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Als Wechselstrommotor mit Kommutator ausgebildete Eraftübertragungskupplung nach dem Induktionstypus.
Die Erfindung bezieht sich auf eine als Wechselstrommotor mit Kommutator ausgebildete Kraft- übertragungskupplung nach dem Induktionstypus mit einem mit einer Wicklung versehenen Anker und einem rotierenden Feldabschnitt (Feldzwischenglie. d), der aus zwei umlaufenden Teilen besteht
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung so getroffen, dass das angetriebene Glied mit einer andern Winkelgeschwindigkeit als das antreibende rotiert und die Geschwindigkeit des erstgenannten Gliedes mit Bezug auf die Geschwindigkeit des letzteren verändert werden kann.
Die Geschwindigkeit des treibenden Gliedes kann hiebei konstant gehalten werden, während die Geschwindigkeit des angetriebenen von Null bis zum Synchronismus mit dem treibenden Gliede oder über dessen Geschwindigkeit hinaus verändert wird, was ohne Energiestreuung in den äusseren Widerständen ermöglicht wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung verursacht das in elektrischem Synchronismus mit dem Anker befindliche Feld eine Drehung des Feldabschnittes mit einer andern Geschwindigkeit als der des Ankers und die Umdrehungsgeschwindigkeit des einen Feldabschnittes kann mit Bezug auf den Anker verändert werden. In den Stromkreisen zwischen den Bürsten und den Statoiwicklungen ist eine Regelungvorrichtung angeordnet, wodurch erreicht wird, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit des Feldabschnittes mit Bezug auf die des Ankers verändert werden kann.
Ausserdem kann der Widerstand der Ankerstromkreise verändert werden, so dass eine veränderliche Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Ankers und der getriebenen Welle möglich ist.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt der Vorrichtung und Fig. 2 ein Querschnitt hiezu, wobei die Anker-und
Statorwicklungen schematisch dargestellt sind. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der elektrischen
Stromkreise mit den Kontakten einer Regelungseinrichtung und einem automatischen Transformator.
Fig. 4 zeigt die Fortsetzung der Fig. 3, in der eine Ausführung der Verbindungen der Stromkreise mit der Regelungseinrichtung sowie die resultierenden Verbindungen schematisch veranschaulicht sind.
Die Fig. 5-8 sind weitere Fortsetzungen der Fig. 3, in denen verschiedene Verbindungen der elektrischen
Stromkreise sowie diese selbst schematisch gezeigt sind. Fig. 9 veranschaulicht in einem Längsschnitt eine abgeänderte Ausführungsform.
Bei der Ausführungsfom nach den Fig. 1-8 besteht die Maschine aus einem Rahmen 2, auf dem der lamellenartige Stator 3 sitzt, welcher ringförmig ist und vornehmlich mit mehreren halbgeschlossenen Schlitzen 4 zur Aufnahme der Spulen 5 der Statorwicklung versehen ist. Innerhalb des Stators und konzentrisch mit Bezug auf ihn ist der lamellenartige Anker 6 angeordnet, welcher ebenfalls ringförmig ist und auf der Nabe 7 der Welle 8 sitzt. Der Anker weist vorzugsweise eire Mehrzahl halbgeschlossener Schlitze 9 auf, in welchen die Spulen 12 der Ankerwicklung untergebiacht sind.
Zwischen dem Stator und dem Anker und konzentrisch hiezu ist ein Feldzwisehenglied (Feldabschnitt) vorgesehen, welches bei der dargestellten Ausführung aus zwei Teilen besteht, von denen jeder zwei -konzentrische Reihen 13-15 und 14-161amelIenartiger Stangen enthält, die parallel zu der Achse der Maschine angeordnet sind. Die abwechselnden Stangenreihen 14 und 16 sind auf einem Arm-
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und bei geringer Geschwindigkeit wird aber dadurch erreicht, dass man den Ankerstrom in die Statorwicklungen einführt, welche derart angeordnet sind, dass das durch den Strom in den Statorwicklungen erzeugte Drehmoment sich zu dem Drehmoment addiert, welches sich aus der Rückwirkung zwischen dem Feld und dem Ankerstrom ergibt.
