DEP0017318DA - Einrichtung zur gesamten oder teilweisen Beleuchtung von Fahrzeugen, insbesondere Eisenbahnwagen und Kraftomnibussen, durch Fluoreszenzleuchtröhren - Google Patents

Description

Die Vorteile einer Raumbeleuchtung durch neuzeitliche Fluoreszenzleuchtröhren sind, wie bekannt: wesentlich höhere Lichtausbeute bei gleichem Aufwand an elektrischer Leistung, angenehmeres Licht infolge geringerer Punkthelligkeit, geringere Empfindlichkeit gegen Erschütterungen des Fahrbetriebes gegenüber Fadenglühlampen.

Fahrzeuge, die für die Beleuchtung mit Fluoreszenzleuchtröhren in Frage kommen, sind Eisenbahnwagen und größere Kraftomnibusse, die im allgemeinen mit einer aus Gleichstromgenerator und Sammlerbatterie bestehenden Stromversorgungsanlage ausgerüstet sind oder für die wenigstens derartige Anlagen in serienmäßiger Ausführung zur Verfügung stehen. Sammlerbatterien und damit Gleichstromgeneratoren sind hier unerläßlich, weil eine Stromversorgung auch während langsamster Fahrt und Stillstand stattfinden muß.

Mit Rücksicht auf die Sicherheit der Fahrgäste und die Beschränkung der Größe der Sammlerbatterie werden in solchen Anlagen die Spannungen nicht über 24 bis 32 Volt hinausgehen.

Schließlich gibt es Stellen im Fahrzeug, an denen Fluoreszenzleuchtröhren kaum anwendbar sind, z. B. Leselampen, Waschtischleuchten u. dgl. Es ist also ein gemischter Betrieb von Fluoreszenzleuchtröhren und Fadenglühlampen erforderlich.

Die Erfindung wird diesen besonderen Ansprüchen voll gerecht und betrifft eine Stromversorgungsanlage, die unter Verwendung größtenteils an sich bekannter Bauteile die Beleuchtung von Fahrzeugen der erwähnten Art durch Fluoreszenzleuchtröhren allein oder zusammen mit Fadenglühlampen und anderen Stromverbrauchern aus einer der bekannten aus Gleichstromgenerator und Sammlerbatterie bestehenden Stromerzeugungsanlage für Fahrzeuge gestattet. Dabei kann bei etwa vorhandener Stromversorgungsanlage mit reinem Fadenglühlampenbetrieb niedriger Spannung die gesamte Installation einschließlich aller Schalter und der Sicherungs- und Verteilungselemente weiter benutzt werden, nachdem ausschließlich die Glüh- lampenarmaturen gegen solche für den Fluoreszenzleuchtröhrenbetrieb ausgetauscht worden sind.

Die aus einer vorhandenen oder neu vorzusehenden im wesentlichen aus Gleichstromgenerator und Sammlerbatterie bestehenden Anlage zu entnehmende elektrische Energie wird in einem für den Sonderzweck entwickelten billigen Umformer, vorzugsweise in einem Einankerumformer, auf dessen notwendige Eigenschaften noch näher eingegangen werden soll, in Wechselstrom gleicher Spannung mit einer Frequenz von 133 bis 200 Hz umgewandelt. Die Wahl dieser von der üblichen Niederfrequenz von 50 Hz abweichenden erhöhten Frequenz ist wichtig.

Die so erhaltene Wechselspannung liegt an dem Verbrauchernetz, das infolge der niedrigen Spannung, welche von dem Einankerumformer oder einem Motorgenerator erzeugt wird, in allen Teilen die bisherigen Bauelemente und Stromverbraucher beibehalten kann. Lediglich die Fluoreszenzleuchtröhren treten dann dabei an Stelle der Fadenglühlampen. Für diese Leuchtröhren werden dann auch die für solche Zwecke üblichen Armaturen angeordnet.

Wichtig ist nun, daß die für den Betrieb der Fluoreszenzleuchtröhren erforderlichen Vorschaltdrosselspulen durch Transformatoren mit erhöhter Streuung ersetzt werden können, welche in ihren Abmessungen und Kosten nicht von den sonst üblichen Drosseln abweichen. Dazu ist es Voraussetzung, daß die Frequenz des Wechselstromes mit etwa 133 bis 200 Hz weit über der sonst üblichen Niederfrequenz von höchstens 60 Hz liegt.

Darüber hinaus wird der Vorteil erzielt, daß die gerade bei den Erschütterungen des Fahrbetriebes recht störenden stroboskopischen Effekte der Fluoreszenzleuchtröhren durch die höhere Frequenz erheblich weniger und kaum noch störend in Erscheinung treten.

