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Kräfteausgleichvorrichtung für elektrische Spannungsregler Unter den
elektrischen Spannungsregelungsapparaten, die mit Hilfe von Magneten in selbsttätiger
Weise mehr oder weniger Widerstand in den Erregerkreis von Stromerzeugern schalten,
gibt es eine Gruppe, die die Widerstandsveränderung vermittels einer aus Kohlenscheiben
bestehenden Säule hervorruft, die einem wechselnden Druck ausgesetzt wird. lm Gegensatz
zu den Regelungsapparaten, die durch Schließen und Öffnen von Kontakten wirken,
hat also bei dieser Regelungsart der steuernde Magnet eine stark wechselnde Kraft
auszuüben. Gewöhnlich ist hierbei die Anordnung so, daß die Kohlensäule durch eine
Feder stark zusammengedrückt wird und der von der zu regelnden Spannung erregte
Magnet die Kohlensäule wieder mehr oder weniger entlastet.
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Eine derartige Spannungsregelung wird nur dann vollkommen sein, wenn
bei konstanter normaler Magneterregung die drei einander entgegenwirkenden Kräfte:
Reaktionsdruck der Kohlensäule, Federkraft und Magnetkraft, über den ganzen Ankerhub
hinweg miteinander im Gleichgewicht sind. Dann bringt schon eine geringe Abweichung
der Magneterregung bzw. der zu regelnden Spannung vom Normalwert eine Ankerverschiebung
bis in die Endlagen und damit eine Widerstandsveränderung über den ganzen Regelungsbereich
hervor.
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Unveränderlich gegeben innerhalb des ganzen Verschiebungshubes des
Regelungsmechanismus ist der Verlauf der Reaktionskraft der etwas elastischen Kohlensäule.
Diesem haben sich für die Herstellung des Gleichgewichtes die beiden anderen Kräfte
anzupassen. Nur beschränkt einstellbar ist der Zusammenhang der magnetischen Zugkraft
mit der Ankerstellung. Es ist deshalb zur Erzielung eines Kräftegleichgewichtes
über den ganzen Ankerhub an irgendeiner kraftübertragenden Stelle des Regelungsmechanismus
eine Vorrichtung notwendig, mit deren Hilfe in jeder Mechanismusstellung für sich
die eine der drei Kräfte mit den anderen beiden ins Gleichgewicht gesetzt werden
kann.
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Als solche Vorrichtung benutzte man bisher eine längs einer Leitkurve
geführte Rolle, bei. der der entsprechend der Kurvenform quer zur Laufrichtung entstehende
Rollendruck zum Zusammenpressen der Kohlensäule verwendet wurde.
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Eine solche Leitkurve besitzt den Nachteil einer schwierigen Herstellung.
Es ist nämlich bei ihr nicht nur die Lage der einzelnen Kurvenpunkte von Bedeutung,
sondern gleichzeitig auch die Richtung der Kurventangente in jedem Punkt, weil von
dieser das Maß der Kräftezerlegung abhängt. Diese muß aber wieder -in einem bestimmten
Zusammenhang mit dem Ort des betreffenden Kurvenpunktes sein, von dem der Grad der
Kohlensäulenzusammendrückung und ihrer Reaktionskraft abhängt.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Kräfteausgleichvorrichtung für
Spannungsregelungsapparate zum Gegenstand, bei der es viel
leichter
ist, die in Frage stehenden drei Kräfte über den ganzen Ankerhub hinweg ins Gleichgewicht
zu bringen als vermittels einer kräftezerlegenden Leitkurve. Sie beruht auf dem
Grundsatz, das zwischen der Kohlensäule, der Feder und dem Magnet in jeder Mechanismusstellung
individuell herbeizuführende Gleichgewicht statt durch eine regelbare Kräftezerlegung
durch Krafthebelarmveränderungen herbeizuführen.
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Die Abbildung zeigt ein Ausfülirungsbeispiel der Erfindung. A ist
ein Magnet, an dessen Anker B die Feder C mittelbar angreift und durch ihn die Kohlenscheibensäule
D zusammenzupressen sucht. Die obenerwähnte Vorrichtung, die in dem Kräftespiel
zwischen der Magnetkraft, der Federkraft und der Reaktionskraft der Kohlensäule
in jeder Mechanismusstellung für sich das Gleichgewichst herstellen soll, ist in
diesem Ausführungsbeispiel zwischen die- Federkraft einerseits und die Resultante
aus Magnetkraft und Säulenkraft andererseits eingesetzt und besteht aus einem mit
dem Anker B fest verbundenen gebogenen Körper E, an dessen oberem Ende ein die Federkraft
übertragendes biegsames Seil F eingehängt ist. Die Kurvenform des Körpers E ist
in jeder Ankerstellung bestimmend für den jeweiligen Abstand der. Federkraftachse
vom Ankerdrehpunkt C'z und damit für das auf den Anker ausgeübte Drehmoment. Die
Kurve ist so gewählt, daß über den ganzen Ankerhub hinweg in jeder Stellung Gleichgewicht
herrscht.
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Bei einer derartigen Ausgleichvorrichtung ist also für jede Ankerstellung
nur eine veränderliche Größe, nämlich der Seilabstand vom Ankerdrehpunkt, einzustellen.
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Die Ausgleichvorrichtung könnte ebensogut z. B. zwischen die Säulenkraft
und die vereinigte Magnet- und Federkraft eingesetzt werden, oder zwischen die Magnetkraft
und. die Resultante aus Feder- und Säulenkraft.
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Anstatt der zusammenhängenden Kurve kann auch eine Reihe von einzelnen
Punkten den Seilabstand vom Ankerdrehpunkt regeln, und es können diese Punkte zur
leichteren Einstellbarkeit vermittels Schrauben verschiebbar gemacht werden. -Eine
Steuerurig eines Federkraftaclisenabstandes durch eine Kurvenscheibe wurde bisher,
auch in Spannungsreglern, zum Ausgleich der Veränderlichkeit der Federkraft selbst
angewendet zur Erzielung eines durch eine Feder auszuübenden konstanten Drehmomentes
längs eines großen Drehwinkels. Bei der vorliegenden Anordnung wird die Wirkung
erzielt, vermittels einer Kurvenscheibe auch die Veränderlichkeit von fremden, der
Federkraft entgegenwirkenden Kräften auszugleichen. Es ist dadurch möglich geworden,
bei Spannungsreglern, die auf dem Kohledruckprinzip beruhen, trotz des stark veränderlichen
Kohlensäulenreaktionsdruckes eine bisher unerreicht hohe Regelungsgenauigkeit zu
erzielen. Die Brauchbarmachung dieses Regelungsprinzips auch für Präzisionsregelung
besitzt besondere Bedeutung, weil es an Betriebssicherheit alle anderen Regelungsarten
übertrifft. Die hohe Betriebssicherheit hängt damit zusammen, daß bei Kohledruckreglern
keine Kontakte zu öffnen und zu schließen .sind und daher alle Störungsquellen,
die mit schlechten Kontakten zusammenhängen, in Wegfall kommen. ,