Einrichtung zur Erhaltung des Gleichlaufs voneinander getrennter Anordnungen unter Verwendung einer durch eine Kontakteinrichtung gesteuerten magnetelektrischen Maschine. Es ist ein bekanntes Problem der Tech nik, mehrere insbesondere räumlich voneinan der getrennte Maschinen, die nicht mecha nisch miteinander gekuppelt sein können oder dürfen, derart zu betreiben, dass ihre Drehzahlen untereinander absolut gleich sind oder in einem bestimmten und bei allen Ge schwindigkeiten konstant bleibenden Ver hältnis zueinander stehen. Man hat diese Aufgabe durch Synchronmotoren, die an ein Wechselstromnetz angeschlossen waren, zu lösen versucht, da die Drehzahl dieser Motore bekanntlich in einem festen Verhältnis zur Periodenzahl des Netzes steht. Derartige An lagen mit Synchronmotoren haben jedoch verschiedene Nachteile.
Einmal ist eine Re gelung der Drehzahl praktisch nicht möglich, da eine Änderung der Periodenzahl des Net zes kaum durchzuführen ist. Zum andern müssen solche Motoren zunächst auf die der vorhandenen Netzperiodenzahl entsprechende synchrone Drehzahl gebracht werden, bevor sie selbständig weiter laufen können. Schliess lich ist der erzielte Synchronismus kein ab soluter, da sich bekanntlich bei diesen Mo toren ein gewisser Schlupf bei wechselnder Belastung nicht vermeiden lässt.
Man hat daher zum Antrieb von Vorrich tungen, die in bezug auf eine andere zu syn chronisieren sind, magnetelektrische Maschi nen mit einem Stä,nderpolkranz in Vorschlag gebracht, dessen Gleichstromerregung von einer mit der Welle der andern Kraft maschine gekuppelten Kontakteinrichtung derart gesteuert wird, dass ein rotierendes Kraftfeld entsteht, dem der Anker folgen kann. Wenn auch dieser Weg zu besseren Er gebnissen geführt hat als Versuche mit Syn chronmotoren, so hat sich doch gezeigt, dass derartige magnetelektrische Maschinen den Synchronismus nicht unbedingt zuverlässig einzuhalten vermögen.
Insbesondere konnte festgestellt werden, dass der Anker dem Ständerdrehfeld nicht unbedingt sicher zu fol- gen vermag und mitunter kleben bleibt oder in bezug auf das Ständerfeld um einen ge ringen Betrag schlüpft.
Die Erfindung beseitigt diesen Übelstand der bekannten magnetelektrischen Maschinen, so dass sich die erfindungsgemässe Einrich tung in zahlreichen Zweigen der Technik. beispielsweise auf dem Gebiete der Schnell- oder k'lehrfachtelegraphie, mit Vorteil an wenden lässt.
Dies wird bei der Einrichtung gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Kon- ta.kteinrichtung den Erregerteil der magnet elektrischen Maschine derart erregt, dass in zwei koaxialen Polkränzen, stets ungleich namige Pole einander benachbart sind, und dass in Richtung der Maschinenachse neben einanderliegenüe Pole gleichzeitig erregt werden.