Um die in dem Anker erzeugten Ströme zu kommutieren, so dass sie den Statorwicklungen zugeführt werden können, wird der Kommutator 26 verwendet, mit dem die Ankerspulen in irgendeiner geeigneten Weise verbunden werden. Mit dem Kommutator stehen die ortsfesten Bürsten. 31, o'2,', j in Berührung, die so angeordnet sind, dass von ihnen Mehrphasenströme durch Drehung des Feldes und Festhalten des Ankers gesammelt werden können.
Nimmt man an, dass die zu jeder Phase gehörigen Bürsten kurzgeschlossen oder über einen Widerstand geschlossen sind, die magnetisierende Spule erregt und der Feldabschnitt festgehalten werden, so wird die Drehung des Ankers in seinen Wicklungen Ströme induzieren', welche als direkte Ströme in den Widerständen erscheinen, die mit denjenigen Bürsten verbunden sind, die mit Bezug auf die Feldpole eine neutrale Lage einnehmen.
Die andern über ihren entsprechenden Widerstände geschlossenen Bürsten werden ebenfalls einen direkten
Strom führen, der jedoch eine geringe Intensität hat, die von der Lage abhängt, die sie auf dem Kom- mutator einnehmen. Wenn der Feldabschnitt freigegeben wird und das Feld rotieren kann, schreitet diese neutrale Lage mit einer entsprechenden Winkelgeschwindigkeit fort. Auf diese Weise wird, wenn die neutrale Lage die zu den verschiedenen Phasen gehörenden Bürsten passiert, ein mehrphasiger Wechsel- strom in den sie verbindenden Widerständen fliessen. Die Bürsten sind mit den Statorwicklungen ver- bunden, so dass die gesammelten Mehrphasenströme in die Statorwicklungen geführt werden.
Diese
Wicklung ist für so viele Pole angeordnet, als Wicklungen auf dem Anker vorhanden sind, und mit so vielen Phasen verbunden, als Stromkreise erhalten werden, die von den Kommutatorbürsren abgenommen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Dreiphasenstatorwicldung veranschau- licht, bei der die Wicklungen 105 (in vollen Linien) zu einer Phase, die Wicklungen 205 (in strichpunk- tierten Linien) zu der zweiten Phase und die Wicklungen 305 (in punktierten Linien) zu der dritten Phase gehören.
Die Leitungen 41-52 sind so mit den Bürsten-H-3-3 verbunden, dass die gesammelten Ströme die Statorwicklungen in der Weise durchziehen, dass der hiedurch erzeugte Kraftlinienstrom ein Dreh- moment hervorruft, welches sich zu demjenigen addiert, das sich aus der Rückwirkung zwischen dem
Feld-und Ankerstrom ergibt. Die an den Bürsten gesammelten Mehrphasenströme zirkulieren durch die Statorwicklungen und schaffen ein Drehfeld, das die gleiche Winkelgeschwindigkeit wie das durch den Abschnitt erzeugte Feld hat.
