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Elektrische Zugbeleuchtung Bei elektrischen Bahnen wird die Zugbeleuchtung
in der Regel so ausgeführt, daß die Beleuchtungslampen in geeigneter Schaltung unmittelbar
von der Fahrdrahtspannung - allenfalls unter Vorschaltung von Ballastwiderständen
- gespeist werden. Da jedoch einerseits beim Bahnbetrieb stärkere Spannungsschwankungen
nicht zu vermeiden sind, andererseits elektrische Beleuchtungslampen im allgemeinen
gegen solche sehr empfindlich sind, ergibt sich meist die Notwendigkeit, vor die
Lampen einen geeigneten Regler zu schalten, der die Spannung an den Lampen möglichst
konstant hält. Derartige Regler sind bereits bekannt. Bei dem Pintsch-Regler z.
B. wird zur Regelung der Umstand benutzt, daß eine aus Kohleplatten bestehende Säule
einen je nach dem Druck, der auf ihr lastet, veränderlichen Widerstand hat. Wird
der Druck in geeigneter Weise von einer Elektromagnetwicklung gesteuert, die ihrerseits
an der zu regelnden Spannung liegt, so läßt sich verhältnismäßig einfach eine Konstanthaltung
der Spannung in gewissen Grenzen ermöglichen. Auch sind Eisenwasserstoffwiderstände
für derartige Regelungszwecke vorgeschlagen worden; diese Widerstände bestehen bekanntlich
aus einem in einer Wasserstoffatmosphäre ausgespannten, im Betrieb auf schwacher
Rotglut befindlichen Eisendraht. Eine derartige Anordnung bewirkt infolge ihrer
besonders geformten Charakteristik in einem bestimmten Spannungsbereich eine annähernde
Konstanthaltung des Stromes.
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Der letzterwähnte Regler ebenso wie der vorerwähnte Pintsch-Regler
und ähnliche mit mechanisch bewegten Teilen arbeitende Regler haben jedoch sämtlich
den Nachteil, daß sie wegen ihrer Trägheit auf schnelle Spannungsänderungen nicht
ansprechen. Solche schnellen Spannungsänderungen treten aber gerade im Bahnbetriebe
häufig auf, z. B. beim Abschalten der Motoren des eigenen Zuges oder fremder, auf
der gleichen Strecke fahrender Züge, oder besonders dann, wenn beim Überfahren von
Trennstrecken, d. h. Unterbrechungsstellen der Stromzuführungsleitung, die Spannung
für kurze Zeit plötzlich verschwindet und ebenso plötzlich wiederkehrt. Bei derartigen
Spannungsstößen versagen die bisher bekannten Regler, d. h. den in dem zu regelnden
Stromkreis liegenden Lampen werden die Spannungsstöße fast unvermindert weitergegeben,
was zu einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer der Beleuchtungslampen führt.
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Die Eisenwasserstoffwiderstände haben darüber hinaus noch den Nachteil
einer verhältnismäßig geringen Lebensdauer, insbesondere bei den starken Erschütterungen,
denen sie im Bahnbetrieb ausgesetzt sind.
Erfindungsgemäß wurde
festgestellt, daß man zu einer trägheitslosen, augenblicklich ansprechenden Spannungsregelung
der zur Beleuchtung verwendeten- Lampen gelangt, wenn mit den zu speisenden Lampen
eine Elektronenröhre in Reihe geschaltet wird. Die Konstanthaltung der Spannung
erfolgt dabei auf dem Wege über die Konstanthaltung des Stromes, im vorliegenden
Falle also des Emissionsstromes der Elektronenröhre. An sich ist die Eigenschaft
von Elektronenröhren, nur für einen bestimmten, begrenzten Strom (den sogenannten
Sättigungsstrom) durchlässig zu sein, bekannt. Jedoch hat man bisher, da man die
Belastbarkeit von Elektronenröhren durch starke Spannungsschwankungen bei größeren
Leistungen nicht erkannte, nur dann davon Gebrauch gemacht, wenn es sich um verhältnismäßig
geringe Beanspruchungen handelte. So hat man beispielsweise schon bei Rundfunkgeräten
vorgeschlagen, durch Einschaltung von Elektronenröhren in die Heizstromkreise anderer
Elektronenröhren die Temperatur der Glühkathoden der letzteren konstant zu halten.
