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Maschine mit periodisch veränderlicher Kapazität zur Umformung einer Gleichspannung in eine
Wechselspannung.
Es ist bekannt, dass man mit Hilfe einer Maschine mit periodisch veränderlicher Kapazität aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugen kann. Die Maschine mit veränderlicher Kapazität legt man zu diesem Zweck an eine Gleichspannung.
Es ist bekannt, dass man eine derartige Maschine so ausbildet, dass der Rotor mit Längsnuten auf seinem Umfang versehen ist, wodurch parallel zur Achse verlaufende Stege gebildet sind, die entsprechend geformten Stegen auf der Innenseite des Stators gegenüberstehen. Bei der Drehung einer derartigen Maschine ändert sich die Maschinenkapazität periodisch und erzeugt einen Ladestrom wechselnder Richtung, der zur Erzeugung einer Wechselspannung geeignet ist. Die so erzeugte Wechselspannung dient zur Steuerung einer Verstärkereinrichtung.
Bei einer andern bekannten Anordnung-sind auf der Welle einer Maschine kreissektorförmige Bleche axial aneinandergereiht, die zwischen entsprechend geformten Blechen eines Ständerblech- pakets hindurchbewegt werden. Auch hiebei entsteht bei der Drehung der Maschine ein Ladestrom wechselnder Richtung, der jedoch zufolge der Konstruktion des beweglichen Maschinenteiles nur eine geringe Frequenz besitzt.
Bei der Maschine nach der Erfindung bestehen Rotor und Stator aus scheibenartigen, in Richtung der Rotorachse aneinandergesetzten Kreisscheiben oder Kreisringen, die seitlich derart übereinander-
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z. B. zur Erzeugung technischer Wärme oder zum Betreiben drahtloser Sendeanlagen. Mittels einer bekannten Anordnung, bei welcher grossflächige Scheiben drehbar zwischen entsprechend grossen im Ständer gelagerten Scheiben angeordnet sind, lassen sich nur ganz niedrige Wechselfrequenzen erzielen, da der mechanische Aufbau des Rotors keine hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zulässt.
Ausserdem ist die Höhe der Wechselfrequenz bei einer gegebenen Drehzahl sehr niedrig, während bei einer Maschine gemäss der Erfindung durch Verwendung von Zahnkränze auf den Umfang der Kreisscheiben des Rotors und der Kreisringe des Stators sich eine wesentlich höhere Frequenz bei gleicher Umdrehungszahl ergibt. Die Grösse der Frequenz ist aber entscheidend für die vielseitige Anwendbarkeit einer Maschine gemäss der Erfindung ; denn für viele Anwendungszwecke ist eine Wechselspannung hoher Frequenz erforderlich, ganz abgesehen davon, dass eine Wechselspannung mit hoher Frequenz viel leichter und mittels kleinerer Transformatoren transformiert werden kann als eine Wechselspannung von verhältnismässig geringer Frequenz.
Ausserdem ist es ausserordentlich wichtig, dass dieselbe Maschine unter sonst gleichen Betriebsbedingungen bei der doppelten Periodenzahl jeweils die doppelte Leistung hat.
Die kreisringartigen Flächen des Rotors und des Stators besitzen radial verlaufende Zähne, zwischen denen ein gewisser Abstand besteht. Die Begrenzungsfläehen der Zähne in Rotor und Stator können parallele Begrenzungsflächen besitzen, wobei der Abstand zwischen je zwei der kreisringförmigen oder kreisförmigen Scheiben durch zwischengelegte Scheiben entsprechenden Durchmessers gesichert ist.
Ebenso wie die kreisringförmigen Flächen von Rotor und Stator können auch die zur Abstandbestimmung eingefügten Zwischenscheiben mit Zähnen und Zahnlücken versehen sein, so dass auch sie zur Vergrösserung der Kapazitätsänderungen beitragen. Die einander gegenüberstehenden und
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Dreiecks mit abgeschnittener Spitze besitzen. Gegenüber der Anordnung mit parallelen Seitenflächen der Zähne ergibt eine Anordnung mit prismatischen Zähnen den Vorteil, dass man keine Zwischenscheiben für die Abstandbestimmung benötigt und infolgedessen bei gegebener axialer Baulänge der Maschine eine grössere Anzahl von mit Zähnen versehenen Scheiben unterbringen kann.
