DE806799C

DE806799C - Device for the electrical power supply of consumers, in particular of lighting networks in railroad cars

Info

Publication number: DE806799C
Application number: DEP16697D
Authority: DE
Inventors: Hans Kagel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-06-18

Description

Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung von Verbrauchern, insbesondere von Beleuchtungsnetzen in Eisenbahnwagen Die Aufgabe, Fahrzeuge, inshesondere Eisenbahnfahrzeuge elektrisch zu beleuchten, ist alt, und es sind viele Lösungen dieser _'ltifgalle bekamltgeworden, ohne daß die Entwicklung bisher zii einem Abschluß gekommen ist.Device for the electrical power supply of consumers, in particular of lighting networks in railroad cars The task, vehicles, especially railroad vehicles Electric lighting is old, and there are many solutions to this _'ltifgalle has been obtained without the development having yet come to a conclusion.

Alle Einrichtungen, die ausschließlich ans einer unabhängig vom Eisenbahnfahrbetrieb von außen her periodisch aufgeladenen Salntnlerbatterie bestehen, können hier ebenso unerwähnt bleiben wie diejenigen, welche aus einer zentralen, z. 13. durch Frisch- oder Alldampf getriebenen Generatoranlage bestehen, all die (las Verbrauchernetz angeschlossen ist.All facilities that are exclusively independent of the railway operations from the outside periodically charged Salntnlerbatterie exist, can be here as well go unmentioned such as those which come from a central, z. 13. by fresh or all-steam-powered generator sets exist, all the (read consumer network connected.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, bei der ein von einer Laufachse eines Eisenbahnwagens angetriebener elektrischer Generator den erforderlichen elektrischen Strom liefert, um direkt oder über eine Saminlerhatterie das Verbrauchernetz, vorzugsweise eine Beleuchtungsanlage, zu speisen.The invention relates to a device in which one of a barrel axis an electric generator driven by a railroad car provides the necessary electrical power Electricity supplies to the consumer network directly or via a Saminlerhatterie, preferably a lighting system to feed.

Auch unter Berücksichtigung dieser Einschränkung ist die Anzahl der bisher bekanntgewordenen, dem erwähnten Zweck dienenden Einrichtungen nicht unerheblich.Even taking this limitation into account, the number of previously known, the mentioned purpose serving facilities not insignificant.

Die in mehr oder weniger engen Grenzen durchgeführte Gleichhaltung der Spannung des Generators unabhängig von seiner mit der Fahrgeschwindigkeit des Zuges wechselnden Drehzahl ist auf die verschiedenste Weise durch Sonderkonstruktionen des elektrischen Generators angestrebt und teilweise erreicht worden. Alle derartigen Generatoren können hier übergangen werden, da die Aufgabe durch heute allgemein bekannte automatische Regelvorrichtungen gelöst ist und auch bei der Erfindung von solchen Regelvorrichtungen in noch näher zu beschreibender Weise Gebrauch gemacht wird, ohne daraus einen Schutzanspruch abzuleiten.The equality carried out within more or less narrow limits the voltage of the generator regardless of its with the driving speed of the Train changing speed is in the most varied of ways through special designs of the electric generator has been strived for and partially achieved. All such Generators can be passed over here as the task is general today known automatic control devices is solved and also with the invention of such control devices in a manner to be described in more detail Use is made without deriving a claim for protection.

Die bekannten Zugbeleuchtutigseinrichtungen neozeitlicher Bauart können im wesentlichen in drei Gruppen eingeteilt werden, welche sich durch die :\rt der Zusammenschaltung von Batterie, Generator und Netz sowie durch die Regelung der Ladeströme und Netzspannungen unterscheiden.The well-known train lighting devices of neo-period design can can essentially be divided into three groups, which are divided by the: \ rt der Interconnection of battery, generator and network as well as through the regulation of the Differentiate between charging currents and line voltages.

i. Die Lichtspannung ist gleich der Generatorspannting. Bei diesen Anlagen wird der Batterieladestri>in durch Beeinflussung des Generatorfeldes geregelt. Diese Einrichtung ist ungenügend, da je »ach Art der Regelung Überspannungen im Verbrauchernetz tind damit hoher Lampenverschleiß auftreten oder ungenügende Aufladung der Batterie bei Lichtentnahme während der Ladung stattfindet.i. The light voltage is equal to the generator voltage. With these In systems, the battery charge limit is regulated by influencing the generator field. This device is inadequate because, depending on the type of control, overvoltages in the The consumer network tind high lamp wear or insufficient charging the battery takes place when light is removed during charging.

2. Die Lichtspannung ist während der Fahrt kleiner als die Batteriespannung. Hier wird der Unterschied zwischen Batteriespannung und Lichtspannting durch feste, gestufte oder selbsttätig geregelte Widerstände hergestellt. Daraus ergeben sich als Nachteile Energievernichtung in Widerständen, Spannungsänderung im Verbrauchernetz beim Ein- und Ausschalten einzelner Lampen oder Lampengruppen, wenn feste oder gestaffelte Regulierwiderstände benutzt werden. Letzterer Nachteil wird bei selbsttätiger Regulierung zwar vermieden, aber dafür wird die Anlage dann erheblich kostspieliger.2. The light voltage is lower than the battery voltage while driving. Here the difference between battery voltage and light voltage is shown by fixed, stepped or automatically regulated resistances produced. This results in as disadvantages, energy destruction in resistors, voltage change in the consumer network when switching individual lamps or groups of lamps on and off, if fixed or staggered Regulating resistors are used. The latter disadvantage becomes with automatic regulation Although avoided, the system is then considerably more expensive.

