DE28923C - Neuerungen an dynamoelektrischen Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 23. December 188a ab.

, Zweck vorliegender Erfindung ist die Erzeugung elektrischer Ströme mit einem geringeren Aufwand an motorischer Kraft, als wie solche bisher zum Treiben dynamo-elektrischer und magneto-elektrischer Maschinen erforderlich war.

Zur Erreichung des angegebenen Zweckes kommt eine neue Anordnung von Umwickelungen auf einer diamagnetischen rohrenden Trommel zur Verwendung, die bei ihrer Drehung die Umwickelungen veranlafst, die Linien der magnetischen Kraft zu schneiden und dadurch in denselben bedeutend mehr elektrische Ströme zu induciren, als bisher bei einem gleichen Aufwand an Kraft erzielt wurden.

Die erzeugten Ströme können nach Bedarf entweder in Parallelschaltung oder Hintereinanderschaltung zur Verwendung kommen.

Eine bestimmte Elektricitätsmenge wird von den Armaturumwickelungen in die Spulen' der erregenden Magneten zur Erregung der letzteren abgegeben und wird der Widerstand des erregenden Stromes justirbar eingerichtet.

Fig. ι ist eine Endansicht, Fig. 2 eine Hauptansicht, Fig. 3 ein Querschnitt und Fig. 4 ein Längsschnitt der Maschine durch die Achse derselben.

A A sind an der Grundplatte B angeschraubte Ständer zum Tragen der feststehenden Welle C, an welcher radial stehende Weicheisenplatten D zur Bildung stationärer innerer Magnete befestigt sind.

Auf Welle C ist ein die Magneten D umgebender Armaturcylinder E lose aufgesteckt, dessen Stirnflächen aus offenen Scheiben bestehen, deren in die Länge gezogene Naben sich um Lager auf Welle C erstrecken.

Die oberen Enden der Scheiben sind mit dem aus einem diamagnetischen Material, wie starke Pappe, bestehenden Cylinder durch in dessen Peripherie eingelassene Schrauben oder sonstwie verbunden.

Um die Cylinder oder die Trommel sind der Länge nach isolirte Drahtstränge gelegt, deren Anordnung und Unterbringung der Enden aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist; letztere Figur stellt das Commutatorende der Armaturtrommel dar.

Die Armaturtrommel liegt zwischen zwei durch Bolzen mit der Grundplatte B verbundenen Seitenständern F F; Zweck dieser Ständer ist, die die Trommel umgebenden Magneten G G zu tragen, welche das äufsere Feld der erregenden Magneten bilden, von V-förmiger Gestalt sind und aus Weicheisenplatten bestehen, die durch Falze und Schraubenbolzen mit einander verbunden sind.

Diese Art der Construction erleichtert das Aufwickeln des isolirten Drahtes.

Die Magneten G stehen um die Armaturtrommel radial und concentrisch und sind mit den Seitenständern durch bronzene Bolzen G¹ verbunden, die von der einen Seite des Rahmens nach der anderen gehen.

H ist der auf die verlängerte Nabe der Armaturtrommel aufgekeilte Commutator und / eine Riemscheibe auf der anderen Seite der verlängerten Nabe zum Antrieb der Maschine.

K ist ein auf die feste Welle C aufgesetzter und drehbarer, ringförmiger Rahmen, der die Commutatorbürstenhalter trägt und durch die Querbolzen k beliebig verstellt werden kann.

Die Magneten D, Fig. 3, sind derart umwickelt, dafs sie abwechselnd Nord- und Südpole N und S bilden; ebenso sind die Magneten G dergestalt angeordnet, dafs sie mit. entgegengesetzten Polen N und 5 den Magneten D ' gegenüberstehen.

Sowohl die inneren als auch die äüfseren Magneten sind mit breiten Flächen versehen, um den Spulen der rotirenden Armatur breite erregende Felder darzubieten, und werden die Drahtenden dieser beiden Magnetgruppen nach einer Gruppirungsplatte L geleitet, wie später genauer beschrieben werden wird.