Die Ausnutzung nicht allein der Stirnflächen sondern auch je zweier Flanken der Zähne stellt bauliche Massnahmen zur Erzielung mögliehst grosser Kapazitätsänderungen dar. Man wird ferner durch Anwendung einer gleichen Zähnezahl in Stator und Rotor dafür sorgen, dass beim Lauf der Maschine stets gleichzeitig alle Zähne die maximale Kapazität bzw. die minimale Kapazität ergeben. weil auf diese Weise die stärksten Kapazitätsänderungen erzielt werden. Man kann aber weiterhin die Stärke des erzeugten Wechselstromes auch noch durch Anwendung eines Dielektrikums mit besonders hoher Dielektrizitätskonstante steigern.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Zähne des Rotors und des Stators oder einen der beiden Teile mit einem Überzug aus einem Stoff von höherer Dielektrizitätskonstante als die der Luft bei Atmosphärendruck versehen. Zumeist wird dadurch zugleich auch eine höhere elektrische Festigkeit erzielt, so dass man eine höhere Gleichspannung an die Maschine anlegen kann. Dieselben Wirkungen kann man durch Erhöhung des Druckes erzielen. unter welchem die in den Zwischenräumen zwischen den Zähnen eingeschlossene Luft steht.
Mit der Steigerung des Druckes wächst nämlich die Dielektrizitätskonstante und zugleich auch die elektrische
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der Kapazität, die Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit der Luft erlaubt die Anwendung einer höheren Spannung, so dass also beide Massnahmen sich bei der Erhöhung der erzielbaren Wechselstromleistung unterstützen. Auch kann man an Stelle von Luft ein anderes Gas wählen, welches eine höhere Dielektrizitätskonstante als Luft besitzt. Man wird dabei die Wärmeleitung des Gases beachten, da diese für die Abführung der Wärme wichtig ist. Die Erhöhung des Druckes bewirkt ebenfalls eine Verbesserung der Kühlung der Maschine infolge der höheren Wärmeleitfähigkeit der komprimierten Luft als bei normalem Druck.
Für die Aufrechterhaltung des Druckes kann ein Vorratsbehälter vorgesehen sein. aus welchem Undiehtigkeitsverluste der eingeschlossenen Luft oder des eingeschlossenen Gases ersetzt werden oder es kann beim Betrieb der Maschine zugleich ein kleiner Kompressor mit betrieben werden. der für die Aufrechterhaltung des Druckes im Inneren der Maschine sorgt.
Die Form der Zähne ist für die Kurvenform der erzeugten Weehselspannung von Bedeutung,
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Verlauf der Weehselspannung oder des Wechselstromes sorgen kann. An sich ist es auch möglich, durch elektrische Mittel die erzeugte Wechselspannung von Oberwellen zu reinigen, so dass man die sinusförmigen Grundwellen erhält ; man kann aber, wenn man elektrische Siebmittel vorsieht, diese auch verwenden, um eine oder mehrere Oberwellen, die in den nicht sinusförmigen Spannungen enthalten sind, für einen besonderen Anwendungszweck herauszusieben.
Es empfiehlt sich, den Zahn schmaler zu machen als die Zahnlücke und gleichzeitig den Zahnflanken wie auch den Begrenzungsflächen der Zahnlücke schräge Lagen zu geben, so dass der Zahn und die Lücke im Querschnitt trapezförmige
Gestalt besitzen. Man kann vorteilhafterweise auch scharfe Ecken oder Kanten und plötzliche Übergänge zwischen den äusseren Flächen der Zähne und Lücken durch entsprechende Verrundung vermeiden.
Für die Herstellung der Zähne wird vorteilhafterweise ein Vervielfältigungsverfahren benutzt. so dass die Zähne beispielsweise durch Fräsen, gegebenenfalls nach dem Abwälzverfahren oder durch Pressen, Giessen oder Spritzen erzeugt werden. Beim Pressen, Giessen oder Spritzen kann man zugleich mit den Zähnen auch die Kreisscheiben oder die Kreisringe herstellen, so dass also die Scheiben und die Ringe mit den Zähnen in einem einzigen Verfahren entstehen.
