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Einrichtung zur Zugbeleuchtung mit Leuchtstofflampen Die Erfindung
bezieht sich auf Zugbeleuchtungseirnrichtungen mit Leuchtstofflampen und von der
Fahrbewegung angetriebenen Wechselstromgeneratoren in Verbindung mit Sammlern für
den Hilfsbetrieb und selbsttätigen Umschaltvorrichtungen zum Umschalten von Fahrt-
auf Hilfsbetrieb und umgekehrt.
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Bei ,einer bekannten Einrichtung, die jedoch keine Leuchtstofflampen
verwendet und diie zu deren Betrieb nicht ohne weiteres geeignet ist, ist e,:ne.drehzahlabhängige
Regelung des Generators mit Hilfe eines Fliehkraftschalters vorgesehen, durch den
der Eisenkern einer in den Generatorstromkre:s geschalteten Drossel im Sinne eher
Konstanthaltung der Generatorspan.nung geändert wird. Eine andere bekannte Einrichtung
zur Speisung von Hilfsstromkreisen auf Fahrzeugen verwendet einen gleichzeitig zur
Gleichstromabgabe eingerichteten WechselstromgeneTator. Vom Gleichstromausgang des
Generators wird .eine Fahrzeugbatterie geladen, während vom Wechsels.tromausgang
über eine mechanisch gesteuerte Regeldrossel die Fahrzeuglampen gespeist werden.
Hierbei ist ebenfalls eine Regelung des Generators vorgesehen, und zwar wird die
Generatorwechselspannung mit Hilfe der Regeldrossel in Abhängigkeit zugleich von
der Wechselstromseite und von der Gleichstromseite des Generators gesteuert. Dementsprechend
ist ein zweifacher Regelvergleich vorgesehen: eine Regelvergleichseinrichtung, mit
Hilfe deren die Wechselspannung des Generators nach Gleichrichtung und Gegenschaltung
mit der Spannung einer Hilfsbatterie verglichen
wird, und eine weitere
Vergleichseinrichtung, mit Hilfe deren die Gleichspannung des Generators n ac 'h
Abbildung als magnetische C Anziehungskraft mit der mechanischen Kraft einer Feder
verglichen wird. Die Regeldrosseln der bekannten Einrichtung können im regeltechnischen
Sinne auch als Regelverstärker bezeichnet werden.
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Ein Hauptnachteil dieser bekannten Einrichtungen. ist durch die mechanisch
gesteuerten Regeldrosseln bedingt, auf deren bewegliche Teile sich die Fahrzeugerschütterungen
schädlich auswirken können, so daß eine einwandfreie Regelung in Frage gestellt
ist. Diese bekannte Einrichtung ist ebenfalls nicht ohne weiteres zum Betrieb von
Leuchtstofflampen geeignet.
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Eine andere bekannte Zugbeleuchtungseinrichtung verwendet Leuchtstofflampen.
Hier werden wegen der erforderlichen hohen Zünd- und Betriebsspannungen Wechselrichter
benutzt, die aus Sammlern mit niedrigeren Spannungen Wechselströme mit genügend
hoher Spannung herstellen. Die Sammler werden von einem durch die Fahrbewegung angetriebenen
Gleichstromgenerator ge@ speist, wobei ein Rückstromschalter verhindert, daß beim
Hilfsbetrieb, d. h. bei Stillstand des Zuges und solange bei zu niedriger Fahrtgeschwindigkeit
die Generatorspannung -noch unter der des Sammlers liegt, eine schädliche Entladung
über die Ankerwicklung des Generators auftritt. Der große Nachteil derartiger Einrichtungen
besteht darin, daß die Wechselrichter beständig, d. h. sowohl bei Hilfsbetrieb wie
auch bei Fahrtbetrieb, arbeiten müssen, wodurch sich die Kontakte der Wechselrichter
schnell abnutzen und oft Anlaß zu Störungen und Ausfall der Beleuchtung gegeben
ist.
