DE20824C - Elektromagnetische Differential-Ausrückvorrichtung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 18. December 1881 ab_k

Bei der Regulirung elektrischer Ströme können wie bei Gasen drei Fälle vorliegen:

1. Soll die abzugebende Strommenge constant sein, da der Leiter nur einen Receptor speist, so rriufs, wenn t die Spannung an der Eintritts-, t¹ diejenige an der Austrittsstelle bedeutet, die Differenz t t^l unveränderlich gemacht werden. Diese Differenz hat immer einen durch das Voltameter bestimmbaren Werth.

2. Ist die Strommenge an der Austrittsstelle auf dasjenige beschränkt, was ein Conductor bei Maximalgeschwindigkeit leisten kann, so genügt es, die Spannung t constant zu machen, tt¹ hat dann einen nicht zu berücksichtigenden Werth. t ist die Spannung beim Eintritt in den Conductor und t^l diejenige beim Ausgange, und ist die Differenz t t^l sehr gering.

3. Soll' die abgegebene Strommenge bald grofs, bald gering sein, da der Leiter ein ganzes Netz speist, so mufs man die Spannung T am Ausgang der Maschine veränderlich machen.

Im ersten Falle verwendet Erfinder einen Rheömeter-Regulator, im zweiten einen Spannungsregulator und im dritten Falle einen Abgaberegulator.

Die vorliegende Erfindung hat nur den Rheometer-Regulator zum Gegenstand, und ist beispielsweise eine Lampe mit Volta'schem Bogen genommen, um die Erfindung zu erklären.

Es handelt sich darum, die Intensität des Stromes, der durch sie hindurchgeht, constant zu halten, indem die Differenz tt^l unveränderlich gemacht wird. Bei Lampen mit Abstandsregulirung der Kohlenstifte nimmt man im Allgemeinen an, dafs, so lange der durch die Lampe gehende Hauptstrom eine bestimmte Intensität beibehält, d. h. so lange der Voltasche Bogen eine nicht zu grofse Länge erreicht, so ist die Bewegung des Uhrwerkes eingestellt und die Bewegung der Stange nach unten eingestellt; sowie das Gleichgewicht unterbrochen ist, nimmt die Kraft des Elektromagneten zu, zieht die Armatur an, wodurch das Räderwerk eingerückt wird und die Stange eine Abwärtsbewegung erhält, wodurch sich die Stifte nähern und der Bogen vermindert wird.

Das Angeführte bezieht sich auf alle bekannten Apparate und ist darin ausgedrückt, was man bisher zu erreichen bestrebt war, was aber thatsächlich nicht erreicht worden ist. Ist nämlich der das Gleichgewicht darstellende Punkt überschritten, so mufs die für die Wiederherstellung des Gleichgewichts nothwendige mechanische Thätigkeit sich wirksam zeigen. Gewöhnlich ist dies aber nicht der Fall; die zur Regulirung nöthige Kraft mufs beträchtlich vergröfsert werden.

Mit dem gewöhnlichen Regulator erzeugt die regulirende Kraft ihre Wirkung nur unter einer Spannungsdifferenz von 8 bis 12 Volts, was einer Arbeit von 8 bis 12 Secunden-Kilogrammmetern für eine 10 Webers verbrauchende Lampe entsprechen würde.

Die mechanische Wirkung, von der weiter oben gesagt wurde, dafs sie einzutreten habe, wenn der Gleichgewichtspunkt überschritten ist, um letzteren wieder herzustellen, mufs unabhängig sein und sich nur in dem Augenblicke bilden, wo die Differenz tt¹ überschritten ist und genau in dem Augenblicke aufhören, in dem tt¹ wieder hergestellt ist.

Der Elektromagnet des Erfinders hat den Zweck, die Ausrückung eines als photoelektrischer Regulator wirkenden Räderwerkes mittelst einer sehr kleinen, constanten Differentialwirkung zu erzielen.

Fig. i zeigt die beiden Spulen a £, die beiden Weicheisenkerne A B von gleicher Stärke und Gewicht, einen Quersteg C und die Armatur d.

Letzterer ist sehr kurz und leicht und ist aus vielen, neben einander gereihten Elementen von beliebiger Form gebildet und mit Zinn verlöthet.

Auf beiden Seiten ihrer Schwingungsachse trägt die Armatur kleine Schrauben, welche ihre Bewegungen begrenzen und ist ihr Ende mit einer Feder S von Messingdraht oder mit einem kleinen Gegengewicht von Y₂ g belastet, oder es kann das Sclrwingungsmittel aufserhalb des Schwerpunktes angeordnet sein.

Die Spulen können parallel oder irgendwie anders angeordnet sein; Spule α trägt einen feinen Draht von bestimmtem, relativ grofsem Widerstand, während Spule b einen dicken Draht von geringem Widerstand trägt.