Die Statorfeldpole und die Feldpole, welche durch die Abschnitte 13,
14, 15, 16 erzeugt werden, haben beim Stillstand des Feldabschnittes eine Vierecklage und diese bleibt bei allen Geschwindigkeiten des Feldabschnittes, wobei ein Drehmoment aufrechterhalten bleibt, so lange, wie die elektromotorische Kraft des Ankers diejenige des Stators überragt. Die Umdrehungs- richtung der angetriebenen Welle ist, wie vorher dargelegt, davon abhängig, welcher Feldabschnitt 13-jf5 oder 14-16 mit der getriebenen Welle verbunden ist.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Feldabschnittes in bezug auf diejenige des Ankers kann dadurch verändert werden, dass man die Anordnung der Statorwicklungen verändert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man eine Regelungsvorrichtung in den Stromkreisen zwischen den Bürsten und den
Statorwicklungen vorsieht, welche in den Fig. 4-8 schematisch dargestellt ist. Die Leitungen 41-52 der Statorwicklungen endigen in Kontakten 91 der Regelungsvorrichtung und die Stromkreise von diesen
Leitungen zu den Bürsten 31, 32, 33 werden durch irgendeinen der Kontakte 92-96 der Regelungs- vorrichtung vervollständigt, wobei diese Kontakte in verschiedener Weise verbunden sind, so dass die
Stromkreise der Statorwicklungen verändert werden können.
In Fig. 4-8 sind fünf verschiedene Anord- nungen von Kontakten der Regelungsvorrichtung in Verbindung mit Diagrammen gezeigt, welche die durch die verschiedenen Stufen bewirkten Schaltungen oder Verbindungen veranschaulichen. Ver- schiedene Stufen in der Geschwindigkeit werden dadurch erreicht, dass man die Anzahl der Windungen hintereinander in der Statorwicklung verändert. Die Wicklung einer jeden Phase ist bei der dargestellten
Ausführung in zwei Teile geteilt. Um die grösste Anzahl von Windungen hintereinander durch die Bürsten zu erhalten, werden beide Teile einer jeden Phase in Reihe geschaltet und die Wicklungen der drei Phasen sind, wie Fig. 4 zeigt, in Sternschaltung verbunden. Bei dieser Schaltungsart wird eine geringere Ge- schwindigkeit des angetriebenen Gliedes erhalten.
Die zweite Stufe der Geschwindigkeitsveränderung ist in Fig. 5 gezeigt, in welcher eine geringere
Anzahl von Windungen hintereinander durch die Bürsten vorhanden ist. Dies wird dadurch erzielt, dass man die drei Phasen in Deltaschaltung verbindet, wobei die beiden Teile einer jeden Phase in Reihe verbleiben. Die dritte Stufe mit einer noch geringeren Zahl von hintereinanderliegenden Windungen ist in Fig. 6 veranschaulicht, woselbst die beiden Teile einer jeden Phase parallel geschaltet und die resul- tierenden Wicklungen der drei Phasen in Sternschaltung verbunden sind. Die vierte Stufe mit einer noch geringeren Zahl von Windungen hintereinander ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die Paral1elwicklungen der drei Phasen in Deltaform verbunden sind.
Die fünfte Stufe oder diejenige Stufe mit der grössten
Geschwindigkeit und mit einem kleinen Drehmoment ist in Fig. 8 veranschaulicht, woselbst die sämtlichen
Statorwicklungen im offenen Stromkreise liegen und die Bürstenleitungen geschlossen sind. Die geringere
Geschwindigkeit wird bei der Schaltung nach Fig. 4 erreicht und die Geschwindigkeit wird bei einer
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Schaltung nach Fig. 5-8 zunehmen. Wenn die Schaltung nach Fig. 8 verwendet wird, so wird die Geschwindigkeit des angetriebenen Gliedes dem Synchronismus nahekommen oder bei der dargestellten Ausführung annähernd entweder drei Fünfunddreissigstel oder drei Zweiunddreissigstel der Geschwindigkeit des Ankers erreichen, was von der relativen Drehiiehtimg des angetriebenen Gliedes und des Ankers abhängt.
Um Geschwindigkeitsänderungen zwischen den durch Veränderung der Verbindungen der Statorwicklungen erreichten Geschwindigkeitsstufen zu erhalten, werden veränderliche Widerstände zwischen die Bürstenleitungen und die Statorwicklungen eingeschaltet, wobei durch Vergrösserung des veränderlichen Widerstandes die Geschwindigkeit verringert wird und umgekehrt.
