DE219327C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezweckt, die Leistung dynamoelektrischer Maschinen, wenn sie mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden, selbsttätig zu regeln. Diese Regelung ist besonders bei Dynamomaschinen für Zugbeleuchtung erforderlich, wo die Maschine von einer Laufachse eines Wagens angetrieben wird, oder auch da, wo sie von einer Windmühle oder einem Wasserrad gedreht wird.

ίο Da die Spannung einer Dynamomaschine mit der Geschwindigkeit wächst, so müssen besondere Mittel vorgesehen sein, die das magnetische Feld schwächen, wenn die Geschwindigkeit größer wird. Zu diesem Zweck sind schon die verschiedensten Verfahren verwendet worden, beispielsweise hat man einen Teil des Feldmagnetstromes abgeleitet, wenn die Geschwindigkeit der Dynamo zunimmt, oder man hat entmagnetisierende oder gegenmagnetisierende Erregerspulen verwendet, oder man gebrauchte die gegenmagnetische Wirkung des Ankers selbst. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Anker selbst aus seiner normalen Stellung zwischen den Feldpolen längs zu bewegen.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in einer selbsttätig wirkenden, von der Antriebsvorrichtung abhängenden Einrichtung zur Verschiebung des Ankers und darin, daß die Bürsten selbsttätig eingestellt werden, so daß ein Feuern nicht auftreten kann, was sonst der Fall wäre, wenn die Geschwindigkeit vermehrt und das magnetische Feld vermindert wird.

Auf den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand veranschaulicht.

Fig. ι und 2 zeigen Längsschnitte durch die Maschine. Fig. 1 a ist eine Einzelheit. Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie x-x der Fig. 1. Fig. 4 bis 11 zeigen Einzelheiten in verschiedenen Ansichten.

Die Welle α der Dynamo ruht mit ihren Enden, unverschiebbar in Lagern b des Gehäuses c und trägt außen eine Riemscheibe d sowie in dem Gehäuse den Anker e, der zwischen den Feldpolen f läuft. Der Anker ist nicht unmittelbar auf der Welle a, sondern auf einer Hülse g angebracht, die sich auf der Welle α frei drehen Und auf ihr entlanggleiten kann. Auf dieser Hülse g ist eine Hülse h befestigt, die den Stromwender i trägt. Ferner sitzt auf der Hülse g in entsprechenden Lagern noch ein Gestell oder eine Platte 7, an welcher die Bürstenhalter k isoliert befestigt sind. Die Welle α besitzt einen Bund a¹, gegen den sich die Hülse g (Fig. 1) anlegt. Zwischen dem anderen Ende der Hülse oder einem Bund /, der lose auf der Welle ruht, und einem Bund m, der fest auf der Welle a sitzt, ist eine die Welle α umfassende Feder η gelagert. Mit dieser Feder wird die Hülse g beständig gegen den Bund a¹ gedrückt. In der Nähe der Riemscheibe d ist eine röhrenförmige Verlängerung 0, die als Regler bezeichnet wird, fest an der Hülse g angebracht. Der Regler ist mit einem besonders geformten Ausschnitt ö¹ und o² (Fig. 4 und 6) versehen. In 6.5. der Welle α sitzt ein Stift p, der in den Aus-

schnitt des Reglers eingreift. Um die Reibung dieses Stiftes an den Rändern o¹, o² zu vermindern, kann er eine nicht dargestellte Gegenrolle tragen. Die Antriebskraft wird auf den Anker durch die Welle a, den Stift p, den Regler ο und die Hülse g übertragen. Die Feder η drückt, wie schon gesagt, die Hülse g beständig mit einem Druck gegen den Bund a¹, der in gewissen Verhältnissen zu den Kanten o¹, o² des

