DE210648C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

"PATENTSCHRIFT

- Jig 210648 KLASSE 21 d. GRUPPE

Zusatz zum Patente 188767 vom 11. September 1902.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Oktober 1908 ab. Längste Dauer: 10. September 1917.

Bei Gleichstrommaschinen mit offenen Ankerwicklungen, wie z. B. in den Patentschriften 182386 und 188767, Kl. 21 d, beschrieben sind, treten die Ankerstromkreise periodisch in Tätigkeit und außer Tätigkeit. Der Übergang von dem Arbeitszustand in den arbeitsfreien Zustand soll dabei bei Stromlosigkeit erfolgen. Der Arbeitszustand selbst aber wird zweckmäßig durch eine Vorerregung der Ankerstromkreise mit elektrischem Strom vorbereitet. Da, von Spezialfällen abgesehen, die Richtung des Stromes in den Anker Stromkreisen in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden entgegengesetzt ist, so muß zwischen zwei solchen Perioden auch eine Stromwendung stattfinden. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden nun Hilfsmittel zur Umwendung des Stromes nach obigen Gesichtspunkten.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei zunächst nochmals kurz die Wirkungsweise der in obigen Patentschriften beschriebenen Maschinen erläutert. Fjg. 1 zeigt diagrammatisch die Hauptteile einer solchen Maschine in der Abwicklung. A bedeutet den feststehenden Anker, G das kreisende FeId-

- magnetsystem. Die Magnetpole desselben N S. sind numeriert mit 1 bis 8. 1 bis 6 sind Hauptpole, welche mit ungleicher Teilung angeordnet sind. Um dies zu veranschaulichen, sind die Mittellinien der Pole eingezeichnet, welche sich für gleiche Polteilung ergeben wurden. Die Pole 7_a, y_b und 8 sind. Hilfspole, welche ebenfalls mit ungleicher Teilung aufgetragen sind. 7 _a und y_b können ihrer Wirkung nach als ein Pol gelten. Die Maschine selbst gilt als eine sechspolige Maschine. Die Erregerwindungen und die Stromrichtung in denselben sind in bekannter Weise veranschaulicht. Längs der Linie N sind die gewöhnlichen Haupterregerwindungen (Reihen- oder Nebenschluß oder beides) sichtbar. Außerdem aber sind manche Pole noch mit Hüfswindungen H versehen, und zwar sind dies sowohl die Hilfspole als auch diejenigen Hauptpple, die infolge der ungleichen Polteilung aus der normalen Lage verschoben sind. Man erkennt aus der angegebenen Stromrichtung, daß die Hilfserregung auf gewissen Polen die Haupterregung unterstützt, auf anderen hingegen schwächt. Wie in den obengenannten Patentschriften näher erklärt ist, hat diese Einrichtung den Zweck, die Ankerrückwirkung aufzuheben und eine Feld- bzw. E. M. K.-Kurve zu erzeugen, welche bei allen Belastungen zum größten Teile horizontal verläuft (vgl. hierzu E₀ in Fig. 3). Der Anker A,. dessen Grundriß auch in Fig. 2 dargestellt ist, ist beispielsweise mit vier Ankerstromkreisen I₁, I₂, I₃, /₄ bewickelt. Die Art der Wicklung ist aus Fig. 2 ersichtlich, sie ähnelt einer offenen Mehrphasenwicklung, deren Wicklungsschritt = oder einem Vielfachen davon ist. Vermittels des Magnetsystems G werden nun in den Ankerstrom-

kreisen elektrische Wechselspannungen hervorgerufen und der Vorgang wird so geleitet, daß stets in mindestens drei Ankerstromkreisen ganz oder nahezu gleiche elektromotorische Kräfte herrschen. Derartig erregte Anker-• Stromkreise werden nun über Bürsten/ (Fig. 2) durch einen Stromwender δ₊ δ_ periodisch parallel geschaltet und des weiteren über Schleifringe r+ p_ mit den Polklemmen ft₊ φ—

