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Selbsttätiger elektromagnetischer Kohlensäulenregler, insbesondere
für elektrische Zugbeleuchtungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf Kohlensäulenregler,
wie sie insbesondere für Zugbeleuchtungsanlagen verwendet werden.
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Bei solchen Reglern ist es erforderlich, daß die elektromagnetische
Betätigungskraft, die Reaktion der Kohlensäule und die Kraft der üblichen federnden
oder gleichwertigen Belastungsmittel über den Betriebsbereich des Reglers ausgeglichen
werden. Wenn hierbei die Reaktion der Kohlensäule eine verhältnismäßig nur kleine
Komponente bildet, kann sie vernachlässigt werden, und es ist nur notwendig, die
Drehmomentwegcharakteristik des Magnetsystems und der Feder oder der ähnlichen Mittel
auszugleichen.
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Solange nun, wie bei bekannten Reglern, die Charakteristik des Magnetsystems
ziemlich verwickelt ist, insbesondere eine Kurve bildet, kann der Ausgleich nur
durch verhältnismäßig komplizierte Federsysteme erfolgen.
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Es ist Zweck der Erfindung, einen solchen Ausgleich der Charakteristiken
von Magnetsystem und Federsystem herbeizuführen, und zwar soll dabei ein möglichst
einfaches Federsystem Verwendung finden. Voraussetzung hierfür ist aber, daß auch
das Magnetsystem in besonderer Weise ausgebildet ist, so daß sich seine Charakteristik
tatsächlich durch eine entsprechende Charakteristik eines einfachen Federsystems
ausgleichen läßt.. Daher wird vorgeschlagen, einen selbsttätigen elektromagnetischen
Kohlensäulenregler mit einem Elektromagnetsystem mit rechteckigen Polschuhen und
einem uribewickelten Drehanker sowie mit einem Federsystem, welches der Anzugsbewegung
des Ankers entgegenwirkt, gemäß der Erfindung in- der Weise auszuführen, daß die
Stirnendn des Ankers, die in der Anzugslage des Ankers den Polflächen des Elektromagneten
gegenüber zu liegen kommen, in der Aufsicht kreisförmig gestaltet sind und] daß
das Federsystem eine mit dem Anzugsweg im wesentlichen geradlinig fällende Drehmomentwegcharakteristik
aufweist. Ein solches Federsystem kann etwa in der Weise gebildet werden, daß eine
einzige Feder an dem Anker über eine Kurbel angreift, die in der Nullstellung in
der Nähe der Totpunktlage steht und sich während der Ankeranzugsbewegung näher an
die Totpunktlage heranbewegt, ohne diese jedoch zu überschreiten.
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Dadurch, daß mit den rechteckigen Polschuhen die kreisförmigen Ankerstirnenden
zusammenwirken, ergibt sich für das Ankersystem eine fallende Drehmomentwegcharakteristik,
und zwar eine geradlinige, die etwa dem geraden Teil einer Sinuskurve entspricht.
Von dieser Tatsache ist bisher nicht im Sinne der Erfindung Gebrauch gemacht worden,
insbesondere
nicht um die Ankerbewegung durch ein einfaches Federsystem
auszugleichen, das in beliebiger Weise ebenfalls auf einfachem Wege so ausgebildet
werden kann, daß eine geradlinig fallende Charakteristik ebenfalls entsprechend
dem geraden Teil einer Sinus-, kurve entsteht.
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Ein besonderer Vorteil der angegebenen Ausbildung des Ankers besteht
darin, daß er leicht als im Querschnitt kreisförmiger Stab finit entsprechend der
Polschuhkrümmung ab-,gerundeten Enden ausgebildet werden kann, ohne daß schwierige
Bearbeitungen notwendig wären. Ebenso läßt sich auch das Federsystem leicht herstellen;
und es genügt nach dem Zusammenbau eine verhältnismäßig einfache Justierung, um
zu erreichen, daß die gegenseitigen Beziehungen zwischen dem Magnetsystem und dem
Federsystem im Bereich der Ankerbewegung übereinstimmen; damit ist eine sehr einfache
Bauart des Kohlensäulenr eglers erzielt.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Federsystem in der oben
angegebenen Weise ausgebildet wird, indem die Feder mit dem Anker über eine Kurbel
verbunden ist, die sich nur in der Nähe der Totpunktlage bewegt, ohne diese zu überschreiten.
