Unipolarmaschine, bei welcher im Betriebszustande der Stromübergang zwischen Läufer und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsringe erfolgt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Uni polarmaschine, bei welcher im Betriebszu stande der Stromübergang zwischen Läufer und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsringe erfolgt. Solche Unipolarmaschinen, welche sich insbesondere für dynamoelektrische Kupplungen und dy namoelektrische Getriebe eignen, sind zum Beispiel in den D. R. P. 276712, 297493, 302174 und 294284 beschrieben. Bei diesen Maschinen dient zur Überleitung des Stromes vom Läufer zum Ständer und von diesem zurück in den Läufer vorzugsweise eine dünne Schicht von Quecksilber, welche sich wäh rend des Betriebes ringförmig um den Ständer verteilt.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass das mit amalgamierbaren Metallen, z. B. Kupfer, in Berührung stehende Quecksilber nach einer gewissen Betriebsdauer chemische Verände rungen erfährt. So bildet sich, wenn das Quecksilber mit Kupfer in Berührung kommt, nicht nur Kupferamalgam, sondern wegen der Gegenwart des in der Luft enthaltenen Sauer stoffes findet insbesondere auch eine starke Bildung von Quecksilberoxyd statt. Ebenso entsteht aus dem gebildeten Kupferamalgam Kupferoxyd. Alle diese chemischen Produkte scheiden sich in fester Form aus und bilden zusammen ein dunkles Pulver, das die Bil dung des nötigen, elektrisch leitenden Flüs sigkeitsringes erschwert. Zudem setzt sich dieses Pulver auch häufig an den stromleiten den Teilen des Läufers und Ständers fest.
Dadurch wird der Stromübergang- zwischen diesen Teilen wesentlich erschwert, und über dies muss der- entstandene Quecksilberverlust ersetzt werden. Von Zeit zu Zeit muss das Quecksilber sogar erneuert werden, was ein zeitraubendes Auseinandernehmen und Wieder zusammensetzen der Maschine bedingt und überdies, in Anbetracht- des hohen Preises des Quecksilbers, wesentliche Auslagen zur Folge hat.
Zweck vorliegender Erfindung ist, eine Unipolarmaschine der erwähnten Gattung zu schaffen, bei welcher der-elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsring auch nach längerem Betrieb keine wesentlichen chemi schen Veränderungen irgendwelcher Art er leidet, so dass die bei Verwendung von Queck- silber sich sonst einstellenden Übelstände ver mieden sind. Erfindungsgemäss dient zur Stromüberleitung zwischen Läufer und Ständer eine bei niederer Temperatur schmelzende Metallegierung, deren Temperatur während des Betriebes stets über der Erstarrungstem peratur bleibt. Im geschmolzenen Zustand bildet die Metallegierung, in derselben Weise wie das bisher zur Verwendung gekommene Quecksilber, einen um Stromüberleitungsringe des Läufers verteilten, zur Überleitung des Stromes dienenden, sich drehenden Ring.
Im Ständer der Unipolarmaschine kann zweckmässig wenigstens ein Hohlraum vorge sehen sein, welcher zur Aufnahme eines Heiz- mittels dienen kann, das beim Anlassen ein Schmelzen der erstarrten Metallegierung oder während des Betriebes eine Erhitzung der flüssigen Legierung bewirkt. In Verbindung mit dem Hohlraum des Ständers können auch Mittel zum Zuführen eines Kühlmittels ange bracht sein, damit dieses bei zu starker Er hitzung der Metallegierung ein Abkühlen der letzteren bewirkt.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist in einem achsialen Längsschnitt ein dynamo elektrisches Getriebe veranschaulicht, welches zwei als -Generator und Motor laufende Uni polarmaschinen nach vorliegender Erfindung aufweist.
Bei dem gezeigten Getriebe sind A, B die Ständer der beiden Unipolarmaschinen, von denen jede einen Eisenring 1 aufweist. Die Eisenringe 1 sind mit einem gemein samen Zwischenstück 2 lösbar verbunden, in welches ein Kupferring 3 eingeschoben ist. Der grösste Teil des Zwischenstückes 2 ist von einem ringförmigen Stück 2Ú aus nicht magnetisierbarem Material umgeben, das zu sammen mit dem Zwischenstück 2 und dem Kupferring 3 einen Hohlraum 13 begrenzt. In -dem die Teile 1, 2, 2Ú aufweisenden Stän dergehäuse sind die mit ihren Stirnflächen einander unmittelbar gegenüberstehenden Läufer C D angeordnet, die in Lagerkörpern 4 bezw. 5 gelagert sind. An den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Läufer C, D sind den Stromübergang über- mittelnde Kupferringe 6 bezw. 7 angeordnet.
