Selbsttätige Regulier- und Sehaltvorrichtung für elektrische Anlagen. Bei den bekannten Spannungsreglern von mit veränderlicher Geschwindigkeit um laufenden elektrischen Generatoren, bei wel chen entweder durch Verändern oder durch vollständiges Ab- oder Zuschalten eines Vorschaltwiderstandes die zu regelnde Span nung beeinflusst wird, werden die Kontakte dieses Vorschaltwiderständes sehr rasch schadhaft, sei es durch die Schleifwirkung, die ausserdem noch den Empfindlichkeits grad des Reglers ungünstig beeinflusst, sei es durch starke Funkenbildung, welche eine sehr rasche Zerstörung dieser Kontakte her beizuführen vermag.
Gegenstand der Erfindung ist eine Re- gulier- und Schaltvorrichtung, welche diese Nachteile vermeidet. Dies wird dadurch er reicht, dass als Kontakte für die Änderung des Vorschaltwiderstandes Quecksilberkon takte verwendet werden, und zwar zweck mässig in mehrfacher Anordnung. Auf dreh baren Scheiben sind Widerstandsspulen an geordnet, die beim Drehen der Scheiben mehr oder weniger in das Quecksilber ein tauchen. Die Scheiben stehen unter der Wir- kung von Elektromagneten, welche von den zu regelnden Grössen beeinflusst werden und welche die Scheiben zu drehen vermögen zwecks Änderung des Widerstandes.
Queck silberkontakte sind zwar an und für sich be reits bekannt; indessen handelt es sich dabei entweder um elektrothermische Beeinflussung derselben oder um kolbenartiges Ein- und Austauchen der Kontaktglieder unter Hub- wirkung, was verwickeltere Bauart bezw. ungleichmässigeren mechanischen Widerstand bedingt.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes darge stellt, das insbesondere als selbsttätige Re- gulier- und Schaltvorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen geeignet ist, in denen eine durch den Motor mit verschie denen Geschwindigkeiten angetriebene Gleich stromdynamo .eine Batterie und die Beleuch tung speisen soll. Es zeigen: Fig. 1 das Schema der Anlage, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Re- gulier- und Schaltvorrichtung, Fig. 3, 4 und 5 Querschnitte nach den Linien 3-3, 4-4 und 5-5 von Fig. 2.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen vom Wagen motor anzutreibenden Nebenschlussgenerator mit der Erregerwicklung 2. An diese ist ein Quecksilberbehälter 3 angeschlossen, in des sen Quecksilber eine auf der drehbaren Welle 4 sitzende Scheibe 5 aus Isolier material eintaucht, auf welche ein Wider stand 6 aufgewickelt ist und welches Queck silber über die Erregerwicklung 2 an einen Pol des Generators 1 angeschlossen ist. Auf dergleichen Welle 4 sitzt eine zweite Scheibe 8 mit gleichem Widerstand 9 wie der der Scheibe 5. Die beiden Widerstände 6 und 9 sind in Reihe geschaltet. Die Scheibe 8 taucht in das Quecksilber eines Behälters 10, das mit dem andern Pol des Generators 1 verbunden ist.
Auf der Welle 4 sitzt ferner ein ringsektorförmiger Eisenkern 11, der unter der Wirkung einer Spannungsspule 12 stellt, wodurch die Welle verdreht werden kann. Die Spannungsspule 12 ist in Reihe geschaltet mit der Spannungsspule 13. Un ter der Wirkung der Spannungsspule 13 steht ein Ringsektor-Eisenkern 14, welcher auf einer Welle 15 festsitzt, die durch ihn gedreht werden kann. Auf der Welle 15 sind ferner die Scheiben 16 und 17 mit den Widerstandsspulen 18 und 19 angeordnet, welche in Quecksilbergefässe 20 bezw. 21 eintauchen.
