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Kohledruckregler, insbesondere zur selbsttätigen Xonstanthaltung von
elektrischen Spannungen oder Strömen Die Erfindung bezieht sich auf Kohledruckregler,
wie sie inbesondere zur selbsttätigen Konstanthaltung von elektrischen Spannungen
oder Strömen verwendet werden, und bei denen die Zugkraft eines Elektromagneten
der auf die Kohlesäule ausgeübten Kraft eines federnden Organes entgegenwirkt.
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Es sind Kohledruckregler bekanntgeworden, bei denen ein Elektromagnet
mit Drehanker vorgesehen ist und die aus dünnen Kohlescheiben aufgeschichtete Kohlesäule
von einer zylin'drisc'hen Schraubenfeder durch Vermittlung des Drehankers und einer
Kraftübertragung mit Kniehebelwirkung gegen ein Widerlager gedrückt wird, aber eine
zunehmende Entlastung erfährt, wenn der Drehanker zwischen die Magnetpole hineingedreht
wird, was nach Maßgabe der Stäke des die Magnetspule durchfließenden Stromes geschieht.
Dabei wird ein sog. Leitkurvenstück vorgesehen, das einerseits .an dem Drehanker
befestigt, andererseits durch ein sog. Federzugband mit der Zugfeder verbunden ist
und das Zugfederband in jeder Ankerstellung in einen solchen Abstand vom Ankerdrehpunkt
bringt, daß das vorn der Zugfeder auf den Anker ausgeübte Drehmoment in jeder Ankerstellung
dem Magnetzug und der Säulenreaktionskraft das Gleichgewicht hält, solange die Magneterregung
bzw. die ,zu regelnde Größe, von der die Magneterregung abhängt, den richtigen Wert
hat. Mit Hilfe .der Leitkurve 'kann das Kräftespiel im Regler vollkommen astatisch
gemacht werden.
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Ferner sind Kohledruckregler bekanntgeworden, bei denen der Druck
auf die Kohlesäule durch eine mechanische Vorrichtung überwacht wird, welche ihre
Bewegung entgegen einer Federspannung in Abhängigkeit von den Bewegungen
eines
in eine Magnetspule ragenden und darin längs verschiebbaren Eisenkernes ausführt.
Dabei ist die Einrichtung so getroffen, daß der Magnetkern einen Nocken bewegt,
,welcher einen in Abhängigkeit von der Stellung des Magnetankers veränderlichen
Druck auf die Kohlesäule ausübt. Die Kohlesäule ist so vorgesehen, daß ihre Achse
im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Magnetkernes gelagert ist,
während der Nocken vermittels einer Druckplatte in axialer Richtung auf die Kohlesäule
wirkt. Durch die Formgebung der Nockenfläche, welche über eine sog. Druckrolle auf
die Kohlesäule bzw. die Druckplatte drückt, wird ermöglicht, daß die Zugfederkraft,
die Magnetzugkraft und die Rückstellkraft der Kohlesäule, den richtigen Wert der
zu regelnden Größe vorausgesetzt, in allen Stellungen des Mechanismushubes einander
das Gleichgewicht halten. Die wirksame Nockenfläche kann auswechselbar sein und
durch Flächen mit anderen Kurvenformen ersetzt werden. Bei diesen bekannten Anordnungen
ist also im Vergleich zu den ersterwähnten die Verlängerung des Ankers selbst bzw.
die Fläche eines vom Anker bewegten Nockens als Leitkurve ausgebildet.
