DE148362C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Einrichtung für dynamo-elektrische Maschinen, mittels welcher die entmagnetisierende Kraft der vom Bürstenwinkel eingeschlossenen Ankerwindungen in magnetisierende Kraft' umgewandelt wird, ohne daß Funken an den Bürsten entstehen.

Es werden nämlich mittels zweier Hilfsbürsten zwei besondere Stromkreise gebildet,

ίο von denen jeder aus einer Haupt- und einer Hilfsbürste, den zwischen ihnen liegenden Ankerspulen und einer leitenden Verbindung der beiden Bürsten besteht. Die zu beiden Seiten der neutralen Linie liegenden Ankerspulen dieser Stromkreise werden in entgegengesetztem Sinne induziert, und es wird daher bei unsymmetrischer Lage der Bürsten zur neutralen Linie erreicht, daß die wirksame Differenz der elektromotorischen Kräfte der Induktion der einen durch die Hauptbürste ■ kurzgeschlossenen Ankerspule entgegenwirkt und Funkenbildung verhindert. Gleichfalls werden die zwischen Haupt- und Hilfsbürste verlaufenden Differenzströme die entmagnetisierende Wirkung dieser Ankerzone in . eine magnetisierende umwandeln.

Würden Haupt- und Hilfsbürste symmetrisch zur neutralen Achse angeordnet werden, so würden sich die Anker win düngen auf der einen Seite der neutralen Achse in einem relativ schwachen Felde befinden. Die in ihnen erzeugte elektromotorische Kraft würde daher unfähig sein, die in den Ankerspulen auf der anderen Seite der neutralen Achse erzeugte elektromotorische Kraft zu kompensieren. Hieraus geht hervor, daß unter solchen Umständen die entmagnetisierende Kraft des Ankers nicht vernichtet wird. Es muß daher, um einen Erfolg zu erzielen, die unsymmetrische Anordnung der Hilfs- und Hauptbürste stets so getroffen werden, daß die elektromotorische Kraft der Drähte jenseits der neutralen Achse größer oder wenigstens ebenso groß ist wie die elektromotorische Kraft der Ankerwindungen diesseits der neutralen Achse.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Stromwendung in einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine und die bei einer Maschine, welche mit den Einrichtungen nach vorliegender Erfindung versehen ist, in schematischer Weise dargestellt.

Fig. ι bis 4 veranschaulichen die Stromwendung bei den früheren Einrichtungen.

Fig. 5 zeigt die Stromwendung nach vorliegender Erfindung.

Fig. 5 a ist eine Darstellung der Schaltung nach Fig. 5, bei welcher der Strom verlauf unter Verwendung von Elementen ■ als Stromquelle gezeigt ist.

Fig. 6, 7 und 8 sind Wicklungsschemata.

(z. Auflage, ausgegeben am 27. Mä>\ igoS.J

Um- die Erfindung leichter verständlich zu machen, sei zuerst an die Wirkungen erinnert, welche die Stromwendung und die Ankerrückwirkung in einer Gleichstrommaschine begleiten (Fig. ι bis 4).

Es werde eine zweipolige Maschine betrachtet, deren Polarität und Drehungssinn in Fig. 3 und 4 angegeben sind.

Beim Betriebe der Maschine vereinigen sich die Ströme, welche in . den beiden parallel geschalteten Ankerhälften fließen, in β und f (Fig. 4). Diese Abnahmepunkte liegen nicht in der horizontalen Achse r s, weshalb man gezwungen ist, bei einem Stromerzeuger die Bürsten nach der neutralen Zone ο η zu verschieben.

Aus der Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Spule d, ehe sie von der oberen Hälfte auf die untere übertritt, durch die Berührung der Bürsten mit zwei aufeinander folgenden Stegen des Stromwenders kurzgeschlossen wird. Diese Stellung ist in Fig. 3 bei d gezeichnet. Wenn die Bürsten nach der horizontalen Achse r s zurückgeschoben würden, so würde ein Teil des Kraftflusses von der Spule d umfaßt werden (Fig. 3), wodurch allerdings eine sehr geringe elektromotorische Kraft erzeugt werden würde, die jedoch einen sehr starken Strom hervorruft, da der Widerstand des kurzgeschlossenen Stromkreises nur gering ist. Auch werden sich, da dieser kurzgeschlossene Stromkreis infolge des Überganges der Spule d nach der anderen Ankerhälfte in c (Fig. 4) unterbrochen wird, starke Funken zeigen.

Werden die Bürsten vorgerückt und über ο η hinaus verschoben, so wird die Spule der , Wirkung eines Feldes unterworfen, welches einen Strom in entgegengesetztem. Sinne erzeugt. Die beiden Ströme entgegengesetzter Richtung, d. h. derjenige, welcher in der Spule vor dem Übergang auf die andere Ankerhälfte fließt, und der durch den Durchgang unter dem Polende induzierte Strom heben sich infolgedessen auf, und der Übergang auf die andere Ankerhälfte vollzieht sich ohne Funkenbildung.

