DE274289C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 274289 KLASSE 21 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Juni 1913 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf selbsttätige Regeleinrichtungen und ist im besonderen für mit verschiedener Geschwindigkeit umlaufende Generatoren bestimmt, wie sie bei Wagenbeleuchtungssystemen Verwendung finden, bei denen eine Akkumulatorenbatterie den Strom für die Lampen liefert, wenn der Generator mit einer geringen Geschwindigkeit läuft oder sich in Ruhe befindet.

ίο Gemäß der Erfindung ist ein Stromregulator vorgesehen, um den vom Generator gelieferten Strom so lange konstant zu halten, bis die Spannung des Systems die volle Ladespannung der Batterie erreicht. Bei dieser festgesetzten Spannung wird eine Hilfsregelungsanordnung, die vorzugsweise aus einem kompressiblen Rheostaten besteht, in Nebenschluß zum Generatorfeld gelegt. Der Widerstand dieses Hilfsregulators wird durch eine Spule geregelt, welche jeweils von der Spannung des Systems beeinflußt ist.

Die Wirkung des Stromreglers ist die, daß dieser darauf hinwirkt, den Strom zum Laden der Batterie konstant zu erhalten. Die Folge davon ist, daß, wenn die Batterie nahezu voll geladen ist, die Spannung des Generators ansteigen muß, um die volle Ladung zu erhalten. Sobald jedoch die Batterie voll geladen ist, führt der Hilfsregler eine Abnahme der höheren Spannung herbei und hält hierauf eine gleichmäßige Spannung ein, die jedoch einen zu geringen Wert besitzt, als daß sich ein Ladestrom für die Batterie ergeben könnte.

Das zu diesem Zweck vorgesehene, unter Spannungseinfluß stehende Relais bewirkt dabei die Schaltungen und Regelung des zusammendrückbaren Parallelwiderstandes zum Felde in verschiedener, ebenfalls den Gegenstand der Erfindung bildender Weise.

Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen in schematischer Weise verschiedene Schaltungen gemäß der Erfindung, während die

Fig. 5 und 6 für sich den kombinierten Schalter und kompressiblen Rheostaten darstellen.

Die Fig. 1 zeigt einen mit veränderlicher Geschwindigkeit umlaufenden Generator, der einen Anker 1 und eine Feldwicklung 2 besitzt. Ein kompressibler Rheostat 3 liegt für gewöhnlich in Reihe mit der Feldwicklung und wird durch eine Spule 4 geregelt, die mit dem Generator in Reihe liegt, also vom Strom beeinflußt wird. Der Rheostat 3 wird durch einen Winkelhebel 5 beeinflußt, der für gewöhnlich in einer solchen Lage gehalten wird, daß er den Widerstand des Rheostaten auf ein Minimum reduziert. Eine Puffereinrichtung 6 beeinflußt dauernd die Wirkung des Winkelhebels. Ein zweiter kompressibler Rheostat 7 wird unter bestimmten Bedingungen in Nebenschluß zum

Felde gelegt. Dieser Rheostat ruht auf dem Kolben 8 einer Spannungsspule g, welche zu den Generatorleitungen parallel liegt. Wenn sich der Kolben 8 in seiner Normalstellung befindet, so erzeugt er einen Kurzschluß um einen der Größe nach bestimmten, in Reihe mit dem Feld liegenden Widerstand io über Kontakte ii und 12, und wenn er sich in der angehobenen Lage befindet, so öffnet der Kern

ίο diesen Stromkreis und schließt einen Stromkreis zwischen dem Rheostaten η und einem festliegenden Kontakt 13, so daß der kompressible Rheostat 7 parallel zum Generatorfeld eingeschaltet wird.

Ein selbsttätiger Schalter 14 regelt in bekannter Weise die Verbindung zwischen dem Generator und Akkumulatorenbatterie 15 und Lampen oder anderen Stromverbrauchskörpern 16, welche in parallelen Zweigen zu den Hauptleitungen liegen. Dieser selbsttätige Schalter ist von irgendeiner bekannten Bauart und besitzt eine Hubspule 17, die den Generatorleitungen 18 und 19 parallel geschaltet ist. Er besitzt ferner eine Haltewicklung 20, welche mit einer Generatorleitung in Reihe liegt. Die Wirkungsweise des Schalters ist die bekannte, den Generator mit der Batterie und den Lampen zu verbinden, wenn die Generatorspannung im wesentlichen der Batteriespannung gleich ist.

