Verfahren und Vorrichtung zum periodischen Unterbrechen von Stromkreisen: Den Gegenstand der vorliegenden Erfin dung bildet ein Verfahren und eine Vorrich tung zum periodischen Unterbrechen von Stromkreisen. Hierbei wird der Strom nach einander über eine metallische und eine elek trolytische Kontaktstelle geführt und durch Unterbrechung der elektrolytischen Kontakt stelle periodisch unterbrochen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Ausführung dieses Verfahrens besitzt einen metallischen Kontaktgeber und einen mit ihm auf der gleichen Achse angeordneten elektrolytischen Kontaktgeber, die mitein ander stromleitend verbunden sind.
Auf der Zeichnung ist die Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel erläutert, bei welchem ein mechanischer Kontaktgeber auf einer umlaufenden Welle angeordnet ist, wel- ehe eine rotierende Elektrode trägt, die durch einen Elektrolytsumpf hindurchschlägt. .
Fig. 1 zeigt diesen Elektrolytunterbrecher in einem Schnitt parallel zur Achse; Fig. 2 ist eine Seitenansicht, von der Sehleifringseite aus gesehen, wobei der Schleifring im Schnitt dargestellt - ist.
Die Elektroden sind schematis.clh angedeutet; Fig. 3 ist ein Schema der Stromschluss- und Stromunterbrechungsperioden in Ab hängigkeit von der Verstellung des mecha nischen Kontaktgebers zu der tlektrolyt- unterbrechungsstelle.
In Fib.1 bedeutet a die Welle der rode senden Elektrode b, welche in den Elektro lyten g ein- und sustaucht. la ist die fest stehende Gegenelektrode. Die Elektroden- welle 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 d und der Teilschleifring <I>d</I> sind von der Achse<I>a</I> durch Isolierung getrennt und miteinander durch eine isolierte Leitung t leitend ver bunden.
Der Teilschleifring D ist mit der Achse a und dem Gehäuse durch eine lei tende, nicht dargestellte Verbindung inner halb des isolierenden Kollektors W leitend verbunden.. Der Strom. kann nach Fi;
. J., wenn. der Schalter s geöffnet ist, über die Bürste e, den Schleifring d, die Leitung t, die Elektrode b, den Elektrolyten g und .die Gegenelektrode h ,durch das Gehäause zu .der Leitung<I>i,</I> dem Nutzwiderstand le zum Minuspol gelangen. Die -Unterbrechung die ses Stromkreises erfolgt durch Austauchen der Elektrode b aus ,dem Elektrolyten g.
Die :beiden Unterbrechungsstellen d, e und <I>g, b,</I> h sind in Serie geschaltet.
Wird der Schalter s nach s' dann geht parallel zu dem vorbeschriebenen Stromkreis ein zweiter von .dem Pluspol über den Schalter in seiner Sch'lussste'llung s' über die Bürste E, über den Schleifring 13 zu der rotierenden Achse a und von dort durch das Gehäuse zur Leitung i durch den Nutzwiderstand le zum Minuspol.
Für das Verständnis -des Nachfolgen den muss man zwischen Kontaktzeit, bei spielsweise zwischen Bürste b und Schleif ring d oder zwischen Elektrolyt und Elek trode einerseits und Stromschlusszeit ander seits unterscheiden. Der Strom fliesst nur dann, wenn beide in Reihe geschalteten Kontakte geschlossen sind.
In der in Fig. 2 dargestellten Schaltung währt die Kontaktzeit der Unterbrechungs stelle d, e von,dem Auflaufen der Bürste e auf den Schleifring d 'bis zu deren Alb laufen. Die Bürste e kann jedoch von der ausgezogen ,gezeichneten Stellung e bis in die punktiert gezeichnete Stellung e' in der CTmfangsTichtung gedreht werden. Bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Achse ist also .die Dauer der Kontaktzeit unver änderlich und hängt von der Länge des Schleifringes d und der Bürstenbreite ab.
An der zweiten, in Serie geschalteten Unterbrechungsstelle b, g beginnt der Kon takt in der Stellung der Elektrode b", so bald die Elektrode in den Elektrolyten ein taucht und dauert, bis die Elektrode b in der Stellung b' aus ,dem ElektroIyten aus taucht. Bei unveränderlichem Niveau ,des Elektrolyten und gleicher Drehgeschwindig- keit der Achse a ist auch die Eintauch- oder Kontaktzeit immer vollständig gleich.
Obwohl die beiden Unterbrechungsstellen d, e und b, g in ihrer Dauer unveränderliche Kontaktzeiten aufweisen, ist :es doch mög lich, eine :beliebig veränderliche Strom schlusszeit zu erhalten, indem die beiden unveränderlichen Kontaktzeiten in der Phase gegeneinander verschoben werden.
Diese Relativverschiebung der beiden in Serie ge schalteten Unterbrechungsstellen wird @da- durch erzielt, dass man die Bürste e in der Drehrichtung oder entgegengesetzt der Dreh richtung verschiebt. Der Anfangspunkt ,der Kontaktzeit wird früher verlegt, wenn die Bürste entgegen der Drehrichtung der Achse verschoben wird, und dementsprechend wird auch umso früher ,
der Kontakt durch Ab laufen der vorgeschobenen Bürste e von dem Schleifring d unterbrochen. Durch die Ver schiebung der Bürste wird also der Beginn und das Ende der Kontaktzeit zwischen Bürste b und Schleifring d früher oderspä ter verlegt.
