DE283721C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 283721 -KLASSE 21 d. GRUPPE

in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Dezember 1913 ab.

Bei elektrischen Motoren mit Kollektor, insbesondere solchen für Wechselstrom, zeigt sich bisweilen die Erscheinung, daß bei der Rotation infolge sogenannter Selbsterregung schädliche Ströme entstehen, die gewöhnlich eine große Stärke annehmen, viel Kraft verzehren und eine starke Erhitzung der Maschine herbeiführen. Die Erscheinungen sind sehr mannigfaltiger Natur. Sie können in der

ία Ausbildung des Motors selbst begründet, also unabhängig von der äußeren Schaltung sein; in diesem Falle tritt die Selbsterregung auch dann ein, wenn der Stromkreis des Motors vollständig geöffnet ist und der Antrieb von außen her auf irgendwelche Weise erfolgt. Oder aber die Entstehung der schädlichen Ströme kann ihren Grund in der Schaltungsart des Motors in Verbindung mit dem speisenden Transformator haben, wie z. B. bei doppelt gespeisten Kollektormotoren im Anschluß an Transformatoren mit Anzapfungen, wie sie bei elektrischer Traktion viel verwendet werden. Diese zweite Ursache der Selbsterregung wird hier nicht weiter behandelt.

Es soll zunächst die Ursache der Erscheinung näher erläutert werden.

Liegt die Erscheinung in der Bauart des Motors selbst begründet, so tritt die Selbsterregung nur bei Maschinen mit mindestens vier Polen ein. Voraussetzung ist ferner, daß mindestens die Ankerwicklung — Trommelwicklung vorausgesetzt — eine Parallelwicklung (sogenannte Schleifenwicklung) ist. Bei gewöhnlichen Ringwicklungen ist diese Bedingung gleichfalls erfüllt. Es muß ferner im Ständer die Wicklung in bestimmten Gruppen parallel geschaltet sein, oder es muß das Eisen mit ausgeprägten Polen versehen sein. Sind die Spulen der Ständerwicklung unter sich sämtlich in Reihe oder sämtlich parallel, und ist ferner das Eisen gleichmäßig verteilt, so tritt Selbsterregung" ■ innerhalb des Motors nicht auf.

In vielen Fällen spielt sich die Erscheinung so ab, daß eine Selbsterregung nicht eintritt, wenn die Bürsten genau in der neutralen Zone oder im Sinne der Drehrichtung verschoben stehen, daß sie dagegen eintritt, sobald man die Bürsten gegen die Drehrichtung zurückzieht. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß ausgeprägte Pole an der Entstehung der Ströme schuld sind. . ' .

Bei Selbsterregung innerhalb des Motors verlaufen die erzeugten Ströme stets so, als ob die Maschine nur ¹Z₂ oder ^l/₃ oder V₄ usw. soviel Pole hätte, wie sie in Wirklichkeit hat. Deshalb kann bei einer zweipoligen Maschine eine derartige Erregung nicht auftreten, es sind vielmehr mindestens vier Pole nötig; ferner ist aus demselben Grunde die Erscheinung besonders häufig bei solchen Maschinen, deren Polzahl durch möglichst viel kleinere ganze Zahlen teilbar ist, z. B. bei einer I2poligen Maschine, teilbar in 2, 3, 4, 6, bei einer 24poli-

gen außerdem in 8 und 12. Erheblich seltener und schwächer tritt die Erscheinung meistens auf bei Maschinen mit 6, 10, 14 usw. Polen.

Am leichtesten verständlich ist die Entstehung der selbsterregten Ströme, wenn ausgeprägte. Pole daran schuld sind. Man denke sich gemäß Fig. 1 einen gewöhnlichen zweipoligen Motor mit ausgeprägten Polen und dazwischen einen Anker mit Kollektor, aber beliebiger sonstiger Ausführung. Führt man dem Anker durch die Bürsten Strom zu, läßt aber die Feldspulen vollständig ausgeschaltet, so wird der Anker magnetisiert, und es bilden sich zwei Pole N und 5. Solange die Bürsten in der Neutralen stehen, verläuft die magnetische Achse des Ankers genau senkrecht zu der Achse der Ständerpole, es tritt also keinerlei Rückwirkung auf den Ständer ein. Das

20' ändert sich aber, sobald die Bürsten aus der Neutralen in beliebigem Sinne verschoben werden. Dann fällt eine Komponente der Ankeramperewindungen in die Achse der Ständerpole und erzeugt dort gleichfalls magnetische

Pole 5" und N. Der Ankerpol N wird von dem Ständerpol S angezogen, der Anker läuft also an und steigert seine Drehzahl, bis nach den bekannten Grundgesetzen ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. . Bei der Darstellung in Fig. ι würde die Ankerdrehung im Sinne des Uhrzeigers erfolgen.

