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Elektrische FahrzeugbeIeuchtungSMiIage.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine elektrische Fahrzeugbeleuchtungsanlage mit einem Stromerzeuger mit wechselnder Drehzahl und Drehrichtung und einer von diesem zu ladenden Batterie, bei der die Polarität des Erzeugers unabhängig von der Drehrichtung aufrecht erhalten und die Leistung des Generators selbsttätig beim Eintritt bestimmter Bedingungen vermindert werden soll.
Ein Generator mit wechselnder Drehzahl liefert Strom zur Ladung einer Batterie und eines parallel liegenden Lampenkreises. Wenn der Erzeuger still steht oder keine genügende Spannung zur Speisung der Beleuchtung entwickelt, kann die Batterie entladen werden und die Beleuchtung speisen.
Wenn in derartigen Anordnungen der Erzeuger einen Wechsel der Drehrichtung erfährt, müssen gewisse Mittel vorgesehen werden, um dem Erzeuger seine Polarität zu erhalten.
Erfindungsgemäss wird der Erzeuger selbsttätig auf eine verlangte Leistung geregelt und es kann unter bestimmten Bedingungen die Leistung des Erzeugers wesentlich verringert werden.
In den Zeichnungen bedeuten die Fig. l und 2 zwei schematische Darstellungen vonAusführungsformen der Erfindung, Fig. 3 die schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer verbesserten Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 3.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 hat der Generator 1 Nebenschluss-Feldwicklungen 2, 2, Hauptbürsten 3,4 und Hilfsbürsten 5,6, welche elektrisch um 900 gegen die Hauptbürsten versetzt sind. Mit den Hauptbürsten ist ein Stromkreis verbunden, der die weiter unten beschriebene Spule 7 und die Hauptleiter 8 und 9 umfasst. Die Hilfsbürsten 5 und 6 verbinden die Feldspulen 2,2 mit dem Anker.
Die Feldspulen 2,2 sind mit den Hauptleitern 8 und 9 derart verbunden, dass der Strom von diesen in beiden Richtungen durch die Spulen geschickt werden kann, je nach der Stellung eines Polwechslers.
Der Leiter. 10 führt von einer der Feldspulen 2 zu einem Feldwählersehalter A, der aus einem leitenden Stück lImit zwei Kontakten 12 und 13, einem entsprechenden Stück mit den Kontakten 15 und 16 besteht, zwischen welchen drehbar ein Isolierstück 17 angebracht ist, welches einen Fortsatz 18 aus magnetischem Stoff hat und Kontaktstücke 19 und 20 trägt, die mit den vier früher erwähnten Kontakten zusammen arbeiten. Von dem unteren leitenden Stück 14 geht der Leiter 21 aus, der über die Spulen 22 und 23 mit der andern Feldspule 2 verbunden ist.
Der bewegliche Kontakt 20 ist mit dem Hauptleiter 9 durch einen Leiter 24 und der gegenüberliegende Kontakt 19 mit der um den magnetischen Fortsatz gewickelten Spule 25 über den Leiter 26 mit dem andern Hauptleiter 8 verbunden. In einem der Hauptleiter 8 liegt ein Selbstschalter 27 irgend einer Bauart. Parallel zur Unterbrechungsstrecke des Schalters 27 liegt ein Stromkreis, der die Spule 28 und den Widerstand 29 umfasst. Diese Spule 28 ist gegen die Feldspulen 2,2 elektrisch um 900 versetzt. Zwischen den Leitern 8 und 9 liegt eine Batterie 30 und der Lichtstromkreis 31, in dem ein Schalter 32 und ein Widerstand 33 zur Aufrechterhaltung der Lampenspannung liegt. Im Batteriestromkreis liegt eine Ampere-Stundenzähler 34 beliebiger Bauart, zweckmässig jedoch von der Art, die selbsttätig bei Stromumkehr die Konstante ändert.
