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Elektrische Maschine mit bandförmigem Wicklungsträger Die Erfindung
bezieht sich auf elektrische Maschinen, wie Motoren und Generatoren für Gleichstrom
und Wechselstrom,- die sowohl stetige als auch hinsichtlich ihrerBewegungsrichtung
wechselndeBewegungen oder Drehungen ausführen können und bei denen für die Bildung
der beweglichen Elemente die Technik der sogenannten »gedruckten Schaltungen« angewendet
wird.
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Es sind bereits rotierende elektrischeMaschinen mit gedrückten Wicklungen
vorgeschlagen worden, die Wicklungen aus Flachleitern besitzen, die innig auf isolierenden
Flächen eines dünnen Trägers haften und insbesondere als Anker - in rotierenden
elektrischen Maschinen mit axialem Luftspalt dienen können, da die Leiter in zwei
Sätzen von Halbwindungen über die beiden Seiten eines dünnen isolierenden Ringes
verteilt und an den Enden der Halbwindungen so verbunden sind, daß sie gemeinsam
eine elektrische Wicklung, insbesondere eine Serienwellenwicklung, bilden. Außerdem
ist bereits vorgeschlagen worden, wie eine derartige Wicklung als Schleifenwicklung
ausgeführt werden kann.
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Das Ziel der Erfindung ist die Anwendung einer derartigen elektrischen
Wicklungsanordnung auf elektrische Maschinen, deren Wicklungselement sich translatorisch
oder rotatorisch bewegen kann. Zu diesem Zweck besteht erfindungsgemäß das Wicklungsträgerelement
aus einem Band, das so elastisch ist, daß es sich an die geometrische Form des Luftspaltes,
in dem es verläuft, anpassen kann, und das einen dünnen isolierenden Träger aufweist,
der mit einer Wicklung aus innig darauf haftenden Flachleitern überzogen ist.
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Durch die Erfindung wird eine elektrische Maschine geschaffen, die
den Vorteil aufweist, daß darin ein Element von geringer Trägheit bewegt wird, das
sehr schnell in Gang gesetzt oder angehalten werden kann. Die Bewegung kann entlang
einer Geraden oder entlang einer Kreislinie verlaufen. Ferner ergibt die Erfindung
den Vorteil einer sehr einfachen Herstellung eines zylindrischen Ankers mit gedruckter
Wicklung. Zur Erleichterung der Lüftung können die Magnete im Innern des Ankerzylinders
angeordnet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gleichstrommotors mit einem
gemäß der Erfindung ausgeführten Anker, Fig. 2 eine teilweise Oberansicht des Ankers
von Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht nach Linie 3-3
von Fig.2.
Fig. 4 eine Schnittansicht eines sechspoligen Motors gemäß einer- anderen Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 5 eine Schnittansicht nach Linie 5-5 von Fig. 4, Fig. 6 eine
teilweise Oberansicht einer isolierenden Folie, die mit einem Leiter überzogen ist
und für die Bildung eines Ankers in dem Motor nach Fig. 4 verwendet wird, Fig.7
eine Oberansicht von zwei Folien der in Fig.6 gezeigten Art, die entsprechend ihrer
gegenseitigen Lage in dem Anker des Motors von Fig. 4 übereinandergelegt sind, Fig.
8 ein Diagramm zur Darstellung des Stromverlaufs in dem Anker des Motors von Fig.
4, Fig. 9 eine Seitenansicht des Ankers des Motors nach Fig. 4, Fig.10 eine vergrößerte
Teilschnittansicht nach Linie 10-10 von Fig. 9 zur Darstellung der Verbindungszungen
in dem Anker nach dem Verschweißen; Fig. 11 bis 14 seitliche Schnittansichten von
vier gemäß der Erfindung ausgeführten Gleichstrommotoren -mit Schleifenwicklungen,
Fig. 15 und 16 zwei Ausführungsbeispiele von Schleifenwicklungen, Fig. 17 eine Darstellung
der Bürstenanordnung bei den Maschinen von Fig. 11 bis 14, _ Fig.18 eine Seitenansicht
zur Darstellung einer anderen Anordnung der Bürsten in diesen Maschinen, Fig. 19
eine Oberansicht- der Bürstenanordnung von Fig. 18, Fig. 20 und 21 zwei Ausführungsbeispiele
von Serienwellenwicklungen,
Fig.22 und 23 zwei Ausführungsbeispiele
für die Verbindungen der Leiter bei Schleifenwicklungen oder Serienwellenwicklungen,
Fig.2-1 eine seitliche Schnittansicht einer Gleichstrommaschine mit einer Serienwellenwicklung,
Fig. 25 eine seitliche Schnittansicht einer gemäß der Erfindung ausgeführten Maschine,
die eine Wicklung zur Kompensation der Ankerrückwirkung enthält, Fig. 26 eine teilweise
Oberansicht einer Einphasen-Wechselstrommaschine, die gemäß der Erfindung ausgeführt
ist, Fig. 27 eine teilweise Schnittansicht der Maschine von Fig.26. Fig. 28 eine
teilweise Oberansicht einer Dreiphasenwicklung für eine erfindungsgemäße Maschine,
Fig. 29 a, 29b und 29c verschiedene Teilschnittansichten der Maschine von Fig.28
zur Darstellung einer ersten Ausführungsform der Verbindungen zwischen den Phasen,
Fig. 30a, 30b und 30cTeilschnittansichten derMaschine von Fig. 28 zur Darstellung
einer zweiten Ausführungsform der Verbindungen zwischen den Phasen, Fig. 31 bis
34 teilweise Oberansichten von verschiedenen Ausführungsbeispielen für den Aufbau
von erfindungsgemäßen Maschinen im Hinblick auf ihre praktische Anwendung und Fig.35
bis 37 Seitenansichten von verschiedenen Ausführungsbeispielen für den Aufbau von
erfindungsgemäßen Maschinen im Hinblick auf ihreVerwendung.
