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Selbsttätiger elektromagnetischer Regler Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrische Reglungsvorrichtung. Die Erfindung bezweckt, eine Reglungsvorrichtung
zu schaffen, welche in hohem Grade zuverlässig und leistungsfähig ist und welche
besonders geeignet ist, in einen Stromkreis eingeschaltet zu werden, welcher eine
Sammlerbatterie enthält, und in diesem Falle die Stromüberwachung so zu bewirken,
daß die Ladung der Batterie möglichst vollkommen ausgenutzt wird. Die Erfindung
gestattet dabei eine sehr einfache Konstruktion der Vorrichtung unter Vermeidung
von komplizierten iVlechanismen und empfindlicher Einstellung.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
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Abb. i ist ein schematischer Grundriß der Vorrichtung und veranschaulicht
sie in ihrer Schaltung in dem von ihr zu überwachenden Stromkreis. .
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Abb. z zeigt die Vorrichtung in Seitenansicht unter Fortbruch gewisser
Teile, um das Innere deutlicher sichtbar zu machen.
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Abb. 3 ist eine Endansicht, gesehen in der Richtung von links der
Abb. z, wobei ebenfalls einzelne Teile fortgebrochen dargestellt sind. Abb. 4. ist
ein senkrechter Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung in größerem Maßstabe.
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In Abb. i ist mit i o ein Stromerzeuger bezeichnet, welcher finit
wechselnder Geschwindigkeit z. B. von der Achse eines Kraftfahrzeuges aus angetrieben
wird. Zwischen den beiden Seiten i i, 12 des durch den Stromerzeuger io gespeisten
Stromkreises liegt eine Sammlerbatterie 13, welche durch den Stromerzeuger geladen
werden kann. Zwischen dem Stromerzeuger io und der Batterie 13. befindet sich ein'
selbsttätiger Schalter 14 üblicher Art. In der Leitung i i befindet sich ein veränderlicher
Widerstand i y, welcher im vorliegenden Fall als zusammendrückbare Kohlensäule angenommen
ist und hinter welcher zwischen den beiden Zweigen des Stromkreises Lampen oder
sonstige Stromverbraucher 16 eingeschaltet sind. Ein geeigneter Handschalter 17
dient dazu, den Lampenstromkreis zu schlie-' ßen oder zu unterbrechen. Zwischen
den beiden Hauptleitern i i, 12 liegt auch an einem den Lampen 16 benachbarten Punkt
eine Spannungsspule 18.
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Es mag schon hier bemerkt werden, daß das magnetische Feld der Spule
18 mit den Veränderungen in der Spannung im Lampenstrom
schwankt.
Die Spule 18 ist mit einem Kern i 9 versehen, welcher in Abhängigkeit von den Schwankungen.
des magnetischen Feldes der Spule beweglich ist. Diese Bewegungen des Kernes dienen
dazu, den Widerstand 15 so zu ändern, daß die Spannung im Lampenstrom im
wesentlichen konstant bleibt, unabhängig von den Schwankungen in der Spannung an
dem Batteriepol.
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Gemäß Abb. 2 ist die Spannungsspule 18 in einem Gestell 2o in senkrechter
Stellung gelagert. Der Spulenkern i9 ist senkrecht aufgehängt und verjüngt sich
von einem stärkeren unteren Teil bei i 9a zu einem Stabartigen oberen Teil I9b,
welcher das obere Rahmenstück 20a des Traggestelles 2o durchsetzt. Die Öffnung im
Rähmenstück 9-oa besitzt einen wesentlich größeren Durchmesser als der Teil I9b
des Spulenkernes, und zwar einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser
der Spule 18 ist, wobei die Öffnung konzentrisch zur Spule angeordnet ist. über
der Öffnung im Rahmenstück 2oa ist eine Scheibe 2 1 befestigt, an welcher ein zylindrisches
Gehäuse 22 hängt, das mit einem magnetischen Material 23 gefüllt ist. In
der Scheibe 2 1 und dem magnetischen Material 23 ist ein. zentraler Kanal
vorgesehen, welcher von dem Teil i 9b des Kernes lose durchsetzt wird. Der Einsatz
23 aus magnetischem Material endigt an einer Stelle, welche ein wenig unterhalb
der Mittelebene der Spule 18 liegt, und der Durchgangskanal ist nach unten hin erweitert,
wie bei 24 angedeutet ist, welche Erweiterung der Verjüngung i 9a des Spulenkernes
entspricht.
