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Elektrischer Kohledruckregler Die Erfindung betrifft elektrische Kohledruckregler,
das sind Regler, die eine oder mehrere aus dünnen Kohleplatten zusammengesetzte
Säulen, im nachstehenden als Plattensäulen bezeichnet, verwenden und mit automatischen
Vorrichtungen versehen sind, welche in Abhängigkeit von einer beliebigen elektrischen
Größe, z. B. der Spannung, wirken und auf die Säule einen veränderlichen Druck ausüben.
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In den bisher bekanntgewordenen Ausführungen derartiger Geräte wirkt
mittelbar oder unmittelbar auf die Plattensäule eine Magnetarmatur, die in einer
Richtung einer elektromagnetischen Kraft und in entgegengesetzter Richtung einer
Federkraft unterworfen ist, so daß der auf die Plattensäule ausgeübte Druck der
Differenz dieser beiden Kräfte entspricht.
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Die Magnetarmatur kann im übrigen eine gradlinige oder drehende Bewegung
ausführen. In beiden Fällen ist die Anziehungskraft des Magnets direkt proportional
dem Quadrat der Induktion und des Querschnitts des Luftspalts und umgekehrt proportional
der Länge dieses Luftspalts. Sie ändert sich somit je nach der relativen Stellung
der Armatur und entsprechend allen anderen Ursachen, die eine zufällige Änderung
der Induktion herbeiführen können, wie z. B. die Temperatur, die eine Veränderung
des Widerstandes der Magnetspule herbeiführen kann.
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Das gleiche ist andererseits der Fall, wenn infolge einer beliebigen
Ursache, z. B. einer Veränderung der Lagerung infolge Temperaturänderung, Abnutzung,
usw., der Abstand zwischen der Armatur und der Plattensäule zufällig verändert wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kohledruckregler
mit einem beweglichen Organ, dessen relative oder absolute Ortsveränderung keinen
Einfluß ausübt auf die Kraft oder das Drehmoment, welchem es unterworfen ist, und
die von der elektrischen Größe abhängig sind, die auf den Regler einwirkt.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Kohledruckregler, in
dem die Resultierende der wirkenden Kräfte unabhängig ist von der ursprünglichen
Lage der Plattensäule, sowie von den Verschiebungen,
die auftreten,
wenn die letztere belastet oder entlastet wird.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Kohledruckregler, der
praktisch nicht nur mit Gleichstrom erregt werden kann, wie dies für die bereits
bekannten Geräte der Fall ist, sondern auch mittels ein- oder mehrphasigen Wechselstroms
und in gewissen Fällen mittels Ströme verschiedener Charakteristik. Die Erfindung
bezieht sich schließlich auf einen Kohledruckregler, dessen Temperaturveränderungen,
im Falle, wo er mit Wechselstrom gespeist wird, keinen oder fast keinen Einfluß
auf die Kraft oder das Drehmoment ausüben, die auf die Armatur wirken als Folge
der elektrischen Größe, welche auf den Regler einwirkt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Plattensäule
ausgeübte veränderliche Druck durch elektrodynamische Kräfte ausgeübt wirr>., die
von der zu regelnden elektrischen Größe erzeugt werden. Gemäß einer vorzugsweisen
Ausführung des Erfindungsgedankens besteht das bewegliche Organ des Reglers aus
dem Rotor eines elektrischen Motors, dessen magnetischer Widerstand konstant bleibt,
insbesondere eines Asynchronmotors.
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Im nachstehenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben, ohne daß hierdurch eine Beschränkung des Grundgedankens der Erfindung
auf Einzelheiten der zur Erläuterung ausgewählten Beispiele zum Ausdruck gebracht.
wird. In den Zeichnungen ist Abb. i ein schematischer- Schnitt längs der Achse eines
Reglers gemäß der Erfindung, Abb. 2 ein Schnitt längs der Achse eines anderen Ausführungsbeispiels
des Reglers gemäß der Erfindung, Abb.3 eine Detailzeichnung des in Abb.2 d,irgestellten
Hebelarms, Abb.4 eine Detailzeichnung des in Abb.2 dargestellten Nockens, -Abb.5
eine Darstellung der Wirkungsweise der Feder auf den gekrümmten Hebel.
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In Abb. i ist ein kleiner Asynchronmotor, beispielsweise ein Drehstrommotor
mit Kurzschlußläufer, dargestellt, der von der zu regelnden Spannung gespeist wird.
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Der Rotorwiderstand des auf der Welle i befestigten Rotors 2 ist so
berechnet, daß das maximale Drehmoment dem Schlupf i, Geschwindigkeit gleich Null,
entspricht. Der Motor entwickelt hierbei ein Drehmoment, das unter Vernachlässigung
des inneren Spannungsabfalls eine Funktion des Quadrates der zugeführten Spanneng
ist.
