DE18259C - Neuerungen an dynamo-elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1880 ab.

Die Erfindung betrifft eine Neuerung in der Regulirung dynamoelektrischer Maschinen in Bezug auf die hervorgebrachte Menge von Elektricität zur constanten Abgabe der Elektromotivkraft des Stromes an jedem Comsumtionspunkt und bezieht sich ferner auf Neuerungen in der Construction des Commutators solcher Maschinen.

Wenn bei den bisherigen Maschinen der Stromkreis für einen einzigen Zweck benutzt wurde, so haben solche Maschinen zur Genüge gut functionirt; sie entsprachen den Anforderungen aber nicht mehr, sobald viel Abzweigungen von der gemeinschaftlichen Leitung gebraucht wurden und jede einzelne eine bestimmte und constante Menge des Stromes erforderte wie bei der PIattirung, Telegraphic und den Systemen der elektrischen Beleuchtung, wo viel Lampen in Abzweigungen von der Hauptleitung aus versehen werden.

Es ist bei der PIattirung, Telegraphic, elektrischen Beleuchtung und sonstigen Anwendungen der Elektricität äufserst wünschenswert!!, einen starken Strom an einem einzigen Centralpunkt zu erzeugen und ihn, wie bei Wasser und Gas, durch Haupt- und Zweigarme derartig zu vertheileii, dafs die Elektromotivkraft des Stromes an keinem Consumtionspunkt variirt, wie viel auch sein Verbrauch schwanken mag. Neuerungen verschiedener Art sind angewendet worden zum Zweck einer Variation des Widerstandes im Stromkreise, um so den Wechsel in der Stärke des Stromes zu compensiren, und zur Ablenkung eines Theiles des Stromes bei Anwachsen über seine normale Stärke, doch involviren diese Regulirungssysteme grofsen Kraftverlust, auch sind diese angewendeten Neuerungen nicht stark genug, den Schwankungen im Strome wh"ksam begegnen zu können.

Wenn zum Zweck der Compensation einer aufser Thätigkeit gesetzten Lampe oder Abzweigung ein vermehrter Widerstand dem Strom entgegengestellt wird, so mufs die zur Erzeugung des Lichtes erforderliche Kraft dieselbe bleiben, gleichviel ob viel Lampen oder Zweigarme oder nur eine oder zwei im Gebrauch sind; die durch Nichtbenutzung der Lampen oder Zweigarme repräsentirte Kraft geht einfach verloren.

Daraus geht hervor, dafs die Verbesserung der Regulirung an der Quelle der Kraft und nicht in dem bereits erzeugten Strome vorgenommen werden mufs, und dies ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die dynamische Maschine wird mit einem Regulator oder Moderator versehen, der die Erzeugung des Stromes automatisch in dem Mafse controlirt, dafs die Menge der erzeugten Elektricität jederzeit der für den Bedarf erforderlichen Quantität ohne merkliche Variation der Intensität entspricht.

Patentinhaber beabsichtigt für die Anwendung dieses Regulirsystems verschiedene Mittel; die gegenwärtige Erfindung bezweckt, soweit es die Regulirung des Stromes betrifft, ganz besonders die Anwendung einer Hülfsmaschine zur Erregung der Hauptmagnete und zum Drehen der Bürsten dieser Hülfsmaschine am neutralen Punkt ihres Commutators durch selbsttätigen Mechanismus, der durch einen, empfindlichen Elektromagnet in einer Abzweigung des Hauptstranges controlirt wird.

Eine fernere Ursache der Schwierigkeit in der Benutzung der bisherigen Maschinen rührt von der unvollkommenen Wirkung und schnellen Abnutzung der Commutatoren her.

Solche Commutatoren werden gewöhnlich in cylindrischer Form aus einer Reihe von Platten oder Streifen aus leitungsfähigem Material zusammengesetzt, die der Zahl der Eintheilungen oder der Knäuel der Armatur entsprechend von einander durch isolirendes Material getrennt sind. Die leitungsfähigen Streifen wurden bisher in geraden Linien parallel zu der Welle des Cylinders oder in spiralförmiger Richtung arrangirt.

