DE35186C - Neuerungen an dynamo-elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Diese Erfindung bezieht sich auf solche Dynamomaschinen, welche in der rotirenden Armatur kein Eisen haben, und besteht:

ι. in der eigenthümlichen Construction des Armaturringes;

2. in der Stellung der Theile in Beziehung zu den Magneten, wodurch eine günstige Inductionswirkung erreicht wird; ■

3. in einer eigenthümlichen Verbindung der inducirenden Magnete.

In den beiliegenden Zeichnungen ist Fig. 1 ein senkrechter Durchschnitt der ganzen Maschine; Fig. 2 zeigt links eine Seitenansicht und rechts einen theilweisen Querschnitt nach der Linie 1-2 in Fig. 1; Fig. 3,4, 5 und 6 sind Detailansichten des Commutators und die übrigen Figuren Detailansichten und Diagramme, welche sich auf die Construction und Wirkungsweise der Armatur beziehen.

Die Theile A A und E E bilden das Gestell der Maschine. B ist die Hauptwelle, auf welcher der Doppelflantsch C sitzt, durch welchen der Ring D mittelst Schrauben verbunden ist, wie aus Fig. 1. ersichtlich ist. Ein isolirender Stoff wird zwischen den Flantsch und den Ring gelegt. . ...

An den Ständern EE sind die stabilen erregenden Elektromagnete G und F befestigt; dieselben sind derart mit isolirtem Kupferdraht bewickelt, dafs sich immer ungleiche Pole gegenüberstehen,. im Kreise aber abwechselnd einem Südpol ein Nordpol folgt.

Diese Magnete können auf folgende zwei verschiedene Arten arrangirt werden:

ι. Alle Pole sind so wie diejenigen der Magnete G G in Fig. 1 geformt, welche knapp an dem Ring D stehen; letzterer kann jedoch frei rotiren. In diesem Falle sind alle Pole ungeschlossen, und es befinden sich auf jeder Seite von D eine gleiche Anzahl von Nord- und Südpolen; oder

2. jedes zweite Paar ist durch eiserne Verbindungsstücke mit einander wie die Magnete FF verbunden. Dieses Verbindungsstück ist bogenartig geformt, damit der Ring D frei passiren kann. Dadurch werden die Pole der beiden Magnete FF geschlossen, so dafs sie auf den Ring nicht einwirken können. Dagegen wird aber der durch die Windungen erregte Magnetismus auf die nächsten Magnete (welche gleich denen G G constrain sind) übertragen, so dafs deren offene Pole nun die doppelte Wirkung ausüben, weil die Magnete alle durch die Eisenständer E E mit einander verbunden sind.

In der Zeichnung Fig. 1 und 2 sind auf jeder Seite 16, also zusammen 32 Magnete enthalten; es können mehr oder weniger verwendet werden. .

Der Armaturring D ist in folgender Weise construirt: Fig. 10 zeigt zwei Ansichten der radialen Theile P und Fig. 11 zwei Ansichten, der Verbindungstheile R, deren Form je nach dem Kreise, in welchem sie rotiren, halbrund gebogen ist. Die Enden der letzteren sind

winkelrecht gebogen und an die Theile P₁ P₁₁ gelöthet oder genietet, wie aus Fig. 12, 13 und 14 ersichtlich ist, oder sie können auch ganz oder theilweise aus einem Stück angefertigt werden. Die Verbindungsstellen sind mit abc bezeichnet; die Stelle d bleibt vorläufig unverbunden.

Ein zweiter ähnlicher Stromkreis wird dann angefertigt (dessen Theile R, R₁₁ sowohl im Zirkel als auch in den umgebogenen Enden etwas kürzer sind), damit dieser Kreis in den ersteren hineingelegt werden kann, ohne dafs sich die Theile irgendwo berühren. Das Ende d des ersten Kreises wird dann an dem Theil P₁ des zweiten befestigt,. während der Theil d des letzteren wieder freibleibt.

In gleicher Weise werden fünf (oder mehr oder weniger) solche Stromkreise, jeder etwas kurzer in den Theilen R₁ R/, als der andere, in einander gelegt und verbunden und schmale Streifen Isolirung an den Enden zwischengelegt, jedoch so, dafs die Luft überall frei circuliren kann. Ein Strom, welcher durch das erste freie Ende P₁ einströmt, mufs daher durch alle fünf Kreise circuliren und kommt dann beim letzten Ende P_!t heraus; das'Verbindungsstück R_n des letzten Kreises bleibt weg. Eine solche Verbindung, in welcher zehn Theile P und neun Verbindungsstücke enthalten sind, nennt Erfinder ein Segment, deren 32 angefertigt werden, welche dann in einander gelegt werden, wie die Fig. 7, 8 und 9 zeigen, um den Ring zu bilden.

