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Selbsttätige Ladevorrichtung für Stromsammler, die durch einen Teilstrom
von Motoren aufgeladen werden Bei Gleichstromfahrzeugen, die mit hohen Fahrdrahtspannungen
betrieben werden, ist es vorteilhaft, die Hilfsstromkreise, wie z. B. für die Beleuchtung,
Signale, Türschließvorrichtungen usw., mit niedrig gespanntem Strom zu speisen.
Hierdurch wird neben anderen Vorteilen erreicht, daß die in diese Stromkreise eingeschalteten
Geräte nur für die geringe Spannung zu isolieren sind und daher leichter und billiger
ausfallen. Wird als Stromquelle für den niedrig gespannten Strom eine Sammlerbatterie
verwendet, so bereitet es Schwierigkeiten, diese auf einer bestimmten vorgeschriebenen
Spannung und Kapazität zu halten.
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Es sind Schaltungen bekanntgeworden, bei welchen der niedrig gespannte
Strom einer Sammlerbatterie entnommen wird, die durch einen Teilstrom der Fahrmotoren
aufgeladen wird. Hierbei kann man die Batterie unmittelbar in Reihe mit den Motoren
schalten; dieses Verfahren ist jedoch nur bei Batterien großer Kapazität anwendbar.
Gewöhnlich schaltet man einen Widerstand mit den Fahrmotoren in Reihe, so- daß ein
der Batteriespannung entsprechender Spannungsabfall erzielt wird. Die aufzuladende
Batterie wird beim Laden diesem Widerstand parallel geschaltet. Die Anschaltung
der Batterie kann von Hand geschehen; dies empfiehlt sich jedoch gerade beim Fahrzeugbetrieb
nicht, da der Führer während des Ladens die Meßinstrumente beobachten muß, um beim
über- oder Unterschreiten der einzuhaltenden Stromgrenzen abschalten zu können.
Die Aufmerksamkeit des Führers wird dabei abgelenkt, so daß er die Strecke und die
Signale nicht mit der notwendigen Sorgfalt beobachten kann.
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Man hat daher Schaltungen ausgeführt, bei welchen die Ladung selbsttätig
durch Relais überwacht wird. Dabei werden mindestens zwei Relais verwendet; von
denen das eine für den unteren, das andere für den oberen Grenzwert des Motorstromes
bestimmt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anzahl der für die Überwachung
während des Ladens der Batterie erforderlichen Relais herabzusetzen, so daß man
mit einem einzigen Relais auskommt. Dies wird dadurch erreicht, daß das Ein- und
Ausschalten der Batterie durch ein Relais erfolgt, in dem die durch den Motorenstrom
erzeugte magnetische Zugkraft mit einer elektromagnetischen oder mechanischen Gegenkraft
verglichen wird. Es ist besonders vorteilhaft, das Relais so auszuführen, daß es
sowohl vom Strom
als auch von der Klemmenspannung der Fahrmotoren
abhängig ist, damit es bei Überschreitung- des oberen sowie des unteren Stromgrenzwertes
anspricht und die erforderlichen Schaltungen veranläßt. Das Relais kann insbesondere
als Differentialrelais ausgebildet sein, bei .dem eine vom Motorstrom erregte Spule
einer Spannungsspule entgegenwirkt. Die Spannungsspule wird- von der Ankerspannung
des Motors oder der Motoren erregt und kann einstellbar eingerichtet sein.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
In den Abb. i bis 3 ist eine Ausführungsmöglichkeit mit Differentialrelais dargestellt,
in der Abb. q. mit einem Schütz mit zwei Hubgrenzen und in der Abb. 5 mit einer
Kontaktwalze.
