DE294187C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es sind Anordnungen bekannt, welche die selbsttätige Schaltung von Sammlerbatterien derart bewirken, daß bei Eintritt normaler Spannung an der Maschine die Verbindung zwischen dieser Maschine und der Batterie geschlossen und bei einem Rückstrom aus der Batterie zur Maschine wieder unterbrochen wird. Ein solcher Rückstrom kann entweder durch das Sinken der Spannung an der Maschine, z. B. durch schlechte Regulierung oder zu niedrige Tourenzahl, oder aber durch vollständigen Fortfall der Spannung an der Maschine bzw. durch eine Stromunterbrechung, wie Durchschmelzen einer Sicherung, auftreten. In den beiden erwähnten Fällen des Rückstromes ergeben sich aber ganz verschiedene Werte dieser Rückströme; im einen Fall ein schwacher Rückstrom, der aber bei längerer Dauer eine schädliche Entladung der Batterie hervorrufen kann, im anderen Fall ein großer Rückstrom, der schon nach kurzer Zeit bedenkliche Folgen äußern wird.

Man hat nun die selbsttätigen Schalter im allgemeinen so gebaut, daß in einem und demselben Apparat eine Strom- und eine Spannungswicklung vereinigt wurden, derart, daß bei genügender Spannung der Schalter sich einschaltete und die Stromwicklung infolge des nun eintretenden Ladestromes die Wirkung der Spannungswicklung erhöhte. Bei Rückstrom arbeiteten dann beide Wicklungen gegeneinander, und der Schalter wurde durch das Fortfallen der Magnetisierung ausgelöst. Ein derartiger Apparat läßt sich aber nur für einen bestimmten Bereich des Rückstromes sicher wirkend herstellen. Ist der Rückstrom zu klein,, so vermag er die Spannungsspule nicht zu überwinden, letztere hält den Schalter geschlossen. Ist der Rückstrom dagegen zu groß, so überwindet er die Spannungsspule und behält noch einen genügenden Kraftfluß, um den Anker angezogen zu halten, d. h. der Magnet polt sich schnell um.

Es ist überhaupt bei derartigen kombinierten Schaltern, welche gleichzeitig als Einschaltschütz und als selbsttätiger Ausschalter für verschiedene Funktionen dienen sollen, schwer möglich, eine befriedigende Wirkung in den verschiedenen Fällen zu erzielen, welche in praktischen Betrieben tatsächlich auftreten.

Aus diesem Grunde erscheint es zweckmäßig, das Schütz von dem Steuerrelais zu trennen. Diese Anordnung gestattet auch, das Schütz mit einer Selbstsperrung zu versehen und die Einschaitspule des Schützes nur während der Einschaltbewegung eingeschaltet zu. lassen, während sie am Ende der Einschaltbewegung geöffnet werden kann, weil das Schütz durch seine Sperrung in der Einschaltlage gehalten wird. Die. Ausschaltung erfolgt mittels einer besonderen Spule durch Lösung der Sperrung. Zur Steuerung der Ein- und Ausschaltspule dient dann ein besonderes Relais.

Die allgemeine Anordnung einer derartigen Anlage ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Dynamomaschine D speist einerseits eine " Nutzlast, 1 z. B. Lampen L, und. andererseits

eine zweite Nutzlast, z. B. den Motor M. Parallel zu diesem Motor liegt die Batterie B₁ welche dauernd mit dem Motor zusammen arbeitet, um eine. Betriebsunterbrechung" an demselben zu vermeiden. Die Batterie B ist nicht stark genug, um im Falle des Versagens der Maschine D die Belastung mit den Lampen L zu übernehmen. Daher befindet sich zwischen den Lampen L und der Batterie B

ίο der Schützschalter S mit der Einschaltspule E und der Ausschaltspule A. Hat die Maschine D normale Spannung, so wird die Einschaltspule E erregt, das Schütz 5" eingeschaltet. Es fließt dann ein Ladestrom aus der Dynamo D

ig in die Batterie B. Kehrt sich durch Sinken oder Verschwinden der Dynamospannung der Batteriestrom um, so daß die Batterie auf die Lampen L arbeiten würde, so wird die Auslösespule A erregt ,und dadurch der Schütz-.

ao schalter geöffnet, so daß die Verbindung zwischen der Batterie B und den Lampen L unterbrochen ist, mithin die Entladung verhindert wird.

