-
Motorunterbrecher für die Speisung von mindestens zwei elektrolytischen
Metallbehandlungsbädern mit periodischem Hackstrom höherer Stromstärke In der Elektrotechnik
kann es erwünscht sein, elektrischen Strom verbrauchende Apparate mit zerhacktem
Strom zu speisen oder aus einem Gleichstrom durch eine geeignete Anordnung einen
zerhackten Gleichstrom zu erzeugen. Insbesondere liegt dieser Bedarf vor bei elektrolytischen
Apparaten, z.B. für das Reinigen, Beizen, Ätzen, Elektroplattieren und anodische
Oxydation von Metallen, da es sich in bestimmten Fällen gezeigt hat, daß die Verwendung
eines periodisch unterbrochenen Gleichstromes einen besonders günstigen Einfluß
auf das Ergebnis der Behandlung ausübt. Dabei kann die Anzahl der Unterbrechungen
bis über 140mal pro Sekunde steigen. Apparate verschiedener Art, wie z. B. rotierende
oder vibrierende Schalter, erlauben es prinzipiell, einen Strom periodisch ein-
und auszuschalten. Es zeigt sich aber, daß bei hohen Stromstärken, z. B. von über
1000 A, jede Unterbrechung des Stromes eine Abschaltüberspannung bzw. einen
Lichtbogen verursacht. Diese Erscheinungen sind mit steigender Stromstärke bei häufigen
Unterbrechungen immer schwieriger zu beherrschen und sehr lästig für die elektrischen
Einrichtungen, insbesondere für den Schalter und die Stromquelle. Beim Schalter
entsteht eine starke Funkenbildung, die eine verfrühte Ab-
nutzung der Kontakte
hervorruft. Das periodische Ein- und Ausschalten hat ferner den wirtschaftlichen
Nachteil, daß die elektrische Stromquelle während der Unterbrechungszeit nicht voll
ausgenutzt ist. Insbesondere wurde bis heute das Problem nicht gelöst, bei niedriger
Spannung, z. B. niedriger als 35 V, einen Gleichstrom von großer Stärke,
z. B. von mehr als 500 A, sehr oft, z. B. mehr als 100mal pro Sekunde, ein-
und auszuschalten. Hohe Ströme bei niedriger Spannung oft zu unterbrechen, konnte
bisher wirtschaftlich nicht gelöst werden, auch mit Gasentladungsröhren nicht, da
für diese Bedingungen die Gasentladungsröhren einen ungünstigen Wirkungsgrad aufweisen.
-
Es wurde ferner bereits in der deutschen Patentschrift 514
157 vorgeschlagen, für die Beizbehandlung von Metalloberflächen Gleichstrom
mit überlagertem Wechselstrom oder überlagertem Rechteckstrom anzuwenden. Hierfür
wurde eine Anordnung vorgeschlagen, bei der ein Behandlungsbad über zeitweilig vorgeschaltete
Widerstände mit Strom versorgt wird; sehr nachteilig ist dabei das Auftreten ganz
erheblicher Energieverluste in den vorgeschalteten Widerständen. Dieses Verfahren
kommt daher, insbesondere für hohe Ströme, auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht
in Betracht.
-
Diese Schwierigkeiten lassen sich weitgehend beseitigen, wenn mit
mindestens zwei Stromverbrauchern gearbeitet wird, denen der Strom rhythmisch nacheinander
mittels eines Umschalters zugeleitet wird, wobei der eine Pol der Stromquelle dauernd
direkt mit je einer Anschlußklemme der Stromverbraucher verbunden ist, während
der andere Pol der Stromquelle durch den Umschalter rhythmisch nacheinander mit
den anderen Anschlußklemmen in Verbindung steht. Es wurde bereits in der deutschen
Patentschrift 65 146 ein nach diesem Prinzip arbeitender Umschalter für gruppenweise
geschaltete Leistungen beschrieben, mit dem es möglich ist, den Strom in bezug auf
die Hauptleitung ununterbrochen fließen zu lassen. Gegenüber den oben aufgeführten
Verfahren wird dadurch bereits ein wesentlicher Fortschritt erreicht. Dieser Umschalter
wurde jedoch damals für Ströme kleiner Stromstärke entwickelt, für welche die in
diesem Umschalter vorkommende Doppelunterbrechung bzw. -überschaltung auf jede der
den einzelnen Verbrauchern entsprechende Teilstrecke noch gut zulässig ist. Dagegen
wäre für höhere Stromstärken, z. B. von 500 A und darüber, ein solcher Umschalter
ungeeignet, da sowohl auf der Eintritt- wie auf der Austrittseite spezielle Kontaktbürsten
mit gut kommutierender Qualität eingesetzt werden müssen, die einen höheren übergangswiderstand
aufweisen.
-
Dieser letztere Nachteil läßt sich mit einer Vorrichtung nach der
Erfindung beheben, die es erlaubt,
bei jeder Stromsteuerung den
Strom nur an einer Stelle zu unterbrechen.