Eine Geschwindigkeitsregelung des angetriebenen oder Feldabschnittes kann auch durch andere geeignete Mittel zum Ändern des relativen Anker-und Statorpotentials erreicht werden, wie z. B. mittels eines automatischen Transformators, der in dem Stromkreise zwischen den Anker-und Statorwicklurgen angeordnet wird. Bei Verwendung eines automatischen Transformators brauchen die Wicklungen des Stators nicht geändert zu werden und die Verbindung zwischen dem Transformator und den Statorwicklungen können feststehend bleiben und dauernd entsprechend irgendeiner der Anordnungen nach Fig. 4,5, 6 oder 7 angeordnet werden.
Der automatische Transformator ist mit drei Wicklungen 54, 55,56 versehen, die in Y-Form verbunden sind. Die Statorleitungen sind mit den äusseren Enden dieser Wicklungen verbunden, während die Ankerleitungen über Kontakte längs diesen Wicklungen beweglich sind. um das Potential zu ver- ändern. An den inneren Enden der Wicklungen 54, 55,56 befinden sich drei Kontakte 78, 79, 80, welche miteinander verbunden sind. Wenn die Ankerleitungen in Eingriff mit diesen Kontakten gebracht werden, so wird die Ankerwicldung kurzgeschlossen, wobei die in Fig. 8 gezeigte Schaltung zustandekommt. Die inneren Enden der Wicklungen 54, 55,56 sind mit Klemmen 81, 82, 83 verbunden, die ihrerseits durch einen Schalter 84 miteinander verbunden werden können.
Wenn der Schalter geöffnet ist und die Ankerleiturgen mit den Wicklungen verbunden sind, so liegt der Anker im offenen Stromkreise.
Es ist bereits ausgeführt worden, dass jeder oder beide Feldabschnitte 13-15 und 14-16 gegen Drehung verriegelt oder festgelegt werden können oder dass der eine Abschnitt mit der angetriebenen Welle 57-verbunden werden kann, während der andere feststehend bleibt. Der Feldabschnitt 13-15 ist mit einem Flansch 58 versehen, der zweckmässig mit der Stangenreihe 13 verbunden ist. Die innere Fläche des Flansches 58 ist abgeschrägt und in seiner Nähe ist ein Keilring 59 vorgesehen, der eine der
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verschiebbar und kann in und ausser Eingriff mit dem Flansch 58 gebracht werden und verhindert bei seinem Eingriff mit dem Flansch, dass sich dieser und demzufolge auch der Feldabsehnitt 7. 3-75 dreht.
Der Keilring 59 wird von Bolzen 61 getragen, die in der Längsrichtung gleitbar in dem Rahmen 2 und an ihren äusseren Enden'an einem Gewindering 62 befestigt sind. In den Ring 62 greift eine Mutter 63 ein, welche sieh nur drehen kann und mit einem Handgriff 64 versehen ist. Wenn die Mutter gedreht wird, so werden der Ring 62 und der Keilring 59 axial verschoben, so dass letzterer schnell in die Lage gebracht werden kann, in der er den Feldabschnitt 13-15 festlegt oder freigibt.
Auf dem Lager 22 ist eine Hülse 65 mittels Feder und Nut argebracht, welche an ihrer Innenfläche mit mehreren Schlitzen versehen ist, in welche Zähne oder Vorsprünge an der Aussenfläche des Kupplunggliedes 66 eingreifen können, das seinerseits auf der hohlen Welle 18 befestigt ist, auf der der Feldabschnitt 14-16 sitzt. Die Hülse 65 wird z. B. durch einen Hebel 67 in der Längsrichtung verschoben und verriegelt beim Ineingrifftreten mit dem Kupplungsgliede-66 den Feldabschnitt 14-16 gegen.
Drehung.