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Die Einrichtung zur Zugbeleuchtung nach der Erfindung vermeidet die
genannten Nachteile. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, bei einer Einrichtung
zur Zugbeleuchtung mit einem durch die Fahrbewegung angetriebenen Generator als
Stromquelle für den Fahrtbetrieb und einem 'Sammler für den Hilfsbetrieb sowie einer
selbsttätigen Umschaltvorrichtung von Fahrt- auf Hilfsbetrieb und umgekehrt, unter
Anwendung von Leuchtstoglampen und :eines Wechselstromgenerators zur selbsttätigen
Regelung des Generators, einen aus einem Regelverstärker und einer Vergleichseinrichtung
bestehenden, vom Generator gespeisten Regler vorzusehen; dessen Ausgangskreis den
Generator über dessen Erregung beeinflußt und dessen Eingangskreis ,einerseits ein
der jeweiligen Leuchtstofflampeavspannung proportionaler Steuerwert (Istwert) und
andererseits ein der vorgeschriebenen Leuchtstofflampenspannwng proportionaler Vergleichssfieoerwert
(Sollwert) in Gegenschaltung zugeführt sind. Als Regelverstärker eignen sich vor
allem Magnetverstärker und als Vergleichseinrichtungen solche mit magnetischem Vergleich,
bei denen- die Sollgröße der Regelung durch einen Permanentmagneten dargestellt
wird. Diese Einrichtungen weisen keine beweglichen Teile auf und- sind daher für
robusten Betrieb geeignet und gegen Erschütterungen tonempfindlich. Die neue Zugbeleuchtungseinrichtung
arbeitet besonders vorteilhäft, wenn nach der weiteren Erfindung zur Speisung der
Leuchtstofflampen während des Hilfsbetriebes ein Wechselrichter vorgesehen wird.
Im Gegensatz zu der vorgenannten bekannten Zugbeleuchtungseinrichtung mit Wechsel-.
richter und Gleichstromgenerator ist es also so, daß der Wechselrichter nur bei.
Hilfsbetrieb eingeschaltet isst, während er bei Fahrtbetrieb abgeschaltet ist und
nicht benutzt wird. Berücksichtigt man, daß der Fahrtbetrieb der weitaus am meisten
getätigte Betrieb ist, so ergibt-sich eine wesentlich größere Lebensdauer der Wechselrichter
als bei bisher üblichen Zugbeleuchtungseinrichtungen mit Leuchtstofflampen und damit
eine-größere Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Durch die Verwendung eines
Wechselstromgenerators und die Gleichrichter für die Sanunlerladung ergeben sich
noch zwei weitere Vorteile im bezug auf Zugbeleuchtisngseämri.chtungen mit Gleichstromgeneratoren.
Es kann erstens der Rückstromschalter fortfallen und zweitens der Fahrtrichtungsumschalter,
der bei den verschiedenen Fahrtrichtungen die Erregung des Generators entsprechend
umpolt.
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Zur weheren Erläuterung der neuen Einrichtung sowie weiterer Merkmale
der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen.
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Fig. i stellt ein Ausführungsbeispiel der neuen Zugbeleuchtungseinrichtung
- dar; F1g. 2 zeigt ein Beispiel für einen in Fig. i nur schematisch angedeuteten
Teil.
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In Fig. i ist i ein Wechselstromgenerator. Mit 2 ist der Sammler für
den Hilfsbetrieb bezeichnet. Bei Fahrtbetrieb speist der Wechselstromgenerator i
über die Schaltkontakte 3 der selbsttätigen Umschaltvorrichtung q mit den Gleichrichtern
5, der Magnetspule 6 und dem Einstellwiderstand 7 die Leuchtstofflampen 8 bis i
i, zu denen je eine Vordrossel 12 bis 15 in Reihe liegt. Bei Hilfsbetrieb erfolgt
die Speisung der Beleuchtung über die Schaltkontakte 16 aus dem Sammler 2 über den
Wechsielrichfier 17 und den Transformator 18. Die Kontakte 3 sind bei Hilfsbetrieb
geöffnet" so daß kein Strom aus dem Sammler 2 über den Wechselrichter 17 und den
Transformator 18 auf die Ankerwicklung i 9 gelangen kann. Mit 22a und 226 sind zwei
magnetische Vergleichs- und Regeleinrichtungen bezeichnet, die im einzelnen in Fig.
