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Unipolarmaschine.
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in stab-oder bandförmiger Gestalt angebracht und beiderseits zu Schleifringen geführt und über dieselben durch feststehende Leiter, welche im Ständer möglichst nahe den Ankerleitern angeordnet sind, in Reihe geschaltet. Diese feststehenden Leiter haben gleichzeitig die Aufgabe, die Rückwirkung der durch die Ankerleiter fliessenden Ströme auf das Feld aufzuheben. Doi diesen Maschinen treten aber noch bedeutende Störungen des magnetischen Feldes durch die in den Schleifringen fliessendon Ströme auf.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, diese Störungen durch eine geeignete Anordnung der Schleifringe, der auf ihnen schleifenden Bürsten, der Vorbindungen zwischen den Schleifringen und den Ankerleitern und der Dürsten mit den Ruckleitorn zu verhindern. Durch die geeignete Anordnung der letzteren wird gleichzeitig ermöglicht, die Maschine gegen Spannungsabfall bei Belastung zu compoundieren. Durch die Aufhebung der erwähnten Störungen wird ferner noch ermöglicht, die Maschine für verschiedene Spannungen zu benutzen.
In den Zeichnungen stellt Fig. 1 das Schaubild einer Unipolarmaschine dar, wobei
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Schloifringströme zu erklären. Fig. 7-10 zeigen in verschiedenen Ausführungsformen schematisch die räumliche Anordnung der Bürsten einerseits und der Verbindungspunkte zwischen Schleifringen und Ankerleitern andererseits. Fig. 11 zeigt eine achsiale Ansicht des Läufers in schematischer Weise, um zur Erklärung der erwähnten Compoundwirkung zu dienen. Fig. 12 zeigt, in welcher Weise die Maschine als Dreileitermaschino benutzt werden kann. Fig. 13 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Ankerleiter und Fig. 14 endlich zeigt eine von Fig. 1 abweichende Ausführungsform des Magnetgestellos.
In Fig. 1 ist A der Läufer der Unipolarmaschine, welcher aus magnetischem Material hergestellt ist, in den Lagern läuft und an seinem Umfange die flachen, streifenförmigen Leiter a trägt. B ist das Magnetgostell, das von zwei Spulen F, F erregt wird. c, c sind Schleifringe, welche auf dem Läufer sitzen und von denen jeder mit einem der Ankerleiter a verbunden ist. bb sind Bürsten, welche vom Magnet. gestell getragen werden und
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leiter vor, welcher zwei auf verschiedenen Seiten des Läufers sitzende Bürsten b miteinander verbindet.
Wenn die beiden Feldspulen F, F im richtigen Sinne von Strom durchflossen worden, erzeugen sie ein Feld, welches beispielsweise im mittleren Teile des Magnetgestelles von diesem zum Anker A geht, dessen Leiter a durchdringt, dann in beiden Richtungen gegen die Enden des Ankers verläuft und sich wieder rückwärts durch das Magnetgestell B schliesst.
Wenn der Läufer in diesem Feld rotiert, so entsteht zwischen den Enden jedes der Leiter n eine elektrische Spannungsdifferenz, welche durch die auf den Schleifringen schleifenden
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Bürsten b alle Ankerleiter oder ein beliebiger Teil derselben in Reihe geschaltet werden können.
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Dieselben worden aber so erregt, dass alle Pole dasselbe Zeichen haben und sind untereinander durch einen magnetischen Ring/* verbunden, welcher das Feld gleichmässig macht. Innerhalb dieses Ringes ist dann der Anker anzuordnen und der übrige Teil des magnetischen Kreises ist derselbe wie bei Fig. 1.
Da Unipolarmaschinon gewöhnlich grosse Umlaufszahl erhalten, um die nötige Spannung zu liefern, ist es wesentlich, dass alle umlaufenden Teile möglichst ausgeglichen und gegen Fliehkräfte und sonstige mechanische Beanspruchung gesichert sind. Fig. 2 zeigt die Befestigung der Schleifringe und ihre Verbindung mit den Ankerleitern a. Letztere sind an den Enden des Läufers umgebogen und es führt von jedem derselben ein leitender Stab d durch sämtliche Schleifringe der betreffenden Ankerseite hindurch. Der Stift d ist aber von allen Schleifringen c isoliert, bis auf einen, in welchem er festgeschraubt ist, wodurch leitende Verbindung des zugehörigen Ankerstabes mit diesem Schleifring hergestellt wird.
