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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

Vi 293985 KLASSE 21 d. GRUPPEVi 293985 CLASS 21 d. GROUP

gegeneinander verschiebbaren Bürsten.brushes that can be moved against each other.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. April 1915 ab.Patented in the German Empire on April 15, 1915.

Bei der Gleichrichtung des Wechselstromes durch einen Synchronkommutator treten bekanntlich Schwierigkeiten dadurch auf, daß die auf- und ablaufenden Bürstenkanten ein starkes Feuern aufweisen, das unter Umständen zu einem raschen Verschleiß des Kommutators führen kann, ganz abgesehen von der Neigung, lichtbogenartige Entladungen zwischen den Leitersegmenten hervorzurufen.It is well known that a synchronous commutator rectifies the alternating current Difficulties in the fact that the brush edges running up and down have a strong fire, which under certain circumstances can lead to rapid wear of the commutator, quite apart from the tendency towards arc-like discharges between the conductor segments.

ίο Eine eingehende Überlegung zeigt, daß das Feuern vollständig vermieden werden kann, sofern nur der Stromschluß und die Stromunterbrechung im Augenblick der Stromlosigkeit erfolgt.ίο A thorough consideration shows that the Firing can be completely avoided, provided only the power supply and the power interruption takes place at the moment of powerlessness.

Gemäß der Neuerung wird dies dadurch erreicht, daß die Bürsten bei wechselnder Belastung dem jeweiligen Betriebszustand entsprechend auf dem Kommutator in tangentialer Richtung ständig selbsttätig gegeneinander verschoben werden, derart, daß das Schließen und öffnen des Stromkreises immer nur im Augenblick der Stromlosigkeit erfolgt. Zum besseren Verständnis sei auf die Fig. 1 und 2 hingewiesen. Fig. 1 stellt den Stromverlauf dar in Abhängigkeit von der Induktivität des Belastungskreises. Bei sinusförmigem Verlauf wird die gleichgerichtete Spannungswelle die Form der Kurve w annehmen, wobei die Entfernung o-a genau einer halben Periode entspricht. Befindet sich im Belastungskreis etwa eine Drosselspule, so wird dies zur Folge haben, daß der Stromverlauf der Kurve W₁ entspricht, wobei o-a/ größer geworden ist als die der Spannungshalb welle entsprechende Strecke o-a. Bei noch größerer Induktivität im Belastungskreis verläuft die Stromwelle gemäß Kurve w₂, die, wie ersichtlich, sich auf das Intervall o-a" erstreckt. Soll also die ablaufende Bürstenkante stets im Augenblick der Stromlosigkeit das Leitersegment des Synchronkommutators verlassen, so muß mit zunehmender Induktivität die Lage der Bürste eine Verschiebung entsprechend der Strecke a-a" erfahren.According to the innovation, this is achieved in that the brushes are constantly automatically shifted against each other on the commutator in a tangential direction when the load changes, depending on the operating state, so that the closing and opening of the circuit only takes place at the moment of powerlessness. For a better understanding, reference is made to FIGS. 1 and 2. Fig. 1 shows the current curve as a function of the inductance of the load circuit. In the case of a sinusoidal curve, the rectified voltage wave will take the form of curve w , the distance above corresponding to exactly half a period. If there is a choke coil in the load circuit, this will have the consequence that the current curve corresponds to curve W ₁ , where oa / has become greater than the route oa corresponding to the voltage half-wave. If the inductance in the load circuit is even greater, the current wave runs according to curve w ₂ , which, as can be seen, extends to the interval oa " . If the brush edge is to leave the conductor segment of the synchronous commutator at the moment of currentlessness, then the position must with increasing inductance the brush experience a shift corresponding to the distance aa ".

Arbeitet ein Synchronkommutator oder ein Gleichrichter auf eine Gegenspannung, z. B. auf eine Batterie oder ein Gleichstromnetz von konstanter Spannung, so findet man, daß der Stromverlauf je nach Belastung die Formen w bis w₂ (Fig. 2) annehmen kann. Das Bemerkenswerte ist hierbei, daß nicht allein die ablaufende Bürste eine Verschiebung erfahren muß, sondern auch die auflaufende, die von 0 nach 0" geht.Does a synchronous commutator or a rectifier work on a counter voltage, e.g. B. on a battery or a direct current network of constant voltage, it is found that the current curve, depending on the load, can take the forms w to w ₂ (Fig. 2). The remarkable thing here is that not only the moving brush has to experience a shift, but also the moving brush, which goes from 0 to 0 ".

