DE29967C - Maschine zur Erzeugung gleichgerichteter intermittirender oder kontinuirlicher elektrischer Ströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

Ströme.

Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen, in welchen nach einer neuen Methode gleichgerichtete intermittirende oder constante elektrische Ströme erzeugt werden. Diese Methode besteht darin, die bei der Bewegung von Drahtspulen in magnetischen Feldern hervorgebrachten Stromimpulse zu gleichgerichteten intermittirenden oder continuirlichen Strömen mittelst einer allmäligen Commutation der Spulen zu vereinigen, d; h. einer Commutation, welche sich auf einmal nur auf einen kleinen Theil, nach und nach aber auf die ganze Spule erstreckt. Während also bei den bisherigen Maschinen die Commutation jeder Drahtspule immer plötzlich in dem Augenblick erfolgt, wo der Wechsel in der Richtung der Stromimpulse stattfindet, so werden hier die einzelnen Theile der Spulen, schon bevor dieser Wendepunkt für die ganze Drahtspule erreicht ist, einer nach dem anderen eingeschaltet.

Betrachtet man die Strombahn für sich, also nur den Lauf des Stromes, ohne Rücksicht darauf, dafs die Stromleitung abwechselnd durch andere Drahtstücke vermittelt wird, so ist bei den bisherigen Maschinen die Strombahn nach jeder Commutation wieder eine ganz ähnliche wie vorher. Bei diesen neuen Maschinen ändert sich die Strombahn durch die allmälige theilweise Commutation der Spulen, indem erst nach einer gewissen Anzahl Umschaltungen die Strombahn wieder die nämliche wird.

Um diese Erfindung näher zu erläutern, wird eine Maschine beschrieben werden, wie dieselbe vom Erfinder zur Verwirklichung seiner Methode entworfen wurde. Es wird jedoch ausdrücklich bemerkt, dafs die darin angewendeten Zahlenverhältnisse der Drahtspulen und Commutatortheile, sowie die ganze Einrichtung der Maschine nur als ein Beispiel der Anwendung der neuen Erfindung auf ein specielles Modell dienen sollen.

Die Maschine ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Einrichtung des Elektromagneten ist leicht ersichtlich. Nur der eine Schenkel Nn ist mit Wickelungen versehen. Die niedrige Lage der Polstücke N und .S und somit der Drehungsachse macht das Ganze sehr stabil. Zwischen den genannten Polstücken N und »S dreht sich der Anker abcd, der aus zwei kreuzweise auf der Drehungsachse befestigten Stücken besteht. Eines dieser Stücke ist in Fig. 3 und 4 im Querschnitt besonders dargestellt und besteht aus einer Anzahl Eisenblechstücken (oder einem Drahtbündel) ef, an beiden Enden mit weicheisernen Ansätzen α und b versehen, welche zur Vermeidung von Inductionsströmen mit Einschnitten versehen sein können. Zwei solche Stücke werden nun, erst jedes für sich, mit isolirtem Leitungsdraht bewickelt und dann so auf der Drehungsachse befestigt, dafs der Theil e/ des einen zwischen den Ansätzen c d des anderen zu liegen kommt. - Entgegen der Wirkung der Centrifugalkraft werden die Enden α und b durch ein Messingstück verbunden (s. Fig. 2). Dieses ist in Fig. 1 weggelassen, um die Einrichtung des Ankers besser zu zeigen. Ebenfalls fehlen deshalb die Zuleitungsdrähte zu dem Commutatorcylinder (s. Fig. 2), der übrigens ähnlich construirt ist wie diejenigen bei den bekannten dynamo-elektrischen Maschinen.

Da beide Theile des Ankers in gleicher Weise construirt sind, so genügt es, wenn vorläufig nur der eine Theil (z. B. a b) näher beschrieben wird. Wenn man nun bei einer solchen Einrichtung in gewöhnlicher Art einen gleichgerichteten (also commutirten) Strom erhalten will, so würde man die beiden Enden der auf a b gewickelten Drahtspulen mit den zwei diametral gegenüberliegenden Theilen eines Commutators verbinden, wodurch also bei der Rotation abwechselnd das eine und das andere Drahtende mit derselben Commutatorfeder in Berührung kommt. Anstatt dieser plötzlichen Umschaltung findet nun in der neuen Maschine, wie schon erwähnt, eine allmälige Commutation statt. Die Einrichtung hierzu und die Wirkungsweise läfst sich am besten aus der schematischen Darstellung, Fig. 5, erklären.

Die Reihe kleiner Kreise α b, Fig. 5, stellt die Drahtspule dar. Die länglichen Theile an dem äufseren Kreisumfang deuten den Commutator an, worauf die Ableitungsbürsten P und P' schleifen. Die Verbindungen des Commutators mit α b an den zwischen α und b gelegenen Stellen der Drahtspule ist aus der Figur ersichtlich. Das Ganze sei drehbar zwischen den Magnetpolen N und 5.

