DE159394C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

- M 159394 KLASSE 21 </.

Bürstenpaaren.

Es ist bereits in Vorschlag gebracht worden, Gleichstrommaschinen mit zwei gleichartigen, die Rolle des Feldes und Ankers spielenden, an getrennte Stromwender angeschlossenen Wicklungen zu versehen, wobei auf den Stromwendern zwei starr miteinander verbundene Systeme von Bürsten schleifen. Derart eingerichtete Gleichstrommaschinen, wie solche beispielsweise in der deutschen

ίο Patentschrift 23600, Kl. 21, und in der schweizerischen Patentschrift 5903 beschrieben sind, dienen bloß als Umformer, deren beide Wicklungssysteme feststehen bezw. mechanisch nicht beansprucht werden.

Diesen Anordnungen gegenüber unterscheidet sich die vorliegende Vorrichtung", welche zwei starr miteinander verbundene Bürstensysteme benutzt und als Regler für Gleichstrommaschinen dient, dadurch, daß die sekundäre Wicklung auf einem beweglichen Eisenkern (Anker) sitzt, der, je nachdem die Maschine als Stromerzeuger oder Motor laufen soll, mechanisch oder elektrisch zum Kreisen gebracht wird, und daß die Bürstensysteme mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden, zum Zweck, bei Betrieb der Maschine als Erzeuger die sekundär induzierte Spannung und bei Betrieb als Motor die Drehzahl des Ankers nach Bedarf ändern zu können.

Von den bekannten Anordnungen, bei welchen die Reglung der Ankergeschwindigkeit, ebenso wie bei dem Gegenstand vorliegender Erfindung, durch Änderung der Umlaufszahl eines kreisenden Feldes erfolgt, unterscheidet sich letzterer dadurch, daß bei Stillstand der Motorachse, da das magnetische Kraftlinienfeld wohl beweglich, das Magnetsystem jedoch feststehend ist, keine mechanische Energie abgegeben wird, wie dies sonst bei Verwendung mechanisch kreisender Magnetfelder der Fall sein muß, wenn auf die Motorachse eine Zugkraft ausgeübt werden soll.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht als Ausführungsbeispiel eine der Erfindung gemäß eingerichtete Serienmaschine schematisch in einem Längsschnitt. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Bürsten und ihres Trägers. Fig. 3 zeigt das Schaltungsschema für diese Maschine. Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen in ähnlichen Darstellungen die Anordnung der Reglungsvorrichtung bei einer elektromagnetischen Kupplung.

Wie ersichtlich, besitzt die Maschine zwei Stromwender C und c, von denen der eine C dem feststehenden Feldmagnetsystem M und der andere c der Sekundärwicklung des auf die Welle w gekeilten, den Anker bildenden Kernes A zugehört. Die beiden Halter B für die Bürsten B¹ des Stromwenders C sind mit den Haltern b für die Bürsten b^l des anderen Stromwenders c durch den ringförmigen Träger T starr verbunden, so daß die Verbindungslinie der Berührungspunkte des einen Bürstenpaares auf jener der Berührungspunkte des anderen Bürstenpaares senkrecht

steht. Der Bürstenträger T ist auf der Ankerwelle n> frei drehbar angeordnet und kann von einem Hilfsmotor H (Fig. 3), z. B. mittels eines bei t angreifenden Antriebsorgans, in Umdrehung versetzt werden.

Falls die Maschine, wie dargestellt, Serienanordnung besitzt, sind die Bürstenpaare B¹ b^l (Fig. 3) in Reihe an die beiden Schleifringe S gelegt, deren Stromabnehmerbürsten s über einen Ausschalter A¹ an das Leitungsnetz angeschaltet sind, das auch dem Hilfsmotor . über einen Regulierwiderstand R Strom zuführt.

Bei Verwendung der Vorrichtung für eine elektromagnetische Kupplung ist in bekannter Weise das Feldmagnetsystem M mit der Antriebswelle W und der Anker A mit der Arbeitswelle w fest verbunden (Fig. 4). Der Antrieb des Bürstenträgers T erfolgt durch einen kleinen Hilfsmotor, der gegebenenfalls von einer Akkumulatorenbatterie gespeist werden kann. Der Hilfsmotor treibt den Bürstenträger T unmittelbar oder durch eine Übertragung an.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Aus dem Vorhergesagten ergibt sich, daß bei dieser Bürstenanordnung das Feld des Magnetsystems M stets senkrecht auf dem des Ankers A steht. Da nun aber die Richtung eines Magnetfeldes bei unterteilter Erregerwicklung und der Anwendung eines Stromwenders, wie bekannt, von der Stellung seines Bürstenpaares abhängt, so folgt daraus, daß das Ankerfeld von A und das Magnetfeld M stets die gleiche Geschwindigkeit wie die umlaufenden, starr miteinander verbundenen Bürsten haben müssen. Die wirtschaftliche Reglung der induzierten Spannung des Ankers A erfolgt dadurch, daß die Drehgeschwindigkeit des Bürstensystems und damit die der beiden Magnetfelder geändert wird. Hierdurch wird es möglich, die Geschwindigkeit der kreisenden Felder unabhängig von derjenigen der sie erzeugenden Windungssysteme zu machen.

