DE15389C - Maschine zur Erzeugung koßtinuirlicher elektrischer Ströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Gegenstand dieses Patentes ist eine Maschine, in welcher eine neue Methode zur Erzeugung eines continuirlichen, in seiner Richtung und auch fast ganz in seiner Stärke sich gleichbleibenden elektrischen Stromes in Anwendung gebracht ist.

Das wesentlich Neue dieser Methode besteht darin, dafs Stromimpulse zu gemeinsamer Wirkung vereinigt werden, welche in unmittelbarer Aufeinanderfolge an verschiedenen Stellen der Maschine (in verschiedengn_jmagnetischen Feldern) Jhren Ursprung finden, während bei den bisherigen Maschinen für continuirlichen Strom dies für Stromimpulse, welche in unmittelbarer Aufeinanderfolge in den gleichen magnetischen Feldern entstanden, der Fall war. ,

Wir wollen diese neue Erfindung zunächst in der Form beschreiben, in welcher sie sich an die Maschine zur Erzeugung von intermittirenden gleichgerichteten oder intermittirenden Wechselströmen, auf welche uns das Deutsche Reichs-Patent, P. R. No. 3383, ertheilt ist, anschliefst.

Eine solche Form der neuen Maschine ist in den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wollen wir dieselbe beschreiben, mit der ausdrücklichen Bemerkung jedoch, dafs die darin angewendeten Zahlenverhältnisse von Elektromagneten, Spulen und Commutatortheilen, sowie das ganze Arrangement der Maschine nur als ein Beispiel der Anwendung der neuen Erfindung auf ein specielles Modell dienen sollen, da es am leichtesten sein dürfte, das Charakteristische der Erfindung vorerst an einem bestimmten Beispiel zu erläutern.

Auf der Grundplatte A sind, genau wie bei der erwähnten Wechselstrommaschine, zwei eiserne Ständer B B befestigt, deren Form aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Jeder dieser Ständer B B trägt an seiner inneren, dem gegenüberliegenden Ständer zugekehrten Seite eine gerade Anzahl Elektromagnete CC. . ., deren einander zugewendete Polenden in passend geformte Verbreiterungen auslaufen. Die Polarität dieser Elektromagnete ist so gewählt, dafs jeder einzelne die entgegengesetzte Polarität sowohl von dem ihm zugekehrten gegenüberliegenden, als auch von den beiden in der gleichen Ebene rechts und links von ihm liegenden hat.

Es entstehen bei dieser Anordnung zwischen den einander zugekehrten Polflächen der sich paarweise gegenüberstehenden Elektromagnete kräftige, sogenannte magnetische Felder, deren jedes die entgegengesetzte Polarität der beiden ihm zunächst liegenden Felder besitzt.

Durch die magnetischen Felder bewegen sich flache, mit isolirtem Leitungsdraht bewickelte Spulen SS... mit Holzkernen von passender (länglicher) Form, welche im Kreise herum mit der Axe E so verbunden sind, dafs sie in einer zu derselben senkrechten Ebene liegen und den Raum zwischen den magnetischen Feldern möglichst ausfüllen.

Wie in unserer oben erwähnten Patentbeschreibung (No. 3383) näher ausgeführt ist, entsteht in jeder Spule ein elektrischer Stromimpuls, wenn sich dieselbe von einem magnetischen Felde zu dem nächstfolgenden bewegt, und ein Stromimpuls von entgegengesetzter Richtung, sobald sie das magnetische Feld

passirt hat und sich wieder dem nächstfolgenden nähert.

Angenommen vorläufig, es wäre die gleiche Anzahl von rotirenden Spulen, wie von magnetischen Feldern, vorhanden (wie es bei unserer Wechselstrommaschine der Fall ist), so wechselt der elektrische Strom in jeder Spule gleichzeitig seine Richtung, und die auftretenden Stromrichtungen sind jedesmal in zwei auf einander folgenden Spulen einander entgegengesetzt. Die Verbindung der Umwickelung der einzelnen Spulen mit einander ist derart, dafs sich sämmtliche, gleichzeitig auftretende Stromimpulse in ihrer Wirkung addiren, und werden dieselben entweder mittelst Schleifringe und Schleiffedern als sogenannte Wechselströme oder durch einfache Commutatoren bekannter Construction als gleichgerichtete intermittirende Ströme nach aufsen geführt. Dies ist der Vorgang bei unserer sogenannten Wechselstrommaschine, welche den Gegenstand des erwähnten Patentes No. 3383 bildet.

