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Transformator mit angebautem Unterbrecher zum Anschluß von Spielzeugeisenbahnen
u. dgl. an Starkstromleitungen Die Apparate für den Anschluß von elektrischen Spielzeugeisenbahnen
an die Lichtleitung müssen bekanntlich so ausgeführt sein, daß zwischen der Starkstromseite
und der Schwachstromseite keine leitende elektrische Verbindung besteht und daß
der Schwachstrom erdschlußfrei und von einer geringen Spannung, etwa 2o Volt, ist.
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Bei vorhandenem Wechselstrom in der Lichtleitung sind diese Forderungen
leicht durch einen entsprechend konstruierten kleinen Wechselstromtransformator
zu erfüllen. Bei vorhandenem Gleichstrom war man bisher allgemein darauf angewiesen,
rotierende Umformer nach Art der Einankerumformer, bei welchen auf dem Anker zwei
elektrisch getrennte Wicklungen angebracht sind, zu verwenden. (Vgl. hierzu die
V.D.E.-Vorschriften, Abs. 27, § 6). Diese rotierenden Umformer Kindern als Spielzeug
in die Hand zu geben, ist an sich bereits nicht ganz ohne Bedenken. Außerdem erfordert
die Wartung der Kollektoren und der Lager der Maschine bereits ein gewisses Verständnis,
und nicht zuletzt ist der Preis, den diese Maschinen notwendigerweise kosten müssen,
so teuer, daß oft die Anschlußmaschine bedeutend mehr kostet als die gesamte Eisenbahn.
Zu diesem allen hat der Händler, welcher die Eisenbahnen verkaufen will, stets genau
darauf zu achten, welche Stromart seine Kundschaft hat: _ Diese Mängel sollen nun
durch die in folgendem beschriebene Schaltung eines Anschlußapparates beseitigt
werden.
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Die Zeichnung zeigt die Schaltung und die Wirkungsweise des Apparates.
Benutzt wird ein Transformator mit ringförmigem Eisenkern A aus isolierten Blechen.
Auf diesem Kern sitzen zwei Primärspulenhälften B und C, die zusammenwirken wie
eine in ihrer Mitte (bei 3) angezapfte und dort mit der Rückleitung verbundene Spule.
An die Spulenhälfte B schließt sich noch eine weitere Zusatzspule C an. Die Erzeugung
der Sekundärströme F geschieht in bekannter Weise durch Induktion aus dem Kraftlinienfluß
des Kerns.
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Die Anschlußklemmen r, 2, q. sind zwecks besserer Übersicht als einfacher,
einpoliger Umschalter gezeichnet.
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Zunächst sei die Wirkungsweise bei vorhandenem Wechselstrom erläutert.
Der Wechselstrom tritt bei r in den Apparat ein, geht über 2 in die Zusatzspule
D, weiter in die mit der Zusatzspule verbundene Spule B und verläßt den Apparat
bei 3. Hierbei werden in der Spule F in bekannter Weise die Sekundärströme hervorgerufen.
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Bei vorhandenem Gleichstrom wird der Umschalter umgelegt, so daß der
Gleichstrom von z über :I nach einem beliebigen Pendel-, Feder- oder ähnlichen einfachen
Unterbrecher geht, der den von 4 resp. 5 kommenden
Gleichstrom abwechselnd
einmal über 6 und einmal über x leitet. Der Antrieb dieses Pendels erfolgt in bekannter
Weise durch eine Magnetspule E. Der von 5 kommende Gleichstrom geht über 6 in die
Spule E und in die Spule B. Der gemeinsame Austritt des Gleichstromes ist wiederum
bei 3. Geht der Gleichstrom von 5 nach 7, so läuft er durch die Spule C und verläßt
wiederum bei 3 den Apparat. Diese Bewegung der Unterbrechervorrichtung durch den
Magneten E ist allgemein bekannt.
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G ist ein Kondensator, der am Anfang und Ende von C und B liegt, H
ein Kondensator, der zwischen 5 und 6 liegt. Selbstverständlich kann an Stelle der
beiden Kondensatoren ebensogut ein Einzelkondensator mit Anzapfung verwendet werden.
Ebenso können die Spulen B und C als eine einzige Spule angesehen werden, die im
elektrischen Mittelpunkte angezapft ist, also bei 3.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung entspricht zum Teil
denjenigen Apparaten, welche in der Telegraphie als Polwechsler bekannt und vielfach
zu Anrufzwecken in Benutzung sind.