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In Fig. 1 ist ein gemäß der Erfindung ausgeführter Gleichstrommotor
10 dargestellt. Die Lagerung des Motors ist nicht gezeigt. Der Motor enthält
Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes durch zwei Magnetsätze 11 und 12
mit Polschuhen 11 a und 12 a, die so angebracht sind, daß sie Felder von entgegengesetzter
Polarität quer zu einander benachbarten Abschnitten einer länglichen verschiebbaren
Folie 13 erzeugen, wie durch die Angaben N und S an den beiden Magnetsätzen angedeutet
ist. Ferromagnetische Schienen 14 und 15 dienen als Joche für die Magnetsätze. Gegebenenfalls
können die Magnete einer Seite entfallen und durch ein einfaches Magnetjoch, das
den Fluß schließt, ersetzt werden. Gegebenenfalls kann auch nur ein einziges Paar
von Magneten verwendet «-erden, beispielsweise das Paar 11.
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Das Band 13 enthält eine isolierende Folie, die über ihre gesamte
Länge mit einem leitenden Überzug 16 versehen ist, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist. Ein Abschnitt des leitenden Überzugs liegt in dem magnetischen Luftspalt. Der
Überzug 16 ist vorzugsweise auf beiden Seiten und über die gesamte Länge des Bandes
gebildet, und er stellt praktisch auf dieser Folie eine ununterbrochene Wicklung
dar. In Fig.2 sind die Leiter der einen Seite mit vollen Linien, die Leiter der
anderen Seite mit unterbrochenen Linien dargestellt, während die strichpunktierten
Linien die Lage der Polschuhe bezeichnen. Die Linien zwischen den Leitern 17 in
Fig. 2 stellen die nicht überzogenen Abschnitte der isolierenden Folie
13 dar.
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Die Folie 13 kann vorteilhafterweise aus einem Kunststoff aus Polyester
bestehen. Das Material 13 a dieser Folie ist in der Schnittansicht von Fig. 3 zu
erkennen. Eine derartige Folie kann beispielsweise eine Breite in der Größenordnung
von 7,5 cm und eine Dicke in der Größenordnung von i/4 mm haben. Die Verbindungen
zwischen den Leitern 17 auf den beiden Seiten (deren querverlaufende Abschnitte
einander g - e genüberliegen können) bestehen aus leitenden Überzügen 19,
20, 21 (Fig. 3) in Durchbrüchen durch das Isoliermaterial 13a. Das Teil 13 kann
die Form eines Bandes, Riemens oder Gurtes haben und über die Scheiben oder Trommeln
22 und 23 verlaufen, die mittels Wellen 24 bzw. 25 in nicht gezeigten Lagern gelagert
sind. Wahlweise können die Teile24 und 25 auch als Vorratsspule bzw. Aufnahmespule
ausgeführt sein, wobei das Band 13 anfänglich auf eine Spule aufgewickelt ist und
während des Betriebs des Motors allmählich zur anderen Spule gezogen wird. Gegebenenfalls
kann das Band 13 an bestimmten Stellen nahe der einen Kante oder beider Kanten verstärkt,
isoliert und perforiert sein, so daß es an Stelle der Riemenscheiben oder Trommeln
mit Zackenrollen zum Eingriff kommen kann; die beiden Wellen drehen sich dann synchron.
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Die Vorrichtung enthält ferner Einrichtungen, die einen Stromfluß
durch den leitenden Überzug bewirken. Zu diesen Einrichtungen kann beispielsweise
ein Paar von Bürsten 26, 27 gehören, die mit den Leitern des Überzugs in Kontakt
stehen. Diese Bürsten bewirken den Stromdurchgang, wodurch die Verschiebung des
beweglichen Elements in der Längsrichtung hervorgerufen wird. Sie können in Bürstenträgern
26a, 27c, gelagert sein, die an einem Träger 28 befestigt sind, so daß jede
Bürste die Leiter berührt, wenn sie zwischen den Magneten 11 und 12 hindurchgehen.
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Der Verlauf der Leiter und der Wicklung läßt sich teilweise an Hand
von Fig.2 verfolgen. Es sei angenommen, daß der Strom über die Bürste
26 eintritt, die in der Darstellung gerade mit dem Leiter 30 in Kontakt steht.
Der Strom folgt diesem Leiter und geht über die Durchführung 31 zu dem Leiter 32
auf der anderen Seite, kehrt über die Durchführung 33 zu dem Leiter 34 zurück, geht
über die Durchführung 35 zu dem Leiter 36 auf der anderen Seite usw., bis der Strom
über die Bürste 27 austritt. Die in vollen Linien gezeichneten Pfeile zeigen den
Stromfluß auf der einen Seite und die gestrichelt gezeichneten Pfeile auf der anderen
Seite.
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In Fig. 2 ist zu erkennen, daß in einem bestimmten Gebiet der Strom
in der gleichen Querrichtung in den übereinanderliegenden Leitern auf den beiden
Seiten des Elements 13 verläuft, daß aber in einander benachbarten Abschnitten,
die den Stellen der Polschuhe 11 n. und 12a entsprechen, der Strom in entgegengesetzten
Richtungen fließt. Hieraus und auf Grund der Umkehr der magnetischen Polarität der
Magnete 11 und 12 wird eine Kraft erzeugt, die eine Verschiebung des Elements 13
in der Längsrichtung bewirkt. Die Richtung dieser Verschiebung kann durch Umkehr
der Stromrichtung umgekehrt werden. Infolge der sehr geringen Trägheit des Elements
13 können das Anlaufen, das Stillsetzen und die Umkehr der Bewegungsrichtung gegebenenfalls
mehrmals in 1 Sekunde durchgeführt werden.
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Es soll nun kurz ein Verfahren zur Herstellung des Elements 13 beschrieben
werden. Man nimmt eine Folie aus dem obenerwähnten Isoliermaterial und bildet darin
die in Fig. 2 und 3 gezeigten Löcher. Dann wird die Folie über ihre gesamte Oberfläche
(einschließlich der Wände der Durchbrüche) mit einem Kupferfilm überzogen. Die Dicke
dieses Films ist sehr gering und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 4
[t. Dies kann durch Eintauchen der Folie in ein Kupferüberzugsbad erfolgen, wie
es in der Technik der gedruckten Schaltungen üblich ist. Dann wird mit einer gegen
Elektrolyse beständigen Farbe die Form des gewünschten Wicklungsverlaufs, d. h.
der in Fig. 2 schwarz dargestellten Linien, aufgedruckt. An den frei liegenden Stellen
(einschließlich der Perforierungen) wird das Kupfer bis zu der gewünschten Dicke
verstärkt,
beispielsweise bis zu 1/s mm. Es genügt dann, nach der Entnahme aus dem Verstärkungsbad
zunächst die Farbe zu entfernen und dann durch kurzes Eintauchen in eine Ätzlösung
die dünnen Kupferspuren zu beseitigen, die während der Verstärkung unter der Farbe
lagen.
