DE25202C - Selbsterregende Wechselstrommaschine - Google Patents

Description

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 23. September 1882 ab.

Diese Maschine vereinigt die Aufgaben der Dynamomaschinen und der Wechselstromapparate, indem sie wesentlich alternirende Nutzströme erzeugt und demnach so eingerichtet ist, dafs sie ihre inducirenden Elektromagnete aus dem eigenen Stromvorrath versehen kann. Sie hat den Zweck, durch eigenthümliche Methoden die eigenen Elektromagnete nach Bedarf mit continuirlich oder periodisch gleichgerichteten schwächeren Theilströmen zu erregen, und anderentheils durch eigenartige, solide und wirksame Construction des Inductionsapparates, in welchem die Nutzströme erzeugt werden, und endlich durch eine sichere Befestigung sämmtlicher Bestandteile einen verläfslichen, dauerhaften und für die verschiedenen Anforderungen der elektrischen Beleuchtungstechnik verwendbaren Stromerzeuger zu schaffen. Um ferner eine vollkommene Sicherheit des Betriebes, besonders dann, wenn im Arbeitsstromkreis parallel geschaltete Glühlichter brennen, zu erzielen, wird eine neuartige Erregungsart der Elektromagnete mittelst Differentialerregung angewendet, welche ermöglicht, dafs die Energie des Nutestromes genau oder annähernd in demjenigen Mafse selbsttätig zu- und abnehmen müsse, wie es die veränderte Anzahl der betriebenen Glühlichter erfordert.

Von grofser Wichtigkeit ist auch, den bestehenden quantitativen Dynamomaschinen gegenüber, der Umstand, dafs hier der mitunter sehr kräftige Nutzstrom ohne Commutation und ohne Hülfe von beweglichen Contacten aus festen Klemmen abgeführt wird, und nur die schwächeren Magnetisirungsströme entweder vorübergehend oder in einer Abzweigung gleichgerichtet werden, um sie zur Erregung der Elektromagnete brauchbar zu machen. Der zur Arbeitsstelle gehende Hauptstrom bleibt unverändert Wechselstrom.

Die Elektromagnete sind auf der AYelle radial angeordnete prismatische Eisenkerne, welche mit isolirtem Kupferdraht so umwickelt sind, wie in Fig. 1 und 2 ersichtlich, dafs der zwi-■ sehen den Kernen befindliche disponible Raum zweckmäfsig ausgenutzt sei. Die Eisenkerne werden mit den Polschuhen / verstärkt und dann mittelst Schrauben, welche von aufsen den Polschuh und den ganzen Körper des Kernes durchdringen, an die kantige Trommelnabe η festgeschraubt und aufserdem seitlich durch die zwei metallenen Scheiben s, die zur Verhinderung von Foucault-Strömen und wegen Zulassung der ventilirenden Luft vielfach durchbrochen sind, gegen einander versteift und festgehalten. Sämmtliche Elektromagnete bilden mit der Welle W ein unverdrehbares System, welches durch die Scheibe t in Rotation versetzt werden kann.

Die Draht Wickelungen der Elektromagnete werden hinter oder neben einander zu einer continuirlichen Leitung derart verbunden, dafs abwechselnd Nord- und Südpole entstehen müssen. Es ist also eine gerade Zahl der Magnetpole nothwendig, hingegen kann die Anzahl der Inductionsspulen, von jener abweichend, auch ungerade sein, ohne dafs die Entstehung von nutzbaren Wechselströmen gestört wäre. Am zweckmäfsigsten ist es, wenn nicht Raumverhältnisse es anders fordern, die Zahl der Inductionsspulen derjenigen der Magnetpole gleich, oder auch, wenn zwei Stromkreise getrennt ab-

geleitet werden, doppelt so grofs als diese zu wählen. Für die Stromwechsel ist jedoch immer nur die Anzahl der Magnetpole mafsgebend.

Die Inductionstrommel, das ist derjenige Maschinenbestandtheil, in welchem die alternirenden Nutzströme erzeugt werden, erhält folgende Construction: .