Auf diese Weise wird erreicht, daß eine Verlängerung der Feder bei der Anzugsbewegung
des Ankers kaum eintritt, daß sich aber der Hebelarm stets wesentlich verkürzt,
so daß sich die geradlinig fallende Charakteristik entsprechend der Ankercharakteristik
ergibt. Es sind zwar Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die schematisch eine gewisse
Ähnlichkeit mit der Anordnung nach der Erfindung zeigen, die aber bei der praktischen
Ausbildung doch komplizierte Nockensteüerungen u. dgl. benötigen, da die der Erfindung
zugrunde liegenden Gedanken nicht berücksichtigt worden sind und insbesondere nicht
darauf geachtet worden ist, daß die Ankercharakteristik besonders gestaltet sein
muß, wenn es möglich sein soll, einen Ausgleich durch ein einfaches Federsystem
und damit einen Regler zu schaffen, der in der Herstellung einfach ist und trotzdem
mit Genauigkeit arbeitet.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele, und zwar Abb. i eine
rückwärtige Ansicht eines insbesondere zur Regelung von Dynamomaschinen in Zugbeleuchtungsanlagen
bestimmten Kohlensäulenreglers; Abb. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung
gemäß Abb. i, Abb. 3 eine Vorderansicht eines insbesondere zur Lampenspannungsregelung
in Zugbeleuchtungsanlagen bestimmten Kohlensäülenreglers, Ahb. 4. einen senkrechten
Schnitt der Vorrichtung gemäß Abb. 3.
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Bei dem in Abb. i und. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind
die verschiedenen Bestandteile des Reglers auf einem Rahmen i angeordnet. - Der
Eisenmagnetkern 2; der angenähert einen umgekehrt U-förmigen Aufbau zeigt und die
Erregerwicklung oder Wicklungen 3 mit seinem Jochteil trägt, wird durch eine nach
vorn gerichtete Verlängerung ,4 des Rahmens i unterstützt. In Kugellagern 5 des
Hauptrahmens und der vorderen Verlängerung 4 ist eine Spindel 6 gelagert, die einen
Eisenanker 7 trägt: Dieser befindet sich zwischen gegenüberliegenden Polflächen
8 des Magnetkerns. Die Polflächen weisen eine konkave, im wesentlichen zylindrische
Profilgestaltung auf (Abb. i), die konzentrisch zu der Drechachse io des Ankers
verläuft. Dabei ist die Profilgestaltung im wesentlichen rechteckig, wie Abb. 2
erkennen läßt, durchgebildet. Die konvexen Endflächen i t des Ankers sind ebenfalls
nach einem Kreis um die Achse io gebildet. Mithin sind bei angezogenem Anker 7,
also bei Einstellung des Ankers zwischen den Polflächen 8, die Luftspalte zwischen
den Polflächen und den Ankerendflächen gleichmäßig breit, wieAbb. i zeigt. Der Anker
7 ist als zylindrischer Körper mit gleichmäßigem Querschnitt durchgebildet. Mit
der vorbeischriebenen Anordnung ist .es möglich, ein Magnetsystem mit fallender
Charakteristik zu erzielen, die im wesentlichen mit einem Teil einer Sinuskurve,
insbesondere jenem Teil, der nahezu als gerade Linie verläuft, übereinstimmt.
