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Unterbrecher für elektrische Starkströme.
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zeit verringert, so wächst der Durchschnittsstrom bis zur vollen Stromstärke an. Der synchron um- laufende mechanische Kontaktgeber kann für beide Fälle benutzt werden, so dass lediglieh durch Verschiebung der Bürste auf dem mechanischen Kontaktgeber einmal der Apparat als Anlasser und, nachdem die Bürste ihre Endstellung erzielt hat, als Gleichrichter arbeiten kann.
Der synchron rotierende mechanische Kontaktgeber bietet aber auch noch den Vorteil, dass er die Stromschlusszeit von der Eintauchzeit der Elektrode unabhängig macht : Soll die Eintauchzeit sehr kurz sein, dann ist der Ein-und Austauchwinkel der Elektrode aus dem Elektrolytsumpf annähernd Null, und die Tropfenbildung verursacht leicht bei der ausserordentlichen Strombelastung ein Funken der austauehenden Elektrode. Wenn man aber die Elektrode tiefer eintauchen lässt, so bestimmt dann der Ein-und Austauchwinkel in Verbindung mit der Drehgeschwindigkeit die Stromsehlussdauer. Es ergibt sieh also eine gewisse Abhängigkeit zwischen dem Ein-und Austauchwinkel einerseits und der Stromschlusszeit in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit anderseits.
Gleiche Verhältnisse treten auch auf, wenn der Stromschluss durch einen Elektrolytstrahl bewirkt wird. Auch hier ermöglicht der synchron rotierende mecha- nische Kontaktgeber die Unabhängigkeit der Stromsehlusszeit von der Eintauchtiefe der Elektrode.
Durch die Parallelschaltung bzw. Seriensehaltung des mechanischen Kontaktgebers und der Ele1.'irolytunterbrechungsstelle ist es also möglich, unabhängig von dem Eintauehwinkel und unab-
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ausserordentlich scharfe, präzise Stromschlussperioden von ganz oenemger zeenaauer zu erzielen. Be der Stromumformung gemäss der Erfindung sind die Verluste wesentlich reduziert, so dass der Wirkunggrad der Stromumformung ausserordentlich hoch ist. Hinzu kommt, dass infolge des parallel laufenden, mechanischen Kontaktgebers die Erwärmung des Elektrolyten und im Zusammenhang damit eine eventuelle Schaumbildung so gut wie ausgeschlossen ist.
Die Wirkungsweise des Apparates ist die denkbar einfachste. Wenn man den Apparat einschaltet, hat man zunächst die rotierende Elektrode oder den rotierenden Elektrolytstrahl in Gang zu setzen und die Bürste auf dem Schleifring so zu verstellen, dass die Stromschlusszeit des rotierenden Schleif-
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annähernd gleich Null. Man braucht alsdann nur die Bürste im Sinne der Rotation der Elektrode zu verschieben und kann auf diese Weise den Strom beliebig bis zur halben Stromstärke regeln und durch Einschaltung eines weiter unten beschriebenen zusätzlichen Hilfskontaktes den Strom bis zur vollen Stromstärke regeln. Die Abschaltung erfolgt umgekehrt wiederum durch Zurückführen der Bürste in die Anfangsstellung.
Will man den Apparat zur Gleichrichtung benutzen, dann wird die Bürste auf dem Schleifring so eingestellt, dass sie kurz vor der elektrolytischen Stromunterbrechung den Schleifring verlässt und auf diese Weise die Stromleitung an die Elektrolytstrecke abgibt. Massgebend ist in allen Fällen, dass die Stromunterbrechung stets zu Lasten der Elektrolytstreeke geht. Dabei ist es gleichgültig, ob die Elektrolytunterbrechungsstelle aus einer Elektrode besteht und in einem Elektrolytsumpf eintaucht oder ob ein Elek-trolytstrahl auf eine Elektrode auftrifft.
Die Erfindung erstreckt sich auf alle solche Elektrolytunterbrechungsstellen, gleichgültig, wie sie konstruktiv ausgebildet sind.
Auf der Zeichnung ist der Unterbrecher in dem Ausfuhrungsbeispiel erläutert, bei welchem der mechanische Kontaktgeber auf der umlaufenden Welle angeordnet ist, welche eine rotierende Elektrode trägt, die durch den Elektrolytsumpf hindurchsehlägt.
