DE199881C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

■■- JV^ 199881 ■-KLASSE 21 d. GRUPPE■■ - JV ^ 199881 ■ CLASS 21 d. GROUP

Wicklungen.Windings.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Oktober 1906 ab.Patented in the German Empire on October 13, 1906.

Bräuchbare Kommutatoren für besonders hohe Spannung herzustellen, wie sie ganz besonders bei Gleichstrom zur Fernübertragung sehr erwünscht sind, war deshalb nicht rnöglieh, weil die höchsten Potentiäldifrerenzen bei den bisherigen Ausführungen in den verhältnismäßig kurzen Entfernungen der neutralen Zonen am Kommutator auftreten. Man ist nämlich nicht in der Lage, größere Typen zwei·?Manufacture usable commutators for particularly high voltage, as they are very special are very desirable for long-distance transmission with direct current, was therefore not possible, because the highest potential differences at the previous statements in the relatively short distances of the neutral Zones occur on the commutator. You are not able to match bigger types with two ·?

to polig auszuführen bzw. den neutralen Zonen - weitere Entfernungen zu geben, weil die große zweipolige Type zu unwirtschaftlichen Eisenurid Kupferverlusten führt. Infolgedessen ist man bei großen Maschinen allein auf me'hfpolige Typen ange\viesen. Da aber hierdurch die neutralen Zonen durch die häufige Aufeinanderfolge in kurzen Entfernungen auseinander liegen und die bisherige Konstruktion des Kommutators keine Möglichkeit gibt, den höchsten Potentialdifferenzen etwa größere Entfernungen als. zwischen diesen Stellen zu geben, so ist auch die Betriebssicherheit begrenzt. Die Ursache liegt darin, daß bei Überschreitung einer gewissen Spannung, die einiges über 1000 Volt liegt, durch etwaiges Auftreten von Funken bzw. umlaufenden Metall- und Kohlenstäubchen ein unvermeidlicher Lichtbogen bzw. Kurzschluß herbeigeführt wird. Trotzdem ist man, weil der Gleichstrom in gewissen Richtungen gegenüber dem Wechselstrom Vorteil bietet, bei der Erzeugung besonders hoher Spannung wieder zu ihr übergegangen, indem man eine für die zu erzielende Spannung notwendige Anzahl Gleichstrommaschinen von jeder höchst zulässigen' Betriebsspannung hintereinander schaltete: Zwar hat man es versucht, an Stelle mehrerer Maschinen eine einzige zu setzen, indem man, wie auch bei der neuen Einrichtung, auf einen Anker mehrere voneinander getrennte, in sich geschlossene Wicklungen anbrächte. Die zu je einer Wicklung erforderliche Lamellengruppe wurde dann im Gegen-' satz zu der neuen Einrichtung auf einem be-' sonderen Kommutator.. angebracht und mit weiteren der mehrpoligen Type entsprechenden Lamellengruppen nach der Polfolge, etwa wie eine Mordey-Wicklung, verbunden. Die Zahl solcher auf einer Welle nebeneinander angebrachter Kommutatoren richtete sich nach der Zahl der Wicklungen, welche . man durch entsprechende Verbindung der Bürsten, der verschiedenen Kommutatoren unter sich hintereinander schaltete. Je größere Poltypen man verwendete, urn so größer und kostspieliger wurden :auch die einzelnen Kommutatoren, so daß die Hintereinanderschaltung mehrerer Maschinen ein bedeutend billigeres Verfahren ist.' Der Erfindungsgegenstand bedarf dagegen eines einzigen Kommutators, bei welehern die Lamellengruppen der einzelnen Wicklungen ineinandergeschoben sind. Mit dieser Abänderung ist jedoch eine unabhängige Stromentnahme ^: der einzelnen Abteilungen, wozu ja zwecks einer Hintereinanderschaltang die Möglichkeit existieren muß, nicht er-to carry out polig or the neutral zones - to give further distances, because the large two-pole type leads to uneconomical iron uride copper losses. As a result, one has to rely solely on multi-pole types for large machines. However, since this means that the neutral zones are separated by short distances due to the frequent succession and the previous design of the commutator does not allow the highest potential differences to be at distances greater than or equal to. between these points, the operational safety is also limited. The reason for this is that if a certain voltage is exceeded, which is a little over 1000 volts, an unavoidable arc or short circuit is caused by possible sparks or surrounding metal and carbon dust. In spite of this, because direct current has advantages over alternating current in certain directions, when generating particularly high voltages, one switched to it again by connecting a number of direct current machines of each highest permissible operating voltage in series, which is necessary for the voltage to be achieved it tries to replace several machines with a single one by attaching several separate, self-contained windings to an armature, as in the case of the new device. In contrast to the new device, the group of lamellae required for each winding was then attached to a special commutator and connected to other groups of lamellae corresponding to the multi-pole type according to the pole sequence, like a Mordey winding. The number of such commutators mounted next to each other on a shaft was based on the number of windings, which. by connecting the brushes, the various commutators are connected in series. The larger the pole types one used, the larger and more expensive they became: also the individual commutators, so that the connection of several machines in series is a significantly cheaper process. ' The subject of the invention, on the other hand, requires a single commutator in which the groups of lamellas of the individual windings are pushed into one another. With this change, however, an independent power take-off is not possible ^: the individual departments, for which the possibility must exist for the purpose of a series connection, is not