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Man kann den Umschalter 5, 6, 7 beispielsweise so ausführen, daß die
Stellen 6 und 7 rechts und links auf einem in der Mitte aufgehängten Stahlmagneten
sitzen, der durch einen darunter befindlichen Elektromagneten mit zwei Polen gleicher
Benennung mit Hilfe eines Wechselstromes in Bewegung gesetzt wird. Diesen schwachen
Hilfswechselstrom, der nur eine sehr geringe VA-Leistung zu haben braucht, kann
man in einfacher Weise ebenfalls aus dem gleichen Gleichstromnetz erzeugen. Oder
man kann dem gezeichneten Magneten E auf der anderen Seite eine zweite Feder vorsetzen
und den Magneten so schalten, daß durch diese Hilfsfeder der Strom der Lichtleitung
regelmäßig wie bei einem elektrischen Summer z. B. unterbrochen wird. Durch diesen
damit unterbrochenen Magnetismus kann man dann die an 5 sitzende Feder z. B. mit
der Hilfsfeder in synchrone Schwingungen bringen und dann auf diese den Strom schalten,
der durch den eigentlichen Apparat geht. Von allen diesen Vorrichtungen ist die
gezeichnete Figur eine in der Konstruktion vereinfachte Ausführung, die neben der
Vereinfachung auch den Vorteil der höheren Betriebssicherheit hat. Im Gegensatz
zu der Dimension einer gewöhnlichen Summerspule für die gleiche Spannung muß die
Magnetspule F. in ihrer zu berechnenden Stärke einem Elektromagneten für ununterbrochenen
Stromdurchfluß entsprechen. Dieses wird durch die durch die eigentümliche Kondensatorschaltung
auftretenden Ausgleichströme bedingt. Im weiteren muß der Querschnitt der Summerwicklung
auch in einem bestimmten Größenverhältnis zu dem Querschnitt der Wicklung der parallel
geschalteten, auf dem geschlossenen Eisenkern sitzenden Spule B stehen, da andernfalls
ein Betreiben des Apparates durch die auftretende Saugwirkung ausgeschlossen wird.
(Über Saugwirkung ist z. B. zu vergleichen E. A r n o 1 d , Wechselstromtechnik,
Band a, Transformatoren, S. 431, Saugtransformatoren.) Der Kondensator G dient in
bekannter Weise generell zur Funkenlöschung für die Spulen B und C und dürfte hieran
nichts weiter zu erläutern sein. Dagegen übt der zwischen 5 und 6 sitzende Kondensator
in diesem Schwingungskreise eine sehr wichtige Funktion aus, durch welche die Inbetriebnahme
des Apparates überhaupt erst ermöglicht wird. Grundsätzlich ist beim Inbetriebsetzen
derartiger einfacher Unterbrechervorrichtungen stets ein gewisses mechanisches Trägheitsmoment
vorhanden, nämlich bei den Stellen 5, 6, 7. Da die Wicklung von B nur aus wenigen
Windungen eines verhältnismäßig dicken Drahtes besteht, so würde beim Einschalten
des Gleichstromes ohne weiteres ein Kurzschluß entstehen, wenn die Trennung bei
6 und die Aufnahme der Belegungen des Kondensators G nicht schnell genug erfolgen
kann, was stets der Fall ist, sobald die magnetischeInduktion durch sekundäre Belastung
verschoben ist. Diesen auftretenden Anlauffunken nimmt der Kondensator H zum größten
Teil auf bzw. bringt diesen zum Erlöschen, ehe durch Ionisation der Luftstrecke
zwischen 5 und 6 ein stehender Lichtbogen sich bilden kann. Die Größe dieses Kondensators
H ist direkt abhängig und proportional der Leistungsabgabe in der sekundären Spule
F des Transformators, während es nicht zu erreichen ist, diese Wirkung mit dem Funkenlöschkondensator
G zu erzielen. Fehlt der Kondensator H, so bildet sich beim Schließen des Stromkreises
der Spule F zwischen 5, 6, 7 trotz des Kondensators G ein stehender Lichtbogen.
Durch Zwischenschalten und richtige Bemessung von H kann man es dagegen mit Leichtigkeit
ohne weiteres so weit bringen, daß die Spule F direkt an ihren Enden kurzgeschlossen
werden kann, ohne daß sich hierbei trotz der sehr hohen primären Aufnahme aus dem
Gleichstromnetz irgendwelche Funken zeigen, die den beschriebenen einfachen Stromunterbrecher
beschädigen könnten. Sofort nach Aufhören des Kurzschlusses der Spule F geht der
Apparat ohne weiteres wieder normal weiter.
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Durch den entgegengesetzt gerichteten Wickelsinn der Spulen C und
B wird in bekannter Weise erreicht, daß die Amplitude
des in der
Sekundärspule F induzierten Stromes gleiche Höhe oberhalb wie unterhalb der Nullinie
hat. Die Zusatzspule D, welche mit etwa ein Viertel der Windungszahl von B gewickelt
ist, ist erforderlich, um den rechnerischen Unterschied der Induktionsleistung des
Wechselstromes gegenüber dem Gleichstrom auszugleichen.
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Gemäß den neuesten Vorschriften des V.D.E. ist es erforderlich, daß
bei einem eintretenden Kurzschluß auf der Sekundärseite der Strom abgeschaltet wird.
Bei dem hier beschriebenen Apparat kann nun die. Streuung des ringförmigen Eisenkernes,
auf dem die Sekundärspule sitzt, dazu benutzt werden, um bei überlastung einen Selbstschalter
auszulösen. Ob dabei der Primär- oder Sekundärstrom unterbrochen wird, ist einerlei.