3. Anordnung von zwei Sammlerbatterien, von denen jeweils eine geladen und die andere entladen wird. Damit beschränken sich die Spannungsscliwankungen im Verbrauchernetz auf den Spannungsunterschied zwischen voll geladener und entladener Batterie, also auf eine zulässige Differenz, aber die Anlage wird wesentlich verteuert und durch zusätzliche Umschalt- und Überwachungsorgane kompliziert.3. Arrangement of two collector batteries, one of which is charged each time and the other is discharged. This limits the voltage fluctuations in the consumer network on the voltage difference between fully charged and discharged Battery, so to a permissible difference, but the system is much more expensive and complicated by additional switching and monitoring devices.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Ertindung ist eine Einrichtung und Schaltung nach Fig. i, die grundsätzlich aus einem Gleichstromgenerator 1, 2, einer Sammlerbatterie 3, verschiedenen guten Regeleinrichtungen und denn Verbrauchernetz .4 besteht und bei der durch Kombination mehrerer teilweise an sich bekannter Glieder mit neuartigen Gliedern ein Effekt erzielt wird, durch den die bei den bekanntgewordenen älteren Einrichtungen oben kurz aufgezeigten Nachteile vermieden und darüber hinaus wesentliche Vorteile erzielt werden, von denen nicht zuletzt die größere \\Wirtschaftlichkeit in Herstellung und Betrieb von ausschlaggebender Bedeutung sein dürfte.One embodiment of the subject matter is a device and circuit according to Fig. i, which basically consists of a direct current generator 1, 2, a collector battery 3, various good control devices and the consumer network .4 exists and in the case of the combination of several links, some of which are known per se with new links an effect is achieved through which the familiar older facilities avoided the disadvantages briefly identified above and beyond significant advantages are achieved, not least of which is the greater cost-effectiveness should be of crucial importance in manufacture and operation.

Der Hauptteil des Gegenstandes der Erfindung ist ein für den beabsichtigten Zweck bisher noch nicht angewendeter Doppelspannungsgleichstromgenerator an sich nicht neuer Bauart. Jedoch werden hier bei diesem Generator die gewählten Betriebsverhältnisse und ihre Herbeiführung, welche für die Erreichung des angestrebten Effektes von ausschlaggebender Bedeutung sind, als neu beansprucht, da sie, wie im folgenden gezeigt werden wird, bewußt auf Grund erfinderischer Überlegungen gewählt wurden. mir mit ihrer Hilfe kann der erstrebte Effekt herbeigeführt werden.The main part of the object of the invention is one for the intended one Purpose of hitherto not used double voltage direct current generator per se not new design. However, the selected operating conditions are used here with this generator and their bringing about, which for the achievement of the desired effect of are of crucial importance, as newly claimed, as they, as in the following will be shown, were deliberately chosen on the basis of inventive considerations. with their help, the desired effect can be brought about.

Der Doppelspannungsgleichstronigenerator ist in der Weise gebaut, daß in den Wickelnuten des Ankerkörpers zwei voneinander elektrisch getrennte Wicklungen verschiedener Windungszahlen untergebracht sind, die zu zwei ebenfalls elektrisch getrennten Kollektoren geführt sind, von denen über Bürsten die beiden Spannungen abgenommen werden.The double voltage DC generator is built in such a way that that in the winding grooves of the armature body two electrically separate windings different numbers of turns are accommodated, the two also electrical separate collectors are performed, of which the two voltages are brushed be removed.

Dieser Generator, der in :einer grundsätzlichen Bauart an sich nicht neu ist, gestattet es also, zwei verschiedene Spannungen abzunehmen, die durch das gemeinsame Erregerfeld und die gleiche Drehzahl zueinander in einem Abhängigkeitsverhältnis stehen. Die elektromotorischen Kräfte in den beiden Wicklungen stehen in einem durch ihre Windungszahlen bestimmten wählbaren Verhältnis zueinander, welches unabhängig von Drehzahl, Erregung und Belastung erhalten bleibt. Dagegen verhält es sich mit den hlenimenspannungen anders. Diese stehen, soweit ihre Schwankungen durch Änderungen der Stromstärken bedingt sind, nicht mehr in dem gleichen Abhängigkeitsverhältnis zueinander. Zur Erreichung eines bestimmten Zieles wird nun beim Gegenstand der 1?rfindting von diesem Umstand bewußt Gebrauch gemacht, indem hier Werte gesucht und gefunden sind, die erforderlich sind, um den Doppelspannungsgleichstromgenerator als Stromquelle für die der Gesamterfindung zugrunde liegende Einrichtung geeignet zu machen.This generator, which is not in a basic design in itself is new, it allows two different voltages to be removed, which are caused by the common excitation field and the same speed to each other in a dependency relationship stand. The electromotive forces in the two windings stand through in one their number of turns determined selectable ratio to each other, whichever is independent of speed, excitation and load is retained. It is against this with the inner tensions different. These are available to the extent that their fluctuations are due to changes the currents are conditioned, no longer in the same relationship of dependence to each other. In order to achieve a certain goal, the subject of 1? Rfindting made conscious use of this fact by looking for values here and found the ones required to run the double voltage direct current generator suitable as a power source for the device on which the overall invention is based close.

Die beiden Ankerwicklungen Solleu zwecks guter Verständlichkeit im folgenden wie zwei im gleichen Erregerfeld rotierende Anker angesehen werden und werden deshalb als Netzanker i und Zusatzanker 2 bezeichnet werden. Die finit ihnen zusammenhängenden elektrischen Größen sollen darin etatsprechend mit dem Index iV bezeichnet werden, soweit sie sich auf den Netzanker beziehen, dagegen mit Z, soweit sie den Zusatzanker betreffen.The two armature windings Solleu for the sake of clarity in the following can be viewed as two anchors rotating in the same excitation field and are therefore referred to as net anchor i and additional anchor 2. The finite them related electrical quantities are to be used accordingly with the index iV are designated as far as they relate to the net anchor, on the other hand with Z, as far as they concern the additional anchor.