2 ausführlich dargestellt und weiter unten noch beschrieben sind und die Verbindung
mit Magnetverstärkern 21a bzw. 24 über Gleichrichteranordnungen 2o" bzw. 2o6 ,die
Ladung des SammIers 2 sowie die Spannung des-Wechselstromgenerators i regeln.
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Die Regelung der Sammlerladung erfolgt mittels der magnetischen Vergleichs-
und Regeleinrichtung 22" und .mittels des Magnetverstärkers Zia über die Gleichrichteranordnung
2o". Die Regelspannung für die Sammlerladung wird durch Vergleich der Sammlerspannung
mit einer Vergleichsgröße in der magnetischen Vergleichs= und Regeleinrichtung 2o"
erzeugt und steuert durch Vormagnetisierung die Eisendrosseln 21, und 2id, so daß
sich der Widerstand der auf ihnen aufgebrachten Wicklnmgen,
durch
die der Ladestrom des Sammlers 2 als Wechselstrom fließt, ändert und somit die Sammlerladung
regelt. Mit 25 ist ein Einstellwiderstand bezeichnet und mit 28 biss 30 Schalter
für die Leuchtstofflampen g bis i i.
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Die Regelung des Wechselstromgenerators i für die Beleuchtung erfolgt
getrennt von der der Sammlerladung. Sie erfolgt in der Weise, daß nicht die Spannung
des Wechselstromgenerators i, sondern die Spannung .an den Leuchtstofflampen 8 bis
i i konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck ist über den Eins-tellwiderstand 24
an der Leuchtstofflampe 8 die Istspannung für die magnetische Vergleichs-und Regeleinrichtung
22y abgenommen. Dort erfolgt der Vergleich mit der ei;nzuregelnden Sollspannung
in der gleichen Weise, wie oben für die magnetische Vergleichs- und Regeleinrichtung
22" zur Sammlerladung bereits beschrieben und wie an Hand von Fig. 2 im einzelnen
noch näher erläutert wird. Der entstehende Regelwert steuert hier ebenfalls einen
Magnetverstärker, den Magnetverstärker gib, und dieser beeinflußt seinerseits die
Erregung des Gienerato-rs und damit dessen Spannungserzeugung. Nach der Gleichrichtung
in der Gleichrichteranordnungto1, gelangt der Erregerstrom über de Schleifringe
26 auf die Erregerwicklung 27.
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In Füg. 2 entsprechen die Klemmen a biitls f dienen der Füg.
i. Sie lassen erkennen, wie dort der Anschluß der magnetischen Vergleichs- und Regeleinrichtung
erfolgt. 31 ist ein Dauermagnet, der mit einem von der zu regelnden Istgräße über
die Spule 33 gespeisten Elektromagneten 32 zu einem magnetischen Kreis angeordnet
ist. Der Dauermagnet 3 i ist jeweils so gewählt, daß seine magnetische Kraft dem
vorgesehenen Sollwert der Regelung. entspricht. Zum besseren Verständnis sei noch
gesagt, daß an Stelle des Dauermagneten 3 i auch ein zweiter Elektromagnet mit einer
von einer Sollspannungsquelle gespeisten Wicklung dienen könnte, entsprechend wie
bei einem Generator auch ein sein Erregerfeld erzeugender Dauermagnet durch einen
Elektromagneten ersetzt werden kann. Ein Dauermagnet als Vergleichsgröße ist jedoch
wesentlich vorteilhafter, insbesondere für eine Zugbeleuchtungseinrichtung, da erstens
kein Verbrauch und keine Erschöpfung auftreten können, wie bei einem von einer Vergleichsspannungsquelle
gespeisten Elektromagneten, und zweitens, weil keine Störungen zu befürchten sind.
Es wird also eine große Betriebssicherheit gewährleistet, und auch eine Wartung
ist kaum erforderlich.
