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Elektrischer Regler, bei welchem ein Kohlewiderstand durch zwei Magnetspulen
beeinflußt wird Es ist bekannt, die Regelung elektrischer Stromkreise mit sogenannten
Kohlereglern vorzunehmen, welche aus einer aus Kohlescheiben aufgeschichteten Säule
bestehen, deren Widerstand sich mit dem auf die Säule ausgeübten Drucke stark ändert.
Es ist ferner bekannt, die Veränderung des Druckes durch einen Magneten bewerkstelligen
zu lassen, dessen Erregung von der durch die Kohlesäule zu regelnden Größe abhängig
gemacht wird. Dabei ergibt sich nun, daß die unmittelbareBeeinflussung derKohlesäule
durch den Druck eines vom Magneten angezogenen Ankers nicht möglich ist, was sich
am besten an einem Beispiel klarmachen läßt. Soll z. B. die Spannung in einem Stromkreis
konstant bleiben, so muß bei steigender Spannung der Widerstand erhöht werden. Steigende
Spannung an der Magnetwicklung hat aber zur Folge, daß die Zugkraft des Magneten
steigt und damit auch der Druck auf die Kohlesäule, so daß deren Widerstand sinkt,
während er im Gegenteil infolge der höheren Spannung steigen müßte.
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Bei bekannten Einrichtungen hat man sich nun in der Weise geholfen,
daß man die Kohlesäule durch eine Feder oder ein Gewicht zusammengedrückt hat und
durch den Magneten den Druck vermindern ließ. Diese Ausführung ist aber verhältnismäßig
kompliziert.
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Es sind auch als Solenoide ausgebildete Regler bekanntgeworden, bei
welchen der Kern lediglich durch Magnetkraft auf den Kohlewiderstand drückt; die
Anordnung ist dabei so getroffen, daß bei steigendem Erregerstrom im Magneten der
Druck auf den Kohlewiderstand sinkt und bei fallender Erregung steigt. Das Solenoid
ist mit zwei Wicklungen versehen, die einander entgegengeschaltet sind. Bei einer
der beiden Wicklungen wird dafür gesorgt, daß deren Amperewindungszahl auch bei
Spannungsänderung konstant bleibt, während die zweite Wicklung an der veränderlichen
Spannung unmittelbar angeschlossen ist.
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Nun ist die Regelung der Kohlewiderstände mit Hilfe von Solenoiden
nicht sehr genau. Dies ergibt sich aus der besonderen Charakteristik der Kohlewiderstände,
welche aus den Abb. 3 und q. zu entnehmen ist.
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In Abb. q. ist L min. die Länge der Kohlesäule bei der größten Kraft
.P. und L max. die Länge der Kohlesäule bei der Kraft P - O. Irgendeine zwischen
diesen beiden Werten liegende Länge L, welcher eine bestimmte Kraft P entspricht,
unterscheidet sich von der Länge L min. um das Stück d.
Die Kurve in
Abb. 3 zeigt die Charakteristik der Köhlesäule, wobei die Kraft P, welche auf die
Kohlesäule wirkt, in Abhängigkeit von der Längenzunahme der Kohlesäule d dargestellt
ist (vgl. Abb. q.). Für die maximal wirkende Kraft P. ist dann d -O, während
d
max. dm die größte Längenausdehnung der Kohlesäule bei P - O ist. Ein am
besten ausgenutzter Magnet ist dann naturgemäß ein solcher, bei dem die Kennlinie
(die ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von der Größe des Luftspaltes) mit der entsprechenden
Kennlinie der Kohlesäule (vgl. Abb. 3) möglichst übereinstimmt.
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Die Charakteristik eines Solenoides gleicht sich nun der in Abb.3
dargestellten Kurve keineswegs an. Die entsprechende Kurve, welche die Abhängigkeit
der von dem Solenoid ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der Stellung des Kernes
darstellt, verläuft nämlich sehr flach. Die beiden Kurven, nämlich die Kennlinien
für den Kohlewiderstand und für das Solenoid, schneiden sich in zwei Punkten. Es
ist daher klar, daß bei jeder Stellung, außer in den Schnittpunkten der Kurven,
die Kraft, die das Magnetsystem ausübt, und die vom Kohlewiderstand ausgeübte Kraft
verschieden sind. Es besteht somit bei konstanter Erregung der Magnete kein Gleichgewicht.
Das Gleichgewicht wird hergestellt, wenn die Kraft sich auf einen mittleren Wert
einstellt. Da nun der eine Magnet zwangsläufig konstant erregt ist, muß zur Herstellung
des Gleichgewichts der andere Magnet seine Erregung ändern, d. h. der auf konstanten
Wert zu regelnde Strom kann durch diese Anordnung nicht genau konstant gehalten
werden. Es ergeben sich vielmehr für jede Belastung voneinander verschiedene Regelwerte.-Gegenstand
vorliegender Erfindung ist nun ein Regler, welcher die geschilderten hTachteile
vermeidet. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spulen auf ein einzigen, mit ausgeprägten
Polen ausgerüstetes Magnetsystem wirken. In Abb.6 ist die Kennlinie eines derartigen
Magneten dargestellt, wobei P. wieder die Maximalkraft ist, während d den Luftspalt
darstellt. Diese Kurve kann in dem für die Praxis wesentlichsten Teil mit der Kurve
gemäß Abb. 3 übereinstimmen. Daß sie die d-Achse nicht schneidet, sondern sich ihr
asymptotisch nähert, ist praktisch ohne Bedeutung. Die Angleichung der Kennlinie
dieses Magneten an die des Kohlewiderstandes erklärt sich daraus, daß bei ihm die
Änderung der Ankerlage eine bedeutende Änderung im magnetischen Kreis hervorruft.
