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Einrichtung zum bedarfsweisen Ein- und Ausschalten der Antriebsmaschine
eines elektrischen Generators Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung
von elektrischem Strom, bei der der Generator stillsteht, solange kein Strom gebraucht
wird, dagegen in Gang gesetzt wird, sobald Bedarf an Strom auftritt, und wieder
stillgesetzt wird, wenn dieser Bedarf aufhört.
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In Einrichtungen der erwähnten Art findet sich gewöhnlich eine Gleichstromquelle,
die mit der Wicklung eines Hauptsteuerrelais und dem Belastungsstromkreis in Reihe
geschaltet ist. Wenn dieses Hauptrelais infolge der Betätigung eines Schalters erregt
wird, der einen Stromverbraucher (Lampen od. dgl.) in den Belastungsstromkreis einzuschalten
hat, so führt es das Anlassen einer Brennkraftmaschine herbei, die dann einen Generator,
gewöhnlich eine Wechselstrommaschine, antreibt. Wenn nun der Generator in den Belastungsstromkreis
Strom liefert, so wird die Gleichstromquelle abgeschaltet und das Hauptrelais durch
einen Strom, der von dem Belastungsstrom aus dem Generator abgeleitet wird, geschlossen
gehalten, so daß das Hauptrelais für eine weitere Betätigung nunmehr von dem im
Belastungskreis fließenden Strom abhängt, letzten Endes also davon, daß sich noch
ein Stromverbraucher im Belastungskreis befindet. Sobald alle Stromverbraucher abgeschaltet
sind und infolgedessen kein Strom im Belastungskreis fließt, wird das Hauptrelais
stromlos. Es öffnet sich und führt den Stillstand der Brenhkraftmaschine herbei.
Solche Einrichtungen, wie sie soeben beschrieben wurden, sind gemeint, wenn im folgenden
von Einrichtungen der gekennzeichneten Art die Rede ist.
Die Erfindung
bezieht sich speziell auf eine verbesserte Schaltung, die hauptsächlich oder teilweise
durch das Hauptsteuerrelais kontrolliert ist, für die Ein- und Ausschaltung der
Brennkraftmaschine. Im allgemeinen soll mit der Verbesserung erreicht werden, daß
die Zeit, in der der Anlaßvorrichtung Strom zugeführt wird, automatisch bestimmt
wird, daß ferner, was besonders wichtig ist, wenn es sich um eine Dieselmaschine
handelt, die Stillsetzvorrichtung genügend lange betätigt wird, um den Stillstand
auch dann zu gewährleisten, wenn die Maschine heiß ist und bei zu frühem Lösen der
Stillsetzvorrichtung wieder anlaufen könnte, und daß es schließlich nach dem Abschalten
aller Stromverbraucher, wodurch die Bedingungen für das Stillsetzen eingeleitet
sind, nicht notwendig sein soll, den Zyklus der Stillsetzgänge vollständig zu durchlaufen,
bevor dem Belastungskreis wieder Strom zugeführt wird.
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Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung gehört zu einer Einrichtung
der gekennzeichneten Art ein erster, normalerweise geschlossener Kontakt des Hauptrelais,
der mit einem ersten Kondensator und mit der Gleichstromquelle in Reihe liegt, und
ein normalerweise offener Kontakt des Hauptrelais, der in Reihe mit einem Anlaßrelais
für die Maschine zu dem erwähnten ersten Kondensator parallel geschaltet ist.
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Nach einem weiteren Hauptmerkmal der Erfindung gehört zu einer Einrichtung
der gekennzeichneten Art ein erster, normalerweise offener Kontakt eines Schützes,
dessen Wicklung parallel zum Generator liegt, in Reihe mit einem zweiten Kondensator
und der Gleichstromquelle, sowie ein zweiter, normalerweise geschlossener Kontakt
des Hauptrelais, der in Reihe mit einem Stillsetzrelais für die Maschine zu dem
erwähnten zweiten Kondensator parallel geschaltet ist.
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In Einrichtungen, die diese beiden Erfindungsmerkmale verkörpern,
kann ein Paar normalerweise offener Kontakte des Stillsetzrelais oder vorzugsweise
des erwähnten Schützes parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet sein, um ein
Aufladen des ersten Kondensators während der Stillsetzperiode der :Maschine zu verhindern.
