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Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung von Verbrauchern, insbesondere
von Beleuchtungsnetzen in Eisenbahnwagen Die Aufgabe, Fahrzeuge, inshesondere Eisenbahnfahrzeuge
elektrisch zu beleuchten, ist alt, und es sind viele Lösungen dieser _'ltifgalle
bekamltgeworden, ohne daß die Entwicklung bisher zii einem Abschluß gekommen ist.
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Alle Einrichtungen, die ausschließlich ans einer unabhängig vom Eisenbahnfahrbetrieb
von außen her periodisch aufgeladenen Salntnlerbatterie bestehen, können hier ebenso
unerwähnt bleiben wie diejenigen, welche aus einer zentralen, z. 13. durch Frisch-
oder Alldampf getriebenen Generatoranlage bestehen, all die (las Verbrauchernetz
angeschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, bei der ein von einer Laufachse
eines Eisenbahnwagens angetriebener elektrischer Generator den erforderlichen elektrischen
Strom liefert, um direkt oder über eine Saminlerhatterie das Verbrauchernetz, vorzugsweise
eine Beleuchtungsanlage, zu speisen.
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Auch unter Berücksichtigung dieser Einschränkung ist die Anzahl der
bisher bekanntgewordenen, dem erwähnten Zweck dienenden Einrichtungen nicht unerheblich.
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Die in mehr oder weniger engen Grenzen durchgeführte Gleichhaltung
der Spannung des Generators unabhängig von seiner mit der Fahrgeschwindigkeit des
Zuges wechselnden Drehzahl ist auf die verschiedenste Weise durch Sonderkonstruktionen
des elektrischen Generators angestrebt und teilweise erreicht worden. Alle derartigen
Generatoren können hier übergangen werden, da die Aufgabe durch heute allgemein
bekannte automatische Regelvorrichtungen
gelöst ist und auch bei
der Erfindung von solchen Regelvorrichtungen in noch näher zu beschreibender Weise
Gebrauch gemacht wird, ohne daraus einen Schutzanspruch abzuleiten.
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Die bekannten Zugbeleuchtutigseinrichtungen neozeitlicher Bauart können
im wesentlichen in drei Gruppen eingeteilt werden, welche sich durch die :\rt der
Zusammenschaltung von Batterie, Generator und Netz sowie durch die Regelung der
Ladeströme und Netzspannungen unterscheiden.
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i. Die Lichtspannung ist gleich der Generatorspannting. Bei diesen
Anlagen wird der Batterieladestri>in durch Beeinflussung des Generatorfeldes geregelt.
Diese Einrichtung ist ungenügend, da je »ach Art der Regelung Überspannungen im
Verbrauchernetz tind damit hoher Lampenverschleiß auftreten oder ungenügende Aufladung
der Batterie bei Lichtentnahme während der Ladung stattfindet.
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2. Die Lichtspannung ist während der Fahrt kleiner als die Batteriespannung.
Hier wird der Unterschied zwischen Batteriespannung und Lichtspannting durch feste,
gestufte oder selbsttätig geregelte Widerstände hergestellt. Daraus ergeben sich
als Nachteile Energievernichtung in Widerständen, Spannungsänderung im Verbrauchernetz
beim Ein- und Ausschalten einzelner Lampen oder Lampengruppen, wenn feste oder gestaffelte
Regulierwiderstände benutzt werden. Letzterer Nachteil wird bei selbsttätiger Regulierung
zwar vermieden, aber dafür wird die Anlage dann erheblich kostspieliger.
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3. Anordnung von zwei Sammlerbatterien, von denen jeweils eine geladen
und die andere entladen wird. Damit beschränken sich die Spannungsscliwankungen
im Verbrauchernetz auf den Spannungsunterschied zwischen voll geladener und entladener
Batterie, also auf eine zulässige Differenz, aber die Anlage wird wesentlich verteuert
und durch zusätzliche Umschalt- und Überwachungsorgane kompliziert.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Ertindung ist eine Einrichtung
und Schaltung nach Fig. i, die grundsätzlich aus einem Gleichstromgenerator 1, 2,
einer Sammlerbatterie 3, verschiedenen guten Regeleinrichtungen und denn Verbrauchernetz
.4 besteht und bei der durch Kombination mehrerer teilweise an sich bekannter Glieder
mit neuartigen Gliedern ein Effekt erzielt wird, durch den die bei den bekanntgewordenen
älteren Einrichtungen oben kurz aufgezeigten Nachteile vermieden und darüber hinaus
wesentliche Vorteile erzielt werden, von denen nicht zuletzt die größere \\Wirtschaftlichkeit
in Herstellung und Betrieb von ausschlaggebender Bedeutung sein dürfte.