Dieser an sich bekannte Ampere-Stundenzähler kann so geeicht werden, dass er die Stromverluste in der Batterie berücksichtigt, so dass er jederzeit die verfügbare Ladung der Batterie anzeigt. Er hat einen festen Kontakt 35 und einen beweglichen 36. Der feste Kontakt ist über einen Leiter 37 mit einem Ende der Feldspule 28 verbunden ; der bewegliche Kontakt 36 ist über einen einstellbaren Widerstand 38 mit dem Hauptleiter 9 verbunden.
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Fig. l stellt den Zustand der Einrichtung dar, wenn der Wagen still steht. Die Feldspule 28 ist mit der Batterie 30 durch einen Stromkreis verbunden, der den Ampere-Stundenzähler 34, den Widerstand 29, Feldspule 28, Erzeugeranker 1, Spule 7 und Leiter 9 umfasst. Wenn der Zug anfährt, also der Anker langsam anfängt sich zu drehen, wird ein schwacher Strom entstehen und durch die Feld-
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fliessen. Dieser Strom entsteht, weil die Spule 28 elektrisch um 900 gegen die Feldspulen 2 versetzt ist und einen magnetischen Fluss fester Polarität erzeugt, der eine EMK. zwischen den Hilfsbürsten 5 und 6 in einer von dem Drehsinn abhängenden Richtung erzeugt.
Dieser Strom durch die Feldspulen 2,2
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Leiter 26, Spule 25 durch den Polwechsler zu Leiter 24, Hauptleiter 9 und von da zurück nach Bürste 4 des Erzeugers fliessen und den magnetischen Fortsatz 18 magnetisieren wird. Die Erregung der Spule 25 reicht aus, schon bei geringenDrehgesehwindigkeiten das drehbare Stücke nach der einen oder anderen
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an den Hauptbürsten hervorgerufene EMK. die an den Hilfsbürsten hervorgerufene verstärkt, so dass beide gemeinsam sehr schnell die Spannung des Erzeugers aufbauen.
Da aie Spule 28 immer im gleichen Sinne erregt wird, so muss ein Wechsel im Drehsinn des Ankers die Polarität der Bürsten 5und 6 ändern, so dass die Spulen 22 und 23 auch ihr Feld umkehren und mit der Spule 25, die von fester Polarität ist, dahin zusammen wirken, immer die richtige Feldverbindung, auch bei geändertem Drehungssinn, aufrecht zu erhalten. Nach der Betätigung des Polwechslers wird der Erzeuger von den Nebenschlussspulen 2,2 erregt werden, und diese werden einigermassen von der zwischen den Hilfsbürsten erzeugten Spannung unterstützt werden, so dass bei einer bestimmten Drehzahl die Spannung ausreicht, den Selbstschalter 27, der den Erzeuger mit der Batterie und dem Lampenkreise verbindet, zu schliessen.
Sobald sich der Selbstschalter schliesst, wird die Spule 28 und der Widerstand 29 kurzgeschlossen, so dass die Maschine keine weitere Erregung von der Feldspule 28 erfährt, vorausgesetzt, dass die Kontakte des Ampere-Stundenzählers 34 offen sind. Wenn nun Strom durch die Hauptbürsten 3 und 4 des Auss An- kreises fliesst, wird er im Anker einen magnetischen Fluss in der Richtung dieser Bürsten und rechtwinkelig zu dem von den Feldwicklungen 2 erzeugten Hauptfluss hervorrufen, so dass der resultierende Fluss in der Drehrichtung verschoben ist.
Jetzt wird zwischen den Bürsten 5 und 6 eine EMK. hervor-
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EMK. in dem Hauptfeldkreis auftritt, die die Gesamterregung bei steigendem Ankerstrom schwächt, so dass der Arbeitsstrom des Erzeugers 1 unabhängig von der Drehzahl einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann.