Diese Erscheinung ist nun auch umkehrbar. Läßt man die Bürsten in derselben Stellung stehen, treibt aber den Anker von außen her im umgekehrten Sinne, also gegen den Uhrzeiger an und schließt die Bürsten kurz, so erregt sich die Maschine wie eine gewöhnliche Reihenschlußmaschine ; mit wachsendem Strom wächst auch das Feld und dadurch wieder der Strom, bis endlich wiederum nach den bekannten Grundgesetzen ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.

Nun übertrage man denselben Gedankengang auf eine 4polige Maschine (Fig. 12), bei der die Bürsten gleichfalls gegen die Neutrale im Sinne des Uhrzeigers verschoben sind. Bekanntlich sind bei derartigen Maschinen die beiden +-Bürsten 5 und 6 unter sich verbunden und an die Stromzuleitung angeschlossen, desgleichen die beiden —-Bürsten 7 und 8. Wenn auch die Zu- und Ableitungen abgeschaltet sind, so bleibt doch jedenfalls die Verbindung der gleichnamigen Bürsten. Betrachtet man nun z. B. die beiden Bürsten 5 und 6 und läßt die Bürsten 7 und 8 vorläufig ganz außer acht, so erkennt man durch Vergleich mit Fig. ι ohne weiteres die Analogie. Treibt man den Anker auf irgendwelche Weise gegen den Uhrzeiger an, so kann bei dem 4poligen Motor von Fig. 12 eine Selbsterregung in genau gleicher Weise entstehen wie in Fig. 1. Die beiden Pole 1 und 2 der Fig. 12 spielen dabei dieselbe Rolle wie der Ständerpol S der Fig. 1, ebenso die Pole 3 und 4 von Fig. 12 wie Pol N von Fig. i. Daß zwischen dem Pol 1 und 2 ein Ausschnitt ist, bewirkt nur, daß die Erscheinung ein wenig schwächer auftritt, hat aber im übrigen keinen Einfluß.

Man erkennt aus dieser Betrachtung, daß eine mehrpolige Maschine Voraussetzung ist, und daß ferner zwei oder mehr gleichnamige, unter sich verbundene Bürstensätze vorhanden sein müssen. Man sieht ferner, daß die Ankerwicklung derart beschaffen sein muß, daß ein Strom, der beispielsweise von Bürste 5 durch den Anker zu Bürste 6 verläuft, in dem Anker auch tatsächlich ein zweipoliges Magnetfeld erzeugt ; das trifft zu bei der' gewöhnlichen Ringwicklung und bei Trommelwicklung in Schlei fen form, dagegen nicht bei Trommelwicklung in Wellenform. Bei der Schleifenwicklung ist noch zu erwähnen, daß eine 4polige Schleifenwicklung mit' sogenanntem Durchmesserschritt in bezug auf 2polige Ankererregung eine Sehnenwicklung darstellt, bei der der Schritt gleich dem halben Durchmesser ist; infolgedessen ist auch nur der halbe Ankerumfang für die Selbsterregung wirksam, und die Erscheinung wird hierdurch etwas geschwächt, aber nicht am Auftreten verhindert.

In Fig. 12 ist der Verlauf des selbsterregten Stromes durch Pfeile angegeben. Es ist angenommen, daß der Strom durch Bürste. 5 eintritt, durch den Anker nach Bürste 6 verläuft und durch die Verbindung zwischen beiden Bürsten nach 5 zurückkehrt. -Es ist ferner angenommen, daß dabei unter der Bürste 5 wieder ein Nordpol n, unter Bürste 6 ein Südpol ί entsteht, und daß die Pole ι und 2 Südpole, die Pole 3 und 4 Nordpole werden, indem die Drehung des Ankers gegen den Uhrsinn erfolgt.

Die Bürsten 7 und 8 können nun genau die gleiche Erscheinung erzeugen wie die Bürsten 5 und 6. Die von beiden Bürstensätzen erzeugten magnetischen und elektrischen Ströme haben aber eine gewisse Rückwirkung aufeinander, und wie der Versuch zeigt, ist der Verlauf der Erscheinung alsdann gewöhnlich der, daß zunächst in dem einen Stromkreis ein Strom in der oben angegebenen Weise ent- u₀ steht, dann infolge der Rückwirkung dieses Stromkreises auch ein Strom im zweiten Stromkreis. Dieser zweite Strom drängt allmählich gewissermaßen den ersten zurück, so daß dieser auf Null herabsinkt und dann im entgegengesetzten Sinne auftritt; darauf spielt sich derselbe Vorgang in dem zweiten Stromkreis ab usf. Es bleiben also schließlich zwei periodisch verlaufende Wechselströme mit einer gewissen Phasenverschiebung zwischen den beiden Stromkreisen übrig. Die Erscheinung ist aber nicht immer die gleiche; es ist

auch beobachtet worden, daß in beiden Stromkreisen Gleichstrom entsteht und bestehen bleibtj sowie auch, daß in beiden Stromkreisen Wechselströme von verschiedener Frequenz auftreten.