Zur Steuerung des Schützschalters S hat man nun besondere Relais, z.B. polarisierte Magnete mit vom Hauptstrom abhängiger 'Wicklung benutzt, welche bei Rückstrom die Auslösespule A erregen. Ein derartiges Relais vermag aber die Einschaltung des Schütz schalters 5" nicht zu steuern, da es sich bei Rückstrom nach der einen Richtung dreht, bei Verschwinden des Stromes aber nicht arbeiten darf und Vorwärtsstrom bei geöffnetem Schützschalter nicht erhalten kann.

Wenn man also als Relais polarisierte Magnete verwendet, so muß das Schütz so gebaut sein, daß es bei der bestimmten Normalspannung anspringt, d. h. es muß eine außerordentlich große Empfindlichkeit haben und sich genau auf eine bestimmte Spannung einstellen lassen. ■ Dies ist aber bei den in Frage kommenden Schützschaltern, welche erhebliche Energiemengen zu übertragen und unter Umständen abzuschalten haben, praktisch unmöglieh, weil die bewegten Massen groß, die Reibungswiderstände erheblich werden, so daß die Ungenauigkeiten eine Einstellung, wie vorerwähnt, vollständig unmöglich machen. Ferner bietet das erwähnte polarisierte Re-

'50 lais den Übelstand, daß seine Kontaktgebung bei geringem Rückstrom, d. h. in der Nähe der zum Ansprechen einzustellenden Grenze, sehr schlecht ist, was um so schlimmer ist, als die große Einschaltspule des Schützschalters gesteuert werden muß. Beim anderen Grenzfall, bei sehr starkem Rückstrom, liegt andererseits die Gefahr vor, daß die Polarisierungskraft der permanenten Magnete oder verwendeten Spannungswicklungen nicht ausreicht, sondern daß durch die Stromwicklung eine Umpolarisierung bewirkt wird, so daß auch dann wieder der Kontakt unsicher oder gar aufgehoben wird.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonderes Relais zur Steuerung des . Schützschalters S zu verwenden, welches die Wicklungen für die Ein- und Ausschaltsteuerung vereint, und welches auch in den Grenzfällen der Wirkung vollständig betriebssicher arbeitet.

Dieses neue Relais ist in Fig". 2 dargestellt. Es besteht im wesentlichen aus einem Magneten mit zAvei beweglichen Ankern. Die festen . Schenkel tragen je eine Stromwicklung S₁ und S₂, welche in Fig. 1 durch schwarze Vierecke im Stromlaufschema des Hauptstromes dargestellt sind. Die Wicklung S₁ führt also im normalen Zustande den Ladestrom der Batterie aus der Dynamomaschine,. im Falle eines Versagens der Maschine den Entladestrom der Batterie auf die Maschine D, den Motor M und auf die Lampen L. Die Wicklung S₂ dagegen führt im normalen Zustande den Ladestrom der Batterie, den Strom für den Motor und den Lampenstrom, im Falle des Versagens der Maschine dagegen nur den Entladestrom der Batterie auf die Dynamo, dagegen keinen Lampenstrom und bei Unterbrechung in der Maschinenleitung überhaupt keinen Strom.

Die Wicklung W₁ des unteren, beweglichen Ankers U₁ der durch eine Spiralfeder (nicht gezeichnet) im stromlosen.Zustande in der gezeichneten Stellung gehalten wird, liegt an der Spannung der Dynamomaschine D, wie im Schema Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Dasselbe gilt von der rechts gezeichneten Wicklung W₁ am oberen Anker O, während die links gezeichnete Wicklung W₂ am oberen Anker an der Spannung der Batterie B liegt (vgl. gestrichelte Darstellung im Schema. Fig. 1). Der obere Anker wird durch eine Spiralfeder im stromlosen Zustande in der gezeichneten Stellung gehalten. Die Stellung des Relais im Ruhezustand entspricht also der in Fig. 2 dargestellten. Die beiden Wicklun-. gen W₁ und W₂ sind im Ruhezustand stromlos ; W₁' kann nur über den Kontakt C/ am Relais, die Wicklung W₂ über einen am Schützschalter 5" angebrachten Hilfskon takt in der Offenstellung dieses Schützschalters Strom erhalten. " ■ ■

Die Wirkungsweise der Einrichtung wird am besten durch Einzelbetrachtung der vier in Frage kommenden Betriebsverhältnisse dargestellt. Es sind dies 1. die selbsttätige Einschaltung, 2. der normale Betrieb, 3. die Ausschaltung bei geringem Rückstrom (z. B. bei einer geringfügigen Verringerung der Spannung an der Dynamo D), 4. Ausschaltung bei großem Rückstrom, z. B. bei plötzlichem Spannungsloswerden der Maschine.