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In den Abb. z bis 3 bezeichnet i die Fahrleitung, 2 den Stromabnehmer,
3 den Anfahrwiderstand, q. und 5 die Fahrmotoren mit den Ankern 6, 8 und den Hauptfeldwicllungen
7 und 9, io das Differentialrelais mit den Wicklungen 1i, 12 und dem Anker i3 sowie
der Kontaktvorrichtung 1q., 15 die Batterie, 16 den Parallelwiderstand für die Batterie,
17 einen Vorschaltwiderstand für die Spule 1.2, r8, i9 und 2o Kontaktbeläge,
die die Reihenparallelschaltung der Motoren herstellen, und 2i einen Handschalter
zur Ein-und Ausschaltung der Niederspannungsstromkreise: Das von der Stromspule
ir. beeinflußte Magnetgestell wirkt in bekannter Weise als magnetischer Nebenschluß.-Die_
Arbeitsweise der Ladeeinrichtung sei an Hand der Abb. i erläutert. Beim Einrücken
des nicht mitabgebildeten Fahrschalters fließt der Motorstrom von der Fahrleitung
i durch den Stromabnehmer 2, den Anfährwiderstand 3, den Motor q., die Stärlcstromspule
il des Differentialrelais io und den Widerstand 16 zur Erde. Der Anker 13 des Relais
io wird durch die Spule ii in. der gezeichneten Lage festgehalten. Die Spule i:z,
die über einen Widerstand 17 an den Ylemmen des. Ankers 6 liegt, ist der Spule ri
entgegengeschaltet. Beim Einschalten ist die dem Anker aufgedrückte Spannung,. mit
der die Spule 12. erregt wird, noch gering, und damit ist auch die magnetisierende
Wirkung dieser Spule noch klein. In dem Maße- jedoch, wie der Anfahrwiderstand nach
und nach kurzgeschlossen wird, steigt die dem Anker aufgedrückte Spannung und damit
die Erregung der Spule 1.2. Ist der Anfahrwiderstandvöllig kurzgeschlossen,, so
entwickelt die Spule 12 ihre größte Zugkraft auf den Anker i3. Dieser zieht jedoch
erst an, wenn auch der Strom der Spule ii auf einen bestimmten Wert gesunken ist.
Ist die Stromstärke unter diesen Wert gesunken, so wird der Anker 13 durch die Wirkung
der Spule i2 angehoben, die Kontakte 1q. werden geschlossen und dadurch die Batterie
geladen. Die Spulen i i und 12 sind so abgestimmt bzw. eingestellt, daß die Batterie
mit der erforderlichen Stromstärke und Spannung geladen wird.
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Übersteigt der Motorstrom einen bestimmten Wert, so überwiegt wieder
die Wirkung ,der Starkstromwicklung i i des Relais; der Anker 13 fällt ab,
und die Kontakte 1q. werden geöffnet. Es wird infolgedessen verhindert, daß die
- Batterie mit zu hoher Stromstärke geladen wird. Das Anlegender Spule 12,
an die Ankerspannung hat den Vorteil, daß die Batterie in der Beschleunigungsperiode
des Motors oder der Motoren, während welcher außerordentlich hohe Stromstöße auftreten,
nicht eingeschaltet werden kann. Erst nach Erreichung- eines gleichbleibenden Betriebszustandes
und nach dem Sinken des Motorstromes unter einen bestimmten Wert wird die Batterie
geladen, die bei >Überschreitung eines oberen Stromgrenzwertes sofort wieder abgeschaltet
wird.
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Die Spule i2 kann unter Umständen auch an die Fahrdrahtspannung angeschlossen
werden. Auch dann verhindert der hohe Anfahrstrom zunächst ein Anziehen des Ankers
13 und das Schließen der Kontakte 1q.. Nachdem die Stromstärke auf den normalen
Wert gesunken -ist, --wird die Batterie angeschaltet. Wird der obere Grenzwert wieder
überschritten, so erfolgt eine sofortige Abschaltung derselben.
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Die Abb.2 veranschaulicht die Schaltung für ein Fahrzeug mit zwei
Motoren. Das Anlegen der Spule 12, kann sofort beim Einschalten des Motorstromes
erfolgen, kann aber auch davon abhängig gemacht werden, daß bestimmte Schaltlagen,
z. B. die Reihen- oder die Parallelschaltung, mit kurzgeschlossenem Anfahrwiderstand
erreicht sind. Die Einstellung des unteren und oberen -Grenzwertes, bei denen das
Relais io schließen oder öffnen soll, kann in verschiedener Art und Weise erfolgen.