reicht. Erscheint auch die Verwendung von seitlich zu den Lamellengruppen angeordneten Schaltstücken, wodurch nämlich bei der neuen Methode eine beliebige Schaltung der Abteilungen durch eine entsprechende Verbindung derselben unter sich oder mit Schleifringen ausgeführt werden kann, nicht als Erfindung, denn dieses ist bereits bei Wechselstromgleichrichtern bekannt, so ist es doch die Art undenough. Also appears to be the use of arranged laterally to the groups of lamellas Switching pieces, which means that the departments can be switched in any way with the new method can be carried out by a corresponding connection between them or with slip rings, not as an invention, because this is already known with AC rectifiers, so it is the type and

ίο Weise, auf welche die unabhängige Stromentnahme mit diesen Mitteln ermöglicht wird. Eine solche ist nämlich erst dann erreicht, wenn die Lamellengruppen bzw. Schaltstücke in Abständen von mindestens solchen Entfernungen beispielsweise durch das Zwischenfügen von Isolier- bzw. Blindlamellen gehalten werden, daß, wenn ein Bürstensatz eine Lamellengruppe nebst Schaltstück verläßt, eine gleichzeitige Verbindung mit der folgenden Lamellengruppe nebst Schaltstück bzw. die dabei eintretende Parallelschaltung nicht stattfinden kann, und daß die nach normaler Weise in den neutralen Zonen angebrachten Bürsten¹ derart gesetzt sind, daß die positiven Bürstensätze nur die positiven Schaltstücke und die negativen Bürstensätze nur die negativen Schaltstücke mit den Lamellengruppen verbinden. Nachdem nun die unabhängige Stromentnahme möglich ist, kann man auch einen für Hochspannung geeigneten Kommutator konstruieren, indem man zur Hintereinanderschaltung der Abteilungen die Verbindungen der Schaltstücke unter sich so wählt, daß die höchsten Potentialdifferenzen nur zwischen den gegenüberliegenden Kommutatorteilen bestehen, wogegen zwischen allen benachbarten Kommutatorteilen nur verhältnismäßig niedrige Potentialdifferenzen herrschen.ίο the way in which independent power draw is made possible by these means. Such is only achieved when the lamella groups or contact pieces are held at intervals of at least such distances, for example by inserting insulating or blind lamellae in between, that when a brush set leaves a group of lamellae together with the contact piece, a simultaneous connection with the following The group of lamellas with the contact piece or the parallel connection that occurs cannot take place, and that the brushes ¹ attached in the normal manner in the neutral zones are set in such a way that the positive brush sets only connect the positive contact pieces and the negative brush sets only connect the negative contact pieces to the group of lamellae . Now that the independent current draw is possible, one can also design a commutator suitable for high voltage by choosing the connections between the contact pieces for the series connection of the sections so that the highest potential differences exist only between the opposite commutator parts, whereas only between all adjacent commutator parts relatively low potential differences prevail.

Auf Grund dieser Methode sollen im folgenden verschiedene Ausführungsformen schematisch dargestellt und beschrieben werden.On the basis of this method, various embodiments are shown schematically below represented and described.