Da es ganz gleichgültig ist, auf welche Weise der Motor angetrieben wird, so kann man ihn, statt ihn durch besondere Mittel anzutreiben, auch in ganz gewöhnlicher Weise

ίο durch Stromzuführung von außen her laufen lassen, wobei es wieder gleichgültig ist, ob der Motor sonst noch belastet ist oder leer läuft. Der von außen zugeführte Strom nimmt dabei den gewöhnlichen Verlauf, und die selbsterregten Ströme lagern sich einfach darüber. Bei dem Motor in Fig. 12 muß dann natürlich auch Strom durch die Feldspulen geschickt werden, und zwar in' solchem Sinne, daß der Anker entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft! Es ist ferner gleichgültig, ob der zugeführte Strom ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom ist, vorausgesetzt natürlich, daß der Motor seiner Schaltung nach mit der einen oder anderen Stromart betrieben werden kann.

Weiterhin¹ sei nun der Fall ins Auge gefaßt, daß die Selbsterregung nicht durch ausgeprägte Ständerpole, sondern durch die Ständerwicklung hervorgerufen wird. Dieser Fall liegt dann vor, wenn die Ständerwicklung oder Teile derselben gruppenweise parallel geschaltet sind und hierdurch Stromwege von solcher Art entstehen, daß ein innerhalb derselben verlaufender Strom ein Magnetfeld im Ständer erzeugt, das- Vs oder Vs oder V* ^usw· soviel Pole besitzt,-wie der Motor in bezug auf den von außen zugeführten Strom hat.

In Fig. 13 ist beispielsweise ein 4poliger Motor dargestellt mit vier Ständerspulen 1, 2, 3,4. Der Anker ist demgemäß gleichfalls 4polig; die zwei gleichnamigen Bürsten 5,6 sind miteinander verbunden, desgleichen die Bürsten 7 und 8. Wie der Motor im übrigen geschaltet ist, ob als Reihenschlußmotor, Repulsionsmotor o. dgl., ist für die vorliegende Frage gleichgültig. Der von außen her zugeführte Arbeitsstrom tritt bei dem Punkt a in die Ständefwicklung ein, verteilt sich auf die beiden Wicklungszweige 1-2 und 3-4 und verläßt den Ständer in b. Er erzeugt beispielsweise in Pol 1 einen Nordpol N, in Pol 2 einen Südpol S, in Pol 3 einen Nordpol N und in . Pol 4 einen Südpol S=

Sieht man nun von dem äußeren Strom und den Zu- und Ableitungen ganz ab und betrachtet nur die offene_; Ständerwicklung an sich, so Aväre innerhalb der letzteren lediglich ein Stromverlauf denkbar, der beispielsweise von a über Pol 1 und 2, über b und Pol 3 und 4 zum Punkt α zurückläuft. Dieser Strom würde in Pol ι einen Nordpol n, in Pol 2 einen Südpol s, in Pol 3 einen Südpol i, in Pol 4 einen Nordpol« erzeugen; denn dieser Strom durchl.äuft die Spule 1 und 2 im gleichen, die Spulen 3 und 4 im entgegengesetzten Sinne wie der normale Arbeitsstrom, der von außen her zugeführt wird.

. Dieser innerhalb der Ständerwicklung sich schließende Strom erzeugt, wie man hieraus sieht, ein 2poliges Magnetsystem im Ständer; denn die Pole η und.? wechseln nicht miteinander ab, sondern es liegen zwei w-Pole, desgleichen zwei J-PoIe nebeneinander. Man kann sich die beiden ersteren zu einem gemeinsamen Nordpol zusammengefaßt denken, ebenso die beiden letzteren zu einem gemeinsamen Südpol. .