Um sich die Inductionswirkung vorstellen zu können, denke man sich die kleinen Kreise (die jeder eine beliebige Zahl Umwickelungen repräsentiren) über einen Stab geschoben, so dafs die offenen Stellen alle dem Beschauer zugekehrt sind. Bei der in der Figur angegebenen Stellung ist nun die ganze Drahtspule zwischen P und P' eingeschaltet; dies ist eben auch die Lage der Maximuminduction. Dreht sich nun die Vorrichtung, so werden die Theile der Drahtspulen einer nach dem anderen ausgeschaltet, so dafs nach go° Drehung die ganze Spule ausgeschaltet ist, worauf beim Weiterdrehen die Spule wieder allmälig in umgekehrter Richtung eingeschaltet wird. Man sieht, dafs also ein stets gleichgerichteter (aber intermittirender) Strom in der zwischen P und P' angebrachten Leitung fliefsen wird.

Es sei hier sogleich bemerkt, dafs die Anzahl Commutatortheile in Verbindung mit der Drahtspule α b je nach Umständen beliebig genommen werden kann. Weiter müssen, wie die Zeichnung angiebt, die Verbindungsdrähte zwischen Commutator und Drahtspule mit (in Betreff des Stromlaufes) auf einander folgenden Drahttheilen verbunden werden; dies hindert aber nicht, dafs der Draht der Spule in gewöhnlicher Art hin und zurück über den Kern oder sonst in einer zweckmäfsigen Weise aufgewickelt wird.

Es läfst sich diese Einrichtung in mancherlei Weise abändern; so kann man die Commutatortheile ungleich grofs nehmen, oder man kann die Modification Fig. 6 benutzen, welche, wie man leicht erkennt, dasselbe Resultat giebt wie Fig· 5·

Bei dem Arrangement Fig. 7 hat man zwei Drahtspulen α b a_t b_t unter sich parallel geschaltet und jede mit einer Hälfte des Commutators verbunden. Diese beiden Drähte können aber auch auf einen Kern aufgewickelt sein, so dafs dieselben also constructiv nur eine Drahtspule bilden. Man sieht nun, dafs man in der durch diese Figur angegebenen Lage genau dasselbe hat, als ob in Fig. 5 zwei Drähte zusammen aufgewickelt wären. Hat sich die Vorrichtung Fig. 7 um 90⁰ gedreht,' so ist die Schaltung so, dafs sich die Stromimpulse in der äufseren Leitung gerade aufheben würden, wenn dies nicht eben die Lage wäre, worin die Totalinduction doch Null ist. Beim Weiterdrehen gelangt die Doppelspule wieder allmälig in eine der Anfangsstellung ähnliche Lage, aber umgekehrt.

Die beschriebenen Vorrichtungen werden nun einen gleichgerichteten, aber intermittirenden Strom liefern können. Meistens ist aber ein constanter Strom besser, und dies kann man nun durch Combination zweier (oder mehrerer) solcher Vorrichtungen erhalten, welche sich in verschiedenen Inductionsphasen befinden, es sei denn, dafs jede ihre eigenen Magnetpole hat, oder, wie bei Fig. 1 angegeben, mit nur einem Elektromagneten. Sammelt man nämlich die von α b und c d gelieferten Ströme jeden für sich und verbindet dann die Commutatorbürsten hintereinander, so erkennt man, dafs die Lage der Maximum - Stromimpulse der einen Spule mit derjenigen der Minimum -Stromimpulse der anderen Spule übereinstimmt, und dafs also bei gehöriger Anordnung auf diese Weise ein constanter Strom zu erhalten ist.

Die Schaltung der beiden Spulen unter einander und mit der äufseren Leitung ändert sich nun stetig, und da es eben nur auf die richtige Schaltung ankommt, so ist es nicht gerade nöthig, die Inductionswirkung der Spulen erst getrennt aufzufangen und dann zu vereinigen. Man wird also dieselbe Wirkung erhalten, wenn die Drahtspulen in jeder Lage direct richtig zusammengeschaltet sind. Dies erhält man z. B. durch die Einrichtung Fig. 8. (Zu allen diesen Figuren ist zu bemerken, dafs nur, wenn an der Kreuzungsstelle zweier Striche, welche Stromleitungen darstellen, ein Punkt angebracht ist, dies eine leitende Verbindung beider Drähte bedeutet, sonst nicht.) Hier ist ein doppelter Commutator mit vier Federn angebracht. Betrachtet man die Vorgänge der Induction beim Drehen, so wird man finden, dafs die Verbindung von zwei neben einander liegenden Federn einen constanten Strom giebt. Es sind nämlich stets die Theile zweier Drahtspulen so zusammen verbunden, wie dies bei Combination von zwei um 90⁰ gegen einander

gedrehten Spulen Fig. 5 erfolgen würde. Man erhält hier zwei constante Ströme, was unter Umständen von Vortheil sein kann.