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Natürlich können ebensogut dünne Kupferfolien verwendet werden, mit
denen das Isoliermaterial beschichtet ist, indem diese Folien entsprechend dem gewünschten
Wicklungsverlauf geätzt werden.
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- Ein Wechselstrommotor kann dadurch gebildet werden, daß die Permanentmagnete
11 und 12 in Fig. 1 und 2 durch Elektromagnete ersetzt werden, deren Wicklungen
derart mit den Bürsten in Serie geschaltet werden, daß der Strom in den Elektromagneten
11 ein Magnetfeld bestimmter Polarität und in den Elektromagneten 12 ein Magnetfeld
entgegengesetzter Polarität erzeugt. Die Felder kehren sich mit den Perioden des
Stroms um, so daß eine praktisch stetige Kraft auf das bewegliche Element 13 einwirkt.
Das Element 13 von Fig. 2 kann auch eine in sich selbst geschlossene Leiterwicklung
enthalten, die der später zu erläuternden Wellenwicklung von Fig.4 und 5 entspricht.
Bei Verwendung einer solchen Wicklung ist es dann zweckmäßig, nach Möglichkeit in
jeder Stromumkehrzone einen Satz von Magneten anzubringen, damit der Motor mit dem
optimalen Wirkungsgrad arbeitet.
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Die Anordnung von Fig. 1 und 2 kann auch als Stromerzeuger verwendet
werden, wenn die Welle 24 oder die Welle 25 angetrieben wird, so daß das Element
13 durch den magnetischen Luftspalt bewegt und in seiner Wicklung ein Strom induziert
wird.
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In Fig. 4 und 5 ist ein Gleichstrommotor dargestellt, der einen gemäß
der Erfindung ausgeführten zylindrischen Anker enthält. Eine Lagerschale40 trägt
eine Welle 41, die in Gleitlagern 42, 43 gelagert ist. Ein gemäß der Erfindung ausgeführter
Anker 44 in Form eines Hohlzylinders ist auf einem isolierenden Träger 45 gelagert,
der an der Welle 41 befestigt ist. Der als Beispiel gezeigte Motor hat sechs Pole,
die durch sechs Permanentmagnete 46 bis 51 gebildet sind. An den anderen Enden der
Magnete ist ein ferromagnetischer Ring 52 befestigt, der als Joch dient. Die Magnete
sind so angebracht, daß sie rings um den Umfang in der Nähe des Ankers Felder von
wechselnder Polarität erzeugen. Ein ferromagnetischer Zylinder53 ist im Innern des
zylindrischen Ankers angebracht, damit der Luftspalt verkleinert wird und die Magnetflußkreise
geschlossen werden. Bürsten 54, 55 sind annähernd in der Mitte zwischen den Magneten
51 und 46 bzw. den Magneten 46 und 47 als Stromzuführung für den Motor angebracht.
Diese Bürsten sind in üblicher Weise an elektrische Klemmen angeschlossen. Es können
gegebenenfalls zusätzliche Bürstenpaare in der Anordnung verwendet werden.
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In Fig. 6 bis 10 ist zu erkennen, daß der Anker 44 eine isolierende
Folie in Form eines geschlossenen Zylinders enthält, die je einen leitenden Überzug
58, 58 a auf der Innenseite bzw. auf der Außenseite trägt. Dieser Überzug
bildet eine Wicklung, deren Windungen fortschreitend in der Längsrichtung über den
Zylinder verlaufen.
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Zur Bildung eines derartigen Ankers werden zunächst zwei Elemente
hergestellt, von denen jedes aus einer isolierenden Folie besteht, die auf einer
Seite mit einer Halbwicklung überzogen ist. Diese Elemente 60 und 61 werden dann
in zylindrische Form gebracht und so miteinander verbunden, daß die eine überzogene
Seite auf der Außenseite und die andere überzogene Seite auf der Innenseite liegt;
die Halbwicklungen sind dann durch die isolierenden Träger voneinander getrennt.
Zur gegenseitigen Befestigung genügt es dann, die Verbindungen zwischen den Enden
der Leiter der Halbwicklungen vorzunehmen.
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Die Folien 60 und 61 haben vorzugsweise etwa die gleiche Länge, und
die Ränder der Folien sind vorzugsweise so abgeschnitten, daß sie dem Verlauf eines
Leiters folgen. Das in Fig. 6 gezeigte Element ist so dargestellt, daß der leitende
Überzug unter dem Isoliermaterial liegt, was durch die gestrichelt dargestellten
isolierenden Linien angedeutet ist. Die Ränder des Isoliermaterials überragen vorzugsweise
geringfügig die an den Enden liegenden Leiter und die Leiterenden. Dies ermöglicht
eine geringfügige Überdeckung des Isoliermaterials bei der Bildung des Zylinders.
Die Folien 60 und 61 von Fig. 7 tragen vorzugsweise die gleichen Wicklungsverläufe,
d. h., d'aß der Wicklungsverlauf der Folie 60 demjenigen der Folie61 gleich erscheint,
wenn die beiden Folien von der Leiterseite her betrachtet werden. Wenn die Folien
zur Bildung des Zylinders zusammengebaut werden (Fig. 7), sind die Wicklungsverläufe
in Bezug zueinander entgegengesetzt.
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Die Kanten der Leiter bilden Zungen, die beim Zusammenbau miteinander
zur Deckung gebracht werden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Wenn die Anordnung zu
einem Zylinder gerollt wird, kommen die Zungen 70a und 70b (Fig. 7) zur Deckung,
wodurch es möglich wird, die Wicklung rings um den Zylinder zu schließen. Wenn die
Folie für eine sechspolige Maschine verwendet wird, hat der Anker beispielsweise
43 Leiter auf jeder Seite des Zylinders. In Fig. 7 sind die Leiter in den Abschnitten
fortgelassen, welche den Stellen der Magnete 49 und 50 in dem Schema von Fig.8 entsprechen.