Den Einfluss von Temperaturverschiedenheiten, welche zwischen Rotor und Stator entstehen. wird man vorteilhafterweise ganz ausschalten oder zumindest möglichst verringern. Die Wirkung etwaiger Temperaturdifferenzen kann-die sein, dass sich die Luftabstände zwischen Rotorteilen und Statorteilen verringern. Man vermeidet die daraus erwachsenen Schwierigkeiten dadurch, dass man an geeigneten Stellen Wärmeisolationen herstellt oder auch sämtliche aktiven Maschinenteile Wärme- mässig isoliert.
Durch Bemessung des Abstandes zwischen Rotor und Stator oder auch durch Aufteilung dieser Maschinenteile in einzelne entsprechend gelagerte Einzelsysteme oder Einzelmaschinen kann man ebenfalls den Einfluss der Erwärmung vermindern, da dieser Einfluss bei kleineren oder entsprechend unterteilten Systemen oder Maschinen weniger gross ist. Weitere Mittel zur Verminderung des Einflusses von Temperaturverschiedenheiten bestehen darin, dass man die Maschine beispielsweise elektrisch zusätzlich erwärmt und durch einen Thermostaten den Erwärmungsgrad konstant hält.
Auch kann man, wenn Temperaturunterschiede nicht zu vermeiden sind, durch geeignete Auswahl des Materials den Einfluss der ungleichen Erwärmung verkleinern, indem man beispielsweise die sieh stärker erwärmenden Maschinenteile aus einem Stoff mit geringerer Ausdehnungszahl fertigt als die übrigen Maschinenteile.
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Die Grösse der der Maschine entnehmbaren Wechselstromleistung wird gesteigert. wenn man gemäss der weiteren Erfindung im Belastungskreis eine Impedanz verwendet, die vorzugsweise induktiv ist. Am günstigsten ist es, wenn man die Induktivität des Belastungskreises mit der maximalen Maschinenkapazität bei der erzeugten Frequenz zur Resonanz bringt. Die Impedanz ist vorteilhafterweise die des Verbrauchers, welcher entweder unmittelbar, d. h. galvanisch oder auch mittels induktiver oder kapazitiver Kopplung an die Maschine angeschlossen wird. Wenn man mehrere Maschinen nach der Erfindung parallel betreibt, kann die zur Resonanzabstimmung erforderliche Induktivität jedei einzelnen Maschine zugeteilt sein.
Dies hat vor allem den Vorteil, dass die Anlage sowohl bei Alleinverwendung einzelner Maschinen als auch bei Parallelschaltung der Maschinen die günstigeResonanzabstimmung erfüllt ist. Wenn man die einzelnen Maseknen voneinander isoliert, hat man ferner die Wahl zwischen einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung. Im ersteren Fall addieren sich die durch die periodischen Kapazitätsänderungen erzeugten Wechselströme der verschiedenen Maschinen. im zweiten Falle kann man eine wesentlich grössere Gesamtspannung verwenden, die dann an der Reihenschaltung der einzelnen Maschinen liegt, so dass man einen Wechselstrom von höherer
Spannung erhält.
Die Maschine kann mit Vorteil für Zwecke der drahtlosen mit Raumwellen oder leitungsgerielh- teten Wellen arbeitenden Telegraphie, Telephonie oder Bildübertragung verwendet werden oder auch für industrielle Zwecke, z. B. zur Ausnutzung der durch Induktionsströme erzeugten Wärme, z. B. zum Schmelzen, zum Erwärmen von Körpern, vorzugsweise von Metallen für gewisse Bearbeitungverfahren, wie z. B. Pressen, Walzen, Ziehen, Drücken usw. Man kann auch in an sich bekannter Weise durch Induktionsströme die zur Zubereitung von Speisen erforderliche Wärme erzeugen oder nichtmetallische Lösungen, wie beispielsweise in chemischen Verfahren, erwärmen.
Bei der Verwendung der Maschine für die Zwecke der Telegraphie und Telephonie können niederfrequente Telegraphie-oder Telephonieströme auf den durch die Maschine erzeugten hochfrequenten Strom übertragen werden. Hiezu kann beispielsweise eine Verstärkerröhre verwendet werden, welche durch die Telegraphie- oder Telephonieströme oder durch auf sonstige Weise erzeugte Strom-oder Spannungs- schwingungen gesteuert wird und die die Erregergleichspannung der Maschine verändert. An Stelle einer Modulation durch die Verstärkerröhre kann man auch einen veränderlichen Widerstand verwenden oder einen Transformator und mit deren Hilfe in den Gleichstromkreis eine entsprechende Zusatzspannung einprägen.