Fig. 1 zeigt den Elektrolytunterbrecher in einem Schnitt parallel zur Achse. Fig. 2 ist eine Seitenansicht von der Schleifringseite aus gesehen, wobei der Schleifring im Schnitt dargestellt ist. Die Elektroden sind schematisch angedeutet. Fig. 3 ist ein Schema der Stromschluss- und Stromunterbrechungs-
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brechungsstelle.
In Fig. 1 bedeutet a die Welle der rotierenden Elektrode b, welche in den Elektrolyten (1 ein- und austaueht. h ist die feststehende Gegenelektrode. Die Elektrodenwelle a trägt einen halben Schleifring d, auf welchem die Bürste e gleitet und einen zweiten halben Schleifring D, auf welchem die Bürste E gleitet. Die Elektrode b und der Teilsehleifring D sind von der Achse a durch Isolierung getrennt. Dagegen ist der Schleifring d durch eine isolierte Leitung t mit der Elektrode b leitend verbunden. Der Teilschleifring D ist mit der Achse a und dem Gehäuse durch eine leitende, nicht dargestellte Verbindung innerhalb des isolierenden Kollektors IF leitend verbunden.
Der Strom kann nach Fig. 1, wenn der
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und die Gegenelektrode 7t durch das Gehäuse zu der Leitung i dem Nutzwiderstand k zum Minuspol gelangen. Die Unterbrechung dieses Stromkreises kann einmal durch Ablaufen der Bürste e von dem Teilschleifring d auf mechanischem Wege erfolgen, dann aber auch durch Austauehen der Elektrode b
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Wird der Schalter s nach s'umgelegt, dann geht parallel zu dem vorbesehriebenen Stromkreis ein zweiter Strom von dem Pluspol über den Schalter in seiner Schlussstellung s'über die Bürste B,
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In der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, bei welcher die mechanische Unterbrechungsstelle (1, e mit der Elektrolytunterbrechungsstelle g, b, h in Serie liegt, währt die Stromschlusszeit der Unter- brechungsstelle d, e von dem Auflaufen der Bürste e auf den Schleifring d, bis die Bürste in der punktiert gezeichneten Stellung e'den Schleifring d verlässt. Bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Achse ist also die Stromschlusszeit genau festgelegt und unveränderlich und hängt von der Länge des Teil- sehleifkontaktes d und der Bürstenbreite ab.
An der zweiten in Serie geschalteten Unterbrechungsstelle b, 71 beginnt der Stromschluss in der Stellung der Elektrode b", sobald die Elektrode in den Elektrolyten eintaucht und dauert, bis die Elektrode b in der Stellung b'aus dem Elektrolyten austaucht. Bei unveränderlichem Niveau des
Elektrolyten und gleicher Drehgeschwindigkeit der Achse a ist auch die Stromschlusszeit immer voll- ständig gleich.
Obwohl die beiden Unterbrechungsstellen d, e und b, g, h vollständig unveränderliche
Stromschlusszeiten aufweisen, ist es doch möglich, eine beliebig veränderliche resultierende Strom- schlusszeit zu erhalten, indem die beiden unveränderlichen Stromschlusszeiten in der Phase gegenein- ander verschoben werden, so dass der endgültige wirkliche Stromschluss nur dann erfolgt, wenn die beiden
Unterbrechungsstellen d, e und b, g, h gleichzeitig beide geschlossen sind. Diese Relativverschiebung der beiden in Serie geschalteten Unterbreehungsstellen wird in einfachster Weise dadurch erzielt, dass man die Bürste e in der Drehriehtung oder entgegengesetzt der Drehrichtung verschiebt.
Bei der Ver- schiebung der Bürste e in der Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung bleibt die Stromschlusszeit immer dieselbe, aber der Anfangspunkt der Stromschlusszeit erfolgt früher, wenn die Bürste entgegen der Drehrichtung der Achse verschoben wird, und dementsprechend wird auch um so früher der Strom durch Ablaufen der vorgeschobenen Bürste e von dem Schleifring d unterbrochen. Durch die Verschiebung der Bürste wird also die Dauer der Stromschlusszeit nicht geändert, wohl aber der Beginn und das Ende der Stromschlusszeit früher oder später verlegt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Stromschluss- phasen der beiden in Serie geschalteten Unterbrechungsstellen d, e und b, < y, h relativ zueinander zu verschieben, obwohl die einzelnen Stromschlusszeiten bei beiden Unterbrechungsstellen gleichbleiben.