Fig. 3 zeigt den Kern der Inductionsspule. Er besteht aus zickzackförmigem, dünngeripptem Gufseisen, welches vermöge seiner eigenthümlichen Form und durch sorgfältiges Ausglühen in den Stand versetzt wird, seinen magnetischen Zustand rasch ändern zu können. Die gröfseren Zwischenräume zwischen den Rippen werden der weiteren Befestigung wegen mit hölzernen Polstern h ausgefüllt. Um die so geformten Kerne zu Spulen geeignet umzugestalten, werden auf die Breitfläche durchlöcherte Hülfsbleche b aufgeschraubt, zwischen welchen der Wickelungsraum gebildet wird. Diese Bleche sind eigenthümlich geformt, wie Fig. 3 zeigt, und so angeordnet, dafs sie keine zusammenhängende Leitung bilden, damit in ihnen keine Ströme inducirt werden können; ferner werden diese Bleche sowohl an den Spulenkernen, als auch an den zwischen den Spulen eingekeilten Kerbhölzern k befestigt und so vor Vibrationen geschützt, welche sonst ein unliebsames Geräusch der Maschine verursachen würden. Die Spulen werden entweder mit isolirten Kupferdrähten umwickelt oder es werden Q - förmig gestanzte, an einer Stelle aufgeschlitzte Kupferbleche, welche in Fig. 7 dargestellt sind, daraufgeschoben und mit den Enden wechselseitig so' verlöthet, dafs sämmtliche Bleche eine continuirliche, spiralförmige Leitung bilden, wobei die einzelnen Bleche von einander durch Asbest- oder sonstiges Papier isolirt werden.

Solche Spulen werden in entsprechender Anzahl zu einer Trommel geordnet und ihre Leitung hinter einander (nach Schema Fig. 5) oder neben einander (nach Schema Fig. 6) zu einem oder mehreren Stromkreisen verbunden.

Auf die Inductionstrommel wird, nachdem sie mit Papier schützend umhüllt wurde, eine Anzahl schmaler Holzringe r aufgeschoben, welche mit den Holzpolstern der Spulenkerne correspondiren; desgleichen wird die Trommel beiderseits durch ähnliche Holzringe begrenzt. Die Zwischenräume zwischen den Holzringen d werden entweder mit peripherial gewickelten dünnen Eisendrähten oder mit magnetisch isolirten, hochkantig aufgeschobenen dünnen Eisenringen ausgefüllt. Alsdann wird die Trommel mittelst der Traversen T, an welche die Holzpolster durch die Holzringe verschraubt werden, an die Lagerständer L der Maschine befestigt und wird auf diese Weise die Deformation und auch die peripheriale Verschiebung der Trommel oder der einzelnen Spulen verhütet.

Erwähnt mufs werden, dafs der gufseiserne Kern der Inductionsspulen kein unerläfslicher Bestandtheil derselben ist, sondern nur zur Erhöhung der Inductionswirkung beitragen soll, übrigens aber der Kern blos aus Holz, Porcellan oder anderen indifferenten Körpern hergestellt werden ,kann.

Die Schaltung der stromerregenden und stromführenden Theile geschieht nach folgenden Alternativen:

1. Der Wechselstrom, welcher in der Inductionstrommel entsteht, verzweigt sich beim Austritt aus den Klemmen a_x und «₂, Fig. 10, und geht einerseits unverändert durch die Arbeitswiderstände W₂, andererseits aber auch zu den Schleif bürsten b_x und £₂, ^{von w0 er m} die Elektromagnetwickehmg gelangen kann.

