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Selbsttätig sich regelnde Gleichstrommaschine zum wahlweisen Betrieb
als Generator sowie als Motor. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Kraftwagen
und ähnlichen Fahrzeugen eine einzige Gleichstrommaschine sowohl zur Erzeugung des
Lichtstromes als auch zum Anwerfen des Benzinmotors zu benutzen, indem bei Generatorbetrieb
als Q.uerfeldmiäschine das Primärfeld durch vom Kurzschlußstrom durchflossene zusätzliche
Erregerwindungen geschwächt wird, während beim Betrieb als iNTotor die unter den
Feldpolen liegenden
Bürsten abgeschaltet und die zusätzlichen Erregerwindungen
über die in der neutralen Zone liegenden Bürsten vom Hauptstrom so erregt werden,
daß sie das Primürfeld verstärken. Man .kann :dieselbe Wirkung nun in vollkommenerer
Weise erreichen, wenn man gemäß derLrfindung,den Sekundärstrom nicht zur Schwächung,
sondern umgekehrt zur Stärkung des Primärfeldes benutzt.
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In einer normalen Ouerfeldmaschine erzeugt ein kleines Primärfeld
in der über die in der neutralen Zone stehenden Bürsten kurzgeschlossenen Ankerwicklung
einen Strom Dieser Strom (Sekundärstrom) ruft ein Querfeld (Sekundärfeld) hervor,
welches dem Primärfeld bekanntlich um 9o° vorauseilt. - Will man einer solchen Maschine
Nutzstrom enti,ehnien, so muß von vornherein das Primärfeld um so viel verstärkt
wenden, als die vom Tertiärfeld herrührende Ankerrückwirkung beträgt. Dieses Tertiäxfeld
eilt -dem Sekundärfeld wiederum um 9o° voraus, dein Primärfeld also um 18o°, und
wirkt diesem entzegen. Abb. i stellt das bekannte Feldd.iägramm einer solchen Maschine
,dar. Darin becleutet,der Strahl I das ursprüngliche Primärfeld, welches das Sekundärfeld
II hervorbringt, und der Strahl III .das Tertiärfeld des Ankers, welches vom Strahl
I' in Richtung des Primärfeldes kompensiert ist. Wie aus dem Diagramm hervorgeht
und allgemein bekannt ist, kann :man eine solche Maschine ohne Gefahr kurzschließen,
aber nicht leer laufen lassen, da in diesem Falle das Tertiärfeld III ,des Ankers
in Fortfall kommt und zur Bildung des Sekundärfeldes jetzt nicht nur der Wert I
des Primärfeldes, sondern auch derjenige von I' zur Geltung .kommt. Die Spannung
wird deshalb bei Leerlauf eine gefahrdrohende Höhe erreichen. Die Erfindung vermeidet
nun diesen Übelstand vollkommen dadurch. daß der Kurzschlußstrom (Sekttnd ärstrom)
des Sekundärfeldes II mittels einer von ihin durchflossenen Feldwicklung y (Abb.
3) - das ursprüngliche kleine Primärfeld I auf eine solche Größe bringt, daß eine
gewisse Spannung an den Arbeitsbürsten 2-2 der Maschine entsteht. Diese Spannung
speist wiederum .die zusätzliche Feldwicklung x (Abb. 3), so daß das vom Sekundärstrom
herrührende Feld kompensiert wird.
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Denkt * man sich eine Querfeldmaschine fremd .so erregt, daß das Primärfeld
I vielleicht io Prozent des normalen Tertiärfeldes ausmacht (Abb.2). Dieses Primärfeld
erzeugt einen Sekundärstrom beliebiger Größe in der über die Bürsten i-i (Abb. 3)
kurzgeschlossenen Ankerwicklung. Nach,der Erfindung fließt dieser Strom nicht wie
bei einer nc.irmalcil Ouerf2Idmaschine als K-urzschluß-5truni von Bürste zu Bürste,
sondern durchläuft eine auf den heldniagnetpolen aufgebrachte Wicklung y, und zwar
derartig, daß ..las von, dieser herrührende Feld I' das urprüngliche Primärfeld
I verstärkt, so daß an leg Bürsten 2-2 ein gewisser Strom entnoninen werden kann,
An .diese Bürsten 2-2 ist nun eine weitere, -#uf den Feldmagnetpolen angeordnete
Wicklung x derart angeschlossen, daß das von dieser Wicklung herrührende Feld III'
dem Strahl I' .des Primärfeldes entgegenwirkt. Diese Gegenwicklung ersetzt also
vollkommen ein Tertiärfeld, welches von einem Strom herrührt, der in entsprechender
Größe im Anker Hießt.