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Die Folien können gemeinsam oder auch getrennt zusammengerollt werden,
wobei im letzten Fall die innere Folie in den von der äußeren Folie gebildeten Zylinder
eingeschoben wird. Die Kanten der Folien kommen schließlich aneinander zur Anlage,
wie in Fig. 9 gezeigt ist, und sie können durch Verkleben oder auf ähnliche Weise
miteinander verbunden werden. Dann werden die Zungen beispielsweise durch Tauchlöten
miteinander verbunden, und die Folien können dadurch miteinander verbunden werden,
daß sie miteinander verklebt werden. Eine leitende Verbindung zwischen den Zungen
70a und 70b ist in Fig. 10 gezeigt.
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Die Verbindungen können ebensogut durch metallisierte Durchbrüche
erfolgen, wie es bei der Maschine von Fig. 1 bis 3 der Fall war.
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Der Verlauf des Stromes rings um den Zylinder ist in Fig. 7 und 8
schematisch dargestellt. Der Strom geht beispielsweise von der Bürste 54 entlang
dem Leiter 71 zu der Zunge 72, von dort über den Leiter 73 auf der Rückseite zur
Zunge 74, entlang dem Leiter 75 zur Zunge 76, entlang dem Leiter 77 zur Zunge 78
(Stromverlauf in Fig. 7), entlang dem Leiter 79 zur Zunge 80 (in Fig. 7 nicht gezeigt),
entlang dem Leiter 81 zur Zunge 82a, die mit der Zunge 82 b zusammenfällt und mit
ihr verbunden ist, sobald der Zylinder geschlossen ist. Der Strom geht dann entlang
dem Leiter 83 und folgt einer ähnlichen Bahn bis zu der Bürste 55.
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Wie durch die Pfeile in vollen und unterbrochenen Linien angedeutet
ist, ist die Richtung des Stromdurchganges in den auf den beiden Seiten des Isoliermaterials
(im Inneren und auf der Außenfläche des Zylinders) übereinanderliegenden Leitern
für jeden
gegebenen Abschnitt des Elements die gleiche. Der Strom
verläuft in entgegengesetzen Richtungen von einem Polabschnitt zu dem folgenden.
Dies ist schematisch in Fig. ß dargestellt, wo zu erkennen ist, daß infolge der
Umkehr der Polarität des Magnetfeldes von einem Abschnitt zum folgenden eine resultierende
Kraft entsteht, welche den Anker in Drehung versetzt. Diese Anordnung kann als Generator
verwendet werden, wenn die Welle 41 mechanisch angetrieben wird.
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Für die beschriebenen Ausführungsbeispiele bestehen andere Anwendungsmöglichkeiten,
die sich direkt ableiten lassen. So wird zur Bildung eines Wechselstromsynchronmotors
ein Induktor ähnlich demjenigen von Fig. 4 und 5 gebildet und unter Einfügung einer
isolierenden Zwischenschicht an der Innenwand des Motorgehäuses befestigt. Als Rotor
kann ein Permanentmagnet verwendet werden. Ein Induktionsmotor kann dadurch gebildet
werden, daß ein gedruckter Anker in Form eines Zylinders oder in Form eines Bandes
hergestellt wird, dessen Leiter an den Enden leitend verbunden sind. Ein Universalmotor
wird dadurch erhalten, daß die Permanentmagnete bei der Ausführungsform von Fig.
4 und 5 durch Elektromagnete ersetzt werden, wobei die Wicklungen dieser Elektromagnete
in entsprechender Weise so ausgeführt und verbunden sind, daß sie durch den Durchgang
des Ankerstroms erregt werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 11 bis 37
dargestellt.
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Die in Fig. 11 gezeigte Gleichstrommaschine enthält ein bewegliches
Element, das durch ein endloses Band 101 gebildet ist. Dieses besteht aus einem
isolierenden und biegsamen Trägerband 116, auf dessen beide Seiten die beiden Teile
115 und 117 einer Wicklung vom Typ einer Schleifenwicklung aufgebracht sind, wie
später erläutert wird. Dieses endlose Band wird von Trommeln 102 und 103 getragen
und liegt teilweise in dem Luftspalt einer magnetischen Induktoranordnung, die einen
kanalförmigen Luftspalt begrenzt.
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Dieser Induktor besteht bei dem gezeigten Beispiel aus zwei Magneten
104 und 105, deren Polflächen von entgegengesetzter Polarität N bzw. S entlang dem
kanalförmigen Luftspalt angeordnet sind. Diese beiden Magnete sind auf einer Grundplatte
6 angebracht, die gegebenenfalls als Magnetjoch dienen kann. Zwischen ihnen ist
ein Führungsglied 114 für das Band 101 angeordnet, und zwar trägt dieses Führungsglied
am Ende z. B. eine Rolle oder Walze. Auf der anderen Seite des Luftspalts ist eine
magnetische Platte 107 gezeigt, die von einer Trägerplatte 108 mechanisch gehalten
wird. Dieser Teil des Statorinduktors trägt drei Bürsten 109, 110 und 111. Diese
Bürsten schleifen direkt auf der Fläche 117 der Wicklung, und ihre Anordnung in
bezug auf die Wicklung wird später erläutert. Sie liegen natürlich in Abständen,
die einem Polschritt der Maschine entsprechen. Obgleich die Zeichnung nicht maßstabgerecht
ist, läßt sich aus der Anordnung von Fig. 11 erkennen, daß für die Wicklung eine
Länge von sechs vollständigen Polschritten angenommen ist. Da infolge des Aufbaues
des Induktors nur zwei Pole wirksam sind, folgt, daß vier der sechs Wicklungsabschnitte
einen nutzlosen Widerstand einführen, der parallel zu dem wirksamen Teil des Ankers
101 liegt. Durch die Anbringung der Bürsten 109 und 111, welche zwischen sich die
Bürste 110 einschließen und gemeinsam an die Klemme 113 angeschlossen sind, während
die andere Klemme mit der Bürste 110 verbunden ist, ergibt sich ein Kurzschluß der
wirkungslosen Abschnitte oder wenigstens eine beträchtliche Verringerung der Wirkung
ihres parasitären Widerstandes.