Es werde nun die Wirkungsweise der Erfindung, wenn sie bei einem Stromerzeuger oder Motor Verwendung findet, näher erklärt.

Wie bekannt, ist die im umlaufenden Anker induzierte elektromotorische Kraft abhängig von der Relativgeschwindigkeit der Ankerleiter gegenüber dem induzierenden Magnetfelde. Ist das vorhin erwähnte Bürstensystem (und somit auch das magnetische Feld von M) in Ruhe, so ist die induzierte Spannung bloß durch die Drehzahl des Ankers gegeben. Wird hingegen das Bürstensystem und somit das magnetische Feld durch den kleinen Hilfsmotor in Umdrehung versetzt, so wächst oder fällt, je nach dem Drehungssinn der Bürstenpaare, die Relativgeschwindigkeit des Magnetfeldes zu den umlaufenden Ankerleitern und somit die im Anker induzierte Spannung. Da aber bei der gewählten Anordnung das mit der Bürstengeschwindigkeit kreisende Ankerfeld auch induzierend auf die Feldwicklungen wirkt, so ist für die Größe und Richtung des Feldstromes (s. Fig. 3) nicht nur die primär angelegte, sondern auch die durch das Ankerfeld induzierte Spannung maßgebend.

Das Anlassen und die Reglung des vorliegenden Motors geschieht auf folgende Weise: Zunächst wird das Bürstensystem mit Hilfe des kleinen Motors in rasche Drehung versetzt. Drehzahl und Drehungssinn des Bürstensystems werden so gewählt, daß beim Anschalten des Hauptmotors an die konstante Stromquelle die durch das kreisende Magnetfeld im Anker induzierte gegenelektromotorische Kraft nahezu gleich der elektromotorischen Kraft der angelegten Stromquelle ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Anlaufstromstärke des Motors bei normalem Magnetfeld klein ist. Hat sich der Anker in Bewegung gesetzt, so muß zur Erhaltung der konstanten Zugkraft die Drehzahl der kreisenden Felder (Magnet- und Ankerfeld) und somit die des Bürstensystems vermindert werden. Die Änderung der Geschwindigkeit des Bürstensystems erfolgt so lange, bis der Motor die gewünschte Drehzahl erreicht hat. Die Reglung der Drehzahl des Motors MA geschieht also einfach durch die Reglung des Ganges des das Bürstensystem antreibenden Hilfsmotors H.

Die Vorzüge dieser neuen Anordnung gegenüber den bisherigen sind die folgenden.

a) Beim Stromerzeuger:

1. wirtschaftliche Spannungsreglung bei Konstanthaltung des Magnetfeldes;

2. unmittelbare Kupplung mit langsam laufenden Kraftmotoren (Dampfmaschinen usw.); diese wird dadurch ermöglicht, daß die Relativgeschwindigkeit der Ankerleiter zum Magnetfeld durch entsprechende Bemessung der Umdrehungsgeschwindigkeit des kreisenden Bürstensystems erhöht werden kann.

b) Beim Motor:

ι. wirtschaftliche Reglung der Zugkraft und Geschwindigkeit innerhalb weiter Grenzen bei Konstanthaltung des Magnetfeldes.

2. Wegfall der Anlaß- und Reglungsvorrichtungen für den Hauptmotor (Wegfall der Widerstände, Schalter usw.).

In der beschriebenen Form eignen sich Stromerzeuger und Motor hauptsächlich für solche Betriebsverhältnisse, bei denen eine wirtschaftliche und leichte Reglung der Span-

nung" bezw. Drehzahl innerhalb weiter Grenzen gefordert wird. Diese weitgehende Regulierfähigkeit wird auch bei elektromagnetischen Kupplungen verlangt und eignet sich daher die vorliegende Anordnung vorzüglich für diese. Eine solche elektromagnetische Kupplung dürfte insbesondere in Verbindung mit dem so wenig regulierfähigen Benzinmotor zum Antrieb von Fahrzeugen (Selbstfahrern ίο usw.) besonders geeignet sein.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Regelbare Gleichstrommaschine mit zwei gleichartigen, als Feld und Anker wirkenden Wicklungen, die je an einen Stromwender angeschlossen sind, auf welchem je eines der zwei starr miteinander verbundenen, umlaufenden Bürstenpaare schleift, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Wicklung auf einem beweglichen Eisenkern (Anker) sitzt, der, je nachdem die Maschine als Stromerzeuger oder Motor laufen soll, mechanisch oder elektrisch zum Kreisen gebracht wird, und daß die Bürstensysteme mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden, zum Zwecke, bei Betrieb der Maschine als Erzeuger die sekundär induzierte Spannung und bei Betrieb als Motor die Drehzahl des Ankers nach Bedarf ändern zu können.
2. 2. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstensystem durch einen in seiner Geschwindigkeit regelbaren Hilfsmotor angetrieben wird.
3. 3. Regelbare elektromagnetische Kupplung nach Art der Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, bei der das Feldmagnetsystem mit der Antriebswelle und der Anker mit der Arbeitswelle fest verbunden ist, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der die beiden Bürstenpaare haltende Träger von einem Hilfsmotor angetrieben wird, dessen Geschwindigkeit das Übersetzungsverhältnis der Geschwindigkeiten" zwischen den beiden gekuppelten Teilen bestimmt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.