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Die magnetische Vergleichs- und Regeleinrichtung der Fig. 2 arbeitet
in der Weise, daß im eingeregelten Zustand der Dauermagnet 3 i gleich stark ist
wie der Elektromagnet 32. Es wird dann in den Kernen der Wicklungen 3 ¢ und 3 5
auf ,dem in zwei parallele Wege aufgespaltenen Mittelteil 36 praktisch kein magnetischer
Fluß, herrührend von den Magneten, vorhanden sein. über die beiden Wicklungen 34
und 35 fließt, durch die Gleichrichter 37 und 38 bestimmt, jeweils eine der Halbwellen
des zu regelnden Wechselstromes, der bei c und d zu-und .e und f abfließt. Im nicht
eingeregelten Zustand überwiegt die Stärke einer der Magneten 3 i und 32. Es wird
nun entsprechend in den Kernen des Mittelteiles 36 ein magnetischer Fluß auftreten,
die Wicklungen 34 und 35 erhalten unterschiedlichen Widerstand infolge verschiedener
Vormagnetüsierurng ihrer Kerne, und der bei e und f abfließende Wechselstrom wird
unsymmetrisch, d. h., er erhält je nach Über- oder Unterwiegen des Elektromagneten
32 in bezug auf den Dauermagneten 3 i Leinen positiven oder negativen Gleichstromanteil.
Dieser Gleichstromanteil wird als Steuerwert für die Regelung benutzt. Im Falle
des Bezugszeichens 22b der Fig. i würde also die Spannungserzeugung des Generators
i in Abhängigkeit des Unterschiedes der Istspannung an der Leuchtstofflampe 8 (Fig.
i) zu dein Vergleichssollwert, den der Dauiermagnet 3 i darstellt, geregelt werden,
indem die Vormagnetisierung des Magnetverstärkers gib und dadurch die Erregung des
Wechselstromgenerators i verändert würde. Im Falle des Bezugszeichens 22, der Fig.
i würde dagegen in der gleichen Weise die Sammlerladung über den Magnetverstärker
21" geregelt werden.
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Bei einer Zugbeleuchtungseinrichtung nach der Erfindung können an
Stelle der an Hand von Fig. 2 beschriebenen magnetischen Vergleichs- und Regeleinrichtung
auch andere, ähnlich "virkende Einrichtungen benutzt werden, wie sie ebenfalls an
anderer Stelle bereits vorgeschlagen sind, und die die gestellten Anforderungen
in noch vervollkommneter Weise erfüllen als das dargestellte einfache Ausführungsbeispiel,
das eigentlich nur das Grundlegende einer derartigen Einrichtung veranschaulicht.
Außer Regeleinrichtungen mit magnetischem Vergleich können gegebenenfalls auch andere
Regeleinrichtungen benutzt werden, z. B. solche, die mit einer Glimmlampe als Vergleichsnormal
arbeiten. Man wird jedoch vorteilhaft solche Regeleinrichtungen vorziehen, wie sie
in den Fig. i und 2 dargestellt sind, d. h. Regeleinrichtungen, die ohne mechanische
Steuerglieder arbeiten und die keine Kontakte aufweisen und so bei erschütterungsreichem
Rangier- und Fahrtbetrieb Gewähr für zuverlässiges Arbeiten bieten.
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Es ist zweckmäßig, einen Generator mit großem Luftspalt zu verwenden
oder einen anderen besonderen Generator, dessen Spnanung sich von bestimmter Drehzahl
an nur noch wenig ändert. Dadurch wird der Bereich, in dem die Spannungsregler zu
arbeiten haben, klein gehalten. An Stelle des Wechs@elstromgener,ators i (Fig. i)
kann auch ein mehrphasiger Wechselstromgenerator verwendet werden. Zugleich kann
man die Gleichrichteranordnungen 2o" und tob entsprechend mehrphasig ausführen.