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Wenn gemäß Fig. 12 eine ungerade Anzahl von wirksamen Polen in der
Maschine angebracht wird, hier drei durch Hinzufügung des Pols 118, wenn die Wicklung
eine Länge von acht vollständigen Polschritten bei diesem Beispiel hat, werden zweckmäßig
in der angegebenen Weise zwei Bürstenpaare 109-111
und 110-119 vorgesehen,
von denen jedes Paar an eine Stromzuführungsklemme angeschlossen ist. Die magnetische
Unsymmetrie wird somit durch die Symmetrie der Stromzuführung kompensiert, jedoch
wird natürlich die Wirksamkeit der Maschine infolge der Erhöhung der Zahl der wirksamen
Pole vergrößert; dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Wicklang aus anderen
Gründen eine erhöhte Anzahl von Polschritten überdecken soll.
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Anstatt den Anker 101 auf Trommeln 102 und
103
zu lagern, kann er auch gemäß Fig. 13 für bestimmte Anwendungszwecke einfach
durch Führungsstücke 125 und 126 an den Enden des kanalförmigen Luftspalts geführt
werden, wobei dann der Anker 101 auf den abgerundeten oder gekrümmten Enden
123 und 124 dieser Führungsstücke aufliegt.
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In Fig. 13 ist ferner dargestellt, daß das Magnetjoch 107 gegebenenfalls
durch Magnete 121 und 122 ersetzt werden kann, die beispielsweise auf einer Platte
138 aus magnetischem Material befestigt sind. Die Polflächen der Magnete 121 und
122 besitzen entgegengesetzte Polaritäten, und sie liegen gegenüber den Polflächen
der Magnete 104 und 105 auf der anderen Seite des Luftspalts.
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Schließlich können auch konzentrische Anordnungen gebildet werden,
wie in Fig. 14 dargestellt ist. Hier wird die Wicklung von einem Magnetjoch 127
in Form eines Zylinders getragen; dieses Magnetjoch wird seinerseits von einer Nabe
128 mit radialen Armen 129 getragen. Der Stator der Maschine ist dann rohrförmig
und enthält z. B. wenigstens ein Paar von gekrümmten Magneten, die bei
130 und 131 angedeutet sind und von einem gekrümmten Teil 132 getragen
werden. Der Induktor kann sich über jeden gewünschten Öffnungswinkel erstrecken,
sogar über den gesamten Umfang. Die Anordnungen der Bürsten können den zuvor beschriebenen
ähnlich sein. An den Stromzuführungsklemmen 112 und 113 sind Pfeile angebracht,
die andeuten, daß hier die Anschlüsse von weiteren Bürsten liegen können, falls
diese in der Anordnung vorgesehen sind.
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Fig.15 zeigt den Verlauf der Schleifenwicklung, die von dem Band 101
getragen wird. Der Wicklungsverlauf ist auf der einen Seite dargestellt, wobei die
vollen Linien, die die leitenden Teile begrenzen, die zwischen den Leitern liegenden
Zwischenräume aus Isoliermaterial darstellen. Die unterbrochenen Linien deuten die
Grenzen der Leiter der Wickelköpfe auf der anderen Seite der Wicklung an, während
die querliegenden Abschnitte 132 der Wicklungsleiter auf den beiden Seiten genau
in Deckung sind. Jeder dieser querverlaufenden Abschnitte geht in zwei geneigte
(gegebenenfalls auch gekrümmte) Abschnitte 133 und 134 über, durch die der Wicklungsschritt
definiert wird. Der Abschnitt 133 endet an einem Kontaktstück 135 und der Abschnitt
134 an einem Kontaktstück 136. Es ist zu bemerken, daß bei der Ausführungsform von
Fig. 15 die beiden Reihen der Kontaktstücke 135 und 136 gegenseitig versetzt sind,
was eine Unsymmetrie zwischen den beiden Seiten der Wicklung bedeutet. Diese Unsymmetrie
läßt sich beseitigen, wie in Fig. 16 dargestellt ist, indem die Neigung der Abschnitte
134
der Wickelköpfe (auf der gezeigten Seite) und der Abschnitte 139 (auf der anderen
Seite) verändert wird, wodurch die Anordnung der Bürsten vereinfacht wird, wie sie
später in bezug auf Fig. 19 erläutert wird.
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In der Darstellung von Fig. 15 sind bei 137 und 138 die Schnittlinien
an den Enden der Wicklung nach deren »Aufdrucken«, aber vor dem Schließen der Schleife
gezeigt. Diese Schnittlinien folgen jeweils dem Verlauf einer der Halbwindungen
auf der einen Seite der Wicklung, wodurch die Verbindung der Wicklung zu einer Schleife
vereinfacht wird; es ist nämlich zu erkennen, daß durch Umbiegen des dargestellten
Bandes in der Weise, daß die Enden durch Anheben (in bezug auf die Zeichenebene)
zusammengefügt werden, alle anzubringenden Verbindungslötstellen auf der frei liegenden
Seite des Bandes liegen, wodurch das punktweise Verlöten, das nur zwischen den Enden
der in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Leiter der Wickelköpfe durchgeführt
werden muß, offensichtlich wesentlich erleichtert wird.
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Jede Seite trägt also eine sich wiederholende Folge von Halbwindungen,
und diese Halbwindungen können von der einen Seite zur anderen an der Stelle der
Kontaktstücke 135 und 136 miteinander verbunden werden. Dies kann auf verschiedene
Art und Weise erfolgen, wie beispielsweise in Fig. 22 und 23 dargestellt ist. Ein
erstes Verfahren besteht darin, an der Stelle der Kontaktstücke kein Isoliermaterial
vorzusehen und die Kontaktstücke auf beiden Seiten der Wicklung miteinander zu verlöten
(Fig. 22). Ein anderes Verfahren besteht darin, das Isoliermaterial hinter den Kontakten
beizubehalten und die Verbindungen durch das Isoliermaterial hindurch auszubilden,
wie in Fig. 23 bei 152 und 153 angedeutet ist, indem kleine Hohlniete eingesetzt
werden oder zuvor im Isoliermaterial gebildete Perforierungen bei der Herstellung
der Wicklung durch »Aufdrucken« metallisiert werden.