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In Einrichtungen, die das eine oder andere der erwähnten beiden Hauptmerkmale
oder auch beide verkörpern, kann man dann, wenn es sich um einen Wechselstromgenerator
handelt, in Reihe mit dem Belastungskreis in einer Stellung, in der Strom aus dem
Generator nur beim Vorhandensein eines Stromverbrauchers fließt, eine vorgesättigteDrossel
schalten, zu der die Wicklung des Hauptrelais und ein damit in Reihe liegender Gleichrichter
parallel geschaltet ist.
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Eine Schaltung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Eine (nicht wiedergegebene) Gleichstromquelle ist mit einem (hier dem positiven)
Pol durch einen normalerweise geschlossenen Kontakt t2 eines Schützes an den ersten
Pol L1 des (nicht gezeigten) Belastungskreises angeschlossen, während ihr anderer
(hier der negative) Pol über die Wicklung eines Hauptsteuerrelais A und einen Gleichrichter
R mit dem anderen Pol L2 des Belastungsstromkreises in Verbindung steht. Ein Wechselstromgenerator
G steht mit seinem einen Pol g1 über normalerweise offene Starkstromkontakte tpl
des Schützes mit dem erwähnten Pol L1 des Belastungskreises und mit seinem anderen
Pol g2 über andere normalerweise offene Starkstromkontakte tpl des Schützes und
eine vorgesättigte Drossel, die miteinander in Reihe liegen, mit dem anderen Pol
L2 des Belastungskreises in Verbindung. Der erwähnte zweite Pol g2 des Wechselstromgenerators
steht mit dem zweiten (negativen) Pol der Gleichstromquelle in Verbindung. Ein das
Schütz betätigendes Solenoid T ist parallel zu den Generatorklemmen geschaltet.
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Zwischen den beiden Polen der Gleichstromquelle liegt ferner ein Stromkreis,
der einen Widerstand R1 in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt a1
des Hauptrelais enthält; in diesem Stromkreis liegen in Reihe mit dem Widerstand
R1 und dem Schalter a1 drei untereinander parallel geschaltete Stromkreiselemente:
i. ein normalerweise offener Kontakt e2 eines Stillsetzrelais E für die Maschine
oder besser ein Kontakt t2 des Schützes, 2. ein erster Kondensator Cl und 3. ein
normalerweise offener Kontakt a2 des Hauptrelais A in Reihe mit der Wicklung eines
Anlaßrelais D für die Maschine.
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Ein weiterer Stromkreis zwischen den beiden Polen der Gleichstromquelle
umfaßt einen zweiten Widerstand R2 in Reihe mit einem normalerweise offenen Kontakt
t1 des Schützes und mit zwei zueinander parallel liegenden Stromkreiselementen:
i. einem zweiten Kondensator C2 und 2. einem normalerweise geschlossenen Kontakt
a3 des Hauptrelais A in Reihe mit der Wicklung eines Stillsetzrelais E für die Maschine.
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Das Anlaßrelais D für die Maschine hat einen normalerweise offenen
Kontakt d in Reihe mit einem Anlaßsolenoid für die Maschine, die zwischen den beiden
Polen der Gleichstromquelle liegen. Das Stillsetzrelais E für die Maschine hat einen
normalerweise offenen Kontakt e in Reihe mit einem Kraftstoffabsperrsolenoid; auch
diese beiden Elemente liegen zwischen den Polen der Gleichstromquelle.
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Die Wirkungsweise des Systems nach der Erfindung ist die folgende:
Der Kondensator Cl steht unter Ladung, da er in Reihe mit dem Widerstand R1 und
dem normalerweise geschlossenen Kontakt a1 des Hauptrelais zwischen den Polen der
Gleichstromquelle liegt. Wenn ein (nicht dargestellter) Schalter für einen Stromverbraucher
im Belastungsstromkreis geschlossen wird, so fließt aus der Gleichstromquelle Strom
durch den Kontakt t2, den Stromverbraucher mit seinem Schalter, den Gleichrichter
R und das Hauptrelais A in die Gleichstromquelle zurück. Das Hauptrelais A tritt
in Tätigkeit, öffnet bei dem Kontakt a1 den Ladestromkreis des Kondensators Cl und
schließt am Kontakt a2 einen Entladestromkreis durch die Wicklung des Anlaßrelais
D. Das Anlaßrelais D
schließt seine Kontakte d und erregt damit das
Anlaßsolenoid. Kapazität des Kondensators und Impedanz des Anlaßrelais bestimmen
zusammen die Zeitdauer, während der das Anlaßsolenoid erregt werden soll.