Bei einem Elektromotor wird aus denselben Gründen die Verschiebung nach rückwärts von der Achse r s erforderlich sein. Es darf daher in der Beschreibung das Beispiel eines Stromerzeugers beibehalten werden, da sich die gleichen Betrachtungen für beide Fälle anwenden lassen hinsichtlich der sekundären Wirkungen bei Elektromotoren.

Nach Swinburne läßt sich die magnetische Wirkung des Ankers aus zwei Einzelwirkungen zusammensetzen (Fig. 1 und 2). Das Vorschieben der Bürsten in der Fig. 1 ergibt zwei Kraftlinienbündel, deren eines i, 2,3,4 die Verdrehung des Feldes verursacht, und deren anderes, das durch die in dem Winkel 2 ß eingeschlossenen Drähte umgrenzt wird, die Neigung hat, das magnetische Feld zu schwächen. (Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Strom in diesen Drähten eine der Wicklung der Magnete entgegengesetzte magnetische Wirkung ausübt.) Bei den gewöhnlichen Maschinen trägt man dieser entgegenwirkenden Kraft Rechnung durch die Berechnung der erregenden Amperewindungen.

Wird angenommen, die Bürsten seien nach o¹ n¹ (Fig. 2) zurückgeschoben, so wechselt die magnetische Wirkung des in dem Winkel 2 β eingeschlossenen Drahtbündels ihren Sinn und verstärkt das magnetische Feld, so daß es nicht nötig ist, den Amperewindungen der Erregung eine gewisse Anzahl hinzuzufügen, sondern es kann aus dieser magnetischen Kraft Vorteil gezogen werden. ·

Aus den anfänglichen Erklärungen sind jedoch die Gründe zu entnehmen, welche diese Verschiebung nach rückwärts ohne weiteres unmöglich machen (die. heftige Funkenbildung). Man hat diese Nachteile dadurch zu beseitigen gesucht, daß man feste Wicklungen und Komtnutationsspulen, künstliche neutrale Zonen oder Hilfspole anwendete. Die Schwierigkeiten der praktischen Ausführung haben jedoch den Bau dieser Einrichtungen verhindert.

Die Einrichtung, mittels welcher die Bürsten in einfacher Weise nach rückwärts von ο η aus verschoben werden können (entgegengesetzt dem Drehimgssinne), stellt Fig. 5 dar. Bei dieser Einrichtung sind vor der neutralen Zone zwei andere Bürsten k k¹ angeordnet, welche mittels eines Leiters von geeignetem Querschnitt und Widerstand mit den positiven und negativen Bürsten (+ und —) verbunden sind. ■ Bei dieser Schaltung bilden sich beim Betriebe zwei Ankerabteilungen in m¹, welche durch stark ausgezogene Linien gekennzeichnet sind und durch je einen der Bürstensätze + k und — k¹ geschlossen werden.

Zum Verständnis der aus dieser Schaltung entstehenden Wirkungen sei der Teil m des Ankers betrachtet, welcher die Drähte umfaßt, durch die elektromotorische Kräfte in entgegengesetztem Sinne fließen. Vor der neutralen Zone ο η besitzt die elektromotori- ■ sehe Kraft in diesen Drähten eine der elektromotorischen Kraft der Drähte hinter der neutralen Zone ο η entgegengesetzte Richtung.

Es folgt daraus, daß bei geschlossenem Stromkreise diese beiden Kräfte sich aufheben, wenn sie gleich sind, oder sich in der folgenden Art und Weise zusammensetzen, wenn die elektromotorische Kraft der Drähte vor der neutralen Zone größer ist als die elek-

tromotorische Kraft der Drähte hinter derselben (Fig. 6 bis 8). Die resultierende elektromotorische Kraft in dem Wicklungsteil m wird gleich der Differenz dieser beiden Kräfte sein. Nun ist aber der Richtungssinn dieses Stromes gleich dem der Drähte vor der neutralen Zone, weshalb sich die magnetische Wirkung dieses Stromes zu dem durch die Magnete erzeugten Felde addiert und somit

ίο die Bedingungen der Fig. 2 erfüllt sind.

Hierzu muß bemerkt werden, daß bezüglich der neutralen Zone eine unsymmetrische Anordnung gewählt werden muß. Nach rückwärts (entgegengesetzt dem Drehungssinn) durchschneiden die Drähte ein sehr starkes magnetisches Feld, während vor der neutralen Zone infolge der Verdrehung des Feldes die Drähte nur der Wirkung eines relativ schwachen Feldes ausgesetzt werden. Es folgt daraus, daß, um die beiden elektromotorischen Kräfte auszugleichen, eine größere Anzahl Drähte vor der neutralen Zone vorhanden sein muß als hinter derselben. Wie hieraus zu ersehen ist, entsprechen alle Lagen rückwärts von den Bürsten + und — Lagen vor den Bürsten k und k¹, je nachdem man einfach die elektromotorische Kraft in der Zone vernichten oder ihre Wirkung in magnetisierende umwandeln will.