Dagegen unterscheidet sich unsere neue, in Fig. ι und 2 abgebildete Maschine, bei sonst gleicher Form und Anordnung, zunächst dadurch von einer unserer Wechselstrommaschinen mit acht rotirenden Spulen, dafs nicht gleich viel magnetische Felder wie Spulen vorhanden sind, sondern zwei magnetische Felder mehr, also deren zehn, welche in gleichen Abständen von einander im Kreise herum angebracht sind. Es kommen also von den acht rotirenden Spulen immer nur zwei einander gegenüberliegende gleichzeitig gänzlich in die betreffenden magnetischen Felder zu liegen, während gleichzeitig die übrigen Spulen noch einen gröfseren oder kleineren Abstand von den ihnen gerade am nächsten liegenden magnetischen Feldern haben. Die Maxima der Stromimpulse treten also bei der Drehung der Spulenscheibe in den verschiedenen Spulen nicht mehr, wie bei der früher beschriebenen Wechselstrommaschine, gleichzeitig in sämmtlichen Spulen auf, sondern in auf einander folgenden Spulen zu auf einander folgenden Zeiten.

Die Enden der Spulenumwickelungen sind derart mit einander verbunden, dafs der auf allen Spulen befindliche Draht einen continuirlichen, in sich selbst geschlossenen Ring bildet und dafs man beim Verfolgen dieses ganzen Ringes jede Spule in einem anderen Sinne als die vorhergehende umkreisen würde. Demnach addiren sich also die Stromimpulse, welche in zwei auf einander folgenden Spulen entstehen, sobald sich dieselben gleichzeitig den entsprechenden, einander benachbarten magnetischen Feldern, welche bekanntlich verschiedene Polarität haben, nähern.

Die Axe der Maschine trägt einen Commutatorcylinder, welcher an und für sich ähnlich construirt ist, wie diejenigen bei den bekannten dynamoelektrischen Maschinen, und welcher im vorliegenden Falle vierzig von einander und von der Axe isolirte Theile trägt. Die Commutatortheile sind in acht Gruppen so unter einander verbunden, dafs jede Gruppe fünf Commutatortheile umfafst, die je um dazwischen liegende sieben Commutatortheile von einander entfernt sind. (Diese Verbindungen sind ausgeführt durch acht isolirt auf die Axe aufgesteckte metallene Ringe r r . . ., Fig. 1, von welchen je fünf sternartig ausgehende Drähte dd zu den Commutatortheilen / / der betreffenden Gruppe führen, wie Fig. 1 zeigt.) Von den Uebergangsdrähten zwischen je zwei auf einander folgenden Spulen geht ein Verbindungsdraht an je eine Gruppe von Commutatortheilen, und zwar so, dafs die auf einander folgenden Uebergangsdrähte auch mit auf einander folgenden Theilen des Commutators in Verbindung stehen.

Die Stromabführung findet statt an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen des Commutatorcylinders, an welchen Schleiffedern, Bürsten oder Drahtbündel schleifen, ähnlich wie bei den bekannten dynamoelektrischen Maschinen. (Beiläufig sei hier bemerkt, dafs die Bürsten etc. auch an gewissen, anders zu einander liegenden Punkten schleifen könnten.)

Die Wirkungsweise der Maschine läfst sich am besten mit Hülfe der Zeichnung, Fig. 3, erklären, welche die einzelnen Theile nur in richtiger Winkelstellung zu einander, im übrigen aber, des besseren Verständnisses wegen, gänzlich aus ihrer wirklichen Lage verschoben andeutet.

In derselben sind dargestellt:

die feststehenden zehn magnetischen Felder durch die im äufsersten Kreise liegenden Rechtecke;

die durch die magnetischen Felder hindurch rotirenden Spulen durch die im inneren Kreise liegenden Ovale;

der mit den Spulen auf derselben Axe sitzende Commutatorcylinder mit seinen von einander isolirten Metalltheilen durch die in den mittleren Kreisen liegenden Felder mit den Bezeichnungen 1 bis 8 u. s. f.

Die Felder wie die Spulen sind abwechselnd schwarz gezeichnet oder schraffirt, und sind jedesmal die schwarzen Felder oder Spulen mit a, die schraffirten mit b bezeichnet, wodurch also, nach dem Vorhergesagten, magnetische Felder verschiedener Polarität oder Spulen mit verschiedener Einschaltungsrichtuhg in den Kreis gekennzeichnet sind.

