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Unipolarmaschine, bei welcher im Betriebszustand der Stromübergang
zwischen Läufe: und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsringe
erfolgt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Unipolarmaschine, bei welcher im Betriebszustande
der Stromübergang zwischen Läufer und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende
Flüssigkeitsringe erfolgt. Solche Unipolarmaschineu, welche sich insbesondere für
dynamo elektrische Kupplungen und dynamoelektrisch Getriebe eignen, sind z. B. in
den Patente 276712, 97493, 302174 und 294284 beschrie ben. Bei diesen Maschinen
dient zur Über
leiteng des Stromes vom Läufer zum Ständer und von
diesem zurück in den Läufer vorzugsweise eine dünne Schicht von Quecksilber, die
sich während des Betriebes ringförmig um den Ständer verteilt. Es hat sich nun aber
gezeigt, daß das mit atnalgamierbaren Metallen, z. B. Kupfer, in Berührung stehende
Quecksilber nach einer gewissen Betriebsdauer chemische Veränderungen erfährt. So
bildet sich, wenn das Quecksilber mit Kupfer in Berührung kommt, nicht nur Kupferamalgam,
sondern wegen der Gegenwart des in der Luft enthaltenen Sauerstoffes findet insbesondere
auch eine stake Bildung von Quecksilberoxyd statt. Ebenso ent4cht aus dem gebildeten
Kupferamalgam Kupferoxyd. Alle diese ehemischen Produkte scheiden sich in fester
Form aus und bilden zusammen ein dunkles Pulver, das die Bildung des nötigen, elektrisch
leitenden Flüssigkeitsringes erschwert. Zudem setzt sich dieses Pulver auch häufig
an den stromleitenden Teilen des Läufers und Ständers fest. Dadurch wird der Stromübergang
zwischen die:,en Teilen wesentlich erschwert, und überdies muß der entstandene Quecksilberverlust
ersetzt werden. Von Zeit zu Zeit muß das Quecksilber sogar erneuert werden, was
ein zeitraubendes Auseinandernehmen und Wiederzusammensetzen der Maschine bedingt
und überdies, in Anbetracht des hohen Preises des Quecksilbers, wesentliche Auslagen
zur Folge hat.
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Zweck der Erfindung ist, eine Unipolarmaschine der erwähnten Gattung
zu schaffen, bei welcher der elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsring
auch nach längerem Betrieb keine wesentlichen chemischen Veränderungen irgendwelcher
Art erleidet, so daß die bei Verwendung von Quecksilber sich sonst einstellenden
Übelstände vermieden sind. Erfindungsgemäß dient zur Stromüberleitung zwischen Läufer
und Ständer eine schon bei niederer Temperatur schmelzende Metallegierung, deren
Temperatur während des Betriebes stets über der Erstarrungstemperatur bleibt. Im
geschmolzenen Zustand bildet die Metalllegierung in derselben Weise wie das bisher
zur Verwendung gekommene Quecksilber einen um Stromüberleitungsringe des Läufers
verteilten, zur Überleitung des Stromes dienenden, sich drehenden Ring.
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Im Ständer der Unipolarmaschine kann zweckmäßig wenigstens ein Hohlraum
vorgesehen sein, der zur Aufnahme eines Heizmittels dienen kann. Dieses schmilzt
beim Anlassen die erstarrte Metallegierung oder hält sie während des Betriebes flüssig.
In Verbindung mit dem Hohlraum des Ständers können auch Leitungen zum Zuführen eines
Kühlmittels angebracht sein, damit dieses die Metallegierung bei zu starker Erhitzung
abkühlt. Auf der beiliegenden Zeichnung ist in einem achsialen Längsschnitt ein
dynamoelektrisches Getriebe veranschaulicht, welches zwei als Generator und Motor
laufende Unipolarmaschinen nach der Erfindung aufweist.
