DE23730C - Dynamo-elektrische Maschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT. \%

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Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine dynamo-elektrische Maschine, welche sich von allen bestehenden Maschinen dieser Art durch die eigenthümliche Form ihrer inducirten und inducirenden Elektromagnete und durch die Drehungsrichtung mit Bezug auf ihre Pole auszeichnet. Das magnetische Feld ist durch Entfaltung der Pole vergröfsert und die inducirten sind den inducirenden bis auf eine Minimalentfernung genähert.

Letzteres wird durch, die eigenthümliche Gesammtanlage der Maschine erreicht, welche ein vollkommenes Centriren der festen und rotirenden Magnete gestattet; aufserdem wird die Herstellung der Elektromagnete äufserst einfach, da ihre Um Wickelung getrennt (einzeln) vorgenommen werden kann.

Andere Neuerungen bestehen in der Anwendung und Construction eines neuen Commutators für Dynamomaschinen und in der Anwendung und Construction von inducirten Spulen für Elektricität erzeugende Maschinen.

Die neutrale Achse dieser Maschine fällt mit der senkrechten A B, welche durch den Mittelpunkt derselben geht, zusammen, indem die linke Seite einer Spulengattung positive und die rechte negative Ströme besitzt, und umgekehrt.

Die einzelnen Ströme der Spulen vereinigen sich zu hochgespannten mittelst des Collectors (Stromsammlers) b und des Commutators c, von denen jeder mit einem Sammel-Contactkamm (e) versehen ist. (Der Contactkamm für den Collector b ist in der Zeichnung nicht dargestellt.)

Die Maschine besteht aus einer festen Platte, auf der zwei Rahmen befestigt sind, welche die-■ inducirenden Elektromagnete(Inductoren) tragen; die letzteren sichern vermöge ihrer Form eine solide Versteifung der Rahmen. Zwei an die Rahmen geschraubte oder gegossene Lager tragen die Maschinenwelle, auf der zwei Scheiben festgekeilt sind, die zwischen sich die rotirenden inducirten Elektromagnete in derselben Weise aufnehmen, als die festen-Rahmen die Inductoren. Die Welle trägt auch den Collector h und den Commutator c, die weiter unten näher beschrieben sind. '

Es ist augenscheinlich, dafs diese Construction eine grofse Annäherung der magnetischen Felder gestattet, und dafs somit die Kraft der erzeugten Inductionsströme beträchtlich gesteigert wird.

Die Elektromagnete bestehen aus einer cylindrischen, weichen Eisenstange; diese kann mit zwei Bunden versehen sein, zwischen denen der Inductionsdraht derartig aufgerollt ist, dafs eine Seite positiv und die andere negativ magnetisch wird, oder die Anordnung kann wie in der Zeichnung getroffen sein. Die Umwickelung kann direct auf der weichen Eisenstange oder auf besonderen, später aufzusteckenden Metallhülsen angebracht werden (s. Fig. 1).

Ueber jeder der so hergestellten Spulen befindet sich eine aus weichem Eisen bestehende Hülle, welche den Umfang der Spule fast bis zur neutralen Achse theilweise oder ganz umkleidet und die entfalteten Pole der Armatur bildet.

Wenn nun die Elektromagnete in der Weise montirt sind, dafs eine Seite der inducirenden positiv und dieselbe Seite der inducirten negativ ist, so entstehen, wenn die Welle in Bewegung gesetzt wird, in den inducirten eben so viel

gleichgerichtete Ströme, als Stromunterbrechungen eingetreten sind. Diese Anordnung kann fur Maschinen mit continuirlichem Strome verwendet werden, und für diesen Fall sind also die inducirenden auf dem äufseren festen Kreis angebracht, während die inducirten innen liegen und beweglich sind.

Um eine Maschine mit Wechselströmen herzustellen, macht man die inducirten Elektromagnete fest und die inducirenden beweglich, indem man die auf dem äufseren Kreise (Rahmen) befestigten derartig placirt, dafs abwechselnd ein positiver und negativer Pol auf dieselbe Seite zu liegen kommt. Dasselbe kann auch durch Umkehrung erzielt werden. Die Elektromagnete des beweglichen inducirenden Systems werden ebenfalls in der Weise angebracht, dafs abwechselnd ein positiver und negativer Pol auf derselben Seite liegt; diese. Elektromagnete werden alsdann von einer Maschine mit continuirlichem Strom erregt.

Man sieht hiernach, dafs die angesammelten Ströme Wechselströme sein werden, und dafs die Spulen auf verschiedene Art gruppirt sein und mehrere Lampen oder Regulatoren speisen können.