Durch den Einsatz der Vorschaltdrosseln durch Transformatoren wird erreicht, daß die für den Betrieb der Röhren erforderliche Spannung erst in unmittelbarer Nähe der Röhre selbst erzeugt wird, so daß Zuleitungen und Schalter in der bisherigen Niederspannungsbauart weiter verwendet werden können. Das ganze Verbrauchernetz behält also nach wie vor die bisher übliche Nieder- spannung mit ihren bekannten Vorteilen. Fadenglühlampen können deshalb an den Stellen, an denen ihre Verwendung zweckmäßig erscheint, gemischt mit den an anderen Stellen besser anzuwendenden Fluoreszenzleuchtröhren benutzt werden.

In der Figur ist die Einrichtung zum Betrieb von Fluoreszenzleuchtröhren an einem 24 Volt-Gleichspannungserzeuger und gegebenenfalls an einer entsprechenden Sammlerbatterie im Schaltbild schematisch dargestellt. In der Figur bedeuten

1 Gleichstromklemmen, beispielsweise einer aus Generator und Sammlerbatterie bestehenden 24 Volt-Anlage

2 Einankerumformer

3 Nebenschlußwicklung des Einankerumformers

4 Hauptstrom-(Kompound-)Wicklung des Einankerumformers

5 Hilfspolwicklung

6 Niederspannungsschalter für die einzelnen Verbraucher

7 Streutransformatoren

8 Fluoreszenzleuchtröhren

9 Fadenglühlampen

10 Verbrauchernetz

Der Einankerumformer muß für den bestimmten Zweck ganz bestimmte Bedingungen erfüllen; die hierfür angewandten Mittel sind zwar im einzelnen Gemeingut der Technik, jedoch ist ihre funktionelle Verschmelzung zum Erreichen einer erstrebten für den beabsichtigten Zweck unerläßlichen Einheitswirkung neu und vorteilhaft.

Die Einheitswirkung ist im vorliegenden Fall die Innehaltung verhältnismäßig enger Grenzen der Frequenzschwankungen des erzeugten Wechselstromes, da zur einwandfreien Wirkung der an Stelle der früher üblichen Drosselspulen in der vorliegenden Erfindung benutzten Streutransformatoren größere Frequenzschwankungen nicht zulässig sind. Die Drehzahl des Einankerumformers 2 muß also unter den verschiedenen Verhältnissen und Betriebsbedingungen, wie sie gerade im vorliegenden Falle auftreten, konstant bleiben.

Drehzahlschwankungen können hervorgerufen werden durch Schwankungen der zugeführten Gleichspannung, die mit dem wechselnden Ladezustand der Sammlerbatterie um plus/minus 10 % und mit der abwechselnden Speisung des Einankerumformers aus der Batterie bei Stillstand des Fahrzeuges und aus dem Gleichstromgenerator während der Fahrt bedingt sind.

Eine weitere Ursache für Drehzahl- und damit Frequenzschwankungen des Einankerumformers liegt in der zwischen 0 und 100 % wechselnden Belastung des Verbrauchernetzes.

Zur Vermeidung von Drehzahländerungen des Einankerumformers 2 infolge von Schwankungen der zugeführten Gleichspannung wird die Nebenschlußwicklung 3 für ganz geringe Sättigung ausgelegt, weiter wird zweckmäßig der Luftspalt größer gewählt als üblich, durch diese beiden Maßnahmen wird eine annähernde Drehzahl- und damit Frequenzkonstanz bei den betriebsmäßigen Schwankungen der Speisegleichspannung erzielt.

Um die durch Belastungsänderungen im Verbrauchernetz hervorgerufenen Drehzahlschwankungen des Umformers auszugleichen, wird das aus induktiver Belastung und Feldschwächung durch Ankerrückwirkung hervorgerufene Gegenfeld durch eine Kompoundwicklung 4 ausgeglichen.

Auch die Spannung im Verbrauchernetz 10 muß für den Betrieb der Fluoreszenzleuchtröhren 8 in ziemlich engen Grenzen konstant gehalten werden, weil auf der Oberspannungsseite der Transformatoren 7 geringe prozentuale Schwankungen der Spannung an der Unterspannungswicklung bereits größere absolute Werte annehmen.