Die die Erregung der magnetelektrischen Maschine steuernde Kontakteinrichtung braucht nicht mit einem Motor regelmässiger Tourenzahl angetrieben zu werden, sondern sie kann zum Beispiel auch mit einer von Hand betriebenen Kurbelwelle, deren Dreh zahl in beliebigen Grenzen veränderlich ist, gekuppelt sein. Die magnetelektrische Ma schine macht die Drehzahländerungen in die sem Fall genau mit. Die von der Primär maschine gesteuerte sekundäre magnetelek trische Maschine kann ihrerseits ebenfalls mit einer Kontakteinrichtung gekuppelt sein, welche zur Steuerung einer oder mehrerer weiterer Maschinen dient.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel d-ar neuen Einrichtung erkennen lässt. Es zeigt: Fig. 1 eine Gesamtanordnung und Schal tung von Primär- und Sekundär- (magnet elektrischer) Maschine; Fig. 2 ist ein Schnitt durch die magnet elektrische Maschine; Fig. 3 zeigt die Polanordnung der magnet elektrischen Maschine;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Erzielung verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen Primär- und Sekundärmaschine; Fig. 5 ist eine Abwicklung der in Fig. 4 gezeigten Kontaktscheibe; Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine Variante der in Fig. 4 dargestellten Anordnung.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ge samtanordnung ist der primäre Motor 1, des sen Drehzahl mit dem sekundären Motor 2 übereinstimen soll, durch die in weiterem be schriebene Schaltungsanordnung verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist das Dreh zahlverhältnis zwischen Motor 1 und 2 das selbe, das heisst beide Motoren laufen mit derselben Umdrehungszahl. Auf der Welle 3 des primären Motors 1, der auch gegebenen falls, wie schon angegeben, durch eine Ma schine mit unregelmässiger Umdrehungszahl ersetzt werden kann, sitzt eine Steuereinrich tung 4,, durch welche der Lauf des sekun dären. magnetelektrischen Motors 2 gesteuert wird.
Die Kontakteinrichtung auf der Welle besteht aus den nachfolgenden einzelnen Teilen: Eine Scheibe 4 besitzt mehrere lei tende Elemente, die voneinander isoliert und in drei Gruppen mit den Schleifringen 5, 6, 7 elektrisch verbunden sind. Jeweils der dritte Schleifring ist parallel geschaltet, so dass sich Gruppen<I>a, b,</I> c ergeben. Die Gruppe a soll mit dem Schleifring 5, b mit 6 und c mit 7 verbunden sein. Durch auf den Schleifringen aufliegende Bürsten 8, 9 und 1(1 wird über die Leitungen 11, 12, 13 die Ver bindung mit der magnetelektrischen Maschine 2 hergestellt.
Der Anordnung wird die nötige Spannung mit Hilfe der auf den genannten leitenden Segmenten schleifenden Bürste 14 zugeführt, und dem Netz 15, 16, das selbst verständlich durch eine Batterie ersetzt wer den kann, entnommen. Die Verbindungslei tung zum Netz ist mit 17 bezeichnet. Die Netzleitung 16 steht durch die Leitung 18 mit der magnetelektrischen Maschine 2 in Verbindung. Die Leitungen 11, 12, 13 und 18 können selbstverständlich beliebiger Art und beliebig lang sein, so dass eine beliebige räumliche Trennung zwischen primärer und sekundärer Maschine möglich ist.
Ilber die vier genannten Leitungen: 11, 1.2, 13 und 18 werden verschiedene Gruppen. von Elektromagneten der magnetelektrischen Maschine 2 gesteuert. Um das Zusammenar beiten zwischen der Kontakteinrichtung 4 und der Maschine 2 besser zu veranschauli chen, sind die Magnete mit denselben Buch staben jedoch mit Index, bezeichnet. Durch das Kollektorsegment a wird also die Mag netgruppe a.', durch Kollektorsegment b die Magnetgruppe<I>b'</I> und durch<I>c - c'</I> ge steuert. Die Zahl der leitenden Gruppen der Einrichtung 4 ist also identisch mit der Zahl der parallel geschalteten Magnetgruppen.
Innerhalb der Magnete ist ein ungewickel- ter Anker 19 drehbar gelagert, der auf einer Achse 20 sitzt, durch welche die in synchro nem Lauf zu erhaltende Einrichtung 21 an getrieben wird.
Wie aus der Schaltung zu entnehmen ist, sind die Magnete einer Gruppe hintereinan der geschaltet und diese Magnete werden gleichzeitig über eines der Segmente<I>a, b</I> oder c der Kontaktscheibe 4 erregt. Die Rückleitung 18 ist für sämtliche Gruppen gemeinsam.