Es besteht also an sich die Möglichkeit der Erzeugung eines zweipoligen Magnetsystems im Ständer, vorausgesetzt, daß ein entsprechender Strom irgendwie hervorgerufen wird. Das geschieht nun sehr leicht, weil im Anker ja ebenfalls zweipolige Stromwege vorhanden sind, nämlich über die Verbindungsleitungen der gleichnamigen Bürsten. Denkt man sich (Fig. 14) des leichteren Verständnisses halber die beiden Spulen 1 und 4, welche die Pole η erzeugen, zu einer gemeinsamen Spule vereinigt, desgleichen die beiden Spulen 2 und 3, und nimmt eine Drehung entgegen dem Uhrzeiger an, so würden die Bürsten 7 und 8 Gelegenheit zur Entstehung innerer Ströme geben können, bei entgegengesetzter Drehung die Bürsten 5 und 6. Denn wie man aus Fig. 14 ersieht, bildet der Anker und die Bürsten 7 und 8 samt ihrer Verbindungsleitung einerseits und das Spulensystem des Ständers anderseits einen Repulsionsmotor mit kurzgeschlossener Ständerwicklung, dessen Anker gegen den Uhrzeiger angetrieben wird, und bei dem die Bürsten gegen den Drehsinn gegenüber der Ständerachse zurückgezogen sind. Es ist bekannt, daß eine derartige Maschine sich erregt (Repulsionsgenerator), ganz ähnlich wie ein Reihenschlußgenerator, und zwar rriit einem periodisch verlaufenden Wechselstrom von unregelmäßiger Kurvenform.

Genau das Gleiche tritt also auch bei der Schaltung Fig. 13 ein. Im Anker verläuft der Strom über die Bürsten 7 und 8, im Ständer durchläuft er die Spulen 1, 2, 3, 4 hintereinander und kehrt dann über α zur Spule 1 zurück.

Da es gleichgültig ist, wodurch der Anker angetrieben wird, so kann man ihn auch durch äußeren Strom in Umdrehung versetzen. Führt man beispielsweise über α Strom zu, so daß der Strom sich über die beiden Stromzweige i, 2 und 3, 4 verteilt, führt den Strom dann von b weiter, beispielsweise zu den Bürsten 7 und 8, so daß sich der Strom auf diese beiden Bürsten verteilt, durch den Anker fließt, ihn durch die Bürsten 5 und 6 verläßt und dann ·

zur Stromquelle zurückkehrt, so ist das Ganze ein gewöhnlicher 4poliger Reihenschlußmotor. Er wird durch den zugeführten Strom in Umdrehung versetzt; sobald die genügende Geschwindigkeit erreicht ist, tritt -die Selbsterregung wie eben geschildert ein, wobei sich der selbsterregte Strom über den von außen her zugeführten Strom lagert, ohne aber die

;,; Stromkreise des Motors zu verlassen, da er ίο sich ja innerhalb des Motors schließt.

Aus diesen Erklärungen ersieht man wiederum, daß eine Voraussetzung für die Möglichkeit der Selbsterregung das Vorhandensein eines Stromweges innerhalb der Ständerwicklung ist, durch den ein Feld von ¹Z₂ oder V₃ oder Y₄ usw. soviel Polen erzeugt wird, wie der Motor normal hat, ferner das Vorhandensein einer Parallelwicklung im Anker und von einem Bürstensystem, bei dem die gleichnamigen Bürsten unter sich verbunden sind. Die Stellung der Bürsten ist in diesem Ealle gleichgültig, da in jeder Stellung wenigstens eine Bürstengruppe vorhanden ist, die in bezug auf das selbsterregende Ständersystem in einer Generatorstellung steht.

Gegenstand der Erfindung sind nun die besonderen Mittel, mit denen man das Auftreten der Selbsterregung verhindern kann.

Ein solches Mittel besteht darin, daß man nicht, wie üblich, die gleichnamigen Bürsten unter sich verbindet, sondern daß zum mindesten die Bürstengruppe der einen Polarität aufgelöst und jede Bürste einzeln an die entsprechende Spule der Ständerwicklung angeschlossen wird. In Fig. 2 ist beispielsweise eine 8polige Maschine dargestellt, bei der die Ständerspulen zu je zwei in Reihe, vier Spulenpaare unter sich parallel geschaltet sind. Der Anker hat die normale Schaltung; es sind also 4 +-Bürsten unter sich verbunden, desgleichen 4 Bürsten. Angenommen ist ferner die bei Kollektormotoren meist übliche Reihenschaltung von Feld- und Ankerwick-

. ■ lung. Bei einer solchen Maschine würde nach dem oben Gesagten Selbsterregung eintreten können.

Wenn die Maschine in normaler Weise als Motor betrieben wird, so ist der Stromverlauf beispielsweise der, wie er in der Figur angegeben ist. Der von außen zugeführte Strom tritt zunächst in den äußeren Sammelring a, läuft von hier aus durch Spule 1 und 2 nach dem inneren Sammelring b, ebenso durch die

, Spulen 3 und 4 und die übrigen. Vom inneren Sammelring. & der Ständerwicklung tritt der Strom dann in den äußeren Sammelring c der Bürsten, tritt beispielsweise durch die Bürsten 12, 14 usw. in den Anker ein und verläßt ihn

■: ■ über die Bürsten 11, 13 usw. Von der die letzteren verbindenden Sammelschiene d geht der Strom dann zur Stromquelle zurück. Da die Maschine hierbei als Motor arbeitet, so muß die durch die Drehung erzeugte Gegen-E. M. K. im Anker in entgegengesetzter Richtung verlaufen wie der Strom. Erzeugt die Spule ι einen Nordpol N und die Spule 2 einen Südpol S, so ruft N' in dem Ankerabschnitt zwischen den Bürsten .11 und 12 eine Spannung hervor, die von der Bürste 11 nach der Bürste 12 gerichtet ist, und der Südpol S erzeugt in dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E. M. K., die von 13 nach 12 gerichtet ist.

