DE236957C - - Google Patents

Description

PATENTSCHRIFT ^:

- Ja 236957 KLASSE 74 b. GRUPPE

FREDERIK VILHELM SCHIÖDT in KOPENHAGEN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. September 1910 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, durch welche bei elektrischen Maschinen eine anormale Stromverteilung im Anker bzw. eine anormale Stromstärke in einer oder mehreren Windungen der Ankerwicklung selbsttätig angezeigt oder ein selbsttätiges Anhalten der Maschine oder eine Verringerung ihrer Umdrehungszahl oder Spannung bewirkt wird, wenn eine solche Unregel-'

ίο mäßigkeit vorkommt. Die Erfindung soll also zum Schutz der Maschinen gegen die Folgen innerer Fehler dienen, dagegen nicht zum Schutz gegen Fehler, die im äußeren Stromkreis der Maschine auftreten.

Solche inneren Fehler in der Ankerwicklung der Maschine können nicht mittels der vorhandenen Mittel, wie z.B. Schmelzsiche-. rungen oder anderer Sicherungen, die bei vorkommender anormaler Erwärmung in Tätigkeit treten, oder durch selbsttätige Ausschalter rechtzeitig und sicher genug nachgewiesen werden. Apparate erstgenannter Art beruhen nämlich auf einer Mittcltempcratursteigerung in der ganzen Ankerwicklung, und da die Temperatur einer einzelnen, kurzgeschlossenen Spule bei größeren Maschinen um etwa 30⁰ in der Sekunde steigen kann und eine solche Spule nur einen geringen Teil der ganzen Wicklung ausmacht, so kann die Temperatur dieser Spule auf eine für sie verderbliche Höhe gestiegen sein, ehe die Mittcltemperatur des gesamten Ankers eine wesentliche Steigerung aufgewiesen hat, und ehe also der Sicherungsapparat in Tätigkeit getreten ist. Auch die selbsttätigen Ausschalter werden nicht rechtzeitig in Tätigkeit treten, da diese im allgemeinen so eingestellt werden müssen, daß sie erst bei etwa 25 Prozent Über- , lastung zur Wirkung kommen, und die Amperewindungszahl der ziehenden Spulen bei nur einigermaßen großen Maschinen bedeutendes Übergewicht über die Amperewindungszahl einer beschädigten und deshalb entgegenwirkenden Spule hat, so daß nur eine geringe Stromvergrößerung" in den ziehenden Spulen erforderlich ist, um die vergrößerte Amperewindungszahl der entgegenwirkenden Spule infolge anormaler Stromstärke aufzuwiegen.

Während die bekannten Apparate genanntcr Art erst dann in Tätigkeit gebracht werden, wenn das Übel, nämlich die anormale Erwärmung, in einer oder mehreren Ankerspulen bereits hervorgetreten ist, so wird gemäß vorliegender Erfindung die Sicherungsanordnung in Tätigkeit treten, ehe das Übel Zeit bekommen hat, sich bemerkbar zu machen. Die Sicherungsanordnung wird sogar sozusagen in demselben Augenblick wirken, wo diese Unregelmäßigkeit entsteht.

Gemäß vorliegender Erfindung soll diese Aufgabe dadurch gelöst werden, daß die infolge genannter Unregelmäßigkeiten in den Stromverhältnissen des Ankers vorkommcndt η magnetischen Schwingungen im Bereich des Feldes der Maschine zur unmittelbaren Erzeugung eines hörbaren oder sichtbaren ' Signales oder zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises ausgenutzt werden, wodurch ein sichtbares oder hörbares Signal hervorgerufen oder der Gang oder die Spannung der Maschine beeinflußt werden kann. Dies kann durch die Verwendung eines Telephons erreicht werden, oder durch Ausnutzung derjenigen elektromotorischen Kräfte, welche infolge der erwähnten Stroniunregelmäßigkeitcn in an geeigneten Stellen des Feldes der Maschine angebrachten elektrischen Leitern induziert werden, oder durch Ausnutzung

ao z.B. der Veränderungen in dem Widerstand eines Wismutleiters, die, wie bekannt, bei magnetischen Schwingungen in einem Feld hervortreten, in dem ein derartiger Leiter ange-. bracht ist.