Um ein schnelles Entmagnetisiren des inducirten Systems zu erzielen, werden deren Wände möglichst dünn gemacht, welche, im Falle einer vollständigen Einhüllung des Spulenumfanges, noch dem Längssinne nach durch einen oder mehrere Sägenschnitte in zwei oder mehrere Theile gespalten sind. Auch können diese Umhüllungen aus einzelnen ausgestanzten, unter einander verbundenen Blechringen hergestellt werden, und zwar für die inducirenden sowohl wie' für die inducirten Spulen.

Da diese Maschine umschaltbar ist, so kann dieselbe als Motor angewendet werden, und es soll die bedeutende Annäherung der magnetischen Felder durch die besondere Form der Elektromagnete die magnetische Weite derselben vergröfsern und einen Motor ergeben, dessen Nutzeffect allen bis jetzt existirenden Maschinen weit überlegen ist.

Um jedoch die Wirkung der Maschine durch Vermeidung schädlicher Kräfte noch zu vergröfsern, ist für das Profil der Elektromagnete die in Fig. 2 angegebene Form gewählt.

Man unterbricht den magnetischen Contact im Augenblicke, wo die Profilradien der festen und beweglichen Elektromagnete mit einem Radius der kreisförmigen, festen Rahmen zusammenfallen; dieses wird durch Wegnahme des Metalles an den relativ entgegengesetzten Seiten der Elektromagnete erzielt.

Die inducirten Spulen können in Spannung oder quantitativ vereinigt werden, je nach der Arbeit, die verrichtet werden soll; um Quantitäten zu erhalten, wird es vortheilhaft sein, die gleiche Zahl von inducirten und inducirenden Spulen anzuwenden und die Enden jedes Spulendrahtes mit dem Collector b zu verbinden, wogegen, wenn hohe Spannung gewünscht wird, die Drähte unter sich verbunden werden.

Die Zahl der Elektromagnete, seien es inducirende oder inducirte, ist beliebig veränderlich.

Um aber die verschiedenen erzeugten Inductionsströme gut zu vertheilen, wählen die Erfinder für die Inductionsspulen eine von der der Inducirenden verschiedene Anzahl. In der durch die Zeichnung veranschaulichten Maschine, Fig. 1 und 2, sind zwölf inducirende und elf inducirte angeordnet. ·

Der Commutator c befindet sich auf der einen Seite der Maschine und der Collector b auf der anderen; der erstere kann auch auf beiden Seiten der Maschine angebracht werden; in diesem Falle vertritt der zweite Commutator den Collector b.

Der besagte Commutator besteht aus einer der Zahl der inducirten Spulen entsprechenden Anzahl metallischer Ringe d. Jeder Ring d ist isolirt, mit einer entsprechenden inducirten Spule verbunden und an seinem Umfange mit eben so viel gleichmäfsig vertheilten Einschnitten versehen, als es inducirende Spulen giebt.

In beiliegender Zeichnung sind elf inducirte und zwölf inducirende Spulen verwendet, der Commutator setzt sich daher aus elf Ringen zusammen, von denen jeder mit zwölf nuthartigen Einschnitten versehen ist. Der ganze Commutator besitzt also 11 X 12 oder 132 Einschnitte, welche 132 Stromunterbrechungen während jeder Wellenumdrehung hervorbringen; jede dieser Unterbrechungen entspricht einer Stromunterbrechung der Elektromagnete.

Ein Contactkamm e, der der Längenachse des Commutators parallel ist, communicirt in einer beliebigen Stellung mit allen Ringen d, mit Ausnahme desjenigen, der so placirt ist, dafs einer seiner Einschnitte sich direct unter dem Kamm befindet.

Die Ringe d sind derartig aufgesteckt, dafs jede Gruppe von Einschnitten auf dem Umfange des Commutators eine treppenförmig abgesetzte und unterbrochene Schraubenfläche bildet, und dafs der Schliefsungsbogen jedesmal nur in der Spule unterbrochen wird, welche den inducirenden Elektromagnet verläfst; diese Anordnung ist für Motoren von hoher Wichtigkeit.

In beiliegender Zeichnung sieht man, dafs die Spule No. 6 soeben ihre Arbeit'vollendet hat, und dafs ein isolirender Einschnitt des Ringes No. 6 sich unter dem Kamme e befindet, so dafs der Strom zwischen Ring 6 und Kamm e unterbrochen ist; nach einer i32^steI Umdrehung tritt derselbe Vorgang für die Spulen 7 und den Ring 7 ein u. s. w.