Hierbei handelt es sich aber auch nur um ganz geringe Leistungen, zu deren Bewältigung
die normalen, in der Funktechnik gebräuchlichen Empfangsröhren ausreichen.
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Die Erfindung beruht nun in der Erkenntnis, daß Elektronenröhren sehr
wohl die bei Zugbeleuchtungen auftretenden, besonders großen Spannungsschwankungen
aufzunehmen vermögen, ohne ihre Regelfähigkeit zu verlieren oder vorzeitig zerstört
zu werden, und daß gerade durch die Verwendung von mit den Beleuchtungslampen der
Zugbeleuchtung in Reihe geschalteten Elektronenröhren der Betrieb der Zugbeleuchtungsanlage
wesentlich vereinfacht und verbessert wird. Gegenüber allen Reglern, die mit bewegten
Teilen arbeiten, wird der Vorteil einer vollkommenen Trägheitslosigkeit und einer
großen Einfachheit des Aufbaues erzielt. Der gleiche Vorteil der Trägheitslosigkeit
besteht auch gegenüber den Eisenwasserstoffwiderständen. Weitere Verbesserungen
diesen letzteren gegenüber bestehen in' der größeren Lebensdauer und auch dem größeren
Regelbereich. Während beispielsweise Eisenwasserstoffwiderstände, die für eine mittlere
Spannung von i5o Volt bei einer gegebenen Stromstärke gebaut sind, in einem, Bereich
vön etwa ioo bis aoo Volt annähernd konstante Stromstärke halten, ist eine Elektronenröhre
in der Lage, diese Grenzen nach oben hin .weit zu überschreiten.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn als Elektronenröhre eine Drei-Elektrodenröhre
benutzt wird, deren Kathode an die gleiche Gleichstromquelle wie die zu speisenden
Lampen angeschlossen ist und deren Steuergitter mittels eines im Heizstromkreis
liegenden Widerstandes eine negative Spannung erhält. Au sich sind Drei-Elektrodenröhren,
sogenannte Gitterröhren, bekannt, jedoch wurde bisher nicht erkannt, daß sie in
der Verwendung als Regler für Zugbeleuchtungen den bisher bekannten Reglern überlegen
sind.
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Ein Schaltungsschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung
ist in Abb. i dargestellt. In dieser Abbildung bedeutet i den Fahrdraht; z bis 6
sind die elektrischen Beleuchtungslampen, die, wie es in der Praxis meist der Fall
ist und wie es sich ja im übrigen bei den hohen, für Bahnbetrieb benutzten Spannungen
von selbst versteht, in Reihe geschaltet sind. 7 ist eins der Räder, durch das auf
dem üblichen Wege der Strom über das Gleis zur Stromquelle zurückgeführt wird. In
Reihe mit den Beleuchtungslampen 2 bis 6 .liegt die Elektronenröhre 8, die eine
Glühkathode 9 und eine Anode io enthält. Bei der dargestellten Schaltung ist angenommen,
daß die Fahrschiene i den negativen Pol und die geerdete Gleisanlage den positiven
Pol der Betriebsspannung darstellt. Ist die Polung der Bahnanlage entgegengesetzt,
so ist die Elektronenröhre in umgekehrter Richtung in den Stromkreis einzuschalten.
Die Glühkathode 9 wird von einer besonderen Stromquelle i i, beispielsweise einer
Akkumulatorenbatterie, gespeist. Die Einstellung des gewünschten Heizstromes erfolgt
durch den Widerstand 12, und zwar so, daß der erzeugte Elektronenstrom gleich dem
Betriebsstrom der Beleuchtungslampen ist, und daß ferner der Sättigungszustand des
Elektronenstromes sich einstellt. Das Fließen einer höheren Stromstärke als dieser
einmal eingestellten Sättigungsstromstärke ist damit in dem Stromkreise praktisch
urimöglich geworden, so daß bei beliebiger Spannungserhöhung am Fahrdraht i praktisch
keine Spannungserhöhung an den Lampen 2 bis 6 auftreten kann.