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Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, daß ein Elektromagnet
mit einem Magnetanker, der (lediglich) Hubbewegung ausführt, verwendet ist, und
daß der Magnetanker, der auf die eine Stirnfläche einer oder mehrerer zweckmäßig
mit ihrer Achse parallel zur Ankerbewegungsrichtung angeordneten Kohlesäulen einwirkt,
an einer als federndes Organ dienenden Bandfeder befestigt ist, deren Fläche im
wesentlichen senkrecht zur Ankerbewegungsrichtung verläuft und deren der Befestigungsstelle
abgewandte Enden derart gelagert sind, daß sich die Auflagestelle mit zunehmender
Durchbiegung der Bandfeder nach der Befestigungsstelle hin verschiebt. Auf diese
Weise kann die Federkurve der Bandfeder an die Zugkraftkurve des Elektromagneten
angeglichen werden, und es ist die Möglichkeit gegeben; unter Verwendung eines baulich
einfachen Elektromagneten zu erreichen, daß bei jeder Stellung des Ankers die Federzugkraft
der magnetischen Zugkraft und der Säulenreaktionskraft das Gleichgewicht hält, solange
die Magneterregung bzw. die zu regelnde Größe, von der die Magneterregung abhängt,
den richtigen Wert hat. Wird im Betrieb der Sollwert der zu regelnden Größe auch
nur um ein Geringes über oder unterschritten, so ist in keiner Stellung der Feder
mehr Gleichgewicht vorhanden, weil der :Magnet zu stark oder zu schwach geworden
ist. Dann bewegt sich der Anker soweit nach der einen oder anderen Seite seiner
geradlinigen Bewegungsrichtung, bis die dadurch bewirkte Veränderung des Säulendruckes
bzw. des Säulenwiderstandes die zu regelnde Größe wieder auf den richtigen Wert
zurückgeführt hat.
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Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens sei auf die Abb. i
und ia verwiesen. Eine Bandfeder b sei auf zwei Stützen a', ä' im Abstand
i gelagert; sie ist unter dem Einfluß einer Kraft P in der gezeichneten Weise durchgebogen.
Die größte Durchbiegung betrage bei der in der Mitte angreifenden Kraft an dieser
Stelle f mm. Die Charakteristik einer solchen Feder ist bekanntlich eine Gerade.
Verringert man bei sonst gleichen Abmessungen dien Abstand der Auflagepunkte auf
i' (zwischen b' und b"), so bleibt die geradlinige Charakteristik
erhalten, jedoch wird die Steilheit vergrößert, da zur Erlangung einer gleich großen
Durchbiegung f', also wenn f' = f sein soll, eine größere Kraft erforderlich
ist. Wird abermals der Abstand der Auflagepunkte auf i" (zwischen c' und c") verringert,
so ergibt sich wiederum eine Vergrößerung der Steilheit der Charakteristik. Werden
also im Laufe einer Durchbiegung die Auflagepunkte entsprechend Abb. i zwischen
i und i" verändert, so setzt sich die Charakteristik aus geraden Linien verschiedener
. Steilheit entsprechend den einzelnen Abschnitten f f', f"
(Abi. ia) zusammen
und bildet also eine gebrochene Gerade. Die gebrochene Gerade kann in eine stetige
Kurve (Abi. 2a) ver,#vandelt werden, indem die Auflagepunkte (a', b', c')
durch ein Kurvenstück s (Abi. 2) ersetzt werden. Diese Erkenntnisse können erfindungsgemäß
zur Angleichung der Federkurve einer Blattfeder an die Zugkraftkurve eines Elektromagnets
ausgenutzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 3 dargestellt. Darin
ist i das 'Magnetgestell des Elektromagnets, das zweckmäßig aus einem U-förmig gebogenen
Bügel aus Eisen- bzw.Magneteisenblech besteht. Der U-förmige Bügel trägt auf seiner
Grundfläche einen ringförmigen Aufsatz 2 und an seinen offenen Enden die Polschuhe
3 und4. Durch den Luftspalt zwischen den Polschuhen hindurch ragt der Magnetanker
3. der mit einem stabförmigen unteren Fortsatz 6 versehen ist, welcher den ringförmigen
Teil e durchsetzt. Der Magnetanker 5 ist an der Bandfeder 7 in deren Mitte befestigt.