Bei, einer Drehung des Motors 1 kommt zuerst ein Segment a unter die Bürste 14, wodurch die Magnetgruppe a' erregt wird, dann b, wodurch die Magnetgruppe b' mit Strom versorgt. wird und dann das Segment c. Der Drehsinn der magnetelektrischen 17 a- schine 2 ist also abhängig von der Aufein anderfolge der leitenden Segmente der Kon taktscheibe 4.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, stehen. immer zwei Magnete 22 und 23 in achsialer Richtung nebeneinander und ge hören zur gleichen Gruppe. Dies ergibt sich insbesondere aus der Fig. 3. Die Polaritäten der Magnete wechseln jedoch ab, so dass nebey) einem Magnet 23 der Gruppe a, der beispiels weise Nordpolarität besitzt, ein Magnet 23, der zur Gruppe b gehört, mit Südpolarität steht. Die Wirkungsweise der magnetelektri schen Maschine sei anhand der Fig. 3, in welcher die Polanordnung abgewickelt dar gestellt ist. näher erläutert. Die Ankerpol schuhe 24 des Ankers 19 sind etwas grösser als die halbe Polteilung.
Unter Polteilung ist hier der Abstand gleichnamiger Pole vonein ander verstanden. Der Ankerpolschuh 24 unterliegt also ständig dem Kraftlinienfluss von 4 Polen (je zwei Magnete 22 und 23 von zwei verschiedenen Magnetgruppen), wodurch die diagonal gegenüberliegenden Ecken des selben stets gleichnamig erregt sind. Die Polarität ist aus der Fig. 'o linker Teil er sichtlich, indem dort durch die Buchstaben _V und<B>8</B> kenntlich gemacht ist, welche Po larität die Magnete 22, 23 bezw. der Anker polschuh 24 besitzt.
Nach den allgemein gül tigen physikalischen Grundsätzen müssen sich stets entgegengesetzte Polaritäten aus bilden, so dass einer Nordpolarität eine Süd polarität gegenübersteht.
Aus der rechten Hälfte der Fig. 3 sind verschiedene Bewegungsphasen des Anker polschuhes 24 gegenüber den feststehenden Magneten zu ersehen. Würden nur die zur Gruppe ä gehörigen Magnete erregt, so würde sich der Polschuh 24 symmetrisch unter die zur Gruppe a' gehörigen Pole 22, 23 stellen (die gestrichelt gezeichnete Stel lung I in' der Fig. 3 rechts). Infolge der dem Polrad durch die Drehung innewohnenden lebendigen Kraft gelangt es jedoch in die mit II bezeichnete unsymmetrische Lage.
Durch die Drehung der Kontaktscheibe 4 wird jedoch, nachdem die Magnetgruppe a' erregt! ist, auch noch die Gruppe b' erregt. Durch die Breite der Bürste 14 hat man es in der Hand, für besondere Fälle die Zeit dauer, während welcher gleichzeitig Gruppe <I>a'</I> und<I>b'</I> erregt sind, beliebig zu wählen, denn durch eine breite Bürste 14 wird ja die zwischen den Segmenten a und b der Kon taktscheibe 4 liegende Isolation länger oder kürzer überbrückt.
Durch die gleichzeitige Erregung der Magnete 22 und 23 der Gruppen<I>a'</I> und<I>b'</I> wird der Ankerpolschuh 24 in die magneti- sehe Mittellage zwischen den beiden Polen gedrängt. Diese Stellung ist mit III einge tragen. Durch die in ihm wohnende Schwungkraf j wird er jedoch in gleicher Weise, wie oben erwähnt, über diese Stellung hinaus in die mit IV bezeichnete Stellung ge rückt.
Nachdem die gleichzeitige Erregung zweier Magnetgruppen beendigt ist, werden die Magnete a' enterregt und es sind nur die zur Gruppe b' gehörigen Magnete unter Strom. Hierdurch verschiebt sich der Anker- Polschuh weiterhin in der Pfeilrichtung und gelangt in die mit V bezeichnete Stellung, in welcher alle vier Ecken des Ankerpolschuhes durch die andersartige Polarität der zur Gruppe b' gehörigen Magnete umpolarisiert werden.
Beim Übergang von der Magnetgruppe b' zur Gruppe c' wiederholt sich derselbe Vor gang, so dass es unnötig ist, hierauf einzu gehen. Es ist leicht einzusehen, dass der Lauf der magnetelektrischen Maschine umso gleichförmiger wird, je höher die Zahl d,3r Gruppen bezw. der Erregerpole gewählt wird. Ausserdem wird es vorteilhaft sein. zwischen die sekundäre magnetelektrische Maschine und die anzutreibende Einrichtung eine elastische Kupplung zu schalten, um den Lauf gleichmässiger zu gestalten.