Gegenüber den Umfangsflächen dieser Ringe 6, 7 ist in das Ständergehäuse ein Kupfer ring 8 eingelassen, dessen achsiale Ausdeh nung derart bemessen ist, dass seine Innen fläche die Umfangsfläche der Ringe 6, 7 be deckt. Der Ring 8 ist von dem Kupferring 3 durch eine Isolierschicht 9 elektrisch ge trennt, und er bildet mit einer die beiden Läufer C D trennenden Zwischenwand 12 ein Ganzes. Die Läufer G; D sind ferner mit Stromüberleitungsringen 10 bezw. 11 aus Kupfer versehen, die mit denselben gut lei tend verbunden sind. Gegenüber den Um fangsflächen der Ringe 10, 11 sind im Ständer Kupferringe 15 bezw. 16 vorgesehen, welche mit dem eisernen Zwischenstück 2 zusam mengeschweisst sind, so dass sie mit diesem Stück ein Ganzes bilden.
Die Ringe 15, 16 sind in achsialer Richtung so bemessen, dass sie die Umfangsfläche der Stromüberleitungs ringe 10, 11 bedecken. 14 bezeichnen Er regerwicklungen, welche -im Ständer unter gebracht sind. Der Verlauf der magnetischen Kraftlinien ist an einer Stelle durch den ge strichelten Linienzug a angedeutet.
In das Ständergehäuse ist eine bei niederer Temperatur schmelzbare Legierung einge bracht. Diese Legierung, die zur Stromüber leitung zwischen Läufer und Ständer dient, kann zum Beispiel aus drei Gewichtsteilen Zinn, fünf Gewichtsteilen Blei und acht Ge wichtsteilen Wismut bestehen. Im geschmol zenen Zustand füllt diese Legierung beim Umlauf des Getriebes vermöge der Fliehkraft die' schmalen Zwischenräume zwischen den Ringen 6, 7, 10, 11 und den gegenüberlie genden Ständerflächen aus und vermittelt den Stromübergang zwischen jenen Ringen.
In folgedessen ergibt sich der -durch den ge strichelten Linienzug b angedeutete Strom verlauf, indem der Strom aus- dem Kupfer ring 7 des Läufers D über den in den Ständerkörper isoliert eingelassenen Kupfer ring 8 auf den Kupferring 6 des Läufers C übergeht, worauf er nach'Durchgang durch diesen Läufer vom Kupferring 10 in den Ständer übergeht -und von .hier durch Ver- mittlung des Ringes 3 in den Ring 11 des Läufers D übertritt.
In Verbindung mit dem Hohlraum 13 kön nen Mittel zum Zuführen eines Heizmittels vorgesehen sein, welches beim Anlassen ein Schmelzen der erstarrten Metallegierung oder während des Betriebes eine Erhitzung der flüssigen Legierung bewirkt. Um bei zu star ker Erhitzung der Metallegierung ein Ab kühlen derselben zu erwirken, können in Ver bindung mit dem Hohlraum 13 noch über dies Mittel zum Zuführen eines Kühlmittels angebracht sein. Der Hohlraum 13 kann er forderlichenfalls in mehrere Kammern unter teilt sein, von denen jede mit einer Zuleitung für ein Heizmittel oder ein Kühlmittel oder mit Zuleitungen für Heiz- und Kühlmittel ausgestattet sein kann.
Es ist festgestellt worden, dass als Metall- legierung, welche zur Stromüberleitung zwi schen Läufer und Ständer dient, auch eine solche verwendet werden kann, die aus vier Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichtsteilen Blei, fünfzehn Gewichtsteilen Wismut und vier Gewichtsteilen Kadmium, oder eine, die aus vier Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichtsteilen Blei, fünfzehn Gewichtsteilen Wismut und drei Gewichtsteilen Kadmium besteht. Auch mit einer aus einem Gewichtsteil Zinn, einem Gewichtsteil Blei und zwei Gewichtsteilen Wismut bestehenden Legierung sind gute Er gebnisse erzielt worden.
Die erwähnten Le gierungen schmelzen alle bei niederer Tem peratur und bleiben, nachdem sie beim Inbetriebsetzen durch Wärmezufuhr zum Schmelzen gebracht worden sind, während des Betriebes infolge der erzeugten Reibung und ihrer niedern Schmelztemperatur flüssig.
Unipolar machine, in which the current transfer between rotor and stator takes place through electrically conductive, rotating liquid rings in the operating state. The invention relates to a uni polar machine, in which in Betriebszu the current transfer between rotor and stator is carried out by electrically conductive, rotating liquid rings. Such unipolar machines, which are particularly suitable for dynamo-electric clutches and dynamo-electric transmissions, are described, for example, in D. R. P. 276712, 297493, 302174 and 294284. In these machines, a thin layer of mercury is used to transfer the current from the rotor to the stator and from this back into the rotor, which is distributed in a ring around the stator during operation.