So zeigt beispielsweise Fig. 1 eine Ankerwicklung, wie sie für den Anschluß an den Kommutator (Fig. 2) geeignet ist. Die einzelnen Lamellengruppen haben auf dem Kollektorumfang, wie Fig. 2 zeigt, einen Abstand gleich der Breite der Gruppen voneinander. Zu beiden Seiten jeder Lamellengruppe befindet sich je ein Kontaktstück f bzw. g von gleicher Breite. Auf diesem so konstruierten Kollektor schleifen eine der Zahl der Polpaare entsprechende Anzahl positiver Bürsten h und eine gleiche Anzahl negativer Bürsten i, welche, wie bei einer gewöhnlichen Gleich-Strommaschine, in Abständen entsprechend den Polabständen voneinander angeordnet sind. Die ersteren Bürsten h verbinden beim Umlauf des Kommutators die Lamellengruppen der einzelnen Wicklungen stets mit der Kontaktstückreihe f, die Bürsten i dagegen mit den anderen Kontaktstücken g. Es ist ohne weiteres klar, daß in jeder Stellung des Kommutators je zwei zusammengehörige Kontaktstücke f und g die Pole eines selbständigen Maschinenelementes bilden. Würde man also je zwei Kontaktstücke f, g mit neben dem Kommutator auf der Maschinenwelle angeordneten Schleifringen verbinden, so könnte man von letzteren den Strom jedes Maschinenelementes getrennt, entnehmen. Verbindet man aber beispielsweise das positive Kontaktstück / der Gruppe A mit dem negativen g der .Gruppe B, Kontaktstück f dieser letzteren mit g der Gruppe C, f von Gruppe C mit g von Gruppe D und so fort, so sind sämtliche Einzelwicklungen der Maschine am Kommutator hintereinandergeschaltet, und das negative Kontaktstück g der ersten und das positive f der letzten Gruppe bilden dann die beiden Pole der Gesamtmaschine, von denen der Strom mittels zweier Schleifringe abgenommen werden kann. Je mehr Abteilungen eine derartige Maschine besitzt, um so höhere Spannung kann man an diesen Schleifringen erzielen ohne Gefahr für den Kommutator, da bei der beschriebenen Hintereinanderschaltung die unter Hochspannung stehenden Teile die weiteste Entfernung voneinander haben (vergleiche das Schema Fig. 4, bei welchem die beigesetzten Zahlen die an den einzelnen Kommutatorteilen herrschenden Potentialdifferenzen andeuten).For example, FIG. 1 shows an armature winding suitable for connection to the commutator (FIG. 2). The individual lamella groups have on the collector circumference, as shown in FIG. 2, a distance equal to the width of the groups from one another. On both sides of each lamella group there is a contact piece f or g of the same width. A number of positive brushes h corresponding to the number of pole pairs and an equal number of negative brushes i, which are arranged at intervals corresponding to the pole spacings from one another, as in a common DC machine, slide on this collector constructed in this way. The former brushes h always connect the groups of lamellas of the individual windings with the row of contact pieces f while the commutator rotates, while the brushes i with the other contact pieces g. It is immediately clear that in each position of the commutator two associated contact pieces f and g form the poles of an independent machine element. If two contact pieces f, g were to be connected to slip rings arranged next to the commutator on the machine shaft, the current of each machine element could be taken separately from the latter. But if you connect, for example, the positive contact piece / group A with the negative g of .Gruppe B, contact piece f of this latter with g of group C, f of group C with g of group D and so on, then all the individual windings of the machine are on Commutator connected in series, and the negative contact piece g of the first group and the positive f of the last group then form the two poles of the overall machine, from which the current can be drawn by means of two slip rings. The more departments such a machine has, the higher the voltage can be achieved on these slip rings without endangering the commutator, since with the described series connection the parts under high voltage have the greatest distance from one another (compare the diagram in Fig. 4, in which the Numbers attached indicate the potential differences at the individual commutator parts).

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Fig. 3 ist die Maschine mit zwei Kommutatoren E und F ausgerüstet. Es sind hier beispielsweise die Einzelwicklungen, welche sich je nur auf ein Polpaar' ausdehnen, abwechselnd an die Lamellengruppe e des einen und des anderen Kommutators angeschlossen. Beide Kommutatoren können, wie im gezeichneten Beispiel der Kommutator E, gemäß Fig. 2 eingerichtet sein, so daß jeder Kommutator Hochspannung liefert. Durch Hintereinanderschaltung beider Kommutatoren lassen sich dann auf diese Weise äußerst hohe Spannungen erzielen. Bei dieser Ausführungsform der Maschine kann dann dadurch eine Vereinfachung eintreten, daß man bei dem einen Kommutator die positiven und bei dem anderen die negativen Schaltstücke bzw. die auf denselben schleifenden Bürsten durch verbindende Leiter mit je einer positiven Bürste des ersteren und einer negativen des anderen Kommutators ersetzt.In the second exemplary embodiment, FIG. 3, the machine is equipped with two commutators E and F. Here, for example, the individual windings, which each only extend to one pole pair, are alternately connected to the group of lamellae e of one and the other commutator. Both commutators can, as in the example shown, commutator E, be set up according to FIG. 2, so that each commutator supplies high voltage. By connecting both commutators in series, extremely high voltages can then be achieved in this way. In this embodiment of the machine, a simplification can occur that one commutator has the positive and the other the negative contact pieces or the brushes sliding on the same by connecting conductors with a positive brush of the first commutator and a negative one of the other commutator replaced.