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Die Form des Kernes i 9 und des magnetischen Einsatzes 23 und deren
kegelförmige Flächen sind so gewählt, daß sich die magnetische Krafteinwirkung der
Spule auf den Kern in bestimmter gewünschter Weise vollzieht. Bei der beschriebenen
Konstruktion ist der magnetische Zug der Spule 18 auf den Kern i 9 für eine bestimmte,
auf die Spule wirksame Spannung eine im, wesentlichen konstante Größe bei jeder
Stellung, welche der Kern innerhalb der Spule einnimmt. Wenn sich daher der Kern
i 9 an seiner bestimmten Stelle seiner Bewegungsbahn in der Spule bei einer gewissen
normalen oder gewütuschten Spannung befindet, dann wird er sich in der einen oder
der anderen Richtung bewegen, sobald sich die Spannung ändert. Wenn jetzt die Spannung
der Spule wieder den gewünschten Normalbetrag erreicht, dann wird der Kern in derjenigen
Lage stehenbleihen, in welche er durch die erste Änderung der Spannung bewegt wurde,
anstatt in seine Ausgangsstellung zurückzukehren.
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Das untere Ende des Kernes i9 durchsetzt eine Öffnung in dem unteren!
Rahmenstück tob des Gestelles 2o sowie eine Öffnung in einem auf das Rahmenstück-
tob aufgesetzten Flansch 2oc und wird selbst .von einem Zapfen 25 durchsetzt. Der
Zapfen 25 sitzt in dem rechtsseitigen Ende eines Hebels 26, welcher nahe seiner
Mitte drehbar auf einem Zapfen 27 sitzt und vorzugsweise vermittels Kugellager 28
(Abb. 3) darauf gelagert ist, während der Zapfen 27 selbst in einem Paar von Ansätzen
29, 3o ruht, die an dem Geste112o sitzen.
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An dem linksseitigen Ende des Hebels 26 befindet sich ein Ansatz 31,
an den vermittels eines Zapfens 32 das untere Ende eines Lenkers 33 angesetzt ist,
dessen oberes Ende mit dem unteren Ende einer Zugfeder 34 verbunden ist. Das obere
Ende der Feder 34 ist in einen einstellbaren Bolzen 35 eingehängt, der mit Einstellmuttern
36 versehen ist und einen seitlichen Ansatz 37 des Gestelles 2o durchsetzt.
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Das Magnetfeld der Spule 18 übt einen nach aufwärts gerichteten Zug
auf den Kern i9 aus, dem die Spannung der Feder34, die durch den Hebel 26 mit dem
Kern verbunden ist, entgegenwirkt. Durch passende Bemessung der Spule 18
und der Feder 34 können diese in die richtige Beziehung'zueinander gesetzt werden,
und durch Einstellung der Spannung der Feder vermittels des Bolzens 35 kann die
Anpassung der beiden wirkenden Organe aneinander vervollständigt werden. Ein Bremszylinder
38 ist an dem Ausleger 37 durch ein geeignetes- Befestigungsglied 39 befestigt und
.der Kolben desselben durch einen Lenker 4o mit dem Hebe126 bei 41 verbunden. Dieser
Bremszylinder übt eine dämpfende Wirkung auf die Bewegungen des Kernes i 9 in jeder
Richtung aus und dient dazu, die Kernbewegungen ruhig zu machen und ein Tanzen des
Regulators zu verhindern.
