Neues auf dem Gebiete der elektrischen Zugbeleuchtung. Von Ingenieur Fr. Bock-Charlottenburg. Neues auf dem Gebiete der elektrischen Zugbeleuchtung. Seit Einführung der elektrischen Zugbeleuchtungs. D. p. J. 1906, Bd. 321, S. 517. ist eine wesentliche Verbesserung auf dem Gebiete der Lampenfabrikation eingetreten, welche für die elektrische Zugbeleuchtung von außerordentlicher Bedeutung ist. Naturgemäß kann die Größe der auf den Wagen mitgeführten Dynamomaschinen und Batterien einen gewissen, ziemlich niedrig zu haltenden Betrag nicht überschreiten, einerseits, um übermäßige zusätzliche Belastungen der Wagenkonstruktionen zu vermeiden, anderseits, um nicht Anlagekosten zu erhalten, welche die Wirtschaftlichkeit gefährden würden. Infolgedessen ist es von Wichtigkeit, mit den verhältnismäßig kleinen Maschinen und Batterien einen möglichst großen Betrag von Licht zu erzeugen. Diese Möglichkeit wird durch die Einführung der Metallfadenlampen gegeben, welche gegenüber den Kohlenfadenlampen bei gleichem Energieaufwand eine etwa dreimal größere Lichtmenge zu erzeugen gestatten. Die seit längerer Zeit auf den französischen Staatsbahnen und auf den schweizerischen Bundesbahnen in größerem Umfange angestellten Versuche mit Metallfadenlampen haben durchaus günstige Resultate ergeben, und auch die vor kurzem von der Kgl. Eisenbahndirektion Berlin abgeschlossenen Untersuchungen über die Haltbarkeit und praktische Verwendung der Metallfadenlampen für die Beleuchtung von Eisenbahnwagen führten ebenfalls zu einem durchaus befriedigenden Ergebnis. Die Entfaltung größerer Lichtmengen wird der elektrischen Zugbeleuchtung aber geradezu aufgedrängt durch die hervorragenden Ergebnisse, welche in der Wagenbeleuchtung durch das Gas zu konstatieren sind. Eine ungenügende Menge von Licht würde in der Tat der einzige stichhaltige Grund sein, um die elektrische Beleuchtung gegenüber der Gasbeleuchtung zurücktreten zu lassen. Sobald aber dieser Grund durch Einführung der Metallfadenlampen ausgeschaltet wird, ist die elektrische Zugbeleuchtung unzweifelhaft einen bedeutenden Schritt vorwärts gekommen. Die Gasflammen brennen luftdicht abgeschlossen vom Abteil in den Glasglocken. Die Erfahrung hat nun gelehrt, daß die elektrische Zugbeleuchtung nach dem Einzelwagensystem durchgeführt werden muß. Selbstverständlich muß aber dabei jeder Wagen eine für sich abgeschlossene und unabhängige Einheit bilden, derart, daß seine Verwendungsweise nicht im mindesten durch Rücksichtnahme auf die Beleuchtung eingeschränkt werden darf, und daß auch keinerlei Regeln oder Einstellen erforderlich ist, je nach dem der Wagen in schnellen oder langsamen Zügen mit kurzer oder langer Beleuchtungsdauer verwendet wird. Diese Forderung der vollen Unabhängigkeit stellt aber an die Regelvorrichtungen hohe Anforderungen. Es ist daher zu begrüßen, daß neben der Verbesserung der Lampen als weiterer Eortschritt zu nennen ist: Eine Verfeinerung der Regelung zu dem Zwecke, die Beanspruchung der Akkumulatorenbatterien möglichst von allen Lieberanstrengungen zu befreien und so deren Lebensdauer zu vergrößern und die Wirtschaftlichkeit des Betriebes zu heben. Diesem Zwecke dient ein von der A.