Das Gefäss 21 ist an den einen Pol der Batterie 22 und des Beleuchtungs stromkreises 23 angeschlossen, während das Gefäss 20 an das Ende einer Stromspule 24 angeschlossen ist, die ebenfalls auf den Eisenkern 14 einzuwirken vermag und deren Anfang an der Klemme 25 der Maschine liegt. Die Eisenkerne 11 und 14 stehen un ter der Wirkung von Federn 26 bezw. 27, die ein Drehmoment im Sinne des Uhrzeigers auf sie ausüben.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende: Bei Ingangsetzung des Motors, wenn die genügende Tourenzahl und damit die nö tige Spannung noch nicht vorhanden sind, wird die Speisung des Beleuchtungsnetzes von der Batterie übernommen. Während die ser Zeit fliesst noch lein Strom im Haupt stromkreis (Netz), da die Amperewindungs zahl der Spannungsspule 13 so bemessen ist, dass sie noch keine genügende Drehung des Eisenlernes 14 zu bevirlen vermag, um die Kontakte in den Gefässen 2i und 21, die zu nächst noch unterbrochen sind, herzustellen. Dagegen wirkt die Spannungsspule 12 so fort, so dass der Erregerstromkreis geschlos sen wird, und zwar zunächst mit kurz geschlossenen Widerständen 6 und 9.
Hat die Spannung den für die Speisung der Bat terie und des Netzes erforderlichen Wert er reicht, so bewirkt die Spule 13 die Drehung der Welle 15 und damit der Scheiben 16 und 17 entgegengesetzt zur Uhrzeiger bewegung, so dass der Hauptstromkreis (Netz) geschlossen wird, und zwar zunächst bei kurzgeschlossenen Widerständen 18, 19. Dieser Teil der Einrichtung wirkt also als Minimalschalter.
Steigt die Spannung des Generators 1 infolge Geschwindigkeitszunahme des Wa genmotors über das zulässige Mass, so wird die Welle 4 so gedreht, dass ein entsprechen der Teil der Widerstände 6 und 9 eingeschal tet wird, wodurch der Strom in der Erreger wicklung und damit die Spannung des Ge- nerators 1 herabgesetzt wird. Da hierbei eine gänzliche Abschaltung der Erregerwicklung nicht eintritt, so tritt bei dieser Widerstands änderung keine Funkenbildung auf, die Kontakte werden daher nicht bescbädigt.
Die Reibung zwischen dem flüssigen Queck- silber und der Scheibe ist eine sehr geringe und gleichmässiger als zum Beispiel bei den üblichen Tauchkontakten. Der Regler wird infol--e dieses geringen mechanischen Wider standes sehr rasch den Spannungsänderungen folgen können.
Sollte durch ir-end eine Ursache, zum Beispiel eine plötzlielit- Belastung des Haupt- stromkreises (Netzes) zum Beispiel durch Kurzschluss, der Nizlzstrom über ein zuläs siges Mass\ anwaebsen, so werden die bis anhin kurzgesehlo-enen Widerstände 18, 19 dieser Zunahme entsprechend eingeschaltet durch die Wirkung der Stromspule 24, die einen entsprechend vergrösserten Ausschlag des Eisenkernes 14 und damit der Welle 15 mit den Seheiben 16 und 17 zur Folge hat.
Auch hierbei treten keine Funken auf, da diese Widerstandsänderung nach und nach erfolgt. Die Funkenbildung beim Offnen des Nutzstromkreises wird infolge der Un terteilung der Kontakte (Anordnung meh rerer Quecksilbergefässe mit mehreren Schei ben) auf ein geringes Mass beschränkt Auch erleichtert diese Unterteilung die Unter bringung eines grossen Gesamtwiderstandes.
Gemäss Fig. 2 sind die beiden Wellen 4 und 16, auf welchen die Scheiben 5, 8 bezw. 16, 17 mit den Widerständen abge ordnet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse 28 aus Isoliermaterial gleichachsig gelagert. Die Verbindung der Widerstände zweier zu sammengehöriger Scheiben ist bewerkstelligt durch Bolzen 29, die durch die Naben der Scheiben hindurchgeführt sind. Die Anord nung der Widerstände auf den Scheiben kann eine verschiedenartige sein, zum Bei spiel kann sie gemäss den Fig. 4 und 5 er folgen. Die Quecksilberbehälter 3,10,20,21 sind als zweiteilige Kapseln ausgebildet, die auf einem Flansch des Gehäuses 28 be festigt sind. Ihre Seitenwandungen sind nach innen eingebogen, um die Bewegung des Quecksilbers möglichst zu dämpfen und dessen Austritt zu erschweren.