Grundsätzlich dient die Netzankerspannung UN zur Speisung des Verbrauchernetzes .1 und die Zusatzankerspannung UZ finit der Spannung L"N in Reihe geschaltet zur Aufladung der Saininlerbatterie 3. Die Schaltung ist unter Fortlassung aller Regel- und Schaltelemente in Fig.2 schematisch wiedergegeben, und es bedeutet hier i den Netzanker, 2 den Zusatzanker, 3 die Sammlerbatterie und d das Verbrauchernetz. Bei Stillstand des Generators werden die Verbraucher, vorzugsweise Lampen, unmittelbar aus der Sammlerbatterie gespeist, bei laufendem Generator unmittelbar aus seinem Netzanker, wobei die Umschaltung in an sich bekannter Weise durch einen selbsttätigen elektromagnetischen Schalter mit Rückstromwicklung (5 und 6 in Fig. i) vorgenommen wird. Über diesen Schalter stellt die Sammlerbatterie 3 ausschließlich bei Spannung erzeugendem Generator mit ihm in elektrischer Verbindung, und es wird dann gleichzeitig finit der Netzspeisung die Batterie von den in Reihe geschalteten Ankern, dem Netz-und dem Zusatzanker, aufgeladen. Die beiden von den zwei Ankerwicklungen gelieferten Spannungen sind verschieden hoch, und zwar beträgt die Netzankerspannung UN ein Mehrfaches der Zusatzankerspannung UZ. Die Zusatzankerspannung muß maximal den Wert erreichen, uni den die Gasungsspannung der Sammler über der Lampenspannung liegt.Basically, the network armature voltage UN is used to feed the consumer network .1 and the additional armature voltage UZ finite the voltage L "N connected in series to charge the Saininlerbatterie 3. The circuit is shown schematically in Fig.2, omitting all control and switching elements, and it means Here i the network anchor, 2 the additional anchor, 3 the collector battery and d the consumer network. When the generator is at a standstill, the consumers, preferably lamps, are fed directly from the collector battery, while the generator is running directly from its network anchor by means of an automatic electromagnetic switch with reverse current winding (5 and 6 in Fig. i). Via this switch, the collector battery 3 is in electrical connection with it only when the generator is generating voltage, and the battery is then simultaneously finite of the mains supply from the in Series connected anchors, the network un d the additional anchor, charged. The two voltages supplied by the two armature windings are of different levels, namely the network armature voltage UN is a multiple of the additional armature voltage UZ. The additional armature voltage must reach a maximum value uni which the gassing voltage of the collector is above the lamp voltage.

Ein selbsttätiger Spannungsregler 7 beliebiger an sich bekannter Bauart regelt die Netzankerspannung des Generators auf konstante Verbraucherspannung ein, wobei natürlich auch die Zusatzankerspannung beeinflußt wird. Als für den Gegenstand der Erfindung neu wird an diesem Spannungsregler eine zusätzliche Magnetwicklung beansprucht, auf welche weiter unten noch eingegangen werden soll.An automatic voltage regulator 7 of any type known per se regulates the network armature voltage of the generator to a constant consumer voltage, the additional anchor tension is of course also influenced. As for the subject the invention is an additional magnet winding on this voltage regulator claimed, which will be discussed further below.

Während die elektromotorischen Kräfte EN und EZ in beiden Ankerwicklungen, wie bereits erwähnt, in einem festen konstruktiv wählbaren Verhältnis zueinander stehen, ist dieses bei den Klemmenspannungen UN und (,'Z nicht der Fall, weil die Änderungen der Klemmenspannungen auch voll den Wicklungs- und l.'bergangsverlusteli all den Bürsten abhängig sind, welche voll den in beiden Stromkreisen verschiedenen Belastungen beeinflußt werden.While the electromotive forces EN and EZ in both armature windings, as already mentioned, are in a fixed structurally selectable relationship to one another, this is not the case with the terminal voltages UN and (, 'Z, because the changes in the terminal voltages also fully affect the winding and l.'bergangslöseli all the brushes are dependent, which are fully influenced by the different loads in the two circuits.

In Fig.2 bedeutet IN die Speisestromstärke im Verbrauchernetz, I$ die Ladestromstärke für die Sammlerbatterie und JA die Gesamtstromstärke, welche der Netzanker aufbringen muß.In FIG. 2, IN means the supply current in the consumer network, I $ the charging current for the collector battery and JA the total current which the network anchor has to generate.

Als Beispiel für die weitere Betrachtung der Verhältnisse soll eine Zugbeleuchtungsanlage mit einer Nennspannung voll 24 V und einer Saininlerbatterie aus Bleigroßoberflächenzellen (GO-Zellen) dienen.As an example for further consideration of the situation, a Train lighting system with a nominal voltage of full 24 V and a Saininler battery from large lead surface cells (GO cells).

In einer solchen Anlage treten folgende Werte auf Lampennennspannung .. .. ...... 24 V für die Lampen zulässige N enn- spannungsschwankungen ..... 2i-25,5 V GO-Bleibatterie . . . . . . . . . . . . . . 12 Zellen höchste Ladespannung . . . .. .. . . . etwa 28 V niedrigste Ladespannung ....... 24-25 Die zu erfüllenden Betriebsbedingungen für diese Anlage sind in dein in Fig. 3 wiedergegebenen Diagramm graphisch dargestellt. Die Kennlinien in diesem Diagralnni haben folgende Bedeutung: i Lichtnetzspannung UN = konstant, 2 Batteriespannung UB nach Beginn der Ladung als Funktion der Ladestromstärke J$, 3 Ladespannungskennlinie des Generators als Funktion des Ladestromes 7B, wenn kein Strom im Lichtnetz fließt, 4 wie 3, jedoch bei Stromfluß im Lichtnetz, 5 Gasungsspannung der GO-Batterie.The following values occur in such a system Nominal lamp voltage .. .. ...... 24 V permissible nominal values for the lamps voltage fluctuations ..... 2i-25.5 V GO lead-acid battery. . . . . . . . . . . . . . 12 cells highest charging voltage. . . .. ... . . about 28 V lowest charge voltage ....... 24-25 The operating conditions to be met for this system are shown graphically in the diagram shown in FIG. 3. The characteristics in this diagram have the following meaning: i lighting network voltage UN = constant, 2 battery voltage UB after the start of charging as a function of the charging current J $, 3 charging voltage characteristic of the generator as a function of the charging current 7B when no current is flowing in the lighting network, 4 as 3, however, when current flows in the lighting network, 5 gassing voltage of the GO battery.

Aus dem Diagramm Fig. 3 ist dann folgendes für die Betriebsverhältnisse zu entnehmen: Bei ausgeschalteten Netzverbrauchern verläuft die Ladespannungskennlinie des Generators nach Linie 3, d. h. beim Aufladen einer voll entladenen Batterie fließt ein Ladestrom, der mit iooo/o bewertet wird, Punkt A in Fig. 3. je höher die Ladung in der Sammlerbatterie ist, um so geringer ist die Ladestromstärke J B; sie ist bei voll geladener Batterie gleich Null, wobei die Ladespannung auf einen etwas unter der Gastingsspannung liegenden Wert ansteigt, Punkt ß in Fig. 3.From the diagram in Fig. 3 the following can be seen for the operating conditions: When the mains consumers are switched off, the charging voltage characteristic of the generator runs according to line 3, i.e. when a fully discharged battery is charged, a charging current flows which is evaluated as iooo / o, point A in Fig 3. the higher the charge in the collector battery, the lower the charging current JB; when the battery is fully charged, it is equal to zero, the charging voltage rising to a value slightly below the Gasting voltage, point β in FIG. 3.