ίο der Maschine verbunden. Die Stromrichtung ist in den Ankerstromkreisen durch Kreuze und Punkte angegeben (Fig. 1). Der Stromwender besteht für die sechspolige Maschine aus sechs in zwei Reihen angeordneten Kontaktschienen δ_|_ δ_, von denen drei positiv, drei negativ sind. In kreisförmiger Richtung aufeinanderfolgende Kontaktschienen haben entgegengesetzte Polarität. Kontaktschienen gleicher Polarität sind untereinander und mit je einem. Schleifenring r+ /_ von derselben Polarität verbunden. Durch geeignete Erregung des Feldmagnetsystems wird dafür Sorge getragen, daß die wechselnden Induktionswirkungen auf die Ankerstromkreise mit den wechselnden Schaltungen des Stromwenders im Einklang stehen. Die Ankerstromkreise leisten nur so lange Arbeit, als sie mit den Kontaktschienen und somit mit dem Netz durch die Bürsten/ verbunden sind. Im Falle einer Dynamomaschine werden sie Strom dahin abgeben, im Falle eines Motors Strom empfangen.

Für den Fall einer Dynamomaschine kann der elektrische Vorgang in einem Ankerstromkreis an Hand von Fig. 3 studiert werden. Der Pfeil gibt die relative Bewegungsrichtung des Ankers gegen die Magnete an. E₀ E bedeutet eine halbe Welle der elektromotorischen Kraft, P die konstante Polspannung, / die Stromstärke mit Höchstwert I₀ und w den Widerstand des Ankerstromkreises zwischen den Punkten, an welchen er mit den anderen Stromkreisen parallel geschaltet wird. Iw ist dann der ohmsche Spannungsverlust. Links anfangend, herrscht zunächst die E. M. K Null in dem Ankerstromkreis, beim Erreichen der Lage Q ist sie bis auf die Polspannung P gestiegen, und in diesem Zeitpunkt treten die Bürsten/ auf die Kontaktschienen b₊ δ_, und der Arbeitsvorgang beginnt. Wegen des weiteren Ansteigens der E. M. K. bis zum Werte E₀ bildet sich ein anwachsender Strom J aus. Infolge der Selbstinduktion des Ankerstromkreises steigt der Strom nicht geradlinig an, sondern folgt einer Kurve, die sich einer Asymptoten nähert, welche gegen die Nulllinie dieselbe Neigung besitzt wie die Linie E. Fig. 3 zeigt in I w den Spannungsverlust, welchen dieser Strom erleidet. Bei konstantem Widerstände (und das soll angenommen werden) und richtiger Wahl des Maßstabes kann die Kurve Iw auch als Stromkurve angesehen werden. Nachdem die E. M. K. den Höchswert E₀ erreicht hat, biegt die Stromkurve um und erreicht nach einiger Verzögerung ihren Höchstwert I₀ w. Bei Erreichung des Zeitpunktes B beginnen E. M. K. und Strom wieder abzunehmen, die E. M. K. jedoch rascher als der Strom, welcher wieder durch die Selbstinduktion verzögert wird. Im Zeitpunkt D ist die E. M. K. bis auf den Wert der Pol-. spannung gefallen. Die Differenz beider ist also Null. Der Strom hat noch einen meßbai'en Wert und wird erst in der durch die Linie F angegebenen Zeit Null. Jetzt sollte die Abschaltung des Ankerstromkreises erfolgen, dann würde kein Funke entstehen. Wie man nun erkennt, hat die Stromkurve in der Nähe ihres Nullpunktes eine große Änderungsgeschwindigkeit. Das hat zur Folge, daß ein kleiner Fehler in der Einstellung der Bürsten einen Funken unvermeidlich macht. Erfolgt nun die Abschaltung der Bürsten etwas zu spät, so entwickelt sich ein starker Funke, welcher auch die Bürsten stark angreift. Erfolgt die Abschaltung vorzeitig, so entsteht auch ein Funke, welcher indessen bald wieder verlöscht und auch die Bürsten nur wenig angreift. Auch dieser Funke stellt eine technische Unvollkommenheit voi, und es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, in dieser Hinsicht verbessernd zu wirken und den Funken ganz zu vermeiden.

Es sind schon Mittel angegeben worden, welche dasselbe Ziel verfolgen und welche auf einer Transformatorwirkung beruhen. Denselben haftet jedoch eine Unvollkommenheit an, daß sie nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit der Maschine richtig arbeiten und daß diese Geschwindigkeit nicht hoch sein darf, weil infolge der magnetischen Trägheit des Transformators dieser den zahlreichen Schaltvorgängen von nur kurzer Dauer nicht zu folgen vermag.