Letzteres geschieht durch Vermittelung des Commutators, Fig. 8. Die Zusammensetzung der Commutatortheile ist aus der Figur ersichtlich. Die Sectoren J₁ und S₂ am Umfang der Commutatortrommel sind rechts und links abwechselnd an den Ringen T₁ und r₂ vereinigt, während die schmaleren Zwischensectoren J₃ von beiden isolirt bleiben. Diese letzteren Sectoren sind abwechselnd entweder an den ringförmigen isolirten Stücken U₁ und u₃ oder an dem mittleren ringförmigen Stück «₂ angeschraubt, so dafs jeder zweite Zwischensector leitend zusammengehört, die diametralen aber von einander getrennt sind. Die Zwischensectoren unterbrechen daher den Contact zwischen den Bürsten und der Elektromagnetwickelung immer in dem Augenblick, wo in der Maschine der Stromwechsel eintritt. Die übrigen Sectoren J₁ und J₂, deren Anzahl gleich der Zahl der Magnetpole ist, wechseln die Berührung mit den diametral schleifenden Bürsten, so dafs der Zweigstrom gleichgerichtet werden mufs. Die Widerstände der Elektromagnetwickelung werden so gewählt, dafs die Stärke des abgezweigten und gleichgerichteten Stromes der beabsichtigten Magnetisirung entspreche.

2. Eine andere Schaltung, nach Fig. 11, bezweckt, den gleichzurichtenden Magnetisirungsstrom nur in einer Strecke der Stromleitung zwischen einer Klemme des Apparates und den Arbeitswiderständen abzuzweigen, ohne den weiteren Verlauf des Wechselstromes zu hindern. Der Wechselstrom tritt aus der Klemme a_u verzweigt sich vor der Bürste h_ly um theils durch den Commutator, theils durch den Leitungswiderstand W₁ gehend, sich hinter der Bürste ^₂ wieder zu einer Leitung zu vereinigen. Die Commutation geschieht hier nicht nach der üblichen Weise der Umkehrung, sondern dadurch, dafs nur die Ströme einer Richtung zum Theil in die Zweigleitung hinübergeführt werden , woselbst sie den Elektromagnet umfliefsen; die Ströme entgegengesetzter Richtung hingegen, durch contacthabende Theile des Com-

imitators kurz geschlossen, weiter geleitet werden, ohne in den Elektromagnetdraht zu gelangen. Am Commutator wechselt Kurzschlufs und Unterbrechung ebenso oft, als die Stromrichtung in der Maschine durch Anwendung von zwei Stromkreisen, welche getrennt und abwechselnd abgezweigt werden, und kann auf diese Art auch eine continuirliche Magnetisirung erzielt werden. Die Construction des Commutators ist aus Fig. 9 ersichtlich. Der Commutator ist nach seiner Breite in drei T.heile abgetheilt, von welchen der mittlere ebenso viele isolirte Sectoren ί enthält, als Magnetpole vorhanden sind, wogegen die übrigen Theile ununterbrochene Contactringe bilden. Eine Bürste B₁ schleift an einem Ringe T₁ oder r₂, d. h. an einem Ende der Elektromagnetwickelung, während die andere Bürste 6₂ abwechselnd S₁ und S₂, d. i. bald das eine, bald das andere Ende der Wickelung berühren mufs. Diese Schleifbürsten müssen also auch in der Achsenrichtung von einander verstellbar sein, und nur diejenige, welche auf Sectoren schleift, verursacht die Unterbrechung und den Kurzschlufs, während die andere fortwährenden Contact vermittelt. Der Uebergang der betreifenden Bürste von Sector zu Sector geschieht immer in dem Augenblick, wo in der Maschine ein Richtungswechsel des Stromes stattfindet.

Die um jeden Ring vereinigten^Sectoren sind von denen, die sich am anderen Ring vereinigen und von der Maschinenachse isolirt. Folglich ist die Leitung zwischen den Contactbürsten bald kurz geschlossen, bald wird sie durch die Umwickelung der Elektromagnete gebildet. Der Zweigstrom und mit ihm die magnetische Intensität der Pole kann mit Hülfe des veränderlichen Leitungswiderstandes W₁ regulirt werden, oder es kann, um die Stromesenergie ökonomischer auszunutzen, an Stelle von W₁ irgend ein constanter Nutzwiderstand eingeschaltet werden.