^a5 Die Erfindung ist auf der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, und zwar veranschaulichen:

Fig. ι schematisch einen Polschuh und den ■vor ihm liegenden Teil eines Ankers, in der Wellenrichtung gesehen, und

.Fig. 2 bis 10 schematisch verschiedene Ausführungsformen der erwähnten Sicherungsanordnung.

Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung

³S folgender Erkenntnis.

λΥεηη eine beschädigte Spule b eines Ankers α sich an einem Polschuh c mit Windung rf vorbeidreht (Fig. 1), so bewirkt sie infolge der in ihr herrschenden anormalen Stromstärke eine stärkere Veränderung des Magnetfeldes als die übrigen Ankerleiter (Ankerreaktion). Diese Schwingungen, die jedesmal, wenn die beschädigte Spule sich an dem Polschuh vorbei bewegt, eintreten, können leicht an dessen Oberfläche bemerkt werden, wenn man z. B. einen Schraubenzieher in seine Nähe hält, indem der Schraubenzieher dann bei jedem Vorbeigehen der Spule einmal abwärts und einmal aufwärts, wie in Fig. 1 mit einem Doppelpfeil angegeben, schwingen wird. ■

Diese magnetische Schwingung im Polschuh kann auf verschiedene Art und Weise ausgenutzt werden.

Eine solche ist in Fig. 2 veranschaulicht, wo auf dem Polschuh eine gewöhnliche Telephonmembran mit dazugehörigem Kern, jedoch ohne Spule, angebracht ist. Wenn sich der Kern mit dem Polschuh in magnetisch leitender Verbindung befindet, werden sich die erwähnten Schwingungen (lurch den Kern fortpflanzen und die Membran zum Schwingen bringen, so daß dadurch ein — selbst in der Entfernung — hörbares, von der Maschine selbst, gegebenes Signal über die vorhandene Spulenbeschädigung gegeben wird.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 schomatisch veranschaulicht. Vor dem Polschuh c ist eine kleine, um einen festen Punkt e drehbare Stange / oder ein anderes Organ aus magnetisch leitendem Material angebracht, das oben und unten von festen Gummipuffern g o. dgl. berührt wird, so daß es eine bestimmte Gleichgewichtslage einnimmt. An dem freien Ende der Stange ist eine Feder h befestigt, die zwischen die Zähne eines Sperrades i eingreift. λΥεηη an dem Polschuh eine kurzgeschlossene Ankerspule vorbeigeht, so wird die Änderung in eiern magnetischen Zustand des Poles eine plötzliche Schwingung der kleinen Stange /" herbeiführen; wenn die Stange abwärts gegen den Polschuh schwingt, wird die Feder h das Sperrad i nicht mit sich nehmen, da dessen Trägheit zu groß ist, um von der plötzlichen Bewegung der leichten Feder überwunden zu werden ; wenn aber die Stange f vom Polschuh wieder fortschwingt, wird die Feder h das Rad in der Pfeilrichtung fortschalten. Diese Bewegung des Rades kann auf verschiedene Art und Weise zum Geben eines Signales oder zu anderer Wirkung benutzt werden, indem es z. B. eine Zeigerscheibe umstellt oder einen Stromkreis schließt.