-G. Brown, Boverie & Cie. vor kurzem auf den Markt gebrachter neuer Regulierapparat, dessen Ausführung und Wirkungsweise im Nachfolgenden erläutert werden sollen. Einleitend sei daran erinnert, daß eine nach dem System genannter Firma ausgeführte Einzelwagen-Beleuchtung folgende Teile enthält: Textabbildung Bd. 325, S. 132 Fig. 1. A Regulator – D Dynamo – G Sammler. Eine Gleichstrom-Nebenschluß-Dynamo, welche von einer Wagenachse aus durch Riemen oder Ketten angetrieben wird, eine Akkumulatorenbatterie (Sammler), welche in Parallelschaltung mit der Dynamomaschine arbeitet, einen Regulierapparat, welcher die Aufgabe zu erfüllen hat, die von der Dynamo erzeugte elektrische Energie dem Sammler und dem Beleuchtungsstromkreis zuzuführen und zwar in der Art, daß unter allen Umständen die Lampen mit richtiger Spannung gespeist werden, daß der Sammler seine normalen Aufgaben der Ladung und Entladung ohne Ueberanstrengung erfüllen kann und daß das Ganze in wirtschaftlicher Weise ohne Energievergeudung arbeitet. Textabbildung Bd. 325, S. 132 Fig. 2. Gleichstrom-Nebenschlußmaschine der A.-G. Brown, Boverie & Co. Fig. 1 zeigt schematisch die Verbindung der vorgenannten Bestandteile unter sich und mit dem Beleuchtungsstromkreis. Die Dynamo Fig. 2 ist eine Gleichstrom-Nebenschlußmaschine einfacher Konstruktion. Sie wird am Wagenrahmen oder am Drehgestell pendelnd aufgehängt. Die Spannung des für den Antrieb gewöhnlich verwendeten Riemens wird entweder durch das eigene Gewicht oder durch Federn bewirkt. Da die Dynamo in beiden Fahrtrichtungen Strom abgeben muß, so ist eine Umstellung der Stromabnehmerbürsten angebracht, welche selbsttätig bei jedem Wechsel der Fahrtrichtung die zur Stromabgabe erforderliche Bürstenstellung herbeiführt. Die Lager sind mit Ringschmierung ausgeführt. Die Maschine ist staubdicht abgeschlossen und bildet infolge ihrer einfachen und starken Bauart einen Ausrüstungsbestandteil, welcher sehr geringe Wartung und, wie auf Grund der bereits im Betriebe befindlichen etwa 2000 Stück festgestellt werden kann, nur geringe Aufwendungen zur Instandhaltung erfordert. Der Sammler hat den Zweck zu erfüllen, während des Stillstandes der Züge die Beleuchtung aufrecht zu erhalten. Die Größe ist daher in erster Linie von der Dauer dieses Aufenthaltes abhängig; sie wird gewöhnlich so bemessen, daß während 7–10 Stunden die Leistung des Sammlers ausreicht. Der Sammler besteht aus einer entsprechend der Spannung bestimmten Anzahl Elemente, welche, in Gruppen vereinigt, in Holzkasten untergebracht werden, derart, daß diese ohne wesentliche Hilfsmittel in den oder in die an der Längsseite des Wagens angebrachten Behälter eingeschoben werden können. Textabbildung Bd. 325, S. 133 Fig. 3. Schaltungsschema zur elektrischen Zugbeleuchtung. D Dynamo; G Sammler; Beleuchtungskrcis: F Lampen; S Schalter; Umschalter: P Umschaltspule; J Vorschaltwiderstand; C Schalthebel; Spannungsregler: E Nebenschlusswiderstand; Q Stromschließer; O Drehspule; Z Feder; H Magnetfeld; M Hauptwicklung; A Lichtstromwicklung; B Ladestromwicklung; Reduktionsschalter: R Vorschaltwiderstand; T Kontakt; U Abschaltspule; L Lichtstromspule; V Kurzschlusskontakte; L' B' E' D' N' Klemmen an Apparat. Der Regulierapparat hat in erster Linie den Zweck, die je nach der Fahrgeschwindigkeit verschiedene Spannung der Gleichstrommaschine zu regeln, daß einerseits der Sammler aufgeladen, andererseits der Lampenstromkreis gespeist werden kann. Beim Anfahren des Zuges erregt sich die Dynamomaschine und zwar dank der früher erwähnten Bürstenumstellvorrichtung in jeder der beiden Fahrtrichtungen. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt die Spannung. Wenn sie den für die Sammlerladung oder für die Lampenspeisung erforderlichen Betrag erreicht hat, so wird durch einen selbsttätigen Schalter P (Fig. 3) die Maschine auf die Batterie und auf den Lampenstromkreis geschaltet. Bei weiterer Steigerung der Geschwindigkeit würde die Dynamomaschine eine immer höhere Spannung abgeben. Dies muß verhindert werden und zwar geschieht dies durch Einschalten von Widerstand in den Nebenschlußstromkreis. Die Widerstandsspiralen sind in Fig. 3 mit E bezeichnet. Die selbsttätige Einschaltung geschieht durch den Regler H, welcher den Stromschließer Q über eine Anzahl, den einzelnen Widerstandsstufen entsprechende Kontakte abwälzt und dadurch deren Ein- und Ausschaltung bewirkt. Der Regler H besteht aus einem Magnetfeld, in welchem die Spule O drehbar gelagert ist. Das Magnetfeld wird in erster Linie erzeugt von der im Nebenschluß zu der Dynamomaschine gelegenen Wicklung M. In zweiter Linie wird es gebildet durch die vom Sammlerstrom durchflossene Wicklung B, welche im gleichen Sinne wirkt wie M. Eine dritte Wicklung A wird vom Beleuchtungsstrom durchflössen und wirkt den vorgenannten Wicklungen M und B entgegen. Das durch die vereinigte Wirkung der Wicklungen M und B oder M und A erzeugte Magnetfeld übt auf die Drehspule O ein Drehmoment aus, welchem die Feder Z entgegenwirkt. Diese ist so bemessen, daß sie eine konstante Zugkraft ausübt. Wie dieses konstante, mechanische Drehmoment durch das elektrische Drehmoment auf die Drehspule im Gleichgewicht gehalten wird und wie die Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichtszustandes für die Regelung, besonders für die Veränderung des Nebenschlußwiderstandes benutzt wird, erhellt am verständlichsten aus der Betrachtung verschiedener Betriebsfälle. Die Ansprüche, welche an das Zugbeleuchtungssystem gestellt werden, sind sehr verschieden, je nachdem es sich um langsam oder schnellfahrende Züge, um Tagesfahrten oder Nachtfahrten handelt. Die zwei äußersten Fälle sind folgende: 1. Es werde ein Schnellzug vorausgesetzt, welcher mit großer Geschwindigkeit, mit wenigen Stationsauf enthalten und am Tage, d.h. ohne wesentlichen Lichtverbrauch fährt. 2. Es werde ein langsamfahrender Zug vorausgesetzt, welcher an vielen Stationen anhält und in der Nacht fährt, d.h. bei großem Lichtverbrauch. Im ersten Fall hat die Dynamo, nachdem sie den Sammler vollständig aufgeladen hat, keinen Strom mehr abzugeben und die Wirkung des Regulierapparates muß dahin gehen, eine solche Stromabgabe zu verhindern, da eine weitere Einführung von Strom in den bereits geladenen Sammler für diesen schädlich sein würde. Die Dynamomaschine muß also nur wenig elektrische Energie erzeugen und zwar unter den erschwerenden Umständen, daß ihre Betriebszeit infolge der wenigen Stationsaufenthalte eine lange ist und daß sie infolge der großen Fahrgeschwindigkeiten mit großer Umdrehungszahl läuft. Im zweiten Fall muß die Dynamomaschine nicht nur den Sammler stets in geladenem Zustande halten, sondern sie muß auch während der Fahrt unmittelbar die Speisung der Lampen überehmen. Die Maschine muß also sehr viel elektrische Energie erzeugen, da unbedingt verhindert werden muß, daß sich der Sammler übermäßig entladet, weil er hierdurch, ebenso wie durch eine übermäßige Ladung, Schaden nimmt. Die Erzeugung der elektrischen Energie geschieht unter ungünstigen