Leiter 74, Leiter 56 und durch diesen zum anderen Pol der Batterie
i o.
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Auf dem Kern 68 des Schalters 38 sitzt eine Spule 7 5, welche unmittelbar,
z. B. durch Stromleiter 76 und 77, 56, an die Pole der Batterie io angeschlossen
ist. Diese Spule steht daher unter dem Einfluß der Batteriespannung; und sie ist
so berechnet, daß sie, solange die Batterie in merklichem Umfange geladen ist, den
Schalter 38 an der Kontaktstelle 69, 72 entgegen der Wirkung der Feder 71 offenhält.
Wenn die Entladung der Batterie io fortschreitet, wie z. B. infolge Speisung der
Signallampen 58 und infolge Ausbleibens der Schließung .des ersterwähnten Ladestromkreises
über den Schaltier 15, dann wird schließlich, wenn die Batterie sich dem Zustande
völliger Entladung nähert, so daß bei weiterer Entladung eine Schädigung der Batterie
eintreten würde, die Kraft der Feder 71 stärker als die Gegenwirkung der Spule
75, und der Stromkreis der Spule 66 des Schalters 61 wird an der Kontaktstelle
69, 72 gescblossen. Der Schalter 61 wird .dann sofort ebenfalls geschlossen, und
die Streunzufuhr sowohl zur Batterie als auch zur Zugleitung nimmt ihren Fortgang.
Der Stromfluß durch diesen Ladestromkreis und durch die Spule 64 des Schalters 38
hat zur Folge, daß die jetzt erregte Spule 64 der Spule 75 entgegenwirkt und die
Gegenwirkung gegen die Feder-71 schwächt, so daß der Stromkreis durch die Spule
66 sicher geschlossen gehalten wird. Wenn die sich hieraus ergebende Ladung der
Batterie i o hinreichend lange Zeit anhält, um eine volle Ladung der Batterie herbeizuführen,
darmerhöht der damit verbundene Anstieg der Spannung der Batterie, bescnders bei
Beendigung der Ladung, die Stärke der Spule 75 in hinreichendem Maße, um die Gegenwirkung
der Spule 64 und der Feder 71 zu übertreffen, so daß der Stromkreis der Spule 66
an der Kontaktstelle 69, 72 geöffnet wird. Damit wird auch der Ladestromkreis am
Schalter 61 unterbrochen. Auf diese Weise ist die Batterie wirksam gegen Überladung
geschützt. Eine Spüle 6o erzeugt vorzugsweise im Ladestromkreise einen magnetischen
Kraftlinienfluß oder ein magnetisches Feld zwischen den Kontakten des Schalters
61, um schädliche Funkenbildung bei der Öffnung der Kontakte zu verhindern.
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Wenn, während der:obenerwähnte Ladestromkreis geschlossen ist, der
Kompressormot3r i i in Betrieb gesetzt werden sollte, wie @es durch den selbsttätigen
Schalter 15 geschehen kann, wodurch der ursprüngliche Ladestromkreis geschlossen
wird, dann wird die Spannung, welche sich beim Stromdurchgang durch das Widerstandssystem
26, 27, wie oben erläutert, einstellt, eine Erregung der Hubspule 32 des Schalters
17 herbeiführen, daneben aber auch die Spule 37 des Schalters 38 erregen, welche
beiden Spulen vorzugsweise in Reihe zueinander und im Nebenschluß zu dem Widerstandssystem
26, 27 liegen. D.er sich ergebende Stromfluß durch die Spule 37 des Schalters 38
(vorausgesetzt, daß der Schalter 38 geschlossen ist) wird durch geeignete Bemessung
der Spulen um den Kern 68 dazu nutzbar :gemacht, die Wirkung der Spule 7 5 zu unterstützen
und eine Öffnung des Schalters 38 und damit des Stromkreises der Spule 66 des Schalters
61 herbeizuführen, wodurch wiederum der Ladestrom, der zu dieser Zeit durch den
Schalter 61 geht, unterbrochen wird.
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In der Abbildung sind noch einige weitere Vorrichtungen bzw. Schaltungen
angegeben, die in nachstehendem kurz erläutert werden sollen.
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Erfolgt die Ladung der Batterie i o mittels des Motorstromes 14, 11,
16, so ist für diesen eine Verzweigung vorgesehen. In dem einen Stromzweig 18, 44,
34 18, 1o, 19, 20 liegt die Batterie io sowie ein automatischer Relaisschalter 17,
dessen Anker und Kontaktstück 33, 34 von der Spannungsspule 32 überwacht wird, die
über die Leitungen 35 bzw. 36, 37> 39 parallel zur Stromverzweigung liegt. Im anderen
Stromzweig 26, 27, 19, 2o befindet sich ein fester Widerstand i6 sowie ein veränderlicher
Widerstand 27, letzterer in Form einer
Kohlensäule, welche die ebenfalls
parallel zur Stromverzweigung liegende Spannungsspule 4.o durch Beeinflussung des
Ankers q.1 und des mit diesem verbundenen zweiarmigen, gefederten Hebels 2ä, 29,
30, 3i überwacht.
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Man erkennt aus dem Vorstehenden, daß die Anordnung gemäß der Erfindung
gestattet, eine Sammlerbatterie in geladenem Zustande zu erhalten, so daß sie unter
den wechselnder Betriebsbedingungen des Fahrzeuges oder Zuges zuverlässig zu wirken
vermag und um sie gegen Ladung aus unerwünschten oder unkontrollierbaren Quellen
zu schützen. Man erkennt weiter, daß die Anordnung zugleich in ihrer Wirkung vollkommen
selbsttätig ist und sich den wechselnden Bedingungen in zuverlässiger Weise anpaßt.
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Es mag noch besonders bemerkt werden, daß die im Anschluß an die Zeichnung
gegebene Erläuterung der Erfindung nur eine Ausführungsform derselben betrifft,
welche mannigfache Abänderungen zuläßt.