ίο Reglers und der Leistung der Maschine steht. Die Wirkung des Reglers ist folgende:
Es werde angenommen, daß die Dynamomaschine zur Beleuchtung von Eisenbahnzügen verwendet wird, wobei die Antriebskraft von der Achse der Lauf räder abgenommen wird. Diese Kraft wird durch den Stift p und den Regler 0 je nach der Drehrichtung über die Ränder o¹, o² auf die Hülse g und damit auf den Anker e übertragen. Solange die Antriebskraft nicht den Anfangsdruck der Feder η plus dem magnetischen Zug, der den Anker zurückzuziehen versucht, plus der Reibung, die sich der Gleitbewegung entgegenstellt, übersteigt, wird der Anker in seiner gewöhnlichen Drehebene kreisen. Sobald jedoch der Druck der Feder η überwunden wird, beginnt der Regler 0 relativ zu dem Stift p zu gleiten, so daß der Hülse g eine Längsbewegung erteilt wird. Dabei wird aber auch der Anker aus der Ebene zwischen den Magnetpolen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, herausbewegt, so ■ daß dadurch das magnetische Feld geschwächt wird, das durch den Anker hindurchgeht. Wird die Kraft vermindert, welche die Hülse mit dem Anker verschoben hat, so kehrt die Hülse selbsttätig vermöge der Feder η wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück.

Um die Leistung der Dynamomaschine bei verschiedenen Geschwindigkeiten konstant zu erhalten, muß sich die antreibende Kraft im umgekehrten Verhältnis zu der Geschwindigkeit ändern.

Die Gestalt der Kurve o¹ und o² (Fig. 6) bestimmt also in Verbindung mit der Antriebskraft und dem durch die Feder gebotenen Widerstand und mit dem magnetischen Zug des Feldmagneten und den Reibungskräften die Bewegung der Hülse. Die Kurve ist nun auf ihre ganze Länge derart berechnet, daß der Anker beständig eine der Geschwindigkeit entsprechende Stellung einnimmt. Die zur Drehung des Ankers erforderliche Kraft ist dem Produkt aus Ankerstrom und Feldstärke proportional. Es werde angenommen, daß der Ankerstrom durch irgendeine Ursache vermehrt wird, so wird auch die Kraft vermehrt, welche den Anker längs zu verschieben versucht, und infolgedessen wird der Anker aus dem Magrietfelde zwischen den Polen herausbewegt, so daß das Kraftlinienfeld, welches der Anker jetzt noch schneidet, vermindert ist. Wenn die Geschwindigkeit der Maschine erhöht wird, so vermehrt sich auch ihre Spannung, wodurch eine entsprechende Stromvermehrung auftritt, während der Anker. aus dem Feld heraustritt. Da die Spannung proportional dem Produkt aus Geschwindigkeit und Feldstärke ist, so kann sie für alle praktischen Zwecke bei einer verhältnismäßig großen Geschwindigkeitsänderung konstant gehalten werden. In allen Stellungen des Ankers wird die Kraft auf die Hülse g, welche vermöge der Antriebskraft von dem Stift p auf die Kurve o¹, o² wirkt, durch die Kraft der Feder η zusammen mit dem Ankerrückdruck und den Reibungswiderständen ausgeglichen. Um nun die Ge- stalt des Reglers zu bestimmen, werden zunächst experimentell die richtigen Stellungen des Ankers bestimmt, die den verschienenen Geschwindigkeiten für eine bestimmte Leistung entsprechen, ferner die Kräfte, die zum Zusammendrücken der Feder η erforderlich sind, und schließlich der magnetische Zug und die Reibung, die sich der Gleitbewegung der Hülse gegenüberstellt. Die treibenden Kräfte des Stiftes p werden ebenso für die Leistung und die Wirksamkeit der Maschine bei verschiedenen Geschwindigkeiten nachgerechnet. Nachdem alle diese Größen' bestimmt sind, werden die Kurven des Reglers bei den verschiedenen Punkten vermittels Diagramme in bekannter Weise erlangt. Durch eine Anzahl auf diese Weise bestimmter Kurven, die den verschiedenen Stellungen des Ankers bei verschiedenen Geschwindigkeiten entsprechen, wird schließlich die Regler kurve ermittelt.