In Fig. 3 ist schematisch diese Verschie bung der Kontaktzeiten :dargestellt. I be- Üeutet die Kontaktzeiten an der Unterbre- chung.sstel#le b, g; II stellt die Kontakt zeiten an der Unterlbrechungsstelle d, e dar.
III zeigt schliesslich ,die bei Serienschaltung aus den ibeiden Kontaktzeiten sich ergebende Stromschlusszeit. Der Punkt Ib zeigt den Augenblick, in welchem die Elektrode in ihrer Stellung b" in den Elektrolyten ein taucht, und der Punkt Ja entspricht der Stellung, in welcher die Elektrode b in ihrer Stellung b' aus den Elektrolyten g aus taucht. Der Punkt IIa entspricht dem Augenblick, wo die Bürste e auf den Schleif ring d aufläuft, und der Punkt IIb der jenigen Stellung, in welcher die Bürste e .den Schleifring d verlässt.
Der Strom fliesst nur dann, wennbeide Kontakte<I>d,</I> e und<I>b, g</I> geschlossen sind, also in der Zeichnung während der Periode von IIIa bis IIIb.
Mit Rücksicht auf die Unterdrückung der Funkenbildung beim Abschalten ist es erforderlich, dass die Stromunterbrechung stets von der Elektrolytunterbrechungsstelle b, g, h übernommen wird, das heisst die Elek trode b muss austauchen, solange die- andere Unterbrechungsstelle e, d noch geschlossen ist.
Bei der Verschiebung der Bürste zwischen den Stellungen e und e' schieben sich nun, wie dies das Schema der Fig.3 zeigt, die Kontaktzeiten von der Unterbrechungsstelle h, g (I) und die Kontaktzeiten der Unter brechungsstelle d, e (II) zeitlich ineinander, so dass die Stromschlusszeit III immer mehr wächst in dem Masse, als beide Unterbre chungsstellen längere Zeit hindurch gleich zeitig geschlossen sind. Dieses zeigt sehr deutlich die Fig. 3, bei welcher die Strom schlusszeiten, die nach der Zeitachse T auf getragen sind, allmählich von IIIa-IIIb nach III'a-III'b zunehmen.
Die maximale Stromschlusszeit tritt ein, wenn sich die Kontaktzeit I und die Kon taktzeit II 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 Stromschluss- zeit annähernd gleich der stromlosen Zeit, so dass bei dieser Stellung der Strom annähernd die halbe Zeit geschlossen und annähernd die halbe Zeit geöffnet ist.
Um die Strom schlusszeit grösser als die stromlose Zeit zu machen, muss man den Schalter s in die Stel lung s' umlegen und auf diese Weise den Teilschleifring D miteinschalten. Dieser Schleifring D erhält von der Bürste E sei nen Strom, und die Bürste wird so ein gestellt, dass sie für eine halbe Drehung der Achse a während der Periode IIA der Fig. 3 den Strom über das Gehäuse, die Leitung i zu dem Nutzwiderstand k liefert.
Die Kon taktstelle D, E gibt unveränderlich den Stromschluss während der halben Periode IIA, an welche die bereits beschriebene Stromschlusszeit der Kontakte b, g- <I>d, e an-</I> gesetzt werden kann. Dadurch ergibt sieh das Schaltungsperiodenschema im untern Teil der Fig. 3. In diesem Schema kommt zu der des obern Teils eine ,Stromschlusszeit hinzu, die als IIA bezeichnet ist, und !die stets eine halbe Periodenzeit dauert.
Die Stromschluss- zeit wächst immer mehr, bis am Ende der zweiten Reihe die Stromöffnungszeit beinahe verschwindet. Diese Vorrichtung kann somit zum Beispiel als Anlasser benützt werden, denn es kann damit der Mittelwert des Stro mes kontinuierlich von Null bis zur vollen Stärke reguliert werden.
Es ist auch Anwendung bei Umformern und Gleichrichtern möglich, wobei die Schleifringe zweckmässig die Länge von weniger als % des Umfanges, vermindert um die doppelte Bürstenstärke haben. Bei der Parallelschaltung des mechanischen Kontakt gebers D, E zu der Elektrolytunterbre- chungsstelle geht der Hauptstrom durch diE Kontakte D, E und nur für die Abschaltung durch den Elektrolyten g. Die Vorrichtung kann sowohl zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom und Drehstrom, wie auch von Wechselstrom in Gleichstrom benutzt werden.
Der Teilschleifring D kann, statt direkt mit der Achse a, mit einem zweiten Schleif ring f verbunden sein, welcher mittelst einer Bürste durch die Leitung t' mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch wird der Vorteil er reicht, dass die Achse a auch gegenüber dem Gehäuse isoliert sein kann. Es wird aber in diesem Falle ein Schleifring f und eine zusätzliche Bürste notwendig.
Von praktischer Bedeutung ist es, die Elektroden, wie auch das Gefäss für den Elektrolyten, besonders wenn dieses Gefäss selbst als Elektrode ausgebildet ist, gegen Korrosion durch den Elektrolyten dadurch zu schützen, dass man die Metallteile aus hochgekohltem Gusseisen herstellt, bei wel chem vorteilhaft die Gusshaut nicht durch Bearbeitung zerstört worden ist. Ist die An wendung von hochgekohltem Gusseisen nicht möglich, .dann kann man die Korrosion da durch vermeiden, dass man Kohlestücke in den Elektrolyten gibt. Die Praxis hat ge zeigt, dass in diesem Falle die Elektroden nicht angegriffen werden.