Die Beschaffenheit eines derartigen Synchronkommutators zeigt Fig. 3. Es bezeichnet s eine rotierende Scheibe mit dem Leitersegment I und den isolierenden Zwischenlagen m. Auf dem Umfang dieser Scheibe schleifen zwei Bürsten c und d, die offenbar nur dann eine Schließung des elektrischen Stromkreises bewirken, wenn sie gleichzeitigThe nature of such Synchronkommutators FIG. 3. referred s a rotating disk with the conductor segment I and the interlayer insulating m. On the periphery of this disc grind two brushes c and d, which appears only effect a closure of the electrical circuit when them at the same time

auf dem Leitersegment I aufliegen. Infolge Synchronismus ist dies stets der Fall, wenn die Stromrichtung im gewünschten Sinne verläuft. Sind die beiden Bürsten c und d. in tangentialer Richtung verschiebbar, so kann sowohl die Zeitdaner wie auch der Zeitmoment des Stromschlusses bzw, öffnens beliebig eingestellt werden. Die Stellung nach Fig. 3 entspricht einem Stromverlauf etwa nach Kurve w in Fig. 2.rest on the conductor segment I. As a result of synchronism, this is always the case when the current direction is in the desired direction. Are the two brushes c and d. Can be moved in the tangential direction, so both the time and the time of the current connection or opening can be set as desired. The position according to FIG. 3 corresponds to a current curve roughly according to curve w in FIG. 2.

Es ist bereits bekannt, Bürsten in tangentialer Richtung zu verschieben, doch haben die bisherigen Vorschläge nicht auf eine ständig wechselnde Belastung Rücksicht genommen, indem die passende Bürstenstellung jeweils von Hand fest eingestellt wurde.It is already known to move brushes in a tangential direction, but have the previous proposals did not take into account a constantly changing load, by setting the appropriate brush position by hand.

Dasselbe gilt auch von der ebenfalls bekannten Anordnung, die Entfernung zweier Bürsten gegeneinander zu verschieben; auch dies ist aus dem gleichen Zweck erfolgt wie bei der vorliegenden Erfindung, jedoch ohne ständige selbsttätige Regelung.The same also applies to the also known arrangement, the distance between two To move brushes against each other; this too was done for the same purpose as in the present invention, but without constant automatic regulation.

Praktisch ist es aber unmöglich, die passende Einstellung der Bürste jeweils von Hand vorzunehmen. Es muß dafür gesorgt werden, daß dies selbsttätig erfolgt. Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung, wie dies erreicht werden kann. Die Bürste & sitzt auf einem Hebelsystem h, welches mit einem Magnetkern k gekuppelt ist, der durch das Solenoid i entgegen einer Federkraft f herabgezogen werden kann. Am besten wird das Solenoid i vom Nutzstrom durchflossen, der mit zunehmender Stärke auch eine zunehmende Ver-Schiebung der Bürste bewirkt.In practice, however, it is impossible to make the appropriate setting for the brush in each case by hand. It must be ensured that this takes place automatically. Figure 4 shows a schematic arrangement of how this can be achieved. The brush & sits on a lever system h, which is coupled to a magnetic core k , which can be pulled down by the solenoid i against a spring force f. The solenoid i is best flowed through by the useful current, which, with increasing strength, also causes an increasing displacement of the brush.

Die erforderliche Verschiebung der Bürsten kann unter Umständen eine komplizierte Funktion der Belastungsstromstärke sein, mit anderen Worten, durch einen gewissen Hub des Kernes k wird jeweils eine andere Winkelverschiebung des Hebelsystems h eintreten müssen. Um dies zu erreichen, kann nach Fig. 5 die Verbindung zwischen k und h mittels Schnur, die sich auf einer gekrümmten Fläche abwindet, erfolgen. Die Krümmung des betreffenden Hebelarmes h kann experimentell passend bestimmt werden. Dadurch wird gewährleistet, daß bei jeder Belastung die Stromunterbrechung genau im Augenblick der Stromlosigkeit erfolgt. Soll die Einstellung einen gewissen Spielraum zulassen, so empfiehlt es sich nach Fig. 6, am Anfang und Ende des Leitersegments Widerstandsstufen ν einzuschalten, die geringe Ungenauigkeiten in der Bürsteneinstellung unschädlich machen.The required displacement of the brushes can under certain circumstances be a complicated function of the load current, in other words, due to a certain stroke of the core k , a different angular displacement of the lever system h will have to occur. In order to achieve this, according to FIG. 5, the connection between k and h can be made by means of a cord which winds away on a curved surface. The curvature of the relevant lever arm h can be determined appropriately experimentally. This ensures that with every load the power interruption takes place exactly at the moment when the power is cut off. If the setting is to allow a certain leeway, it is advisable, according to FIG. 6, to switch on resistance levels ν at the beginning and end of the conductor segment, which render minor inaccuracies in the brush setting harmless.