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Auf der Kernstange I9b sitzt oberhalb der Platte 2 i eine Muffe 42,
welche sich mit ihrem unteren Ende auf die Platte 2 i aufzusetzen und dadurch die
Abwärtsbewegung des Magnetkernes zu begrenzen vermag. Oberhalb der Muffe 42 ist
auf der Stange I9b ein Nokken 43 befestigt, welcher durch einte Mutter 44 gegen
das obere Ende der Muffe 42 angepreßt gehalten wird. Dieser Nocken wird später beschrieben
werden. .Links von der Stange i 9b wird der Nocken von einem Zapfen 45 durchsetzt,
welcher auch das gegabelte rechtsseitige Ende eines Lenkers 46 durchdringt. Das
linksseitige Ende dieses Lenkers ist ebenfalls gegabelt und umfaßt mit seinen Zinken
einen Teil 47, welcher sich vom Gestell2o nach aufwärts erstreckt, mit dem er durch
einen Stift 48 verbunden ist. Der Teil 47 ist durch Streben 47a gegen Durchbiegung
unter
seitlichem Schub gesichert. Der Teil 47 besitzt, wie aus Abb. 3 ersichtlich. ist,
eine erhebliche Breite, und der Lenker 46 ist dieser Breite angepaßt, wodurch beide
Teile in den Stand gesetzt sind, starkem Seitendruck zu widerstehen. Der Kern i9
ist infolge der beschriebenen Anordnung in seiner Bewegung an einem Ende durch den
Hebel 26 und am anderen Ende durch den Lenker 46 geführt. Die Bewegung des
Kernes in der Spule vollzieht sich demgemäß im wesentlichen in einer geraden Linie.
Der Schub auf den Nocken 43, welcher mitunter sehr groß sein kann, wie später näher
erläutart werden wird, wird unmittelbar durch den Lenker 46 auf den Teil 47 übertragen,
so daß der Magnetkern i 9 keiner übermäßigen Beanspruchung unterliegt.
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Aus dem Gestell 2o ragt auf dessen rechter Seite eine Platte 49 nach
oben hervor, welche besonders deutlich aus Abb.4 ersichtlich. ist. Die Platte 49
bildet den Träger eines Rahmens 5o, in welchem die Kohlensäure 15 gelagert ist,
die in üblicher Weisse aus einer Mehrzahl von Kohlenscheiben, die ihre Breitseiten
einander zukehren, besteht. Das linksseitige Ende der Kohlensäule ist das bewegliche
Ende derselben, während das rechts seitige Ende fest angeordnet und in geeigneter
Weise von seinem Traggestell isoliert ist. Dabei kann aber das rechtsseitige Ende
der Säule gegen das linksseitige Ende hin und von, diesem fort mit Hilfe eines Schraubeneinstellmechanismus,
51 verstellt werden. Der zu den Lampen 16 führende Leiter ist mit cler festen rechtsseitigen
Endplatte 52 der Kohlensäule bei 53 verbunden. Die linksseitige Endplatte 54 der
Säule ist beweglich, um Druck auf die die Säule bildenden Kohlenscheiben auszuüben
oder sie vom Druck zu entlasten, und der zur Batterie führende Leiter ist mit ihr
bei 55 verbunden.
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Wie am besten aus Abb. 4 ersichtlich ist, ist an der beweglichen Endplatte
54 eine Platte 56 befestigt, welche als Druckplatte bezeichnet werden mag, und welche
einen mittleren Vorsprung 56a besitzt, der durch eine Öffnung in der Platte 49 des
Gestelles in der Richtung auf den Nocken 43 hin hindurchtritt. Die Druckplatte 56
und die Endplatte 54 der Kohlensäule sind miteinander durch Bolzen 57 verbunden
und gegeneinander durch eine isolierende Zwisclhenlage 58, Isolierbuchsen 59 und
isolierende Unterlegscheiben 6o isoliert. Eine Seitenbewegung der Druckplatte verändert
demgemäß den Druck auf die Kohlensäule 15 und dadurch den Widerstand derselben und
demzufolge auch den Widerstand oder den Spannungsabfall im Lampenstromkreis.