Um das dauernde Umpolarisieren zu er möglichen, ist es zweckmässig, die Ankerpol schuhe 24 aus möglichst weichem Eisen her zustellen. Die Schenkel 25 der Polschuhe werden aus nichtmagnetischem Material ge fertigt. Damit die Erregermagnete 22, 2.3 nach dem Abschalten ihrer Erregung, mög lichst rasch ihren Magnetismus verlieren, werden ihre Kerne ebenfalls aus weichem Eisen hergestellt. Diese Massnahme wird ge wählt, um dem Polrad seine lebendige Kraft, die es, wie oben angegeben, benötigt, um über die jeweilige magnetische Mittellage hinauszugelangen, - nicht zu nehmen.
Für die verschiedensten Verwendungs zwecke ist es von Vorteil, dass die Maschine 1 und die Maschine 2 an sich gleichförmig mit einander umlaufen, jedoch verschiedene Um- drehungszahlen besitzen. Durch die nach stehend gewählten Anordnungen ist es mög lich, zwei Einrichtungen mit verschiedenen Drehzahlen zu betreiben und trotzdem die Gleichförmigkeit ihrer Bewegungen zu ge währleisten.
Für derartige Zwecke haben sich die bei den in den Fig. 4 und 6 dargestellten Anord nungen besonders bewährt.
Auch bei diesen Einrichtungen wird das anhand der Fig. 1 dargestellte Prinzip ver wendet und es werden mehrere der Kontakt scbeibe 4 in Fig. 1 entsprechende Scheiben isoliert nebeneinandergesetzt, die nach Be darf die Steuerung der sekundären magnet elektrischen Maschine 2 vornehmen. Ausser der Kontaktscheibe 4 sitzen im dargestellten Beispiel der Fig. 4 zwei weitere Steuerschei ben 26 und 27 auf der Achse 2.
Ausser den drei genannten Kontaktschei ben (4, 26, 27) sitzt eine weitere Kontakt scheibe 28 mit einem kleinen leitenden Ele ment 29 auf derselben Achse. Die Wirkungs weise dieser Scheibe ist weiter unten näher erläutert.
In der Fig. 5 sind die Kontaktscheiben 4, 26 und 27, 28 um das Verständnis zu er leichtern, abgewickelt dargestellt. Die Kon taktscheibe 4 besitzt je vier zu den Gruppen a, b und cgehörige leitendeElemente, alsoim gan zen zwölf Elemente; die Kontaktscheibe 26 dagegen besitzt nur je zwei zu den Gruppen ge hörende, das heisst im ganzen sechs leitende Elemente;
die Kontaktscheibe 27 weist im gan zen nur drei leitendeElementea.uf. Durch diese Anordnung werden also bei einer Umdrehung der Achse 2 des Motors 1, unter der Voraus setzung der entsprechenden Anschaltung der Verbindungsleitungen, durch die Kontakt scheibe 4 die einzelnen Magnetgruppen vier mal pro Umdrehung der Achse 2 erregt, wäh rend durch die Kontaktscheibe 26 nur zwei mal die Erregung stattfinden und bei einer Einschaltung der Kontaktscheibe 2 7 sogar nur einmal. Die Auswahl der jeweiligen Kon taktscheibe erfolgt mit Hilfe der Bürste 14, die in achsialer Richtung verschoben werden kann.
Um eine Fernsteuerung der gesamten An ordnung durchführen zu können, kann im dargestellten Beispiel die Verschiebung der Bürste 14 mit Hilfe einer elektromagneti schen Einrichtung erfolgen. Die Achse 30, auf der die Bürste 14 befestigt ist, R,ird durch die Elektromagnete 31 und 32 je nach der Stellung der Bürste nach rechts oder links verschoben. Die Bürste 14 ist mit der Lei tung 17 verbunden und hierdurch wird ent weder die Kontaktscheibe 4, 26 oder 27 in den Stromkreis, geschaltet.