Ferner werden dargestellt:

die feststehenden, an dem Commutator schleifenden Federn durch die Linien -+- und —;

die Verbindungsdrähte zwischen den Umwickelungen der einzelnen Spulen durch die dazwischen gezogenen Linien 1 bis 8.

Die vorbeschriebenen Verbindungen zwischen den Spulen und dem Commutatorcylinder sind, um die Figur nicht zu verwickeln, weggelassen; dieselben sind derart ausgeführt zu denken, dafs jeder der Uebergangsdrähte ι bis 8 in leitender Verbindung steht mit jedem gleich bezeichneten Commutatortheil. Es steht also jeder Uebergangsdraht mit fünf in unter sich gleichen Abständen von einander liegenden Commutatortheilen in leitender Verbindung.
. Denkt man sich nun die Spulen mit dem Commutatorcylinder beispielsweise im Sinne des Uhrzeigers gedreht, so ergiebt sich aus dem Vergleich der Figur mit dem vorher Beschriebenen, dafs alle Spulen, welche sich einem bezüglich mit ihnen gleich bezeichneten (mit a bezw. b) magnetischen Felde nähern, einen elektrischen Strom in einer Richtung (wir wollen annehmen, in der Drehrichtung der Axe), alle Spulen dagegen, welche sich Feldern mit anderer Bezeichnung, als sie selbst tragen, nähern, einen elektrischen Strom in der anderen (also der Drehrichtung entgegengesetzten) Richtung abgeben.

Man mag nun die augenblickliche Stellung der Spulen mit dem Commutatorcylinder zu den magnetischen Feldern sich denken, wie man will, so wird man stets durch eine durch den Mittelpunkt gehende Linie die Figur in zwei Hälften theilen können, so zwar, dafs in der einen Hälfte nur bezüglich gleich bezeichnete Spulen und Felder sich einander nähern, in der anderen Hälfte nur ungleich bezeichnete. Für die in der Fig. 3 gezeichnete Stellung der Spulen ist diese Linie punktirt gezeichnet. Dieselbe geht durch die Uebergangsstellen 4 und 8.

In dem einen dieser Punkte mufs also eine Anhäufung von positiver, in dem anderen von negativer Elektricität stattfinden.

Man findet aber ferner, dafs in der gezeichneten Stellung die Commutatortheile 4 und 8 (mit welchen, wie vorbeschrieben ist, die Uebergangspunkte 4 und 8 bezüglich verbunden sind) auf der einen und anderen Seite unter den Schleiffedern stehen; diese führen also einen elektrischen Strom ab in die sie mit einander verbindende äufsere Leitung.

Dies letztere findet auch für jede andere Stellung der rotirenden Theile statt. Die erwähnte imaginäre Halbirungslinie ändert dabei fortwährend in sehr raschem Umlauf ihre Stellung und schneidet dabei in jedem Moment diejenigen Punkte des durch die Spulen gebildeten Leitungskreises, welche mit den im gleichen Moment unter den Schleiffedern stehenden Theilen des Commutators verbunden sind. Es wird also der einen Schleiffeder stets sämmtliche erzeugte positive, der anderen die negative Elektricität zugeführt. In der äufseren Leitung entsteht auf diese Art ein fast ganz continuirlicher elektrischer Strom, der in beliebiger Weise nutzbar gemacht werden kann.

Wie bereits erwähnt, ist die vorbeschriebene Maschine nur als Beispiel einer Ausführung der neuen Erfindung aufzufassen; dieselbe läfst sich, wie jede derartige Erfindung, vielfach anders verwirklichen

Zunächst können die Zahlen der Spulen und magnetischen Felder (unter der Voraussetzung allerdings, dafs diese immer in verschiedener Zahl vorhanden sind) vielfach verändert werden.

Eine Verallgemeinerung obiger Maschine ist z. B. folgende:

Angenommen, es sei eine gerade Zahl (n) von rotirenden Spulen vorhanden und die Zahl der magnetischen Felder sei η -f- 2; dann erhält der Commutatorcylinder η ( 1-iJ Theile.

Zwischen den Umwindungen von je zwei Spulen

ist gleichzeitig an —|- 1 Theilen des Commu-2

tators mit einer leitenden Verbindung herausgegangen, welche Theile jedesmal in gleichen Abständen von einander liegen. Dabei ist zwischen zwei auf einander folgenden Spulen auch an auf einander folgenden Commutatortheilen herausgegangen. Die Stromabführung durch die Schleifcontacte findet an zwei diametral gegenüberliegenden (oder auch an anderen, um gewisse Abstände von einander entfernten) Punkten der Commutatorfläche statt.

