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Schaltungsanordnung, insbesondere für Zugbeleuchtungsanlagen Die Erfindung
bezieht sich auf Schaltungsanordnungen, insbesondere für Zugbeleuchtungsanlagen,
bei denen ein -Generator mit veränderlicher Drehzahl und selbsttätiger ,Spannungsregelung
außer zur Speisung der Belastung (Lampen) zur Ladung einer Batterie verwendet wird,
welche bei kleineren Drehzahlen an Stelle des Generators als Spannungsquelle für
die Belastung dient.
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In solchen Stromversorgungsanlagen, insbesondere für .die Beleuchtung
von Fahrzeugen (Eisenbahnvagen), wird bisher, beispielsweise unter Verwendung des
Kohledruckreglers als Spannungsregler, die Anpassung des Ladestromes der Batterie
an die gegebenen Verhältnisse, z. B. Tagesfahrt gegenüber Nachtfahrt, Sommerfahrplan
gegenüber :Winterfahrplan und Personenzugcharakter gegenüber Schnellzugcharakter,
durch @sogenannte Ladewindungen (oder Ladespule) erzielt, die als zusätzliche Spule
außer der ,Spannungsspule auf dem Elektromagneten des Reglers vorgesehen sind und
vom Ladestrom der Batterie durchflossen werden. Durch sogenannte Lichtwindungen
(oder Lichtspule) wird die geregelte Spannung des Stromerzeugers bei fließendem
Laststrom (Lichtstrom) erhöht, durch die Ladewindungen .dem Batterieladestrom als
spannungsherabsetzende Wärkung zugeordnet.
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Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, d:aß die Wirkung
des Spannungsreglers des Generators außer von der Generatorspannung (Spannungsspule),
dem über die Belastung fließenden Strom (Lichtspule) und,dem zur Ladung der
Batterie
dienenden Strom (Ladespule) vom der Höhe der Drehzahl des Generators abhängig gemacht
ist. Insbesondere kann nach .der Erfindung der Spannungsregler von der Größe der
Drehzahl des Generators im ,Sinne einer Generatorspannungserhöhung derart abhängig
gemacht sein, daß die spannungserhöhende Wirkung oberhalb einer vorgeschriebenen
Drehzahl geringer als bei. kleineren Drehzahlen ist, vorzugsweise oberhalb einer
vorgeschriebenen Drehzahl vergleichsweise klein ist. Die zur zusätzlichen Steuerung
des Spannungsreglers dienende drehzahlabhängige Steuerkomponente kann z. B. mit
Hilfe einer auf der Generatorachse vorgesehenen Tachometermaschine erzeugt werden,
deren Spannung ;gegebenenfalls nach Gleichrichtung, beispielsweise mittels Trockengleichrichters,
zur Speisung eines Beeinflus-sungsargans des Spannungsreglers dient. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird die drehzahlabhängige Steuerkomponente von dem
Erregerstrom des Generators abgeleitet.
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Vorzugsweise wird beim Erfindungsgegenstand als Spannungsregler (Feldregler)
des Generators der Kohledruckregler verwendet und die Anordnung so getroffen, @daß
:die Kohlesäule in den .Stromzweig der Feldwicklung des ,Generators eingeschaltet
ist und der Elektromagnet des Kohledruckreglers außer mit der von der Generatorspannung
gesteuerten Spule (Spannungsspule), der vom Laststrom (Lichtstrom) durchflossenen
Spule (Lichtspule) und der vom Ladestrom der Batterie durchflossenen Spule (Ladespule)
mit einer Spule (Drehzahlspule) versehen ist, welche von einem von der Drehzahl
des Generators abhängigen Strom, vorzugsweise von dessen Erregerstrom, durchflossen
wird. Dadurch läßt sich erreichen, daß ein solcher Regler vorteilhaft sowohl bei
in Personenzügen zur Verwendung gelangenden Wagen als auch in für Schnellzugverkehr
bestimmten Wagen vorteilhaft verwendbar ist bzw. ein mit einem solchen Regler ausgestatteter
Wagen ohne die Wartung und den Betrieb erschwerende Umschaltungen wahlweise in Personenzügen
und Schnellzügen eingesetzt werden kann.