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Die Bürsten 109, 110 usw. können auf den Abschnitten 132 der Leiter
schleifen, wie in Fig. 17 dargestellt ist. Sie liegen dann zwischen den Polschuhen
des Induktors, die in dieser Darstellung bei 121 und 122 angedeutet sind. Ferner
sind hier gestrichelt die Stellen angedeutet, an denen die Führungsrollen 141, 143
liegen, die mit den Stützwalzen 102 und 142 für die Wicklung zusammenwirken, sowie
Führungsrollen 144 und 145, die zusätzlich vorgesehen sein können, um eine genauere
Führung der Wicklung zu gewährleisten. Der Wicklungsverlauf ist zur Vereinfachung
der Zeichnung nicht dargestellt. Falls die zusätzlichen Führungsrollen vorgesehen
sind, so wirken sie natürlich mit entsprechenden Rollen auf der anderen Seite der
Wicklung zusammen.
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Bei einer anderen Anordnung wird für jede Stromzuführungsstelle der
Wicklung ein Bürstenpaar vorgesehen, wie bei 109 und 149 in Fig. 19 dargestellt
ist. Diese Bürsten schleifen dann auf den Kontaktstücken an den Enden der Leiter
der Wickelköpfe. Die Bürsten jedes Paares liegen parallel zueinander an der zugehörigen
Stromversorgungsklemme, die in Fig. 19 bei 113 gezeigt ist. Die Querachse jedes
Bürstenpaares fällt dann im wesentlichen mit einer Querachse eines Poles des Induktors
zusammen, und zwargenau, wenn die in Fig. 16 dargestellte Ausführungsform der Wicklung
angewendet wird. Die Bürsten sind dann quer zur Längsachse der Anordnung versetzt,
wie in der Seitenansicht von Fig. 18 zu erkennen ist, die einen Abschnitt des Induktors
der Maschine zeigt.
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Die Wicklung der erfindungsgemäßen Maschine kann auch als Serienwellenwicklung
ausgeführt sein. Dies ist in Fig. 20 dargestellt, wo der gleiche Wicklungsschritt
wie bei derSchleifenwicklungbeibehalten ist, was einfach dadurch erreicht wird,
daß die geneigten Abschnitte 154 und 156 der Wickelköpfe gegenüber den Wickelkopfabschnitten
133 und 135 umgekehrt werden. Eine abgeänderte Ausführungsform, die den Vorteil
eines besonders einfachen Aufbaues bietet, ist in Fig. 21 dargestellt. Sie besteht
darin, daß die Leiter der Wicklung als Ouerstreifen ausgeführt werden, die so geneigt
sind, daß der gewünschte Wicklungsschritt für jede Windung erhalten wird. Die Streifen
sind auf der einen Seite mit 149 und auf der anderen Seite mit 150 bezeichnet. Vor
der Verbindung zu einer Schleife hat die Wicklung vorzugsweise die Form eines an
beiden Enden abgeschrägten Bandes, so daß auch hier die zur Vervollständigung der
gewünschten Schleife erforderlichen Verbindungslötungen nur auf einer Seite der
Wicklung durchgeführt werden müssen.
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In Fig.24 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Maschine mit einer Serienwellenwicklung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform
sind vier wirksame Magnetpole vorgesehen, die in zwei Paaren 104, 105 und 164, 165
angeordnet sind. Zusammen mit den Magnetjochplatten 107 und 157, die durch Halteplatten
108 bzw. 158 getragen werden, begrenzen sie zwei Luftspaltkanäle, durch die die
Wicklung 101 läuft. Die Führung der Wicklung erfolgt durch zwei Sätze von Führungsgliedern
159,
160, 161 und 169, 170, 171, die von den Außenteilen des Statoraufbaues
getragen werden und durch Führungsglieder 162 und 172 abgestützt sind, die von den
Innenteilen des Statoraufbaues getragen werden. Die Trommeln 102 und 103 vervollständigen
die Führung.
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Die Bürsten, von denen für eine Serienwellenwicklung nur ein Paar
vorgesehen ist, sind bei dem gezeigten Beispiel außerhalb der Luftspalte angebracht.
Für die Stromversorgung einer Serienwellenwicklung brauchen nämlich die Bürsten
nicht auf den innerhalb des Luftspalts liegenden Wicklungsteilen zu schleifen; es
genügt, daß sie an Stellen liegen, die um einen Polschritt oder ein ungeradzahliges
Vielfaches eines Polschrittes voneinander entfernt sind. Bei der Ausführungsform
von Fig. 24 ist, bezogen auf die ebene Abwicklung eines aktiven Pols der Anordnung,
eine sechspolige Wicklung angenommen.
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Bei Maschinen der zuvor erwähnten Art ist es nun erwünscht, eine Kompensation
der Ankerrückwirkung durchzuführen, um im Luftspalt eine sich mit der Belastung
ändernde Feldkomponente zu beseitigen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, in dem
Luftspalt einer Maschine, deren Rotor eine gedruckte Wicklung trägt, eine feststehende
Wicklung anzubringen, die in jeder Hinsicht mit der Rotorwicklung identisch und
elektrisch so geschaltet ist, daß sie von dem Strom durchflossen wird, der auch
durch den Rotor fließt, aber in entgegengesetzter Richtung zu der Stromrichtung
in der Rotorwicklung. Diese Kompensationswicklung liegt der Rotorwicklung im Luftspalt
gegenüber. Dies gilt auch für die erfindungsgemäß ausgeführten Maschinen, doch genügt
es hier, wie in Fig. 25 angedeutet ist, die Längsausdehnung einer derartigen Kompensationswicklung
auf die nützliche Fläche des magnetischen Statoraufbaues der Maschine zu beschränken,
und es ist nicht erforderlich, daß diese Kompensationswicklung die gesamte bewegliche
Wicklung umgibt. Bei dem Beispiel von Fig. 25 sind vier Pole 173, 121 und 122,174
des Induktoraufbaues dargestellt, wobei weitere Pole zwischen diesen beiden Polpaaren
liegen können. Eine Träger- und Magnetjochplatte
138 trägt die
Magnete. Auf der anderen Seite des Luftspaltes befindet sich ein Magnetjoch 175,
das von einer Trägerplatte 180 getragen wird. Die Kompensationswicklung ist bei
178 angedeutet; sie erstreckt sich annähernd von der Mittelebene des Pols 173 bis
zur Mittelebene des anderen Außenpols 174 der Maschine. Der Wicklungsverlauf der
Kompensationswicklung ist natürlich identisch mit demjenigen der Wicklung 101. Die
Bürsten für die Wicklung 101 sind bei 109 und 110 angedeutet und die
Klemmen der Kompensationswicklung bei 177 und 179. Eine bei 176 gestrichelt angedeutete
Verbindung, die in der Praxis seitlich verläuft, um die Bewegung des Ankers zuzulassen,
verbindet die Klemme 177 mit der Bürste 109. Die Klemme 179 ist mit der Stromzuführungsklemme
113 verbunden und die Bürste 110 mit dem Stromausgang 112. Wenn die
Wicklung als Schleifenwicklung ausgeführt ist, werden in der Kompensationswicklung
178 seitliche Rückleitungen vorgesehen, die zwischen den Enden zum Schließen der
Wicklung erforderlich sind. Wenn die Kompensationswicklung eine Serienwellenwicklung
ist, sind diese Rückleitungen nicht erforderlich. In beiden Fällen können aber cntsprecliend
den früher erläuterten Anordnungen Zwischenabgriffe und Zwischenbürsten an den Wicklungen
vorgesehen werden.