Verhältnissen, weil die Betriebszeit der Dynamo infolge der vielen Anhalte kurz ist und weil ihre Geschwindigkeit infolge der geringen Fahrgeschwindigkeit klein ist. Im ersten Fall arbeitet der Regulierapparat wie folgt: Nachdem die Dynamomaschine infolge der gesteigerten Geschwindigkeit eine gewisse Spannung erreicht hat, tritt in der Drehspule O ein Drehmoment auf, welches den Stromschließer zunächst um einen Kontakt vorwärts bewegt. Hierdurch wird der Strom durch das Solenoid P geleitet, welches seinen Anker anzieht und dadurch den Sammler parallel zur Dynamomaschine schaltet. In diesem Moment durchfließt ein von dem Spannungsunterschied zwischen der Dynamomaschine und dem Sammler abhängiger Strom die Windungen B des Regulierapparates, wodurch dessen Feld verstärkt wird. Da nun das Feld stärker geworden ist, das Federdrehmoment aber konstant bleibt, so muß die Drehspule eine Bewegung ausführen, welche benutzt wird, um Nebenschlußwiderstand vorzuschalten, wodurch die Spannung der Dynamomaschine D verringert und das von den Wicklungen M herrührende Feld des Regulierapparates, sowie die Stromstärke in der Drehspule O geschwächt werden. Wenn inzwischen infolge von Aenderungen der Fahrgeschwindigkeit die Dynamospannung geändert wird, so arbeitet der Regulierapparat wieder durch Vor- oder Abschaltung von Nebenschlußwiderstandsstufen auf Konstanthaltung der Dynamospannung und der Ladestromstärke hin, indem wieder das durch die M-Wicklung bedingte Feld und die die Stromspule durchfließende Stromstärke so eingestellt worden, daß das magnetische Drehmoment dem konstanten Federmoment das Gleichgewicht hält. Mit zunehmender Ladung des Sammlers steigt dessen Spannung. Infolgedessen sinkt der die Wicklungen B durchfließende Strom. Dies bedingt eine Schwächung des Magnetfeldes des Regulierapparates, und um dem konstanten Federdrehmoment ein gleich großes elektrisches Drehmoment entgegensetzen zu können, muß eine Steigerung des die Windungen M durchfließenden Stromes stattfinden, d.h. die Drehspule bewirkt eine Erhöhung der Dynamospannung durch Abschalten von Nebenschlußwiderstand. Wenn diese Spannungserhöhung eine gewisse, der vollständigen Sammlerladung entsprechende Größe erreicht hat, zieht das Solenoid b seinen Anker an, wodurch ein zum Solenoid im Nebenschluß liegender, einen konstanten Vorschaltwiderstand enthaltener Stromkreis geschlossen wird. Hierdurch wird der gesamte Widerstand des strichpunktierten Stromkreises verringert, der die Drehspule durchfließende Strom steigt an, ebenso verstärkt sich das von den Windungen M herrührende Feld und die Gleichgewichtslage der Drehspule O wird gestört; infolgedessen dreht sie sich im Sinne einer Einschaltung von Vorschaltwiderstand behufs Verringerung der Dynamospannung. Der zum Solenoid U im Nebenschluß liegende Widerstand ist so bemessen, daß die Spannung, auf welche sich die Dynamo einstellt, der Ruhespannung des Sammlers entspricht, so daß also für letzteren weder Ladung noch Entladung stattfindet. Dieser Zustand bleibt aufrecht, unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Zuges, weil die durch die Fahrgeschwindigkeitsänderung bedingte Spannungsänderung der Dynamo durch Zu- oder Abschalten vom Widerstand immer wieder ausgeglichen wird. Für den zweiten Fall sei angenommen, daß der Lichtausschalter S geschlossen ist, d.h., daß die Lampen brennen. Während des Stillstandes auf der Station