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Der Hauptteil des Gegenstandes der Erfindung ist ein für den beabsichtigten
Zweck bisher noch nicht angewendeter Doppelspannungsgleichstromgenerator an sich
nicht neuer Bauart. Jedoch werden hier bei diesem Generator die gewählten Betriebsverhältnisse
und ihre Herbeiführung, welche für die Erreichung des angestrebten Effektes von
ausschlaggebender Bedeutung sind, als neu beansprucht, da sie, wie im folgenden
gezeigt werden wird, bewußt auf Grund erfinderischer Überlegungen gewählt wurden.
mir mit ihrer Hilfe kann der erstrebte Effekt herbeigeführt werden.
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Der Doppelspannungsgleichstronigenerator ist in der Weise gebaut,
daß in den Wickelnuten des Ankerkörpers zwei voneinander elektrisch getrennte Wicklungen
verschiedener Windungszahlen untergebracht sind, die zu zwei ebenfalls elektrisch
getrennten Kollektoren geführt sind, von denen über Bürsten die beiden Spannungen
abgenommen werden.
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Dieser Generator, der in :einer grundsätzlichen Bauart an sich nicht
neu ist, gestattet es also, zwei verschiedene Spannungen abzunehmen, die durch das
gemeinsame Erregerfeld und die gleiche Drehzahl zueinander in einem Abhängigkeitsverhältnis
stehen. Die elektromotorischen Kräfte in den beiden Wicklungen stehen in einem durch
ihre Windungszahlen bestimmten wählbaren Verhältnis zueinander, welches unabhängig
von Drehzahl, Erregung und Belastung erhalten bleibt. Dagegen verhält es sich mit
den hlenimenspannungen anders. Diese stehen, soweit ihre Schwankungen durch Änderungen
der Stromstärken bedingt sind, nicht mehr in dem gleichen Abhängigkeitsverhältnis
zueinander. Zur Erreichung eines bestimmten Zieles wird nun beim Gegenstand der
1?rfindting von diesem Umstand bewußt Gebrauch gemacht, indem hier Werte gesucht
und gefunden sind, die erforderlich sind, um den Doppelspannungsgleichstromgenerator
als Stromquelle für die der Gesamterfindung zugrunde liegende Einrichtung geeignet
zu machen.
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Die beiden Ankerwicklungen Solleu zwecks guter Verständlichkeit im
folgenden wie zwei im gleichen Erregerfeld rotierende Anker angesehen werden und
werden deshalb als Netzanker i und Zusatzanker 2 bezeichnet werden. Die finit ihnen
zusammenhängenden elektrischen Größen sollen darin etatsprechend mit dem Index iV
bezeichnet werden, soweit sie sich auf den Netzanker beziehen, dagegen mit Z, soweit
sie den Zusatzanker betreffen.
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Grundsätzlich dient die Netzankerspannung UN
zur Speisung des
Verbrauchernetzes .1 und die Zusatzankerspannung UZ finit der Spannung L"N in Reihe
geschaltet zur Aufladung der Saininlerbatterie 3. Die Schaltung ist unter Fortlassung
aller Regel- und Schaltelemente in Fig.2 schematisch wiedergegeben, und es bedeutet
hier i den Netzanker, 2 den Zusatzanker, 3 die Sammlerbatterie und d das Verbrauchernetz.
Bei Stillstand des Generators werden die Verbraucher, vorzugsweise Lampen, unmittelbar
aus der Sammlerbatterie gespeist, bei laufendem Generator unmittelbar aus seinem
Netzanker, wobei die Umschaltung in an sich bekannter Weise durch einen selbsttätigen
elektromagnetischen Schalter mit Rückstromwicklung (5 und 6 in Fig. i) vorgenommen
wird. Über diesen Schalter stellt die Sammlerbatterie 3 ausschließlich bei Spannung
erzeugendem Generator mit ihm in elektrischer Verbindung, und es wird dann gleichzeitig
finit der Netzspeisung die Batterie von den in Reihe geschalteten Ankern, dem Netz-und
dem Zusatzanker, aufgeladen.