Der selbsterregte Strom dagegen nimmt einen Verlauf, wie er in Fig. 15 angegeben ist. In Spule 1 beispielsweise möge er in einem bestimmten Zeitpunkt nach wie vor von der äußeren Leitung α zu der inneren Leitung" b fließen. In Spule 1 erzeugt er also wieder einen Nordpol n, in Spule 2 einen Südpol s. Durch die innere Leitung b läuft er dann zur Spule 4, durch diese und durch Spule 3 hindurch zur äußeren Leitung α und kehrt durch diese zum Anfang der Spule 1 zurück. In den Spulen 5 undo bzw. 7 und 8 wiederholt sich derselbe Verlauf.

Spule 3 erzeugt also einen Südpol s, Spule 4 ■■ einen Nordpol n. Die beiden Pole 2 und 3 kann man sich zu einem gemeinsamen Südpol vereinigt denken. Nun erzeugt der Südpol von Spule 2 innerhalb des Ankerabschnittes 12, 13 eine E. M. K. in Richtung von 13 nach 12, also muß auch bei der betrachteten Stromrichtung in den Ständerspulen die Stromrichtung''im Anker. von 13 nach 12 gehen. Der Strom verläuft also von 13 nach 12, tritt durch Bürste 12 in den äußeren Sammelring c der Bürsten, durch diesen zurück zur Bürste 14 und von 14. wieder zu dem Punkt 13 der Ankerwicklung. Die Bürsten 13 und 11 spielen bei diesem Vorgang keine Rolle.

Wenn man nun gemäß Fig. 3 die Parallelschaltung der Ständerspulen und der Bürsten aufhebt, so ergibt sich folgende Wirkung:

Betreibt man die Maschine in normaler Weise mit von außen zugeführtem Strom als Motor, so ist eigentlich keine Änderung gegen früher vorhanden. Angenommen, der Strom tritt beispielsweise ■ in Spule 2 von außen her ein, läuft durch diese hindurch von außen nach innen und geht dann in Bürste 12 und in den Anker, so wird in 2 wieder ein Südpol 6" erzeugt ; dieser ruft bei der Rotation in dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E.'M. K. entgegen der Stromrichtimg, also in Richtung 13, 12, her-" vor. ^1X5

Mit der Selbsterregung dagegen verhält es sich ganz anders. Wird die Maschine angetrieben und ist in dem Pol 2 ein gewisser r.emanenter Magnetismus vorhanden (und zwar Süd), so erzeugt dieser bei der Rotation in dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E. M. K. in der Richtung 13, 12. Diese E. M. K. erzeugt

einen kleinen Strom, der, wenn er durch Bürste 12 austritt, nun nicht mehr, wie in Fig. 15, zur Bürste 14 laufen kann, sondern unbedingt durch die Ständerspule 2 laufen muß. Und zwar muß er hierin von innen nach außen laufen, erzeugt also einen entgegengesetzten Magnetismus wie früher, d. h. Nordmagnetismus. Dieser vernichtet den ursprünglich als vorhanden angenommenen remanenten Südmagnetismus, der Selbsterregungsanstoß wird somit nicht verstärkt, sondern abgetötet. Selbst wenn der zuerst erzeugte, kleine Strom nicht dutch Bürste 12 austritt, sondern im Anker weiterläuft und durch irgendeine andere Bürste, z. B. Bürste 11, austritt, so ergibt sich genau das gleiche Bild. Von Bürste 11 muß er unbedingt durch die Ständerspule 1, durchläuft diese von innen nach außen, erzeugt dort einen Nordpol n, dieser Nordpol erzeugt ao in dem Ankerabschnitt 11, 12 eine E. M. K. in Richtung 11, 12, die dem kleinen Strom entgegenwirkt, ihn also vernichtet.

Wie also auch der Strom im Anker verlaufen mag, immer muß er beim Austreten aus den Bürsten durch die zugehörige Ständerspule, und diese erzeugt unter allen Umständen in dem zugehörigen Ankerabschnitt eine E. M. K., welche diesem Strom entgegenwirkt, also ihn nicht verstärkt, wie es die Voraus-Setzung der Selbsterregung ist, sondern ihn abtötet.