An Stelle eines Aufbaues des Rotors und Stators aus einzelnen Scheiben oder Ringen, die mechanisch an einem festen Körper verbunden werden, kann man auch einen einheitlichen Körper für den Rotor bzw. für den Stator verwenden, in welchem die Zahnkränze durch Fräsen aus dem Vollen heraus hergestellt sind. Die Zähne können dabei in Reihen stehen, die parallel zur Achse verlaufen. Zur Ermöglichung der Montage muss man dabei den Ständer aus zwei Hälften zusammensetzen, die sich durch einen Schnitt in der Ebene eines Durchmessers und der Maschinenaehse ergeben.
Als Baustoff für Rotor und Stator der Maschine kann man vorteilhafterweise ein Leichtmetall verwenden, welches die erforderliche Festigkeit besitzt. Für Maschinen mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit, d. h. bis zu 250m pro Sekunde, eignet sich beispielsweise Aluminiumbronze (z. B. Lautal) oder Duraluminium oder auch Elektronmetall, sofern es eine Festigkeit von 40 bis 50 /M ; m besitzt. Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten besteht der Zahnteil zweekmässigerweise aus Ringen bzw. einem Hohlzylinder aus Stahl mit einer Festigkeit von wenigstens 50 kg/mm2. Die Ringe oder der Zylinder werden dabei auf einen Leichtmetallkern aufgezogen oder aufgesetzt. Der Kern braucht in diesen Fällen nicht massiv zu sein, sondern kann zur Gewichts-und Materialersparnis Aussparungen besitzen.
Die in den rotierenden Teilen der Maschine enthaltenen Sehwungmassen können dadurch wesentlich herabgedrückt werden, so dass die Einlaufzeit und die Auslaufzeit der Maschine wesentlich gekürzt wird. Das gleiche kann man erreichen durch nicht vollmassive Ausgestaltung des Rotors, sei es, dass der Rotor aus Scheiben zusammengesetzt ist, sei es, dass er aus einem Stück besteht. Namentlich bei der Herstellung des Rotors durch ein Giessverfahren wird man eine erhebliche Ersparnis an Gewicht und Sehwungmasse erzielen können. Zwecks Gewichtsersparnis kann man gleichfalls auch den Ständer aus Leichtmetall herstellen und/oder durch Verwendung eines Stators mit möglichst flachen Statorrüeken eine möglichst hohe Gewichtsersparnis erzielen. Man kann besonders leicht, wenn der Stator gegossen wird, durch Anwendung hohler Zähne erhebliche Gewichts-und Materialersparnis erzielen.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. 1-8, die jedoch nur Beispiele von Ausführungs- formen der Erfindung wiedergeben, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll.
In Fig. 1 ist der Aufbau des Rotors und des Stators aus einzelnen Scheiben erläutert. Die
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und 2d tragen an ihrem äusseren Umfang Zähne. Die Scheiben 2a, 2c und 2e dienpn zur Sicherung eines bestimmten Abstandes zwischen den Zahnscheiben 2b und 2d. Die Scheiben des Rotors werden zusammengehalten durch Pressschrauben oder Nieten 3, von denen mehrere auf den Umfang verteilt vorgesehen sind.
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Der Stator besteht ebenfalls aus einzelnen Teilen, nämlich aus flachen Ringen 5a bis 5e. Hiebei besitzen die Ringscheiben 5a, 5e und 5e eine grössere radiale Breite, so dass sieh die Seitenflächen dieser Ringe einerseits und die Seitenflächen der Zahnh-ränze der Rotorscheiben 2b und 2d anderseits gegen- überstehen, da die Ringe 5a, 5e und 5e in die Lücken zwischen den Rotorzähnen eindringen.
Die Form der einander gegenüberliegenden Flanken der Ständerzahnkränze auf den Kreis-
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Draufsicht in Fig. 1 b erkennbar. Bei den zum Rotor gehörenden Zahnkränzen sind Pfeile eingetragen, welche die Bewegungsrichtung andeuten. In der in Fig. 1b dargestellten gegenseitigen Lage des Rotors und des Stators ist die Kapazität zwischen beiden auf ihrem Höchstwert. Die Scheiben des Stators werden ebenfalls durch Bolzen oder Nieten 7 zusammengehalten.