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Die Erfindung ist direkt auf Wechselstrommaschinen anwendbar, wenn
einfach zu der Wicklung 101 :Schleifringe« hinzugefügt werden, an denen der Wechselstrom
durch Schleifbürsten, die am Statoraufbau befestigt sind, zugeführt oder abgenommen
wird.
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In Fig. 26 und 27 ist als Ausführungsbeispiel der Fall einer Einpliasenmaschine
mit einer Serienwellenwicklung dargestellt. Der Wicklung sind zwei leitende Streifen
181 und 189 zugefügt, die zugleich mit den Leitern auf dem gleichen isolierenden
Träger zu beiden Seiten des Trägers gebildet werden. An der Wicklung sind zwei Abgriffe
182 und 1821 gebildet, die unter Zugrundelegung des durch den Statoraufbau und den
Wicklungsschritt definierten doppelten Polschritts um 180 elektrische Grade voneinander
in der Wicklung entfernt sind. Zwei Schleifbürsten 183 und 185, die an die Klemmen
184 und 186 angeschlossen sind, an die die Wechselspannung- im Fall eines Motors
gelegt wird oder an denen die Spannung im Fall eines Generators abgenommen wird,
schleifen auf den Streifen 181 und 189, vorzugsweise an einander gegenüberliegenden
Stellen (Fig. 27). Bei 187 und 188 ist ein Paar von mechanischen Führungselementen
für den anderen Rand der Wicklung vorgesehen, die keine elektrische Wirkung haben.
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Ferner läßt sich als Beispiel der Fall einer Dreiphasenmaschine betrachten.
In diesem Fall sind gemäß Fig. 28 wenigstens drei leitende Streifen 190, 191 und
192 einer Seite der Wicklung zugeordnet, die auch hier als Serienwellenwicklung
vorausgesetzt ist. Diese drei Streifen sind auf einem isolierenden Band gebildet,
und diese Anordnung wird dann mit dem Wicklungsband selbst verbanden, beispielsweise
gemäß der in Fig. 29a, 29b, 29c oder in der in Fig. 30a, 30b, 30c dargestellten
Weise. Diese Figuren zeigen Teilquerschnitte an den Stellen, die in Fig. 28 mit
ca, b
und c bezeichnet sind. An drei voneinander um 120 elektrische Grade
entlang der Wicklung entfernt liegende Stellen sind in beiden Fällen Abgriffe 196,
197 und 198 vorgesehen, die an diesen Stellen Veränderungen der Endabschnitte der
betreffenden Leiter auf der in Fig. 28 gezeigten Wicklungsseite darstellen.
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Zur Bildung einer Dreiphasenmaschine, die anschließend von dem Benutzer
nach Bedarf in Stern oder in Dreieck geschaltet werden kann, müssen für die Wicklung
sechs Stromanschlüsse vorgesehen werden. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 29 a bis
29 c ein weiterer Satz von leitenden Streifen 193, 194, 195 auf der anderen Seite
der Wicklung gegenüber dem Satz der Streifen 190; 191, 192, die in Fig. 28 sichtbar
sind, gebildet. An den Stellen der Abgriffe 196, 197 und 198 sind die Leiter der
Wicklung nicht von der einen zur anderen Seite miteinander verbunden, und die auf
der Rückseite liegenden Leiter sind gleichfalls mit Abgriffen 199, 200 und 201 versehen,
wie in Fig. 29a bis 29c zu erkennen ist. Dagegen werden die folgenden Verbindungen
zwischen den leitenden Streifen und den Abgriffen vorgenommen: eine Verbindung 202
zwischen dem Abgriff 196 und dem Streifen 190, eine Verbindung 203 zwischen dem
Abgriff 199 und dem Streifen 195 (Fig. 29 a), eine Verbindung 204 zwischen dem Abgriff
197 und dem Streifen 191, eine Verbindung 205 zwischen dem Streifen 193 und dem
Abgriff 200 (Fig. 29b), eine Verbindung 206 zwischen dem Streifen 192 und dem Abgriff
198, eine Verbindung 207 zwischen dein Abgriff 201 und dem Streifen 194 (Fig.
29 c). Wenn die Streifen oder »Schleifringe 190, 191 und 192 beispielsweise als
die Eingänge El, E2 und E3 der drei Phasen angesehen werden, stellen die Streifen
193, 194 und 195 dann die Ausgänge S., S1 und S2 der drei Phasen dar.
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Wahlweise kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß nur eine
Dreieckschaltung möglich ist. Sie ist dann vereinfacht, wie in Fig. 30a, 30b und
30c dargestellt ist. Die einander gegenüberliegenden Abgriffe 196 und 200 werden
dann gemeinsam über die Verbindung 268 an den Schleifring 190 angeschlossen, die
einander gegenüberliegenden Abgriffe 197 und 201 werden gemeinsam über die Verbindung
269 mit dem Schleifring 191 verbunden, und die einander gegenüberliegenden Abgriffe
198 und 199 werden über die Verbindung 270 mit dem Schleifring 192 verbunden. Die
Schleifringe oder Streifen 193, 194 und 195 sind bei dieser Anordnung überflüssig.