Die Befestigungsstelle ist mit 8 bezeichnet. Auf dem Magnetgestell i ist die Platte
9 gelagert, die in iher Mitte eine Durchbohrung besitzt, durch welche dier obere
Fortsatz to des Magnetankers 5 hindurchgeht. Auf der Platte 9 liegen die Teile 11
und 12 auf, welche die Unterlage für die freien Enden der Bandfeder j bilden und
bei 13 bzw. 14 drehbar gelagert sind. Die Unterlagen i i und 12 liegen also mit
ihrem freien Ende 15 bzw. 16 auf der Platte 9 auf. Die als Auflage für die Bandfederenden
dienende Fläche 1 7 bzw, 18 der Unterlagen 11, 12 hat eine Form, wie sie sich aus
den. an Hand der Abb. 1, 2 angestellten Betrachtungen ergibt. Der untere Fortsatz
6 des Magnetankers ist mit einer Kugel i9 verbunden, welche eine Traverse2o trägt,
auf welcher die Kohlsäulen 21, 22 ruhen, die mit ihrem anderen Ende an den Auslegern
23 und 24 abgestütezt sind. Die Kohlesäulen sind mit ihrer Achse parallel zur Ankerbewegungsrichtung
angeordnet. An Stelle von zwei Kohlesäulen können auch mehrere, z. B. drei, angeordnet
werden. Dementsprechend wäre die Traverse 20 zweckmäßig als Stern auszubilden. Gegebenenfalls
kann die Traverse
die Form einer Kreisplatte !haben, auf deren
Umfang eitle größere Anzahl, z. B. sechs Kohlesäulen symmetrisch verteilt sind.
Die Magnetspule des Elektromagnets ist mit 25 bezeichnet.
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Die Platte 9, die senkrecht zu der Ankerbewegungsrichtung angeordnet
ist, kann in dieser Richtung verschoben werden; indem man die Schrau-1>enmttttern
26, 27 betätigt. Auf der rechten Seite ist gestrichelt eine solche Stellungsänderung
angedeutet. Durch das Verstellen der Platte 9 kann die Angleichung der Federkurve
an die Magnetkraftkurve eingestellt werden.
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Die Auflageflächen 17 und. 18 für die Federenden haben in der Abb.
3 eine Form entsprechend dem Teil s in Abb.2. Erfindungsgemäß können statt dessen
die Auflageflächen 17 und 18 auch die Form einer Ebene haben, so daß an die
Stelle der in der Abb.3 ersichtlichen Kurven 17, 18 eine gerade Linie tritt.
Auf diese Weise kann schon sehr weitgehend die Angleichung der Federcharakteristik
an die Magnetkraftkurve durchgeführt werden, während die Herstellung der Unterlagen
sich außerordentlich einfach gestaltet. Durch Verstellen der Platte 9 kann man im
besonderen in. diesem Falle die gewünschte Angleichung herstellen, indem der Neigungswinkel
der Unterlagen bzw. der Auflageflächen gegen die Ankerbewegungsrichtung verändert
wird.
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In Abb. ,4 ist eine beispielsweise Schaltung des erfindungsgemäßen
Kohledruckreglers dargestellt, und. zwar für den Fall, daß der Kohledruckregler
dazu dienen soll, die einem Wechselstromnetz entnommene Spannung, die beispielsweise
zur Speisung eines Radiogerätes bestimmt ist, konstant zu halten. Es ist dabei nur
eine einzige Kohlesäule 21 dargestellt. Die zweite Kohlesäule 22 bzw. die weiteren
Kohlesäulen können mit der Kohlesäule 21 elektrisch ,in Reihe oder parallel geschaltet
sein. Die Kohlesäule bzw. die Kohlensäulen sind als Vorschaltwiderstand zwischen
die WechseIstromnetzklemmen 28 und die Klemmen 29 geschaltet, an welche der Verbraucher,
z. B. ein wechselstromgespeistes Radiogerät, angeschlossen wird. Die Magnetspule
25 des Kohledruckreglers, die das Fühlorgan desselben darstellt, ist über eine Gleichrichteranordnung
hinter der Kohlesäule bzw. dien hohlesäulett angeschaltet. Im vorliegenden Falle
besteht die Gleichrichteranordnung aus Trockengleichrichtern 32 in Graetz-Schaltung,
30 ist ein Glättungskondensator, während 3i eine Drosselspule darstellt.
Die Drosselspule 3 1 dient als Wechselstromschaltwiderstand für die Magnetspule
25, ersetzt also den bei Kohledruckreglern üblicherweise in Reihe mit der Magnetspule
vorgesehenen Ohmschen Vorschaltwiderstand. Besondiere Vorteile bietet es, als Drosseleule
31 eine Spule mit Eisenkern zu verwenden und ihr solche Bemessung zu geben,
daß sie im oder nahe dem Sättigungsbereich arbeitet und einen dementsprechenden
strotnabhängigen Wechselstromwiderstand darstellt. An Stelle der Drosselspule 31
kann in bekannter Weise ein Ohmscher Widerstand' verwendet werden. I lande lt es
sich um die Regelung von Gleichspannungen, so fällt die Gleichrichteranordnuug 32
fort; die Magnetspule 25 des Kohledruckreglers ist dann über Ohmschen Vorschaltwiderstand
an die konstant zu haltende Spannung anzuschließen.