Ein neues Mittel, welches diese Nachteile nicht besitzt, ist der elektrische Kondensator. Es wird gezeigt werden, daß er bei allen Geschwindigkeiten der Maschine stets sicher wirkt.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Kondensator kurz vor dem Abschalten eines Ankerstromkreises mit diesem in Reihe geschaltet wird. Zu diesem Zwecke wird jede Kontaktschiene des Stromwenders aus zwei Teilen hergestellt (Fig. 15), einem langen Teil δ und einem schmalen Hilfssteg c. Beide Teile werden voneinander durch eine schmale Isolierschicht auch elektrisch getrennt. - Die. Hilfsstege c_ neben den negativen Kontaktschienen δ_ befinden sich rechts von diesen, diejenigen c_j. neben den positiven Kontaktschienen δ+ befinden sich links von ihnen, also

auf der entgegengesetzten Seite. Die gleichzeitige Umkehrung an beiden Seiten ist möglich und zulässig. Die Hilfsstege c, welche gleiche Polarität besitzen, werden durch je eine in Fig. 15 sichtbare Verbindungsleitung miteinander verbunden und über je einen Widerstand gL_ bzw. q± an je einen Kondensator C_ C+ angeschlossen. Deren andere Belege stehen mit den Polklemmen p_ p₊ in leitender Verbindung. Fig. 15 zeigt den Anfang l_la und das Ende l_le eines Ankerstromkreises mit seinen Bürsten /. Es sind für jedes Ende vier Bürsten vorgesehen, so daß auf jede Polarität zwei in kleinem Winkelabstand benachbarte Bürsten entfallen. Die positiven und negativen Bürsten sind untereinander über Kreuz verbunden (Fig. 15). Die Verbindung der Bürsten mit dem betreffenden Ende des Ankerstromkreises geschieht einesteils unmittelbar, anderenteils über die Widerstände w\ und w'\. w\ und w'\ sind dabei an diejenigen Bürsten angeschlossen, welche in der Richtung von c nach b voraus liegen. Da diese Richtung sich für die positive und negative Polarität entgegengesetzt ergibt, hat sich die oben erwähnte Uberkreuzschaltung der Bürsten nötig gemacht. In der gezeichneten Stellung wird der Strom beispielsweise von l_le einerseits über Widerstand w'₁ und die Bürste/ nach der Kontaktschiene δ₊ und weiter nach der Polklemme p₊, anderseits über Hilfssteg c_|_, Widerstand q+ und Kondensator C+ ebenfalls nach p₊ fließen. w\ und q₊ sind also parallel geschaltet. Nachdem der Strom durch das Netz gegangen, fließt er von der negativen Polklemme p_ durch die Verbindungsleitungen nach der rechts gelegenen Kontaktschiene δ_ und schließlich unmittelbar in den Ankerstromkreis zurück. Durch die Widerstände </_ und w'\ wird noch kein nennenswerter Strom fließen, weil die dazu parallele Leitung einen sehr kleinen Widerstand hat. Denkt man sich nun die Bürsten etwas nach links verschoben, so werden die bei dieser Verschiebung vorausgehenden Bürsten alle elektrische Verbindung mit dem Stromwender verlieren, während sie für die nachfolgenden Bürsten bestehen bleibt. Der Stromkreis wird jetzt wie folgt gebildet: Polklemme p_, durch Verbindungsleitung nach Kontaktschienen δ__, Bürste, Ankerstromkreis I₁, Widerstand w\, Bürste/, Hilfssteg c₊, Widerstand q₊, Kondensator C₊, Polklemme p+ und durch das Netz nach ^>_ zurück. Der Ankerstromkreis, der Kondensator C+ und die Widerstände q₊ und w\ sind also in Reihe geschaltet. Bewegt man die Bürsten noch weiter in derselben Richtung, so wird der Ankerstromkreis vollständig vom Stromwender und somit vom Netz abgeschaltet. Hätte man die Bürsten in entgegengesetzter Richtung bewegt und die Schaltung an den anderen Enden der Kontaktschienen untersucht, so hätte man gefunden, daß zunächst die Widerstände <?_ und w"_t parallel geschaltet werden. Bei weiterer Verschiebung wäre der Ankerstromkreis kurz vor dem Abschalten mit dem Kondensator C_ und den Widerständen #_ und w"} in Reihe geschaltet worden. Die Einrichtung liefert also für beide Drehrichtungen dieselbe Reihenfolge der Schaltungen. Für solche Ankerstromkreise, welche auf die Kontaktschienen auflaufen, ist die Reihenfolge der Schaltungen natürlich umgekehrt; d. h. erst erfolgt die Reihenschaltung mit den Widerständen q W₁ und Kondensator C, und dann die Parallelschaltung der Widerstände q und W₁ und schließlich die unmittelbare Verbindung mit den Kontaktschienen (und Polklemmen) unter Umgehung der Widerstände q und W₁. Die Erhöhung des Widerstandes beim Abschalten und die Erniedrigung beim Zuschalten erfolgt also nicht plötzlich, sondern stufenweise.