Wenn die Streifen gerade und parallel zur Welle stehen, so hebt die Commutatorbürste häufig den Contact mit einem Streifen auf, bevor sie in Contact mit dem nächsten gekommen, was den Strom nicht nur unterbricht und abschwächt, sondern auch die Abnutzung des Commutators durch den entstehenden grofsen Funken und das daraus folgende Glühen des Metalles beschleunigt.

Sind die Platten spiralförmig arrangirt, so ist dieses Bedenken zwar überwunden, aber das Abnehmen des isolirenden Materials zwischen ihnen gestattet ein Hervorquellen der Umhüllung der Spirale, wodurch die Platten in ihren Klammern lose werden.

Am meisten aber findet die Abnutzung des Commutators an dem Punkte statt, wo der Funke zwischen den Commutatorstreifen und der Bürste passirt, und da dies immer an demselben Ende erfolgen ,inufs, wenn die Platten in einer Richtung spiralförmig laufen, so nutzt sich dieses viel schneller ab als das andere gegenüberliegende Ende.

Diese Mifsstände sollen dadurch vermieden werden, dafs die Commutatorplatten parallel zu der Cylinderwelle auf der inneren Seite und auf der Aufsenseite in doppelter Spirale laufen.

Diese Anordnung sichert alle Vortheile der Spiralform, sowie sie den Uebelstand des Losewerdens der Platten hebt und eine gleichmäfsige Abnutzung der beiden Seiten des Commutators bewirkt.

In den Zeichnungen ist Fig. r eine Ansicht der Maschine von oben.

Fig. 2 ist ein Längenschnitt, ungefähr durch die Mitte.

Fig. 3 zeigt die Anordnung und Verbindung der Drähte.

Fig. 4 stellt die Lage der Commutatorabzweigungen der Erreguhgsmaschine dar.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Armatur und des Commutators.

Fig. 6 ist eine Endansicht des Commutators.

Fig. 7 ist eine Ansicht eines der metallenen Theile des Commutators.

AAA sind Elektromagnete der Hau.ptmaschine. Bei den drei zur Linken, Fig. 3, sind die Südpole an einem gebogenen Eisenstück befestigt, das fast halb um die Armatur geht, und die Nordpole der drei anderen zur rechten Hand sind an einem gleichen, dem anderen gegenüberliegenden Eisenstück befestigt.

B ist eine die Knäuel von isolirtem Draht tragende Armatur, die sich zwischen den Magneten AAA dreht.

C ist der Commutator der Hauptmaschine. Er befördert den durch die Umdrehung der Armatur B erzeugten Strom durch eigene Verbindungen zu den Conductoren 20 und 24.

Die Hauptmagnete befinden sich nicht in der Hauptleitung, sondern werden durch eine kleinere oder Hülfsmaschine, in welcher DD die Magnete und E die Armatur sind, erregt.

F ist der Commutator der Hülfsmaschine.

G G sind die Bürstenhalter und HH die Bürsten.

// sind die um die Welle der Maschine gelegten Arme, an denen die Bürstenhalter G G befestigt sind.

J ist ein gezahnter Sector, der in der gleichen Weise an der Welle befestigt und in das konische Rad K greift.

LL ist eine doppelte Scheibe oder Rad auf der Welle M mit dem Zahnrad K.

Dieses sitzt auf der Welle und dreht sich mit derselben, kann aber eine kurze Strecke von unten nach oben frei bewegt werden.

N ist ein auf der Welle Q befestigtes Rad, das sich zwischen den beiden Scheiben L L dreht, und zwar so, dafs eine von ihnen mitgenommen wird.

Die Welle Q liegt auf den Lagern O O und wird beständig in der gleichen Richtung durch die Schnurscheiben .Pund / und durch die Treibschnur k gedreht.

R ist ein Controlhebel für die verticale Stellung der Scheiben L L.

T ist ein starker Elektromagnet in dem Stromkreise der Hülfsmaschine, und S ist dessen Armatur.

