DE195243C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 195243 — KLASSE 21 d. GRUPPE

ROBERT ESNAULT-PELTERIE in PARIS.

Einrichtung zur Begrenzung der Ladung statischer Maschinen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Oktober 1906 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine statische Maschine, welche Gleichstrom, und zwar Strom von sehr hoher Spannung und schwacher Stromstärke durch Umdrehung verschiedener Metallteile zueinander liefert.

Die Maschine gehört zu jenen Einrichtungen, die in bekannter Weise aus festen Armaturen bestehen, die zylindrisch oder eben und voneinander und nach außen isoliert sind

ίο und zwischen denen in ihrer unmittelbarsten Nähe oder aber durch flüssige oder feste Isolation getrennt bewegliche Armaturen sich drehen. Letztere bestehen aus zylindrischen Segmenten oder ebenen Sektoren, welche auf einer Achse sitzen. In diesen Maschinen wird die Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Verbindungen in bestimmter Weise unterbrochen und wieder hergestellt. Man verbindet zwei gegenüberliegende Armaturen des beweglichen Teiles und gleichzeitig bringt man zwei andere dieser Armaturen mit den äußeren Armaturen in Verbindung, worauf, nach einer bestimmten Winkeldrehung, die beiden ursprünglich geladenen beweglichen Armaturen mit den beiden äußeren Polen verbunden werden. Die Entfernung der letzteren ist einstellbar und zwischen ihnen springt ein Funke über, wobei gleichzeitig die vorhergehenden Verbindungen unterbrochen werden. Die Spannung der Maschine ist nur durch den inneren Widerstand des Isolators bestimmt, welcher die beweglichen von den festen Teilen trennt; denn, wie weiter unten ersichtlich, wächst die Ladung, d. h. die Spannung unbegrenzt nach einem geometrischen Gesetz.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf Einrichtungen, welche die inneren Entladungen vermeiden, die den Apparat zerstören, wenn man die Ladung, d. h. die Spannung unbegrenzt zunehmen läßt.

In der Zeichnung sind

Fig. i, 2 und 3 schematische Darstellungen im Grundriß dreier aufeinanderfolgenden Stellungen der inneren Armaturen, welche den beweglichen Teil bilden, in ihrer Stellung zu den äußeren festen Armaturen bei einer statischen Maschine mit zylindrischen Segmenten.

Fig. 4 und 5 sind ein Querschnitt bzw. ein Grundriß des oberen Teiles einer gleichen Maschine.

Fig. 6 und 7 sind zwei Einrichtungen zur Begrenzung der Spannung.

Bekanntlich bestehen statische Maschinen im wesentlichen aus zwei metallischen, z. B. zylindrischen festen Armaturen A und B, welche beide mit gleichen Elektrizitätsmengen von entgegengesetztem Vorzeichen + q und — q geladen sind. Im Innern dieser beiden feststehenden Armaturen ist ein drehbarer Teil auf einer Welle angeordnet. Dieser besteht aus vier metallischen, zylindrischen Segmenten a, b, a', b', die symmetrisch und von den festen Armaturen durch einen entsprechenden Isolator getrennt angeordnet sind. Bei der Stellung, welche der bewegliche Teil mit Bezug auf den festen Teil in Fig. 1 einnimmt, sind die Verbindungen zweckmäßigerweise derart gewählt, daß, wie später zu sehen ist, die Segmente a, a' elektrisch verbunden sind. Auf diesen Segmenten werden durch Influenz

die Elektrizitätsmengen — q auf α' und + q auf α erzeugt, und die elektrische Verbindung c ■ zwischen den beiden Segmenten hat die Wirkung, daß die Erzeugung jener Elektrizitätsmengen sich unter zweckmäßigen Bedingungen vollzieht.