Die elektrischen Vorgänge, welche sich bei solchen Schaltungen im Ankerstromkreis abspielen, ergeben sich für eine Dynamomaschine aus Fig. 4, in welcher die Bezeichnungen dieselben sind wie in Fig. 3. Der Einfachheit halber soll zunächst angenommen werden, daß die Widerstände W₁ und q Null seien, und erst später soll ihr Zweck erklärt werden. Sobald der Ankerstromkreis die Lage Q erreicht hat, erfolgt seine Einschaltung auf die Kontaktschiene b einerseits und der Hilfssteg c anderseits, wodurch er mit dem Kondensator in Reihe geschaltet wird. Der Strom wird dann sehr rasch ansteigen (infolge der Kapazität des Kondensators). Seine Kurve ist durch Iw in Fig. 4 zwischen den Linien Q und S sichtbar, sie strebt asymptotisch einem positiven konstanten Werte zu. Sobald aber die E. M. K. den Wert E₀ erreicht hat und konstant bleibt, ändert sich diese Kurve und strebt sehr rasch, aber auch asymptotisch, dem Nullwerte zu. Es ist daher notwendig, den Ankerstromkreis vom Kondensator C und dem Hilfssteg c abzuschalten und auf die benachbarte Kontaktschiene b zu schalten, sobald oder kurz bevor die E. M. K. den Höchstwert E₀ erreicht. Der Ankerstromkreis ist dann schon mit Strom erfüllt und kann sofort seine Arbeitsleistung in vollem Maße beginnen. Gegen das Ende derselben, in der Lage B, wird der Strom beginnen abzufallen wie die Kurve Iw, welche zwischen B und D genau so verläuft, wie die gleichnamige Kurve in Fig. 3. In der Lage D werde der Kondensator C wieder eingeschaltet, das ist also beispielsweise schon vor dem Zeitpunkt, wo E bis auf P gesunken ist. Der Lauf der Kurve Iw ändert sich jetzt und strebt sehr rasch und asymptotisch, einem

konstanten negativen Werte zu. Es liegt also schon ein Fortschritt ' vor gegenüber Fig, 3, wo der Strom sich dauernd vergrößert. Zur Vervollständigung ist der Verlauf der Spannung am Kondensator durch die Kurve e_c in Fig. 4 dargestellt. Die Abschaltung des Ankerstromkreises vom Hilfssteg c sollte wieder etwas vor Erreichung der Lage F (wo der Strom Null wird) erfolgen. Der obige negative Grenzwert des Stromes ist proportional der trigonometrischen Tangente des Neigungswinkels der Linie E. Läßt man demnach E während der Schaltperiode horizontal verlaufen, so wird der negative Grenzwert des Stromes dadurch Null, d. h. der Strom, wird zur raschen Anstrebung des Nullwertes als Endwert gezwungen. Dabei ist es nicht nötig, daß der Horizontalveiiauf von E mit dem Horizontalverlauf von P übereinstimmt. Die Verhältnisse sind für einen solchen Fall in Fig. 5 wiedergegeben, welche sich nach dem Gesagten selbst erklärt. Die Abschaltung des Ankerstromkreises vom Hilfssteg c soll wieder erfolgen vor Erreichung der Lage F. Weil nun der Strom schon kurz hinter der Linie D einen Wert erreicht, welcher praktisch gleich Null ist, so bleibt ein großer Spielraum für die Bewerkstelligung der Abschaltung. Mit anderen Worten: eine genaue Einstellung der Bürsten ist nicht erforderlich. Es soll besonders darauf hingewiesen werden, daß hierbei die Kondensatorspannung e_c sich einem konstanten endlichen Werte nähert, während der Strom stets Null wird. Es ist dabei gleichgültig, ob der horizontale Wert von E größer, gleich oder kleiner als P ist. Der Vorgang ist somit von der Differenz E-P unabhängig. Da E (und bei Dynamos auch P) von der Geschwindigkeit abhängt, so ist der Vorgang auch von der Geschwindigkeit unabhängig. Bei anderen Einrichtungen, wo statt des Kondensators ein Transformator verwandt wird, würde die Spannung der Selbstinduktion Null werden, aber der Strom sich einem konstanten Werte nähern. Dieser letztere würde nur dann Null werden, wenn der Horizontalverlauf von E mit dem der Polspannung P genau zusammenfiele (E — P = O), was bei veränderlichem Betrieb schwer zu erreichen ist.