Die Einrichtung Fig. 9 mit Doppelspulen giebt ebenfalls einen constanten Strom mit nur einem Commutator. Dabei kann man entweder die vier Federn PP' P" P'" benutzen, die dann parallel zu schalten sind, oder man nimmt nur die beiden punktirt angedeuteten Federn/ und /'.

Da es bei der Erzeugung von constanten Strömen mittelst Combination von mehreren Drahtspulen darauf ankommt, dafs in jeder Lage die Drahttheile der Spulen richtig zusammengeschaltet sind, ohne dafs dabei die Aufeinanderfolge der Drahttheile etwas zur Sache thut, und weil ein allmäliger Uebergang der einen Schaltung in die umgekehrte bezweckt wird, so kann sich auch die theilweise Commutation jedesmal auf Drahtstücke erstrecken, welche mehreren Drahtspulen angehören. Werden z. B. in der Einrichtung Fig. 9 zur Vereinfachung nur die zwei Federn/ und/' angenommen, so giebt es für den Strom zwei Wege, von / nach /'. Folgen wir z. B. dem einen nach rechts, dann geht der Strom durch die drei Theile (die drei kleinen Kreise) der ersten Drahtspule und dann auf die zweite Drahtspule. Anstatt dessen denke man sich, dafs der erste kleine Kreis nur Drahtwickelungen der ersten Drahtspule darstellt, dafs aber der zweite kleine Kreis auch einige Wickelungen der zweiten Drahtspule und der folgende stets mehr Wickelungen der zweiten Drahtspule umfafst, so dafs der vierte kleine Kreis zum gröfsten Theil aus Wickelungen der zweiten Drahtspule und der sechste nur aus Wickelungen dieser Spule besteht u. s. f. Die bei jeder Stellung des Commutators zwischen / und /' eingeschaltete Anzahl Umwickelungen der einen und der änderen Drahtspule kann bei dieser Einrichtung genau dieselbe sein wie vorher.

Nach der hier beispielsweise beschriebenen Maschine wird es deutlich sein, dafs diese Erfindung in mancherlei Form ausgeführt werden kann, und dafs, wie schon bei Fig. 5 erwähnt, die als Beispiel gegebenen Schemas, nur was die leitenden Verbindungen und Induction betrifft, mafsgebend sind, dafs aber die constructiven Verhältnisse je nach Umständen geändert werden können. So ist hier in der Combination stets eine gerade Anzahl Drahtspulen angenommen; man kann aber auch eine ungerade Zahl nehmen. Dann ist als Beispiel eine Maschine mit zwei Magnetpolen beschrieben; es läfst sich aber sehr gut nach dieser Erfindung eine Maschine mit mehreren Polen herstellen, wie z. B. in der Zeichnung, Fig. \o, angegeben ist. Mit Absicht ist nur ein Theil des ganzen Kreisumfariges gezeichnet, um anzudeuten, dafs die Zahl der Magnete ganz beliebig sein kann. Die Bewickelung und Schaltung ist aus der Zeichnung, Fig. 9, abgeleitet, worin die eine Hälfte jeder Doppelspule durch eine Drahtverbinduug ersetzt ist. Wie man leicht einsieht, läfst sich die Zahl der Ableitungen P P' P" ... auf zwei reduciren, wenn die Drahtspulen unter einander verbunden werden.

In Betreff der übrigen Einrichtung der Maschine kann jede Anordnung verwendet werden, welche durch Bewegung von Leitern in der Nähe von Magnetpolen (oder was dieselbe ersetzen kann), oder umgekehrt, Stromimpulse zu erzeugen geeignet ist; dieselbe kann also irgend einer Wechselstrommaschine entnommen sein, wie die von Siemens & Halske, de Möritens, Gramme u. s. w. Was im Besonderen den Anker betrifft, so sind in Fig. 1 und 2 zwei getrennte Ankerstücke angenommen; es können aber die beiden Drähte ebensowohl kreuzweise über einander auf einen Kern gewickelt sein, was zu einer besonderen Cylinderbewickelung führt, wobei der Kern mit rotiren kann oder auch nicht. Auch ein ringförmiger Anker läfst sich nach dieser Erfindung bewickeln, indem man denselben aus zwei halbkreisförmigen Stücken zusammengesetzt denkt, die nun jedes ebenso bewickelt werden, wie vorhin für einen geraden Stab angegeben ist.

Auch kann die Maschine als Elektromotor, zur Kraftübertragung etc. benutzt werden.

Claims (1)

1. Pa tent-Anspruch:

   Eine dynamo- oder magneto-elektrische oder elektrodynamische Maschine mit einer oder mehreren inducirten Drahtspulen (oder was diese ersetzen kann), welche sowohl jede für sich sowie auch alle zusammengenommen periodisch verschiedene Stellungen in Betreff der Magnetpole (oder was diese ersetzen kann) einnehmen und welche mittelst an verschiedenen Stellen angebrachter Verbindungen mit einem vieltheiligen Commutator allmälig commutirt werden, wodurch in der beschriebenen Weise ein gleichgerichteter intermittirender oder continuirlicher Strom in der äufseren Leitung erhalten wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.