In den Fig. 2 und 5 ist die Armaturtrommel als mit 18 isolirten Drahtsträngen ausgerüstet dargestellt, die je aus zwei Drähten bestehen, um zwei getrennte Ströme zu bilden; auch kann die Zahl der Stränge verdoppelt werden, so dafs dann jeder aus einem einzelnen Draht besteht. In beiden Fällen entstehen insgesammt 7 2 Enden, die permanent zu Paaren verbunden sind, wobei jedes Paar mit einem Commutatorstab H verbunden ist.

Die Anordnung des Commutators ist durch die Details der Fig. 6 und 7 dargestellt und stellt Fig. 6 eine theilweise im Schnitt gezeigte Endansicht und Fig. 7 einen verticalen Längsschnitt des Commutators dar.

Derselbe besteht aus einer Bronzeröhre h, auf welcher ein der Länge nach mit Vertiefungen zur Aufnahme einer Anzahl bronzener Stäbe IJ versehener Hartgummicylinder h^x befestigt ist. In vorliegendem Falle sind 36 Stäbe, je zwei für jede Doppelwickelung, auf der Armatur angeordnet; die Stäbe sind im Schnitt V-förmig und einzeln mit einer abgeschrägten Fuge an jedem Ende versehen.

Die bronzene Röhre h ist an dem einen Ende mit einem schrägen Flantsch zur Aufnahme der Stabenden h? versehen, ist aber durch einen Hartgummikonus A³ von denselben isolirt.

Eine ebenfalls abgeschrägte, ringförmige Platte Λ⁴, die in die gegenüberliegenden, von ihr isolirten Stabenden A² pafst, ist mit dem anderen Röhrenende h durch Bolzen k⁵ verbunden.

Durch den Anzug der Bolzen werden die Stäbe k³ in die Vertiefungen des Hartgummicylinders k¹ gezogen und in denselben festgehalten.

Beim Betrieb der beschriebenen Maschine hat sich ergeben, dafs, wenn das Maximum der Arbeit, für welche, die Maschine berechnet ist, in den äüfseren Stromkreis gelegt wird, sich die gröfste Sparsamkeit in Hinsicht auf den Kraftaufwand zeigt.

Es ist dies eine Folge des kleinen Procentsatzes inneren Widerstandes, der im Vergleich zu dem äüfseren Widerstände besteht.

Wird aber der Betrag der Arbeit in dem 'äüfseren Stromkreis reducirt, so vergröfsert sich das Verhältnifs der totalen verwendeten Kraft durch Ueberwindung des inneren Widerstandes der Maschine, und zwar im umgekehrten Verhältnifs zur Reduction der wirkenden geleisteten Arbeit.

Diese Wirkung ist eine Folge des inneren Widerstandes der Maschine, der constant gehalten wird, obgleich die geleistete Arbeit aufserhalb variirt.

Zur Erreichung eines ökonomischen Betriebes wurden bisher die dynamo - elektrischen Maschinen speciell für eine gewünschte zu leistende Arbeit gebaut, da man annahm, dafs zur Erreichung des ökonomischen Betriebes es nöthig sei, die Maschine fast oder ganz bis zu ihrer höchsten Leistungsfähigkeit zu betreiben.

Um jedoch solche Maschinen gerade so wie andere motorische Kraftmaschinen bei sich ändernden Umständen ökonomisch arbeiten zu lassen, so dafs z. B. Lampen ganz unverändert bleiben, ob nun 100 oder 500 derselben in Hintereinanderschaltung oder in Parallelschaltung, je nach Bedarf, leuchten, wird das magnetische Feld getheilt und werden getrennte Ströme durch die Umwickelungsgruppen oder nach Umständen durch jede Umwickelung geschickt, statt dafs, wie bisher, alle Umwickelungen der erregenden Magneten verbunden wurden, wodurch ein unveränderlicher Lauf des erregenden Stromes erzielt wurde; durch das angegebene Mittel soll der Widerstand so modificirt werden, dafs er sich der vorliegenden Arbeit anpafst.

Zu diesem Zweck werden die Enden jeder Spule der inneren und äüfseren erregenden Magneten nach der Gruppirungsplatte L geleitet, welche in geeigneter Weise vor dem einen Ständer A der Maschine angeordnet ist. Mit dieser Fläche werden auch die Enden der als Leitung für den erregenden Strom nach dem Feld dienenden Drähte verbunden.