Die im äusseren Stromkreis liegende Spule erzeugt ein dem vom Arbeitsstrom im Anker hervorgerufenen gleichachsige, aber entgegengerichtetes Feld. Durch Änderung der magnetisierenden Kraft dieser Spule, z. B. durch Änderung der Windungszahl kann in bekannter Weise die Generatorleistung : willkiirlich geändert werden.
Der Generator 1 wird fortfahren, Strom in die Batterie 30 durch den Ampere-Stundenzähler 34 zu speisen, bis dessen beweglicher-Kontakt 36 mit dem festen Kontakt 35 in Berührung kommt, was eintritt, wenn die Batterie volle Ladung empfangen hat ; dadurch wird. ein Stromkreis vom Generator
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leiter 9, Spule 7 und Bürste 4 gebildet. Der Strom durch die Spule 28 fliesst jetzt in entgegengesetzter Richtung wie beim Anlauf des Generators und entwickelt eine verstärkte Gegen-EME. zwischen den Hilfsbürsten 5 und 6, so dass eine Schwächung des Gesamtfeldes und daher auch eine Schwächung der Generatorspannung eintritt.
Durch Einstellungdes regelbaren Widerstandes 38 kann man der Spule 28 eine solche magnetisierende Kraft geban, dass sie die erforderliche Gegen-EMK. zwischen den Bürsten
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dass der Ladestrom annähernd auf 0 sinkt.
Die Schaltung der Feldspule 28 kann statt von den Kontakten eines Ampere-Stundenzählers von einem Relais überwacht werden, das auf eine bestimmte Spannung zwischen den Hauptleitern 8 und 9 z. B. die Spannung der vollgeladenen Batterie anspricht.
Fig. 2 stellt eine Abänderung der Einrichtung dar mit anderer Schaltung der Spule 7, u. zw. bei arbeitendem Generator und geschlossenem Selbstschalter. Der Polweehsler ist aus seiner Mittelstellung ausgeschwenkt, wodurch die Hauptfeldspulen 2, 2 auf die Bürsten 5 und 6 geschaltet sind und die Erregung des Generators besorgen. Die Spule 7 ist nicht in den Speiseleiter 9, sondern ausschliesslich in den Lampenkreis verlegt, so dass mit steigendem Vtmpenstrom sich die Stromlieferung des Generators entsprechend erhöht.
Die Spule 7 ist in solchem Sinne gewickelt, dass ihre magnetisierende Kraft, wenn Strom im Lampenkreis fliesst, die zwischen den Hilfsbürsten bestehende EMK. vermindert und dadurch ein Anwachsen des Hauptfeldflusses bewirkt, wodurch der Generator befähigt wird, die erhöhte Belastung bei Einschaltung von Lampen aufzubringen, ohne dass sich der Ladestrom der Batterie verringert.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 ist die Dynamomaschine 1, wie vorher, mit zwei Hauptbürsten 3 und 4 ausgerüstet, aber sie besitzt nur eine Hilfsbürste 5, die elektrisch um 900 gegen die Hauptbürsten 3 und 4 versetzt ist. Die Maschine ist zweipolig geschaltet, obwohl vier Pole 44, 45, 46 und 47 ausgebildet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer solchen Maschine beschränkt, sondern es kann eine Maschine jeder praktisch möglichen Polzahl verwendet werden. Die Hauptbürsten 3 und 4 sind mit den Hauptleitern 8 bzw. 9 verbunden, zwischen welche die Batterie 30 und der Lampenkreis 31 gelegt ist. Im Kreise der Batterie 30 liegt ein Ampere-Stundenzähler 34.
Zwischen der Dynamo und der Batterie liegt ein Selbstschalter 27. Parallel zu seinen Kontakten liegt
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magnetische Stück 18 bewirkt, das von der Magnetisierungsspule 25 erregt werden kann. Die federnde Brücke 57 trägt zwei Kontakte 15 und 16, die mit den Kontakten 19 bzw. 20 in Berührung kommen
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über den regelbaren Widerstand 38 an die Hauptbürsten 3 und 4 der Dynamo angelegt.