Für die vorliegenden Verhältnisse (Kondensator) besteht nur eine leicht zu erfüllende Bedingung. Ist wie oben w der Widerstand (in Ohm) des Ankerstromkreises, L der tatsächliche Selbstinduktionskoeffizient (Differenz zwischen der eigenen Selbstinduktion und der gegenseitigen Induktion der anderen Stromkreise) in Henry und C die Kapazität des Kondensators in Farad, so muß sein

w³ > -„--.

Damit der Kondensator nun keine zu hohe Kapazität zu erhalten braucht, muß man den Widerstand w der Ankerstromkreise während des Schaltvorganges genügend erhöhen. Dazu dienen die Widerstände q und W₁, welche in Fig. 15 gezeigt und oben beschrieben sind. Man prüfe nach, daß diese stets vor Einschaltung des Kondensators in den Ankerstromkreis eintreten, und zwar stufenweise. Dabei ist die Einrichtung so getroffen, daß der Kondensator auch bei der stufenweisen Einschaltung der Widerstände eine Funkenbildung verhütet, ebenso bei der stufenweisen Ausschaltung der Widerstände zu Beginn der Arbeitsperiode der Ankerstromkreise. Die Einschaltung der Widerstände wirkt auch insofern günstig, als dadurch die Stromstärke vermindert wird. Die Diagramme (Fig. 4, 5 und 6) behalten ihre Gültigkeit, nur ist der Maßstab für die Stromstärke entsprechend dem veränderten Widerstände zu ändern. In manchen Fällen wird man auch ohne die Widerstände W_x auskommen, wenn nämlich die Widerstände q hinreichen. Dann fallen auch die an IB₁ angeschlossenen Bürsten fort. Ist obige Bedingung nicht erfüllt, so verläuft der elektrische Strom in Form von gedämpften Schwingungen.

Fig. 6 zeigt die Verhältnisse für den Fall, daß die Maschine als Motor läuft, wo bekanntlich die elektromotorische Kraft kleiner ist als die Polspannung. Die Stromstärke hat natürlich die entgegengesetzte Richtung von derjenigen einer Dynamo, was auch aus Fig. 6 ersichtlich ist.

Zur Erzeugung von E. M. K.-Kurven, welche nach kurzem Abfallen wieder auf eine gewisse Strecke horizontal verlaufen, werden zunächst solche flachen Kurven EE₀ vorausgesetzt, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind. Deren Erzeugung und Erhaltung bei allen Belastungen ist in den bereits oben genannten Patentschriften 182386 und 188767, Kl. 2id, beschrieben. Durch zusätzliche Induktionswirkungen werden dann diese flachen Kurven an den Enden in gewünschter Weise verändert. Fig. 7 zeigt für eine Dynamomaschine die ursprüngliche flache Kurve E₀, die der zusätzlichen Induktion entsprechenden Kurven ζ und die resultierende Kurve EE₀. Da die Maschinen im allgemeinen für beide Drehrichtungen vorbereitet werden sollen, so ist zusätzliche Induktion ζ auch an den linken Seiten der Kurven vorzusehen. Für die durch den Pfeil angegebene relative Bewegung des Ankers gegen die Magnete ist dies der Anfang der Arbeitsperiode, und die zusätzliche Induktion ζ verstärkt dort die ursprüngliche E. M. K. E₀, am anderen Ende schwächt sie dieselbe. Beim Wechsel der Drehrichtung werden die Wirkungen umgekehrt.

zeigt die Verhältnisse für einen Elektro-

• motor. Solche typische Veränderungen der E. M. K.-Kurve sind bereits in den oben genannten Patentschriften beschrieben und die Mittel dazu angegeben, doch sollen hier noch andere Mittel erklärt werden.