Da sich selbsterregte Wechselstromgeneratoren schlechter erregen als Gleichstromgeneratoren,
kann man gegebenenfalls den Generator bei der Einrichtung nach der Erfindung mit
Resonanzmitteln versehen. Es können z. B. Drosseln oder Drosseln in Verbindung mit
Kondensatoren an den Ankerwicklungen des Generators angeschlossen werden. Man stimmt
die Resonanzmittel so ab, daß bereits bei niedrigen Drehzahlen unterhalb der
Umschaltfrequenz
der Beleuchttmgseinridhtung eine Resonanz auftritt. An Stelle eines selbsterregten
Generators kann auch ein fremderregter verwendet werden, z. B. ein Generator, dessen
Erregerwicklung von einer besonderen Erregermaschine gespeist wird. Es ist auch
eine Fremderregung aus dem Sammler 2 (Fig. i) möglich, die gewssermaßen als Grunderregung
des Generators dienen kann. In einer zweiten Erregerwicklung des Generators kann
dann die Regelung mittels einer Erregungsverstärkung oder Erregungsschwächung erfolgen.
Sieht mann eine derartige Anordnung bei der EinricUtung nach der Erfindung vor,
also mit einer .ersten Erregerwicklung für eine Grunderregung und einer zweiten
Erregerwicklung für die Regelung der Erregung, so können der Magnetverstärker 21b
und die Gleichrichteranordnung tob fortgelassen werden. Der in den Spulen 34 und
35 (F19. 2) b@eeinflußte Wechselstrom enthält, wie oben bereits beschrieben, durch
die unterschiedliche Stärke der Magneten 3i und 32 .einen Gleichstromanteil, der
in diesem Falle unmittelbar zur Speisung der zweiten Erregungswicklung für die Regelung
des Generators benutzt werden kann.
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Es empfiehlt sich, da die Ladunmgsregelung des Sammlers bei der neuen
Zugbeleuchtungseinrichtung unabhängig von der Regelung der Beleuchtung vorgenommen
wird, bei abgeschalteter Beleuchtung die Sammlerspannung als Istgröße für die Regelung
des Generators zu verwenden. Die hierzu erfordierliche Umschaltung kann beispielsweise
durch ein Relais im Kreis der Leuchtstofflampen betätigt werden.
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Es empfiehlt sich ferner, die Sollspannung bzw. die diese abbildende
Größe für de Ladungsregelung so zu wählen, daß d"e Ladespannung des Sammlers über
einen Wert, der dem vollgeladenen Zustand des Sammlers entspricht, nicht ansteigen
kann. Bei Bleisammlern liegt dieser Wert etwa bei 2,3 bis 2,4V je Sammlerzelle.
Es wird dadurch erreicht, daß ein Überladen des Sammlers und die dadurch eintretenden
Schäden, wie z. B. Zersetzen der Platten,, Gasen usw., nicht auftreten können.
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Es kann ferner zweckmäßig sein, zusätzlich auch den Ladestrom nach
oben zu begrenzen, was mit an sich bekannten Mitteln erfolgen kann.
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Es ist vorteilhaft, die Spannung an den Leuchts'tofflampen bei Hilfsbetrieb
etwas n@@edriger zu wählen als bei Fahrtbetrieb. Hierdurch wird erreicht, daß der
Generator bei Drehzahlen unterhalb des Umschaltwertes von Hilfsbetrieb auf Fahrtbetrieb
stets so hoch als möglich :erregt ist. Dadurch wird der Umschaltzeitpunkt in den
Bereich niedrigerer Fahrgeschwin.dlgkeit verschoben, was bedeutet, daß der Wechselrichter
noch weniger in Anspruch .genommen wird.
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Die Umschaltfrequenz, bei der von Hilfs- auf Fahrtbetrieb umgeschaltet
wird, wird zweckmäßig so hoch gewählt, daß ihre Periodendauer annähernd gleich oder
kleiner als die doppelte Nachleuclitdauer der Leuchtstofflampen ist. Man wird gleichzeitig
die Wechselrichterfrequenz entsprechend hoch wählen, so daß in keinem Falle ein
störendes Flimmern .auftreten kann und stets ein ruhiges und gleichmäßiges Arbeiten
der Beleuchtung gewährleistet ist.