Fig. 3 stellt den Zustand der Einrichtung dar, wenn der Anker 1 eben beginnt, sich in der Pfeil- richtung zu drehen, also noch vor dem Spiel des Feldwählers A. In diesem Zeitpunkt ist der Selbstschalter 27 offen und es fliesst Strom vom positiven Pol der Batterie 30 über den Widerstand 48 durch die Feldwicklungen 49, 50, 51 und 52 in der Richtung der Pfeile durch den Anker j ! zurück zum negativen Pol der Batterie. Dieser schwache Magnetisierungsstrom macht die beiden oberen Pole 44 und 45 zu Nordpolen und die unteren Pole 46 und 47 zu Südpolen, wie durch die Buchstaben N'bzw. S'angedeutet wird.
Eine Drehung des Ankers 1 in diesem Feld wird daher zwischen den Bürsten 5 und 3 eine EMK. solcher Richtung hervorbringen, welche Bürste 3 positiv und Bürste 5 negativ macht, ebenso jedoch
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takte 19 und 15 zu Spule 25. Ebenso wird der Strom von Bürste 4 durch Leiter 9, Spule 23 des Feldwählers und Kontakte 20 und 16 zu Spule 25 fliessen. Von der Spule 25 fliesst er weiter durch die Feldwicklungen 56,55, 54 und 53 zur Hilfsbürste 5. Beim Durchfliessen der Feldspulen macht dieser Mgaetisierungsstrom die zwei linken Pole 44 und 47 zu Südpolen und die rechten Pole 45 und 46 zu Nordpolen (bezeichnet S bzw. N), so dass jetzt eine EMK. zwischen den BÜrsten 3 und 4 entsteht.
Jetzt wird Strom von der Bürste 3 durch die Spule 22 des Feldwählers fliessen, durch die Kontakte. M urd j ! 5 die Brücke 57, die Kontakte 16 und 20, durch Spule 23 zur Bürste 4 der Dynamo. Der Strom durch Spule 23 wechselt die Richtung, so dass die Spulen 22 und 23 sich nun unterstützcn urd duleh ihr Zusammenwirken mit Spule 25 den Fcldwähler A entgegen der Uhrzeigerbewegung umlegen, fo dass der Kontakt bei 16 und 20 aufgehoben wird, wogegen sich die Kontakte 19 und 15 noch fester gegeneinander legen. Dadurch werden die Feldspulen 53, 54, 55 und 56 zwischen Hauptbürste 3 und Hilfsbürste 5 gelegt.
Wenn bei ausreichender Generatorspannungsich der Selbstschalter 27 schliesst, werden Widerstand 48 und die Spulen 49, 50, 51 und 52 kurz geschlossen und wirkungslos. Der Strom im Anker 1, durch die Bürsten 3 und 4, entwickelt einen magnetischen Fluss in lotrechter Richtung, rechtwinkelig zu dem Fluss, der von den Spulen 53, 54, 55 und 56 hervorgerufen wird. Dicser Ankerfluss strebt dahin, die oberen Pole 44 und 45 zu Südpolen und die unteren Pole zu Nordpolen zu machen. Daher bewirkt dieser Qaerfluss einen Anstieg des Potentials der Hilfsbürste J, so dass jedes Bestreben des Stromes, im Aussenkreis anzuwachsen, z.
B. infolge zunehmender Geschwindigkeit durch eine VelmindeIl1l1g der EMK. zwischen den Bürsten 3 und 5, zwischen denen die hauptfeldwicklungen liegen, verhindert wird.
Dadurch wird die EMK. zwischen den Hauptbürsten vermindert und die Leistung der Dynamomaschine wirksam beherrscht.