Diese Vereinfachung bringt jedoch den Nachteil, daß die zwischen den benachbarten Kommutatorteilen herrschenden Potentialdifferenzen verhältnismäßig größer sind. Die Anwendung oder Nichtanwendung ist daher abhängig von den Entfernungen der Lamellengruppen und der zwischen ihnen herrschenden Spannung. Man kann auch, wie Fig. 3 zeigt, eine solche Maschine in einfachster Weise alsHowever, this simplification has the disadvantage that between the neighboring Commutator parts prevailing potential differences are relatively larger. The application or non-application is therefore dependent on the distances between the groups of lamellae and that between them Tension. One can also, as FIG. 3 shows, such a machine in the simplest way as

Umformer einrichten. An dem die Niederspannung liefernden Kommutator F wird der Strom unmittelbar an den Bürsten abgenommen, indem geradeso wie bei normalen Maschinen sämtliche positiven und ebenso sämtliche negativen Bürsten miteinander verbunden sind. Die Spannung .dieses Kommutators ist daher gleich der Spannung einer Einzelwicklung. Das Übersetzungsverhältnis einesSet up converter. At the commutator F , which supplies the low voltage, the current is taken directly from the brushes, in that all the positive and also all negative brushes are connected to one another, just as in normal machines. The voltage of this commutator is therefore equal to the voltage of a single winding. The gear ratio of a

ίο solchen Umformers läßt sich durch Einteilung der Gruppen, Schaltung der Kommutatoren sowie auch die Wahl der Ankerdrahtzahlen der einzelnen Gruppen nach Belieben wählen.ίο such a converter can be divided into of the groups, switching of the commutators as well as the choice of armature wire numbers of the select individual groups as you wish.

In Fig. 5 ist noch das Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsmehrleitermaschine gegeben. Mit Rücksicht auf die ungleiche Belastung sind hier die Leiter der einzelnen Wicklungen gleichmäßig auf dem ganzen Ankerumfang verteilt. Die Wicklungen der Fig. ι und 2 können für Mehrleitermaschinen deshalb nicht ausgeführt werden, weil bei ungleicher Belastung die M. M. K. des Ankers ungleichmäßig auftritt und daher das Feld induzierend beeinflußt. Bei Zweileitermaschinen sind jedoch die Wicklungen der Fig. 1 und 3 die empfehlenswerteren, da sie eine leichtere Montage und bessere Isolierung ermöglichen. Ferner kann Reparatur an einer Einzelwicklung vorgenommen werden, ohne die anderen in Mitleidenschaft zu ziehen.In Fig. 5, the embodiment of a high-voltage multi-conductor machine is also given. In view of the unequal load, the conductors of the individual windings are uniform over the whole Distributed anchor circumference. The windings of FIGS. Ι and 2 can be used for multi-conductor machines are therefore not carried out, because the M. M. K. of the anchor occurs unevenly and therefore has an inducing effect on the field. With two-line machines However, the windings of Figs. 1 and 3 are the more recommended because they are a enable easier assembly and better insulation. Repair to a Individual winding can be carried out without affecting the others.

Weitere Merkmale der Fig. 5 bestehen darin, daß etwa zur Erzielung höherer Leitfähigkeit von jeder Einzelwicklung zwei Lamellengruppen, welche unmittelbar aneinanderreihen, abgezweigt sind, Außerdem sind die Lamellengruppen in ungleichen- Abständen voneinander getrennt.Further features of FIG. 5 are that, for example, to achieve higher conductivity from each individual winding two groups of lamellas, which are directly next to each other, are branched off, In addition, the groups of lamellae are at unequal intervals separated from each other.

Daraus ersieht man ohne weiteres, daß man die Abstände der Lamellengruppen bis aufs äußerste einschränken kann. Es'empfiehlt sich jedoch, die jeweils bei der Drehung zwischen diesen Stellen auftretenden Potentialdifferenzen nicht zu vernachlässigen.From this you can see without further ado that the spacing of the groups of lamellae is up to extreme limitation. It 'recommended, however, that each of the rotation between The potential differences occurring at these points should not be neglected.

Claims

Patent Claims:

1. Commutator device for several independent, self-contained Windings, in particular for high-voltage direct current machines, characterized in that with the aid of Contact pieces attached to the side of the lamellar groups, which are connected to the lamellar groups on the commutator circumference are arranged one behind the other, which enables the individual windings to draw power independently is that the lamella groups or contact pieces at intervals of at least such distances, for example the interposition of insulating or blind slats werclen that if a Brush set leaves a group of lamellas together with contact pieces, a simultaneous connection with the following does not take place can, and that the brushes attached in the normal manner in the neutral zones are set in such a way that the positive brush sets only the positive contacts and the negative brush sets only connect the negative contact pieces with the lamella groups, so that you can connect the Contact pieces under themselves and with slip rings the machine compartments in any Switching can draw current. ■

2. Embodiment according to claim 1, characterized in that when connected in series the connections between the contact pieces are chosen so that the highest potential difference exists only between the opposite commutator parts, for the purpose that the between the adjacent commutator parts The prevailing potential differences are relatively small in order to achieve a high level of operational reliability.

1 sheet of drawings.