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Die bekannten Beeinflussungswicklungen (Lichtwindungen,Ladewindungen)
sind mitArzapfungen versehen, mit Hilfe deren man je nach Art des Zugcharakters
(Personenzug, ,Schnellzug) die bestgeeignete Wind'ungszahl der Licht- und Ladespule
für D-Zug-Betrieb einerseits und :andererseits für den Personenzugbetrieb einzustellen
hat, der sich durch kleinere mittlere Zuggeschwindigkeit -und ferner durch kürzere
Fahrzeiten zwischen den Stationen- .und prozentual längeren Aufenthalt (Stillstandszeit)
vom D-Zug-Betrieb unterscheidet, was stärkere Aufladungen der Batterie während der
Fahrzeiten notwendig macht und eine entsprechende )Wahl. der Lichtwindungszahlen
und, davon abhängig, anderer Ladewindungszahlen bedingt. Der Erfindungsgegenstand
bietet u. a. die vorteilhafte Möglichkeit, einen Regler mit einer für eine bestimmte
Zugart ausgewählten Anzahl von Licht- und Ladewindungen durch Hinzufügen der von
der Zuggeschwindigkeit bzw. Generatordrehzahl abhängigen Steuerungskomponente die
Eigenschaft zu verleihen, .daß mit dem Regler versehene oder zu versehende Wagen
sowohl für D-Zug-Verkehr als auch für Personenzugverkehr ohne Umklemmen der Licht-
und Ladewindungen nach Belieben verwendbar ist.
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Im besonderen kann, wie schon erwähnt, von dem Umstand Gebrauch gemacht
werden, daß der Erregerstrom von Fahrzeuglichtgeneratoren sein .iVIaximum beim Einschalten
(auf die Batterie bzw. Lampen) aufweist und diesen Stromwert bis zur Übernahme der
Vollast bei sich steigernder Zuggeschwindigkeit beibehält, um bei weiterem Anwachsen
der Zuggeschwindigkeit abzuklingen. Der Klennstwert des Erregerstromes kommt zustande
bei der maximal auftretenden Zuggeschwindigkeit (D-Zug-4Geschwindigkeit).
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Diese abfallende Stromcharakteristik des Erregerkreises des Generators
kann erfindungsgemäß ausgenutzt werden, indem der Spannungsregler bzw. sein Elektromagnet
mit einer im Sinne einer Maschinenspannungserhöhung wirkenden Spule versehen wird,
welche der Erregerstrom durchfließt. Durch die Wirkung dieser zusätzlichen Wicklung
(Drehzahlspule) wird bei niedrigen Zuggeschwindigkeiten die Wirkung der fest angeschlossenen
Anzahl von Lichtwindungen unterstützt. Bei steigender Generatordrehzahl, d. h. mit
zunehmender Zuggeschwindigkeit, ermäßigt sich von einer bestimmten Drehzahl ab schließlich
entsprechend denn abklingenden Erregerstrom die Generatorspannung erhöhende Wirkung
der Drehzahlwicklung und damit des Reglers. Man kann also durch entsprechende Wahl
der Zahl der Gesamtamperewindungen bewirken, daß vom Augenblick des Erreichens der
(Geschwindigkeit des Fahrzeuges, bei der .die Lichtmaschine die Vollast gibt, die
Gesamtzahl der zustande kommenden spannungserhöhenden Amperewindungen dem Regler
die für Personenzugbetrieb in Betracht kommende Charakteristik verleiht. Überschreitet
die Geschwindigkeit des Fahrzeuges die Geschwindigkeitsgrenze des Personenzugbetriebes,
so ist der Erregerstrom bereits auf einen Wert zurückgegangen, bei dem die Gesamtzahl
der spannungserhöhenden Amperewindungen auf den für den D-Zug-Betrieb gewünschten
Wert herabgesetzt ist. Bei noch höheren Zuggeschwindigkeiten fällt .der Erregerstrom
nur noch wenig ab. Der dem verbleibenden Resterregerstrom entsprechendem spannungserhöhenden
Amperewindungszahl der Drehzahlspule(ProduktausdemResterregerstrom und der Windungszahl
der Drehzahlspule) kann dadurch Rechnung getragen werden, daß die vom Lichtstrom
herrührende Amperewsndungszahl durch Einstellung der Anzahl der wirksamen Lichtwindungen
entsprechend ermäßigt wird mit Hilfe der erwähnten Anzapfungen.
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Zn der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
,Sdhaltanordnung dargestellt, und zwar für den Fall einer Zigbeleuchtungsanl.
age
unter Verwendung eines Spannungsreglers nach dem Kohledruckprinzip mit Drehanker.
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Der Spannungsregler (Fel:dregler) bzw. dessen Elektromagnet ist mit
i bezeichnet und dient zus Regulierung der Spannung einer von der Whagenachse her
angetriebenen Zuglichtmaschine mit dem Anker 2 und der Feldwicklung 3. Die Belastung
der Lichtmaschine, nämlich die Lampen eines Eisenbahnwagens, sind mit q. benannt.