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Wenn die Maschine in Gang gekommen ist und den Wechselstromgenerator
antreibt, so fließt Strom aus
dem Generator durch die Wicklung T
des Schützes, so daß dieses erregt wird und seine Kontakte betätigt. Von diesen
Kontakten verbinden tpl und tp2 (wie vorher erwähnt in Reihe mit einer vorgesättigten
Drossel Ch) den Wechselstromgenerator mit dem Belastungsstromkreis, während die
Kontakte t2 des Schützes die Gleichstromquelle vom Belastungsstromkreis abtrennen
und die Kontakte t1 einen Ladestromkreis durch den Widerstand R2 zum Kondensator
C2 schließen. Infolge der Abschaltung der Gleichstromquelle vom Belastungsstromkreis
erhält das Hauptrelais A aus dieser Quelle keinen Strom mehr; wohl aber erhält es
Strom infolge des Potentialgefälles über die vorgesättigte Drossel Ch; daher bleibt
das Hauptrelais geschlossen, solange der Wechselstromgenerator Strom in den Belastungskreis
liefert, indem der Haltestrom unabhängig von dem Belastungsstrom im wesentlichen
konstant bleibt.
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Wenn alle Stromverbraucher abgeschaltet sind und demzufolge kein Strom
im Belastungskreis fließt, so wird das Hauptrelais A stromlos und schafft einen
Entladestromkreis für den Kondensator C2 in Reihe mit dem Stillsetzrelais E. Aber
der Kondensator C2 entlädt sich durch die Wicklung des Stillsetzrelais erst dann,
wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators soweit gesunken ist, daß das das Schütz
betätigende Solenoid keinen genügenden Strom mehr erhält, um das Schütz eingeschaltet
zu halten. Bis das Schütz stromlos wird, bleibt der zweite Kondensator durch den
Kontakt 1l mit der Gleichstromquelle verbunden, so daß er dauernd geladen bleibt,
und das Schütz hält einen Stromkreis für das Stillsetzrelais E geschlossen, so daß
dieses tatsächlich aus der Gleichstromquelle erregt wird. Wenn die Drehzahl des
Wechselstromgenerators G so weit sinkt, daß die Schützwicklung stromlos wird, so
wird der Kondensator C2 von der Gleichstromquelle abgeschaltet und kann sich so
durch das Stillsetzrelais entladen. Die Gesamtzeit für die Erregung des Stillsetzrelais
ist somit die Summe der Zeit, in der das das Schütz betätigende Solenoid erregt
bleibt, und der Zeit, die der Kondensator C2 zu seiner Entladung braucht. Daher
ist das Stillsetzrelais für seine Erregung nicht direkt von der Ladung im Kondensator
C2 abhängig, weil der Kontakt 1l des Hauptschützes noch während eines erheblichen
Teils der Auslaufzeit der Maschine geschlossen bleibt und daher das Stillsetzrelais
direkt aus der Gleichstromquelle gespeist wird, während der Kondensator nur eine
viel kürzere Restzeit hat, um das Stillsetzrelais erregt zu halten. Diese Einrichtung
hat einen wichtigen Vorzug, indem die Größe des Kondensators C2 trotz der beträchtlichen
Zeit, die, speziell bei Dieselmaschinen, erforderlich ist, um die Drehzahl der Maschine
zu niedrig werden zu lassen, als daß die Maschine von selbst wieder anlaufen könnte,
doch in praktisch brauchbaren Grenzen bleibt. Sie hat noch einen weiteren Vorzug,
der nach den gemachten Erfahrungen auf eine andere Weise nicht zu erreichen ist;
es kann vorkommen, daß wenige Sekunden nach dem Abschalten der ganzen Belastung
derselbe oder ein anderer Stromverbraucher wieder eingeschaltet werden soll. Dann
müßte bei jedem anderen Verfahren die ganze Reihe der Stillsetzgänge durchlaufen
werden, bevor die Maschine wieder anlaufen könnte. Durch die erfindungsgemäße Schaltung
dagegen wird das Stillsetzrelais E durch den Kontakt a3 des Hauptrelais A unmittelbar
nach dem Einschalten eines neuen Stromverbrauchers abgeschaltet, und das Anlaßrelais
D wird dadurch, daß der Kondensator Cl von den Kontakten e2 am Stillsetzrelais E
oder t2 am Schütz kurzgeschlossen worden ist, am Ansprechen gehindert. Daher läuft
die Maschine infolge ihres eigenen Beharrungsvermögens unmittelbar wieder an.