3. Die erwähnten zwei Schaltungsweisen können auch in einer Maschine combinirt werden, zu dem Zweck, um damit eine selbstthätige Regulirung der Stromintensität zu bewerkstelligen.

Diese Methode ist besonders geeignet für den Fall, dafs die Maschine parallel geschaltete Glühlichter betreiben soll. Nach Fig. 12 ist der Elektromagnet mit zwei getrennten Leitungen umwickelt, von denen jede in einen besonderen Commutator (nach Construction 1. und 2.) endigt. Der Wechselstrom passirt nach Methode 2. durch den Commutator C₂ periodisch kurz, geschlossen und so gleichgerichtet die Wickelung U₂, bevor er zur Arbeitsstelle gelangt; andererseits trennt sich von demselben Wechselstrom ein anderer, schwächerer Zweigstrom ab, welcher nach Methode 1. mit den Lampenwiderständen Nebenschlufs bildet. Dieser geht durch Commutator C₁ gleichgerichtet in die dünnere Wickelung U₁ des Elektromagnetes. Die in beiden Wickelungen von einander unabhängig circulirenden Ströme haben immer entgegengesetzte Richtungen, folglich kommt immer nur die Differenz beider bei der Erregung des Elektromagnetes zur Geltung; weil aber mit Zunahme der Widerstände im äufseren Stromkreis, d. h. wenn von den betriebenen Glühlampen welche abgestellt werden, der eine überwiegende Magnetisirungsstrom geschwächt, der geringere entmagnetisirende aber verstärkt wird, mufs folglich die magnetische Intensität der Pole mit der Anzahl der im Stromkreis activen Lampen in gleichem Sinne zu- oder abnehmen. Mit der richtigen Auswahl der Widerstände erreichen wir somit, dafs der Nutzstrom durch die beschriebene selbsttätige Regulirung der magnetischen Intensität immer in derjenigen Stärke erhalten werde, welche der jeweiligen Anzahl der im Betriebe befindlichen Lampen entspricht.

Diese Regnlirungsmethode kann auch bewerkstelligt werden, wenn die magnetisirende Drahtwickelung U₂ von einer äufseren Stromquelle, z.B. von einer Dynamomaschine, einen constanten Strom erhält, und der den Arbeitswiderständen parallel geschaltete und durch den Commutator C₁ gleichgerichtete Zweigstrom in der Gegenwickelung zur Schwächung bezw. Regulirung der magnetischen Intensität dient. Zu diesem Behufe, sowie für alle Fälle, wo die magnetische Erregung von aufsen stattfinden soll, sind die Commutatören, Fig. 8 und 9, so construirt, dafs mit passenden Kupferbürsten durch die am Rande befindlichen Contactringe r_t und ^₂ ein Strom von aufsen zum Elektromagnet geleitet werden kann. Durch Veränderlichkeit des abgezweigten Stromes wird, infolge seiner Abhängigkeit von den Arbeitswiderständen, eine selbsttätige Regulirung der magnetischen und somit auch der Stromesintensität erzielt werden, was ebenfalls vorzüglich zum Betriebe von parallel geschalteten Glühlichtern Verwendung findet.

Die Selbstmagnetisirung der Maschine kann auch so geschehen, dafs entweder eine Spule oder bei gröfseren Maschinen auch zwei Spulen von den übrigen ganz getrennt, ihren Strom an die Bürsten des Commutators behufs Gleichrichtung und Magnetisirung der inneren rotirenden Magnete abgeben, wodurch ermöglicht wird, von einer derartigen, sich selbst erregenden Maschine sowohl Bogen- als auch Glühlampen zu gleicher Zeit und auch diese beiden in verschiedenen Intensitäten zu speisen.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Die Herstellung von cylindrisch gekrümmten Sectorspulen aus dünngerippten Zickzack-