Als weitere Belastung des Generators tritt die Batterie 5 hinzu. Im Erregerkreis
der Maschine (in Reihe mit der Feldwicklung 3) liegt die Kohlesäule ( des Feldreglers
i, während im Ankerstromlcrei,s die Kohlesäule 7 eines zweiten Kohledruckreglers
8 (Lampenregler) dem Lichtnetz q. vorgeschaltet ist. Der selbsttätige Maschinenschalter
9 .besitzt eine Spannu:ngss.pule.zo und eine Stromspulenii:. Er hat die Aufgabe,
beim Ansteigen der Maschinenspannung über einen vorgeschriebenen Wert das Lichtnetz
von der Battereie auf die Maschine umzuschalten, wodurch über die -Starkstromwindungen
i2 und 13 das Lichtnetz q. bzw. die Batterie 5 von der Maschine 2 mit Strom
versorgt werden. Ist das Lichtnetz nicht eingeschaltet wie bei der sogenannten Tagesfahrt,
so wird die Batterie nach ihrer durch den iM:aschinenselbstschal.ter 9 erfolgten
Anschaltung an die Maschinenspannung von dieser aufgeladen. Durch die Grundwicklung
1q. (Spannungsspule) wird die Regelspannung des Feldreglers i bei Leerlauf bestimmt.
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Die ,Starkstromwindungen 12 (Lichtspule) im Lichtnetz und die Starkstromwindungen
13 (Ladespule) im Batterieladekreis haben den Zweck, die Spannung der Maschine
2 einerseits entsprechend der augenblicklichen Größe des Belastungsstromes (Lichtstromes)
zu erhöhen und andererseits den durch den Ladezustand der Batterie gegebenen Ladestrom
im Sinne einer Herabsetzung der Maschinenspannung winken zu lassen. Die Anzahl der
Lichtwindungen i@2 ist abhängig von dem Grundbetrag :des Lichtstromes, der bei voll
eingeschalteter Beleuchtung zustande kommt. Er wird bei hohen Lichtströmen niedriger,
bei mittleren und kleineren Lichtströmen je nach der Wagenart höher angesetzt, da
die Grundamperewindungszahl des Reglers einen bestimmten Wert hat. Hinsichtlich
der Ladewindungen Lr3 ist die Größe der Batterie ausschlaggebend. Durch richtige
Wahl der Licht- und Ladewindungen einer bestimmten Fahrzeugart (Personenzugbetrieb
oder Schnellzugbetrieb) ist man in der Lage, bei einem bestimmten Fahrplan die bestmöglichste
Ladung der Batterie zu erreichen.
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Unter Fahrplan ist das Verhältnis von Fahrzeit zu Haltezeit zu verstehen.
Bei D-Zügen ist das Verhältnis der Fahrzeit zur Haltezeit groß, da die Zwischenräume
zwischen zwei Haltepunkten sehr beträchtlich sind. Im Gegensatz hierzu erfolgt bei
Personenzügen ein häufiges Halten bei verhältnismäßig kurzen Fahrzeiten zwischen
den einzelnen Haltepunkten. Demnach ist hier das Verhältnis Fahrzeit zur Haltezeit
erheblich kleiner als bei Zügen mit Schnellzugcharakter. Bei der bi(aher an Hand
der Abbildung geschilderten Anordnung ist es jedoch notwendig, je nach dem Fahrplan
(Verwendung des betreffenden Wagens im Personenzugbetrieb oder im D-Zug-Betrieb)
.die Zahl der anzuschließenden Licht- und Ladewindungen jeweils, durch Einstellung
an den Anzapfungen dem in Betracht kommenden Fahrplan anzupassen. Der in den Wagen
eingebaute Regler ist daher bei einer angeschlossenen Licht- und Ladewin.dungszahl
nur für einen bestimmten Fahrplan ver-,vendbar.
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Erfindungsgemäß ist nun der Feldregler bzw. dessenElektromagnet i
mit einer zusätzlichen Wicklung 15 (Drehzahlspule) versehen, die von dem Erregerstrom
der Lichtmaschine durchflossen wird und solchen Wicklungssinn hat, daß sie im gleichen
Sinne wie die Lichtwindungen, nämli-oh spannungserhöhend wirkt. Da der Erregerstrom
des Nebenschlußgenerators bei niedrigen Geschwindigkeiten des Zuges und damit niedrigeren
Generatordrehzahlen seinen Höchstwert kurz nach dem Erreichen der Regelspannung
annimmt und bei zunehmender Zuggeschwindigkeit schließlich kleiner wird, ist die
Wirkung der zusätzlichen Wicklung 15 derart, daß bei niedrigeren Zuggeschwindigkeiten
die Maschinenspannung stärker erhöht wird als im Bereich höherer Geschwindigkeiten.