Wie aus der Abb. 5 hervorgeht, ist der magnetische Weg durch das Joch und den Anker
sowie durch den Luftspalt d gegeben. Der größte Teil des magnetischen Widerstandes
liegt im Luftspalt. Ändert sich die Lage des Ankers und damit der Luftspalt beispielsweise
um ioo "/o, dann ändert sich auch der magnetische Widerstand und damit die auf den
Anker ausgeübte Kraft in sehr hohem Maße. Daraus ergibt sich die in der Abb. 6 dargestellte,
der Charakteristik des Kohlewiderstandes ähnliche Kurve. Bei der Kraft P, für den
kleinsten Luftspalt, beispielsweise für den Luftspalt Null, ist der magnetische
Widerstand am kleinsten. Sowie nun der Luftspalt vergrößert wird, ändert sich der
magnetische Widerstand sehr rasch, so daß die Kurve ähnlich wie bei der Widerstandssäule
einen hyperbolischen Charakter annimmt, d. h. daß die mit wachsendem magnetischem
Widerstand abfallende Magnetkraft sehr rasch abnimmt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die konstant erregte Wicklung das
Mehrfache an Amperewindungen besitzt, als zur Erregung des Magneten im Gleichgewichtszustand
erforderlich sind. Dieser Überschuß an Amperewindungen muß durch die Spule mit schwankender
Erregung für den gewünschten Regelwert gerade kompensiert werden. Man kann mit der
Schaltung .nach der Erfindung (Abb. i) durch entsprechende Bemessung der Amperewindungszahl
der beiden Wicklungen erreichen, daß geringe Spannungsänderungen bereits sehr große
Druckänderungen in der Kohlesäule hervorrufen.- Ein Zahlenbeispiel mag dies erläutern.
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Die Amperewindungszahl der konstanten Spule sei iooo, die der veränderlichen
Spule bei mittlerer Spannung goo. Der für die Steuerung der Kohlesäule verfügbare
Überschuß beträgt dann ioo Amperewindungen. Ändert sich jetzt die erregende Spannung
um i %, so steigt die Amperewindungszahl der veränderlichen Spule auf gög, während
die wirksame Amperewindungszahl des Systems von ioo auf gi sinkt. Einer Spannungsänderung
um i o/o entspricht also eine Amperewindungsänderung des Systems um g o/o. Dies
entspricht einer Zugkraftänderung von etwa 2o- 1/o.
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Die gleiche Wirkung, jedoch in verstärktem Maße, wird erreicht durch
die Schaltung nach Abb.2, bei welcher ebenfalls in einer Wicklung durch einen veränderlichen
Vorschaltwiderstand die Amperewindungszahl konstant gehalten wird. Die zweite Wicklung
ist aber nicht unmittelbar an die veränderliche Spannung angeschlossen, sondern
parallel zu dem veränderlichen Widerstand.
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Falls die durch die starke Veränderung der Zugkraft des Magneten bei
geringer Spannungsänderung hervorgerufene rasche Bewegung des Ankers unerwünscht
ist, kann man diese dadurch dämpfen, daß man auf den Schenkeln des Magneten oder
auf dem Anker kurzgeschlossene Windungen anbringt.
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In Abb. 5 ist die Bauart eines Magneten gekennzeichnet, durch welche
man eine möglichste Annäherung an die verlangte Kurve
erzielen kann.
Die besondere Bauart besteht darin, daß die Länge des Luftspaltes im Verhältnis
zum aktiven O_uerschnitt des Luftspaltes gering ist. Der Verkürzung der Säule entspricht
dann der Weg des Ankers des steuernden Magneten.
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Eine bestimmte Kohlesäule ist naturgemäß nur für einen bestimmten
Belastungsbereich geeignet. Um die Kohlesäule für einen größeren Belastungsbereich
verwendbar zu machen, wird sie nach der weiteren Erfindung in einer Schaltung verwendet,
bei welcher zwei Hälften der Kohlesäule unter sich parallel geschaltet sind. Dies
geschieht, wie in Abb. 7 dargestellt ist, in der Weise, daß die Enden der Kohlesäule
unter sich durch eine nachgiebige Leitung L verbunden werden, während die Zuleitungen
zur Kohlesäule an zwei Punkten A und E angeschlossen werden, die ein Viertel der
ganzen Länge von den Enden entfernt sind.
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Ein nach der Erfindung gebauter Regler ist in Abb.8 dargestellt. Darin
ist 3 der steuernde Magnet, i die unmittelbar an der zu regelnden Spannung angeschlossene
Wicklung, z die über einen Eisenwiderstand q. angeschlossene Gegenwicklung, 5 der
Anker, welcher um die Achse 6 drehbar ist. Zwecks Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen
ist dieser durch ein Gegengewicht 7 ausbalanciert. Der Anker drückt mittels einer
Stange 8 und einer Mutter g auf die Kohlesäule io, welche, um die Stange 8 hindurchzulassen,
hohl ausgebildet ist. Zwischen dem Magneten 2 und dem Anker 5 sind nichtmagnetische
Zwischenstücke i i angebracht, die eine unmittelbare Berührung der Pole verhindern
sollen, weil in diesem Falle Kräfte auftreten würden, welche nicht mehr zu der erforderlichen
Charakteristik passen. Die Rückbewegung des Ankers 5 wird durch einen verstellbaren
Anschlag 12 begrenzt. Das ganze System ist auf einer gemeinsamen festen Grundplatte
i3 befestigt.