Die wirksamen Oberflächen der Zähne des Rotors und des Stators sind bei dem in Fig. 1 dar-
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und 6e bekleidet, welcher eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzt und zugleich auch eine höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist als Luft.
In den Fig. 2a und 2b sind Zahnkränze von keilförmiger Gestalt angewendet. Bei dieser Anordnung sind die in Fig. 1 erkennbaren Zwischenscheiben 2a, 2c, Se bzw. 5b und 5d nicht erforderlich.
Im übrigen sind in Fig. 2a, die gleichen Bezeichnungen wie in Fig, la verwendet. Auch erkennt man den Überzug aus Stoff mit höherer Dielektrizitätskonstante auf den Flanken der Zähne des Stators und des Rotors.
Fig. 2b zeigt im linken Teil die keilförmigen Zahnlücken und prismatischen Zähne des Stators und im rechten Teil entsprechend die Zähne und Zahnlücken des Rotors sowie die Befestigungsschrauben oder Bolzen. 3 und 7.
Eine Anordnung, bei der die Zähne auf dem Rotor mit einer Isolationsschicht überzogen sind, zeigt Fig. 3. Die Lücken sind keilförmig, die Zähne haben prismatische Form mit stumpfer Stirnfläche. Die Breite der vorderen Stirnfläche der Zähne ist geringer als die Breite der Öffnung der Zahnlücken. so dass die Kapazität in der Mittelstellung des Rotorzahnes gegenüber einer Liieke im Ständer am kleinsten ist.
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isoliert sind und man infolgedessen die Maschinen einzeln oder auch in beliebiger Kombination in Parallelschaltung oder Reihenschaltung betreiben kann.
In den Fig. 5 und 6 sind elektrische Schaltungen für verschiedene Anwendungszwecke der Erfindung wiedergegeben. In Fig. 5a bedeutet 11 die Gleichspannungsquelle, 10 die veränderliche Masehinenkapazität und 1 ; 2 eine Belastungsimpedanz von induktivem Charakter. Die Spule 12 ist beispielsweise die Feldspule eines Induktionsofens. Durch von dieser Spule hervorgerufene Induktions-
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dem Gleichstromkreis der Maschine gänzlich getrennt. Bei dieser Anordnung kann der Sekundärkreis 7-t, 14 und 15 zusätzliche Abstimmittel erhalten zwecks Einstellung der Resonanz. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der mit dem Sekundärkreis in Reihenschaltung angeordnete Kondensator 13 eingestellt werden.
Auch kann der Kondensator 15 statt mit der Spule 14 in Reihe zu ihr parallelgeschaltet sein. Für die Abstimmung auf Resonanz kann auch eine Veränderung der Sekundärwicklung 7J etwa durch Änderung der Windungszahlen oder eine Änderung der Spule 14 vorgesehen sein. Schliesslich besteht noch die Möglichkeit, die Resonanzerscheinung dadurch herbeizuführen, dass man entweder die Frequenz der von der Maschine 10 erzeugten Wechselspannung anpasst oder dass man, wenn die Maschine 10 aus mehreren Einzelmaschinen bzw. aus mehreren Einzelsystemen besteht, die innerhalb desselben Masehinengehäuses untergebracht sein können, durch Abschaltung einzelner Maschinen oder einzelner Teilsysteme bzw.
durch Parallelschaltung oder Reihenschaltung solcher Maschinen und Systeme, die Grösse der Maschinenkapazität ändert. Die Schaltungsbeispiele in den Fig. 6a und 6b erläutern die Anwendung der Kondensatormaschine für Hochfrequenztelegraphie oder -telephonie. Die Maschine10 erzeugt durch ihre Rotation eine Hochfrequenz, welcher mit Hilfe einer steuerbaren Röhre 18 niederfrequente Schwingungen entsprechend einem Telegraphierzeiehen'oder einem Mikrophonstrom oder Fernspreehstrom aufgedrückt wird. Die steuerbare Röhre 18 (Verstärkerröhre) wird in üblicher Weise mittels des Gitterpotentials gesteuert, wobei der Wechselstrom in an sieh bekannter Weise über einen Widerstand R mit einem Uberbrückungskondensator C fliesst.
Die Verwendung zweier gekoppelter
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Machine with periodically variable capacity for converting a direct voltage into a
AC voltage.
