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Selbsttätige Schalteinrichtung für Batterieladung In fast allen Bahnfahrzeugen
sind Akkumulatorenbatterien vorgesehen. Diese haben die Aufgabe, im Stillstand oder
bei kleinen Geschwindigkeiten die Beleuchtung des Fahrzeuges zu speisen. Zur :lufladung
dieser Batterien ist gewöhnlich ein von einer Wagenachse angetriebener Generator
vorgesehen, welcher von einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit an eine zur Ladung
der Batterie ausreichende Spannung abgibt.
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Bei dieselelektrischen oder dieselhydraulischen Fahrzeugen wird dieser
Generator vom Dieselmotor angetrieben. Die Batterien sind bei diesen Fahrzeugen
erheblich größer, da sie außer zur Beleuchtung auch zur Speisung der Steuerung des
Dieselmotors dienen müssen.
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In allen Fällen ist zwischen Batterie und Ladegenerator ein Schaltorgan
erforderlich, welches einschaltet, wenn die Spannung der Lademaschine die zur Ladung
der Batterie erforderliche Höhe erreicht hat. Sinkt die Drehzahl der Lademaschine
durch Verminderung der Fahrgeschwindigkeit oder durch Abstellen des Dieselmotors
so weit ab, daß die EMK der Lademaschine kleiner wird als die Batteriespannung,
so muß bei der dann eintretenden Umkehr der Stromrichtung, also bei Entladung der
Batterie über den Anker der Lademaschine, die Verbindung zwischen Batterie und Lademaschine
getrennt werden.
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Bisher hat man hierzu sogenannte Ladeautomaten verwendet. Dieselben
sind elektromagnetische Schaltgeräte, deren Magnetsystem von zwei Spulen erregt
wird. Eine dieser Spulen liegt an der Spannung des Ladegenerators und ist so eingestellt,
daß bei einer Generatorspannung, welche etwa 15
bis 20% über der Entladespannung
der Batterie liegt, die Kraft der Gegenfeder überwunden wird und die Einschaltung
erfolgt. Die zweite Spule ist von (lern dann einsetzenden Ladestrom durchflossen
und
verstärkt noch die Wirkung der zuerst genannten Spannungsspule. Bei manchen Ausführungen
wird nach erfolgter Einschaltung die Spannungswicklung durch eine Art Sparkontakt
geschwächt. Sinkt die Drehzahl des Ladegenerators so weit ab, daß er auch bei voller
Erregung nicht mehr eine zur Batterieladung ausreichende Spannung liefern kann,
setzt Rückstrom ein, d. h. die Batterie entlädt sich über den Anker des Ladegenerators.
Dadurch wechselt aber auch die magnetisierende Wirkung der Stromspule des Ladeautomaten
ihre Richtung. Die Stromspule arbeitet also gegen die Spannungsspule, die unter
Umständen schon durch den Sparkontakt geschwächt sein kann. Bei einer gewissen Stromstärke
reicht dann die resultierende Erregung des Magnetsystems nicht mehr zur Überwindung
der Kraft der Gegenfeder aus, und der Ladeautomat fällt ab.
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Die so erregten Schaltgeräte können sowohl unmittelbar den Ladestromkreis
schließen und unterbrechen als auch den Steuerstromkreis eines Schützes, welches
erst seinerseits diesen Stromkreis schaltet.
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Allen diesen Einrichtungen haftet jedoch ein großer Nachteil an. Bei
Gleichstrommagneten genügt zum Halten eine sehr kleine Erregung, welche je nach
Ausführung io bis :25% der zum Einschalten benötigten Erregung beträgt. Sinkt nun
die Spannung des Ladegenerators sehr schnell auf Null ab, sei es durch Fortbleiben
seiner Erregung oder durch plötzliches Stillsetzen des Dieselmotors, z. B. durch
Kolbenfressen, dann steigt der Rückstrom sehr bald auf übermäßig große Werte an.