Auch wenn kein Stromverbrauch im Verbrauchernetz stattfindet, der von der Sammlerbatterie gedeckt wird, verträgt diese unter solchen Umständen längere Ladeperioden.Even if there is no power consumption in the consumer network, the is covered by the collector battery, it can withstand longer periods under such circumstances Loading periods.

je größer der Stromverbrauch im Verbrauchernetz ist, um so schneller und höher inuß die Saininlerbatterie aufgeladen %\-erden. Atis dieseln Grunde muß die Ladespannungskennlinie 4 bei belastetem Verbrauchernetz in einem gewissen Abstand oberhall> der Ladespannungskennlinie 3 verlaufen und maximal die Gasungsspannung der Sammlerbatterie erreichen, Punkt C in Fig. 3. Bei stark entladener Sammlerbatterie wird bei Beginn der Ladung kurzzeitig ein Ladestrom von mehr als iooo/o auftreten, Punkt 1) der Fig. 3.the greater the power consumption in the consumer network, the faster and higher the battery must be charged% \ - earth. Atis dieseln basically must the charging voltage characteristic 4 with a loaded consumer network at a certain distance Oberhall> the charging voltage characteristic curve 3 and at most the gassing voltage reach the collector battery, point C in Fig. 3. If the collector battery is severely discharged a charging current of more than iooo / o will briefly occur at the start of charging, Point 1) of Fig. 3.

Die Ladespannungskennlinie muß, um die Forderungen des Diagramms F"'. 3 zu erfüllen, flach folgender Gleichung verlaufen: L"$ = Ci + C2 - JA - C3 * I$. In dieser Gleichung sind Ci, C1, C3 Konstante.In order to meet the requirements of diagram F "'. 3, the charging voltage characteristic must be flat with the following equation: L" $ = Ci + C2 - JA - C3 * I $. In this equation, Ci, C1, C3 are constants.

Die Gleichung ist in Fig. 4 graphisch dargestellt unter der Alinahnie verschieden großer, dabei jeweils konstanter Netzatikerstronistärketi JA und eines von o bis iooo/o veränderlichen Batterieladestromes I$. In diesem Diagramm Fig. 4 ist i die Kennlinie für kleineren Netzankerstroni und 2 die Kennlinie für größeren Netzankerstrom JA, Uni die Baubedingungen für einen Doppelspannungsgleichstroingenerator zu schaffen, der den Forderungen des Diagrannns Fig. 3 entspricht, wurde die folgende rechnerische Überlegung angestellt, bei der zur Vereinfachung der Rechnung angenommen wurde, daß die Übergangsverluste unter den Bürsten stromproportional sind. Das tritit zwar streng genommen nicht zu, beeinflußt aller das Rechnungsergebnis nicht wesentlich.The equation is shown graphically in FIG. 4 under the line of differently large, in each case constant power supply unit power YES and a battery charging current I $ which can be varied from 0 to 100%. In this diagram, Fig. 4, i is the characteristic curve for smaller network armature currents and 2 is the characteristic curve for larger network armature currents JA, Uni to create the construction conditions for a double-voltage direct current generator which corresponds to the requirements of the diagram in Fig To simplify the calculation, it was assumed that the transition losses among the brushes are proportional to the current. Strictly speaking, this does not apply, and it does not significantly affect the result of the calculation.

Wie gering die Abweichung ist, ist in Fig. 5 graphisch dargestellt, in der die Kennlinie i den tatsächlichen Verlauf der Stromstärke darstellt, während Kennlinie 2 den für die Rechnung angenoinnienen Verlauf der Stromstärke zeigt.How small the deviation is is shown graphically in Fig. 5, in which the characteristic i represents the actual course of the current intensity, while Characteristic curve 2 shows the course of the current strength assumed for the calculation.

1)ie in der Rechnung aligenoininenen Verhältnisse sind schematisch ini Diagramm Fig.6 dargestellt, und es bedeuten: ZN ... EPIK des Netzankerkreises, EZ . .. EMK des Zusatzankerkreises, UB ... Batterieladespannung, UN ... Verbrauchernetz-(Lampen-) Spannung, UZ ... Zusatzankerspalillung, JA . .. Stromstärke im Netzanker, J$ ... Stromstärke im Zusatzanker, RVN ... Verlustwiderstand im Netzankerstrom- kreis = Wicklungswiderstand + Über- gangswiderstand + Abstininiwiderstand, Rt.Z ... Verlustwiderstand im Zusatzanker- stromkreis, Ci ... Konstante, C" . . . Konstante. C3 ... Konstante. C,4 . .. Konstante, C.3 . . . Konstante, (-6... Konstante, ... Spannungsverlust im N etzankerstrotn- kreis, et z . . . Spannungsverlust ini Zusatzanker- strotnkreis. Die Rechnung ist folgende: Die oben aufgestellte Forderung des Diagramms 1# ig. 3 wird also tatsächlich erfüllt.1) The aligeno-internal relationships in the calculation are shown schematically in the diagram in Fig. 6, and they mean: ZN ... EPIK of the network anchor group, EZ. .. EMF of the additional armature circuit, UB ... battery charging voltage, UN ... consumer network (lamp) voltage, UZ ... additional anchor pallet, YES . .. current strength in the net anchor, J $ ... amperage in the additional armature, RVN ... loss resistance in the network armature current circle = winding resistance + over- input resistance + abstinini resistance, Rt.Z ... loss resistance in the additional anchor circuit, Ci ... constant, C "... Constant. C3 ... constant. C, 4. .. constant, C.3. . . Constant, ( -6 ... constant, ... loss of tension in the network anchor circle, et z. . . Loss of tension in additional anchor circle. The calculation is as follows: The requirement of diagram 1 # ig. 3 is actually fulfilled.