In den Fig. 7 und 8 sind E₀ und P durch den Abstand der betreffenden positiven und negativen Werte angegeben. Es ist jedoch hinreichend, E₀ und P nur auf die positive Halb welle zu beziehen und von der Nullinie aus zu messen, wenn der Maßstab auf die Hälfte verkleinert wird (doppelte Anzahl Teilstriche auf die gleiche Länge).

Die Fig. 9 und 10 sollen eine vollständige Maschine darstellen. In Fig. 9 bedeutet, wie in Fig. 2, A wieder den Anker mit den Ankerstromkreisen I₁, Z₂, 'Z₃, Z₄. Derselbe ist stillstehend zu denken. Vor ihm liegt ein kleiner Hilf sanker A₁, welcher genau so' konstruiert und bewickelt ist, nur ist seine achsiale Länge bedeutend kleiner. Seine Ankerstromkreise sind mit t_x, t₂, t₃, i₄ bezeichnet und Ii₁ ist in Reihe mit I₁, t_z in Reihe mit I₂ usw. geschaltet. Während der Hauptanker A absolut feststeht, ist der Hilfsanker A₁ von Hand aus- in kreisförmiger Richtung verstellbar, was jedoch nur einmal für immer zu geschehen hat. Die Einstellung geschieht so, daß die zusätzlichen Induktionen zur gewünschten Zeit eintreten.

Die Enden der vereinigten Ankerwicklungen sind wie folgt verbunden, einesteils unmittelbar über -Bürsten f mit einem kreisenden Stromwender δ₊ δ_, andernteils über Widerstände w\, w'\, w\, w'\ ..... und dann über Bürsten ebenfalls mit diesem Stromwender. Es gehören wieder, wie in Fig. 15, zu jedem Ende vier Bürsten und ist auch dieselbe Verbindung wie dort beibehalten worden. Eine Abweichung von Fig. 15 besteht jedoch darin, daß wegen besserer baulicher Verhältnisse die Entfernung der in Fig. 15 benachbarten Bürsten jetzt um einen Winkelabstand gleich der doppelten normalen Polteilung (ev. Vielfachem davon) vergrößert worden ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Verschiebung bis zu den nächsten Kontaktschienen gleicher Polarität erfolgt ist. Der Schaltvorgang ist aber derselbe geblieben. Die Segmente C₊

- und c_ sind ihrer Polarität entsprechend untereinander und mit Hilfsschleifringen s₊ s_ verbunden, von welchen vermittels feststehender 'Bürsten U₊ w_ die Verbindung über Widerstände q₊ q- nach den Kondensatoren C₊ C_ stattfindet. Die anderen Belege derselben sind entsprechend mit den Polklemmen j>₊ -p— der Maschine verbunden.. Innerhalb des Ankers A kreist das in Fig. ίο dargestellte Magnetsystem G, welches nach den Grundsätzen der Patentschriften 182386 und 188767, Kl. 21 d, konstruiert ist. Im "vorliegenden Falle stimmt es beispielsweise mit dem in Fig. 1 gezeichneten Feldmagnetsystem überein. Mit dem Feldmagnetsystem G kreist ein anderes, kleineres Feldmagnetsystem G₁ innerhalb des Hilfsankers A₁. Die Polteilung, die Polgröße und die magnetischen Polaritäten sind so gewählt, daß dadurch zusätzliche Induktionen in dem Hilfsanker A₁ erzeugt werden, welche den Kurven ζ in Fig. 7 bzw. 8 entsprechen. Zu diesem Zwecke sind Erregerwindungen H₁ auf den Polen angebracht. Der Erregerstrom in diesen braucht nicht notwendigerweise dem Ankerstrom proportional zu sein, doch wird · es in manchen Fällen zweckmäßig sein, den Ankerstrom zur Erregung zu benutzen, damit bei einer Umkehrung der Drehrichtung auch die Polaritäten der Magnete umgekehrt werden.

Anstatt, wie oben erwähnt, den Hilfsanker A₁ verstellbar zu machen, kann ebensogut das. Feldmagnetsystem G₁ verstellbar eingerichtet werden. Man wird diese Ausführungsform besonders dann wählen, wenn der Anker umläuft und das Feldmagnetsystem feststeht.