Auf diese Weise sind alle Vorbindungsstähe d gleich lang und gegeneinander mechanisch ausgeglichen. Sollte es erwünscht sein, mehrere Schleifringe parallel zu schalten, so würde selbstverständlich jeder Stift mit mehreren Schleifringen leitend verbunden, von den übrigen dagegen isoliert sein. Um die Schleifringe c zu befestigen, sind auf dem Anker-
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Die äusseren Oberflächen derselben sind abgeschrägt und zwischen je zweien dieser Ringe c1 wird einer der Schleifringo c getragen, welche umgekehrt auf der inneren Seite abgeschrägt sind. Am Ende des Ankerkörpers sitzt eine Mutter c2 ; wird dieselbe angezogen, so presst sie die Ringe cl zusammen. Die Schleifringe c werden so zwischen den Ringen cl zusammengepresst und auf diese Weise sicher und genau zentrisch festgehalten, sind jedoch von den letzteren isoliert. Wie schon erwähnt, haben die in den Schleifringen fliessenden Ströme grossen Einfluss
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kleinere Teil nahezu um den ganzen Umfang des Schleifringes 2 herumfliesst, wobei das Verhältnis der Teilströme durch die verhältnismässigen Widerstände in den beiden Teilen bestimmt ist.
Wenn der Ring um weitere 450 rotiert hat, wie Fig. 6 zeigt, so fliesst der Strom noch immer durch den ganzen Ring, aber die Verteilung auf die beiden Zweige hat sich geändert. Wie nun ein Blick auf Fig. 1 lehrt, wirkt ein im Schleifring fliessender Strom magnetisierend auf den ganzen magnetischen Kreislauf, genau so wie eine Windung der Feldspulen F, F, da ja die Schleifringe zu den letzteren parallel sind. Da sich aber. wie eben gezeigt, die Stromverteilung in jedem Schleifringe fortwährend ändert, so ändert sich auch fortwährend seine Einwirkung auf das magnetische Feld, falls nicht für eine
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Es sei nun ein zweiter Schleifring 5 vorhanden, welcher in Fig. 4 durch den äusseren grossen Kreis dargestellt ist. In Wirklichkeit sind selbstverständlich die beiden Schleifringe gleich gross und liegen nebeneinander. Auf dem zweiten Schleifring schleift die Bürste 4 und der Verbindungspunkt zwischen Schleifring und Ankerleiter sei durch 6 dargestellt. Dieser Verbindungspunlit sei gegen denjenigen am ersten Schleifring, welcher durch 3 dargestellt ist, beispielsweise um 900 versetzt, und zwar entgegengesetzt dem Uhrzeiger. Es ist nun, wie die Figur zeigt, die auf dom zweiten Schleifring schleifende Bürste 4 gegen die auf dem ersten schleifende ebenfalls um 900 versetzt, aber entgegengesetzt, also im Sinne des Uhrzeigers.
In den aufeinander folgenden Stellungen sind nun die Strom vorgänge in den Schleifringen folgende :
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entmagnetisierende Wirkung aus, da der Strom direkt von Punkt 3 in die Bürste J geht. Ring 6 dagegen ist strssmdurcbflossen, und zwar in beiden Hälften von gleichen Strömen,
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Ebenso ergibt eine Betrachtung der Fig.
5, dass in dem betreffenden Augenblicke, abgesehen von örtlichen Verzerrungen, der gesamte magnetische Kraftoinfluss Null ist, mit anderen Worten, wenn eine Bürste von der anderen um einen gleichen, aber entgegengesetzten Betrag versetzt ist, wie die zugehörigen Vorbindungspunkte der Schleifringe mit den Ankerleitern, so findet ein !) vollständige Neutralisation der Ströme in bestimmten Stellungen der Ringe statt, und wenn man von örtlichen Verzerrungen absieht, gleichem. sich die resultierenden Kraftflusse zu allen Zeiten aus. Ein vollständiger Ausgleich für alle Stellungen ist jedoch mit bloss zwei Ringen unmöglich. Denn mit Ausnahme einer Stellung treten bei allen anderen örtliche Verzerrungen des Kraftfeldes auf.