Die Reguliervorrichtungen sind als kompressible Rheostaten auf der Zeichnung dargestellt und auch beschrieben worden, es muß jedoch hervorgehoben werden, daß auch andere bekannte Regelungselemente an deren Stelle treten können.

Wenn es erwünscht ist, so kann ein selbsttätiger oder anderer Regulator, welcher hier als kompressibler Rheostat 21 angegeben ist, im Lampenstromkreis liegen, um die Lampen vor zu hoher Spannung zu schützen.

Das Regelungssystem gemäß Fig. 1 arbeitet in folgender Weise: Befindet sich der Generator in Ruhe, so ist der selbsttätige Schalter 17 geöffnet und die Lampen werden aus der Batterie 15 gespeist. Die Kontakte 11 und 12 sind geschlossen und die Spule 4 ist nicht erregt. Der Widerstand 10 ist kurzgeschlossen und der Widerstand des Rheostaten 3 auf ein Minimum gebracht. Wenn der Generator anläuft, so wächst sein Feld rasch an, bis die Spannung des Generators im wesentlichen die Batteriespannung erreicht, wobei dann der selbsttätige Schalter 14 geschlossen wird. Bei weiterem Ansteigen der Spannung arbeitet die Regelungsspule 4 derart, daß der Widerstand 3 vergrößert wird und daß ein Bestreben auftritt, den Ladestrom zum Laden der Batterie und zur Speisung der Lampen durch alle Geschwindigkeiten des Generators hindurch und unbekümmert um das Ansteigen der gegenelektromotorischen Kraft der Batterie konstant zu halten. Wenn eine Spannung erreicht ist, die im wesentlichen dem vollen Ladezustand der Batterie entspricht, so wird die Spule 9 hinreichend erregt, um ihren Kern 8 zu heben. Es wird dadurch der Kurzschlußstromkreis um den Widerstand 10 geöffnet und der Stromkreis zwischen dem Rheostaten 7 und dem Kontakt 13 geschlossen. Hierdurch wird ein Stromkreis, der dem Feld parallel liegt, hergestellt, und zwar von der Abzweigstelle 22 im Feldstromkreis über Leitung 23, Rheostat 7, Kontakt 13, Leitung 24 und 25 zur Generatorleitung 19, und zu gleicher Zeit kommt der Widerstand 10 mit diesen eben genannten Parallelkreisen und dem Widerstand 3 in Reihe zu liegen. Der auf diese Weise eingeschaltete Widerstand iö und die Wirkung des genannten Parallelstromkreises genügen, um die Generatorspannung derartig herabzusetzen, daß der Ladestrom praktisch auf Null fällt, wobei der Widerstand 10 den Rheostaten 3, der zufolge des Stromnachlassens in 4 an Widerstandswert verliert, ergänzt, und nunmehr die Lampen auf konstante Spannung geregelt werden., Der Generator wird von diesem Punkt aus auf konstantes Potential geregelt durch die Spule 9, welche den Widerstand des Rheostaten 7 vermindert und auf diese Weise mehr Strom vom Feld ableitet, immer mit dem ausgesprochenen Bestreben, die Spannung konstant zu halten. Unter diesen Verhältnissen befindet sich die Batterie gewissermaßen in einer Spannungsausgleichstätigkeit parallel zur Hauptleitung und es wird ein konstantes Potential erhalten, gleichviel, ob der Batteriestromkreis geöffnet oder geschlossen ist, und selbst wenn der Batteriestromkreis zufällig geöffnet wird, so wird durch alle Geschwindigkeiten des Generators hindurch eine konstante Spannung erhalten.