Da ini Personenzugverkehr die Geschwindigkeiten niedriger liegen als im Schnellzugverkehr,
wird auf Grund des Erfindungsgegenstandes die Maschinenspannung bei ein und demselben
Wagen mit dem betreffenden Regler im Bereiche der Pensonenzuggesehwindigkeit stärker
erhöht als bei den höheren Zuggeschwindigkeiten im D-Zug-Verkehr.
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Um eine zu starke Steigerung der Maschinenspannung zu vermeiden, kann
die Zahl der ursprünglich vorzusehenden Lichtwindungen um einen geeigneten Betrag
herabgesetzt werden, derart, daß sich aus der verminderten Gru.ndlichtwindungszahl
zuzüglich der von der Drehzahlwicklung 15 erzeugten Amperewindungszahl im Bereich
der Personenzuggattungen der für diese Betriebsarten notwendige bzw. erwünschte
Betrag an spannungserhöhenden Amperewindungen ergibt. Bei Verwendung im Schnellzugverkehr
wird dann durch den bei hohen Geschwindigkeiten geringeren Strom in der Drehzahlspule
@i@5 selbsttätig eine kleinere Steigerung der Maschinenspannung erreicht. Es bedeutet
dieses, daß in Zügen mit Personenzugcharakter eine relativ höhere Maschinenspannung
zum Aufladender stärker beanspruchten Batterie zur Verfügung steht und daiß, umgekehrt,
in Zügen mit D-Zug-Charakter die Maschinenspannung nur um so viel gegenüber der
Regelspannung erhöht wird, als die Batterie nicht stark überladen werden kann.
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Unabhängig von der durch die Drehzahlwicklung 15 mit bedingten
Höhe der Maschinenspannung sind je nach der absoluten Höhe der maximalen Lichtlast
die Grundlichtwindungen für einen gegebenen Wagen durch die Wahl der Anzapfungen
einzustellen.
Ebenso ist je nach der Größe der in den betreffenden Wagen verwendeten Batterie
die Anzahl der die Maschinenspannung berabsttzenden Ladewindungen verschieden zu
wählen, was wiederum mit Hilfe der Anzapfungen der Ladewindungen geschehen kann.
Es ist also durch den Erfindungsgegenstand ermöglicht, einen Wagen mit einer gegebenen
Ausrüstung mit Stromverbrauchern (Lampenstärke, Lampenzahl und Batteriegröße) wahlweise
oder in beliebiger Aufeinanderfolge ohne Umstellung der Starkstromwindungsanschlrüsse
(Lichtwindungen, Ladewindungen) in Schnellzügen oder Personenzügen laufen zu lassen,
ohne daß eine Gefährdung der Batterie zu befürchten ist, vielmehr tunlichst ideale
Batterielade verhältnisse verwirklicht sind.
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Die Drehzahlwicklung kann z. B. zwischen der Grundwicklung 14 (Spannungsspule)
und den Star'kstromzusatzwicklungen 12, v3 (Lichtwindungen, Ladewindungen) angebracht
sein. Ferner kann auch die Drehzahlwicklung 115 mit Anzapfungen versehen sein, um
eine weitere Allpassung der aufladenden Kraft -bei verschiedenen Batteriekapazitäten
zu ermöglichen.
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Bei einer Anordnung nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
bei Nachtfahrt, d. h. bei fließen-dem Lichtstrom, neben der Erhöhung der Maschinenspannungen
durch fest angeschlossene Lichtwindungen eine zusätzliche Erhöhung der Maschinenspannung
durch den bei niedrigeren Cleschwindigkeiten. großen Erregerstrom bewirkt bis zu
der im Personenzugbetrieb üblichen großen Li:chtwindungszahl. Ebenfalls bei Nachtfahrt
wird durch das Abklingen des Erregerstromes -bei größer werdenden Geschwindigkeiten
die spannungserhöhende Wirkung der Drehzahlspule entsprechend kleiner, so,daß bei
geeigneter Bemessung der Windungszahl der Drehzahlspule bei Zuggeschwindigkeiten
über der Personenzuggeschwindigkeit sich die gesamte spannungserhöhende Wirkung
(Drehzahlspule + Lichtspule) auf den bei D-Zügen üblichen Betrag reduziert. Auch
bei Tagesfahrt, d. h. ohne Lichtstromentnahme, tritt durch die vom Erregerstrom
durchflossene Drehzahlspule eine Spannungserhöhung der Maschine ein, die eine kräftigere
Aufladung der Batterie in den Grenzen der Personenzuggeschwindigkeit bewirkt; diese
Spannungserhöhung ermäßigt sich bei D-Zug-Geschwindigkeiten auf einen unerheblichen
Wert. Die Zahl der Ladewindungen, d. h. der spannungsherabsetzenden, vom Ladestrom
durchflossenen Windungen, braucht nicht verändert zu werden, sondern kann auf einem
Mittelwert der bei Personenzug- und D-Zug-Betrieb üblichen Anzahl bleiben.