It has now been shown, however, that the amalgamable metals such. B. copper, mercury in contact undergoes chemical changes after a certain period of operation. When the mercury comes into contact with copper, not only does copper amalgam form, but also, in particular, a large amount of mercury oxide due to the presence of the oxygen in the air. Copper oxide is also produced from the copper amalgam formed. All of these chemical products separate out in solid form and together form a dark powder, which makes it difficult for the necessary, electrically conductive liquid ring to form. In addition, this powder often adheres to the current-conducting parts of the rotor and stator.
As a result, the current transfer between these parts is made much more difficult, and the resulting mercury loss must be replaced by this. From time to time the mercury even has to be renewed, which requires time-consuming dismantling and reassembly of the machine and, moreover, in view of the high price of the mercury, results in significant expenses.
The purpose of the present invention is to create a unipolar machine of the type mentioned, in which the electrically conductive, rotating liquid ring does not suffer any significant chemical changes of any kind even after prolonged operation, so that the inconveniences that otherwise arise when using mercury are avoided. According to the invention, a metal alloy which melts at a low temperature and whose temperature always remains above the solidification temperature during operation is used to transfer current between the rotor and the stator. In the molten state, the metal alloy, in the same way as the mercury previously used, forms a rotating ring distributed around the current transferring rings of the rotor and serving to transfer the current.
In the stator of the unipolar machine, at least one cavity can expediently be provided, which can serve to accommodate a heating medium that causes the solidified metal alloy to melt when it is started or the liquid alloy to be heated during operation. In connection with the cavity of the stator, means for supplying a coolant can also be attached so that if the metal alloy is excessively heated, it causes the latter to cool.
In the accompanying drawing, a dynamo-electric transmission is illustrated in an axial longitudinal section, which has two polar machines running as a generator and motor according to the present invention.
In the transmission shown, A, B are the columns of the two unipolar machines, each of which has an iron ring 1. The iron rings 1 are releasably connected to a common intermediate piece 2, into which a copper ring 3 is inserted. Most of the intermediate piece 2 is surrounded by an annular piece 2Ú made of non-magnetizable material, which delimits a cavity 13 together with the intermediate piece 2 and the copper ring 3. In -dem the parts 1, 2, 2Ú having Stän dergehäuses are arranged with their end faces directly opposite runners C D, which BEZW in bearing bodies 4. 5 are stored. On the opposite end faces of the two rotors C, D, copper rings 6 and copper rings 6, respectively. 7 arranged.
Opposite the circumferential surfaces of these rings 6, 7, a copper ring 8 is embedded in the stator housing, the axial expansion of which is dimensioned such that its inner surface covers the circumferential surface of the rings 6, 7 be. The ring 8 is electrically separated from the copper ring 3 by an insulating layer 9, and it forms a whole with an intermediate wall 12 separating the two runners C D. The runner G; D are also with power transmission rings 10 respectively. 11 made of copper, which are connected to the same well lei tend. Compared to the circumferential surfaces of the rings 10, 11 are in the stand copper rings 15 respectively. 16 provided, which are welded together with the iron intermediate piece 2, so that they form a whole with this piece.
The rings 15, 16 are dimensioned in the axial direction so that they rings 10, 11 cover the circumferential surface of the power transmission lines. 14 He denote energizing windings, which are placed in the stator. The course of the magnetic lines of force is indicated at one point by the dashed line a.
An alloy which melts at a low temperature is introduced into the stator housing. This alloy, which is used to transfer current between the rotor and stator, can consist, for example, of three parts by weight of tin, five parts by weight of lead and eight parts by weight of bismuth. In the molten state, this alloy fills the 'narrow spaces between the rings 6, 7, 10, 11 and the opposing stator surfaces as the gear rotates by virtue of the centrifugal force and mediates the current transition between those rings.
As a result, the current course, indicated by the dashed line b, results in that the current from the copper ring 7 of the rotor D passes through the copper ring 8 insulated in the stator body and onto the copper ring 6 of the rotor C, whereupon it passes The passage through this runner passes from the copper ring 10 into the stator - and from here, through the intermediary of the ring 3, passes over into the ring 11 of the runner D.
In connection with the cavity 13, means for supplying a heating agent can be provided, which causes the solidified metal alloy to melt during tempering or to heat the liquid alloy during operation. In order to achieve a cooling from the same when the metal alloy is heated too strong, in connection with the cavity 13 can still be attached via this means for supplying a coolant. The cavity 13 can, if necessary, be divided into several chambers, each of which can be equipped with a supply line for a heating medium or a coolant or with supply lines for heating and cooling means.
It has been found that the metal alloy used to transfer current between the rotor and the stator can also be one made from four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of bismuth and four parts by weight of cadmium, or one which consists of four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of bismuth and three parts by weight of cadmium. Good results have also been achieved with an alloy consisting of one part by weight of tin, one part by weight of lead and two parts by weight of bismuth.
The mentioned Al alloys all melt at a lower temperature and, after they have been brought to melt during start-up by supplying heat, remain liquid during operation due to the friction generated and their low melting temperature.