ί/ist eine Feder zum Hochhalten des Armaturendes des Hebels 7?, und V ist die Stellschraube dazu.

h ist ein Elektromagnet von grofsem Widerstände, der in einer Abzweigung der Hauptconductoren placirt ist, und i ist dessen Armatur.

Z ist der Hebel mit der Armatur i und der Feder a, um den Zug des Magneten h zu balanciren.

Die Construction des Commutators ist am klarsten in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. Fig. 7 zeigt eine derjenigen Metallplatten, aus

denen der Commutator zusammengesetzt ist. Diese ^: Platten sind auf der nach der Mitte des Commutatorcylinders zu gerichteten Kante ganz gerade, dahingegen V-förmig nach der den äufseren Umfang bildenden Seite hin und an dieser Stelle dicker; ein Querschnitt würde also einer Sectorform gleichkommen.

Die Doppelspiral- oder V-förmige Anordnung der Platten an ihrem Umfang ist deutlich in der Fig. 5 gezeigt. /³ P sind die Metallplatten, und K^z K^% sind Theilscheiben von isolirendem Material zwischen ihnen.

Jede Platte hat einen radial auslaufenden Arm Z³, mit dem die Knäuel in üblicher Weise elektrisch verbunden sind.

Sobald die Bürsten des in dieser Weise arrangirten Commutators einige Platten überspringen , ist keine Gefahr für die Unterbrechung oder Abschwächung des Stromes um deshalb zu fürchten, dafs die Bürsten eine Platte verlassen, bevor sie mit der anderen in Contact gekommen; auch arbeiten sich die Platten in ihren Befestigungen nicht lose und nutzen sich nicht ungleichmäfsig ab.

Die Armaturen und Commutatoren sowohl der Haupt- als auch der Hülfsmaschinen sind in der oben beschriebenen Art construirt, doch ist eine solche Construction nicht gerade erforderlich für die Anwendung der neuen Regulirung, ebensowenig wie die letztere für die Anwendung der Armatur oder des Commutators geboten ist, da jede, einzeln und unabhängig von den anderen, für Maschinen der verschiedenen jetzt gebräuchlichen Formen in Anwendung gebracht werden kann.

Die Maschine arbeitet wie folgt:

Bei der Umdrehung der Welle der Hülfsmaschine erzeugt der beständig geschlossene Kreis einen elektrischen Strom, der durch die Hauptmagnete, durch die Nebenschliefsung 17, 18 oder den Magnet T, je nachdem diese Nebenschliefsung offen oder geschlossen ist, und endlich durch die (Feld-) Magnete der Hülfsmaschine geht, wie in Fig. 3 gezeigt.

Wenn die Nebenschliefsung 17, 18 offen ist, so geht der Strom von 1 bis 16 incl. in der Reihe der Nummern, wenn jedoch die Nebenschliefsung geschlossen ist, so ist der Magnet T ausgeschaltet, und der Strom geht 17, 18 anstatt nach 5, 6, 7 bis 16.

Das Oeffhen und Schliefsen der Nebenschliefsung wird durch den Magnet h bewirkt, der sich mit seiner Armatur und dem Hebel in der Abzweigung 20, 21, 22 des Stromkreises 20, 24 befindet.

Den Zustand der Nebenschliefsung (ob offen oder geschlossen) bestimmt selbstverständlich das Magnetischwerden von T und infolge dessen die Stellung der Armatur S.

Der Hebel R ist so arrangirt, dafs, wenn die Armatur S hinuntergedrückt wird, die untere Scheibe L und, wenn sie gehoben · wird, die obere Scheibe L mit dem Frictionsrade N in Contact kommt. Die Bürstenhalter sind derartig angeordnet (in Bezug auf den Sector _/), dafs, wenn die untere Scheibe mit N in Verbindung steht, die Bürsten in die punktirte Stellung der Fig. 4 gebracht werden, dagegen mit der oberen Scheibe in Contact, wenn sie sich in der mit ausgeEogenen · Linien bezeichneten Stellung der Fig. 4 befinden.