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An einem Ende der Motorwelle ist das eine Ende 5 einer spiralförmigen
Torsionsfeder 6 befestigt, deren anderes Ende mit einem auf dem Motorgehäuse 8 angebrachten
Tragkörper 7 verbunden ist. Die Anfangsspannung der Feder wird durch eine Drehung
des Tragkörpers erzeugt. Das so erzeugte mechanische Drehmoment ist dem durch den
Rotor erzeugten elektromagnetischen Drehmoment entgegengesetzt.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bis zu einem gegebenen Grenzwert
der zugeführten Spannung der Rotor im Stillstand verharrt, und oberhalb dieses Wertes
die Welle i in ihren Lagern 9 und io sich zu drehen beginnen und ein Drehmoment
erzeugen wird, das gleich der Differenz zwischen dem eigenen und dem von der Feder
erzeugten entgegengesetzten-Drehmoment sein wird.
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Das andere Ende der Welle trägt eine Vorrichtung, bestehend z. B.
aus einer Schraube mit Mutter, derart, daß die Schraube 3 auf der Welle versplintet
ist und die Mutter 4 in einer Bohrung der Nabe ii gleitet, wobei sie am Drehen durch
eine mit ihr verbundene Feder 12 verhindert wird, die ihrerseits in einer Aussparung
13 der erwähnten Nabenbohrung gleitet.
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Das aus dem elektromagnetischen Drehmoment des Rotors und dem mechanischen
Drehmoment der in- entgegengesetztem Sinne wirkenden Feder sich ergebende resultierende
Drehmoment erteilt nun der Schraube 4 eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung, so
daß der auf der Schraube angebrachte Stift einen Druck auf die Plattensäule ausübt.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der so ausgeübte Druck lediglich
von der Differenz des elektromagnetischen und des von der Feder erzeugten Drehmoments
abhängt, ohne daß die Lage der Schraube und d°_mentsprechend die Winkelstellung
des Rotors eine Rolle für die _ Größe dieses Differenzwertes spielen.
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Abb. Z zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Die hierin dargestellten
Organe tragen, soweit sie denen der Figur i entsprechen, die gleichen Kennziffern.
i ist die Welle, die den Rotor 2 eines kleinen Asynchronmotors trägt, dessen Statorwicklung
schematisch dargestellt ist.
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6 ist die Torsionsfeder, die dem vom Rotor entwickelten elektrodynamischen
Drehmoment entgegenwirkt. Der Rotor 2 trägt einen Nocken 14, dessen innere Kurve
zweckmäßig eine Cardioide sein kann.
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Der Nocken wirkt auf eine Rolle 15, die mittels einer Feder i6 gegen
den Nocken gedrückt wird. Diese Feder schwingt an einem Ende um ihren Befestigungspunkt
17 auf dem Hebel 18 und ist am anderen Ende im Punkte i9 befestigt. Die Befestigung
in diesem Punkte kann entweder durch Aufhängung an einer Tragschneide oder drehend
auf einer Achse erfolgen, so daß die Feder sich entsprechend der Resultierenden
der auf sie einwirkenden Kräfte einstellen kann.
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Der gekrümmte Hebel 18 trägt einerseits die Rolle 15 und kann sich
andererseits um die Achse 20 drehen. Das Drehen des Hebels kann z. B. durch eine
Gelenkbefestigung ermöglicht werden, bestehend aus auf Kerben ruhenden Schneiden.
Der gekrümmte Hebel 18 ist mit einem Arm 21 versehen, der einen Stift 22 trägt,
vermittels dessen ein Druck auf die Plattensäule ausgeübt wird.
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Der Regler wirkt wie folgt Unter der Einwirkung der auf Zug beanspruchten
Feder 16 drückt der Stift 22 in normaler Weise auf die Platten der Säule 23. Unter
der Einwirkung des elektrodynamischen Drehmoments, das vom Rotor entsprechend dem
durch die Wicklung des Statoxs fließenden Strom erzeugt wird, dreht sich der Nocken
14 und verschiebt die Rolle 15, wodurch der auf die Plattensäule ausgeübte Druck
verändert wird.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß je nach dem Sinn der wirkenden
Kräfte die Scheibensäule belastet oderentlastet wird.
Wenn diese
Säule beispielsweise in den Erregerkreis eines Wechselstromgenerators eingeschaltet
wird, dessen Spannung den kleinen AsynchronmotoT speist, erhält man eine Regelvorrichtung,
die automatisch in dem Sinne wirkt, daß.jede Änderung der Spannung ausgeglichen
wird.
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Es sei hier bemerkt, dA in einer Vorrichtung der beschriebenen Art
das Drehmoment in erster Linie von der dem Motor zugeführten Spannung abhängt. Die
Veränderung des Motorwiderstandes, z. B. infolge einer Temperaturveränderung, spielt
eine nur untergeordnete Rolle.