Der Commutator besteht aus den erwähnten metallischen Ringen d, welche auf andere Ringe i

aus Hartgummi gesteckt sind. Die verschiedenen Ringe d und i sind von ihren seitlich benachbarten durch dünne Hartgummischeiben/ getrennt. Jeder Ring d ist mit einem Auge versehen, in das ein Ende eines Metalldrahtes geschraubt oder genietet ist, der an seinem an deren freien Ende den Draht der betreffenden inducirten Spule aufnimmt; in der Zeichnung ist diese Anordnung für den Ring und die Spule 6 sichtbar.

Der Contactkamm e ist eine Metallplatte, deren unterer Rand auf den Commutatorringen d ruht, und die mit dem Ringe g durch die elektrische Leitung h verbunden ist. Der Kamm ε wird von dem auf das rechtsseitige Lager geschraubten Ständer gehalten.

Für Elektricität erzeugende Maschinen kann der Kamm e aus mehreren isolirt unter einander verbundenen Platten zusammengesetzt werden. Man kann z. B. für jeden Ring d eine besondere Platte anordnen, so dafs in der vorliegenden Maschine elf Platten zur Verwendung kommen. Jede dieser Platten 'steht mit ihrer bezüglichen inducirten Spule in Verbindung.

Aufserdem kann man auch mehrere Ringe d gruppiren und für jede Gruppe einen isolirten Contactkamm anordnen, welcher wieder mit einer entsprechenden Gruppe von inducirten Spulen verbunden wird.

Diese Anordnung ist von Wichtigkeit für die Theilung des Stromes.

Die Ringe / und g, welche die inducirenden Spulen umschliefsen, sind auf den letzteren mittelst der Hartgummiringe m und η von L-förmigem Querschnitt befestigt. Der Ring / nimmt den von der erzeugenden Maschine kommenden Strom auf und theilt ihn den zwölf inducirenden Spulen mit; der Draht schliefst sich von der Spule an den Ring g, von wo der Strom durch den Draht h zum Commutator geleitet wird; der Strom wird den verschiedenen Ringen d mitgetheilt und von diesen auf die entsprechenden Spulen übertragen. Nachdem die Drähte diese Spulen durchlaufen haben, schliefsen sie sich an den Collector, und dieser steht mittelst eines in der Zeichnung nicht dargestellten Contactkammes und des Drahtes ο mit der- erzeugenden Maschine in Verbindung.

Man kann den Commutator als ein Mittel betrachten, welches die Anwendung dieses Motors gestattet, um grofse Kräfte (von z. B. über ιoo Pferden) nutzbar zu machen, weil man durch seine Anwendung, dahin gelangt, wenn nicht gänzlich, so doch in einem sehr grofsen Verhältnifs den elektrischen Funken zu beseitigen, der so nachtheilig auf das Nutzergebnifs der gegenwärtig gebräuchlichen elektrischen Motoren wirkt. Durch die dargestellte Anordnung wird nur immer ein Theil des ganzen Stromes unterbrochen, und somit keine plötzliche Stromlosigkeit (todter Punkt) in der Maschine geschaffen.

Es soll die Wirkung der Maschine untersucht werden, indem die Functionirung der inducirten Spulen betrachtet wird, während z. B. die inducirte No. 6, welche sich mit der inducirenden No. ι in der Unterbrechungsstellung befindet, sich nach der Spule No. 2 bewegt und in Bezug auf diese die analoge Stellung einnimmt; während dieser Zeit, welche eine abgeschlossene' Periode repräsentirt, haben die Maschinenwellen und sämmtliche inducirten Spulen eine Y₁₂ Umdrehung vollzogen und jede der letzteren hat eine Stromunterbrechung hervorgerufen. Es finden also bei einer Y₁₂ Umdrehung elf Unterbrechungen, oder während einer ganzen Umdrehung (11X12) 132 Unterbrechungen statt.

Wenn die Zahl der inducirten Spulen ebenfalls gleich zwölf wäre, so fänden nur zwölf Unterbrechungen während einer Wellenumdrehung statt, aber jede dieser Unterbrechungen würde nachtheiliger wirken, als die elf entsprechenden partiellen Unterbrechungen zusammen.

Die Theilung der Unterbrechungen ist je nach der Zahl der Spulen veränderlich; wenn die Zahl der inducirten von der der inducirenden unterschieden ist, so ist die Zahl der Unterbrechungen pro Umdrehung immer gleich dem Product aus den betreffenden Zahlen der inducirten und inducirenden Spulen.

Der Commutator c entzieht, wie wir oben gesehen haben, in einem gewissen Augenblicke einer inducirten Spule den Strom, während die betreifende inducirende den Strom behält und darum in dem bezüglichen Augenblicke noch nachtheilig wirken kann. Um auch hier den Kraftverlust zu vermeiden, kann man den Collector b durch einen Collector u, Fig. 5, ersetzen, der sich aus zwölf nicht isolirten Ringen zusammensetzt, von denen jeder an seinem Umfange mit elf gleichmäfsig vertheilten Einschnitten versehen ist. Der als Commutator wirkende Contactkamm ο besteht aus zwölf isolirt mit einander verbundenen Metallstreifen. Jeder Streifen berührt den Umfang seines entsprechenden Ringes, so lange sich nicht ein Einschnitt dieses Ringes unter dem betreffenden Streifen befindet.

Um über die Wirkung dieser Anordnung zu urtheilen, sei wieder vorausgesetzt, dafs die inducirte No. 6 sich in der Unterbrechungsstellung mit der inducirenden No. 1 befinde; es steht alsdann Einschnitt No. 6 des Ringes No. 1 unter dem Streifen No. 1. Der Strom ist also unterbrochen.

Damit an der Spule No. 1 eine abermalige Unterbrechung stattfinde, mufs die inducirte Spule No. 7 eine Y₁₁-Umdrehung machen, nach Zurücklegung dieses Weges befindet sich Einschnitt No. 7 des Ringes No. 1 unter dem Streifen No. 1, es tritt also eine abermalige Stromunterbrechung ein u. s. w. Die theilweise

Stromunterbrechung unter Anwendung des Commutators läfst sich folgendermafsen versinnbildlichen: Stellt man sich ein mit unter Druck stehendem Wasser gefülltes Rohr vor, das nur mit einer Abflufsöffnung versehen ist, und schliefst oder öffnet man plötzlich die Ausströmungsöffhivng, so tritt in einem von dem gedrückten Wasser betriebenen Kolbenmotor der sogenannte Widderstofs ein. Wenn aber dieselbe Wassermenge unter demselben Druck durch elf gleich grofse Oeffnungen abfliefst und man nur eine dieser Oeffnungen schliefst und öffnet, so wird kein Widderstofs stattfinden. Dasselbe zeigt sich in ganz anloger Weise für den elektrischen Strom an der im Vorstehenden beschriebenen Maschine. Für Elektricität erzeugende Maschinen können die inducirten Spulen auch in der durch Fig. 3 und 4 veranschaulichten Weise hergestellt werden. Das Profil der inducirenden Spulen ist alsdann symmetrisch. Der Kern der inducirten wird von einzelnen Eisendrähten gebildet; diese Anordnung begünstigt eine schnelle Entmagnetisirung des Kernes und eine schnelle Befreiung des Solenoids von Elektricität (Entpolarisirung).

In Fig. 3 und 4 sind r und s weiche Eisenstücke, von denen jedes mit eben so viel Löchern versehen ist, als Drähte für die Seele verwendet werden; diese Löcher liegen auf einem Kreise, dessen Mittelpunkt in der Rotationsachse der inducirten Spulen liegt. Die aus weichem Eisen bestehenden Drähte u verbinden und versteifen die Stücke r und s und nehmen die Drahtumwickelung auf, welche möglichst dicht an die inducirenden Spulen geht.

In dieser Anordnung kann der Commutator weggelassen oder auch beliebig angewendet werden; im letzteren Falle ändert sich die Construction des Commutators nur insoweit, als alle isolirenden Theile leitend werden, und umgekehrt.

Claims (3)

Paten t-An Sprüche:

1. Die eigentümliche Form der Elektromagnete, deren vergröfserte magnetische Felder concentrisch zur Drehungsachs'e der Maschine liegen, dadurch, dafs die Pole durch eine totale oder partielle Weicheisenhülle der Spulenumwickelung entfaltet sind und sich bis in die Nähe der neutralen Achse erstrecken, wobei das Profil der Elektromagnete die durch Fig. 2 und 3 dargestellten Formen haben kann.

2. Die Anwendung des Commutatorkammes, Fig. 5, in Verbindung mit dem aus einer der Zahl der inducirenden Spulen entsprechenden Anzahl nicht unter einander isolirter Ringe, die mit einer der Zahl der inducirteri Spulen entsprechenden Anzahl von' gleichmäfsig vertheilten Einschnitten versehen sind, und die so auf einen isolirenden Ring geschoben werden, dafs die Einschnitte eine treppenartige Schraubenfläche bilden; das Ganze zu dem Zwecke, den Strom in der inducirenden Spule zu unterbrechen, welche mit der entsprechenden inducirten auf Strombruch steht, und den schädlichen Effect des Funkens herabzudrücken, wie beschrieben und gezeichnet, Fig. 5.

3. Die Gesammtanordnung der Maschine, welche ein genaues Centriren der concentrisch angeordneten Elektromagnete und infolge dessen eine aufsergewöhnlich grofse Annäherung der festen an die beweglichen gestattet und aufserdem die Solidität der ganzen Anlage begünstigt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.