In Fig. 2 ist der drehbare Teil um eine Achtelumdrehung verstellt. Bei dieser Stellung sind die Verbindungen zwischen den Segmenten α und α' unterbrochen, und diese Segmente bleiben mit den Elektrizitätsmengen beladen, während die Segmente b und b' sich durch Influenz mit Elektrizitätsmengen — q und + q laden. Diese letzteren Segmente sind in diesem Augenblick jedes für sich mit einem Leiter d bzw. d' verbunden und die Enden dieser Leiter sind derart angeordnet, daß sie sich in einer gewissen Entfernung voneinander befinden. An den genannten Enden werden Elektrizitätsmengen -j- q und — q erzeugt, welche ein entgegengesetztes Vorzeichen wie diejenigen haben, die durch Influenz erzeugt sind. Zwischen diesen Enden, deren Entfernung geregelt werden kann und welche ein gewisses Maximum entsprechend dem Widerstände des die festen und beweglichen Armaturen trennenden Isolators nicht überschreiten kann, springt der elektrische Funke über, wenn das Potential an den Enden den Widerstand der Luft überwinden kann.

In Fig. 3 sind die Segmente dargestellt, wenn sie sich um eine Achtelumdrehung weitergedreht haben, und nun nehmen die Segmente V und b dieselbe Stellung ein, welche vorher die Segmente α und a' in Fig. 1 eingenommen haben. In dieser Stellung sind die mit positiver bzw. negativer Elektrizität geladenen Segmente α und a' durch geeignete Verbindungen ρ und p' mit den äußeren Armaturen A und B verbunden, auf welchen sie ihre Ladung ausbreiten, derart, daß die Armaturen A und B mit positiven bzw. negativen Elektrizitätsmengen -j- 2.q und —2.q geladen werden. Bei dieser Stellung sind wie in der Stellung 1 die beiden Segmente b und b' elektrisch miteinander verbunden.

Die Ladung der äußeren Armaturen verdoppelt sich so bei jeder Vierteldrehung durch Wiederholung des Kreisprozesses und das Potential zeigt dieselbe Steigerung.

Um die erforderlichen Verbindungen herzustellen, ist an dem oberen Teil dieser Apparate eine Platte 0 angebracht, auf welcher die sechs Polklemmen k, I, m, k', ΐ, m' sitzen. Diese ■■■■ sind unterhalb der Platte 0 elektrisch mit Kontaktstücken q verbunden, über welche die Bürsten η schleifen, die mit den Innensektoren a, b, a' b' in Verbindung stehen. Die Klemme k, k\ I, V usw. oder die ihnen entsprechenden unter der Platte liegenden Kontakte q müssen auf Radien liegen, die unter rechtem Winkel zu einander stehen, und zwar zu dem Zwecke, um die entsprechenden Verbindungen herzustellen oder zu unterbrechen, wenn die beweglichen Armaturen in die den verschiedenen Arbeitphasen entsprechende Mittelstellung gelangt sind.

Es hat sich gezeigt, daß das Gesetz, nach welchem die Ladung und infolgedessen die proportionale Spannung wachsen, ein geometrisches Gesetz ist nach der Formel

V = F₀. 2«,

wobei η die Anzahl der Vierteldrehungen bedeutet, wenn die Maschine nicht mehr als zwei feste äußere Sektoren und zwei Paar drehbare Sektoren aufweist und V₀ das der Anfangladung der festen Sektoren entsprechende Potential ist.

Man sieht, daß die Potentialdifferenz an dem freien Ende der Leiter d, d' unendlich wachsen kann. Wenn nämlich der dem Abstand dieser Enden entsprechende Widerstand höher wäre als der innere Widerstand, d. h. des Isolators zwischen der beweglichen und der festen Armatur, so würde dies den Erfolg haben, daß Entladungen innerhalb der Maschine entstehen, welche im Falle eines festen Isolators die Wirkung haben würden, den Apparat außer Tätigkeit zu setzen. Um auch diesen schwerwiegenden Übelstand zu vermeiden, ist es angebracht, die folgende Sicherung anzubringen, welche darin besteht, daß jede äußere Armatur A, B mit einem Konduktor A' oder B' verbanden ist (Fig. 6). Die Enden dieser Konduktoren sind in einer passenden Entfernung voneinander angeordnet, so daß sie die Entladung der auf den äußeren Armaturen aufgespeicherten Elektrizität gestatten und so eine Art Auslaß für die positive und negative Elektrizität bilden, welcher die Maximalladung der Armaturen beschränkt.