Die Welle 24, auf welcher der Abschnitt 13-15 befestigt ist, ragt über das Ende der hohlen Welle 18 hinaus und erstreckt sich in die angetriebene Welle 57 hinein und unterstützt letztere. Auf der Welle 24 ist zwischen den Wellen 18 und 57 ein aussen gezahntes Kupplungsglied 68 befestigt. Auf der Welle 57 ist im Eingriff mit der Hülse 65 eine Muffe 69 angeordnet, welche mit einer Mehrzahl von Schlitzen versehen ist, in welche die Zähne der Kupplungsglieder 66 bzw. 68 eingreifen können. Die Muffe 69 ist unab- härgig von der Hülse 68 drehbar, kann aber axial mit ihr verschoben werden.
Wenn die Hülse 65 in Eingriff mit dem Kupplungsglied 66 gebracht und hiedurch der F (Idabschnitt 14-16 festgelegt wird, so wird die Muffe 69 in Eingriff mit dem Kupplungsgliede 68 gebracht, wodurch der Feldabschnitt 18-15 mit der getriebenen Welle 57 verbunden wird. Wird die Hülse 65 in der entgegengesetzten Richtung verschoben, so wird die Muffe 69 in Eingriff mit dem Kupplungsglied 66 gebracht, wodurch der Feldabschnitt 14-16 mit der getriebenen Welle'57 verbunden wird. Der Abschnitt 13-15 wird durch den Keilring 59 gegen Drehung verriegelt.
Jeder der Stangen in den Reihen 13, 14, 15, 16 besteht aus einem Bolzen 71 von vorzugsweise ovalem Querschnitt, auf welchem die Lamellen, welche die Stangen bilden, angeordnet sind. Die Stangen reihe 14 ist mit der Stangenreihe 16 verbunden, welche unmittelbar durch die ringförmige Platte 72 an dem Armstem'77 befestigt ist. Die Armsterne 17 und 23 sind vorzugsweise im Querschnitt gekrümmt, so'dass ihre Naben innerhalb des Rahmens der Maschine passend zusammenstossen können, wodurch
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eine gedrängte Bauart geschaffen wird. Die Armsterne und die Seiten des Rahmel s 2, welcher das Lager 21 enthält, sind aus nichtmagnetischem Material, z. B. Messing hergestellt, so dass der magnetische Kraftlinienstrom in der richtigen Bahn verläuft.
Wenn man eine höhere Geschwindigkeit des angetriebenen Gliedes als die des treibenden zu erhalten wünscht, so kann die Welle 57 die treibende und die Welle 8 die getriebene Welle bilden, in welchem Falle die Geschwindigkeit der Welle 8 sich bei ihrem Maximum drei Fünfunddreissigstel oder drei Zweiunddreissigstel der Geschwindigkeit der Welle 57 nähert, was von der Umdrehungsrichtung der Welle 8 mit Bezug auf die Welle 57 abhängt.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführung werden die Feldabschnitte 14-16 anstatt auf dem drehbaren Armstern 17 auf einem Ring 85 des Rahmens 2 befestigt, so dass diese Abschnitte dauernd ortsfest sind. Der Feldabschnitt besteht daher aus nur einem drehbaren Teile 13-15, welcher auf der treibenden Welle 24 befestigt ist. Durch diese Anordnung wird eine Kraftübertragungsvorrichtung geschaffen, bei welcher die angetriebene Welle nur in einer Richtung mit Bezug auf den Anker-rotiert, wobei die früher beschriebenen Kupplungs-und Bremsorgane in Fortfall kommen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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Induktionstypus mit einem mit einer Wicklung (12) versehenen Anker (6) und einem rotierenden Feldabschnitt (13, 14, 15, 16), der aus zwei relativ umlaufenden Teilen (13-15 und 14-16) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das in elektrischem Synchronismus mit dem Anker befindliche Feld eine Drehung des Feldabschnittes mit einer andern Geschwindigkeit als der des Ankers verursacht.