Die Wirkungsweise hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Parallelbetrieb von Reihenschlußmotoren. Denkt man sich nach Fig. 5 zwei 2polige Reihenschlußmotoren mit den Feldspulen 1, 2 bzw. 3, 4 und den Bürsten 11, 12 bzw. 13, 14 parallel geschaltet, so besteht bekanntlich keine Schwierigkeit, solange nicht die beiden Bürsten 11, 13 miteinander verbunden werden. Denn solange dies nicht der Fall ist, muß der Strom des Ankers 11, 12 unbedingt durch die zugehörigen'Feldspulen 1,2 gehen. Wird also aus irgendwelchem Grunde der Strom in diesem Motor etwas stärker, so werden auch die Feldspulen stärker erregt, die Gegen-E. M. K. wächst und bringt somit den Strom auf den ursprünglichen Wert zurück.

Sind dagegen -die Bürsten 11 und 13 unter sich verbunden und ist aus irgendwelchem Grunde der Strom in den Spulen 1, 2 etwas stärker als in 3,4, so wird im Anker 11, 12 eine stärkere Gegen-E. M. K. erzeugt als in 13, 14. Der erstere drängt also den Strom gewissermaßen weg und in den Anker 13, 14 hinüber.

Denkt man sich die beiden 2poligen Motoren zu einem einzigen 4poligen Motor vereinigt, so erhält man das Bild Fig. 4, wobei wiederum die Bürsten 11 und 13 miteinander verbunden zu denken sind. Läßt man diese Verbindungsleitung weg, so erhält man die Schaltung nach dem Prinzip der Fig. 3 (allerdings nur bei den Bürsten der einen Polarität).

Das soeben behandelte Mittel der Verbindung der Bürsten mit einzelnen Feldspulen ist sehr wirksam und bringt auch sonst noch gewisse elektrische Vorteile mit sich, hat aber bisweilen bauliche Schwierigkeiten im Gefolge, namentlich dann, wenn einzelne Bürsten unzugänglich sind und der. Bürstenring deswegen zum Zweck, diese Bürsten nachzusehen, drehbar gemacht werden muß. In diesem Falle müßte man alle die einzelnen Bürstenanschlüsse lösen und nach dem Zurückdrehen des Bürstenringes wieder befestigen. '

Es genügt bisweilen, wenn man nur die " Bürsten der einen Polarität in der geschilderten Weise auflöst, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. · In Fig. 9 sind sämtliche Bürsten aufgelöst. Fig. 10 zeigt dieselbe Maschine, wenn nur die Bürsten der einen Polarität Einzelanschlüsse .erhalten. In manchen Fällen kann man noch weiter gehen und kann von den Bürsten j eder Polarität gewisse Gruppen bilden. So ist z. B. in Fig. 11 eine Maschine mit 24 Polen dargestellt,-bei der immer vier Feldspulen und vier Bürsten zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Feldspulen I, 7, 13 und 19 unter sich parallel oder in Reihe geschaltet werden, ebenso die Bürsten 1,7, 13 und 19, und so die genannten Feldspulen und Bürsten in Reihe geschaltet werden, ebenso die Feldspulen 3, 9, 15 und 21 sowie die Bürsten gleicher Nummern, ebenso die Feldspulen und Bürsten 5, 11, 17 und 23. Hiermit sind sämtliche Bürsten der einen Polarität angeschlossen; von den Bürsten der anderen Polarität werden entsprechend die Bürsten 2, 8, 14 und 20 unter sich parallel geschaltet und mit den Feldspulen gleicher Nummern verbunden. Ebenso die Bürsten 4, 10, 16 und 22 und endlich die Bürsten 6, 12, 18 und 24. Diese Schaltung ist in der Fig. 11 dargestellt. Selbstverständlich können auch andere Kombinationen getroffen werden, beispielsweise statt 6 Grup- · pen von je 4 Spulen, 8 Gruppen von je 3 Spulen, 12 von je 2 oder auch 4 von je 6, 3 von je.8. In allen Fällen ist es aber von Wichtigkeit, daß die unmittelbar miteinander verbundenen, gleichnamigen Bürsten möglichst weit voneinander, entfernt liegen. Der Grund hierfür ist leicht einzusehen. Wenn beispielsweise, wie in dem genannten· Beispiel angegeben, Bürste I mit Bürste'7 verbunden ist, so wird hierdurch ein Kurzschlußstromkreis gebildet, der sich über 6 Pole erstreckt. Das durch die Eigenerregung sich bildende Magnetfeld muß dann ebenfalls sich über 6 Magnetpole erstrecken, es muß also den Eisenrücken in Ständer und Läufer auf eine verhältnismäßig lange Strecke durchlaufen; zur Er-

regung sind also verhältnismäßig viel Amperewindungen nötig, und dadurch wird bekanntlich die Eigenerregung erschwert.