Da aus den eingangs geschilderten betriebstechnischen Gründen die Wechselspannung des Einankerumformers 2 gleich seiner Gleichspannung sein soll, werden für die Wechselstromseite Zusatzwicklungen auf dem Anker angebracht. Bei der gewählten niedrigen Spannung, die durch den Ersatz der sonst üblichen Vorschaltdrosseln durch Streutransformatoren 7 vor den Fluoreszenzleuchtröhren 8 ermöglicht wird, erhält man trotz der Zusatzwindungen eine sehr einfache Ankerwicklung mit wenigen Windungen und geringer Ankerreaktanz, also geringen Spannungsabfall bei Belastung.

Zwecks Kompensierung der inneren Spannungsverluste werden die Bürsten gegen die Drehrichtung verschoben. Ferner werden Hilfspole 5 angeordnet, die nach Art von Wendepolen zwischen den Hauptpolen sitzen und die Ausbildung des Ankerquerfeldes begünstigen. Zu diesem Zweck erhalten die Wicklungen, die gleichsinnig mit den Ankerqueramperewindungen wirken, d. h. gerade entgegengesetzt den Windungen gewöhnlicher Wendepole und die mit der Kompoundwicklung 4 in Reihe geschaltet sind.

Durch diese Maßnahme wird zwar eine schlechte Kommutierung mit starker Funkenbildung am Kollektor begünstigt. Um aber diesem Übelstand entgegenzuwirken, ist eine möglichst geringe Ankerstreuung anzustreben. Zu diesem Zweck werden die oben beschriebenen Hilfspole 5 mit einem gegenüber den Hauptpolen vergrößerten Luftspalt ausgeführt. Um trotz der absichtlichen Ausbildung eines verstärkten Ankerquerfeldes die Funkenbildung bei der Kommutierung gering zu halten, muß die Wendespannung gering sein. Diese Forderung wird durch die Wahl einer niedrigen Gleichspannung und spätere Hochtransformierung der erzeugten Wechselspannung erfüllt, weil alsdann eine Stabwicklung mit einer Windung pro Kollektorlamelle möglich ist.

Die Frequenz der Wechselstromseite des Einankerumformers muß, wie bereits erläutert, hoch gewählt werden. Bei entsprechender Polzahl ergibt sich dabei ein besonders leichter und billiger Einankerumformer.

Als Vorteilhaft hat sich die Bauart einer 4-poligen Maschine mit etwa 4000 Umdrehungen in der Minute erwiesen, bei welcher sich die als zweckmäßig erkannte Frequenz von etwa 133 Hz ergibt, oder 6-poliger Maschinen mit 3000 bis 4000 Umdrehungen in der Minute, in welchen Frequenzen von 150 bis 200 Hz erzielbar sind.

Bei der aus den oben erläuterten Gründen zu wählenden schwachen Sättigung beansprucht die Gleichstromerregerwicklung so wenig Raum, daß ihre Unterbringung in Nuten eines gestanzten Ständerpaketes möglich ist.

Alle diese konstruktiven Maßnahmen ergeben in ihrer Zusammenwirkung einen für den beabsichtigten Zweck geeigneten Einankerumformer.

Claims (3)

1.) Einrichtung zur gesamten oder teilweisen Beleuchtung von Fahrzeugen, insbesondere Eisenbahnwagen und Kraftomnibussen, durch Fluoreszenz-Leuchtröhren aus Gleichstromquellen niedriger Spannung, bei welchen der Gleichstromerzeuger direkt oder eine von ihm ständig aufgeladene Sammlerbatterie einen Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer speist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich teilweise bekannter Merkmale:

a.) Die vom Umformer abgegebene Wechselspannung ist etwa gleich der zugeführten Gleichspannung.

b.) Die Speisung des hauptsächlich mit Fluoreszenzleuchtröhren als Verbraucher belasteten Verbrauchernetzes erfolgt mit Wechselstrom von etwa 133 bis 200 Hz.

c.) Die für die Fluoreszenzleuchtröhren erforderliche Spannung wird für jede Leuchtröhre gesondert durch einen Transformator auf die erforderliche Höhe gebracht.

d.) Die Transformatoren sind für eine so bemessene Streuung ausgelegt, daß die Anwendung besonderer Vorschaltdrosselspulen entbehrlich ist.

2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom-Wechselstromumformer einen Wechselstrom abgibt, dessen Frequenz zwischen 133 und 200 Hz liegt.

3.) Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betrieb einer Fluoreszenzröhre sonst benutzte Drosselspule fortfällt und stattdessen die von dem Gleichstrom-Wechselstromumformer abgegebene Wechselspannung jeder Fluoreszenzröhre durch einen besonderen in ihrer Nähe angebrachten Transformator mit erhöhter Streuung zugeführt wird, in dem die Wechselspannung auf den für den Betrieb der Fluoreszenzröhre erforderlichen Wert gebracht wird.