Die beiden von den zwei Ankerwicklungen
gelieferten Spannungen sind verschieden hoch, und zwar beträgt die Netzankerspannung
UN ein Mehrfaches der Zusatzankerspannung UZ. Die Zusatzankerspannung muß maximal
den Wert erreichen, uni den die Gasungsspannung der Sammler über der Lampenspannung
liegt.
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Ein selbsttätiger Spannungsregler 7 beliebiger an sich bekannter Bauart
regelt die Netzankerspannung des Generators auf konstante Verbraucherspannung ein,
wobei natürlich auch die Zusatzankerspannung beeinflußt wird. Als für den Gegenstand
der Erfindung neu wird an diesem Spannungsregler eine zusätzliche Magnetwicklung
beansprucht, auf welche weiter unten noch eingegangen werden soll.
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Während die elektromotorischen Kräfte EN und EZ in beiden Ankerwicklungen,
wie bereits erwähnt, in einem festen konstruktiv wählbaren Verhältnis zueinander
stehen, ist dieses bei den Klemmenspannungen UN und (,'Z nicht der Fall,
weil die Änderungen der Klemmenspannungen auch voll den Wicklungs- und l.'bergangsverlusteli
all den Bürsten abhängig sind, welche voll den in beiden Stromkreisen verschiedenen
Belastungen beeinflußt werden.
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In Fig.2 bedeutet IN die Speisestromstärke im Verbrauchernetz,
I$ die Ladestromstärke für die Sammlerbatterie und JA die Gesamtstromstärke, welche
der Netzanker aufbringen muß.
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Als Beispiel für die weitere Betrachtung der Verhältnisse soll eine
Zugbeleuchtungsanlage mit einer Nennspannung voll 24 V und einer Saininlerbatterie
aus Bleigroßoberflächenzellen (GO-Zellen) dienen.
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In einer solchen Anlage treten folgende Werte auf
| Lampennennspannung .. .. ...... 24 V |
| für die Lampen zulässige N enn- |
| spannungsschwankungen ..... 2i-25,5 V |
| GO-Bleibatterie . . . . . . . . . . . . . . 12 Zellen |
| höchste Ladespannung . . . .. .. . . . etwa 28 V |
| niedrigste Ladespannung ....... 24-25 |
Die zu erfüllenden Betriebsbedingungen für diese Anlage sind in dein in Fig. 3 wiedergegebenen
Diagramm graphisch dargestellt. Die Kennlinien in diesem Diagralnni haben folgende
Bedeutung: i Lichtnetzspannung
UN = konstant, 2 Batteriespannung
UB nach Beginn der Ladung als Funktion der Ladestromstärke J$, 3 Ladespannungskennlinie
des Generators als Funktion des Ladestromes 7B, wenn kein Strom im Lichtnetz fließt,
4 wie 3, jedoch bei Stromfluß im Lichtnetz, 5 Gasungsspannung der GO-Batterie.
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Aus dem Diagramm Fig. 3 ist dann folgendes für die Betriebsverhältnisse
zu entnehmen: Bei ausgeschalteten Netzverbrauchern verläuft die Ladespannungskennlinie
des Generators nach Linie 3, d. h. beim Aufladen einer voll entladenen Batterie
fließt ein Ladestrom, der mit iooo/o bewertet wird, Punkt A in Fig. 3. je höher
die Ladung in der Sammlerbatterie ist, um so geringer ist die Ladestromstärke
J B; sie ist bei voll geladener Batterie gleich Null, wobei die Ladespannung
auf einen etwas unter der Gastingsspannung liegenden Wert ansteigt, Punkt ß in Fig.
3.
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Auch wenn kein Stromverbrauch im Verbrauchernetz stattfindet, der
von der Sammlerbatterie gedeckt wird, verträgt diese unter solchen Umständen längere
Ladeperioden.
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je größer der Stromverbrauch im Verbrauchernetz ist, um so schneller
und höher inuß die Saininlerbatterie aufgeladen %\-erden. Atis dieseln Grunde muß
die Ladespannungskennlinie 4 bei belastetem Verbrauchernetz in einem gewissen Abstand
oberhall> der Ladespannungskennlinie 3 verlaufen und maximal die Gasungsspannung
der Sammlerbatterie erreichen, Punkt C in Fig. 3. Bei stark entladener Sammlerbatterie
wird bei Beginn der Ladung kurzzeitig ein Ladestrom von mehr als iooo/o auftreten,
Punkt 1) der Fig. 3.