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Ein vorspringender Ansatz der Spindel 6 an der Rückseite des Rahmens
i trägt eine Scheibe 16 und eine Kurbel 17. Letztere ist ;furch einen Kurbelzapfen
18 mit einer Lenkerstange ig verbunden, die eine Druckplatte 20 trägt. Die
Säule --i aus dünnen Kohlenscheiben befindet sich zwischen der Platte 2o und einer
oberen Platte 22 mit nach oben weisender Verlängerung 23, die durch einen Zapfen
24 mit einem Lagerarm 2,5 verbunden ist. Der Lagerarm sitzt auf dem oberen
Teil des Rahmens i und läßt sich in senkrechter Richtung durch eine Schraube 26
finit gereutetem Kopf 27 einstellen, indem .die Schraube mit ihrem Kopf in das gegabelte
Ende des Lagerarmes 25 eingreift. Die jeweilige Einstellung wird durch eine Schraube
28 gesichert, die durch einen Schlitz 2g des Lagerarmes hindurchgeht. Durch isolierte
Zapfen 3o, die von der Plätte ? herunterhängen und eine Platte 31 trägen, durch
deren Lochung die Stange i9' frei hindurchtritt, wird ein Käfig gebildet; in welchem
die Säule mit geringem Spiel geführt wird. Eine nahezu senkrecht angeordnete Schraubenspannungsfeder
genügender
Länge verbindet ein Metallband 33, das mit der Scheibe 16 zwischen leicht abgerundeten
Blöcken 34 zusammenhängt, die eine zu scharfe Abbiegung des Bandes 33 verhindern,
mit einstellbaren Befestigungsmitteln 35, .deren Aufbau im wesentlichen mit dein
der Befestigungsmittel 25, 26, 27 für die Säule übereinstimmen. Die Scheibe 16,
deren Gestalt aus den Abbildungen zu erkennen ist, trägt ebenfalls einen Kurbelzapfen
36, der mit , einem Dämpfungstopf 37 in Verbindung steht.
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Die Anbringungsstellen, an denen das Band 33 mit der Scheibe 16 zusammenhängt,
liegen etwas seitlich von dein unteren Totmittelpunkt der Scheibe 1G. Da sich der
Anker 7 zwischen den Polflächen 8 aus seiner Ursprungslage, deren Längsachse in
Abb. i gezeichnet ist, nach .der Endlage bewegt, die in Abb. i wiedergegeben ist,
so wandert die vorerwähnte Anbringungsstelle zum Totpunkt hin, so daß der wirksame
Hebelarm, mit welclein die Feder 32 auf den Anker einwirkt, abnimmt. Es ist dafür
gesorgt, daß während des Betriebes des Ankers die besagte Anbringungsstelle den
Totpunkt indessen nicht erreicht. Es ergibt sich mithin, daß die Charakteristik
der Federanordnung praktisch völlig durch die Änderung des Hebelarmes bestimmt wird,
mit welcher die Feder wirksam ist. Die Feder selbst erleidet nur eine verhältnismäßig
geringe Verlängerung bzw. Zusammenziehung. Da indessen die Änderung des Hebelarmes,
die sich nach einem Sinuskurvengesetz vollzieht, jener kurzen Länge der Sinuskurve
entspricht, die sich praktisch als gerade Linie darstellt, so folgt daraus, daß
die Federanordnung eine abfallende Charakteristik aufweist, die mit der Charakteristik
des Magnetsystems leicht ausgeglichen werden kann. Die einstellbaren Anbringungsmittel
26 bis 29 und 35 ermöglichen die Einstellung der anfänglichen Kompression und Spannung
von Kohlensäule und Feder. Die Art des Betriebes eines derartigen Reglers kann als
bekannt vorausgesetzt werden, braucht daher nachstehend nur kurz geschildert zu
werden.
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Mit wachsender Erregung der Magnetwicklung oder der Magnetwicklungen
3, die mit der zu regelnden Dynamomaschine parallel geschaltet sind, zeigt der Anker
7 das Bestreben, aus seiner Anfangslage, die in Abb. i strichpunktiert dargestellt
ist, zur in Abb. i gezeichneten Schlußstellung angezogen zu «erden. Dieser Bewegung
setzt die Feder 32 einen Widerstand entgegen. Die Ankerbewegung, die durch die Kurbel
i9 und die Platte 2o übertragen wird, führt zu einer Druckentlastung der Kohlensäule
2i. Das sich daraus ergebende Anwachsen des elektrischen Widerstandes der Kohlensäule
wird für Regelungsz«-eclce ausgenutzt, indem beispielsweise die Kohlensäule mit
den Feldwicklungen der zu regelnden Dynamomaschine in Reihe geschaltet wird. Der
Dämpfungstopf 37 wirkt dabei jeder Neigung des Reglers, stoßweise zu arbeiten, entgegen.