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An dem linksseitigen Ende des vorspringenden Teiles 56a der Druckplatte
56 ist eine gehärtete Rolle 6 i auf einem Zapfen 62 gelagert. Diese Rolle wirkt
mit der Oberfläche des Nockens 43 zusammen. Der Zapfen 62 geht nicht nur durch den
Ansatz 56a, sondern auch durch die unteren Enden eines Lenkerpaares 63. Diese Lenker
sind an ihren oberen Enden auf einen Zapfen 64 aufgehängt, welcher durch einen Ansatz
65 hindurchgeht, der auf der linken Seite der Gestellplatte 49 angeordnet ist. Ein
dem Zapfen 62 ,ähnlicher Zapfen 66 durchdringt den Teil 56a nahe dessen Verbindungsstelle
mit der Druckplatte 56 und durchsetzt auch die unteren Enden eines Lenkerpaares
67, welches dem Lenkerpaar 63 ähnlich ist. Die Lenker 67 sind an ihren oberen Enden
auf einem Zapfen 68 aufgehängt, welcher durch einen Ansatz 69 hindurchgeht, der
auf der rechten Seite der Gestellplatte 49 angeordnet ist. Der Teil 56a mit der
Druckplatte 56 und der Rolle 6 i ist auf diese Weise durch zwei Paar zueinander
parallele Lenker aufgehängt und vermag " eine Seitenbewegung von dem Nocken 43 fort
und gegen denselben hin auszuführen, entsprechend einer Zusammenpressung oder Druckentlastung
der Säule 15. Die Aufhängung der Druckplatte ist von solcher Art, daß sie eine im
wesentlichen reibungsfreie Bewegung auszuführen vermag, und andere Kräfte als der
gewünschte, durch den Nocken 43 auf die Rolle 61 ausgeübte Seitenschub werden durch
die Lenker 63 und 67 ohne Verursachung unerwünschter Reibung oder sonstigen Widerstandes
gegen die Bewegung der Druckplatte aufgenommen.
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Der Nocken 43 ist mit einem gehärteten Teil 43a versehen, dessen rechtsseitige
Fläche in Berührung mit der Oberfläche der Rolle 61 steht. Ein Paar Federn 7o, die
auf den Zapfen 64 aufgehängt sind, legen sich mit ihren inneren Enden gegen die
Fläche der Platte 49, während ihre äußeren Enden mit den Lenkern 63 nahe der Rolle
61 verbunden sind, so daß die Federn die Rolle 61 stets in Berührung nnit dem Teil
43- des Nokkens halten. Der Teil. 43a des Nockens kann auswechselbar am Nockenkörper
befestigt, z. B. durch Schraube 7 i angeschraubt sein, so daß er gewünschtenfalls
durch andere Nockenkörper mit abweichender Arbeitsfläche ersetzt werden kann.
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Die Oberfläche des Teiles 43a des Nokkens 43, welche sich gegen die
Rolle 61 legt, ist so gestaltet, daß bei der Bewegung des Nockens in Abhängigkeit
von den. Spannungsschwankungen in der Spule 18 die Druckplatte 56 so bewegt wird,
daß der Widerstand der Kohlensäule eine solche Veränderung erfährt, daß die Spannung
in der Spule 18 und demgemäß auch die Lampenspannung im wesentlichen konstant bleiben.
Für
die Darlegung der Wirkungsweise der Vorrichtung mag beispielsweise angenommen werden,
daß die für die Lampen 16 gewünschte Spannung 28 Volt beträgt, und daß in
einem gewissen Zeitpunkt die Lampen tatsächlich mit dieser Spannung betrieben werden,
und daß dieselbe demgemäß auch in der Spule 18 wirksam ist. Wenn sich jetzt die
Spannung an den Polen der Batterie 13 allmählich erhöht, so wächst auch die
in der Spule 18 wirksame Spannung entsprechend. Eine solche Steigerung der Spannung
- der Spule 18 verursacht eine Aufwärtsbewegung des Kernes i g entgegen der Wirkung
der Feder 34. Die Rolle 61 bewegt sich hierbei gegen das Ende der geneigten Fläche
des Nockens 43 hin, wodurch der Druckplatte 56 die Möglichkeit gegeben wird, sich
unter dem Einfluß der Wirkung der Federn 7o nach links zu bewegen und die Kohlensäule
15 vom Druck zu entlasten, was eine Vermehrung ihres Widerstandes zur Folge hat.