It is known that a machine with periodically variable capacitance can be used to generate an alternating voltage from a direct voltage. The machine with variable capacity is connected to a direct voltage for this purpose.
It is known that such a machine is designed in such a way that the rotor is provided with longitudinal grooves on its circumference, as a result of which webs running parallel to the axis are formed which face correspondingly shaped webs on the inside of the stator. When such a machine rotates, the machine capacity changes periodically and generates a charging current in an alternating direction, which is suitable for generating an alternating voltage. The alternating voltage generated in this way is used to control an amplifier device.
In another known arrangement, circular-sector-shaped sheets are axially lined up on the shaft of a machine and are moved through between correspondingly shaped sheets of a stator core. In this case, too, when the machine rotates, a charging current of alternating direction is generated, which, however, has only a low frequency due to the construction of the movable machine part.
In the machine according to the invention, the rotor and stator consist of disk-like circular disks or circular rings placed against one another in the direction of the rotor axis, which are laterally superimposed in this way.
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z. B. to generate technical heat or to operate wireless transmission systems. By means of a known arrangement in which large-area disks are rotatably arranged between correspondingly large disks mounted in the stator, only very low alternating frequencies can be achieved, since the mechanical structure of the rotor does not allow high rotational speeds.
In addition, the level of the alternating frequency is very low at a given speed, while in a machine according to the invention by using gear rings on the circumference of the circular disks of the rotor and the circular rings of the stator, a significantly higher frequency results at the same number of revolutions. However, the size of the frequency is decisive for the versatile applicability of a machine according to the invention; because for many applications an alternating voltage of high frequency is required, quite apart from the fact that an alternating voltage of high frequency can be transformed much more easily and by means of smaller transformers than an alternating voltage of relatively low frequency.
In addition, it is extremely important that the same machine, under otherwise identical operating conditions, has twice the output with twice the number of periods.
The circular ring-like surfaces of the rotor and the stator have radial teeth, between which there is a certain distance. The boundary surfaces of the teeth in the rotor and stator can have parallel boundary surfaces, the distance between each two of the annular or circular disks being secured by interposed disks of the appropriate diameter.
Just like the circular surfaces of the rotor and stator, the intermediate disks inserted to determine the distance can also be provided with teeth and tooth gaps, so that they too contribute to increasing the changes in capacitance. The opposing and
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Own triangle with the tip cut off. Compared to the arrangement with parallel side surfaces of the teeth, an arrangement with prismatic teeth has the advantage that no intermediate disks are required to determine the distance and consequently a larger number of disks with teeth can be accommodated for a given axial length of the machine.
The use not only of the end faces but also of two flanks of the teeth represents structural measures to achieve the greatest possible capacity changes. Furthermore, by using the same number of teeth in the stator and rotor, all teeth will always have the maximum capacity simultaneously when the machine is running or the minimum capacity. because in this way the greatest changes in capacity are achieved. However, the strength of the alternating current generated can also be increased by using a dielectric with a particularly high dielectric constant.
For this purpose, for example, the teeth of the rotor and the stator or one of the two parts can be coated with a material with a higher dielectric constant than that of the air at atmospheric pressure. In most cases, this also results in higher electrical strength, so that a higher DC voltage can be applied to the machine. The same effects can be achieved by increasing the pressure. under which the air trapped in the spaces between the teeth stands.
As the pressure increases, so does the dielectric constant and, at the same time, the electrical one
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the capacity, the increase in the dielectric strength of the air allows the use of a higher voltage, so that both measures support each other in increasing the achievable alternating current power. Instead of air, you can also choose a different gas which has a higher dielectric constant than air. The heat conduction of the gas will be taken into account, as this is important for the dissipation of heat. The increase in pressure also improves the cooling of the machine due to the higher thermal conductivity of the compressed air than at normal pressure.
A storage container can be provided to maintain the pressure. from which leakage losses of the enclosed air or of the enclosed gas are replaced or a small compressor can be operated at the same time when the machine is running. which ensures that the pressure inside the machine is maintained.
The shape of the teeth is important for the curve shape of the generated alternating voltage,
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The course of the alternating voltage or the alternating current can provide. In itself it is also possible to use electrical means to clean the generated alternating voltage of harmonics, so that the sinusoidal fundamental waves are obtained; however, if electrical screening means are provided, these can also be used to screen out one or more harmonics, which are contained in the non-sinusoidal voltages, for a particular application.