Diese Anordnung wird durch die in Fig. 8 dargestellte diagrammatische Zeichnung veranschaulicht, in welcher die äüfseren erregenden Magneten mit den Buchstaben abcdef, die inneren erregenden Magneten mit den durch den Index * versehenen gleichen Buchstaben bezeichnet sind.

Die Gruppirungsplatte kann aus einer Platte isolirenden Materials bestehen, die auf ihrer Oberfläche eine mit der Zahl der das Feld bildenden erregendenMagneten übereinstimmende Anzahl Paare von Messingblechplatten trägt. Diese Platten sind in zwei Gruppen angeordnet, von denen die eine Gruppe mit den äufseren, die andere Gruppe mit den inneren erregenden Magneten zusammengekuppelt ist.

Die Verbindung dieser Platten mit ihren entsprechenden Magneten ist dadurch angedeutet, dafs die Platten mit gleichen Buchstaben bezeichnet sind unter Hinzufügung einer Zahl, die den Pol eines jeden Magneten andeutet. So ist der Pol ι des Magneten a mit der Platte a¹, der Pol 2 desselben Magneten mit der Platte a? verbunden.

Auf gleiche Weise ist der Pol 1 des Magneten 0^X mit der Platte a^yl und der Pol 2 des Magneten a^y mit der Platte α ^χ2 und so in den beiden Gruppen durchweg verbunden.

Diese Gruppen von Platten, die sämmtlich von einander isolirt, sind durch einen Bronzestreifen g getheilt und auf drei Seiten von •einem isolirten Bronzestreifen g¹ umgeben, der durch einen Draht mit der einen Bürste Ή¹ in Verbindung steht, während der isolirte Streifen g in gleicher Weise mit der anderen Bürste W verbunden ist.

Wird nun die Maschine in Gang gesetzt, so wird der inducirte erregende Strom für das EeId an die Gruppirungsplatte L geleitet, von welcher aus er nach den Spulen der erregenden Magneten in einer für die beabsichtigte Leistung am besten geeigneten Weise geschickt wird.

Fig. 8 zeigt «ine Anzahl Löcher in dem isolirten Streifen zwischen den Plattenpaaren und den mit diesen Streifen parallel laufenden Streifen g und g¹, welche Löcher zum Zweck der Herstellung eines an beliebiger Stelle gewünschten metallischen Contactes durch Aufnahme von Metallpflöcken dienen.

Soll nun ein Strom mit dem Maximum der Intensität erzeugt werden, so werden die Magnet-Spulen nach Art der Fig. 8 mit einander verbunden, in welcher die weifsen Kreise die eingesteckten Pflöcke, die schwarzen die leeren Löcher angeben. Bei der Verbindung der Platten und Streifen nach Art der Fig. 8 ist der Lauf des Stromes der folgende:

Der durch den Streifen g eintretende Strom geht durch die Platte a³, durch die Spule des Magneten α und zurück nach der Platte a\ von dieser durch die Platte P um den Magneten b herum, zurück nach der Platte b³, von dieser durch den Contactpflodk nach Platte c³, um den Magneten.;:, zurück nach Platte c¹ und so weiter durch die Plattenreihe und die Magnetspulen,, bis der Strom die letzte Platte/² der äufseren Gruppe erreicht, welche Platte L-förmig ist, um die Platte a² theilweise zu umfassen.

Hier grenzt /³ an einen seitlichen Vorsprung der Platte <ζ^χ2 der inneren Elektromagnetenreihe und ist mit a^y3 durch einen metallischen Pflock verbunden; der Strom geht dann nach α ^{x 2} und darauf durch die Spule des Elektromagneten a^Y, von diesem nach Platte a*¹ und darauf der Reihe nach durch die Spulen aller inneren Magneten, bis er von der Magnetspule /^x nach der Platte /^x3 gelangt ist.

Durch die Verbindung dieser Platte mit dem Streifen g¹ durch den Metallcontact geht der Strom nach dem Streifen und darauf durch den Draht, der ihn mit einer Bürste H^A verbindet, wodurch der Stromkreis geschlossen wird.