ι. Die Inbetriebnahme und Einschaltung erfolgt folgendermaßen: Die Stromwicklungen S₁, S₂ sind wirkungslos. Die Wicklung W₁ am oberen Magneten ist ebenfalls ausgeschallet. Solange die Spannung der Maschine den vorgeschriebenen normalen Wert nicht erreicht hat, ist der Anker U nicht in der Lage, seine Rückzugsfeder zu überwinden. Erst bei Eintritt der normalen Spannung wird dies geschehen. Der Anker dreht sich entgegen dem Uhrzeiger, so daß er den Kontakt C₁ berührt. Dadurch wird die Einschaltung des Schützschalters 5" bewirkt, welcher sich zweckmäßig, wie in der Fig. ι schematisch angegeben ist, verklinkt und seine Einschaltspule selbst wieder abschaltet. Sobald der Schutzschalter S eingeschaltet ist, tritt nun ein Hauptstrom in die Spulen S₁ und S₂ ein, welcher zunächst noch keinen allzu großen Wert besitzen wird.

ao Dieser "Strom wirkt der Wicklung W₁ entgegen, mithin wird die Kraft, mit der der Anker angezogen war, geschwächt, der Anker U läßt los und kehrt in die Ruhestellung zurück.

2. Im normalen Betrieb bleibt mithin die in der Fig. 2 gezeichnete Stellung des Relais nach Schluß des Schützschalters 5" unverändert; denn da der Schutzschalter 5" geschlossen ist und die Spulen S₁ und S₂ erheblichen Vorwärtsstrom führen, welcher dem Feld der Spannungsspule W₁ auf dem unteren Anker U entgegenarbeitet, so bleibt dieser Anker abgestoßen, und eine weitere Wirkung kann nicht eintreten.

3. Es möge nun ein kleiner Rückstrom eintreten, beispielsweise indem die Spannung der Maschine um einen geringen Teil sinkt. In diesem Falle wird zunächst sowohl die Maschine D als auch die Batterie B (Fig. 1) auf die Lampen L arbeiten, d. h. die Stromrichtüng der Spule S₁ wird sich umkehren, diejenige der Spule S₂ wird normal bleiben, und ferner wird die Batterie die Speisung des Motors übernehmen, so daß der in der Spule S₁ umgekehrt fließende Strom noch erheblich vermehrt wird. Nun sind aber außerdem die Windungszahlen der Spulen ^₁ und .S"₂ so gewählt, daß bei gleichen Strömen die Wirkung der Wicklung S₁ überwiegt (praktisch etwa im Verhältnis 6:1). Der Rückstrom der Spule S₁ wird also genügen, um den Anker U anzuziehen, da jetzt das Feld der Stromwicklung ^T₁ links und der Spannungswicklung W₁ unten in gleichem Sinne arbeiten. Der Anker U wird durch dieses starke Feld so weit herübergezogen, daß er die Kontakte C₂, C₂' berührt. Durch ersteren Kontakt wird die Auslösespule A des Schützes (Fig. 1) eingeschaltet, so daß das Schütz herausfällt, und durch den zweiten Kontakt wird die obere Wicklung W/ eingeschaltet. Die Stromspule S₁, welche nunmehr nur noch den Batterieentladestrom auf den Motor führt, arbeitet wie vorher, d. h. sie zieht den Anker U an. Die andere Stromspule S₂, welche den Lämpenstrom führt, hat geringe Kraft. Solange die Maschinenspannung unter der normalen bleibt, verharrt also das Relais in dieser Stellung, d. h. der obere Anker O befindet sich im gezeichneten Rühezustande (angezogen), der untere Anker U auf den Kontakten C₂, C/.

Erhöht sich jetzt die Maschinenspannung wieder auf den normalen Wert, so dreht sich unter der Einwirkung der steigenden Magnetisierung der Wicklung W₁' der obere Anker im Sinne des Uhrzeigers bis zur Erreichung des Kontaktes C₃. (Dieser Kontakt C₃ ist identisch mit dem unten gezeichneten Kontakt C₁.) Hierdurch wird das Schütz 6" wieder eingeschaltet. Da unterdessen aber die Maschinenspannung normal geworden ist, treten sofort bei der Einschaltung in den Spulen S₁ und S₂ Vorwärtsströme auf, daher wird der untere Anker U abgestoßen, und dann wird auch durch Verlassen des Kontaktes C₂ die Wicklung W₁ des oberen Ankers spannungslos. Dieser kehrt in seine Ruhelage zurück. Mithin wird das Relais nunmehr in allen Teilen die Ruhelage wieder erlangen.