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Die Ladespannungskennlinie muß, um die Forderungen des Diagramms F"'.
3 zu erfüllen, flach folgender Gleichung verlaufen: L"$ = Ci + C2
- JA - C3 * I$. In dieser Gleichung sind Ci, C1, C3 Konstante.
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Die Gleichung ist in Fig. 4 graphisch dargestellt unter der Alinahnie
verschieden großer, dabei jeweils konstanter Netzatikerstronistärketi JA und eines
von o bis iooo/o veränderlichen Batterieladestromes I$. In diesem Diagramm Fig.
4 ist i die Kennlinie für kleineren Netzankerstroni und 2 die Kennlinie für größeren
Netzankerstrom JA,
Uni die Baubedingungen für einen Doppelspannungsgleichstroingenerator
zu schaffen, der den Forderungen des Diagrannns Fig. 3 entspricht, wurde die folgende
rechnerische Überlegung angestellt, bei der zur Vereinfachung der Rechnung angenommen
wurde, daß die Übergangsverluste unter den Bürsten stromproportional sind. Das tritit
zwar streng genommen nicht zu, beeinflußt aller das Rechnungsergebnis nicht wesentlich.
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Wie gering die Abweichung ist, ist in Fig. 5 graphisch dargestellt,
in der die Kennlinie i den tatsächlichen Verlauf der Stromstärke darstellt, während
Kennlinie 2 den für die Rechnung angenoinnienen Verlauf der Stromstärke zeigt.
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1)ie in der Rechnung aligenoininenen Verhältnisse sind schematisch
ini Diagramm Fig.6 dargestellt, und es bedeuten:
| ZN ... EPIK des Netzankerkreises, |
| EZ . .. EMK des Zusatzankerkreises, |
| UB ... Batterieladespannung, |
| UN ... Verbrauchernetz-(Lampen-) Spannung, |
| UZ ... Zusatzankerspalillung, |
| JA . .. Stromstärke im Netzanker, |
| J$ ... Stromstärke im Zusatzanker, |
| RVN ... Verlustwiderstand im Netzankerstrom- |
| kreis = Wicklungswiderstand + Über- |
| gangswiderstand + Abstininiwiderstand, |
| Rt.Z ... Verlustwiderstand im Zusatzanker- |
| stromkreis, |
| Ci ... Konstante, |
| C" . . . Konstante. |
| C3 ... Konstante. |
| C,4 . .. Konstante, |
| C.3 . . . Konstante, |
| (-6... Konstante, |
| ... Spannungsverlust im N etzankerstrotn- |
| kreis, |
| et z . . . Spannungsverlust ini Zusatzanker- |
| strotnkreis. |
Die Rechnung ist folgende:
Die oben aufgestellte Forderung des Diagramms 1# ig. 3 wird also tatsächlich erfüllt.
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Wenn die Stallzahl des Netzankers mit \-N und die des Zusatzankers
mit .Vz bezeichnet wird, so ist EN : EZ = A@N = Nz, und die zahlenmäßige
Durchrechnung ergibt für den kombinierten @etz@aciebetrieb den Wert I:N:
EZ = \"N:Nz=etwa 4: t Der Wert 4 : t ist zwar nur einer von mehreren möglichen,
für das Verhältnis der Stallzahlen, aber aus tvickkingstechnischen Gründen tind
wegen der für einwandfreie Kommutierung wichtigen Synimetriel)edinguiigeii sind
außer dein ganzzahligen Verhältnis q : t andere Wicklungsverli:iltnisse erst in
so,veitcm Abstand möglich, daß sie für ein-""\-an<lfrcien \etzladelletriell keine
brauchbaren Sl@annmigsverlüiltnisse mehr ergeben, sn daß das \-erli<ilttiis 4
: 1 für die Stallzahlen Lind damit auch die elektromotorischen Kräfte im Netz- und
Zusatzanker praktisch allein in Frage konitnt.