Die Klem men 30 für die erforderlichen Anschlüsse sind am Gehäuse angeordnet und leitend mit dem Quecksilber verbunden. Die Spule 12, sowie die ineinanderliegenden Spulen l3 und 24 sind auf Konsolen 31 befestigt, welche an den Stirnwänden des Gehäuses angeordnet sind. Die Eisenkerne 11, 14 sind durch ge bogene Stäbe gebildet, die in Naben 32 auf den Wellen 4 bezw. 15 befestigt sind. Das Ganze bildet einen Apparat von sehr ge drängter Bauart.
Die Wellen 4 und 15 könnten .auf den Stirnseiten des Gehäuses herausragen und dort mit je einem Zeiger versehen sein, während am Gehäuse eine Skala angeordnet sein könnte, deren Einteilung derart sein könnte, dass rechts die Spannung, links die Stromstärke abgelesen werden könnte, so dass der Apparat zugleich als Volt- und Ampere meter wirken könnte.
Statt gleichachsig könnten die beiden Wellen 4 und 15 auch parallel zueinander in einem Gehäuse angeordeet sein. Es wür den dann die beiden Skalen direkt nebenein ander zu liegen kommen, und der Apparat könnte zweckmässig mit parallel zur Längs-, richtung des Wagens liegenden Wellen achsen an der Spritzwand des Wagens beim Führersitz angeordnet werden, so dass er jederzeit unter den Augen des Führers wäre.
Mit der vorliegenden Vorrichtung ist das Überladen der Batterie unmöglich, da einer seits die Spannung nicht über die erforder liche ansteigen kann, und anderseits noch Widerstände in den Hauptstromkreis ein geschaltet werden können. Die Kontakte nützen sich nicht ab; beim Regeln der Span nung ist Funkenbildung ausgeschlossen und beim Ausschalten auf ein Minimum redu ziert, so dass ein Verbrennen oder sonstiges Beschädigen der Kontakte nicht eintreten kann. Die Vorrichtung kann auch für andere Anlagen als für Motorwägen verwendet werden.
Automatic regulating and holding device for electrical systems. In the known voltage regulators of electric generators running at variable speed, in which the voltage to be regulated is influenced either by changing or by completely switching a series resistor on or off, the contacts of this ballast resistor are damaged very quickly, be it by the grinding effect , which also has an unfavorable effect on the degree of sensitivity of the controller, be it through strong sparking, which can destroy these contacts very quickly.
The subject of the invention is a regulating and switching device which avoids these disadvantages. This is achieved by using mercury con tacts as contacts for changing the series resistance, specifically in multiple arrangements. Resistance coils are arranged on rotating disks, which dip more or less into the mercury when the disks are rotated. The disks are under the action of electromagnets, which are influenced by the variables to be controlled and which are able to rotate the disks in order to change the resistance.
Mercury silver contacts are already known in and of themselves; however, it is either an electrothermal influence on the same or a piston-like immersion and removal of the contact members under the action of a stroke, which is a more complex type of construction. uneven mechanical resistance caused.
The drawing shows an embodiment example of the subject matter of the invention, which is particularly suitable as an automatic regulating and switching device for electrical systems in motor vehicles in which a direct current dynamo driven by the engine at different speeds, a battery and the lighting should dine. They show: FIG. 1 the scheme of the system, FIG. 2 a longitudinal section through the regulating and switching device, FIGS. 3, 4 and 5 cross sections according to lines 3-3, 4-4 and 5-5 of FIG. 2.
In Fig. 1, 1 means a shunt generator to be driven by the car motor with the excitation winding 2. A mercury container 3 is connected to this, in des sen mercury a disc 5 made of insulating material on the rotatable shaft 4 is immersed, on which a counter was 6 wound and which mercury is connected to a pole of the generator 1 via the field winding 2. On the same shaft 4 sits a second disk 8 with the same resistance 9 as that of disk 5. The two resistors 6 and 9 are connected in series. The disk 8 is immersed in the mercury of a container 10 which is connected to the other pole of the generator 1.
On the shaft 4 there is also an iron core 11 in the shape of a sector of a ring, which acts under the action of a tension coil 12, whereby the shaft can be rotated. The voltage coil 12 is connected in series with the voltage coil 13. Under the action of the voltage coil 13 is a ring sector iron core 14 which is fixed on a shaft 15 which can be rotated by it. On the shaft 15, the disks 16 and 17 with the resistance coils 18 and 19 are also arranged, which respectively in mercury vessels 20. 21 immerse.