erfolgt die Speisung unmittelbar von dem Sammler aus. Da der Lichtstromkreis geschlossen ist, so hat das Solenoid L seinen Anker angezogen und einerseits den Kontakt mit T hergestellt, andererseits die Ueberbrüekung bei V bewirkt. Der vom Sammler gelieferte Strom fließt daher durch die Ueberbrüekung V über C und L zu den Lampen, während einerseits die Wicklungen B, andererseits die Wicklungen A des Regulierapparates, sowie der letzteren vorgeschaltete konstante Widerstand J im Nebenschluß liegen und nur unbedeutende Strommengen führen. Beim Anfahren des Zuges und Steigen der Spannung der Dynamomaschine bewirkt wie bei Fall 1 bei einer gewissen Spannung der Regler das Funktonieren des Magneten P, wodurch die Dynamomaschine zum Sammler parallel geschaltet wird. Gleichzeitig werden die Wicklungen A und der Vorschaltwiderstand J in den Beleuchtungsstromkreis eingeschaltet, zu dem Zwecke, die Spannung an der Dynamomaschine zu erhöhen, daß diese die Lieferung des Beleuchtungsstromes übernimmt und der Sammler nicht mehr in Anspruch genommen wird. Diese Spannungserhöhung wird so bemessen, daß die Dynamomaschine außer der Deckung des gesamten Beleuchtungsstroms noch Strom liefert, um den durch den Stationsaufenthalt geschwächten Sammler aufzuladen. Die zur Erhöhung der Dynamospannung benutzte Wicklung A schwächt das von der Wicklung M erzeugte Feld, infolgedessen dreht sich die Drehspule im Sinne einer Ausschaltung vom Nebenschlußwiderstand, womit die gewünschte Einstellung der Dynamo auf höhere Spannung erzielt wird. Gleichzeitig muß aber die weitere Bedingung erfüllt werden, daß die Spannung an den Lampen konstant gehalten wird. Dies geschieht durch den Vorschaltwiderstand J, welcher einen künstlichen Spannungsverlust herbeiführt. Die Wicklungen A und der Vorschaltwiderstand J ergeben ohne weiteres auch die wertvolle Möglichkeit, die Beleuchtung ganz nach Belieben, einzeln oder in Gruppen oder als Ganzes ein- und auszuschalten, ohne daß sich die Lampenspannung unzulässig ändert. Die Abschwächung des Feldes durch die Wicklungen A ist der Stromstärke, d.h. der Anzahl der eingeschalteten Lampen proportional, infolgedessen ist auch die durch Abrollen des Segmentes bewirkte Erhöhung der Dynamospannung der Lampenzahl proportional. In dritter Linie endlich ist der Spannungsverlust in dem Vorschaltwiderstand J der Stromstärke, d.h. der Lampenzahl proportional, so daß alle die Spannung an den Lampen bedingenden Faktoren in gleicher Weise verändert werden. Textabbildung Bd. 325, S. 134 Fig. 4. Spannungsregler der A.-G. Brown, Boverie & Co. Die vorstehend geschilderte Beleuchtungsweise, abwechselnd durch den Sammler (während der Haltezeiten) oder direkt durch die Dynamomaschine (während der Fahrt) geht weiter, solange die Beleuchtung überhaupt erforderlich ist. Voraussetzung für das richtige Zusammenarbeiten ist, daß die Dynamomaschine überhaupt dazu kommt, Strom abzugeben, d.h. daß die Fahrgeschwindigkeiten nicht unter eine gewisse Grenze sinken. Die Dynamo ist aber so eingerichtet, daß schon bei 25 km Fahrgeschwindigkeit die volle Spannung abgegeben werden kann, d.h. bei einer Geschwindigkeit, welche sogar bei Nebenbahnen immer überschritten wird. Da außerdem die Dynamos so bemessen werden, daß sie das Doppelte des für die Beleuchtung erforderlichen Stromes abgeben, d.h. den Sammler wirksam aufladen können, so wird durch jahrelange Erfahrungen konstatiert, daß