   förmigen Gufseisenkernen, welche mit Holzstücken ausgepolstert und mit angeschraubten Schutzblechen zur Aufnahme der Inductionswickelung geeignet gemacht werden, sowie die Construction einer Iriductionstrommel aus solchen Sectorspulen, indem diese, hinter oder neben einander geschaltet, einen oder mehrere Stromkreise bilden.
   Die Umwickelung dieser Sectorspulen mit isolirtem Kupferdraht derart, dafs die Drahtmasse zwischen den gekrümmten Schutzblechen zu den Magnetpolen am nächsten als Trommelsectoren angeordnet sind.
   Die Anwendung von Holzringen, welche, correspondirend mit den Holzpolstern in den Spulenkernen und an den Rändern der Inductionstrommel angeordnet, die Eisendrahtwickelung oder die dünnen Eisenringe zwischen sich aufnehmen und aufserdem sowohl die weitere Befestigung der Trommel vermitteln, als auch zur isolirten Herausleitung der Spulendrahtenden dienen.
   Die Versicherung und Befestigung der Sectorspulen durch Hülfsbleche, welche in breiteren, vielfach durchlöcherten Stücken zu beiden Seiten und an beiden Flächen der Spule und in einzelnen schmalen Streifen an der concaven Spulenfläche von einander getrennt angeordnet sind. Alle diese Bleche bilden Stücke, die nicht über die Breite eines Spulenfeldes hinausreichen und mit einander leitend nicht zusammenhängen, wodurch sowohl, als auch infolge des durchlöcherten Zustandes, die Entstehung von Inductionsströmen in ihnen verhindert ist.
   Die Befestigung dieser Blechstreifen und Schutzbleche einerseits an den Spulenkernen, andererseits an den zwischen den Spulen eingekeilten Kerbhölzern derart, dafs die Vibration der Bleche und somit das lästige Brummen der Maschine vermieden wird.
   Die Befestigung der Sectorspulen an eisernen Traversen, indem die hölzernen Polster der Spulenkerne oder eventuell der hölzerne Kern durch Vermittelung der Holzringe an den Traversen verschraubt werden, und die so bewerkstelligte Befestigung der Spulentrommel an den Lagerständern.

   7. Die beschriebene Construction eines Commutators und seine Anwendung zum Zweck der Gleichrichtung eines Zweigstromes, bestehend aus contactvermittelnden Secforen, welche in zwei isolirten Systemen durch je einen Ring zu einem Stück vereinigt sind, und aus isolirten Zwischensectoren, welche im Moment des Stromwechsels eine kurze Unterbrechung der Zweigleitung, die von Bürste zu Bürste reicht, verursachen, und die eigenthümliche Befestigung dieser Zwischensectoren an drei von einander isolirten Metallringen, indem sie abwechselnd an den zwei äufseren oder an dem inneren Ring verschraubt sind.

   8. Die beschriebene Construction eines Kurzschlufscommutators, zum Zweck, um den Wechselstrom intermittirend mit gleicher Richtung in die Elektromagnete einzuleiten und ihn zu deren Excitation zu benutzen in der Weise, dafs eine Bürste auf einem ununterbrochenen Contactring des Commutators, die andere Bürste auf demjenigen Umfang schleift, welcher in ebenso viele Sectoren getheilt ist, als Magnetpole vorhanden sind.

   9. Die vereinte Anwendung der Methoden, Wechselströme einerseits in der Abzweigung von den .Arbeitswiderständen, andererseits in einem Theil der Hauptleitung continuirlich oder intermittirend gleich zu richten, zum Zweck, dafs die nach verschiedenen Arten und in verschiedenen Commutatoren gleichgerichteten und von verschiedenen Verhältnissen abhängigen Ströme in zwei getrennte Wickelungen desselben Elektromagneten entgegengesetzt fliefsen, so dafs nur ihre Differenz bei der Magneterregung zur Geltung kommt, und die beschriebene Verwendung dieser Erregungsart zur selbstthätigen Regulirung der magnetischen Intensität und mittelbar der Stromstärke, je nach der Zahl der parallel eingeschalteten Glühlichter.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.