It is recommended to make the tooth narrower than the tooth gap and at the same time to give the tooth flanks and the boundary surfaces of the tooth gap inclined positions so that the tooth and the gap are trapezoidal in cross-section
Own shape. One can also advantageously avoid sharp corners or edges and sudden transitions between the outer surfaces of the teeth and gaps by appropriate rounding.
A replication process is advantageously used to produce the teeth. so that the teeth are produced, for example, by milling, possibly using the hobbing process or by pressing, casting or spraying. When pressing, casting or spraying, the teeth can also be used to produce the circular disks or the circular rings, so that the disks and the rings with the teeth are produced in a single process.
The influence of temperature differences that arise between rotor and stator. will advantageously be switched off completely or at least reduced as far as possible. The effect of any temperature differences can be that the air gaps between rotor parts and stator parts are reduced. The difficulties that arise from this can be avoided by producing heat insulation at suitable points or by insulating all active machine parts.
By measuring the distance between the rotor and stator or by dividing these machine parts into individual, appropriately mounted individual systems or individual machines, the influence of heating can also be reduced, since this influence is less great in smaller or appropriately subdivided systems or machines. Further means of reducing the influence of temperature differences consist in additionally heating the machine, for example electrically, and keeping the degree of heating constant by means of a thermostat.
If temperature differences cannot be avoided, the influence of the unequal heating can be reduced by suitable selection of the material, for example by making the machine parts that heat up more strongly from a material with a lower coefficient of expansion than the other machine parts.
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The size of the alternating current power that can be drawn from the machine is increased. if, according to the further invention, an impedance is used in the load circuit which is preferably inductive. It is best to make the inductance of the load circuit resonate with the maximum machine capacity at the generated frequency. The impedance is advantageously that of the consumer, who is either directly, i.e. H. is connected to the machine galvanically or by means of inductive or capacitive coupling. If several machines according to the invention are operated in parallel, the inductance required for resonance tuning can be allocated to each individual machine.
Above all, this has the advantage that the system fulfills the favorable resonance tuning both when individual machines are used alone and when the machines are connected in parallel. If you isolate the individual mass skills from each other, you also have the choice between a parallel connection or a series connection. In the first case, the alternating currents of the various machines generated by the periodic changes in capacity add up. in the second case, you can use a much larger total voltage, which is then connected to the series connection of the individual machines, so that you get an alternating current of higher
Tension is maintained.
The machine can be used with advantage for purposes of wireless telegraphy, telephony or image transmission using sky waves or wired waves, or also for industrial purposes, e.g. B. to take advantage of the heat generated by induction currents, e.g. B. for melting, for heating bodies, preferably metals for certain machining processes, such as. B. pressing, rolling, drawing, pressing, etc. The heat required for preparing food can also be generated in a manner known per se by induction currents or non-metallic solutions can be heated, for example in chemical processes.
When using the machine for the purposes of telegraphy and telephony, low-frequency telegraphy or telephony currents can be transferred to the high-frequency current generated by the machine. For this purpose, an amplifier tube can be used, for example, which is controlled by the telegraphy or telephony currents or by current or voltage oscillations generated in some other way and which changes the DC excitation voltage of the machine. Instead of modulation by the amplifier tube, you can also use a variable resistor or a transformer and, with their help, impress a corresponding additional voltage in the direct current circuit.
Instead of a structure of the rotor and stator from individual disks or rings, which are mechanically connected to a solid body, one can also use a unitary body for the rotor or for the stator, in which the ring gears are made by milling from the solid are. The teeth can stand in rows that run parallel to the axis. To enable assembly, the stand must be composed of two halves, which result from a cut in the plane of a diameter and the machine axis.
A light metal which has the required strength can advantageously be used as the building material for the rotor and stator of the machine. For machines with lower peripheral speed, i. H. up to 250m per second, for example, aluminum bronze (e.g. Lautal) or duralumin or electron metal, provided it has a strength of 40 to 50 / M; m owns. At higher circumferential speeds, the tooth part consists of rings or a hollow cylinder made of steel with a strength of at least 50 kg / mm2. The rings or the cylinder are pulled or placed on a light metal core. In these cases, the core does not need to be massive, but can have recesses to save weight and material.