The vessel 21 is connected to one pole of the battery 22 and the lighting circuit 23, while the vessel 20 is connected to the end of a current coil 24, which can also act on the iron core 14 and the beginning of which is at the terminal 25 of the machine. The iron cores 11 and 14 are under the action of springs 26 respectively. 27, which exert a clockwise torque on them.
The function of the device is as follows: When the engine is started, if the number of revolutions and thus the necessary voltage are not yet available, the lighting network is supplied by the battery. During this time there is still no current flowing in the main circuit (network), since the number of ampere turns of the voltage coil 13 is such that it is not yet able to stir enough rotation of the iron learning 14 to make the contacts in the vessels 2i and 21, the are initially still interrupted. In contrast, the voltage coil 12 continues to act so that the excitation circuit is closed, namely initially with short-circuited resistors 6 and 9.
If the voltage has reached the value required to supply the battery and the network, the coil 13 causes the shaft 15 and thus the disks 16 and 17 to rotate counter-clockwise so that the main circuit (network) is closed, namely initially with short-circuited resistors 18, 19. This part of the device thus acts as a minimum switch.
If the voltage of the generator 1 rises above the permissible level as a result of the increase in speed of the car engine, the shaft 4 is rotated so that a corresponding part of the resistors 6 and 9 is switched on, whereby the current in the exciter winding and thus the voltage of the Generator 1 is reduced. Since the excitation winding is not completely switched off, this change in resistance does not result in sparking and the contacts are therefore not damaged.
The friction between the liquid mercury and the disk is very low and more even than, for example, with the usual immersion contacts. As a result of this low mechanical resistance, the controller will be able to follow the voltage changes very quickly.
If a cause, for example a sudden load on the main circuit (network), for example due to a short circuit, should cause the auxiliary current to rise above a permissible level, the resistances 18, 19 of this increase, which were previously short-circuited, will become accordingly switched on by the action of the current coil 24, which results in a correspondingly increased deflection of the iron core 14 and thus of the shaft 15 with the washers 16 and 17.
No sparks occur here either, since this change in resistance occurs gradually. The generation of sparks when the useful circuit is opened is limited to a small amount due to the subdivision of the contacts (arrangement of several mercury vessels with several discs). This subdivision also makes it easier to accommodate a large total resistance.
According to FIG. 2, the two shafts 4 and 16, on which the disks 5, 8 respectively. 16, 17 are arranged with the resistors abge, stored coaxially in a common housing 28 made of insulating material. The connection of the resistances of two disks belonging to one another is brought about by bolts 29 which are passed through the hubs of the disks. The arrangement of the resistors on the disks can be of various types, for example they can follow in accordance with FIGS. 4 and 5. The mercury containers 3,10,20,21 are designed as two-part capsules which are fastened on a flange of the housing 28 BE. Their side walls are bent inwards in order to dampen the movement of the mercury as much as possible and to make it more difficult to escape.
The Klem men 30 for the necessary connections are arranged on the housing and conductively connected to the mercury. The coil 12 and the coils l3 and 24 lying one inside the other are fastened on brackets 31 which are arranged on the end walls of the housing. The iron cores 11, 14 are formed by GE curved rods that BEZW in hubs 32 on the shafts 4. 15 are attached. The whole thing forms an apparatus of a very compact design.
The shafts 4 and 15 could protrude on the end faces of the housing and each be provided with a pointer, while a scale could be arranged on the housing, the division of which could be such that the voltage on the right and the current intensity on the left could be read, so that the device could act as a voltmeter and an ampere meter at the same time.
Instead of being coaxial, the two shafts 4 and 15 could also be arranged parallel to one another in a housing. The two scales would then come to lie directly next to each other, and the device could usefully be arranged with shaft axes parallel to the longitudinal direction of the car on the bulkhead of the car by the driver's seat, so that it can always be under the driver's eyes would.
With the present device overcharging the battery is impossible, since on the one hand the voltage cannot rise above the required level, and on the other hand resistors can be switched into the main circuit. The contacts do not wear out; When regulating the voltage, sparks are excluded and when the device is switched off, it is reduced to a minimum so that the contacts cannot be burned or otherwise damaged. The device can also be used for systems other than motor vehicles.