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Die Anordnung der nicht gezeigten Bürsten ist für derartige Dreiphasenscbaltungen
offensichtlich.
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Es werden nun einige zusätzliche konstruktive Maßnahmen betrachtet,
die insbesondere auf die praktische Anwendung der beschriebenen Maschinen in elektrischer
und mechanischer Hinsicht gerichtet sind.
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Es wurde bereits erwähnt, daß das Band 101 von Trommeln oder Vorratsspulen
getragen werden kann. In allen Fällen, wo die Bewegung des Bandes ohne Schlupf erfolgen
muß, werden gemäß Fig. 31 und 32 Zahn- oder Zackentrommeln verwendet, wie in Fig.
31 für die Trommeln 102, 212 und 103., 213 angedeutet ist. Für jedes Trommelpaar
ist eine gemeinsame Achse vorgesehen, und zwar die Achse 211 für das Paar
102,
212 und die Achse 214 für das Paar 103, 213. Die Zacken müssen finit
Perforierungen in dem Bund 101 zusammenwirken. Nun ist der isolierende Träger in
dem Band zu dünn, um mechanisch einen derartigen Antrieb aushalten zu können. Deshalb
ist es zusätzlich vorgesehen, durch »Aufdrucken« oder ein ähnliches Verfahren wenigstens
auf einer Seite des Bandes einen metallisierten Streifen 208 an der einen Kante
und einen metallisierten Streifen 209 an der anderen Kante zu bilden. Diese
Streifen enthalten Perforierungen 210, die auch durch das dünne Isoliermaterial
hindurchgehen, wodurch die gewünschte mechanische Verstärkung erhalten wird. Natürlich
besteht keine elektrische Verbindung zwischen dem Streifen und der Wicklung, die
zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt ist.
Die eine der
Achsen 211 und 214 kann als mechanisches Abtriebsglied der Maschine
verwendet werden; in erster Linie ist aber die Anwendung dieser Maschinen für den
Antrieb von Informationsträgern, vor allem für verschlüsselte Informationen vorgesehen,
wie beispielsweise Lochstreifen, Magnetbänder, Lochkarten, Kinofilme, photographische
Aufzeichnungen u. dgl.
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Eine erste mögliche Antriebsspur für derartige Elemente wird direkt
durch die Oberfläche des Bandes 101 (Fig. 31) gebildet. Wenn man diese Spur nicht
als solche verwenden will, sind mehrere Lösungen möglich; zunächst kann gemäß Fig.
32 eine der Trommeln jedes Paares, bei dem gezeigten Beispiel die Trommel 216, so
verlängert werden, daß sie über den elektrotechnischen Teil der Maschine hinausragt,
wodurch eine Antriebsspur 215 gebildet wird, die außerhalb des magnetischen Luftspaltes
liegt. Auf der Spur 215 ist eine Lochreihe angedeutet; es kann auch ein Paar von
Lochreihen vorgesehen werden, die jeweils mit einer Zackenreihe auf der Trommel
216 zusammenwirken. Die Perforierungen können durch Metallisierung oder einen dielektrischen
Auftrag, je nach den Erfordernissen, verstärkt werden. Es kann auch gemäß Fig. 33
eine »Doppelmaschine« mit einem einzigen Träger für zwei- bewegliche Wicklungen
vorgesehen werden, zwischen denen eine Antriebsspur 236 für die Informationsträger
gebildet ist. Die Wicklungsspuren dieser Maschine sind mit 227 und 237 bezeichnet,
und jede von ihnen ist mit verstärkenden Metallisierungen 228, 229 bzw. 238, 239
für den Antrieb durch die Trommeln 102, 212 und 235 versehen. Die Trommel 235, die
in der Mitte liegt, ist zusätzlich vorgesehen, und sie erstreckt sich beispielsweise
über die Breite der Antriebsspur 236 für den Informationsträger. Die beiden Maschinenelemente
können mechanisch getrennte Induktorkreise aufweisen, obgleich ihre Wicklungen identisch
sind, aber sie können auch einen gemeinsamen Magnetkreis besitzen, der sich über
die ganze Breite der Anordnung erstreckt.
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Unter ähnlichen Bedingungen, aber ohne die Notwendigkeit eines zwangsschlüssigen
Antriebs kann die in Fig. 34 dargestellte Antriebsspur für die Informationsträger
zwischen zwei Wicklungen 247 und 257 angewendet werden. Die drei glatten Trommeln
252, 262 und 265 haben eine gemeinsame Achse 211, und auf dem Band, das die Wicklungen
und die Antriebsspur trägt, sind an den Außenkanten zwei Verstärkungsstreifen für
das Isoliermaterial vorgesehen, die beispielsweise durch Metallisierung gebildet
sind.
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Unabhängig davon, ob der Antrieb der Informationsträger durch Reibung
oder zwangsschlüssig erfolgt, kann der Informationsträger 217 durch den Luftspalt
selbst hindurchgehen, wie in Fig. 35 dargestellt ist, wo bei 218 und 219 die beiden
Teile des Statoraufbaues dargestellt sind, die den Luftspalt zwischen sich einschließen;
gemäß Fig. 36 kann der Informationsträger auf der anderen geradlinigen Fläche des
Bandes 101 bewirkt werden, gegen die er durch ein Hilfsband gehalten wird, das über
Rollen 226 und 230 läuft (Fig.36).
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Gemäß einer anderen Möglichkeit (Fig.37) kann der Informationsträger
217 zwischen die beiden Bänder 231 und 241 gepreßt werden, die durch Walzen-oder
Trommelpaare 232, 233 und 242, 243 geführt werden. Der Informationsträger läuft
durch den Luftspalt eines doppelten Statoraufbaues, dessen beide Teile 234 und 244
zwei Maschinen gemeinsam sind und das Magnetfeld in diesem Luftspalt bestimmen.
In Abänderung der Anordnungen von Fig. 31 bis 37 lassen sich ohne weiteres weitere
Ausführungsformen für die praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Maschine finden.