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Die aus den dargelegten Gründen bewußt gewlte Bauart des an sich bekannten
Doppelspanntiiigsgleichstronigenerators für den beabsichtigten "Zweck finit diesem
Verhältnis der elektromotorischen Kräfte in den beiden Ankerwicklungen ist neu und
bisher nicht in ihrer Zweckmäßigkeit erkannt und deshalb auch nicht angewendet worden.
Auch die Verwendung des Doppelspannungsgleichstronigellerators an sich ist für den
Zweck, für den er beim Gegcnstand der Erfindung benutzt wird, durchaus nett. Beide
Umstände sind deshalb hier dein Gegenstand des Patentanspruchs zugrunde gelegt.
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I# iir den praktischen Betrieb) st es titin wünsclienstvert, die höhere
Anfangsladestrotnstärke niiigliclit lange aufrechtzuerhalten, um auch eine starker
entladene Sammlerbatterie möglichst schnell wieder aufzuladen. Diese Forderung wird
erfüllt, @@ enn die in Fig. 3 gezeichnete Ladespannungskennlinie in beiden gezeichneten
Fällen einen nach unten gekrümmten Verlauf erhält, etwa wie es in Fig. 7 dargestellt
ist, in der die betreffenden Kennlinien strichpunktiert dargestellt und mit den
Ziffern 6 und 7 bezeichnet sind.
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In weiterer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung wird dieser
Effekt nun dadurch erreicht, daß der im Ladestromkreis vorgesehene Allstimmwiderstand
8 in Fig. i aus einem Material mit stark positivem Tetnperatur-Widerstandskoeffizienten
hergestellt wird. Auch für den Abstinitnwiderstand 9 in Fig. i im Netzankerstrotnkreis
kann ein solche .\1aterial nur nützlich sein, weil hierdurch die Kennlinie 6 in
Fig. 7 bzw. die Kennlinie ,4 in Fig. 3 bei großer Netzankerstromstärke stärker angehoben
wird als bei kleiner Netzankerstromstärke. Da der Ladestrom mit fortschreitender
Ladung sinkt und damit eine Parallelverschiebinig der Kennlinie 6 in F ig. 7 bzw.
der Kennlinie .f in Fig. 3 bewirkt, je nach dem weiteren Fortschreiten der Ladung,
kann auf diese Weise ein Cberschreiten der Gasungsspannung verhindert werden.
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Mit Hilfe des Abstimmwiderstandes 8 in Fig. i läßt sich die Einrichtung
weitgehend den verschiedenen Sammlerzelletigrößen anpassen. Der Einfluß der Sanimlerzellengröße
ist aus dem Diagramm in Fig. 8 ersichtlich. Darin bedeutet: i Kennlinie der Anfangsladespannung
einer Sammlerzelle, 2 Kennlinie der Anfangsladespannung einer kleineren Sammlerzelle,
3 und ,4 Generatorkennlinien für die Aufladung größerer Sammlerzellen, 5 und 6 Generatorkennlinien
für die Aufladung kleinerer Sammlerzellen.
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Zur Herstellung passender 13etriebskennlinien 5 und 6 muß im Diagramm
Fig.:I und C3 erhöht werden. Da; geschieht auf einfache Weise durch Erhöhung des
Abstininiwiderstandes 8 in Fig. i im Zusatzankerstromkreis.
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\\'ürde man nun die Allstimmung des Allstimmwiderstandes in der üblichen
Weise dadurch bewerkstelligen, daß inan mehr oder weniger große Teile eines \\'iderstandes
abgreift oder kurzschließt, so würde sich mit der Veränderung des Widerstandes auch
seine Temperatur so -,weitgehend ändern, daß der Einfluß des positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten
unter Umständen aufgeholfen oder wenigstens wesentlich vermindert werden würde.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird aus diesem Grunde der Widerstand aus einzelnen
parallel geschalteten Teilwiderständen aufgebaut, so daß bei einer Vergrößerung
des Widerstandes durch Abschalten paralleler Glieder die hierbei auftretende Herabsetzung
der Stromstärke in ihrer \\"it-kung auf die Temperatur des Widerstandes durch gleichzeitige
Herabsetzung des Widerstandsquerschnittes weitgehend ausgeglichen wird. Diese Anordnung
des Widerstandes ist in Fig. 9 schematisch dargestellt. Die gezeichnete Darstellung
ist nur eine beispielsweise Ausführungsform, andere :Möglichkeiten zum Zu- und Abschalten
parallel liegender \\ iderstandsglieder sind denkbar. Es wird deshalb auch nicht
die Form,
sondern der durch diese beispielsweise Form ge gehene
Weg, parallel liegende Widerstandsglieder zwecks weitgehender Aufrechterhaltung
von Temperaturverhältnissen hei verschiedenen Widerstandswerten zu dein ganz speziellen
Zweck, der mit der Gesamterfindung in engem Zusammenhang steht, als weitere Ausbildung
des Gegenstandes der Erfindung beansprucht.