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Was das Magnetsystem anbelangt, so entspricht der Lampenspannungsregler
gemäß den Abb. 3 und q. im wesentlichen dem obenbeschriebenen Magnetsystem. Die
Anordnung der Feder und der Kohlensäule und die Mittel zu deren Steuerung sind jedoch
etwas unterschiedlich ausgebildet. Die Scheibe 16 und die Kurbel 17 sind auf der
Läuferspindel 6 nicht unmittelbar angeordnet, sondern auf einer besonderen Spindel
61, die sich senkrecht darunter befindet. Die beiden Spindeln 6 und 61 sind durch
ein biegsames Metallband 38 in Getriebeverbindung, wobei das Metallband über Bogenstücke
der Rippen der Scheibe 16 und über eine Scheibe 39 der Spindel 6 (Abb. 3) geführt
ist. Das Band ist mit- der Scheibe 39 bei 4.o und mit der Scheibe 16 durch eine
einstellbare Befestigungseinrichtung 401 verankert. Der Durchmesser der Scheibe
i6 ist größer als der Durchmesser der Scheibe 39, so daß die Winkelbewegung, welche
von der erstgenannten Scheibe auf die zweitgenannte übertragen wird, kleiner ist
als die Winkelbewegung des Ankers 7, dennoch proportional dazu. Mit einem derartigen
dazwischengeschalteten Getriebe ist der Bereich der Winkelbewegung des Ankers nicht
unnötig beschränkt, selbst wenn der Wunsch besteht, die Winkelbewegung der Federverankerung
34. in einem Bereich zu halten, welcher dem geradlinigen Teil der Sinuskurve entspricht.
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Die drei Kohlensäulen 41, die den Lampenstrom führen, sind über dein
1l-1 agnetsystem auf einer besonderen Plattform 42 des Rahmens i vorgesehen. An
Stelle der Stoßstange i9 gemäß den Abb. i und 2 ist eine Stoßstange .43 vorgesehen,
die mit einem Wipphebel 44, um welche die Säulen .4i gruppiert sind, verbunden ist.
Die weitere Stoßstange 4.5 umfaßt eine Längeneinstellvorrichtung, welche die Form
einer Drehhülse 4.6 für feine Einstellung aufweist. Die Drehhülse 46 ist an beiden
Enden mit Gewinde gleicher Gangrichtung, aber von verschiedener Steigung ausgestattet.
Eine derartige Vorrichtung liefert eine sehr feine Einstellung, da die Wirkung der
beiden Gewinde unterschiedlich ist. Beispielsweise ergibt sich bei einer Umdrehung
der Vorrichtung als Längsverstellung nur der Unterschied zwischen den Steigungen
der beiden Gewinde. Die Stoßstange .45 wirkt auf die Kohlensäulen 41 durch einen
Ausgleichsstern 47 (oder einen Balken, wenn nur zwei Säulen vorhanden sind) ein,
der
einen teilweise kugeligen Einsatz 48 besitzt. In diesen Einsatz
greift ein zum Teil kugelig ausgebildeter Kopf 49 der Stange 45 ein. Die Kohlensäulen
erfahren während des Betriebes einen beträchtlichen Temperaturanstieg mit daraus
folgender Ausdehnung, für deren Ausgleich durch Teile 50; 51, 52 gesorgt
ist.
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Die Betriebsweise eines derartigen Lampenspannungsreglers kann als
bekannt vorausgesetzt und braucht deshalb im einzelnen nicht beschrieben zu werden.
Die meist übliche Anordnung ist die, daß die Magnetwicklung 3 der Lampenspannung
unterworfen wird, während die Kohlensäulen 41 einen mit der Lampenbelastung in Reihe
geschalteten Widerstand darstellen. Die verschiedenen Säulen sind zueinander parallel
geschaltet. Hat die Lampenspannung das Bestreben zu steigen, so bewirkt der Regler
eine Entlastung des auf den Sä>dlen lastenden Druckes und somit eine Zunahme des
Widerstandes der Säulen. Mithin wird die Spannung an den Lampen selbsttätig konstant
erhalten. Die anfängliche Einstellung des Reglers wird durch die Einstellungseinrichtung
35, 4o1 und 46 vorgenommen.