Wenn die Stallzahl des Netzankers mit \-N und die des Zusatzankers mit .Vz bezeichnet wird, so ist EN : EZ = A@N = Nz, und die zahlenmäßige Durchrechnung ergibt für den kombinierten @etz@aciebetrieb den Wert I:N: EZ = \"N:Nz=etwa 4: t Der Wert 4 : t ist zwar nur einer von mehreren möglichen, für das Verhältnis der Stallzahlen, aber aus tvickkingstechnischen Gründen tind wegen der für einwandfreie Kommutierung wichtigen Synimetriel)edinguiigeii sind außer dein ganzzahligen Verhältnis q : t andere Wicklungsverli:iltnisse erst in so,veitcm Abstand möglich, daß sie für ein-""\-an<lfrcien \etzladelletriell keine brauchbaren Sl@annmigsverlüiltnisse mehr ergeben, sn daß das \-erli<ilttiis 4 : 1 für die Stallzahlen Lind damit auch die elektromotorischen Kräfte im Netz- und Zusatzanker praktisch allein in Frage konitnt.If the number of stalls of the net anchor is denoted with \ -N and that of the additional anchor with .Vz, then EN: E Z = A @ N = Nz, and the numerical calculation results in the value I: N for the combined @ etz @ aciebetrieb: EZ = \ "N: Nz = about 4: t The value 4: t is only one of several possible values for the ratio of the stall numbers, but for reasons of tickking technology, due to the synimetrics important for perfect commutation, edinguiigeii are except your integer ratio q: t other winding losses are only possible in such a large distance that they no longer result in usable winding losses for a - "" \ - an <lfrcien \ etzladelletriell, so that the \ -erli <ilttiis 4: 1 for the Stall numbers and thus also the electromotive forces in the net and additional anchor practically alone in question.

Die aus den dargelegten Gründen bewußt gewlte Bauart des an sich bekannten Doppelspanntiiigsgleichstronigenerators für den beabsichtigten "Zweck finit diesem Verhältnis der elektromotorischen Kräfte in den beiden Ankerwicklungen ist neu und bisher nicht in ihrer Zweckmäßigkeit erkannt und deshalb auch nicht angewendet worden. Auch die Verwendung des Doppelspannungsgleichstronigellerators an sich ist für den Zweck, für den er beim Gegcnstand der Erfindung benutzt wird, durchaus nett. Beide Umstände sind deshalb hier dein Gegenstand des Patentanspruchs zugrunde gelegt.The design of the known per se, consciously chosen for the reasons given Dual voltage DC generator for the intended purpose finitely this The ratio of the electromotive forces in the two armature windings is new and so far not recognized in their expediency and therefore not been applied. The use of the double voltage DC generator itself is for the Purpose for which it is used in the subject matter of the invention, quite nice. Both Circumstances are therefore based on your subject matter of the patent claim.

I# iir den praktischen Betrieb) st es titin wünsclienstvert, die höhere Anfangsladestrotnstärke niiigliclit lange aufrechtzuerhalten, um auch eine starker entladene Sammlerbatterie möglichst schnell wieder aufzuladen. Diese Forderung wird erfüllt, @@ enn die in Fig. 3 gezeichnete Ladespannungskennlinie in beiden gezeichneten Fällen einen nach unten gekrümmten Verlauf erhält, etwa wie es in Fig. 7 dargestellt ist, in der die betreffenden Kennlinien strichpunktiert dargestellt und mit den Ziffern 6 und 7 bezeichnet sind.In practical operation) it is always desirable, the higher one The initial charging strength is niiigliclit long enough to maintain a strong one to recharge a discharged collector battery as quickly as possible. This requirement will fulfilled, @@ enn the charging voltage characteristic curve drawn in FIG. 3 in both drawn Cases are given a downward curve, roughly as shown in FIG. 7 is, in which the relevant characteristics are shown in dash-dotted lines and with the Numbers 6 and 7 are designated.

In weiterer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung wird dieser Effekt nun dadurch erreicht, daß der im Ladestromkreis vorgesehene Allstimmwiderstand 8 in Fig. i aus einem Material mit stark positivem Tetnperatur-Widerstandskoeffizienten hergestellt wird. Auch für den Abstinitnwiderstand 9 in Fig. i im Netzankerstrotnkreis kann ein solche .\1aterial nur nützlich sein, weil hierdurch die Kennlinie 6 in Fig. 7 bzw. die Kennlinie ,4 in Fig. 3 bei großer Netzankerstromstärke stärker angehoben wird als bei kleiner Netzankerstromstärke. Da der Ladestrom mit fortschreitender Ladung sinkt und damit eine Parallelverschiebinig der Kennlinie 6 in F ig. 7 bzw. der Kennlinie .f in Fig. 3 bewirkt, je nach dem weiteren Fortschreiten der Ladung, kann auf diese Weise ein Cberschreiten der Gasungsspannung verhindert werden.In a further development of the subject matter of the invention this is Effect is now achieved in that the universal tuning resistor provided in the charging circuit 8 in FIG. I made of a material with a strongly positive temperature resistance coefficient will be produced. Also for the spacing resistor 9 in FIG. 1 in the network armature circuit Such a material can only be useful because it results in the characteristic curve 6 in 7 and the characteristic curve 4 in FIG. 3 increased more strongly in the case of a high network armature current strength is than with a lower net armature current strength. As the charging current progresses with Charge sinks and thus a parallel displacement of the characteristic curve 6 in F ig. 7 or the characteristic curve .f in Fig. 3 causes, depending on the further progress of the charge, In this way, the gassing voltage can be prevented from being exceeded.

Mit Hilfe des Abstimmwiderstandes 8 in Fig. i läßt sich die Einrichtung weitgehend den verschiedenen Sammlerzelletigrößen anpassen. Der Einfluß der Sanimlerzellengröße ist aus dem Diagramm in Fig. 8 ersichtlich. Darin bedeutet: i Kennlinie der Anfangsladespannung einer Sammlerzelle, 2 Kennlinie der Anfangsladespannung einer kleineren Sammlerzelle, 3 und ,4 Generatorkennlinien für die Aufladung größerer Sammlerzellen, 5 und 6 Generatorkennlinien für die Aufladung kleinerer Sammlerzellen.With the help of the tuning resistor 8 in Fig. I, the device largely adapt to the different collector cell sizes. The influence of the Sanimler cell size can be seen from the diagram in FIG. 8. This means: i Characteristic curve of the initial charging voltage a collector cell, 2 characteristic curve of the initial charge voltage of a smaller collector cell, 3 and 4 generator characteristics for charging larger collector cells, 5 and 6 generator characteristics for charging smaller collector cells.