Diese Art der Verbindung gestattet, den .erregenden Strom auf gewöhnliche Weise durch das Feld gehen zu lassen, und arbeitet, Wenn das Widerstandsmaximum in das Feld der erregenden Magnete erforderlich wird, die Maschine mit voller Stärke.

Soll. nun der Widerstand in dem erregenden Felde reducirt werden, um die Maschine unter veränderten Bedingungen der Leistung arbeiten zu lassen, so werden die Metallplatten mit den Streifen in der nach Fig. 9 dargestellten Weise verbunden. In derselben ist jedes Plattenpaar in directer Verbindung mit den Streifen g und g\ so dafs der bei g eintretende Strom gleichzeitig durch die Platten a^x b³ c^x d³ e¹/³ nach den entsprechenden Magneten, darauf zurück nach den Platten b¹ c³ d¹ e^sf^l a³ nach dem Streifen g^l und so nach der Bürste geht, wodurch der Stromkreis geschlossen wird.

Auf ähnliche Weise wird der Strom von dem Streifen g unter die Platten a*'¹ bis /^χ2 der inneren erregenden Magneten getheilt.

Durch derartige Verbindung der Enden auf der Fläche L wird der Widerstand der erregenden Magneten auf ein Minimum reducirt und die zum Betrieb der Maschine verwendete motorische Kraft dementsprechend proportional zur Erzeugung von Strömen für äufsere Arbeit verwendet.

Ein weiterer höchst wichtiger Vortheil durch diese Art der Reducirung des Widerstandes ist der, dafs, wenn die Hälfte oder drei Viertel der in einem Stromkreis befindlichen Lampen aufser Betrieb gesetzt wird, das Verhältnifs des inneren Widerstandes der Maschine zu der geleisteten Arbeit dasselbe bleibt und demzufolge die erforderliche motorische Kraft zum Betrieb der Maschine im Verhältnifs zur reducirten äufseren Arbeit der Maschine reducirt werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Art der Verbindung, durch welche der erregende Strom durch die Gruppe der äufseren und durch diejenige der inneren Magneten in Hintereinanderschaltung geschickt wird. Es wird auf diese Weise der Widerstand im Vergleich zur Verbindung in Fig. 9 sehr vergröfsert und im Vergleich mit Fig. 8 auf ein Viertel vermindert.

Beim Vergleich der Fig. 10 mit Fig. 8 ergiebt sich, dafs dieser Wechsel in der Arbeit der Maschine durch einfaches Ausziehen desjenigen Metallpflockes bewirkt wird, der die Platte/² mit der Platte ö*⁸ verbindet, und dadurch, dafs diese beiden Platten, a^xa mit dem

Streifen g und y² mit dem Streifen g¹, durch Pflöcke in Connex gebracht werden.

Die anderen Bürsten H"* für die äufseren Stromkreise können in geeigneter Weise mit einer zweiten Gruppirungsplatte M, Fig. ι und 8, verbunden werden, die, mit Metallpflöcken versehen, eine bequeme Verbindungsweise der Bürstendrähte für Parallel- und Hintereinanderschaltung, je nach der zu verrichtenden Arbeitsleistung, gestatten.

Bei Beschreibung dieses Theiles der Erfindung ist auf eine Maschine Bezug genommen, bei welcher der erregende Strom von einem der Hauptstromkreise ausgeht; es kann derselbe jedoch auch von einem Nebenstromkreise auf bekannte Weise oder von einer von der zu erregenden Maschine getrennten Quelle kommen; der auf irgend eine Weise abgeleitete Strom wird stets nach der Gruppirungsplatte L geleitet und durch das magnetische Feld in der oben genannten Weise, je nach der zu "verrichtenden Arbeit, vertheilt.

Es geht hieraus hervor, dafs die Anwendung dieses Theiles der Erfindung sich nicht nur auf die Form der in den Zeichnungen dargestellten dynamo-elektrischen Maschinen beschränkt, sondern überall da verwendet werden kann, wo das Feld zwei oder mehrere Magneten enthält.

Die Stränge oder Umwickelungen auf der 'Armaturtrommel haben die Form eines breiten Gliedes, das, wie oben dargelegt, aus einem oder mehreren Drähten besteht, und ist ein weiteres Merkmal der Erfindung darin zu finden, dafs, anstatt dafs die Drähte auf die Armatur in Lagen aufgewunden werden, jeder Draht oder Strang auf eine Form von geeigneter Länge gewickelt wird, so dafs er auf die Armaturtrommel pafst.