selbst am Ende einer ungünstigen Nachtfahrt sich die Sammler noch stets in gut geladenem Zustande befinden. Wenn die Beleuchtung abgeschaltet wird, so treten die Wicklungen A und der Magnet L außer Tätigkeit und es stellt sich wieder der für den ersten Fall beschriebene Zustandein. Textabbildung Bd. 325, S. 135 Fig. 5. Elektrische Zugbeleuchtung, System B. B. C. Aufladung eines vollständig entladenen Sammlers außer der Beleuchtungszeit. Dynamo Mod. C. 36–45 Volt, 25 Amp, Sammler S. B. B. 18 Elemente von 105 Amp./Std. Nachdem in Vorstehendem die Wirkungsweise des Regulierapparates in ihren Hauptzügen beschrieben worden ist, möge noch auf dessen konstruktive Ausführung hingewiesen werden, welche für die praktische Brauchbarkeit in erster Linie maßgebend ist. Als hauptsächlichste Neuerung ist die Abstufung des Nebenschlußwiderstandes durch Walzenkontakte Q (Fig. 4) zu bezeichnen. Die Enden der Widerstandsspiralen werden zu auseinandergereihten Kontaktstücken geführt, welche keilförmig ausgedreht sind, so daß sich das Kontaktstück Q mit gleichzeitiger Zentrierung darin abwälzen kann. Auf diese Weise wird eine sehr leichte Beweglichkeit und daher eine große Empfindlichkeit erzielt, ohne daß zu der Einleitung der Bewegung bedeutende Kräfte erforderlich wären. Die Zuverlässigkeit der Kontaktbildung und die Dauerhaftigkeit dieser Konstruktion, deren Berührungsflächen zur Vermeidung von Oxydation aus Silber gefertigt werden, sind durch lange Erfahrungen bestätigt. Die in Fig. 4 sichtbare Scheibe S dient zur Dämpfung. Wie aus der Abbildung hervorgeht, nimmt der ganze Regulierapparat, welcher alle in dem Schaltungsschema (Fig. 3) aufgeführten Apparate enthält, nur einen geringen Raum ein. Er kann bequem im Innern des Wagens untergebracht werden. Wenn der Apparat nicht richtig arbeitet, so soll vom Zugbegleitbeamten keine weitere Untersuchung vorgenommen werden, sondern der Apparat ist als Ganzes abzunehmen und durch einen anderen zu ersetzen, genau in gleicher Weise, wie es beispielsweise mit Messinstrumenten, Zählern und dergleichen üblich ist. Es sei noch hervorgehoben, daß die Empfindlichkeit des Apparates infolge seiner durchdachten Konstruktion eine sehr große ist; sie beträgt ± 1 v. H. Textabbildung Bd. 325, S. 135 Fig. 6. Elektrische Zugbeleuchtung, System B. B. C. a c e Fahrt mit vollem Lichtverbrauch – f Fahrt mit reduziertem Lichtverbrauch – b d Halt – g Entladung bei Stillstand. Aufladung eines vollständig entladenen Sammlers während der Beleuchtungszeit Dynamo Mod. C. 36–45 Volt 25 Amp. Sammler S. B. B. 18 Elemente von 105 Amp./Std. Als besonders wertvolle Eigenschaft des vorbeschriebenen Zugbeleuchtungssystems ist zu erwähnen, daß die genaue Wirkung des Regulierapparates erlaubt, auch ohne Sammler zu beleuchten. Diese Eigenschaft ist von Wert, beispielsweise, wenn während der Fahrt eine Sammlersicherung durchgeht. Während des Aufenthaltes auf den Bahnhöfen muß natürlich die Notbeleuchtung eingeschaltet werden, während der Fahrt bleibt aber die normale elektrische Beleuchtung aufrecht erhalten, während bei anderen Zugbeleuchtungssystemen bei einem Sammlerschaden die elektrische Beleuchtung überhaupt außer Benutzung gesetzt werden muß. In Fig. 5 und 6 ist dargestellt, in welcher Weise das Aufladen eines vollständig entladenen Sammlers erfolgt und zwar bei einer Fahrt ohne Lichtverbrauch Fig. 5 und bei einer Fahrt mit Lichtverbrauch Fig. 6.