D¹ in Fig. 2 ist die Hemmung für den Sector. An dem Commutator befinden sich diametral einander gegenüber zwei Punkte, an denen die Bürsten von der Maschine keinen elektrischen Strom erhalten. Man kann diese die neutralen Punkte des Commutators nennen, obgleich sie den magnetischen Polen der Armatur entsprechen.

Die Stellung der Bürsten an diesen neutralen Punkten des^l Commutators ist in punktirten Linien in Fig. 4 ganz oder ca. 90 ° zu denjenigen Punkten, bei denen der Strom mit der gröfsten Kraft durch die Bürsten geht. Dies ist durch die ausgezogenen Linien der Fig. 4 gezeigt.

Zwischen diesen Punkten variirt der Strom von Null aufwärts bis zur höchsten Kraft, und so lange die Maschine sich im gleichmäfsigen Gange befindet, kann der Strom durch Veränderung der Bürstenstellung am Commutator nach Wunsch vermehrt oder vermindert werden. Der Magnet h controlirt die Menge des durch die Hauptmaschine erzeugten Stromes vermittelst Verstellens der Commutatorbürsten durch die Hülfsmaschine wirksam, denn der Betrag der durch die Hauptmaschine erzeugten Elektricität hängt von dem Grad ihres durch den Strom der Hülfsmaschine erregten Stromes ab, und dieser ist wiederum von der Stellung der Commutatorbürsten abhängig.

Der Magnet T ist von geringem Widerstand, um den Strom der Hülfsmaschine nicht zu sehr zu schwächen, dagegen besitzt der Magnet h einen hohen Widerstand, zum Zweck, den bedeutenderen Theil des Hauptstromes daran zu hindern, ihn zu durchströmen, als auch ihn für Schwankungen in der Kraft des Hauptstromkreises recht empfindlich zu machen.

Der Hebel Z ruht wie ein Waagebalken auf der Messerschneide eines Supports, und seine Schwankungen sind durch die Schrauben X Y in engen Grenzen gehalten.

Um eine elektrische Verbindung zwischen dem Hebel Z und dem Conductor r, Fig. 1, herzustellen, benutze ich eine Schale mit Quecksilber und eine eiserne Stütze direct unter dem Mittelpunkt des Hebels, da dies den Hebel

nicht aus der Balance bringt oder irgend eine merkliche Kraft erfordert, ihn zu bewegen. Eine Verbindung der Nebenschliefsung führt zu der Quecksilberschale durch den Conductor r und die. andere zu der Stellschraube X durch den Conductor p und den Ständer d, so dafs die Nebenschliefsung geschlossen ist, wenn der Hebel Z an X anliegt. Die Spannung der Feder α wird vermittelst ihrer Stellschraube b so justirt, dafs sie genau den Zug von h ausgleicht, wenn ein Strom von normaler Stärke sie trifft; jede Schwankung im Verbrauch des Stromes regulirt dann die Maschine selbst.

Die Justirung der Feder α bestimmt die normale Intensität des Stromes.

Die besondere Form der gezeigten Theile ist unwesentlich, und ist es einleuchtend, dafs verschiedene anwendbare Mittel statt der Feder α und des Hebels Z zur Ausgleichung des Zuges des Magneten h benutzt werden können.

Wenn Abzweigungen zwischen den Hauptconductoren stattfinden oder der Hauptstromkreis in anderer Weise mehr in Anspruch genommen wird, so wird der Strom momentan ein wenig geschwächt, der Zug des Magneten h verringert, und die Feder α zieht das Ende des Hebels herunter und öffnet die Nebenschliefsung.

Der erregte Magnet T setzt die untere Scheibe L in Betrieb und bringt die Bürsten G G am Commutator auf den Maximalpunkt des Stromes. Der Strom bleibt stark, bis das Gleichgewicht zwischen dem Magnet h und der Feder a wieder hergestellt ist.

Wenn der Hauptstromkreis weniger in Anspruch genommen wird, so findet der umgekehrte Verlauf statt.