Statt mehr magnetischer Felder wie Spulen können es auch deren weniger sein, d. h. es können in obigen Werthen für -f- auch — Zeichen gesetzt werden. Die Differenz braucht auch nicht gerade zwei zu betragen.

Es kann auch die Zahl der magnetischen Felder oder die der Spulen vervielfacht, beispielsweise verdoppelt werden. Eine Verviel- \ fachung der Spulen bietet noch besondere Vor- ! theile. Es können dabei die Spulen in zwei oder mehreren Ebenen an einander liegend derart angeordnet werden, dafs sie sich gegenseitig zur Hälfte oder auch weniger überdecken, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist (welche Anordnung schon für unsere Wechselstrommaschine im Patent, P. R. No. 3383, vorgesehen ist), oder auch nicht.

In Fig. 5 ist das Schema für eine solche Maschine gezeichnet. Man ersieht daraus, dafs die Spulen, in welchen in unmittelbarer Aufeinanderfolge die Stromimpulse eintreten, nicht mehr auf einander folgend, sondern sprungweise im Kreise herumliegen und dementsprechend hinter einander in den Stromkreis geschaltet sind. Abgesehen davon und von der Anzahl, in welcher die einzelnen Elemente vorhanden sind, gilt bezüglich der Bedeutung der Zahlen, Buchstaben und Schraffirung etc. in dieser Figur genau dasselbe, wie bei Erklärung

des Schemas, Fig. 3, und darf darum auf diese zurückgewiesen werden.

Anstatt die an verschiedenen Stellen der Maschine entstehenden Stromimpulse durch einen Commutatorcylinder mit vielen Theilen und den beschriebenen Verbindungen zu sammeln, commutiren wir auch durch Commutatoren bekannter Construction für jede einzelne Spule die in ihr auftretenden Ströme von ursprünglich wechselnder Richtung in gleichgerichtete (intermittirende) Stromimpulse, und erreichen dann durch Hintereinander- und Parallelschalten dieser von jeder Spule einzeln durch den besonderen Commutator erhaltenen Stromimpulse ebenfalls Vereinigung derselben zu gemeinsamer continuirlicher Wirkung. In Fig. 4 ist diese Anordnung für eine Spule schematisch dargestellt. Für die anderen Spulen kommen die Commutatoren an anderen Stellen der gleichen Axe zu liegen, die Vereinigung zu gemeinsamer Wirkung wird durch passende äufsere Verbindung der Schleiffedern ff (oder dergleichen) erzielt.

Bei den bisher beispielsweise beschriebenen Anordnungen der neuen Maschine waren zur Erzeugung der ursprünglichen Stromimpulse die aus unserer Wechselstrommaschine entnommenen Spulen gedacht, welche durch magnetische Felder sich bewegen. ' Statt derselben behalten wir uns vor, auch jede andere Anordnung zu verwenden, welche durch Bewegung von Leitern in der Nähe von Magnetpolen (oder was diese ersetzen kann), oder umgekehrt, Stromimpulse zu erzeugen geeignet ist; also z. B. die Spulen mit Eisenkernen, ähnlich wie bei der sogenannten Alliance-Maschine, die Mdritenssche Anordnung, oder um einen gemeinsamen Eisenring gewickelte Spulen und dergleichen mehr, sowie auch die Art der Erregung und der Anbringung der Magnetpole, indem die Neuheit der Erfindung sich nicht auf die Art der Erzeugung des einzelnen Stromimpulses an und für sich beziehen soll, sondern nur auf die Anordnung der wirksamen Theile zu einander und die Art der Sammlung der einzelnen Stromimpulse. Die Maschine kann selbstredend auch als Elektromotor benutzt werden zur Kraftübertragung etc.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Eine dynamo- oder magnetoelektrische oder elektrodynamische Maschine, in welcher in der angegebenen Weise Stromimpulse, welche in unmittelbarer Aufeinanderfolge ihres Entstehens an verschiedenen Stellen in der Maschine hervorgebracht werden, zu einem continuirlichen Strom vereinigt werden.

2. Die Anordnung des vieltheiligen Commutatorcylinders, in welchem die einzelnen Theile desselben gruppenweise direct mit einander verbunden sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.