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Außer einer Anpassung der Einrichtung an verschiedene Batteriezellengrößen
soll aber auch eine Anpassung an verschiedene Batterietypen eriiii>glicht werden.
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Als Beispiel werden die bekannten Haupttypen gewählt, eine Sannnlerbatterie
mit zwölf Großol>erflächenbleiplattenzellen, im folgenden als t2zelligc GO-Batterie
bezeichnet, und eine Nickel-Cadniituii-Batterie, im folgenden kurz als 18zellige
Nickelbatterie bezeichnet. Beide Batterien haben als Endspannung etwa 28 V und können
deshalb spannungsmäßig in der gleichen Anlage Verwendung finden. In der Fig. io
ist das Diagramm gezeichnet, welches die Verhältnisse kennzeichnet. Unter Beibehaltung
der Generatorkennlinien nimmt eine 18zellige Nickelbatterie gleicher Kapazität höhere
Anfangsladestromstärken auf als eine 12zellige GO-Batterie. Um aber in beiden Fällen
gleiche Ladeströme zu erhalten, müssen die Generatorkennlinien 3 und .1 der Fig.
9 für die i 8zellige Nickelbatterie stärker geneigt werden. Das geschieht durch
Erhöhung der Konstante C3, wie weiter oben erklärt wurde. Also ist der Abstimmwiderstand
8 in Fig. i auch hier für die Vornahme der Anpassung gut geeignet.
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Bei voll ausgenutzter Generatorleistung wird die Ladespannungskennlinie
des Generators durch den Einfluß der Größe C., um einen bestimmten Betrag angehoben,
d. h. nach oben verschoben. Wird nun in Anlagen mit geringerem Anschlußwert die
volle Stromstärke JA nicht erreicht, so hat das zur Folge, daß auch die zur
Volladung der Batterie benötigte Gasungsspannung nicht erreicht wird. In diesem
Falle kann C2 dui --1i Vergrößerung des Abstimmwiderstandes 9 in Fig. i im Netzankerstromkreis
erhöht werden. Hierbei soll die oben beschriebene Art der Widerstandsregelung durch
Zu- und Abschalten parallel liegender Widerstandsglieder ebenfalls zur Anwendung
kommen.
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In den bisherigen Betrachtungen wurde die Netzankerspannung U'N als
konstant vorausgesetzt. Praktisch trifft das nicht zu, da üblicherweise der selbsttätige
Spannungsregler, wie er in Fig.15 schematisch dargestellt ist, eine von der Generatordrehzahl
abhängige Statik besitzt, die auch noch von der Generatorhelastung JA beeinflußt
wird. Das bedeutet, daß die Ladespannungskennlinie des Generators sich mit sinkender
Drehzahl u parallel mit sich selbst nach unten verschiebt und daß 1>e1 großer Stromstärke
JA die Kennlinie stärker geneigt ist als bei kleiner Stromstärke
JA. Graphisch sind die Verhältnisse in den Fig. i i bis 14 wiedergegeben.
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Diese Einflüsse sollen nun gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung
ganz oder teilweise durch Einwirkung auf die Erregung des magnetischen Kreises des
selbsttätigen Spannungsreglers ; in Fig. i ausgeglichen werden, worauf bereits oben
hingewiesen wurde. Die hierfür grundsätzlich angewendete Schaltung ist in Fig. 16
schematisch dargestellt.