Das Schließen dieses Stromkreises kann in mehrfacher Art und Weise benutzt werden, z. B. zur Erzeugung eines hörbaren Signals, zum Anzünden einer Glühlampe oder zur Erzeugung einer Relaiswirkung, wodurch z. B. der Nullmagnet des Anlassers der Maschine ausgeschaltet und die Maschine dadurch angehalten werden kann oder auch ihr Regulierwiderstand derart verändert werden kann, daß die Spannung oder die Geschwindigkeit der Maschine verringert wird. Da indessen das auf der Zeichnung veranschaulichte Rad andauernd gedreht wird, weil es sich jedesmal, wenn die beschädigte Spule sich an dem Polschuh vorbeibewegt, ein Stück bewegen muß, so müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, wenn man wünscht, daß es in derjenigen Stellung, in der es den Kontakt schließt, stehen bleiben soll; dies kann man ζ B. dadurch erreichen, daß man die Verzahnung des Rades an einer solchen Stelle aufhören läßt, daß die Feder h das Rad nicht länger beeinflussen kann, nachdem es in die gewünschte kontaktgebende Stellung gebracht

ist. Wenn der Apparat gewirkt hat, braucht man nur das Rad in seine normale Stellung zurückzudrehen; der ganze Apparat kann in einen dichten Kasten aus Ebonit, Faserstoff o. dgl. eingeschlossen sein.

Der beschriebene Apparat wird beim Anlassen oder Anhalten des Motors nicht in Tätigkeit treten, denn das dadurch verursachte Anziehen bzw. Loslassen der Stange /

ίο wird infolge der Selbstinduktion der Magnetwicklung nicht augenblicklich vor sich gehen; die Feder h wird deshalb beim Anlassen der Maschine das Rad um einen bestimmten Winkel in der entgegengesetzten Richtung des Pfeiles drehen, und beim Anhalten der Maschine wird das Rad um genau dasselbe Stück in entgegengesetzter Richtung zurückgedreht. In Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsfonn der Erfindung veranschaulicht, bei welcher eine Spule j außen an der Endfläche oder schräg um das eine Ende des Polschuhcs angebracht ist. Durch die erwähnten magnetischen Schwingungen wird eine wechselnde elektromotorische Kraft in dieser Spule induziert. Diese elektromotorische Kraft kann zur Signalisierung oder zu anderem Gebraueh, ■\\ ie oben erwähnt, ausgenutzt werden; man kann z. B. die Spule mit einem Telephon in Verbindung setzen, oder man kann die Spule mit cineiiiRelais verbinden, wodurch z. B. eine Signalplatte umgestellt, ein Stromkreis geschlossen oder geöffnet werden kann usw.

Eine solchcAnordnung ist in Fig. 6 schematisch veranschaulicht, wo / die am Polschuh angeordnete Spule ist, k eine damit verbundene Reläisspule mit Anker / und m ein von einem Gewicht oder einer Feder beeinflußter ,Arm, der normal von dem Ende des Ankers / festgehalten wird, aber, wenn das Relais den Anker anzieht, seinen Platz verläßt und dadurch einen Stromkreis η, η schließt, der z. B. auf eine Signalanordnung oder auf einen der Regulier- oder Anlaßapparate der Maschine, wie oben erwähnt, wirken kann.

Bei Trommelankern wird man, anstatt die Spule, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, anzubringen, diese gemäß Fig. 7 und 8 anordnen können, welche beiden letzteren Figuren schematisch einen Längs- bzw. einen Querschnitt durch die Achse der Maschine darstellen. Der Weg der Kraftlinien durch die ' Spule ist durch einen punktierten Kreis angedeutet.

Unter Fig. 7 ist beispielsweise ein Schema für die Ankerwicklung und die Lage der Spule / im Verhältnis zur Wicklung dargestellt. ·

Wenn die Spule ungefähr in der Mitte zwischen der neutralen Zone der Maschine und dem Polschuh, aber der crstcren am nächsten, angebracht wird, so wird sie nur beim Ausschalten einer Ankerspule in Tätigkeit ge- · bracht werden, aber nicht bei Kurzschluß einer solchen, indem sich die Ankerspulc an 'dieser Stelle fast ganz außerhalb der magnetischen AVirkung des Polschuhcs befindet.

Je stärker die betreffende Maschine ist, desto stärker wird auch die Spule wirken; diese kann mit lamcllicrtcm Kern von geeigneter Form zur Verstärkung ihrer Wirkung versehen werden und kann vollständig eingekapselt und fest an der Maschine angebracht sein, während das mit ihr verbundene Relais ganz beliebig an geeigneter Stelle in der Nähe oder in größerer Entfernung von der Maschinc angebracht sein kann.