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Hie: in sind A, B die Ständer der beiden Unipolarmaschinen, von denen
iiede einen Eisenring x aufweist. Die Eisenringe i sind mit einem gemeinsamen Zwischenstück
2 lösbar verbunden, in das ein Kupferring 3 eingeschoben ist. Der größte Teil des
Zwischenstückes 2 ist von einem ringförmigen Stück 21 aus nicht magnetiaierbarem
Material umgeben, das zusammen mit dem Zwischenstück 2 und dem Kupferring 3 einen
Hohlraum 13 begrenzt. In dem die Teile 1, 2, 21 aufweisenden Ständergehäuse sind
die mit ihren Stirnflächen einander unmittc lbar gegenüberstehenden Läufer C, D
angeordnet, die in Lagerkörpern ¢ und 5 gelagert sind. An den einander gegenüberstehenden
Stirnflächen der beiden Läufer C, D sind den Stromübergang übermittelnde Kupferringe
6 und 7 angeordnet: Gegenüber den Umfangsflächen dieser Ringe 6, 7 ist in das Ständergehäuse
ein Kupferring 8 eingelassen, dessen achsiale Ausdehnung derart bemessen ist, daß
seine Innenfläche die Umfangsfläche der Ringe 6, 7 bedeckt. Der Ring 8 ist von dem
Kupferring 3 durch eine Isolierschicht 9 elektrisch getrennt, und er bildet mit
einer die beiden Läufer C, D trennenden Zwischenwand 12 ein Ganzes. Die Läufer
C, D sind ferner mit Stromüberleitungsringen io und =i aus Kupfer versehen,
die mit denselben gut leitend verbunden sind. Gegenüber den Umfangsflächen der Ringe
io, =i sind im Ständer Kupferringe 15 und 16 vorgesehen, die mit dem eisernen Zwischenstück
2 zusammengeschweißt sind, so daß sie mit diesem Stück ein Ganzes bilden. Die Ringe
15, 16 sind in achsialer Richtung so bemessen, daB sie die Umfangsfläche der Stromüberleitungsringe
=o, =i bedecken. 14 bezeichnen Erregerwicklungen, die im Ständer untergebracht
sind. Der Verlauf der magnetischen Kraftlinien ist an einer Stelle durch den gestrichelten
Linienzug a angedeutet.
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. In das Ständergehäuse ist eine bei niederer Temperatur schmelzbare
Legierung eingebracht. Diese Legierung, die zur Stromüberleitung zwischen Läufer
und Ständer dient, kann z. B. aus 3 Gewichtsteilen Zinn, 5 Gewichtsteilen Blei und
8 Gewichtsteilen `Vismut bestehen. Im geschmolzenen Zustand füllt diese Legierung
beim Umlauf des Getriebes vermöge der Fliehkraft die schmalen Zwischenräume zs@zschen
den Ringen 6, 7, io, ix und den gegenüberliegenden Ständerflächen aus und vermittelt
den Stromübergang zwischen jenen Ringen. Infolgedessen ergibt sich der durch den
gestrichelten Linienzug b angedeutete
Stromverlauf, indem der Strom
aus dem Kupferring 7 des Läufers D über den in den Ständerkörper isoliert eingelassenen
Kupferring 8 auf den Kupferring 6 des Läufers C übergeht, worauf er nach Durchgang
durch diesen Läufer vom Kupferring io in den Ständer übergeht und von hier durch
Vermittlung des Ringes 3 in den Ring ii des Läufers D übertritt.
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In Verbindung mit dem Hohlraum 13 können Mittel zum Zuführen
eines Heizmittels vorgesehen sein, welches beim Anlassen ein Schmelzen der erstarrten
Metallegierung oder wähernd des Betriebes eine Erhitzung der flüssigen Legierung
bewirkt. Um bei zu starker Erhitzung der Metallegierung ein Abkühlen derselben zu
erwirken, können in Verbindung mit dem Hohlraum 13 noch überdies Mittel zum Zuführen
eines Kühlmittels angebracht sein. Der Hohlraum 13 kann erforderlichenfalls in mehrere
Kammern unterteilt sein, von denen jede mit einer Zulditung für ein Heizmittel oder
ein Kühlmittel oder mit Zuleitungen'für Heiz- und Kühlmittel ausgestattet sein kann.
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Es ist festgestellt worden, daß als Metalllegierung, welche zur Stromüberleitung
zwischen Läufer und Ständer dient, auch eine solche verwendet werden kann, die aus
q. Gewichtsteilen Zinn, 8 Gewichtsteilen Blei, 15 Gewichtsteilen Wismut und
q. Gewichtsteilen Kadmium, oder eine, die aus q. Gewichtsteilen Zinn, 8 Gewichtsteilen
Blei, 15 Gewichtsteilen Wismut und 3 Gewichtsteilen Kadmium besteht. Auch mit einer
aus i Gewichtsteil Zinn, i Gewichtsteil Blei und 2 Gewichtsteilen Wismut bestehenden
Legierung sind gute Ergebnisse erzielt worden. Die erwähnten Legierungen schmelzen
also bei niederer Temperatur und bleiben, nachdem sie beim Inbetriebsetzen durch
Wärmezufuhr zum Schmelzen gebrach', worden sind, während des Betriebes infolge der
erzeugten Reibung und ihrer niederen Schmelztemperatur flüssig.