Eine solche Vermehrung des Widerstandes im Lampenstromkreis verursacht eine Senkung
der in der Spule 18 wirksamen Spannung, und die Bewegung des Kernes. i g hört auf,
sobald die Spannung auf den angenommenen Normalbetrag von 28 Volt zurückgegangen.
ist. Der Kern ig bleibt, wie oben beschrieben, in der neuen Lage stehen, bei welcher
der Widerstand der Säule 15 der neuen, höheren Spannung an den Polen der Batterie
entspricht, während die Spannung im Lampenstromkreis 28 Volt beträgt. Wenn umgekehrt
die Spannung an den Polen der Batterie ein wenig fällt, dann fällt auch die in der
Spule 18 wirksame Spannung und die Spannung des Lampenstromkreises um einen entsprechenden
Betrag. Ein solcher Spannungsfall in dem die Spule 18 erregenden Stromkreis gestattet
dem Kern i g, sich unter dem Zug der Feder 34 nach abwärts zu bewegen, wobei die
Rolle 61 an der geneigten Fläche des Nockens 43 in die flöhe läuft und den Druck
auf die Kohlensäule erhöht und auf diese Weise den Widerstand derselben verringert.
Diese Verminderung des Widerstandes der Kohlensäule stellt die auf die Spule 18
wirksame Spannung wieder her, und wenn die Spannung der Spule wieder den festgegesetzten
Normalwert angenommen hat, dann werden der Kern 19 und der Nocken q.3 in
derjenigen Lage gehalten, bis zu der sie sich bewegt hatten, um diese Änderung der
Spannung herbeizuführen. Auf diese Weise wird bei Änderung der Spannung an den Polen
der Batterie die Spannung im Lampenstromkreis auf im wesentlichen unveränderlicher
-Höhe gehalten.
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Die Fläche des Nockens 43, welche auf die Rolle 61 wirkt, kann so
gestaltet werden., daß sie genau die gewünschten Widerstandsänderungen in der Kohlensäule
hervorbringt, welche der Besonderheit der Batterie 13 entsprechen. Es ist wohl bekannt,
daß während der Entladung einer Sammlerbatterie die Spannung derselben nur allmählich
abfällt, bis ein Punkt nahe dem Ende der Entladung erreicht ist, worauf die Spannung
viel schneller abfällt und der schnelle Spannungsabfall anhält, bis die Batterie
voll ,entladen ist. Es kann daher gesagt werden, daß es zwei getrennte Phasen in
der Entladung der Batterie gibt, von welchen die erste diejenige ist, während welcher
die Spannung allmählich abfällt, und die zweite diejenige, während welcher die Spannung
mit größerer Schnelligkeit abfällt. Der Regulierapparat gemäß der Erfindung ist
nun besonders geeignet zur wirksamen Ausnutzung der Batteriespannung während der
zweiten Phase ihrer Entladung. Die Lampenspannung kann genau geregelt werden während
dieser zweiten Entladungsphase der Batterie, wobei die Lampenspannung im wesentlichen
unverändert erhalten wird, bis die Batteriespannung unter die gewünschte Spannung
heruntersinkt.
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Die Kurvenfläche des Nockens 43 besitzt zwei Abschnitte, von denen
der eine während der einen Entladungsperiode der Batterie und der :aridere während
der anderen Entladungsperiode in Berührung mit der Rolle 61 steht. Die Kurvenfläche
des Nockens von der unteren Nockenkante an bis etwa. zu einem Punkt 43b ist so igestaltet,
daß sie auf die Kohlensäule während der ersten Entladungsperiode der Batterie wirkt,
während welcher diel Batteriespannung allmählich abnimmt. Der Abschnitt der Nockenkurve
oberhalb des Punktes 43b ist darauf berechnet, den Druck auf die Kohlensäule während
der zweiten Entladungsperiode der Batterie zu regeln, bei welcher die Spannung rascher
abfällt. Solange die Batteri-.spannung hoch ist, wie es bei voller Ladung der Batterie
der Fall ist, befindet sich der untere Kurvenabschnitt des Nockens in Anlage mit
der Rolle 61. Während die Batteriespannung allmählich abfällt, bewegt sich der Nocken
43 nach abwärts, so daß die Rolle 61 die Schrägfläche heraufläuft und demgemäß den
Druck auf die Kohlensäule allmählich erhöht, wodurch der Widerstand im Lampenstromkreis
in dem Maße verringert wird, daß die Lampenspannung im wesentlichen konstant bleibt.