Bei den industriellen Apparaten, welche genügend groß sind, muß dieser Verlust vermieden werden und die Beschränkung der Ladung in anderer Weise stattfinden.

Man bemerkt, daß in dem Augenblicke, wo die Armatur α sich gegenüber der Armatur A befindet (Fig. 7), wenn ihre Ladungen -f- q

und —q sind, ihr Potential V =

ist,

wobei c die Kapazität des Kondensators ist, der die Gesamtheit dieser beiden Armaturen bildet. In dem Maße, wie die Armatur a sich von der Armatur A entfernt, vermindert sich ihre Kapazität und vermehr sich ihr Potential. Dieser Potentialüberschuß von a gegenüber dem Potential von B gestattet, daß die Armatur B einen Teil der Ladung von a absorbiert. Wenn man also das Potential

von B beschränken will, so genügt es, die Verbindung zwischen α und B derart herzustellen, daß sie in dem Augenblick stattfindet, wo α genau die begrenzte Spannung hat, zu welcher man gelangen will, d. h., daß man diese Verbindung bei einer bestimmten Lage von α herstellt, welche vor der im voraus angenommenen Stellung gelöst ist. Denn in der Tat kann die Spannung der äußeren Belegungen nicht, wie es wohl den Anschein hätte, ins Unendliche wachsen; denn es findet andauernd ein Entweichen von Elektrizität durch die Innenfläche und durch das Dielektrikum hindurch statt, wobei diese Verluste die Elektrizitätsmenge und infolgedessen auch die Spannung der Belegungen begrenzen. Es ist klar, daß durch Regelung der Stellung der oben erwähnten Verbindung die von der festen Belegung auf die bewegliche Belegung durch diese Verbindung übertragene Elektrizitätsmenge lediglich dazu dienen wird, die elektrischen Verluste auszugleichen. Man sieht, daß durch dieses Mittel die einzigen Widerstände elektrischen Ursprungs, welche der Apparat den Bewegungen bietet, herrühren von der Annäherung der Ladungen gleichen Zeichens oder der Entfernung der Ladungen entgegengesetzten Zeichens, deren reziproke Wirkungen bestrebt sind, sich dieser Bewegung entgegenzusetzen, daß aber alle diese Ladungen ausgenutzt werden, während in .der vorher beschriebenen Einrichtung ein Teil dieser Ladung verloren ging beim xA.bfluß zur Beschränkung des Potentials. Der Wirkungsgrad des Apparates muß daher ein besserer ■ sein.

In der Praxis wird der Apparat in folgender Weise zusammengesetzt:

Bei der ersten Umdrehungsperiode des Apparates sind die Verbindungen wie in den Fig. i, 2 und 3 dargestellt, und der zur Beschränkung des Potentials dienende Abfluß wird durch einen Funken ersetzt, welcher in einer isolierenden .Flüssigkeit zwischen zwei in geeigneter Entfernung voneinander befindliehen Konduktoren überspringt. Die Pol- ' schrauben, welche auf einem beweglichen Kranz nach Art von Dynamobürsten angeordnet sind, können in umgekehrter Richtung wie die drehbaren Armaturen gedreht werden bis zum Punkt, wo die Funken beinahe aufhören, in der isolierenden Flüssigkeit zwischen den zur Spannungminderung dienenden Konduktoren überzuspringen.

Claims (2)

Patent-An Sprüche:

1. Einrichtung zur Begrenzung der Ladung, d. h. des Potentials der Armatur, von statischen Maschinen, welche aus voneinander isolierten, festen und beweglichen Armaturen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Armaturen an Leiter gelegt werden, deren Enden auf eine bestimmte Entfernung einander gegenüberstehen, um ein Ablaufen des Ladungs-Überschusses durch Abfluß oder Funken zu bewirken.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den festen und bewegliehen Armaturen in dem Augenblick vorgenommen werden, wo das Potential der beweglichen Armatur die Grenze erreicht hat, welche man festgesetzt hat, zum Zwecke, innere Entladungen tunlichst zu verhüten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,