Wenn aber die Anzahl der Ringe vermehrt und ihre gegenseitige Stellung passend gewählt wird, ist ein praktisch vollkommener Ausgleich der Rückwirkung möglich.
Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 7. In derselben sind schematisch zwölf Schleif. ringe durch zwölf ineinander liegende Kreispaare dargestellt. Die Verbindungspunkto der Ankerleiter mit den Schleifringen sind durch kleine Kreise dargestellt und, wie man sieht, aufeinander folgend um je ein Zwölftel eines vollen Winkels versetzt. Die Bürsten sind gleichfalls aufeinander folgend um je ein Zwölftel eines vollen Winkels, aber in die ent-
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tischen Darstellung eine rcchtsläufigc Spirale, die Verbindungspunkte der Ankerleiter eine links) aungo, wie in der Figur durch die gestrichelten Kurven angedeutet ist. In Wirklichkeit sind diese Kurven jedoch nicht Spiralen, sondern gegenläufige Schraubenlinien, da ja die einzelnen Ringe nicht ineinander, sondern nebeneinander liegen und gleich gross sind.
Durch diese Anordnung lässt sich ein nahezu vollständiger Ausgleich der Schloifringrück- wirkungen erzielen.
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in Fig. 8 die Verbindungen der Ankerleiter die gleiche Schraubenlinie wie in Fig. 7, dagegen ist diojenige der Bürsten geändert, indem jede Bürste von der vorhergehenden um 900 statt 300 versetzt ist. Dies gibt dann eine Schraubenlinie mit drei vollen Windungen.
Die Bürsten sind also nicht mehr in dem ganzen Umfange herum verteilt, sondern zu Gruppen geordnet ; das hat den Vorteil, dass die Bürsten durch geeignete Öffnungen im Gehäuse der Maschine leicht besichtigt und ersetzt werden können. Auch bei dieser Anordnung sind die Bürsten, abgesehen von einem Vielfachen des vollen Winkels, gegeneinander ebensoviel in der einen Richtung versetzt, wie die Verbindungspunktc der Ankerleiter in der anderen Richtung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 bilden die Bürsten eine doppelgängige Schraubenlinie, indem die geradzahligen Ringe für den einen und die ungeradzahligen für den anderen Gang verwendet werden ; innerhalb jedes Ganges sind die aufeinander folgenden Bürsten um 90 gegeneinander versetzt und jeder Gang bildet andert-
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werden, und wenn die Schraubenlinien einmal richtig ausgelegt sind, dann können die Ringe untereinander in beliebiger Weise vertauscht werden, ohne den Vorteil des Ausgleiches der Schtoifringrückwirkung preiszugeben.
Es liegen dann natürlich die Bürsten und die Vor- bindungspunkte der Ankerleiter nicht mehr auf wirklichen Schraubenlinien ; aber so lange ihre Stellungen aus solchen abgeleitet werden können, erfüllen dieselben den gewünschten Zweck. So lässt sich z. B. die Anordnung nach Fig. 10 aus derjenigen nach Fig. 9 ableiten, indem man den zweiten Ring von innen mit dem. zwölften vertauscht, den vierten mit dem zehnten und den sechsten mit dem achten. Doch ist in diesem speziellen Falle auch die abgeleitete Anordnung nach Schraubenlinien.
Es wird manchmal gewünscht, eine Maschine für verschiedene Spannungen einzurichten.
Dies kann bei der Unipolarmaschino leicht erreicht werden, indem eine verschieden grosse
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die in ihnen induzierten, elektromotorischen Kräfte. Letzteres erfordert ein gleichmässig verteiltes Feld und dies ist, wie eben geschildert, dadurch erreicht, dass die Rückwirkung
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dem einen Ende dos Ankers verbunden ist, ist mit dem innersten Ring auf der anderen Seite verbunden ; der mit dem zweiten äussersten Ring auf der einen Seite verbandenn Ankerleitor ist mit dem zweiten innersten. Ring auf der anderen Seite verbunden usw.
Folglich sind alle Ankorloiter von gleicher Länge und gleichem Widerstande. Dabei sind
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Verbindungsstiftei des erst erwähnten Ankerleitcrs der eine in dem äussersten, der andere in dem innersten Schleifring angeschraubt sein. Es sind alle Toile elektrisch ausgeglichen und gleichzeitig auch, wie schon gezeigt, mechanisch.