In solchen Fällen, in welchen die Geschwindigkeit sich sehr schnell ändert, beispielsweise wenn die Beschleunigung oder Geschwindigkeitsabnahme sehr groß ist, muß das Trägheitsmoment des Ankers noch neben den anderen Kräften beim Aufstellen der Kurve in Betracht gezogen werden. Damit hierbei nicht die Längsbewegung der Ankerwelle zu schnell auftritt, wird man eine Luftdämpfung durch teleskopartige Anordnung der Bunde I und m anbringen. Die Feder η besteht vorteilhaft aus einer ziemlich großen Anzahl von flachen Windungen. Dadurch, daß ihr Anfangsdruck gleich einem großen Teil ihrer gesamten Leistung ist, ist ihr Enddruck nicht viel größer als der Anfangsdruck, den sie auf die Ankerhülse ausübt, und in dieser Weise ist es möglich, einen Regler von annehmbaren Formen zu schaffen.

Wie in Fig. 7 gezeigt, kann der Regler auch mit vier geneigten Kanten versehen sein, während der Stift p zu beiden Seiten aus der Welle a herausragt und somit zugleich beständig gegen zwei gegenüberliegende Seiten des Reglers drückt. Anstatt den Arbeitsteil des Reglers aus dem Vollen herauszuarbeiten, kann man auch diesen herausgearbeiteten Teil selbst am Anker befestigen, oder man verwendet statt der Kurven-

ränder ο¹, ο² Schlitze, die weit genug sind, damit die Längsbewegung des Stiftes p nicht behindert wird. . ■ ■

Da es gewöhnlich wünschenswert ist, bei einem Zugbeleuchtungssystem die gewöhnliche Leistung der Dynamo einstellen zu können, ohne daß Widerstände in den Stromkreis des Feldmagneten eingeschaltet zu werden brauchen, wird dies gemäß der Erfindung durch Vertiefung

ίο der Kanten des Reglers ο (Fig. 9) und durch radiale Verstellung des Stiftes gegenüber den Kurven erreicht. Die Veränderung in dem Radius, bei welchem der Stift die Antriebskraft auf den Regler überträgt, bringt die gewünschte Vermehrung oder Verminderung in der normalen Leistung der Maschine hervor. Aus praktischen Gründen werden statt des oben beschriebenen vertieften Reglers zwei oder mehr ähnlich ausgebildete Regler konzentrisch zueinander angeordnet (Fig. 9 a). Ein anderer Weg, die normale Leistung der Dynamomaschine zu verändern, besteht darin, daß man Mittel zur Einstellung des Anfangsdruckes der Feder vorsieht (Fig. 8). Nach dieser Anordnung ist das Ende der Welle α ausgebohrt und geschlitzt. Der Bund m ist lose auf der Welle befestigt und kann mittels einer in die Bohrung der Welle a eingeschraubten Schraube q, die auf den durch den Wellenschlitz gesteckten Bund r drückt, dem Anfangsdruck der Feder entsprechend eingestellt werden, Die Einstellung kann auch mittels einer Mutter, gegen welche sich die Feder anlegt, und einem der Bunde I und m erfolgen. Anstatt der beschriebenen Anordnung kann die Feder η fortgelassen werden und die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung von Hebeln s und einer Feder t angewendet werden. Durch Auswechslung der Federn t von verschiedener

■ Stärke kann die Normalleistung der Dynamo geändert werden. Auch dadurch, daß man die Hebelstifte mit einstellbaren Haken u (Fig. 11) ausrüstet, könnte man die Spannung der Federn t beliebig verstellen.
Das die Bürsten tragende Gestell j ist mit Vorsprüngen j¹, j² ausgestattet, von denen eine Kante senkrecht zu der Peripherie des Gestelles steht. Diese beiden Kanten liegen sich gegenüber (Fig. 3). An dem Gehäuse ist eine Anschlagplatte ν vorgesehen, gegen deren Kanten die bei Umkehr der Drehrichtung durch Reibung mitgenommenen Vorsprünge j¹, j² stoßen. Gewöhnlich liegt ein Vorsprung an dem Anschlag ν an. Auf diese Weise wird die Polarität der Bürsten konstant gehalten ohne Rücksicht auf die Drehrichtung des Ankers. Das Gestell j wird mit dem Anker längs bewegt. Durch die Gestalt der Platte ν wird die Verdrehung der Bürsten geändert. Die ge-