Hierdurch wird die Notwendigkeit bedingt, daß zur Veränderung der Bürstenstellungen die Bürsten + und — ihre Bewegung gemeinsam ausführen und die Bürsten k und k¹ in gleicher Weise auf einem und demselben beweglichen Ring befestigt sein müssen.

Aus dem Vorhergehenden ist leicht ersichtlich, daß die magnetisierende Wirkung einer Stromwendungszone eine große Elastizität besitzt und gestattet, eine Maschine zu kompoundieren, zu überkompoundieren und selbst eine Maschine zu erhalten, die ohne Wicklung auf den Magneten betrieben werden kann.

Diese Wirkung ist natürlich proportional der Anzahl der Drähte der Zone und der Stärke des diese durchfließenden Stromes. .

Wenn zwischen die Bürsten + und k und — und A¹. irgend welche gleiche, feste oder veränderliche, nutzbare oder nicht nutzbare Widerstände eingeschaltet werden, kann der Strom in der Wendezone verändert werden. Hierdurch wird die Betriebsweise der Maschine geändert, was in gewissen Fällen von Nutzen sein kann. Ein ähnliches Ergebnis wird dadurch erhalten, daß man die Weite der Zone unter den oben erklärten Bedingungen veränderlich macht.

Die Fig, 6, 7 und 8 zeigen die verschiedenen Phasen des Überganges einer Abteilung des Ankerteiles in der Wendezone von der letzteren nach einem anderen Teil des Ankers.

Fig. 6 zeigt die Spule t, welche dem Steg unter der Bürste + entspricht, und die Spule u, welche mit dem Steg unter der Bürste k verbunden ist, im Augenblick der Stromabnahme.

In den Stellungen Fig. 7 und 8 sind die Spulen t und u kurzgeschlossen. Für die Spule t ist der Kurzschlußstrom nur scheinbar, wie leicht ersichtlich ist bei einer Verfolgung der Pfeile, welche die Stromrichtung anzeigen. Sobald die Spule t¹ die Lage t einnimmt, wird der Strom, welcher dort fließt, durch den Strom der Wendezone vernichtet, d. h. die elektromotorische Kraft des Kurzschlußstromes dieser Spule, welche in dem geschlossenen Stromkreis der Zone liegt, ist entgegengerichtet der elektromotorischen Kraft der Zone selbst; es entsteht, daher eine Wirkung, wie sie in der Zone selbst stattfindet, und die beiden Leitungen v¹ und v², welche durch die Bürsten verbunden sind, werden von Parallelströmen gleichen Sinnes durchflossen. Ein geschlossener Stromkreis kann sich deshalb in dieser Spule nicht ausbilden, und es wird, wenn der Leiter v² die Bürste + verläßt, keine Unterbrechung und naturgemäß auch keine Funkenbildung stattfinden. Ebenso wird auch der Leiter v⁴ die Bürste k ohne Funkenbildung verlassen.

Wenn die Breite der Bürsten diejenige eines Stromwendersteges überschreitet, so würde dieses nur die Anzahl der parallelen Leitungen ν vermehren, jedoch infolge der Wider- · Standsunterschiede dieser Wege ist die Stromstärke ein wenig verschieden in jedem Leiter v. Eine Breite von ⁸/₁₀ eines Stromwendersteges gibt stets sehr gute Ergebnisse.

Aus dem Vorhergehenden läßt sich sofort die Möglichkeit erkennen, eine feste Bürstenverschiebung für alle Belastungen bei gleicher. Drehungsrichtung zu erhalten. (In der Zeichnung ist die Stromwendungszone größer gezeichnet, um das Verständnis zu erleichtern; in der Praxis befindet sich nur eine kleine Anzahl Ankerspulen in dieser Zone.)

Die vorbeschriebene Einrichtung kann bei Maschinen mit Reihen- oder Parallelschaltung, mit Ring- oder Trommelankern sowie bei zwei- oder mehrpoligen Maschinen angewendet werden.

Die nach diesem Prinzip gebauten Anker von Gleichstrommaschinen besitzen keine andere Belastungsgrenze als die Erhitzung.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Einrichtung an dynamo - elektrischen Maschinen zur Vernichtung der von den Ankerströmen herrührenden entmagnetisierenden Kraft oder allmählichen Umwandlung der letzteren in magnetisierende, ohne eine Funkenbildung beim Betriebe

   zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bildung einer Kommutierungszone im Anker die Bürsten eines doppelten Bürstensatzes derart unsymmetrisch zur neutralen Linie fr s) angeordnet sind, daß die Differenz der induzierten elektromotorischen Kräfte in den zu jeder Seite von der neutralen Zone bis zu den Bürsten gelegenen Ankerdrähten wirksam gemacht werden kann.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.