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Der -in der Gegenwicklung x fließende Strom bildet aber im Anker das
kleine Tertiärfeld III (Abb. 2), welches -ebenfalls dem Felde I' entgegenwirkt.
Das von der Gegenwicklung x erzeugte Feld III' braucht also las Feld I' nicht vollkommen
zu kompensie-_@en, sondern beispielsweise nur 9o Prozent, während die verbleibenden
io Prozent vom Tertiärfeld III kompensiert werden.
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Abb. 3 stellt den Stromlauf einer .derartig '_ompensierten Maschine
dar. Die Fremderre-;ung, von der Batterie ausgehend, erzeugt in ler Wicklung z das
ursprüngliche Primäreld I derartig, daß unten ein Nordpol und )gen ein Südpol entsteht.
Dieses Primärfeld ,_rze;ugt in dem Anker den Sekun;d.ärstrom aber die Bürsten i-i,
der beider angenommeien Linksdrehung unter dem Südpol.vom Be-;chauer fortfließt,
unter dem Nordpol aber :uf den Beschauer zu. Der Strom der beiden Bürsten i-i, die
bei einer normalen Querfeld--Maschine kurzgeschlossen sind, ist nach der Erfindung,
wie erwähnt, dazu benutzt, um, furch eine Wicklung y fließend, das ursprüngliche
Primärfeld I um den Betrag I' zu vertärken. Von der rechten Plusbürste aus-;ehend,
erzeugt dieser Strom durch die Wicklung y, genau wie die Fremderregung z, oben einen
Südpol, unten einen Nordpol. Wie weiterhin aus der Abb. 3 ersichtlich ist, ruft
dieser in der Ankerwicklung fließende Sekundärs trom das Sekundärfeld II hervor,
welches auf der linken Ankerhälfte austritt und quer zum Primärfeld durch die Polschuhe
verläuft, um auf der rechten Ankerseite wieder einzutreten.
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In der neutralen Zone dieses Querfeldes-Sekundärfeldes - sind nun
die unter den Feldmagnetpolen liegenden Bürsten 2-2 angebracht, von denen rder Nutzstrom
entnommen .werden kann.
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An die Bürsten 2-2 ist nun die erwähnte weitere, auf den Magnetpolen
angebrachte Gegenwicklung x angeschlossen, die das dem Primärfeld I' entgegenwirkende
Feld III' schafft; während das Tertiärfeld III in der
Anherw:icklung
selbst durch den in der erwähnten Gegenwicklung :i- fließenden Strom erzeugt wird.
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Die inneren Vorgänge einer solchen Maschine spielen sich nun bei einer
bestimmten Drehzahl wie folgt ab. Durch die Gegenwicklung x und das von dem
x :durchfließenden Strom im Anker erzeugte Tertiärfel,d III wird der von
der Wicklung y Herrührende TeiI I' des Primärfeldes vollkommen aufgehoben und tritt
nach außen auf das Bürstenpaar 2-2 nicht mehr in die Erscheinung. Die Spannung,
die an diesen Bürsten herrscht, ist nur gegeben durch die Größe .des Primärfeldes
I und das von ihm herrührende Sekundärfeld II (Abb. 2). Es werde angenommen, daß
dieses Primärfeld I ro Prozent ides vom normalen Nutzstrom herrührenden Tertiärfeldes
betragen solle. Wird die Drehzahl der Maschine jetzt beliebig erhöht, so würde die
Spannung an den Bürsten 2-2 versuchen, proportional - der Drehzahl zu steigen; hätte
diese Steigerung der Spannung aber nur 5 Prozent erreicht, so -wäre dadurch die
Gegenwirkung der Wicklung x und mithin des Feldes III' auch um 5 Prozent gestiegen.
Aber nicht nur die Gegenwirkung des Feldes III' wüchse um 5 Prozent, sondern auch
die ,des Tertiärfeldes III stiege um dergleichen Betrag, da derselbe Strom, der
von den Bürsten 2-2 aus fließt, ja auch durch die Ankerwicklung geht. Bei 5 Prozent
Spannungserhöhung wäre also die Gegenwirkung der beiden Felder III und III' auch
um 5 Prozent gestiegen. Das ursprüngliche Primärfeld I wäre somit zur Hälfte vernichtet,
es könnte also auch die Bildung des Sekundärfeldes II nicht zur vollen Größe vor
sich gehen.