Fig. 11 ist eine Umwickelung oder ein Strang von der angewendeten Art, Fig. 12 eine Seitenansicht und Fig. 13 eine Endansicht der Form, auf welche der Draht aufgewunden wird. Es besteht dieselbe aus einer Grundplatte a, die auf einem Spindelköpf befestigt wird, und aus einer Formplatte b, die durch Schraube c mit Flügelmuttern an der Grundplatte befestigt wird.

Die Platte h besteht aus drei losen Theilen, Fig. 12, deren mittlerer diagonal angeordnet ist und an den Contactenden nach innen schwach abgefast ist, um durch seine Wegnahme die Abhebung der Wickelung von der Form zu erleichtern, wenn die Platte von der Grundplatte abgehoben ist.

Der zur Aufwickelung zu verwendende Draht wird zunächst auf gewöhnliche Art mit Baumwollenfäden umsponnen und dann durch ein Bad isplirender Masse, wie in Kohlenwasserstoff gelöster Asphalt oder einer anderen isolirenden Composition, gezogen und in noch nassem Zustande langsam auf die Form aufgewunden, nachdem vorher noch kurze Bänder in transversaler Richtung um die Form herum zur Aufnahme des Drahtes angelegt sind. Ist die gewünschte Drähtlänge in dem Strang aufgewickelt, so wird dieser durch die Bänder zusammmengebunden, dann die Form von der Spindel abgehoben und in eine Trockenkammer gebracht, damit die Lösung trocknet.

Nach Erhärtung der isolirenden Masse wird der Strang von der Form weggenommen und zeigt dann die aus Fig. 11 ersichtliche Gestalt. Für die Befestigung der Spule auf der Armaturtrommel ist es jedoch nothwendig, die Enden der Umwickelung aufzubiegen, damit sie über einander zu liegen kommen und auf der Trommel durch geeignete Metallbänder oder Klammern gehalten werden können.

Zur Erleichterung des Auf biegens der Stränge kann ein Elektricitätsstrom durch jeden Strang geschickt werden, um ihn zu erhitzen und weich zu machen, und werden dann die Stränge in diesem weichen Zustande auf die Trommel durch Druck in der gewünschten Form aufgeprefst.

Die Stränge werden auf die Armaturtrommel derart aufgelegt, dafs sie die gesammte Trommeloberfläche bedecken, und werden die Seiten der Stränge gleichmäfsig glatt gehalten, während die Enden durch das Uebereinanderliegen unregelmäfsige Kanten bilden, die sich aber nach den Fig. 2 und 4 aufserhalb der von den erregenden Magneten G eingenommenen Fläche befinden.

Es wird dann um die bedeckte Trommel ein Band von einer Breite gelegt, die etwas gröfser als die Länge der erregenden Magneten ist, um die Stränge in ihrer Lage zu halten.

Ferner werden Verschlufsringe e¹ über den Enden der Stränge angebracht und durch Schrauben mit den Armaturtrommel-Stirnflächen verbunden.

Durch Anbringung zweier Lagen von Strängen auf der Trommel und die Verbindung ihrer Enden mit den Commutatorstäben nach Art der auf einander folgenden Zahlen in Fig. 5 werden zwei Ströme erzeugt, die in entgegengesetzten Richtungen laufen und an der Collectorbürste zusammenkommen.

In der beschriebenen Maschine ist dieselbe mit einem Commutator und sechs Bürsten versehen ; es hat sich aber für manche Zwecke als wünschenswerth herausgestellt, diese Bürsten zu zwei Gruppen mit einander zu verbinden.

Statt die Bürsten zusammen zu verbinden, kommt jetzt nur ein Bürstenpaar zur Verwendung und werden die Stäbe, Streifen oder Platten des Commutators in Gruppen zu dreien mittelst wegnehmbarer Metallgruppirungsstücke verbunden, die von einander isolirt sind.