Eine Regeleinrichtung dieser Art ist im besonderen geeignet für schnellaufende Generatoren, bei welchen die Feldmagnete mit einer geringen Stärke arbeiten, unter welchen Bedingungen die Maschine auf die kleinsten Anderungen in der Spannung an den Feldklemmen reagiert. Ein induktiver Stromkreis, wie die Feldwicklung, erweist sich, wenn er mit einem nicht induktiven Widerstand, wie z. B. mit dem Rheostaten 3, in Reihe liegt, besonders wenn ein solcher Widerstand im Vergleich zu dem induktiven Widerstand hoch ist, als sehr empfindsam gegenüber den Schwankungen einer aufgedrückten Spannung. Dieses Merkmal würde nun zusammen mit der unsteten Bedingung des magnetischen Stromkreises eine schnelle, genaue und ohne Pendelungen erzielte Regelung bei den in weiten Grenzen sich verändernden Geschwindigkeiten sehr erschweren, wenn man versuchen wollte, die. Regelung

lediglich durch Veränderung des in Reihe mit dem Feld liegenden Widerstandes zu erzielen. Durch die Anordnung des Hilfsrheostaten 7 wird jedoch die Feldwicklung zu einem nicht induktiven Widerstand parallel geschaltet, welcher allzu schnelle Änderungen, die zu Pendelungen in der Regelung führen könnten, in dem magnetischen Fluß im Generator verhindert, da jedem Bestreben nach einer zu schnellen Veränderung unmittlebar durch die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft in der Feldwicklung entgegengearbeitet wird, welche einen Strom durch den kurzen, über den Parallelrheostaten 7 geschlossenen Stromkreis schickt,

!5 welcher zu schnelle Änderungen im Fluß von Anfang an zu verzögern sucht. Je größer die Geschwindigkeit des Generators ist, um so geringer braucht der Wert dieses Widerstandes. zu sein, und infolgedessen wird die Einrichtung immer beständiger bei höheren Geschwindigkeiten als bei geringeren. Außerdem aber gestattet der Parallelwiderstand 7 bei herabgesetzter Spannung, bei der der Serienwiderstand 3 zufolge des herabgesetzten Erregerstromes nicht mehr so fein regeln würde, eine nunmehr doch noch feinstufige und genaue Regelung auf konstante Spannung.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Schaltung, bei welcher die Wirkung der Spule 9 durch Anordnung eines Winkelhebels 26 vergrößert wird, welcher bei angehobenem Zustand des Kernes 8 eine vergrößerte Hebekraft hervorbringt, um den Rheostaten 7 zu komprimieren. Der Kontakt 13 kann in Fortfall kommen, wie aus dieser Figur ersichtlich ist, und bei 27 eine beständige Verbindung vorhanden sein, wobei aber die Widerstandsplatten so locker liegen, daß vor Beendigung der Ladung praktisch ein unendlich großer Wert des Widerstandes resultiert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen abgeänderte Schaltungen, bei deren Anwendung noch weitere Vorteile erreicht werden.
Die Schaltung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der der Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß ein besonderes Relais zum öffnen des Kurzschlußstromkreises um den Widerstand 10 herum und zum Schließen des Nebenschlußstromkreises für das Feld über den Rheostaten 7 vorgesehen ist. Dieses Relais wird durch eine auf Spannung ansprechende Spule 28 beeinflußt, die den Generatorleitungen parallel geschaltet ist. Die Spule 28 regelt die Lage eines drehbar gelagerten Hebels 29, der einen Kontakt 30 trägt, welcher mit einem Kontakt 31 zusammen arbeitet, um den Kurzschlußstromkreis um den Widerstand 10 zu regeln, und der ferner einen Kontakt 32 trägt, welcher mit einem Kontakt 33 zusammen arbeitet, um den Stromkreis für den Rheostaten 7 zu regeln. Ist die Spannung im System geringer als die volle Ladespannung der Batterie, so verbleibt der Hebel in der in der Zeichnung dargestellten Lage. Ist die volle Batterievollladespannung erreicht, so wird der Hebel in seine obere Lage gehoben. Nachdem der Hebel angehoben ist, wirkt die Schaltung in gleicher Weise wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1.