In Fig. 9 ist eine andere Rclaisanordnung veranschaulicht. Der Relaisankcr / trägt an seinem Ende einen aufwärts gerichteten Kontakt 0 und ruht normal auf einer Unter-Stützung ρ. Wenn der Anker vom Relais k angezogen wird, bringt er den Kontakt ο mit dem Kontakte/ in Berührung und schließt dadurch den Stromkreis J des Anzeigeapparates. ■In den Stromkreis s ist eine Hilfsspulc t eingeschaltet, die den Relaisanker I in seiner kontaktgcbcnden Stellung festhält, trotzdem das Relais k nur augenblicklich wirkt. Diese besondere Spule t kann natürlich auch eine besondere Wicklung auf dem Relais Ic bilden. go

In Fig. 10 ist endlich eine besondere Ausführungsform einer Relaisspule k veranschaulicht, die sich besonders für solche Fälle eignet, wo das Relais starken Erschütterungen ausgesetzt ist.

Bei diesem Relais ist nämlich der bewegliche, kontaktgebende Teil vollständig ausbalanciert, indem er aus einem symmetrisch um den Mittelpunkt der Spule angeordneten und durch diese gehenden, geteilten Eisenkern u besteht, der unter Einwirkung der Spiralfeder ν normal in einer Stellung gehalten wird, die mit der Ebene der Spule einen Winkel von 45⁰ bildet. Infolge der in der Relaisspule k hervorgerufenen Stromstöße wird der Kern 11 sich senkrecht zu der Ebene der Spule zu stellen suchen, wodurch z. B. ein Kontakt x geschlossen oder eine Signalscheibe umgestellt werden kann, oder andere ähnliche Wirkungen, wie oben genannt, erzeugt werden können.

Die beschriebene Anordnung, bei welcher Leiter verwendet werden, in denen elektromotorische Kräfte induziert werden, kann auch zur Registrierung, z. B. mittels eines Oscillographen, verschiedener magnetischer Verhältnisse in der Maschine benutzt werden, u. a. zur Registrierung der Veränderung, die

in den magnetischen Feldern vor sich geht, wenn wälircnd der Kommuticrungspcriode die Ankerspulen vorbeigehen und von den Bürsten kurzgeschlossen werden. Zu diesem -Zweck wird die in dem Leiter induzierte elcktromotorische Kraft direkt vom Oscillographen aufgezeichnet.

Ganz dieselben Wirkungen, wie oben angeführt, wird man dadurch erreichen können,

ίο, daß man anstatt einer Spule, in der elektromotorische Kräfte induziert werden, einen an geeigneter Stelle im magnetischen Feld angeordneten Wismutleiter verwendet, der in einen '-■■ Stromkreis für Ruhestrom eingeschaltet ist. ■ 15 Wenn im magnetischen Feld Schwingungen auftreten, so bewirken diese, wie bekannt, Veränderungen im Widerstand des Wisinutlciters, also in der Stärke des Ruhestromes, und diese Veränderungen können in ähnlicher . 20 Weise, wie vorher erwähnt, hörbar oder sichtbar gemacht oder in anderer Weise ausgenutzt werden.

Dieselbe Wirkung kann auf anderem AVege erreicht .werden, z. B. wenn man das in Fig. 3 veranschaulichte, magnetisch leitende Organ /", ' mittelbar oder unmittelbar ein oder mehrere in den Ruhestromkreis eingeschaltete Kohlenkörper derart beeinflussen läßt, daß diese mehr oder minder gegeneinander gedrückt werden, wodurch bekanntlich die Stromstärke im Stromkreis mit den Änderungen im magnetischen Feld verändert wird.