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Eine ganz geringe Wirkung in dieser Richtung bleibt allerdings noch
übrig, die darauf zurückzuführen ist, daß -mit zunehmender Spannung an der Elektronenröhre
8 die Temperatur der Anode durch die Erhöhung der Elektronengeschwindigkeit etwas
steigt und mit ihr auch die Temperatur der Glühkathode und dementsprechend die Emission.
Doch ist diese Wirkung sehr gering. Beispielsweise beträgt sie bei geeigneter Röhrenbemessung
bei einer Spannungsänderung des Fahrdrahtes von 5o °1o an den Lampen nur noch 5
°/o. Für schnelle Änderungen ist diese übrigbleibende Spannungserhöhung noch geringer.
Für den Fall des gänzlichen Ausbleibens der Fahrdrahtspannung beim Überfahren von
Trennstellen
ist die Wirkung vollkommen, da die Röhre beim Wiedereinschalten
der Spannung Zeit zur Abkühlung gehabt hat und dementsprechend im ersten Augenblick
eine etwas geringere Emission vorhanden ist als im normalen Betriebszustand.
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Die besondere Stromquelle i i läßt sich ersparen, wenn die vorhandene
Spannung auch zur Heizung der Glühkathode benutzt wird. Da jedoch in diesem Falle
die Änderungen der Fahrdrahtspannung naturgemäß auch Änderungen des Heizstromes
zur Folge haben und mit den Änderungen des Heizstromes der Elektronenstrom sehr
stark schwankt, ist es nicht möglich, eine einfache zweielektrodige Elektronenröhre,
wie in Abb. i dargestellt, zu verwenden. Eine Lösung wird jedoch erfindungsgemäß
ermöglicht durch Zuhilfenahme einer Elektronenröhre mit drei Elektroden, Kathode,
Anode und Gitter, bei Ausnutzung der Steuerwirkung des Gitters.
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Eine diesem Gedankengang entsprechende Schaltung ist in Abb.2 dargestellt.
Es bedeutet wiederum i den Fahrdraht, 2 bis 6 in Reihe geschaltete Beleuchtungslampen
und 7 eines der Räder des Schienenfahrzeuges, das die Verbindung zur Erde herstellt.
8 ist die Drei-Elektrodenröhre mit Kathode 9, .Anode io und Gitter ii.
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Die Heizung erfolgt in diesem Falle von der Betriebsspannung, wobei
durch Widerstände 12 und 13 für die Einstellung der richtigen Stromstärke gesorgt
ist. Der nicht mit der Kathode verbundene Endpunkt des Widerstandes 12 ist an das
Gitter der Elektronenröhre gelegt. Bei Berücksichtigung des bei Erläuterung der
Abb. i über die Polung Gesagten erhält dann das Gitter eine negative Spannung, deren
Größe durch den Spannungsabfall längs des Widerstandes r2 gegeben und so bemessen
ist, daß man an einer Stelle mit geeigneter Steilheit der Charakteristik arbeitet.
Der Vorgang bei einer Änderung der Fahrdrahtspannung ist dabei folg r e nder: Steigt
die Fahrdrahtspannung etwas an, so steigt damit auch der Heizstrom der Glühkathode,
außerdem aber der Spannungsabfall an dem Widerstand r2. Der Zunahme der Elektronenemission
steht also eine Zunahme der negativen Gitterspannung entgegen. Bei richtiger Wahl
der Elektronenröhre läßt es sich erreichen, daß beide Wirkungen sich gerade aufheben,
so daß in den mit der Röhre in Reihe liegenden Lampen 2 bis 6 die Stromstärke unverändert
bleibt.
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Bei einer Verminderung der Fahrdrahtspannung würden sich die Vorgänge
in umgekehrter Richtung abspielen.