Die Fig. 4 veranschaulicht eine Schaltung, bei welcher eine andere Gestalt des kombinierten Relaisschalters und Regulators benutzt ist, wodurch erzielt ist, daß eine einzige Spule 34 die Verrichtungen der Spulen 9 und 28 in Fig. 3 erfüllt. Die Spule 34 liegt den Generatorleitungen parallel und regelt den Hebel 29 und Kontakte, die sich an dem Hebel befinden, und zwar in einer Weise, die derjenigen der Spule 28 in Fig. 3 entspricht. Ein beweglicher Anker 35 wird von einem drehbar gelagerten Hebel 36 innerhalb des Einflußbereiches der Spule 34 getragen und regelt den Druckgrad des Rheostaten 7. Die Stromkreisverbindungen und Wirkungsweisen der Schaltung gemäß Fig. 4 entsprechen im wesentlichen denjenigen der anderen Figuren.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Konstruktion und die Wirkungsweise des kombinierten Relaisschalters und Regulators. Die Spule 34 besitzt zwei Wicklungen 37 (Fig. 6), welche an senkrechten Polen 38 eines Magneten der gewöhnlichen Hufeisengestalt angeordnet sind. Der Hebel 29 trägt außer Kontakten 30 und 32 den Anker 39 (Fig. 5).

Der obere Anker 35 am Hebel 36 ist keilförmig gestaltet und arbeitet mit den abgeschrägten Enden der Magnetpole 38 zusammen. Diese Konstruktion läßt eine Wirkung in großem Umfang erzielen und ergibt eine Vergrößerung der Anziehung in dem Maße, als sich der Hebel nach unten bewegt. Die sich vergrößernde Anziehungskraft soll den mit der Zunahme der Zusammendrückung des kom-.pressiblen Rheostaten wachsenden Gegendruck ausgleichen.

Der obere Luftzwischenraum zwischen dem Anker 35 und den Magnetpolen ist so groß gemacht, daß der Hebel 36 so lange nicht durch Erregung der Wicklungen bewegt wird, als der untere Luftspalt bei 39 offen ist. Hierdurch wird der obere Anker veranlaßt, an Ort und Stelle zu bleiben, um die Reluktanz des magnetischen Stromkreises konstant zu erhalten, so daß der untere Anker genau auf eine bestimmte und festgelegte Spannung, welche die volle Ladespannung der Batterie darstellt, eingestellt werden kann. Sobald der untere Anker angezogen ist, wird die Reluktanz des magnetischen Stromkreises so erheblich verkleinert, daß der obere Anker 35 unmittelbar unter den Einfluß der Wicklungen gelängt und veranlaßt

wird, einen veränderlichen Druck auf den kompressiblen Rheostaten auszuüben, wodurch dieser veranlaßt wird, seine regelnde Arbeit zu verrichten.

Die Einrichtung kann leicht in einen solchen Zustand gebracht werden, daß sie auf verschiedene Spannungen anspricht, und zwar durch Veränderung der normalen Lage der Anker mit Hilfe des einstellbaren Anschlages 40 für den oberen Anker und der einstellbaren unteren Kontakte.