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Oben wurde angedeutet, daß man anstatt des Kontaktes e2 vom Relais
E besser einen Kontakt t2 vom Schütz parallel zu den Elementen Cl und a2 mit D in
Reihe schalten soll. Die Wirkung bleibt dieselbe, d. h. es wird eine Aufladung des
ersten Kondensators C1 während der Auslaufperiode der Maschine verhindert, weil
infolge der inneren Charakteristik seines magnetischen Kreises das Schütz nicht
ausschaltet, bevor die Maschine nahezu zum Stillstand gekommen ist. In dieser Beziehung
verhält sich der Kontakt t2 ebenso wie der Kontakt e2. Er verschafft aber folgenden
wichtigen Vorteil: Die Ladung des Kondensators Cl hält das Anlaßrelais D für eine
Zeit erregt, deren Dauer von der Charakteristik des Kondensators und der Wicklung
des Relais D abhängt. Diese Zeit kann beim Gebrauch der Vorrichtung nicht leicht
verändert werden, sie muß daher von hinreichender Dauer sein, um ein Anlaufen der
Maschine unter den schlechtesten möglichen Bedingungen zu gewährleisten. Das sind
gewöhnlich etwa ro Sekunden. Wenn aber die Maschine heiß ist, so kann man damit
rechnen, daß sie in i Sekunde anläuft und tatsächlich von selbst anlaufen kann.
Daher kann die Maschine in vielen Fällen entweder unnötigerweise oder für unnötig
lange Perioden durchgedreht werden. Dies ist der Maschine schädlich und entlädt
unnötig die Batterie, besonders bei einer Anlage, die fortwährend angelassen und
wieder stillgesetzt wird.
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Es ist daher wünschenswert, irgendwelche "Vorkehrungen zu treffen,
um den Anlaßzeitzyklus zu verändern und ihn bei heißer Maschine zu verkürzen und
bei entgegengesetzten Bedingungen zu verlängern. Unter allen gewöhnlichen Umständen
würde das sorgfältig durchgearbeitete thermische Relais erfordern.
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Die Anwendung eines Kontaktes t2 am Schütz an Stelle eines Kontaktes
e2 am Stillsetzrelais erfüllt genau die Forderung ohne zusätzliche Komplikationen.
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Die Wirkungsweise läßt sich wie folgt erklären: Die Charakteristik
des Schützes ist eine solche, daß es zwar (bei einer Anlage für 230 V) für
230 V/5o Hz ausgelegt ist, daß es aber bei einer Frequenz von io Hz schon
bei sehr niedriger Spannung, etwa bei go V ansprechen wird. Nun steigt aber bei
einer Maschine, die durch den Anlaßmotor auf Drehzahl gebracht wird, die Frequenz
von o bis 5o Hz mehr oder minder proportional der wachsenden Spannung, so daß infolge
der niedrigen Frequenz das Schütz recht früh ansprechen wird. Die Zeit, zu der dieses
Ansprechen eintritt, ist offenbar eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der die
Maschine angelassen wird.
Wenn die Maschine kalt ist oder wenn aus
irgendeinem Grunde die Drehzahl des Motors niedrig bleibt, würde das Schütz während
des Anlassens nicht einschalten, da die Spannung und Frequenz des Generators zu
niedrig ist. Daher würde während der vollen Zeit von io Sekunden der Kontakt t2
offen bleiben und das Anlaßrelais D in Arbeitsstellung gehalten werden, so, wie
das durch die Kapazität und die Charakteristik des Kondensators Ci und des Relais
D bestimmt ist.
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Wenn dagegen die Maschine heiß wäre, so würde die Drehzahl schnell
steigen, so daß sich eine Generatorspannung von beispielsweise go V bei 15 Hz ergibt,
dann würde das Schütz schon innerhalb i Sekunde oder so ansprechen, der Kondensator
Cl würde kurzgeschlossen und der Anlaßzeitzyklus aufgehoben oder vermindert.
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Hieraus wird ersichtlich, daß der Gebrauch des Kontaktes t2 in diesem
Schaltkreis eine automatisch veränderliche Verzögerung für den Anlaßkreis ergibt,
die in direkter Beziehung zu den äußeren Bedingungen steht, die das Anlassen der
Maschine beeinflussen.