■ wohnliche Gestalt der Platte ν ist in Fig. 1 ä gezeigt und wird durch die Geschwindigkeit und die Verschiebung des Ankers sowie die Verminderung oder Vermehrung des Kraftlinienfeldes bestimmt. Die Platte wird mit ihrer Mittellinie im rechten Winkel zu dem Gestell / befestigt. Dieses wird mit den Bürsten durch die Reibung derselben an dem Stromwender und der Reibung des Gestelles an der Hülse g in der Drehrichtung des Ankers mitgenommen. Die Bewegung wird dabei durch die Platte ν begrenzt. Um die Drehung der Bürsten auf einen Viertelkreis zu beschränken, wird vorteilhaft eine Vierpolmaschine verwendet.

Der Strom wird von den Bürstenhaltern durch biegsame Verbindungen w abgeleitet, die durch Isolatoren x¹ an dem Gestell / (Fig. 1) hindurchgehen und von solcher Länge sind, daß sie eine Längs verschiebung des Ankers und eine teilweise Drehung des Gestelles / erlauben.

Anstatt einen Stift an der Welle α zu verwenden, könnte man auch den Regler 0 und die Kurve o¹, o² an der Welle selbst ausbilden, in welchem Falle die Kurven gegen die Hülse g geneigt sind und der Stift an der Hülse g sitzt. Bei ortsfesten Dynamomaschinen kann der Anker unmittelbar auf der Welle sitzen, ebenso wie der Regler, während der Stift fi von einer Hülse gehalten wird, auf welcher die Riemscheibe d sitzt. Bei dieser Bauart muß dann die Ankerwelle a in ihren Lagern gleiten können.

An und für sich ist es bereits bekannt, den einen Teil einer Dynamomaschine lose auf einer Welle anzuordnen und mit einem Bolzen in eine Kurvenführung derselben eingreifen zu lassen. Bei den bekannten Einrichtungen wird jedoch nicht die Kraft zwischen Bolzen und der Kurvenführung, welche zum Antrieb der Maschine dient, dazu benutzt, den magnetischen Zug zwischen Anker und Feld der Dynamomaschine auszubalancieren, auch wird dort nicht die Arbeitsleistung der Maschine in der Weise konstant gehalten, daß das Drehmoment entsprechend der Geschwindigkeit sich ändert, sondern umgekehrt soll das Drehmoment auf einem konstanten Werte erhalten bleiben, so daß sich die Arbeitsleistung mit der Geschwindigkeit ändert.

Claims (2)

1. Patent-An sprüche:

   ■ I. Vorrichtung zur Regelung der Arbeitsleistung von Dynamomaschinen, die mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (e) und die Antriebswelle (a) mittels eines durch eine Feder an eine Kurvenführung (o¹, o²) gepreßten Bolzens (p) gekuppelt und die Kurvenform und der Angriffspunkt des Bolzens so gewählt sind, daß je nach der Antriebsgeschwindigkeit der Welle (a) der Anker (e) gegenüber dem Feldmagneten (fj im gewünschten Grade in achsialer Richtung verschoben wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (e) auf einer auf der Antriebswelle drehbaren und längsverschiebbaren Hülse (g) befestigt ist, die auf der einen Seite mit der Kurvenführung (o¹, 0²J versehen ist, gegen welche sich der Bolzen (pj der Welle (a) anlegt, während die andere Seite unter der Wirkung einer Schraubenfeder (n) steht, welche ständig den Kraftschluß zwischen den Kurvenführungen (o¹, o²) und dem Bolzen (p) zu erhalten sucht.

   .3. Vorrichtung nach Anspruch ι mit einer Anordnung zur selbsttätigen Regelung des Vorschubwinkels der Bürsten, die in bekannter Weise bei Umkehr der Drehrichtung durch Reibung mitgenommen werden, bis sie. durch Anschläge festgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anschläge (v) sich in achsialer Richtung verjungen, so daß die Verdrehung der Bürsten sich mit der relativen Verschiebung des Ankers (e) gegenüber dem Feldmagneten (f) ändert. '

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.'