Man kann z. B. den der Spule 12 vorgeschalteten Widerstand 17 regelbar machen und
dadurch die Grenzwerte verändern. Eine genauere Einstellung ist jedoch erzielbar,
wenn-der Luftabstand des Ankers i3 verändert wird.. Eine Ausführungsmöglichkeit
zeigt die Abb. 3, gemäß der der mit Gewinde versehene Kern 22 dem Anker 13 genähert
oder von diesem entfernt werden kann. Hierdurch können die Grenzwerte innerhalb
enger Grenzen genau eingestellt werden.- Zu einer feinstufigen Einstellung kann?
auch der Gegenkern 23, der ebenfalls mit Gewinde versehen ist, verschoben werden,
wodurch der Einschalthub geändert wird. Um das Einschalten des Relais io bei vollgeladener
Batterie 15 zu verhindern, kann der
Stromkreis der Spule
12 durch- den Kontakt eines Spannungswächters unterbrochen werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Abb. q. dargestellt. Die
bereits in den Abb. i bis 3 vorkommenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Gegenkraft des Relais To ist durch eine Feder 2q. ersetzt. Die Kontaktvorrichtung
besteht aus einem beweglichen Kontakt 25 und zwei festen Kontakten 26 und 27. Das
Relais To soll bei diesem Ausführungsbeispiel eine besondere Bauart aufweisen, welche
an sich bekannt, aber für den hier wesentlichen Zweck besonders günstig ist. - Der
Magnetweg ist nämlich mit einem magnetischen Nebenschluß versehen, durch welchen
erreicht wird, daß der Anker bei hohem Anfangsstrom nicht angezogen wird; erst bei
Erreichen eines niedrigen Stromwertes zieht das Relais an. Hat das Relais einmal
angezogen, dann wird der magnetische Nebenschluß wirkungslos, so, <laß bei wieder
wachsendem Strom auch die Zugkraft des Relais erhöht wird. Ein derartig wirkendes
Magnetsystem ist beispielsweise auch in der deutschen Patentschrift 261
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beschrieben.
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Der Stromverlauf beim Einschalten des Fahrschalters ist der bereits
an Hand der Abb. i beschriebene. Der Anker des Relais To kann jedoch zunächst noch
nicht anziehen, solange der Motorstrom einen bestimmten Wert überschreitet, da der
magnetische Nebenschluß den Anker 13 in der gezeichneten Stellung so lange festhält,
bis die Stromstärke auf einen entsprechenden Wert gesunken ist. Ist dann der Motorstrom
auf einen eingestellten Wert abgeklungen, so wird der Anker 13 angezogen, so daß
der Kontakt 25 den Kontakt 27 berührt. Hierdurch wird die Batterie 15 parallel zum
Widerstand 16 geschaltet und aufgeladen. Ein völliger Durchzug des Ankers findet
zunächst nicht statt, da der Anschlag 28 von der mit starker Vorspannung eingesetzten
Feder 24 festgehalten wird. überschreitet die Motorstromstärke einen gewissen Grenzwert,
so wird die Gegenkraft der Feder 24 durch Erhöhung der magnetischen Zugkraft überwunden,
da der magnetische Nebenschluß nicht mehr wirksam ist; es wird dann der Kontakt
25 von dem Kontakt 27 abgehoben und mit dem Kontakt 26 in Verbindung gebracht, so
daß die Batterie abgeschaltet wird. Sinkt der Motorstrom auf den normalen Wert,
so wird durch die Kraft der Feder 24 die Batterie wieder angeschaltet.
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Durch ein derartiges Relais kann, wie aus der Abb.5 hervorgeht, auch
eine Kontaktwalze 29 gesteuert werden, welche die Kontakte 30 und 31 zum
Ein- und Ausschalten der Batterie trägt. Die durch diese beweglichen Kontakte 3o
und. 3T gesteuerten festen Kontakte sind wieder mit 26 und 27 bezeichnet. Das Zurückführender
Walze in -die Nullstellung beim Abschalten der Motoren erfolgt durch die Rückzugfeder
32. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die bereits an Hand der Abb. q. beschriebene.
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Die beschriebenen Ladevorrichtungen sind selbstverständlich für Batterien
jeder Spannung und Kapazität anwendbar, auch ist es nicht erforderlich, daß die
Batterien auf Fahrzeugen angeordnet sein müssen. Die Batterien können auch durch
einen Teilstrom anderer Motoren, z. B. Pumpen, Ventilatormotoren usw., aufgeladen
werden.