Die Stromspule des Ladeautomaten bewirkt dann nicht nur eine Entmagnetisierung,
sondern unmittelbar darauf eine sehr starke Magnetisierung in entgegengesetztem
Sinne, welche vollkommen ausreicht, den Automaten in eingeschaltetem Zustand zu
halten. Es ereignet sich daher immer wieder im Betrieb solcher Anlagen, daß die
Zeit, während welcher die Magnetisierung beim Wechsel von der einen zur anderen
Richtung kleiner ist als die nötige Haltekraft, nicht ausreicht, um ein Abfallen
des Automaten zu ermöglichen.
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Man hat daher auch schon polarisierte Relais mit permanenten Magneten
vorgesehen, um zu verhindern, daß ein Rückstrom eine zum Halten ausreichende Erregung
bewirken kann. Es hat sich aber gezeigt, daß die permanenten Magnete sehr bald in
ihrer Richtkraft nachließen und ihre Aufgabe nicht mehr erfüllten.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dynamometrisches Relais
zum Schließen und Unterbrechen des Batterieladestromes oder eines denselben schaltenden
Steuerstromes. Das Relais besteht aus einem feststehenden, mit Wicklungen versehenen
Magnetsystem, nach Art eines zweipoligen Motorgehäuses, in dem ein ebenfalls bewickelter
Kern drehbar angeordnet ist. Dieser Kern kann wie ein Motoranker mit verteilten
Wicklungen oder wie der doppel-T-förmige Kern von Meßwerken ausgebildet sein. Er
wird durch Federkraft in die Ausschaltlage gezogen. Sowohl der feststehende als
auch der drehbare Teil erhält eine von der Spannung des Ladegenerators erregte Spule.
Diese beiden Spulen erregen das System in einem solchen Sinne, daß ein der Federkraft
entgegenwirkendes Drehmoment entsteht, welches bei der richtigen Spannung ein Einschalten
bewirkt. Einer der beiden Teile, vorzugsweise der feststehende Teil, erhält außerdem
noch eine Stromspule, welche vom Ladestrom oder einem bestimmten Teil desselben
durchflossen ist. Fließt der Strom vom Ladegenerator zur Batterie, so wirkt diese
Stromspule im selben Sinne wie die Spannungsspule, verstärkt also das Drehmoment
im Einschaltsinne. Wenn der Strom seine Richtung wechselt, schwächt er die Wirkung
der Spannungsspule, so daß der Anker durch die Federkraft in die Ausschaltlage gezogen
wird. Sollte es durch besonders schnelle Umkehr des Stromes tatsächlich zu einer
starken Magnetisierung im entgegengesetzten Sinne kommen, dann ist das von diesem
Strom bewirkte Drehmoment auf jeden Fall im Ausschaltsinne gerichtet oder Null,
wenn bei vollständigem Kurzschluß die Spannung des Ladegenerators und mit ihr die
Magnetisierung des Ankers Null geworden sind. Es ist also auch dann mit einer sicheren
Abschaltung zu rechnen.
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Ein Beispiel für die Ausführung eines solchen Rückstromrelais zeigt
Fig. i. Hierin bedeuten i ein feststehendes Magnetjoch, 2 zwei Feldpole und 3 einen
auf einer Welle 8 sitzenden Anker, mit welcher er um einen geringen Ausschlag drehbar
ist. Auf dieser Welle ist der in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerstromkontakt
9 angeordnet. Einer der beiden Feldpole erhält eine Spannungsspule 4; auf dem Anker
ist eine Spannungsspule 5 angeordnet, welche mit der Spule 4 in Reihe geschaltet
sein kann. Der zweite Feldpol erhält eine Stromspule 6. Bei größeren Ladeströmen
kann es vorteilhaft sein, nicht den ganzen Ladestrom durch die Relaisspule zu schicken,
sondern diese parallel zu einem Shunt i i zu legen. Die Anschlüsse der beweglichen
Spule 5 können, wie bei Meßinstrumenten, durch Federn 7 hergestellt werden, welche
hier beide im selben Sinne wirken müßten, um das gewünschte Drehmoment im Ausschaltsinne
zu bewirken.
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Fig.2 zeigt eine prinzipielle Schaltungsanordnung als Beispiel. Außer
den bereits erläuterten Teilen bedeuten hierin io den Ladegenerator, 12 ein Schütz
mit Betätigungsspule 13 und 14 die Batterie. Die Wirkung ist bereits oben erläutert.