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Um bei sinkender Drehzahl n die Spannung UN
konstant
zti halten, muß AWst, um einen der Spannungsänderung -1 L -N. entsprechenden
Wert vermindert werden, hzw. bei steigender Drehzahl muß eine ent,#l)reclien(le
Vergrößerung vorgenommen werden. ,JA WS" = ki . )a C1in
ferner l ,,v hei steigender Belastung JA konstant zti halten, muß AWsu um
einen der Spannungsänderung A ( 'j entsprechenden Wert vermindert werden. ..1.-111-"
- k2 . J i also
Dieser Gleichung genügt annähernd eine Anordnung nach Fig. 16, bei welcher der Regler
mit zwei Spulenwicklungen versehen ist, deren eine an der Spannung UN liegt und
deren andere mit der Generatorfeldwicklung in Reihe geschaltet ist.
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Abweichungen treten ein wegen der Krümmung der I--rregerkennlinie
infolge Sättigung.
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Im Diagramm Fig. 17 zeigen die ausgezogenen Linien den tatsächlichen
und die strichpunktierten Linien den gemäß obiger Gleichung geforderten Verlauf
der Erregerkennlinie des Generators.
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Im Diagramm Fig. 18 zeigen die ausgezogenen Linien den Einfluß der
Reglerstatik auf die Netzspannung (-r.
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Bei dem der Rechnung zugrunde gelegten Beispiel ergibt sich bei einem
Spannungsanstieg von ioo/o infolge einer Drehzahlerhöhung ein Spannungsabfall von
8% infolge eines Belastungsanstieges. Diese Zahlen wechseln mit der konstruktiven
Wahl der Eisenquerschnitte, der Ankerrückwirkung und des inneren Widerstandes des
Generators in gewissen Grenzen.
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1>1e strichpunktierte Linie im Diagramm Fig. 18 zeigt die kompensierte
Spannung UN. Es kann also ein Regler mit verhältnismäßig großer Statik Verwendung
finden, d. h. das Reglersystem kann entsprechend schwächer und billiger gebaut werden.
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Zusammenfassend sei kurz wiederholt: Es ist finit dein Gegenstand
der Erfindung eine Einrichtung zur elektrischen Zugbeleuchtung geschaffen, bei welcher
für diesen Zweck erstmalig ein Doppelspannungsgleichstromgenerator benutzt wird
und hei der im Gegensatz zu früheren Einrichtungen mit Doppelspannungsgleichstromgeneratoren
nur eine Sammlerbatterie verwendet wird. Der Doppelspannungsgleichstromgenerator
besitzt zwei Stromkreise, die in Reihe geschaltet sind und so die Ladespannung für
ei 1e Sammlerbatterie hergehen, während über eine Anzapfung am Verbindungspunkt
der leiden Stromkreise eine kleinere Spannung zum
Speisen des Verbrauchernetzes
abgezweigt ist. Bei Spannung abgebendem Generator wird also das Verbrauchernetz
von einem Anker des Generators allein gespeist, während bei still stehendem Generator
die Sammlerbatterie die Speisung des Verbrauchernetzes übernimmt.
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Für das Verhältnis der elektromotorischen Kräfte in den beiden Ankerwicklungen
und damit für das ihrer Windungszahlen wurde ein ganz bestimmter zahlenmäßiger Wert
gefunden, welcher die an den beabsichtigten Betrieb stellenden Ansprüche erfüllt,
wenn in den Stromkreisen der beiden Ankerwicklungen Abstimmwiderstände angeordnet
werden, welche mit Hilfe von stark positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten
ihres -Materials die Möglichkeit gewisser notwendiger Korrekturen bieten. Diese
Abstimmwiderstände erhalten gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung eine solche
Bauart, daß auch bei veränderten Stromstärken die für die Auswirkung des positiven
Widerstands-Temperaturkoeffizienten erforderlichen Temperaturverhältnisse gewahrt
bleiben.
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Die Abstimmwiderstände sind dabei so angeordnet und bemessen, daß
mit ihrer Hilfe leicht eine Anpassung des Generators an verschiedene Zellengrößen
der Sammlerbatterie und an verschiedene Zellentypen sowie an verschiedene Anschlußwerte
des Verbrauchernetzes vorgenommen werden kann.
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Für die Spannungsregelung des Generators wurde für den speziellen
Zweck ein von der bekannten Bauart abweichender selbsttätiger Regler entwickelt.
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Die für eintretenden Drehrichtungswechsel des Generators, der beim
Zugbetrieb unvermeidlich ist, erforderliche selbsttätige Umpolvorrichtung ist in
der Beschreibung nicht besonders erwähnt, da sie hinreichend bekannt und in keiner
#\T eise neu ist.