Bezeichnen i und / die Intensitäten zum Bewegen der Spulen und ist

IOO

/= ioo i,

so müssen die Widerstände derselben der Gleichung

entsprechen.

Die Spule α mit grofsem Widerstand R liegt in einem vom Hauptstrom abgezweigten Strom, während die Spule b mit dem kleinen Widerstand r im Hauptstrom eingeschaltet ist, der durch den variablen Widerstand des Bogens hindurchgeht.

Gleichgewicht findet statt, wenn

S-hPr = PR

ist, wobei .S die Arbeit der Feder bedeutet; Einwirkung findet unter der Wirkung der Feder S statt, wenn immer

P R = Pr
wird, und Ausrückung, wenn

Die Federkraft S kann sehr klein sein, da sie zur Hebung der Armatur α für die Einrückung genügt.

Hieraus geht hervor, dafs eine sehr geringe Veränderung in der Hauptstromstärke, durch Veränderung der Stromquelle oder durch Veränderung des Bogenwiderstandes das Räderwerk ein- oder ausrückt.

Hat die Feder S die Stärke von Y₂ g, so genügt eine Aenderung der Stromstärke, die geringer als Y₁₀₀ Weber ist, zur Erzeugung der Armaturbewegung und tritt Ein- oder Ausrückung je nach dem Sinne der Veränderung ein.

Es habe beispielsweise eine Lampe nach dem System Serrin.mit diesem Differential-Elektroausrücker einen Strom von 3 Weber unter einer Spannung von 100 Volts; welchen Werth wird dann der Widerstand des Zweigstromkreises haben?

Wir haben anderswo gesehen, dafs der Vertheilungswiderstand

E R^a R

100

= —— — (0

= 16,41 Ohm
und der Widerstand

0,15)

R^a — E-—

IOO

2.3

= 16,66 Ohm ist.

Ist die Intensität des Zweigstromkreises Yj₀₀ des Hauptstromes oder 0,03 Weber, so wird der abgeleitete Widerstand 16,66· 100 = 1666 Ohm sein, zu welchem noch der Widerstand der Spule α hinzutritt.

Lassen wir r der Spule b = 0,02 Ohm sein.

Da wir Pr = PR oder 3² · 0,007 = o,o3² 'R haben müssen, so ergiebt

jg= = ₃o0hm.

0,03

Wie wird unter diesen Widerstandsbedingungen der Differential-Elektromagnet wirken, Wenn sich eine Intensitätsveränderung von 0,01 Weber ergiebt?

Die Arbeit der Spule α beträgt in Grammcentimetern

x^a = 10 · 0,03* · 20 Ohm · 10,93 = 196,74 Ohm, diejenige der Spule b

x·

' = 10 · 2,99²· 10,93 = 195,37 Ohm.

Die wirkliche Differenz ist also 1,37 gern und vollkommen genügend, da die Arbeit der Feder bei ι ο Bewegungen in der Secunde 0,5 g X 0,05 cm X 10 = 0,25 gern beträgt.

Die Vertheilungsströme dieser Lampe sind zur Erhaltung einer bestimmten Leuchtkraft, die durch einen Strom von 3 Weber unter einer Spannung von 100 Volts erzeugt ist, berechnet worden. Unter diesen Bedingungen kann die Intensität der Lampe nur variiren, wenn sich die elektromotorische Stärke ändert, d. h. wenn sich die Geschwindigkeit des Elektricitätsgenerators ändert. Alle durch denselben Generator gespeisten Lampen schwanken in demselben Sinne. Auch kann der Fall eintreten, dafs man die Intensität einer Lampe ändern mufs, ohne die Leuchtkraft der anderen zu ändern.

Nach dem Vertheilungsprincipe des Erfinders genügt es, in umgekehrter Richtung den Vertheilungsstrom zu ändern, der den Haupt- und Zweigstromkreis in sich fafst.

Bei dem vorliegenden Falle einer 3 Weber verbrauchenden Lampe braucht man, und wenn man dieser eine Lichtstärke von 2X3 Weber geben will, nur den Hauptwiderstand von

16,66 auf = 5,ss Ohm und den abgeleiteten

ι 666

Widerstand von auf 1666 = 555 Ohm zu

vermindern. Das Resultat ergiebt sich leicht, wenn der Hauptstrom von 16,41 Ohm und der Zweigstrom von 1666 Ohm je mit Widerstandsspulen versehen sind, deren Zahl durch einen Commutator geändert werden kann.

Fig. 2 zeigt eine andere Form des elektromagnetischen Differentialausschalters; er besteht aus einer auf einem Eisenkern befestigten Spule, die mit zwei Spiralen umwunden ist, von denen die eine von starkem, die andere aus schwachem Draht, je nach den oben bestimmten Widerständen, besteht. Die Drähte werden von den Strömen in entgegengesetztem Sinne durchlaufen.