Statt eines der erwähnten Sichcrungsapparate können bei derselben Maschine' auch mehrere solche verwendet werden, namentlich wenn sie parallel verbunden werden und alle auf dasselbe Relais o. dgl. wirken, eine Anordnung, die namentlich bei langsam laufenden Maschinen nützlich sein kann, um eine schnelle Wirkung des Apparates zu sichern, indem dieser dann mehr als einmal für jede Ankerumdrehung, also auch bei einer·Teildrehung des Ankers, beeinflußt werden wird. Die Selbstinduktion und Wirkung der Eisenmassen in den Spulen, die gerade im Augenblick nicht beeinflußt werden, wird eine elektromotorische Gegenkraft geben, und das mit den Spulen verbundene Relais wird deshalb den wesentlichen Teil des in der beeinflußten Spule erzeugten Stromes aufnehmen.

Im Gegensatz zu den bekannten Apparaten für ähnlichen Gebrauch wird bei den hier behandelten Apparaten keine Auswechslung irgendeines Teiles, nachdem der Apparat gewirkt hat, gefordert. Der Apparat wird bei einfacher erneuter Einstellung in seine normale Stellung bereit sein, aufs neue in Tätigkeit zu treten. Die Anordnung kann nicht nur bei neuen Maschinen Verwendung finden, sondern auch bei jeder im Betrieb befindliehen Maschine.

Claims (7)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung, durch welche bei anormaler Stromverteilung im Anker elektrischer Maschinen 'eine Anzeigevorrichtung in Tätigkeit gesetzt oder das Anhalten der Maschine oder eine Verringerung ihrer Umdrehungszahl oder Spannung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge von Unregelmäßigkeiten der Stromverteilung auftretenden magnetischen Schwingungen im Anker, im Luftzwischenraum oder in den Polschuhen zur direkten Erzeugung eines hörbaren oder sichtbaren Signalcs oder zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises ausgenutzt werden, wodurch ein sichtbares oder hörbares Signal gegeben oder der Gang der Maschine oder ihre Spannung beeinflußt werden kann.

2. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld der Maschine Spulen angeordnet sind, in welchen durch die bei Beschädigung einer Ankerspule auftretenden magnetischen Schwingungen elektrische Ströme induziert werden.

3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,daß im Magnetfeld der Maschine ein Körper (z.B. ein spulenloscs Telephon) angebracht ist, der durch die genannten LJn- , regclmäßigkeiten in schwingende Bcwcgung gesetzt wird und durch seine Eigen- _; schwingungen ein hörbares Signal gibt.

4. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein im magnetischen Bereich eines Pol-Schubes angeordnetes, leiclitbeweglichcs. ■

, Organ (f) aus magnetischem Material, das bei einer im Polschuh auftretenden magnetischen Schwingung aus seiner Gleichgewichtslage fortschwingt und dadurch ein anderes Organ umstellt oder ein sichtbares Signal gibt, oder einen Stromkreis schließt oder öffnet oder dessen Widerstand ändert. · .

5. Ausführungsform der Einrichtung ^: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld der Maschine ein Leiter aus einem Material wie z. B. Wismut angebracht ist, dessen Widerstand sich mit der Stärke des Magnetfeldes ver- J15 ändert.

6. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß bei ein und derselben Ma- ! schine mehr als eine der angegebenen Anordnungen verwendet werden, die um den Umfang des Ankers verteilt sind und, insofern sie von elektrischen, Induktionswirkungen ausgesetzten Leitern gebildet werden, gegebenenfalls parallel arbeiten.

7. Einrichtung zur Registrierung magnetischer Verhältnisse elektrischer Maschinen unter Benutzung der im Anspruch 2 angegebenen Einrichtung, z. B. zur Registrierung der Veränderungen, die in den magnetischen Feldern vor sich gehen, wenn die Ankerspulen während der Kommutierungsperiode von den Bürsten kurzgeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle, an der sich die Ankerspulen im Augenblick ihres durch die Bürsten bewirkten Kurzschlusses befinden, eine von den durch den Kurzschlußstrom erzeugten Feldschwankungen indudierte Spule angebracht ist, in deren Stromkreis ein Oscillograph oder ähnlicher Apparat eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.