-
Die Erfindung betrifft einen Motoranterbrecher für die Speisung von
mindestens zwei elektrolytischen Metallbehandlungsbädern mit periodischem Hackstrom
höherer Stromstärke, insbesondere von mehr als 500 A, dessen mit Kontaktbürsten
zur Stromzu-und -ableitung in Verbindung stehender Rotor mit so viel ringum angeordneten,
voneinander isolierten und jeweils mit entsprechenden, daneben angeordneten Schleifringen
verbundenen Segmenten oder Segmentgruppen versehen ist, wie Behandlungsbäder zu
speisen sind, gekennzeichnet als Umsteuerungseinrichtung, indem die auf den Segmenten
oder Segmentgruppen laufende Kontaktbürstenreihe oder Kontaktbürstengruppe mit dem
einen Pol der Stromquelle verbunden ist und die auf den Schleifringen laufenden
Kontaktbürsten mit je einer Anschlußklemme der Behandlungsbäder in Verbindung
stehen, Während die anderen Anschlußklemmen der Behandlungsbäder mit dem anderen
Pol der Stromquelle verbunden sind, und daß die Breite der auf den Segrnenten oder
Segmentgruppen laufenden und zur periodischen Umsteuerung des Stromes dienenden
Kontaktbürsten jeweils größer ist als diejenige der die Segmente trennenden isolierenden
Spalten und somit bei jeder Umsteuerung die Kontaktbürsten mindestens zwei aufeinander
folgende Segmente zeitweise überbrücken.
-
Auf dem Rotor des Motorunterbrechers sind mindestens so viel Seginente
vorgesehen, wie zu speisende Behandlungsbäder vorhanden sind. Um die Frequenz der
Umschaltungen für eine bestimmte Drehzahl des Rotors zu erhöhen, kann die Anzahl
der Segmente auf ein Mehrfaches erhöht werden, wobei diese dann zu so vielen Gruppen
untereinander verbunden sind, wie zu speisende Behandlungsbäder vorhanden sind.
Es müssen dabei jeweils zwei nebeneinanderliegende Segmente nicht derselben Gruppe
angehören, so daß der Strom abwechslungsweise zu den verschiedenen Bädern geführt
wird. Dieser Motorunterbrecher erlaubt somit eine volle zeitliche Ausnutzung des
Stromes ohne Funkenbildung.
-
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
im Falle der abwechselnden Speisung von zwei Bädern für die elektrolytische Behandlung
von Metallen.
-
Fig. 1 zeigt das Schema einer Metallbehandlungsanlage. Aus
der Gleichstromquelle 1 wird der Strom zu der Kontaktbürste 2 des als Umsteuerungseinrichtung
wirkenden Motorunterbrechers geführt. Der Rotor 3 des Umschalters trägt die
abwechslungsweise angeordneten Segmente 4 und 5, die gruppenweise mit den
Schleifringen 6 bzw. 7 verbunden sind, auf welchen die beiden Kontaktkohlen
8 bzw. 9 laufen. Berührt die Kohle 2 eines der Segmente 4, so ffießt
der Strom zum Schleifring 6 und wird durch die Kohle 8 aufgenommen
und zum Behandlungsbad 1
"eführt. cr Bei Weiterdrehung des Rotors kommt ein
Segment 5 in Berührung mit der Kohle 2, der Strom fließt zum Schleifring
7, wird von der Kohle 9 aufgenommen und zum Behandlungsbad II geführt.
Die Kontaktbürste 2 ist breiter als die die Segmente 4, 5
trennenden,
isolierenden Spalten 10, so daß bei jeder Umsteuerung zwei aufeinanderfolgende
Segmente zeitweise überbrückt werden, wodurch der Strom im Hauptkreis nie unterbrochen
wird. Die aus den Bädern 1 und 11 heraustretenden Leitungen kommen
an einem Punkt 11 zusammen und sind schließlich durch die Leitung 12 mit
dem anderen Pol der Stromquelle 1
verbunden.
-
Fig. 2 zeigt die Kurven der Spannung in den beiden Behandlungsbädem
1 und 11. Es ist ersichtlich, daß die stromlosen Perioden in dem einen
Bad jeweils den stromführenden Perioden im anderen Bad entsprechen, so daß auf Grund
der Addition der beiden Kurven der Strom ununterbrochen aus der Stromquelle fließt.
-
Man kommt nicht aus demRahmen derErfindung, wenn dem verwendeten Gleichstrom
vor oder nach der Unterbrechung ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom von positiven
oder negativen Vorzeichen überlagert wird. Man kann auch zwischen den verschiedenen
Behandlungsbädem ohmsche oder kapazitive Widerstände vorsehen, so daß zwischen diesen
Bädem Querströme fließen, welche es bewirken, daß der Strom in einem Bad niemals
auf Null absinkt. Mit dem erfindungsgemäßen Motoranterbrecher erfolgt das Ansteigen
und Absinken des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit so, daß die Strom-Zeit-Kurve
eine große Flankensteilheit, z. B. zwischen 60
bis 901, aufweist, Der
kontinuierliche Schleifring erlaubt auf dieser Seite des Motorunterbrechers die
Verwendung von Kontaktbürsten, z. B. Kohlekontaktbürsten, die nur einen geringen
Übergangswiderstand aufweisen, so daß ein Spannungsverlust von nur etwa
0,3 V in Kauf zu nehmen ist, an Stelle des höheren Spannungsverlustes von
etwa 1 V, mit dem zu rechnen wäre, wenn gut kommutierende Kontaktbürsten
auf getrennten isolierten Segmenten verwendet würden. Dadurch ist es also möglich,
den Spannungsverlust um ungefähr 0,7 V zu reduzieren. Bei den in den vorgesehenen
Anwendungen vorkommenden hohen Stromstärken, z. B. von 500, 1000 A oder noch
darüber, wird also mit dem erfindungsgemäßen Motorunterbrecher eine ins Gewicht
fallende Energieeinsparung von 350, 700 VA oder noch darüber ermöglicht.
Diese Energieeinsparung ist prozentual um so größer und wichtiger, als beim vorgesehenen
Anwendungszweck, d. h. bei der elektrolytischen Behandlung von Metallen,
relativ niedrige Spannungen, von 3 bis 30 V, in Frage kommen.