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Andererseits wird im Falle eines Asynchronmotors die beschriebene
Vorrichtung direkt mit Wechselstrom gespeist, so daß sie im aufgeführten Beispiel
einen Mittelwert für die Spannungen eines MehrphasensVstems aufrecht erhalten wird,
selbst wenn dieses System eine gewisse Unsymmetrie aufweisen sollte. Es folgt hieraus,
daß, selbst wenn das Netz, das den Generator speist, unsymmetrische Phasenspannungen
aufweist, der Regler, der von der Resultierenden der durch die drei oder n-Phasen
erzeugten Kraftfelder abhängt, eine Regelung entsprechend dem Mittelwert der Phasenspannungen
herbeiführen wird. Diese Eigenschaft bedingt die Überlegenheit des neuen Reglers
über die bisher bekannten Ausführungsformen, die nur die Regelung einer einzigen
Phase gestatten, es sei denn, daß jede Phase ihren eigenen Regler erhielt.
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Falls es sich um die Regelung eines Einphasennetzes handelt, kann
die gleiche Regelvorrichtung benutzt werden, wobei der Regler ein Wechselstromeinphasenmotor
ist, in dem nach bekanntem Vorbild eine phasenverschobene Hilfsphase vorgesehen
ist, die durch einen mittels einer Induktionsspule oder eines Kondensators erzeugten
phasenverschobenen Strom gespeist wird.
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Eine andere Lösung mag darin bestehen, daß im Stator des Asynchronmotors
nicht eine einzige, sondern zwei oder mehr Wicklungen vorgesehen werden, die von
Strom oder Spannungen gespeist werden, die zwar alle dieselbe Frequenz besitzen,
aber nicht phasengleich sind. Das auf die Rotorwelle ausgeübte Drehmoment wird in
diesem Falle die Resultierende der verschiedenen miteinander kombinierten Einwirkungen
sein. Eine derartige Vorrichtung kann z. B. in dem Falle angewendet werden, wo mehrere
Generatoren parallel arbeiten.
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Falls die Speisung der Regelvorrichtung mittels Gleichstroms erfolgt,
kann dieselbe aus einem kleinen Motor mit konstantem Luftspalt und mit einer Hauptschluß-
oder Nebenschlußwicklung bestehen, je nach der Größe, die man dem durch den Motor
in Abhängigkeit von der ihn speisenden elektrischen Größe erzeugten Drehmoment zu
geben wünscht.
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Eine Vereinfachung der Regelvorrichtung, insbesondere um einen Kollektor
und die Lager zu vermeiden, kann dadurch herbeigeführt werden, daß die Rotorwicklung
nur zwei zweckmäßig verteilte Anschlüsse erhält oder sogar nur eine diametrale Wicklung,
wobei die Speisung durch biegsame Leiter oder sogar durch die Spiralfeder selbst
erfolgt, die zum Ausgleich des Drehmotors dient.
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In letzterem Falle verändert sich für eine gegebene Speisespannung
das elektrodynamische Drehmoment in Abhängigkeit von dem Sinus des Winkels, den
die Rotorwicklung mit dem Erregerfeld bildet; es ist aber gewiß, daß, selbst wenn
die Rotorwicklung ziemlich erhebliche Winkeldrehungen um die dem maximalen Drehmoment
entsprechende Mittellage ausführt, der Sinuswert des Drehwinkels sich nur wenig
verändert, so daß die mechanischen Verschiebungen, die zur Einwirkung auf die Plattensäule
notwendig sind, hinreichend stark variieren können, ohne daß die Drehung des Rotors,
die diese Verschiebungen erzeugt, das Drehmoment merkbar beeinflußt.
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Die im vorstehenden beschriebenen Vorrichtungen können im übrigen
in ihrer allgemeinen Anordnung ziemlich weitgehende Veränderungen erfahren, ohne
deshalb aus dem Rahmen dieser Erfindung herauszufallen.
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So kann z. B. die dem Rotor entgegenwirkende Spiralfeder durch eine
geeignete Torsionsfeder beliebiger Ausführung oder durch Zug- oder Druckfedern ersetzt
werden, welche zwischen dem Druckstift und der Plattensäule eingeschaltet werden
können. Andererseits kann die Umwandlung der schwingenden Bewegung des Rotors in
eine geradlinige durch eine Kurbelwelle und einen Zapfen erfolgen, indem man die
Achse der Säule in eine mit der Motorachse einen Winkel bildende Ebene verlegt,
oder die Umwandlung durch die Verwendung von Nocken und Rollen erzielt werden, die
von der Rotorwelle angetrieben werden und mittels Hebel oder einer sonstigen Übertragung
auf die Plattensäule wirken.