Die Leistung des Hilfsankers wird kaum mehr als 1 bis 2 Prozent der Maschinenleistung zu betragen haben. Die Verwendung eines Hilfsankers und Hilfsmagnetsystems hat auch den Vorteil, daß deren Wirkungen unabhängig vom Hauptmagnetsystem und Hauptanker geregelt werden können. Für die Regelung selbst steht deren ganze Leistung zur Verfügung, während, wenn die Regelung im Hauptmagnetsystem erfolgen sollte, nur ein Bruchteil der Leistung desselben dafür verfügbar wäre. Die Regelung müßte dann viel feiner sein.

Fig. 11 zeigt eine solche Maschine im Längsschnitt; sie wird als Dynamo und als Motor laufen können. Die Bezeichnungen sind dieselben wie in Fig. 9 und 10. Für den Hilfsanker ist die Einrichtung zum Verstellen (Gleiten in einer Führung) und Festklemmen (durch Schrauben) sichtbar gemacht.

Für einen Umformer ist die Einrichtung in Fig. 12 gezeigt (vgl. auch Patentschrift 199563, Kl. 21 d). Außer dem Hauptanker A, auf welchem eine Dynamowicklung 1 und eine Motorwicklung L angebracht sind, sind zwei Hilfsanker A₁ und A₂ und zwei Hilfsmagnetsysteme G₁ und G₂ erforderlich. A₁ und G₁ bedienen die Dynamowicklung im Sinne der Kurven Fig. 7; A₂ und G₂ bedienen die Motorwicklung im Sinne der Kurven Fig. 8. Es sind natürlich auch zwei Stromwender mit ihren Schleifringen und Bürsten erforderlich. Die Bezeichnungen sind wie in Fig. 11, nur sind für die Motorseite große Buchstaben oder • der Index 2 gewählt worden.

Es verbleibt nun noch der Fall zu behandeln, wo die Maschine als Motor verwendet wird und sich in, der Anlaufperiode befindet. Zu Beginn derselben ist die Induktionswirkung

der Magnete Null, die E. M. K. ist Null und die Polspannung ist gleich dem Spannungsverlust. Fig. 14 ist das Stromdiagramm, die Bedeutung der Buchstaben ist dieselbe wie in den Diagrammen Fig. 3 bis 6. Beim Einschalten eines Stromkreises zwischen eine Kontaktschiene b und einen Hilfssteg c von entgegengesetzter Polarität wird der Strom rasch anwachsen und dann wieder abfallen.

Jedoch schon bei mäßiger Umlaufzahl und genügend großen Widerständen W_n und q (Fig. 9 und 15) wird die Lage 5 (Übergang auf die zu c benachbarte Kontaktschiene) wohl so zeitig erreicht werden, daß der Strom am vollständigen Abfallen verhindert und statt dessen nun über zwei Kontaktschienen durch die treibende Stromquelle aufrecht erhalten wird. Schließlich würde aber auch ein vorheriges Abfallen des Stromes nichts Nachteiliges bedeuten. Nach der vollständigen Einschaltung wird der Ankerstromkreis konstante Arbeit leisten, bis er die Lage B überschritten und D erreicht hat. In diesem Augenblick wird ein Kondensator mit ihm in Reihe geschaltet und somit der Strom in ihm zur raschen Anstrebung des Nullwertes gezwungen, so daß die funkenlose Ausschaltung erfolgen kann, bevor die Lage F erreicht wird. Um nun zur Unterstützung der Stromwendung genügend Widerstand in den Ankerstromkreisen zu erzeugen, empfiehlt es sich, den Anlaß widerstand nicht vor den Anker, sondern in die Ankerstromkreise zu verlegen, wie in Fig. 13 gezeigt ist. A ist der zwecks Veranschaulichung aus Fig. 9 herübergenommene Hauptanker mit seinen Ankerstromkreisen L₁, L₂, L₃, Z,₄. Durch F₁, V₂, V₃, F₄ wird ein in vier Teile zerlegter regelbarer Anlaßwiderstand dargestellt. In dem Maße, wie die Umlaufszahl des Motors steigt, werden die vier Widerstände V₁, V₂, V& V4 gemeinsam ausgeschaltet, bis sie schließlich ganz ausgeschaltet sind. Natürlich läßt sich dieses Verfahren auch für die Regelung der Umlaufszahl verwenden.