Es ist noch erforderlich, eine Einrichtung zu treffen, die Richtigstellung der Bürsten je nach Belastungsstärke leicht und sicher zu finden. In Fig. 7 bedeutet I die horizontale Abwicklung eines Leitersegments, m das anschließende isolierende Zwischenstück. Mit I, II und III sind verschiedene Stellungen, z. B. der auflaufenden Bürste c, dargestellt. In der Stellung I möge die Spannungskurve e gerade durch Null hindurchgehen. Dann wird beim Auflaufen der Bürste c auf das Leitersegment I bereits zwischen c und I eine Spannung von der Größe χ vorhanden sein. Ist die Richtung von χ von solchem Sinne, wie es im Interesse der Gleichrichtung von vornherein gewünscht wird, so wird hierdurch keine nennenswerte Störung auftreten. Befindet sich dagegen die Bürste c in der Stellung III, und zwar in dem Augenblick, wenn die Spannung e" wiederum durch Null durchgeht, so hat im Augenblick des Auflaufens zwischen Bürste und Leitersegment eine Spannung von der Größe ζ geherrscht, die aber jetzt mit Bezug auf den Sinn der Gleichrichtung eine entgegengesetzte Richtung aufweist und zu sehr starken Kurzschlußströmen innerhalb des Wechselstromkreises führen kann.It is still necessary to find a facility to find the right position of the brushes easily and safely depending on the load. In Fig. 7, I denotes the horizontal development of a conductor segment, m the subsequent insulating intermediate piece. With I, II and III are different positions, z. B. the approaching brush c shown. In position I, let the voltage curve e just pass through zero. Then, at the emergence of the brush on the conductor segment c I c and I already between a voltage of the size χ be present. If the direction of χ is in the sense that is desired from the outset in the interests of rectification, then this will not cause any disturbance worth mentioning. If, on the other hand, the brush c is in position III at the moment when the voltage e " again passes through zero, a voltage of the size ζ prevailed between the brush and the conductor segment at the moment of contact, but this is now with reference has an opposite direction for the purpose of rectification and can lead to very strong short-circuit currents within the AC circuit.

Die Anordnung nach Fig. 8 ermöglicht, die an der auf- oder ablaufenden Bürste herzustellende Spannung stets mit Leichtigkeit festzustellen. Zu diesem Zweck sitzt auf der Achse des Synchronkommutators eine zweite rotierende Scheibe s' mit einem nur wenige Millimeter breiten Leitersegment. Stimmt die ralative Lage des Leitersegments ft mit der auflaufenden Kante des Leitersegments / überein und wird ein Gleichstromvoltmeter i über I und ft in der angedeuteten Weise über Bürsten q und r mit den Leitersegmenten I und ft verbunden, so mißt man im Synchronismus stets die im Augenblick des Auf- oder Ablaufens zwischen Bürste und Leitersegment herrschende Spannung. Am Ausschlag des Instruments ist Richtungssinn und Größe der gesuchten Spannung direkt abzulesen. Durch Verschiebung der zu verstellenden Bürste d kann der Ausschlag am Voltmeter t auf ein Minimum oder ganz zum Verschwinden gebracht werden, wodurch die richtige Einstellung der Bürste d erzielt ist.The arrangement according to FIG. 8 enables the tension to be established on the brush that is moving up or down to be determined with ease at all times. For this purpose, a second rotating disk s' with a conductor segment only a few millimeters wide sits on the axis of the synchronous commutator. Does the ralative location of the conductor segment ft with the leading edge of the conductor segment / match and a DC voltmeter i through I and ft in the manner indicated q via brushes and r connected to the conductor segments I and ft, as is measured in synchronism always at the moment the tension between the brush and the conductor segment when it comes up or down. The direction and magnitude of the voltage sought can be read directly from the deflection of the instrument. By shifting the brush d to be adjusted, the deflection on the voltmeter t can be reduced to a minimum or even completely disappear, whereby the correct setting of the brush d is achieved.

Es sei noch bemerkt, daß die Hilfsbürste q auf einem Schleifring aufliegt, der mit dem Leitersegment ft leitend verbunden ist.It should also be noted that the auxiliary brush q rests on a slip ring which is conductively connected to the conductor segment ft.

Claims

Patent Claims:

i. Synchronous commutator for rectifying alternating current with in tangential Direction of mutually displaceable brushes, characterized in that the Distance of the brushes from each other by constant, automatic, the respective load Corresponding shifting of the brushes is regulated in order to close and open the circuit only in the

To reach the moment of powerlessness.

2. Device according to claim i, characterized characterized in that the displacement of the brushes takes place with the help of a curved lever arm, its matching Curvature is determined experimentally.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized by one with the main commutator coupled and displaceable auxiliary commutator for the purpose of measuring the voltage between the descending or emerging Brush edges and conductor segment.

1 sheet of drawings.