Die Erregung der Elektromagnete 31 und 32 erfolgt mit Hilfe des Wahlschalters 33. Befindet sich der Schalter 33 auf dein Seg ment 34 (strichpunktiert gezeichnet), so ist die linke Magnetspule 32 erregt und. die Bürste 14 nach links gezogen, wodureh die Kontaktscheibe 4 eingeschaltet ist. Bei einem Übergehen des Schalters 33 auf die Mütel- stellung zwischen den Segmenten 34 und 35 werden beide Elektromagnete in gleicher Weise erregt und die Bürste 14 kann siei nur in die Mittelstellung. die in der 4 dar gestellt ist, einstellen.
Wird der Schalter auf das Segment 35 gestellt, so wird die Bürste 14 mit Hilfe des Elektromagneten 31 nach rechts auf die Kontaktscheibe 27 gezogen.
Um den Gleichlauf der primären Maschine 1. und sekundären Maschine 2 auch bei einem Umschalten von einem übersetzungsverhält- nis zu andern zu gewährleisten, ist die Kon taktscheibe 28 mit ihrem leitenden Segment 29 vorgesehen. Auf dieser Scheibe schleifen zwei Bürsten 36 und 37, die in dem Erreger kreis der beiden Elektromagnete 31 und 32 liegen. Nur wenn sich unter den Bürsten 36 und 3 7 das Segment 29 befindet, kann ein Stromfluss über die Erregerspulen und die Stromquelle 38, die zur Speisung der Fern steuerung dient. erfolgen.
Die Stellung des Segments 29 in Beziehung zu den Kontakt scheiben 4, 26, 2 7 ist so gewählt, dass die [Tmschaltung von einer Kontaktscheibe zur andern in dem Augenblick erfolgt, in dem leitende Segmente der gleichen Gruppe unter der Bürste 14 stehen, denn bei dem Umschal ten gibt es selbstverständlich eine Stellung, in welcher die leitenden Segmente zweier :Kontaktscheiben durch die Bürste 14 über brückt werden.
Durch die Wahl einer der drei Kontakt scheiben 4, 26 oder 27 kann also das Dreh zahlverhältnis der primären Maschine 1 und magnetelektrischen Maschine 2 im darge stellten Beispiel 1 :1, 1 :2, oder 1 : 3 be stimmt werden.
Anstatt die Bürste 14 zu verschieben, könnte man natürlich auch die Kollektorein- richtung 4, 26, 27 verschieben und die Bürste feststehen lassen.
Das variable Übersetzungsverhältnis zwi schen dem primären Motor 1 und der sekun dären magnetelektrischen Maschine 2 kann auch durch die in Fig. 6 dargestellte An ordnung, die ähnlich ist der Anordnung ge mäss Fig. 4, bewirkt werden. Auf der Welle ?. die durch den Motor 1 angetrieben wird, sitzen wieder die drei Kontaktscheiben 4, 26, <B>27.</B> In diesem Fall schleifen jedoch drei Bür sten 39, 40 und 41 auf den Kontaktscheiben. Die drei Bürsten sind untereinander verbun den und der Strom wird durch die Leitung 42 zugeführt.
Auf einer weiteren Scheibe 43, die auch in Fig. 7 dargestellt ist, befin den sich Kontaktstifte 44, 45. 46, die je weils mit einer der leitenden Gruppen a, <I>b</I> und c der Kontaktscheiben 4, 26 und 2 7 in Verbindung stehen. Dies ist in der Zeich nung dadurch angedeutet, dass ausser der Nummer des Kontaktstiftes der Buchstabe a, b und c angegeben ist.
Durch eine auf der Welle 2 verdrehba.re Scheibe 47, die ebenfalls mit den Kontakt scheiben umläuft, jedoch während des Lau fes gegenüber der Scheibe 43 verdreht wer den kann, geben einmal die Kontakte 44a. 44b, 44c mit den Kontakten 48a, 48b, ,4.8c Verbindung, ein anderes Mal 45a, 45b, 45c oder 46a, 46b, 46e. Die drei Stifte 44 also 44a, 44b 44e stehen mit den leitenden Segmenten der Kontaktscheibe 4 in leitender Verbindung, die Stifte 45 mit 26 und 46 mit 27. Die Kontakte 48 selbst sind mit den Schleifringen 5, 6 und 7, auf welchen die Bürsten .8, 9, 10 schleifen, leitend verbunden.