The centrifugal masses contained in the rotating parts of the machine can thereby be significantly reduced, so that the running-in time and the running-out time of the machine are significantly reduced. The same can be achieved by making the rotor not fully solid, be it that the rotor is composed of disks, or that it consists of one piece. In particular, when the rotor is manufactured by a casting process, it will be possible to achieve considerable savings in terms of weight and weight. In order to save weight, the stator can also be made from light metal and / or the greatest possible weight saving can be achieved by using a stator with the stator backs that are as flat as possible. When the stator is cast, it is particularly easy to achieve considerable savings in weight and material by using hollow teeth.
FIGS. 1-8 serve to explain the invention, but only show examples of embodiments of the invention, without the invention being restricted to these embodiments.
In Fig. 1, the structure of the rotor and the stator from individual disks is explained. The
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and 2d have teeth on their outer circumference. The disks 2a, 2c and 2e serve to ensure a certain distance between the toothed disks 2b and 2d. The discs of the rotor are held together by press screws or rivets 3, several of which are provided distributed over the circumference.
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The stator also consists of individual parts, namely flat rings 5a to 5e. The ring disks 5a, 5e and 5e have a greater radial width, so that the side surfaces of these rings on the one hand and the side surfaces of the toothed rims of the rotor disks 2b and 2d on the other hand face, since the rings 5a, 5e and 5e into the gaps penetrate between the rotor teeth.
The shape of the opposing flanks of the stator rims on the circular
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Top view in Fig. 1b can be seen. The sprockets belonging to the rotor have arrows showing the direction of movement. In the mutual position of the rotor and the stator shown in FIG. 1b, the capacitance between the two is at its maximum value. The disks of the stator are also held together by bolts or rivets 7.
The effective surfaces of the teeth of the rotor and of the stator are shown in FIG.
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and 6e, which has a higher dielectric constant and at the same time also has a higher dielectric strength than air.
In FIGS. 2a and 2b, ring gears of wedge-shaped shape are used. In this arrangement, the intermediate disks 2a, 2c, Se or 5b and 5d which can be seen in FIG. 1 are not required.
Otherwise, the same designations are used in Fig. 2a as in Fig, la. You can also see the coating of material with a higher dielectric constant on the flanks of the teeth of the stator and the rotor.
Fig. 2b shows in the left part the wedge-shaped tooth gaps and prismatic teeth of the stator and in the right part correspondingly the teeth and tooth gaps of the rotor and the fastening screws or bolts. 3 and 7.
An arrangement in which the teeth on the rotor are covered with an insulating layer is shown in FIG. 3. The gaps are wedge-shaped, the teeth have a prismatic shape with a blunt end face. The width of the front face of the teeth is less than the width of the opening of the tooth gaps. so that the capacity in the middle position of the rotor tooth is smallest compared to a Liieke in the stator.
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are isolated and as a result the machines can be operated individually or in any combination in parallel or in series.
In FIGS. 5 and 6, electrical circuits are shown for various purposes of the invention. In FIG. 5a, 11 denotes the DC voltage source, 10 denotes the variable mass capacitance and 1; 2 a load impedance of inductive character. The coil 12 is, for example, the field coil of an induction furnace. Induction caused by this coil
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completely separated from the DC circuit of the machine. With this arrangement, the secondary circuit 7-t, 14 and 15 can receive additional tuning means for the purpose of adjusting the resonance. For example, the capacitor 13 arranged in series with the secondary circuit can be adjusted for this purpose.
The capacitor 15 can also be connected in parallel to it instead of the coil 14 in series. A change in the secondary winding 7J, for example by changing the number of turns or a change in the coil 14, can also be provided for tuning to resonance. Finally, there is also the possibility of causing the resonance phenomenon by either adapting the frequency of the alternating voltage generated by the machine 10 or, if the machine 10 consists of several individual machines or several individual systems that can be accommodated within the same machine housing, by switching off individual machines or individual subsystems or
by connecting such machines and systems in parallel or in series, the size of the machine capacity changes. The circuit examples in FIGS. 6a and 6b explain the use of the capacitor machine for high-frequency telegraphy or high-frequency telephony. As a result of its rotation, the machine 10 generates a high frequency which, with the aid of a controllable tube 18, is subjected to low-frequency vibrations corresponding to a telegraph signal or a microphone or telephone current. The controllable tube 18 (amplifier tube) is controlled in the usual way by means of the grid potential, the alternating current flowing in a manner known per se via a resistor R with a bypass capacitor C.
The use of two paired
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