Sobald die Rolle 61 den Punkt 43b der Nockenkurve erreicht hat, ist die erste Entladungsperiode
der Batterie im wesentlichen beendigt, und die Batteriespannung beginnt rascher
abzufallen. In dem Punkt des Aneinanderstoßens der beiden Entladeperioden der Batterie
nähert sich die Batteriespannung der konstant
zu haltenden Lampenspannung,
und die Kohlensäule befindet sich bereits unter hoher Pressung. Wenn jetzt ' die
Spannung der Batterie weiter abfällt und der Nocken 43 fortfährt, sich nach abwärts
zu bewegen, dann kommt die Kurvenfläche des Nockens oberhalb des Punktes 43h in
Berührung mit der Rolle 61. Dieser Kurvenabschnitt besitzt nur noch eine sehr geringe
Neigung. Da die Kohlensäule zu diesem Zeitpunkt bereits unter starker Pressung steht,
so bewirkt bereits eine geringe Abwärtsbewegung des Nokkens auch bei der geringen.
Neigung der Kurvenfläche eine starke Drucksteigerung auf die Rolle 61 und gegen
die Kohlensäule. Da die Spannung der Batterie rasch abfällt, so wächst der durch
den Nocken auf die Kohlensäule unter dem Zug der Feder 34, welcher den Kern i9 .nach
abwärts bewegt, ausgeübte Druck schnell derart, daß bei Annäherung der Batteriespannung
an die konstant zu haltende Lampenspannung der Widerstand der Kohlensäule bis auf
einen beinahe zu vernachlässigenden Betrag gesunken ist. Auf diese Weise ist die
Reglung der Lampenspannung wirksam durchgeführt, im wesentlichen während der ganzen
für den Lampenbetrieb brauchbaren Entladungsdauer der Batterie und die Ladungsenergie
der Batterie auf die bestmögliche Weise ausgenutzt.
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Die Arbeitskurvenfläche des Nockens 43 kann so gestaltet werden, daß
eine außerordentlich genaue überwachung des Widerstandes der Kohlensäule in Abhängigkeit
von den Schwankungen der Batteriespannung erfolgt, so daß eine genaue Reglung der
Lampenspannung erzielt wird. Die Bewegungen des Kernes i9 werden unmittelbar auf
die Kohlensäule übertragen, so daß keine Leerlaufbewegung auftritt. Die Reglungsvorrichtung
besitzt, wie man erkennt, nur eine kleine Anzahl beweglicher Teile, welche so zusammenwirken,
daß sie den bestmöglichen Effekt hinsichtlich der Erzielung des gewünschten Ergebnisses
einer genauen Spannungsreglung ergeben. Außerdem ist die Anordnung der beweglichen
Teile zueinander so, daß die hohen Druckkräfte, welche bei der Bewegung der Apparatteile
auftreten, wirksan#,aufgenommen werden, ohne daß eine ungünstige Beanspruchung der
Teile eintritt und deren freie Bewegung gehemmt wird. Die Vorrichtung zeichnet sich
überhaupt durch eine gedrungene Bauart und zuverlässige Wirkungs, weise aus.
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Die Hauptbedeutung der Erfindung liegt vor allem darin, daß sie durch
besondere Formgebung der Kurvenfläche des Nockens ermöglicht, den individuellen
Charakteristiken der drei Kräfte: Federkraft 34, Magnetzugkraft i9 und Rückdruckkraft
der Kohlensäule 15, längs des gesamten Verschiebungshubes des Mechanismus Rechnung
zu tragen. Diese drei Kräfte müssen nämlich, den richtigen Wert der zu regelnden
Spannung vorausgesetzt, in allen Stellungen innerhalb des; Mechanismushubes einander
das Gleichgewicht halten. Bei den bisher bekannten Kräfteübertragungselementen derartiger
Reglungsvorrichtungen war kein Organ vorhanden, mit dem man die durch dieses Organ
bewirkte Kräfteübersetzung für jede Mechanismusstellung für sich wählen konnte.
Diese Möglichkeit ist durch die Kräfteübertragung vermittels einer beliebig wählbaren
Kurve gemäß der Erfindung gegeben.