Zur Herstellung passender 13etriebskennlinien 5 und 6 muß im Diagramm Fig.:I und C3 erhöht werden. Da; geschieht auf einfache Weise durch Erhöhung des Abstininiwiderstandes 8 in Fig. i im Zusatzankerstromkreis.In order to produce suitable operating characteristics 5 and 6, the diagram Fig.:I and C3 are increased. There; is done in a simple way by increasing the Abstinini Resistance 8 in Fig. I in the additional armature circuit.

\\'ürde man nun die Allstimmung des Allstimmwiderstandes in der üblichen Weise dadurch bewerkstelligen, daß inan mehr oder weniger große Teile eines \\'iderstandes abgreift oder kurzschließt, so würde sich mit der Veränderung des Widerstandes auch seine Temperatur so -,weitgehend ändern, daß der Einfluß des positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten unter Umständen aufgeholfen oder wenigstens wesentlich vermindert werden würde. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird aus diesem Grunde der Widerstand aus einzelnen parallel geschalteten Teilwiderständen aufgebaut, so daß bei einer Vergrößerung des Widerstandes durch Abschalten paralleler Glieder die hierbei auftretende Herabsetzung der Stromstärke in ihrer \\"it-kung auf die Temperatur des Widerstandes durch gleichzeitige Herabsetzung des Widerstandsquerschnittes weitgehend ausgeglichen wird. Diese Anordnung des Widerstandes ist in Fig. 9 schematisch dargestellt. Die gezeichnete Darstellung ist nur eine beispielsweise Ausführungsform, andere :Möglichkeiten zum Zu- und Abschalten parallel liegender \\ iderstandsglieder sind denkbar. Es wird deshalb auch nicht die Form, sondern der durch diese beispielsweise Form ge gehene Weg, parallel liegende Widerstandsglieder zwecks weitgehender Aufrechterhaltung von Temperaturverhältnissen hei verschiedenen Widerstandswerten zu dein ganz speziellen Zweck, der mit der Gesamterfindung in engem Zusammenhang steht, als weitere Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung beansprucht.\\ 'One would now use the universal tuning of the universal voice resistance in the usual This can be done in a way that inan more or less large parts of an \\ 'resistance picks up or short-circuits, so would change with the change in resistance as well change its temperature so - to a large extent that the influence of the positive temperature coefficient of resistance under certain circumstances would be improved or at least substantially reduced. For this reason, in a further embodiment of the invention, the resistance is made up of individual elements built in parallel partial resistors, so that when enlarged of the resistance by switching off parallel elements the reduction that occurs here the current strength in its \ "it-kung on the temperature of the resistance by simultaneous Reduction of the resistance cross-section is largely compensated for. This arrangement of the resistance is shown schematically in FIG. The drawn representation is only one example embodiment, others: options for switching on and off resistance elements lying in parallel are conceivable. So it won't form, but the one that went through this, for example, form Way, parallel resistance elements for the purpose of extensive maintenance from temperature conditions with different resistance values to your very special one Purpose that is closely related to the overall invention, as further training of the subject matter of the invention.

Außer einer Anpassung der Einrichtung an verschiedene Batteriezellengrößen soll aber auch eine Anpassung an verschiedene Batterietypen eriiii>glicht werden.Except for adapting the device to different battery cell sizes but an adaptation to different battery types should also be made possible.

Als Beispiel werden die bekannten Haupttypen gewählt, eine Sannnlerbatterie mit zwölf Großol>erflächenbleiplattenzellen, im folgenden als t2zelligc GO-Batterie bezeichnet, und eine Nickel-Cadniituii-Batterie, im folgenden kurz als 18zellige Nickelbatterie bezeichnet. Beide Batterien haben als Endspannung etwa 28 V und können deshalb spannungsmäßig in der gleichen Anlage Verwendung finden. In der Fig. io ist das Diagramm gezeichnet, welches die Verhältnisse kennzeichnet. Unter Beibehaltung der Generatorkennlinien nimmt eine 18zellige Nickelbatterie gleicher Kapazität höhere Anfangsladestromstärken auf als eine 12zellige GO-Batterie. Um aber in beiden Fällen gleiche Ladeströme zu erhalten, müssen die Generatorkennlinien 3 und .1 der Fig. 9 für die i 8zellige Nickelbatterie stärker geneigt werden. Das geschieht durch Erhöhung der Konstante C3, wie weiter oben erklärt wurde. Also ist der Abstimmwiderstand 8 in Fig. i auch hier für die Vornahme der Anpassung gut geeignet.The main known types are chosen as an example, a Sannler battery with twelve large-area lead plate cells, hereinafter referred to as t2-cell GO battery and a nickel cadniituii battery, hereinafter referred to as 18-cell for short Nickel battery called. Both batteries have a final voltage of around 28 V and can therefore are used in terms of voltage in the same system. In Fig. Io the diagram is drawn showing the relationships. While maintaining of the generator characteristics, an 18-cell nickel battery of the same capacity takes higher Initial charging currents than a 12-cell GO battery. But in both cases To obtain the same charging currents, the generator characteristics 3 and 1 of Fig. 9 for the i 8-cell nickel battery. That happens through Increase in the constant C3, as explained above. So is the tuning resistor 8 in FIG. I is also well suited here for making the adaptation.

Bei voll ausgenutzter Generatorleistung wird die Ladespannungskennlinie des Generators durch den Einfluß der Größe C., um einen bestimmten Betrag angehoben, d. h. nach oben verschoben. Wird nun in Anlagen mit geringerem Anschlußwert die volle Stromstärke JA nicht erreicht, so hat das zur Folge, daß auch die zur Volladung der Batterie benötigte Gasungsspannung nicht erreicht wird. In diesem Falle kann C2 dui --1i Vergrößerung des Abstimmwiderstandes 9 in Fig. i im Netzankerstromkreis erhöht werden. Hierbei soll die oben beschriebene Art der Widerstandsregelung durch Zu- und Abschalten parallel liegender Widerstandsglieder ebenfalls zur Anwendung kommen.When the generator power is fully used, the charging voltage characteristic curve of the generator is increased by a certain amount, ie shifted upwards, due to the influence of the variable C. If the full current YES is not achieved in systems with a lower connected load, the result is that the gassing voltage required to fully charge the battery is not achieved either. In this case, C2 can be increased by increasing the tuning resistor 9 in Fig. 1 in the network armature circuit. Here, the type of resistance control described above by connecting and disconnecting parallel resistance elements should also be used.