Die Verdrehung der Scheiben 43 und 47 gegeneinander erfolgt mit Hilfe der Schrau benräder 49 und 50. In das Schraubenrad 49. das auf der Welle 2 drehbar ist, greift das Schraubenrad 50 ein, das mit Hilfe des He bels 51 verschoben werden kann. Die Be tätigung des Hebels 51 erfolgt wiederum durch die Elektromagnetspulen 31 und 32. Auf der Welle 52, auf der das Schrauben rad, 50 sitzt, ist weiterhin ein Zahnrad 53 aufgekeilt, das in ein Zahnrad 54 auf der Welle 2 eingreift.
Durch den Lauf der Welle 2 wird die Drehbewegung durch das Zahnrad 54 -auf 53 und somit auf das Schrau benrad 50 übertragen. 50 greift in das Schraubenrad 49 ein, wodurch die Scheibe 47, die ja mit dem Schraubenrad fest ver bunden ist, dieselbe Umdrehungsgeschwin digkeit hat wie die Welle 2. Wird jedoch durch Erregung der Magnetspulen 31 und 32 der Hebel 51 verschoben, so wird gleich zeitig das Schraubenrad 50 nach rechts oder links gerückt. Da jedoch 50 in 49 eingreift, wird hierdurch das Schraubenrad 49 ver dreht und die auf der Scheibe 47 befestigten Kontakte auf eine der andern Gruppen 41. 45 oder 46 verstellt, und damit die eine oder andere der Kontaktscheiben 4,' 26 oder 27 eingeschaltet.
Man hat es also in der Hand, auch durch diese Einrichtung das Drehzahl verhältnis zwischen primärer Maschine uni sekundär magnetelektrischer Maschine zu verändern.
DieVeränderung des Drehzahlverhältnisses braucht keineswegs mit der Hand, wie bis her dargestellt, durchgeführt zu werden, son dern für die Zwecke der Geheimhaltung bei Telegraphenanlagen oder dergleichen wird es sich als vorteilhaft erweisen, durch irgend eine elektrische oder mechanische Einrich tung das Verhältnis im unregelmässigen Rhythmus zu ändern. Dies kann entweder durch entsprechende Relaiskombinationen, die in Verbindung mit einer Uhr stehen, oder auch rein mechanisch durch eine umlaufende Kurvenscheibe bewirkt werden.
Für besondere Fälle kann es vorteilhaft sein, in der -Nähe der sekundären magnet- elektrischen Maschine eine Einrichtung an zubringen, die es ermöglicht. die sekundäre Maschine 2 und damit die mit ihr gekuppelte Vorrichtung 21 weiterzudrehen, ohne den Motor 1 zu betätigen. Zur Durchführung dieser Massnahme ist es notwendig, den Stromkreis zwischen der mit der primären Einrichtung gekuppelten Kontakteinrichtung zu unterbrechen und dafür einen neuen Hilfs stromkreis herzustellen. Für diesen Zweck ist bei der Anordnung der Fig. 1 ein Schalter 55 vorgesehen, durch welchen bei einer Ver schiebung nach rechts die Leitungen 11, 12, 13 unterbrochen werden und ein neuer Strom kreis hergestellt wird, in welchem eine der Kontaktscheibe 4 identische Anordnung ein geschaltet ist.
Durch eine Handkurbel 56 kann eine Kontaktscheibe 57 betätigt wer den, die der Kontaktscheibe 4 entspricht. Auf 57 schleift die Bürste 58, die an die Leitung 59 angeschlossen ist. Die leitenden Segmente a, b, c sind mit den Schleifringen 60, 61, 62 verbunden, die die stromleitenden Verbin dungen mit den Leitungen 63, 64, 65 ver mitteln. Durch eine Betätigung der Hand kurbel wird also die magnetelektrische Ma schine 2 in gleicher Weise wie durch den Umlauf der Scheibe 4 gesteuert.