Läuft nun die Maschine langsam oder mit mäßigen Umlaufszahlen, so wird der Kondensator während des Ausschaltevorganges auch bei großem Widerstand w des Ankerstromkreises (welcher sich bekanntlich aus mehreren Einzelwiderständen zusammensetzt) den elektrischen Strom genügend schnell gleich Null machen. Bei hohen Umlaufszahlen empfiehlt es sich aber, diese Vernichtung des Stromes durch Induktion zu beschleunigen. Die zusätzliche Induktion des Hilfsmagnetsystems ist nun zufolge Fig. 8 für den Motor gerade so gerichtet, daß sie die Vernichtung des Stromes beschleunigt. Weil sie nun proportional mit der Geschwindigkeit der Maschine wächst, wird auch die Zeit der Stromvernichtung in gleichem Maße verkürzt. Dies wieder steht im Einklang mit der höheren Umlaufszahl. Bei der Einschaltung der Ankerstromkreise wirkt die zusätzliche Induktion in ähnlicher Weise beschleunigend auf die Stromerzeugung. Hierdurch sind Gesichtspunkte gegeben zur Bemessung der Erregerstromstärke für die Pole des Hilfsmagnetsystems.

In ähnlicher Weise läßt sich zeigen, daß das Hilfsmagnetsystem auch bei Dynamomaschinen die Stromwendung unterstützt.

Je nach der Größe und Spannung der Maschinen sind die oben angegebenen Hilfsmittel zu bemessen. In manchen Fällen wird das eine oder das andere Hilfsmittel auch gespart werden können. Da z. B. der Höchstwert E₀ der E. M. K.-Kurve so wie so horizontal verläuft, so kann man in gewissen Fällen die Abschaltung wohl unmittelbar von ihm aus bewirken. Der Hilfsanker und seine Magnete könnten dann wegfallen. Es leuchtet wohl auch ein, daß das stufenweise Abfallen oder Ansteigen der elektromotorischen Kraft, wie es in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, auch durch eine allmähliche Änderung der elektromotor!- sehen Kraft ersetzt werden kann, wenn nur dafür Sorge getragen wird, daß sie während der Schaltung der Ankerstromkreise konstant bleibt. So lassen sich noch andere Abänderungen finden, für welche hier keine Be- go schränkungen vorgezeichnet werden sollen.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Stromwendung bei Gleichstrommaschinen mit offener Ankerwicklung nach D. R. P. 188767, Kl. 21 d, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwender neben den positiven und negativen Kontaktschienen (b+ und bj-) noch schmale Hilfsstege (c₊ und c—J besitzt, die je nach ihrer Polarität über einen Widerstand (q^. bzw. qJ) und einen Kondensator (C+ bzw. CJ) an die Polklemmen (fi₊ und fi_) der Maschine angeschlossen sind, und daß die Anfänge und Enden der Ankerwicklungen (I₁,1₂,1₃. .. .) je an nebeneinanderliegende Doppelbürsten (f) von kleinem Winkelabstand, zum Teil unmittelbar, zum Teil über Widerstände (W₁, w₂, W₃ ... .) derart angeschlossen sind, daß beim Abschalten der Ankerwicklungen (I₁, I₂, I₃. . . .) die letztgenannten Widerstände (W₁, W₂, W₃.. . .) und die erstgenannten Widerstände (q) zunächst parallel und dann in Reihe, beim Einschalten der Ankerwicklungen (I₁,1₂,1₃ ... .) hingegen in umgekehrter Reihenfolge geschaltet werden, zum Zwecke, die Stromwendung zu verbessern.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Hauptmaschine eine gemäß D. R. P. 188767, Kl. 21 d, ausgeführte Hilfsdynamomaschine

in Reihe geschaltet ist, deren Anker oder Feldmagnetsystem um die Maschinenachse verdrehbar ist, zum Zwecke, durch Einführung zusätzlicher Induktion in den Hauptstromkreis die Stromwendung nach Bedarf noch weiter im günstigen Sinne beeinflussen zu können.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Winkelabstand der Doppelbürsten um die doppelte normale Polteilung oder ein Vielfaches davon vergrößert wird.

4. Bei der Benutzung der Maschine nach Anspruch 1 bis 3 als Elektromotor die Einschaltung regelbarer Widerstände (V₁, F₂, V₃ ... .) in die Ankerstromkreise während des Anlaufs oder zur Umlaufsreglung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.