In den bisherigen Betrachtungen wurde die Netzankerspannung U'N als konstant vorausgesetzt. Praktisch trifft das nicht zu, da üblicherweise der selbsttätige Spannungsregler, wie er in Fig.15 schematisch dargestellt ist, eine von der Generatordrehzahl abhängige Statik besitzt, die auch noch von der Generatorhelastung JA beeinflußt wird. Das bedeutet, daß die Ladespannungskennlinie des Generators sich mit sinkender Drehzahl u parallel mit sich selbst nach unten verschiebt und daß 1>e1 großer Stromstärke JA die Kennlinie stärker geneigt ist als bei kleiner Stromstärke JA. Graphisch sind die Verhältnisse in den Fig. i i bis 14 wiedergegeben.In the previous considerations, the network armature voltage U'N was assumed to be constant. In practice this does not apply, since the automatic voltage regulator, as it is shown schematically in FIG. This means that the charging voltage characteristic curve of the generator shifts downward parallel to itself with decreasing speed u and that 1> e1 high amperage JA the characteristic curve is more inclined than with a smaller amperage JA. The relationships in FIGS. Ii to 14 are shown graphically.

Diese Einflüsse sollen nun gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ganz oder teilweise durch Einwirkung auf die Erregung des magnetischen Kreises des selbsttätigen Spannungsreglers ; in Fig. i ausgeglichen werden, worauf bereits oben hingewiesen wurde. Die hierfür grundsätzlich angewendete Schaltung ist in Fig. 16 schematisch dargestellt.These influences should now be according to a further development of the invention wholly or partially by acting on the excitation of the magnetic circuit of the automatic voltage regulator; in Fig. i are compensated for, what has already been said above was pointed out. The circuit basically used for this is shown in FIG. 16 shown schematically.

Um bei sinkender Drehzahl n die Spannung UN konstant zti halten, muß AWst, um einen der Spannungsänderung -1 L -N. entsprechenden Wert vermindert werden, hzw. bei steigender Drehzahl muß eine ent,#l)reclien(le Vergrößerung vorgenommen werden. ,JA WS" = ki . )a C1in ferner l ,,v hei steigender Belastung JA konstant zti halten, muß AWsu um einen der Spannungsänderung A ( 'j entsprechenden Wert vermindert werden. ..1.-111-" - k2 . J i also Dieser Gleichung genügt annähernd eine Anordnung nach Fig. 16, bei welcher der Regler mit zwei Spulenwicklungen versehen ist, deren eine an der Spannung UN liegt und deren andere mit der Generatorfeldwicklung in Reihe geschaltet ist.In order to keep the voltage UN constant zti with decreasing speed n , AWst must be one of the voltage change -1 L -N. corresponding value are reduced, hzw. as the speed increases, a corresponding increase must be made. , JA WS " = ki . ) a C1in furthermore l ,, v with increasing load JA keep constant zti, AWsu must increase by one of the voltage change A ('j corresponding value must be reduced. ..1.-111- "- k2 . J i also This equation is approximately satisfied by an arrangement according to FIG. 16 in which the regulator is provided with two coil windings, one of which is connected to the voltage UN and the other of which is connected in series with the generator field winding.

Abweichungen treten ein wegen der Krümmung der I--rregerkennlinie infolge Sättigung.Deviations occur because of the curvature of the excitation characteristic due to saturation.

Im Diagramm Fig. 17 zeigen die ausgezogenen Linien den tatsächlichen und die strichpunktierten Linien den gemäß obiger Gleichung geforderten Verlauf der Erregerkennlinie des Generators.In the diagram of Fig. 17, the solid lines show the actual and the dash-dotted lines show the course required according to the above equation the excitation characteristic of the generator.

Im Diagramm Fig. 18 zeigen die ausgezogenen Linien den Einfluß der Reglerstatik auf die Netzspannung (-r.In the diagram of FIG. 18, the solid lines show the influence of the Controller statics on the mains voltage (-r.

Bei dem der Rechnung zugrunde gelegten Beispiel ergibt sich bei einem Spannungsanstieg von ioo/o infolge einer Drehzahlerhöhung ein Spannungsabfall von 8% infolge eines Belastungsanstieges. Diese Zahlen wechseln mit der konstruktiven Wahl der Eisenquerschnitte, der Ankerrückwirkung und des inneren Widerstandes des Generators in gewissen Grenzen.In the example on which the calculation is based, one has Voltage increase of ioo / o as a result of an increase in speed, a voltage drop of 8% as a result of an increase in load. These numbers alternate with the constructive one Choice of the iron cross-sections, the anchor reaction and the internal resistance of the Generator within certain limits.

1>1e strichpunktierte Linie im Diagramm Fig. 18 zeigt die kompensierte Spannung UN. Es kann also ein Regler mit verhältnismäßig großer Statik Verwendung finden, d. h. das Reglersystem kann entsprechend schwächer und billiger gebaut werden.1> 1e dash-dotted line in the diagram of FIG. 18 shows the compensated Voltage UN. A controller with a relatively large statics can therefore be used find, d. H. the control system can be built correspondingly weaker and cheaper.