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Bei dein geschilderten Ausführungsbeispiel ist außer dem Feldregler
-1, 6 ein zweiter Regler 7, 8, der sogenannte Lampenregler, vorgesehen. Statt dessen
kann der Erfindungsgegenstand beispielswei.se bei Anordnungen, insbesondere für
die Zwecke der Zugbeleuchtung, Anwendung finden, bei denen lediglich ein vorzugsweise
als Kohledruokregler ausgebildeter Feldregler vorgesehen und z. B. einem Vorschlag
der Patentinhaberin vom 29. Juli 1949 gemäß die Einrichtung so getroffen ist, daß
die Belastung durch Einlegen des Lastschalters mit dem Batterieladezweig ausschließlich
über festen, nicht selbsttätig geregelten, bei ßatter ieentladebetrieb kurzgeschlossenen
Vorschaltwiderstand (Lichtwiderstand) verbunden wird oder ist, und die am belastungsseitigen
Ende dieses Widerstandes vorhandene Spannung auf das Fühlorgan (Magnetspule) des
Spannungsreglers einwirkt, dessen Arbeitsspannung zwangsläufig bei Ausschaltung
der Belastung auf einen'höheren, für die Batterieladung erwünschten Wert umschaltbar
ist, vorzugsweise durch selbsttätige Aufhebung des Kurzschlusses eines Widerstandes
im Stromkreis des Fühlorgans.
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Wie schon erwähnt, kann die drehzahlabhängige Steuerkomponente des
Reglers erfinidungsgemäß auch durch andere Mittel erzeugt werden, beispielsweise
mit Hilfe einer Tachometer-Maschine, -deren Spannung gegebenenfalls gleichgerichtet
wird und zur Speisung einer zusätzlichen Wicklung (Drehzahlspule 15) des Reglers
dient. Bei Verwendung solcher anderen Mittel ist zu berücksichtigen, wie sich die
erzeugte Hilfsspannung in Abhängigkeit von der Drehzahl ändert, insbesondere ob
sie mit wachsender Drehzahl steigt oder abnimmt. Steigt die ,Spannung, wie im Falle
der Tachometermaschine, mit zunehmender Drehzahl, so kann :die Einrichtung so betroffen
werden, daß die drehzahlabhängige Steuerkomponente so auf den Spannungsregler einwirkt,
daß sie die spannungserhöhende Wirkung der Lichtwindungen nicht unterstützt, sondern,dieser
entgegenwirkt und dementsprechend die von dem Laststrom (Lichtstrom) erzeugten Amperewindungszahlen
bemessen werden, derart, daß bei kleineren Zuggeshwindigkeiten die Gegenwirkung
der drehzahlabhängigen Steuerkomponente kleiner ist als bei höheren Zuggeschwindigkeiten
@ (D-Zug-Geschwindigkeiten). Es können ferner Mittel vorgesehen sein, um der drehzahlabhängigen
Hilfsspannung einen gewünschten Kurvenverlauf zu geben, beispielsweise derart, daß
die in Abhängigkeit von der Drehzahl aufgezeichnete Spannungskurve im Bereich der
niedrigen Drehzahlen horizontal oder nahezu horizontal verläuft und oberhalb einer
gewissen Drehzahl mehr oder weniger steil ansteigt oder gegebenenfalls abfällt oder
einen anderen Verlauf hat, der der gewünschten Änderung der spannungserhöhenden
@@Tirkung im Bereiche der niedrigeren und der höheren Drehzahlen bzw. Zuggeschwindigkeiten
angepaßt ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist vor allem bei Fahrzeugen, insbesondere
Zugbeleuchtungsanlagen vorteilhaft, bei denen wie bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel
der Generator (Zuglichtmaschine) von der Wagenachse her angetrieben wird.