4. Wenn durch Spannungsloswerden der Maschine D plötzlich ein großer Rückstrom eintritt, so wird die Wicklung S₂ gänzlich stromlos, ebenso die Wicklung W₁ mit der Maschine spannungslos. Dagegen erhält die Wicklung S₁ nunmehr den vollen Entladestrom der Batterie auf die Lampen L und außerdem auf den Motor und wirkt deshalb außerordentlich kräftig. Der Anker TJ, welcher als unpolarisiertes Eisenstück zu betrachten ist, wird durch das starke Feld der Spule S₁ sehr kräftig angezogen und sofort auf die Kontakte C₂, C₂' gestellt. Alles weitere entwickelt sich dann, wie bisher unter 3. betrachtet.

Im vorstehenden ist die Wirkungsweise der Spule W₂ noch nicht erwähnt worden. Diese Spule, die durch einen Hilfskontakt am Schütz 6" bei dessen öffnung eingeschaltet wird, dient zur Verstärkung der Wirkung der Wicklung W_{1 t} wenn die Maschinenspannung vorübergehend gesunken ist, indem sie dann im Verein mit der Wicklung W₁' beim Wiederzunehmen der Dynamospannung den oberen Anker auf den Kontakt C₃ führt.

Wenn aber die Dynamospannung ganz fortgefallen ist (z. B. zufolge Durchgehens einer Sicherung), so fällt die Mitwirkung der Spule W₁' auch fort, und die an der Batteriespannung liegende Wicklung W₂ kann den oberen Anker O nur so weit drehen, daß etwa ein nicht gezeichneter Kontakt für einen Signalstromkreis geschlossen wird, der diesen Zustand der Anlage anzeigt.

Wesentlich an der neuen Anordnung ist die Verwendung eines getrennten Relais in Gemeinschaft mit einem Schütz mit Selbstsperrung, welches die dauernde Stromentnähme im eingeschalteten Zustande des Schützschalters verhindert.

Wesentlich an der Neuanordnung ist ferner die Verwendung zweier Stromwicklungen, von denen die eine nur den Batteriestrom, die

ίο andere den Maschinenstrom benutzt. Je nach den Verhältnissen kann die eine oder die andere Stromstärke jeweils verschwinden, so daß ^ die Benutzung eines der beiden Ströme nicht in allen Fällen Sicherheit bietet.

Wesentlich an der Erfindung ist außerdem die Verwendung zweier voneinander getrennt ter, beweglicher Anker, welche mit Span-" nungswicklungen versehen sind. Wie aus der Darstellung der Wirkungsweise ersichtlich, wird nach einer Auslösung durch Rückstrom der untere Anker vollständig angezogen, und es ist nur durch Verwendung des zweiten Ankers möglich, das ganze Relais in seine Ruhelage zurückzuführen.

Die Darstellung ist in den Figuren rein schematisch gehalten und zwecks besseren Verständnisses in mehrere Figuren zerlegt, auch sind alle Hilfsapparate, wie Hilfskontakte am Schützschalter und am Relais, Merklampen usw., fortgelassen worden. Es ist an Hand der prinzipiellen Darstellung leicht, diese konstruktiven Einzelheiten nachzutragen; z.B. könnten Strom- und Spannungswicklungen vertauscht werden, oder es kann statt einer am beweglichen Anker angebrachten Wicklung eine feste Wicklung auf einem besonderen Eisenkörper in Verbindung mit einem besonderen Vorsprung am Anker treten.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Schaltung" von mit Dynamomaschinen zusammen arbeitenden Sammlerbatterien, bei welcher ein Schützschalter durch ein Hilfsrelais derart, gesteuert wird, daß er bei Erreichung normaler Spannung eingeschal-

■ tet,, bei Eintritt eines Rückstromes aus der Batterie ausgeschaltet wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrelais zwei

■ Hauptstromwicklungen (für Dynamo- und Batteriestrom), Spannungswicklungen und zwei bewegliche Anker besitzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptanker (U) des Hilfsrelais bei einem gewissen Ausschlag einen Kontakt (C₁) für die Einschaltung des Schützes, bei einem größeren Ausschlag einen Kontakt (C₂) für die, Ausschaltung des Schützes betätigt.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2,' dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptanker (U) des Hilfsrelais bei dem größeren Ausschlag zugleich noch eine Wicklung (W₁') für den Nebenanker (O) einschaltet.

4. Einrichtung nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenanker (O) bei normaler Dynamospannung bis zu einem Kontakt (C₃) für die Einschaltung des Schützes (S) ausschlägt. . · . .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.