Die benutzten Rheostate sind zweckmäßig von derjenigen Art, bei welcher eine Anzahl von Scheiben aus Kohle oder dergleichen Material in den Stromkreis eingeschaltet ist, wobei der Widerstand des Rheostaten durch den Betrag des Druckes bestimmt wird, der auf die Scheiben ausgeübt wird. Werden von den Rheostaten getrennte Kontakte zur Regelung der Rheostatstromkreise benutzt, so können metallische Kontakte mit Augenblicksunterbrechung Verwendung finden. Ein wiederholtes Arbeiten solcher Kontakte verursacht kein Verbrennen der Kontaktflächen mit den sich ergebenden Schwankungen im Kontaktwiderstand und wirksamen Luftspalt. Infolgedessen wird die Einstellung des Systems -auch nicht durch dauernden Gebrauch beeinträchtigt. Die Vorteile, die sich durch die Benutzung eines solchen Relais und Regulators in Verbindung mit Wagenbeleuchtungsanlagen ergeben, zeigen sich deutlich bei Betrachtung der bei einem solchen System tatsächlich vorhandenen Bedingungen. Angenommen es handelt sich um ein 30-Voltsystem mit 16 Bleibatteriezellen, so wird das vollständige Ladeverhältnis der Batterie erreicht, wenn die Spannung des Systems annähernd '42 Volt erreichen wird, hingegen beträgt diejenige Spannung, bei welcher eine solche Batterie gegenüber der Hauptleitung gerade in den Spannungspufferungszustand kommt, ungefähr 35 Volt. Bei Benutzung der beschriebenen Regulatorkonstruktion ergibt sich nun die Möglichkeit, den unteren Anker so einzustellen, daß er bei 42 Volt anspricht, was bereits ausreichen würde, um den Rheostaten so lange in Betrieb zu setzen, als der untere Luftspalt offen ist. Sobald der untere Anker angehoben und der untere Luftspalt überbrückt ist, tritt der obere Anker in den Einflußbereich ein und kann so eingestellt werden, um etwa 35 Volt im System zu erhalten. Auf diese Weise ist es mit dieser Reguliereinrichtung möglich, eine einzige normalerweise erregte Spule zu verwenden, welche eine Wirkung des Spannungsregulators so lange verhindert, bis die volle Ladespannung der Batterie erreicht ist, wonach der Regulator selbsttätig in Betrieb kommt, um die richtige Spannung im System zu erhalten, bei welchem sich die Batterie gegenüber der Hauptleitung im Spannungspufferungszustand befindet.

Selbstverständlich sollen die obigen Ausführungen nur ein Beispiel für die Erfindung geben, um ihr Wesen klarzumachen. Es können aber, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, mannigfache Abänderungen getroffen werden, sowohl in der Schaltung selbst als auch in den Konstruktionseinzelheiten.

Claims (5)

Patent-An Sprüche:

1. Regelungseinrichtung für einen mit Batterie zusammen arbeitenden, mit stark veränderlicher Geschwindigkeit angetriebenen Nebenschlußgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß bei Volladung der Batterie, die in bekannter Weise mit konstantem Strom unter Strombeeinflussung eines Serienwiderstandes (3) zur Feldwicklung (2) bewirkt wird, ein Regelungswiderstand (7) parallel zur Feldwicklung geschaltet wird, der unter Einfluß der Generatorspannung tritt, zu dem Zweck, den Generator auch bei nach Volladung herabgesetzter Spannung in feinstufiger und ohne Pendelungen schnell erfolgender Weise auf konstante Spannung weiter zu regeln.

2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit der Parallelschaltung des Widerstandes (7) ein unveränderlicher Widerstand (10) in Reihe mit dem annähernd außer Wirkung gesetzten Serienwiderstand (3) geschaltet wird.

3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem unteren Ende des Kernes einer von der Spannung beeinflußten Spule (9) die Stromschlußvorrichtung (11, 12) für den unveränderlichen Widerstand (10) und am oberen Ende ein durch Druck veränderlicher Wider-

• stand (7) angeordnet ist, der beim Anheben des Kernes durch die Spule (9) gegen einen festen Kontakt (13) trifft, und dadurch zunächst die Parallelschaltung des Regelungs- - Widerstandes (7) zum Feld und bei weiterem Anheben des Kernes dessen Regelung bewirkt wird.

4. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiarmiger Hebel (26, Fig. 2) an seinem no einen längeren Arm, an dem auch der Kern einer Spannungsspule (9) angreift, die Stromschlußvorrichtung (11, 12) für den unveränderlichen Widerstand trägt, und dessen anderer kürzerer Arm unmittelbar auf einen durch Druck veränderlichen Widerstand (7) wirkt.

5. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei magnetisch getrennten, bewickelten

Kernen bestehendes Spannungsrelais (34, magnetische Brücke (39) an die Relaiskerne

Fig. 4) zwei Anker beeinflußt, von denen , heranbewegt, so daß nunmehr der andere

der eine (39) beim Anzug die Einschaltung ' Anker (35) unter der verstärkten magneti-

des unveränderlichen Widerstandes (10) und ^; sehen Wirkung des Relais angezogen wird

die Einschaltung des Parallelregelungswider- ' und die Regelung des Parallelwiderstandes

Standes' (7) bewirkt und dabei zugleich eine j bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI.