DE23998C - System elektrischer Maschinen ohne Saugbürsten - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Bei allen bekannten elektrischen Maschinen wird der Strom dadurch erzeugt, dafs eine geschlossene Stromleitung sich im Wirkungsfelde eines Magnetes oder einer zweiten von einem inducirenden Strom durchflossenen Leitung bewegt. Die erstere geschlossene Stromleitung, in welcher der zu erzeugende Strom inducirt wird, will ich kurz »Ankerspule« nennen, den inducirenden Magnet oder die von dem inducirenden Strome durchflossene Leitung werde ich als »Inductor« bezeichnen. Bei der Mehrzahl der bestehenden elektrischen Maschinen bewegt- sich ein System von Ankerspulen (der Anker) im Wirkungsfelde eines feststehenden Systems von Inductoren (Feldmagnete); es giebt jedoch auch Maschinen, wo das Umgekehrte stattfindet, wo nämlich die Inductoren sich bewegen, während die Ankerspulen feststehen, und endlich können sich auch beide Systeme bewegen (Duplex-Maschine): Die Inductoren sind meist permanente oder Elektromagnete, welch letztere entweder von einem aufserhalb der Maschine erzeugten Strom oder vom Maschinenstrom selbst erregt werden. In letzterem Falle heifst die Maschine bekanntlich eine »dynamoelektrische«. Die Form des Ankerspulensystems (des Ankers) ist eine sehr verschiedene, die Bewegung allgemein eine rotirende.

Diese Bemerkungen wurden vorausgesendet, um das Neue des Systems deutlicher, hervor-.heben zu können und die folgenden Erörterungen abzukürzen.

Das neue Maschinensystem besteht aus folgenden wesentlichen Theilen:

1. einem System feststehender Inductoren (dieselben sind in den Figuren überall mit M bezeichnet);

2. einem System beweglicher Ankerspulen (durchgehende mit A bezeichnet), welche sich im Wirkungsfelde der Inductoren M bewegen;

3. einem System beweglicher Inductoren (B in den Figuren);

4. einem System feststehender Ankerspulen (diese sind mit./' bezeichnet), welche innerhalb der Wirkungsfelder der Inductoren B situirt sind.

Die Form der Inductoren und Ankerspulen ist gleichgültig und kann beliebig gewählt werden. Wesentlich sind jedoch folgende Momente:

a) die Zahl der Inductoren B mufs der Zahl der Ankerspulen A gleich oder ein ganzes Vielfaches derselben sein, oder auch umgekehrt. Gewöhnlich wird sich die Anzahl von B zu der von A wie 1 : 1 oder wie 2 : 1 verhalten. Eine Anzahl A'nkerspulen A (meist eine Spule) bildet mit. der entsprechenden Anzahl Inductoren B (meist mit zweien) eine Gruppe. Das oben unter 2. und 3. angeführte bewegliche Doppelsystem besteht also aus einer Anzahl solcher Gruppen;

b) beide beweglichen Systeme (der Ankerspulen A und der Inductoren B) schwingen oder rotiren um eine gemeinschaftliche (in endlicher oder unendlicher Entfernung befindliche) Achse mit für beide Systeme gleicher Winkelgeschwindigkeit;

c) bei Maschinen, welche einen continuir-.liehen Strom erzeugen sollen, müssen alle Inductoren B einer Gruppe die neutralen Ebenen (wo die inducirende Wirkung Null ist) der

Spulen P in demselben Moment passiren, wo die Ankerspulen A derselben Gruppe durch die neutrale Ebene (Ebene des Stromwechsels) der Inductoren M hindurchgehen. Bei Maschinen für Wechselströme ist dies allgemein nicht der Fall;

d) auf jeder Gruppe von A und B bilden die Drahtwindungen eine geschlossene ununterbrochene Leitung.

Sind die Inductoren M Elektromagnete, so strömt durch ihre Drahtwindungen entweder der Strom einer fremden Stromquelle oder der Maschinenstrom selbst, und zwar ganz oder nur ein Theil desselben. Die in den feststehenden Ankerspulen P inducirten Ströme bilden einzeln oder zu einem Strome vereinigt das Arbeitsproduct der Maschine.

Der stattfindende Procefs ist folgender:
-Bei Bewegung des Systems der Ankerspulen A im Wirkungsfelde der Inductoren M entstehen in den Drahtwindungen der Ankerspulen Ströme, die auch die Inductoren B umkreisen. Durch die Bewegung dieser von Strömen umkreisten Inductoren B im Bereich der feststehenden Ankerspulen P werden in den Drahtwindungen dieser Spulen Ströme inducirt, welche, getrennt oder vereinigt, in die äufseren Leitungen gelangen und daselbst zu beliebigen Zwecken verwendet werden können.

Die Bewegung der Systeme A und B kann entweder eine rotirende oder eine schwingende oder endlich eine geradlinig hin- und hergehende (um eine unendlich entfernte Achse schwingende) sein, wie weiter unten gezeigt werden wird.

Dafs bei diesem System keine. Saugbürsten nöthig sind, ist leicht einzusehen. Die die Gruppe A B umkreisenden Ströme können durch eine ununterbrochene Leitung hin- und zurückgeführt werden, da die Systeme A und B eine gemeinschaftliche Bewegung und gleiche Winkelgeschwindigkeit haben. Der erzeugte Strom kann von den Spulen P ebenfalls direct abgeleitet werden, da die feststehenden Spulen ihre Lage gegen die äufsere Leitung nicht ändern. Die zu den Inductoren M führende Leitung (falls diese Inductoren nicht permanente Magnete sind) kann aus demselben Grunde continuirlich sein, sie mag nun den Strom einer fremden Quelle oder den Maschmenstrom selbst leiten.

In Fig. ι sind die wesentlichen Theile einer Maschine vorliegenden Systems schematisch für continuirliche Bewegung (Rotation) dargestellt und mit den früher angegebenen Buchstaben bezeichnet. Die rotirende Bewegung ist durch eine continuirlich geradlinige ersetzt gedacht. Fig. ι ist daher entweder die in die Zeichenebene abgewickelte Projection der Spulenanordnung auf den Mantel eines Kreiscylinders, dessen Achse mit der Rotationsachse der Maschine zusammenfällt, oder das Element einer um eine zur Zeichenebene senkrechten Achse erfolgenden Rotation. Dasselbe gilt von Fig. 2, 3 und 4.

Bei der Annäherung der Ankerspule A₁ an den (feststehenden) Inductor M₁ M₁ (welcher hier als permanenter Magnet gedacht ist) entsteht in den Windungen der Spule ein Strom von bestimmter Richtung, welcher auch die Inductoren B₁ B₁' umkreist. Denken wir uns dieselben als Elektromagnete, so entsteht zwischen ihren Polen ein magnetisches Feld, welches bei der Bewegung von B₁ B₁' über die feststehende Ankerspule P₁ hinweggeführt wird. Dadurch wird in den Drahtwindungen von P₁ ein Strom inducirt, dessen Richtung in der Figur durch Pfeile angedeutet ist. In den Fig. 1 bis 4 ist der resultirende Maschinenstrom durch Pfeile mit runden Köpfen ersichtlich gemacht. In dem Augenblick, wo A₁ die geometrische Achse der Inductoren M₁ M₁' passirt, tritt in den Drahtwindungen von A₁ und B₁ B₁ ein Stromwechsel (also in den Elektromagneten B₁ B₁ ein Polwechsel) ein. Die Ebenen des Stromwechsels in A B sind in den Fig. 1 bis 4 mit ο — · — · — · — ο bezeichnet. Die Gruppe A₁ B₁ B₁ ' geht dann in die Lage über, in welcher die Gruppe A₂ B₁ B₂' gezeichnet ist. Es ist nun klar, dafs die von P₁ sich entfernende Gruppe A₂ B₂ B₂' auf P₁ dieselbe inducirende Wirkung ausübt, wie die sich an P₁ annähernde Gruppe A₁ B₁ B₁', da in beiden Gruppen verschiedene Stromrichtungen herrschen. Es entsteht also in den Windungen der Ankerspüle P₁ ein Strom, dessen Richtung constant ist. Seine Intensität variirt allerdings während der Bewegung der Inductoren. Dasselbe gilt von allen übrigen Ankerspulen P₂ P₂ . . . Die in denselben inducirten Ströme können also beliebiger Weise entweder einzeln benutzt oder gruppenweise verbunden oder endlich auch alle in einen einzigen Strom vereinigt werden. Einer oder mehrere der so erzeugten Theilströme (oder auch alle vereinigt) können dazu benutzt werden, die Inductoren M₁ M₂ M₃ . . . zu umkreisen und so die Maschine zu einer dynamoelektrischen zu machen.

Es mag hier noch darauf hingewiesen werden, dafs die Zahl der Gruppen ABB¹ nicht gleich sein mufs der Zahl der Ankerspulen P bezw. der Inductoren MM'.

Fig. 2 zeigt die Anwendung des Systems bei Maschinen, wo die Ebenen der auf den Ankerspulen A₁ P befindlichen Windungen annähernd senkrecht stehen zur Bewegungsrichtung oder durch die Rotations- oder Schwingungsachse hindurchgehen. Eine Erklärung ist nicht nothwendig, da die Bezeichnung die schon früher festgestellte ist und hier nur das früher Gesagte wiederholt werden müfste.

In derselben Figur ist die Leitung des Maschinenstromes um die Inductoren M angedeutet.

Fig. 3 zeigt das Beispiel einer Anordnung, wo die Spulensysteme A und B nach verschiedenen Principien angeordnet sind.

In Fig. 4 a und 4 b ist die Erzeugung von Wechselströmen schematisch skizzirt. Es ist ohne weitere Erklärung aus den Figuren ersichtlich, dafs die in den Ankerspulen P₁ P₂ P_s inducirten Ströme bei der in Fig. 4 a gezeichneten Lage der Gruppen ABB' die umgekehrte Richtung jener haben, die bei der in Fig. 4b gezeichneten Lage inducirt werden. Der Stromwechsel tritt ein, sowohl wenn eine Gruppe die Ebene ο ο passirt, als auch wenn die Induetoren B B' die Achse der Ankerspulen P überschreiten. Sollen die Ströme aller Ankerspulen P vereinigt werden, so ist es in diesem Falle nothwendig, dafs die Zahl der Inductoren B ein ganzes Vielfaches der Zahl der Ankerspulen P sei.

Es mag schliefslich noch ein Beispiel mit hin- und hergehender (bezw. schwingender) Bewegung angeführt werden, Fig. 5. Die Bezeichnung der einzelnen Theile ist die schon früher angeführte. Die für den Hin- und Rückgang auftretenden Stromrichtungen sind durch correspondirende Pfeile bezeichnet, und es ist daher leicht, die Wirkungen zu verfolgen. In den Windungen von P entsteht wieder ein Strom von wechselnder Intensität, aber constanter Richtung. Derselbe kann daher auch um den Inductor M geleitet und die Maschine so zu einer dynamoelektrischen gemacht werden. Selbstverständlich würden bei der praktischen Ausführung mehrere solcher Systeme mit gegen einander versetzten Schwingungsphasen zu einer Maschine vereinigt. Es kann übrigens bei allen Systemen die rotirende durch die schwingende Bewegung ersetzt werden.

Um auch anzudeuten, wie die Maschinen des neuen Systems in der praktischen Anordnung sich gestalten, sind in Fig. 6 bis 10 einige Skizzen rotirender Maschinen gezeichnet, während Fig. 11 eine Maschine mit schwingender Bewegung zeigt.

Es sei jedoch ausdrücklich erwähnt, dafs weder die Form der Spulensysteme noch die Art und Weise, wie die Induction erfolgt, Gegenstand des Patentes ist, sondern lediglich die unter 1., 2., 3. und 4. angeführten wesentlichen Theile in ihrer unter den unter a), b), c) und d) angeführten Bedingungen ausgeführtenZusammenstellung. Die in den Figuren gezeichneten Zusammenstellungen dienen also nur als erklärende Beispiele.

Zur Erzeugung von constanten oder Wechselströmen für beliebige Zwecke ist mein System ohne weiteres direct verwendbar. Es können Maschinen dieses Systems auch zur Kraftübertragung als primäre Maschinen dienen. Sollen sie jedoch als secundäre (getriebene) Maschinen fungiren, so ist es nöthig, eine Vorrichtung zum Anlassen derselben anzubringen.

Für viele Fälle wird es genügen, die Maschine (bei ausgerückten Widerständen) von Hand oder durch eine Hülfskraft in Gang zu setzen. Sobald die Bewegung einmal eingeleitet ist, wird sie vom Strom der primären Maschine unterhalten. Es läfst sich jedoch zu demselben Zweck eine automatische Anordnung anbringen. Eine Abzweigung des die Maschine betreibenden Stromes wird zu zwei Saugbürsten geführt, welche, wie gewöhnlich, auf einem auf der Maschinenachse befestigten Contactring bezw. Commutator schleifen.

Zu den Contacten dieses Ringes sind von den Windungen aller oder einiger der Inductoren B Nebenleitungen geführt. Die oben erwähnten Saugbürsten sind mit einem einfachen Rotationspendel (Schwungkugelregulator) derart verbunden, dafs, sobald die Maschine (also auch das mit ihr verbundene Pendel) eine gewisse Tourenzahl erlangt hat, die Bürsten vom Contactringe abgehoben werden. Die Maschine arbeitet also beim Anlassen wie eine gewöhnliche Maschine mit Saugbürsten, während des normalen Betriebes aber als Maschine neuen Systems ohne Schleifcontacte.

Auf ähnliche Weise, wie hier zwei Anker und Inductorsysteme zu einem Ganzen vereint wurden, können auch mehrere Systeme so verbunden werden, doch ist eine solche Verbindung von geringem praktischen Werth.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Maschinensystem, bestehend aus einer Anzahl selbstständiger, weder mit einander noch mit anderen Leitungen verbundener, ununterbrochener, in sich selbst zurückkehrender und (mit Ausschlufs schleifender Contacte) permanent geschlossener, um eine in endlicher oder unendlicher Entfernung liegende Achse oscillirender oder rotirender metallischer Leitungen (Gruppen) von beliebiger Form, deren jede mit einem Theil ihrer Länge sich im Wirkungsfelde feststehender Inductoren M bewegt, während ein anderer Theil sich derart an ebenfalls feststehenden Ankerspulen P vorbeibewegt, dafs ein in der erwähnten mobilen Leitung durch die Bewegung derselben im Wirkungsfelde der Inductoren M erzeugter Strom in den Windungen der Ankerspulen P einen neuen Strom zu induciren vermag; das Ganze zum Zweck der Entbehrlichmachung der Saugbürsten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.