In diesem Falle P R = P r ist der Magnetismus gleich Null und folgt dann die Armatur der Feder .S willig, die jene zur Einrückung anpreist.

Wird P R — P r> S, so findet Ausrückung bei dieser differentialen Wirkung statt, während bei P R = Pr-\-S Gleichgewicht im System stattfindet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung des Elektromagneten. Angenommen, es sei ein Galvanometer nach dem System Deprez mit feinem Drahte in Verbindung mit dem Strom der Lampe und deren Stromquelle gebracht, und es sei die Differenz der Spannungen tt¹ immer constant 60 Volts gehalten. Auf dem Galvanometer wird die 60 Volts entsprechende Marke gekennzeichnet, bei welcher ein zweiter Zweigstrom durchgeleitet und unterbrochen wird, der den Elektromagnet A B von grofsem Widerstand durchströmt, von dem die Bewegung des Triebräderwerks abhängt.

Ist die Nadel des Galvanometers nicht genau auf der 60 Volts entsprechenden Marke, so bleibt der zweite Zweigstrom offen, der Elektromagnet A B bleibt ebenso wie das Räderwerk aufser Thätigkeit; ist jedoch dieser Punkt erreicht, so schliefst die Galvanometernadel den zweiten Zweigstrom, wodurch der Magnet A B in Thätigkeit kommt und die Armatur α l· anzieht, welche frei wird und das Räderwerk ausschaltet, worauf sich die Kohlenspitzen nähern, bis die Differenz tt¹ von 60 Volts wieder hergestellt ist; in diesem Momente unterbricht die Galvanometernadel den Stromkreis des Elektromagneten A B, welcher wirkungslos wird und das Räderwerk einrückt, bis das Gleichgewicht wieder zerstört wird.

Die die Unterbrechung und Schliefsung des Stromes, sowie die Bewegung und das Stillstehen des Räderwerkes bestimmende Bewegung der Nadel beträgt höchstens Y₁₀ mm Distanzdifferenz, so dafs also der Bogen, sein Widerstand und die Stromstärke vollkommen regulirt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Lampe mit Räderwerk nach dem System Serrin, an welcher der elektromagnetische Differential-Ausschalter, wie ihn Fig. 1 zeigt, angebracht ist.

Natürlich können auch die beiden anderen hier beschriebenen, sowie andere auf diesem Principe beruhenden Ausschalter an derselben Lampe angebracht werden.

Der Motor ist die obere Kohlenhaltestange; die untere Kohle bewegt sich nicht gegen die andere, sondern ist mit einem magnetischen Kern verbunden, der von einem Solenoid umgeben ist.

Das Räderwerk ist in Ruhe von der Feder S eingerückt. Wird der Strom geschlossen und sind die Kohlenspitzen aufser Contact, so geht der Strom durch den gesammten Zweigstrom, erregt die Spule α und bewirkt die Ausrückung, worauf sich die Spitzen nähern und in Berührung kommen. Darauf öffnet sich der Hauptstrom, so dafs sich das Licht bildet und die Entfernung der Spitzen von einander unter dem Einflufs des unteren Solenoids entsteht.

In diesem Augenblicke wird P R = P r, wodurch die Ausrückung veranlafst wird.

Da sich aber die Kohlen 0,002 mm pro Secunde abnutzen, wird die Entfernung durch den Verbrauch gröfser, wodurch der Widerstand des Bogens zunimmt und folglich die Intensität des Hauptstromes abnimmt, so dafs ein Moment eintritt, wo PR — Pr >S wird; dann findet eine Ausrückung statt und stellt das Gleichgewicht PR = Pr wieder her, das die Einrückung bewirkt.

Die Ein- und Ausrückungen finden so häufig statt, dafs sich die Kohlenspitzen continuirlich gegen einander nähern.

Fig. 6 zeigt die beispielsweise Anordnung der Einfügung einer Lampe mit je nach der Entfernung variabler Intensität, welche noch modificationsfähig ist.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Die Anordnung eines einfachen oder doppelten Elektromagneten, durch dessen Differentialwirkung sowohl wie durch die mechanische Arbeit einer kleinen Feder S oder eines kleinen Gewichtes an der Armatur d Aus- und Einrückung, sowie zeitweises Gleichgewicht eines als photoelektrischer Regulator dienenden Räderwerkes hergestellt werden kann.

2. Die Arretirvorrichtung, Fig. 1, 4 und 5, um den oberen Kohlenstift in seiner nach unten zustrebenden Bewegung zeitweilig aufzuhalten.

3. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Modification dieser Arretirvorrichtung.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.