Wenn der Anker 1 entgegengesetzt der Pfeilrichtung anläuft, wird die Polarität der Windungen 53, 54,55 und 56 umgekehrt, weshalb die rechten Pole 45 und 46 jetzt Südpole werden und die linken Pole 44 und 47 Nordpole, was in Anbetracht der umgekehrten Drehrichtung unveränderte Polarität der Hauptbürsten 3 und 4 zur Folge hat. Der Strom in der Spule 25 des Feldwählerschalters A wird umgekehrt sein, weshalb dieser jetzt in der Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wodurch die Hauptfeld- wicklungen 53, 54, 55 und 56 jetzt zwischen Hilfsbürste 5 und der Hauptbürste 4 gelegt werden. Der Ankerfluss wird wieder ähnlich wie zuvor dahin wirken, die Leistung der Dynamomfsel ine zu regelr.
Nachdem die Batterie 30 mit einer bestimmten Anzahl von Ampere-Stunden geladen worden ist, werden die Kontakte des Ampere-Stundenzählers 34 in Berührung kommen, und es wird wieder Strom durch die Feldwicklungen 49, 50, 51 und 52 fliessen, aber entgegengesetzt der Richtung der Pfeilspitzen,
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wicklungen 59 und 60 regeln den Ankerquerfluss, wodurch eine bestimmte Charakteristik erzielt werden kann.
Ersichtlich wird bei einem Anlauf des Dynamoankers entgegengesetzt der Pfeilrichtung die Polarität der Wicklungen 63 und 64 umgekehrt ausfallen, wodurch der Pol 46 zum Südpol und Pol 44 zum Nordpol wird, was mit der umgekehrten Drehrichtung bewirkt, dass die Bürsten 3 und 4 ihre Polarität unverändert behalten. Dagegen wird sich der Strom in der Spule 25 des Feldwählers umkehren, weshalb der Anker 18 in der Uhrzeigerrichtung umgelegt wird, so dass die Hauptfeldwicklungm 65 und 64 jetzt über die Kompensationswicklung 60 an die Hilfsbürste 5'und die Hauptbürste 4 gelegt werden. Die Kompensationswicklung 60 wird jetzt in ähnlicher Weise arbeiten, wie zuvor für die Kompensationwicklung 59 beschrieben.
Die Verbindungen der Kompensationswicklungen 59 und 60 sind besonders ins Auge zu fassen ; da Wicklung 59 den Feldstrom bei der einen Drehrichtung und Wicklung 60 den Strom bei der andern Drehrichtung führt, wird die Kompensationswirkung unabhängig von der Drehrichtung vorhanden sein.
Wenn die vorbestimmten Bedingungen für den Schluss des Schalters 34 eingetreten sind, wird dieser sich selbsttätig schliessen. Der Schluss des Schalters 34 bezieht die Windungen 61 und 62 wieder in seinen Stromkreis ein, weshalb jetzt in diesen Wicklungen Strom fliesst, aber in umgekehrter Richtung zu den Pfeilspitzen, die die Stromrichtung im Anlaufzustand der Maschine zeigen. Der Stromkreis durch die Wicklungen 61 und 62 kann nun folgendermassen verlaufen : Von der positiven Bürste 3 durch die Kompensationswicklung 59, Wicklung 62, Wicklung 61, regelbaren Widerstand 38, Schalter 34, Kompen- sationswicklung 60, zur negativen Bürste 4.
Der Strom in den Wicklungen 61 und 62 wird die Ankerrückwirkung darin unterstützen, die von den Hauptfeldwicklungen 68 3 und 64 hervorgerufene EMK. zu vermindern und eine Verkleinerung des Hauptfeldstromes hervorzurufen. Durch entsprechende Einstellung des regelbaren Widerstandes 38 lässt sich die Generatorspannung so regeln, dass die Batterie wirkungslos an den Generatorklemmen liegt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1 Elektrische Fahrzeugbeleuchtungsanlage mit Akkumulatorenbatterie und einem Generator veränderlicher Drehzahl mit um 900 elektrisch gegen die Hauptbürsten versetzten Hillsbürsten, dadurch
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hängig von der Drehrichtung des Generators konstante Polarität gesichert ist.