Diese Anordnung ist sehr empfindlich für Kraftveränderungen in dem Hauptstromkreis und wirkt sofort mit grofser Präcision zur Vermehrung oder Verminderung der erzeugten Menge der Elektricität, denn erst beim Oeffnen der Nebenschliefsung wurde der Magnet T in den Hülfsstromkreis eingeschaltet und dieser durch die Vermehrung des Widerstandes und die schnelle Umdrehung der Bürsten an dem neutralen Punkt abgeschwächt.

Dies vermindert nicht nur direct die Kraft des Hauptmagneten, sondern wirkt auch auf die Hülfs- (Feld-) Magnete zum weiteren Abschwächen des Hülfshauptstromkreises.

Beim Schliefsen der Nebenschliefsung nimmt das Wachsen der Kraft entsprechend zu. Die Elektromotivkraft des Stromes an jedem Consumtionspunkt wird so durch eine präcise Erzeugung der für den Gebrauch erforderlichen Menge Elektricität stets constant gehalten. Zufälliger Wechsel der Polarität in dem Hauptstromkreis ist hier offenbar unmöglich, da der Magnet der Hauptmaschine von dem Hauptstromkreis unabhängig ist.

Die Function des Commutators ist bereits ausreichend beschrieben worden.

Die wesentlichen, oben beschriebenen Grundzüge dieser Regelvorrichtung bestehen in der selbsttätigen Umdrehung der Bürsten der Hülfsmaschine mit Bezug auf die maximalen und neutralen Punkte ihres Commutators und in der automatischen Controle der Richtung dieser Umdrehungen durch den Magnet h oder sein durch den Hauptstromkreis darauf wirkendes Aequivalent.

An Stelle der gezahnten Sectorfrictionsräder und des Magneten zum Drehen der Bürsten können verschiedene andere mechanische Hülfsmittel unter Controle des Magneten h zum Hervorbringen der entgegengesetzten Umdrehung der Bürsten angewendet werden.

Es können auch andere Mittel als der Magnet h zum Oeffnen und Schliefsen der Nebenschliefsung benutzt werden, wie z. B. durch Contraction und Expansion einer Metallstange, je nachdem ihr vermittelst des Hauptstromes mehr oder weniger Hitze gegeben wird; Patentinhaber zieht jedoch den Elektromagnet wegen seiner gröfseren Empfindlichkeit gegen den Wechsel in der Stärke des Stromes vor.

Claims (3)

Pat ent-An sp rüche:

1. Die Combination einer dynamoelektrischen Maschine und einer Hülfsmaschine zum Erregen des Hauptmagneten mit derartig angeordneten Commutatorbürsten, dafs sie bezüglich der Strom-Maximal- und -Minimalpunkte frei und automatisch auf dem Commutator der Hülfsmaschine rotiren können, im wesentlichen und zum Zweck, wie beschrieben.

2. Eine dynamoelektrische Maschine, deren Magnet durch eine ähnliche Hülfsmaschine erregt wird, in Combination mit einem Mechanismus zum Bewegen der Commutatorbürsten der Hülfsmaschine zu und von dem neutralen Punkt ihres Commutators und einem Elektromagnet zur Controle der Richtung dieser Umdrehung, der in und aus dem elektrischen Strom gebracht werden kann vermittelst einer durch einen Elektromagnet in dem Hauptstromkreis oder einer Abzweigung desselben in Thätigkeit gesetzten Nebenschliefsung, im wesentlichen wie beschrieben.

3. Die Combination des Elektromagneten h mit dem Elektromagnet T, und zwar derart, dafs der in einer Abzweigung des Hauptstromkreises befindliche Magnet h von hohem Widerstände mit seinem Armaturhebel zur Controle für die Zuführung des elektrischen

Stromes zum Magnet T dient und dieser Magnet T von geringem Widerstände mit dem Mechanismus zur Vermehrung und Verminderung der Menge der durch die dynamoelektrische Hauptmaschine erzeugten Elektricität beiträgt, im wesentlichen wie beschrieben.

Ein Commutator in einer dynamoelektrischen Maschine mit seinen so construirten Conductorplatten, dafs sie eine doppelte Spirale an der Aufsenseite bilden und inwendig parallel zu der Ach'se des Commutators stehen, im wesentlichen und zum Zweck wie beschrieben.,

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.