Eine weitere Erregung kann in an sich bekannter Weise dadurch herbeigeführt werden, daß das Eisen in der Mittellinie eines jeden Poles stark eingezogen, mit Ausschnitten versehen wird o. dgl.

Eine noch weitergehende Vereinfachung

ίο kann in solchem Falle vorgenommen werden, wo der Ständer mehrere Wicklungen, z. B. eine Feldwicklung und eine Kompensationswicklung, enthält, und wo bei der im Betrieb benutzten Bürstenstellung die Bürsten gegenüber der einen, aber nicht gegenüber beiden Wicklungen derart liegen, daß sie zur Selbsterregung geeignete Stromkreise bilden. Es kann z. B. die Sache so liegen, daß die Feldwicklung an sieb mit der Ankerwicklung keine Selbsterregung gibt, wohl aber die Kompensationswicklung. Hier läßt sich nun die Erscheinung dadurch vermeiden, daß man nicht j ede Wicklung des Ständers für sich behandelt, sondern in einzelne Spulen auflöst, wobei natürlich beide. Wicklungssysteme eine gleichwertige Schaltung erhalten müssen. Es werden also die Spulen nicht, wie in Fig. 6 dargestellt, beispielsweise sämtlich parallel geschaltet, sondern man verbindet gemäß Fig. 7 von den äußeren Spulen, die z. B. die Feldspulen darstellen, Spulen 1, 2 usw. bis 6, nur die äußeren Enden miteinander, geht aber mit den inneren Enden einzeln zu den äußeren Enden der Spulen 11 bis 16 (die beispielsweise Kompensationsspulen sind), während das andere Ende der letzteren gemeinsam verbunden wird. Dann bilden beispielsweise die Spulen 1 und 11 gewissermaßen ein Ganzes, ebenso 2 und 12 usw. In den Fällen, wofür die vorliegende Schaltung sich eignet, hat dann das gemeinsame Spulensystem 1-11, 2-12 usw. nicht mehr eine solche Lage gegenüber den Ankerbürsten, daß sich eine Selbsterregung bilden kann, während beispielsweise in Fig. 6 die Spulen

45- 11, 12 usw. für sich allein, eine solche Lage hätten.

Dies letztere Mittel scheint von dem in Fig. 3 dargestellten verschieden zu sein, ist aber in Wirklichkeit dem inneren Wesen nach dasselbe. Da sich nämlich Anker und Kompensation gegenseitig transformatorisch beeinflussen, so erreicht man dasselbe, wenn man irgendeine Maßnahme mit der Kompensationswicklung vornimmt, wie mit der Ankerwicklung. Das bekannteste Beispiel dafür bildet der Repulsionsmotor, bei dem bekanntlich die Kompensationswicklung vollständig die Rolle der Ankerwicklung übernimmt. Wenn also in Fig. 7 die Verbindung zwischen den Anfängen der Spulen 11 bis 16 aufgehoben wird, so ist dies dem Wesen nach ein gleichwertiges Mittel, wie wenn in Fig. 3 die Verbindung zwischen den Bürsten 11 bis 17 aufgehoben wird.

Welche von beiden Schaltungen man anwendet, hängt von den Umständen ab. Die Schaltung Fig. 3 ist die gegebene, wenn keine Kompensation oder nur eine Kurzschlußkompensation vorhanden ist; den Drehsinn des Motors kann man umkehren, indem man entweder die Bürsten um i8o° elektrisch verschiebt oder indem man die Anschlüsse der Spulen an den Bürsten zyklisch vertauscht, also Spule 1 an Bürste 12, Spule 2 an Bürste 13 usw., Spule 8 an Bürste 11 legt.

Bei der Schaltung- nach Fig. 7 muß, gleichgültig, ob Bürstenverschiebung verwendet wird oder nicht, beim Wechsel der Drehrichtung jede einzelne Kompensationsspule gegen jede einzelne Feldspule umgeschaltet werden, d. h. der Umschalter muß aus so viel Einzelschaltern bestehen, wie Stromzweige vorhanden sind. Da in Wirklichkeit die Kompensationsspulen 11 bis 16 gegenüber den Feldspulen 1 bis 6 um 90⁰ elektrisch verschoben sind, kann es von Vorteil sein, gleichzeitig mit dem Umschalter eine zyklische Vertauschung der Anschlüsse vorzunehmen derart, daß beim Linkslauf beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, Feldspule i mit Kompensationsspule 11, Feldspule 2 mit Kompensationsspule 12 verbunden ist usw., bei Rechtslauf dagegen Feldspule i mit Kompensationsspule 16, .Feldspule 2 mit Kompensationsspule 11, Feldspule 3 mit Kompensationsspule 12 usw. Einen dementsprechend eingerichteten Umschalter zeigt schematisch Fig. 8, wobei jeder Einzelschalter in an sich bekannter Weise aus vier Kontakten besteht, die durch je zwei Kontaktbrücken in Form von Viertelkreisbögen derart verbunden sind, daß jeweils entweder zwei horizontal nebeneinander liegende oder beim anderen Drehsinn je zwei vertikal übereinander liegende Kontakte verbunden sind. In der in Fig. 8 dargestellten Lage des Umschalters ist die Schaltung dieselbe wie in Fig. 7; von Spule ι geht der Strom über die Kontakte a, b durch Spule 11, über die Kontakte g, h und die Sammelschiene η an den Anker; wird der Umschalter umgelegt, so würde der Strom von Spule ι über die Kontakte a, c durch Spule 16, über die Kontakte k, m und die Sammelschiene η an den Anker gehen; von Spule 2 über die Kontakte e, g durch Spule 11, über die Kontakte b, d ebenfalls nach n. Es ist also eine zyklische Vertauschung der· Spulen- ^: anschlüsse erreicht, ohne daß der Umschalter deswegen , irgendwie kompliziert zu sein braucht. _: ■