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Nun verläuft aber der Sekundärstrom, der zwischen den Bürsten i-1
fließt und zur Erzeugung des .Feldes I' gemäß der Erfindung verwendet wird., bei
wachsender Drehzahl nicht nach einer Geraden, sondern, wie bekannt und Abb. q. angibt,
nach einer Kurve, derartig, .daß mit wachsender Drehzahl der Strom abnimmt. Bei
steigender Drehzahl wird also nicht nur die Gegenwirkung der Felder III + III' -%vachs-en,
sondern die von diesem Sekundärstrom durchflossene Wicklung y, welche das Feld I'
in der Richtung des . Primärfeldes I hervorbringt, wird außerdem noch in ihrer Wirkung
geschwächt. Die Folge davon ist, daß die Primärfelder I + I' nicht bei einer angenommenen
Spannungserhöhung von 5 Prozent durch die Gegenwirkung der Felder III + III' kompensiert
wären, sondern schon bei erheblich geringerer Spannungssteigerung: Geht man umgekehrt
von der normalen Drehzahl aus und vermindert .diese; so würde tnit sinkender Drehzahl
der Strahl T' im Sinne einer kräftigen Verstärkung des Primärfeldes I wirken, da
mit sinkender Drehzahl ja die Stromstärke des Sekundärfeldes iväohst, so daß die
Spannung selbst bei einer Jis zu einem gewissen Grade unter die nor-_nale Zahl sinkenden
Drehzahl noch ihren konstanten Wert behält. Bei geeigneter°Bemessung der Wicklung
y ist man imstande, die Gegenwirkung der Felder III + III' auf ein Minimum zu beschränken,
außerdem ist man aber in der Lage, durch geeignete Wahl beider Wicklungen y und
x zueinander der Maschine jede gewünschte Spannungscharakteristik zu geben, entweider
vollkommeneKonstanz -der Spannung von einer bestimmten Drehzahl an aufwärts oder
mit der Drehzahl fallende oder steigende Spannung.
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Um nun der Maschine Nutzstrom entnehmen zu können, ist es nur nötig,
eine Hauptstromwicklung w auf den Polen anzubringen (Abb. 6), die ganz oder teilweise
vom Nutzstrom durchflossen wird und welche das Primärfeld um einen Betrag I" (Abb.
5) erhöht, der genau so groß ist wie das diesem Felde entgegenwirkende Tertiärfeld
III", welches vom gleichen Nutzstrom in der Ankerwicklung erzeugt wird.
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Sind beide Felder I" und HI" genau gleich, so wind eine Wirkung nach
außen auf die Bürsten 2-2 nicht eintreten. Es ist aber wohl der Fall -denkbar, daß
mit wachsender Belastung die Spannung etwas steigen soll oder auch umgekehrt. Es
ist alsdann nur nötig, entweder die Wirkung des Feldes III" gegenüber dem Feld T"
etwas überwiegen zu lassen oder umgekehrt. Es steht auch hier ganz im Belieben,
der Maschine jede verlangte Eigenschaft zu beben. Sind die inneren magnetischen
Verhältnisse festgelegt, so regelt sich die Maschine ohne äußere Einwirkung vollkommen
selbständig darauf ein. Abb.6 zeigt den Stromverlauf bei Benutzung der Maschine
als Generator.
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Soll die Maschine als Motor arbeiten, um den Benzinmotor anzuwerfen,
so ist mittels eines Schalters die Schaltung, wie sie Abb. 7 zeigt, herzustellen.
Die das ursprüngliche Primärfeld I erzeugende Wicklung z bleibt unverändert bestehen.
Ebenso kann die von den Bürsten 2-2 abgehende Wicklung x, welche beim Lauf als Dynamo
das Gegenfeld III' schuf, bestehen bleiben, denn @da als Motor bei gleicher Drehrichtung
der Strom imAnker seine Richtung gewechselt hat, so hat naturgemäß das Querfeld
seine Richtung auch umgekehrt, wie aus dem in Abb. 7 eingezeichneten Kraftlinienbild
hervorgeht. Die Folge davon ist, däß der von diesen Bürsten entnommene Strom seine
Richtung entsprechend wechselt und nun die Wicklung x nicht mehr im feldschwächenden,
sondern im feldverstärkenden
Sinne durchfließt. Die Wicklung y,
welche beim Lauf als Generator vom Sekundärstrom - Kurzschlußstrom - durchflossen
«-ar und das Primärfeld I' erzeugte, csird entweder allein oder mit .der das Primärfeld
I" erzeugenden Wicklung w hintereinander oder parallel geschaltet, so .daß jede
Wicklung allein oder gemeinsam mit der anderen im Sinne der Feldverstärkung vom
Motorstrom durchflossen wird. Zur Bildung eines ,möglichst starken Feldes, um ein
entsprechend großes Drehmoment zu erhalten, sind also alle vier Wicklungen herangezogen.
Natürlich ist es dabei nicht nötig, die Gegen-Wicklung an den Bürsen 2-2 liegenzulassert,
sondern diese kann sinngemäß auch mit den Bürsten i-i verbunden werden.