Zusammenfassend sei kurz wiederholt: Es ist finit dein Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur elektrischen Zugbeleuchtung geschaffen, bei welcher für diesen Zweck erstmalig ein Doppelspannungsgleichstromgenerator benutzt wird und hei der im Gegensatz zu früheren Einrichtungen mit Doppelspannungsgleichstromgeneratoren nur eine Sammlerbatterie verwendet wird. Der Doppelspannungsgleichstromgenerator besitzt zwei Stromkreise, die in Reihe geschaltet sind und so die Ladespannung für ei 1e Sammlerbatterie hergehen, während über eine Anzapfung am Verbindungspunkt der leiden Stromkreise eine kleinere Spannung zum Speisen des Verbrauchernetzes abgezweigt ist. Bei Spannung abgebendem Generator wird also das Verbrauchernetz von einem Anker des Generators allein gespeist, während bei still stehendem Generator die Sammlerbatterie die Speisung des Verbrauchernetzes übernimmt.In summary, let me repeat briefly: It is finite your subject the invention created a device for electric train lighting in which for the first time a double voltage direct current generator is used for this purpose and called the contrary to earlier devices with double voltage direct current generators only one collector battery is used. The double voltage DC generator has two circuits that are connected in series and thus provide the charging voltage for Go to a 1st collector battery, while via a tap at the connection point the circuits suffer from a lower voltage Dining of the consumer network is branched off. When the generator emits voltage, it becomes the consumer network Powered by an armature of the generator alone, while the generator is at a standstill the collector battery takes over the supply of the consumer network.

Für das Verhältnis der elektromotorischen Kräfte in den beiden Ankerwicklungen und damit für das ihrer Windungszahlen wurde ein ganz bestimmter zahlenmäßiger Wert gefunden, welcher die an den beabsichtigten Betrieb stellenden Ansprüche erfüllt, wenn in den Stromkreisen der beiden Ankerwicklungen Abstimmwiderstände angeordnet werden, welche mit Hilfe von stark positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten ihres -Materials die Möglichkeit gewisser notwendiger Korrekturen bieten. Diese Abstimmwiderstände erhalten gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung eine solche Bauart, daß auch bei veränderten Stromstärken die für die Auswirkung des positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten erforderlichen Temperaturverhältnisse gewahrt bleiben.For the ratio of the electromotive forces in the two armature windings and thus for the number of their turns became a quite definite numerical value found which meets the requirements of the intended operation, if tuning resistors are arranged in the circuits of the two armature windings which with the help of strongly positive resistance temperature coefficients of their material offer the possibility of certain necessary corrections. These According to a further embodiment of the invention, tuning resistors receive one such Design that even with changed current strengths for the effect of the positive Resistance-temperature coefficients required temperature conditions are maintained stay.

Die Abstimmwiderstände sind dabei so angeordnet und bemessen, daß mit ihrer Hilfe leicht eine Anpassung des Generators an verschiedene Zellengrößen der Sammlerbatterie und an verschiedene Zellentypen sowie an verschiedene Anschlußwerte des Verbrauchernetzes vorgenommen werden kann.The tuning resistors are arranged and dimensioned so that with their help it is easy to adapt the generator to different cell sizes the collector battery and to different cell types as well as to different connection values of the consumer network can be made.

Für die Spannungsregelung des Generators wurde für den speziellen Zweck ein von der bekannten Bauart abweichender selbsttätiger Regler entwickelt.For the voltage regulation of the generator was for the special Purpose developed an automatic regulator deviating from the known type.

Die für eintretenden Drehrichtungswechsel des Generators, der beim Zugbetrieb unvermeidlich ist, erforderliche selbsttätige Umpolvorrichtung ist in der Beschreibung nicht besonders erwähnt, da sie hinreichend bekannt und in keiner #\T eise neu ist.The changes in the direction of rotation of the generator that occur during Train operation is unavoidable, required automatic polarity reversal device is in not specifically mentioned in the description as it is well known and in none # \ Is partly new.

Claims

PATENT ANSPRCC! I? :: i. Device for the electrical lighting of railway wagons while driving in both directions and when the train is at a standstill, consisting of a direct current generator, a collector battery, the consumer network with consumers, preferably consisting of electrical lamps, as well as the necessary control and switching devices, in which the one from a wagon axis Driven DC generator while the railway car is in motion feeds the consumer network and at the same time charges the collector battery, while when the railway car is at a standstill or under a minimum of slowed travel to avoid reverse current from the collector battery via the generator, this is automatically operated by an automatically operating switch from the collector battery and from the consumer network is electrically isolated and this is fed exclusively from the collector battery, characterized by the combination of the following features, some of which are known per se: a) The direct current genes rator is a double voltage generator (1, 2) with two electrically separated armature windings housed in common slots, the EMFs of which are in the ratio .1: i; b) the winding (i) with the larger EMF supplies the voltage for the consumer network and the winding (2) with the smaller EN-1K, additionally connected in series with the first mentioned winding (i), the charging saving for the collector battery (3) so that the sum of the mains current and the charging current flows through the collector of the winding (i), but only the charging current for the collector battery (3) flows through the collector of the winding (2); c) the voltage of the consumer network ( the voltage prevailing at the consumer terminals (.4) is influenced, while the terminal voltage of the network armature (i) is higher by an amount determined by the conditions of the battery charge; d) the size of the difference between the voltage at the consumer terminals and the voltage at the network anchor terminals is determined by the appropriate dimensioning of the resistances in the connection between the consumer network (.4) and the terminals of the network anchor (i) and through which only the consumer network current flows Size is adapted to the conditions given by the battery charge, both by the corresponding cable cross-sections and by the arrangement of special tuning resistors (9).

2. Device according to claim i, characterized in that to achieve one of the battery (3) matched charging current characteristics small AbstiminNvidenzistors (8) are switched into the charging circuit.

3. Device according to claim i and 2, characterized in that the trim resistors (8 and 9) are made of a material with a strongly positive temperature coefficient of resistance, for example iron or Nickel, are manufactured and dimensioned in such a way that their operational expansion is possible one that is disproportionate in relation to the amperage produced by the armature winding Resistance characteristic causes.

4. Device according to claim 3, characterized by arbitrarily changing the value of the tuning resistors (8 and 9) for the purpose of adapting the operating conditions of the facility to different ones Cell sizes and cell types of the collector battery as well as the size of the consumer network (, 4) connected electricity consumers.

5. Device according to claim 4, characterized due to the switching nature of the resistance changes, those in it consists in that partial resistances connected in parallel to increase the total resistance switched off, and vice versa, in order to enable the utilization of the positive resistance-temperature coefficient necessary correct operating "x, poor at to be able to maintain all current loads.

6. Device according to claim i, gekennzeichriet by an automatically operating controller (7) for largely constant generator voltage, which is controlled by an electromagnet (io) happens with two windings that are connected against each other and one of which Winding (i i) is connected to the voltage of the network armature, while the other winding (12) is connected in series with the field winding of the generator.