Bei solchen Maschinen, die im Ständer keine getrennte Feld- und Kompensationswicklung haben, sondern nur eine gemeinsame

einachsige Wicklung, kann man die beiden Schaltungen gewissermaßen vereinigen, indem man nach Fig. 9 die Ständerwicklung in ebensoviel Einzelspulen zerlegt, wie Pole vorbanden sind, und jede Bürste der einen Polarität einzeln mit der zugehörigen Ständerspule in Reihe schaltet, ebenso jede Bürste der anderen Polarität einzeln mit ihrer zugehörigen Ständerspule, so daß insgesamt die eine Hälfte der Ständerspulen den einen Endpol der Maschine bildet, die andere Hälfte der Ständerspulen den anderen. Die freien Enden der Ständerspulen werden, wie Fig. 9 zeigt, an je eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen.

Hierbei sind, wie gesagt, beide Schaltungen vereinigt. Denn jede Ständerspule bildet sowohl eine Feld- wie eine Kompensationsspule; es sind also die Feldspule und die Kompensationsspule jedes Poles unmittelbar in Reihe geschaltet und nur die freien Enden oder vielmehr sogar nur das eine freie Ende verbunden. Ferner ist die Ständerwicklung in einzelne Spulen aufgelöst und einzeln mit den Ankerbürsten verbunden.

Auch für diese Schaltung läßt sich die gruppenweise Zusammenfassung der Spulen durchführen.

Claims (4)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Schaltung zur Beseitigung der durch Selbsterregung induzierten inneren Ströme bei mehrpoligen Kollektormaschinen für Gleich- oder Wechselstrom mit oder ohne Bürstenverschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß
   ι. in solchen Fällen, wo die Selbsterregung

   unabhängig von der Ständerwicklung

   auftritt, die gleichnamigen Bürsten nicht unmittelbar durch Sammelschienen unter sich verbunden sind, sondern daß wenigstens von den Bürsten der einen Polarität jede einzelne Bürste mit einer einzelnen Feldspule der Ständerwicklung unmittelbar in Reihe geschaltet wird, wobei jede Bürste mit einer solchen Feldspule verbunden wird, daß _x deren zugehöriger, vom inneren Strom erregter Pol bei der Drehung die an der betreffenden Bürste auftretende innere Selbsterregerspannung schwächt,
   2. in solchen Fällen, wo die Ständerwicklung die Quelle der Selbsterregung bildet, die einzelnen Spulen der Feldwicklung sowohl wie auch der Kompensationswicklung nicht je für sich einzeln oder gruppenweise parallel geschaltet sind, sondern daß jede einzelne Spule oder Spulengruppe der Kompensationswicklung mit jeder einzelnen Spule oder Spulengruppe der Feldwicklung für sich in Reihe geschaltet wird und nur die äußeren freien Enden der Spulenkombinationen an gemeinsame Sammelschienen angeschlossen werden.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung der Drehrichtung zugleich mit der Umschaltung auch eine zyklische Vertauschung der Anschlüsse zwischen den Feldspulen und Bürsten oder zwischen den Feld- und Kompensationsspulen vorgenommen wird.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch i, bei der Feld- undKompensationswicklung von vornherein zu einer gemeinsamen Wicklung vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese gemeinsame Ständerwicklung in einzelne Spulen aufgelöst ist, von denen nur je ein Ende an Sammelschienen angeschlossen wird, während das andere Ende jeder einzelnen Ständerspule unmittelbar an die zugehörige Bürste gelegt wird.
4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse- und Ankerwicklung nicht in einzelnen Spulen, sondern in Gruppen von je zwei, drei oder mehr Spulen mit den entsprechenden Bürsten verbunden werden. g₀

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.