Fig. 14 ist eine Endansicht des Commutators mit den dabei zur Verwendung kommenden

Gruppirungsplatten, Fig. 15 eine Seitenansicht und Fig. 16 ein theilweiser Schnitt.

Λ² sind die Stäbe des Commutators H, der mit den Umwickelungen der Armatur auf die beschriebene Weise verbunden ist. Die freien Enden dieser Stäbe sind mit Oesen versehen, in welche die aus den inneren Flächen einer Reihe der Gruppirungsplatten A^s vorstehenden Contactstifte eintreten. Diese Platten bestehen aus dünnen Bronzeplättchen, die auf der Nabe des Armaturcylinders, isolirt von derselben, befestigt werden. Sie stehen dicht neben einander angeordnet vor dem freien Commutatorende.

An jede der Platten A⁶ sind in gleichen Abständen von einander drei Contactstifte von solcher radialen Ausdehnung angebracht, dafs die Stifte ' die Oesen in den freien Enden der Commutatorstäbe erreichen. Dabei ändern sich die Längen der Contactstifte für jede Platte, so dafs die Stifte der äufseren Platte über die sämmtlichen Gruppirungsplatten reichen, die zwischen ihr und dem Commutator liegen. Kommen die Gruppirungsplatten in die in der Zeichnung angegebene Stellung, so verbinden sie die Stäbe /ι² in Gruppen zu dreien, demzufolge in Wirklichkeit eine Reihe von 12 Endplatten für die Armatur gebildet wird.

Hierdurch wird nicht allein die Reibung auf dem Commutator reducirt, sondern es wird auch die aus der Bildung von Extraströmen herrührende Funkenbildung, sowie der von der häufigen Contactbildung und Contactunterbrechung herkommende Verlust an Strom beträchtlich vermindert.

Diese Construction der Stromgruppir-Anordnung ist auch für andere Formen des Commu-' tators als der oben beschriebenen zu verwenden.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. In einer dynamo-elektrischen Maschine, in welcher die erregenden Magneten um eine diamagnetische Trommel und concentrisch zu derselben angeordnet sind, die Anordnung der in Fig. 11 dargestellten Drahtstränge in der Weise auf der Trommelfläche, dafs die vorher fertig gewickelten einzelnen Stränge in Querrichtung auf diese Umfläche aufgelegt werden und demnach, wie im Querschnitt, Fig. 4, und in Seitenansicht, Fig. 5, ersichtlich, mit ihren Enden über und unter einander liegen, wobei sämmtliche Drahtstränge bündig mit der Trommelkante abschneiden und demnach leichter Zugang zu dem Trommelinnern behufs Einstellung oder Entfernung der inneren erregenden Magneten geschaffen ist.
2. 2. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung der Verbindung des Commutators mit den Enden der Armaturumwickelungen, wodurch zwei in entgegengesetzten Richtungen laufende Ströme an jeder Collectorbürste zusammenkommen.
3. 3. In elektrischer Verbindung mit der Quelle des erregenden Stromes für das magnetische Feld einer dynamo - elektrischen Maschine die Anordnung einer Umschalteplatte, an welche der Arbeitsstrom nicht herantritt und in welcher die Spulen der verschiedenen, das innere und äufsere Feld bildenden Magneten endigen, wobei diese Anschlüsse so eingerichtet sind, dafs die Spulen einzeln oder in Hintereinanderschaltung oder in Parallelschaltung mit der Stromquelle zu dem Zweck verbunden werden können, um den Widerstand des erregenden Stromes je nach der zu leistenden Arbeit reguliren zu können, Fig. 2, 8, 9 und 10.
4. 4. Die Herstellung der Armaturumwickelungen für dynamo-elektrische Maschinen durch Aufwindung des Drahtes auf eine rotirende Form und die Formung der Stränge durch Hitze und unter Anwendung von Druck.
5. 5. Die in Fig. 14, 15 und 16 dargestellten Mittel zum Gruppiren der von der Armaturumwickelung abgeleiteten Ströme, welche Mittel in der- Anordnung abnehmbarer und an dem einen Commutatorende angebrachter Gruppirungsstücke bestehen, um die Funkenbildung sowie die Reibung der Bürsten auf dem Commutator zu vermindern.

   Hierzu 6 Blatt Zeichnungen.