Die Ruckloiter al, welche in Fig. 3 durch volle Linien dargestellt sind, sind ebenfalls
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die Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Ringen ein Minimum, nämlich bloss so gross, wie die in einem einzigen Ankerleiter induzierte, elektromotorische Kraft. Die Spannung zwischen den Schleifringen wächst mit ihrem gegenseitigen Abstande und wird zwischen dem innersten und äussersten ein Maximum. Die Anordnung der Bürsten und der Vor- bindl1ngspunlet der Ankerleiter deckt sich bei dieser Figur mit der in Fig. 7 schematisch dargestellten. Die Feldspulen F, F sind in dieser Figur dargestellt, als im Nebenschluss zu einem Teil der Ankerleiter liegend. Es ist selbstverständlich, dass sowohl Nebenschluss-, Ueihon-oder Cotupounderregung verwendet worden kann.
Eine einfache Einrichtung zur Compoundierung der Maschine ist in Fig. 11 dar- gcstollt. Die Rückleiter al sind mit den Bürsten b durch biegsame Verbindungsstücke e verbunden. Die Bürsten sind gegen die Enden der Rückleitor, mit welchen sie verbunden sind, um einen bestimmten Winkel versetzt. Dieser beträgt beispielsweise, wie in der Figur dargestellt, ebensoviel als der Winkel zwischen benachbarten Rückleitern.
Jedes der biegsamen Verbindungsstücke e bildet also einen Bruchteil einer den Anker umgebenden Windung, und alle zusammen sind gleichwertig einer einzelnen Erregerwindung, welche einen Strom führt, der dom Ankerstrom gleich ist und mit demselben sich ändert ; daher wirken sie wie eine Compoundwindung. Das Mass ihror Wirkung kann geändert werden, indem man die Bürsten mittels der Bürstenhalterringe b2 mehr oder weniger gegen die mit ihnen verbundenen Rückleiter versetzt. Eine Compoundierung könnte angenscheibnlich auch erreicht werden, indem man die Vorbindungspunkte der Ankerleiter mit den Schleifringen gegen die Ankerleiter versetzt. In diesem Falle könnte aber die compoundierende Wirkung nicht beliebig geändert werden.
Fig. 13 endlich zeigt verschiedene Ausführungsformon der verwendeten Leiter. Jede derselben besteht aus einer Reihe parallel geschalteter Streifen. Würde nämlich ein einzelner breiter Streifen verwendet werden, so würde jede kleine Ungleichheit im Luftspalt und die daraus entspringende ungleichmässige Feldverteilung im Ankerleiter Wirbelströme hervorrufen. Dies wird vermieden durch die Unterteilung der Ankerleiter, wobei es ferner noch vorteilhaft ist, die einzelnen Streifen desselben Leiters gegeneinander abwechselnd zu versetzen, wie in der Figur dargestellt, um die in den Streifen induzierten Spannungen ganz gleich zu machen. In gleicher Weise könnten auch die Schleifringe unterteilt werden, falls es notwendig erscheint. Doch ist dies bei der gewöhnlichen Grösse derselben nicht notig.
Aus dem gleichen Grunde ist es'auch vorteilhaft, im Eisen des Ankers Schlitze anzubringen oder dasselbe in der geeigneten Richtung zu unterteilen, so dass auch hier Wirbelströme möglichst vermieden werden.
Bei der dargestellten Maschine ist es natürlich nicht nur möglich, nacheinander verschiedene Spannungen zu entnehmen, sondern dies kann auch gleichzeitig geschehen.
So zeigt Fig. 12 in schematischer Weise die Verbindung der Maschine als DreileiterMaschine. Es sind a ! te Ankerrückleiter gleich gross und der mittelsto ist mit dem Mittelleiter verbunden.
Die beschriebene Maschine kann natürlich auch als Motor verwendet worden, und wenn sie für verschiedene Spannungen eingerichtet ist, auch als Gleichstromumformer, wofür sie sich sehr eignet, weil bei ihr eine hoho Tourenzaht zulässig ist. Dabei können für den zugeführten und abgeleiteten Strom getrennte Ankerleiter oder dieselben Ankorloiter benutzt werden.
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