In Fig. 3 ist schematisch diese Verschiebung der Stromschlusszeit dargestellt. I bedeutet die Stromschlusszeiten an der Unterbrechungsstelle b, g. h. II stellt die Stromschlusszeiten an der Unterbrechungsstelle d, e dar, und III zeigt die resultierende Stromschlusszeit, da der Strom nur dann fliessen kann, wenn beide in Serie geschalteten Unterbreehungsstellen geschlossen sind. Der Punkt I b zeigt den Augenblick, in welchem die Elektrode in ihrer Stellung b"in den Elektrolyten eintaucht, und der Punkt I a entspricht der Stellung, in welcher die Elektrode b in ihrer Stellung b'aus dem Elektrolyten austaucht.
Der Punkt II a entspricht dem Augenblick, wo die Bürste e auf den Schleifring d aufläuft, und der Punkt II b derjenigen Stellung, in welcher die Bürste e in ihrer Stellung e'den Schleifring d verlässt. Der Strom fliesst nur dann über die beiden in Serie geschalteten Kontakte, wenn beide Kontakte d, e und b, g, h geschlossen sind, also in der Zeichnung während der Periode von III abis III b.
Damit ein vollständig funkenfreies Absehalten auch noch so grosser Leistungen eintritt, ist es erforderlich, dass die Stromunterbrechung stets von der Elektrolytunterbrechungsstelle b, [I, h übernommen wird, d.'h. die Elektrode b muss austauchen, so lange die andere Unterbreehungsstelle e, cl noch geschlossen ist.
Bei der Verschiebung der Bürsten verschieben sich nun, wie dies das Schema der Fig. 3 zeigt, die Stromschlusszeiten von der Unterbrechungsstelle b, g, h (1) und die Zeiten der Unterbrechungs- stelle d, e (II) zeitlich gegeneinander, so dass die resultierende, tatsächliche Stromschlusszeit III immer mehr wächst in dem Masse, als beide Unterbrechungsstellen längere Zeit hindurch gleichzeitig geschlossen sind. Dies zeigt sehr deutlich die Fig. 3, bei welcher die Stromschlusszeiten, die nach der Zeitachse t aufgetragen sind, allmählich von III a bis III b nach Ill'a-III'b zunehmen.
Die maximale Stromschlusszeit gemäss Fig. 3 tritt ein, wenn sieh die Stromschlussphase I und die Stromschlussphase 11 ineinander geschoben haben, so dass sie sich annähernd decken, wie dies die Fig. 3 in der obersten Schemareihe rechts zeigt. In diesem Falle ist die Stromschlusszeit annähernd gleich der stromlosen Zeit, so dass bei dieser Stellung der Strom annähernd die halbe Zeit geschlossen und annähernd die halbe Zeit geöffnet ist ; der Durehsehnittsstrom, welcher bei dieser Schaltung maximal gewonnen werden kann, beträgt die Hälfte des zugeführten Stromes.
Um nun aber auch den Strom weiterhin über die Hälfte hinaus regulieren zu können, muss man den Schalter s in die Stellung s'umlegen und auf diese Weise den Teilschleifring D mit einschalten. Dieser Schleifring D erhält von der Bürste E seinen Strom, und die Bürste wird so eingestellt, dass sie für eine halbe Drehung der Achse a während der Periode Il A der Fig. 3 den Strom über das Gehäuse, die Leitung i zu dem Nutzwiderstand k liefert. Die Kontaktstelle D E gibt unveränderlich den Stromschluss während der halben Periode 11 A.
Die übrige Variation von der Hälfte bis zur vollen Stromstärke wird durch den parallelen Stromkreis e,
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!, k wird nun durch Stellung der Bürste E so eingestellt, dass der Strom in der ersten Hälfte der Periode durch diesen Stromkreis geschlossen bleibt und der ursprüngliche Stromkreis e, cl, t, b, g, J, k die Veränderung des Stromkreises in der zweiten Periodenhälfte übernimmt, wie dies bereits oben be- ; chrieben ist. Dadurch ergibt sich das Schaltungsperiodensehema der Fig. 3. In diesem Schema kommt
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