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Die Kohlesäulen, die aus übereinandergeschichteten dünnen Kohleschcibenringen
bestehen, könnten elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet werden. Auch kann
die Einrichtung so getroffen sein, daß die Kohlesäulen von Reihenschaltung in Parallelschaltung
und, umgekehrt umschaltbar sind. An Stelle mehrerer Kohlesäulen kann eine einzige
Kohlesäule vorgesehen sein. Eine bevorzugte Anordnung besteht für diesen Fall darin,
die Kdhlesäule so anzuordnen, daß iihre Achse in der Achse des Magnetankers bzw.
in dessen Bewegungsrichtung verläuft.
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Bei Verwendung mehrerer Kohlesäulen ist die oben geschilderte symmetrische
Anordnung besonders vorteilhaft, vor allem in Verbindung mit der Kugellagerung i9.
Hierdurch dst es möglich, in einfacher Weise durch Einstellung der Platte 2o zu
erreichen, daß der Druck auf alle Kdhlesäulen gleichmäßig ausgeübt wird. Durch Betätigung
der Verstellmutter 8 kann der Druck der Bandfeder auf die Kohlesäule eingestellt
werden.
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Der auf der Grundfläche des Magnetgestelles i befinddic'he ringförmige
Aufsatz 2 kann an seinem oberen Rande mit einem aus Eisen bestehenden Kragen versehen
sein, so daß zu dem zwischen jenem Teil 2 und dem Anker 5 bestehenden Luftspalt
ein magnetischer Nebenschluß vorhanden ist.
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Die erwähnte Bandifeder 7 kann rechteckig sein oder aber statt dessen
andere Form, z. B. ovale Gestalt, 'haben oder mit Ausschnitten versehen sein, um
die gewünschte Wirkung zu unterstützen.
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Der erfindungsgemäße Kohled-ruckregler kann in den für Kohledruckregler
bekannten Schaltungen Anwendung finden und insbesondere zur selbsttätigen Konstanthaltung
von Gleichspannungen oder Wechsielspannungen auf den verschiedensten Anwendungsgebieten
dienen. Dabei kann es sich insbesondere um Netzspannungen handeln. Bei Verwendung
für Wechselspannungkann an den Kohledruckregler ein Transformator angebaut sein,
um z. B. die Netzspannung auf einen solchen Wert zu transformieren, daß die vom
Kohl'edruckregler konstant zu haltende Spanmung die für den angeschlossenen Verbraucher
(Radiogerät) gewünschten Werte hat. Der Transformator kann ein solcher mit Anzapfungen
.sein, um z. B. einen bestimmten Regler für verschiedene Verbraucher mit verschiedenen
Betriebsspannungen verwenden zu können.
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Insbesondere kann der erfindungsgemäße Regler, vorzugsweise in der
Ausbildung als Zusatzgerät, für den Betrieb elektrischer Haushaltsgeräte o. dgl.,
insbesondere für Netzanschlußradiogeräte, Anwendung finden. Auch können z. B. die
Spannungen für Verstärkerämter oder Fernschreiberanlagen oder für die Zwecke der
Batterieladung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Regler konstant gehalten bzw. geregelt
werden. Die erfindungsgemäßen Regler zeichnen sich dadurch aus, daß sie infolge
einfacher
unkt übersichtlicher Bauweise (Verwendung eines baulich
einfachen Magnets, einer einfachen Kraftübertragung) sehr kleine Abmessungen haben
können, womit große Wirtschaftlichkeit und' Handlichkeit bei einer Regelgenauigkeit
verbunden ist, die allem. Anforderungen der Praxis Rechnung trägt. Infolge jener
Vorzüge sind die erfindungsgemäßen Regler auch besonders geeignet, bei kleineren
Verbrauchern (in der Größenordnung von ioo W oder weniger) verwendet zu werden,
wo die bisherigen Regler einen zu großen Aufwand darstellten und deshalb ihre Anwendung
unterblieb.