Die Hälfte der Segmente werden in radialer Richtung etwas kürzer angefertigt, wodurch je zwei Reihen R, R_t und R/, R₁/ auf jeder Seite des Ringes gebildet werden, damit diese Theile, ohne sich irgendwo zu berühren, an einander vorbeigehen können. Die radialen Theile P werden dann durch den Doppelflantsch C festgehalten, wie Fig. ι zeigt.

Es können jedoch auch drei oder mehrere verschiedene Längen von Segmenten gemacht werden, so dafs dann drei oder mehrere Reihen R₁ R, und R₁/ R_{1 f} gebildet werden.

Fig. 7 a und 7 b zeigen den ausgestreckten Umfang des Ringes; Fig. 7a entspricht der Fig. 9; Fig. 7 b ist eine andere Zusammenstellung. Dieselben zeigen, wie die verschiedenen Segmente in einander gelegt sind; blos die äufsere erste Reihe ist der Deutlichkeit wegen gezeichnet; die weifsen viereckigen Räume in Fig. 7 b sollten die Theile P der zweiten darunter liegenden Reihe enthalten, Fig. ι und 8 zeigen einen Querschnitt eines Segmentes und Fig. 9 eine Frontansicht des Ringes.

Der Winkel xy der Segmente, Fig. 7 und 9, mufs den Winkeln, welchen zwei Magnete im Kreise bilden, entsprechen, daher gleich ^!/_l6 des Kreises sein.

Folglich wird jedes Segment gleichzeitig von zwei Magneten inducirt. Die Segmente sind unter einander zu vier verschiedenen Stromkreisen verbunden, derart, dafs vier neben einander liegende Segmente vier verschiedenen Stromkreisen angehören. Jeder Stromkreis enthält acht Segmente und 80 radiale Theile P.

Jeder Magnet wirkt gleichzeitig auf vier Segmente nach einer Richtung, welche den vier Stromkreisen angehören und wovon der eine nach dem anderen in die für die Induction günstigste Stellung zu den Magneten kommt.

Diejenigen Segmente, welche gleiche Positionen zu den Magneten einnehmen, werden mit einander verbunden und bilden separate Stromkreise. Dies geschieht mittelst Verbindungsstücke, welche in der Zeichnung nicht zu sehen sind, weil sie innerhalb der Flantschen C, Fig. 1, liegen; sie sind mit den inneren freien Enden des ersten und letzten Theiles P jedes Segmentes verbunden, und ihre Richtung und Lage ist in Fig. 9 für den mit No. 1 bezeichneten Stromkreis durch die inneren Bögen angedeutet. Die beiden Enden jedes Stromkreises werden mit dem Commutator verbunden.

Zur Erklärung der Inductionswirkungen in den radialen Theilen P während ihrer Rotation im magnetischen Felde sei vorläufig nur . ein einzelner Stromkreis in Betracht gezogen und angenommen, dafs die inneren Verbindungstheile R_/r nicht nach links, wie in Fig. 12, sondern zickzackförmig nach rechts zum nächsten Magneten gerichtet sind, wie es mit denjenigen der Fall ist, welche die Segmente verbinden. Der Einfachheit der Zeichnungen wegen sei angenommen, dafs die Bewegungsrichtung der Armatur von links nach rechts und die Richtung der auf einander folgenden Magnete eine gerade horizontale Linie bilden, wie in den Diagrammen, Fig. 15 bis 20, dargestellt ist. Ferner sei zuerst angenommen, dafs die Magnete nach der Art 1) arrangirt sind, d. i. so, dafs alle Magnete, wie diejenigen G G in Fig. 1, offene Pole haben, deren Polaritäten im Kreise abwechseln, wie durch s und η angedeutet ist.

Die Polschuhe einer Reihe Magnete sind durch schraffirte Linien markirt und die Richtungen der magnetischen Molecularströme nach der Hypothese von Ampere durch feine Pfeile; der oben erwähnte einzelne Stromkreis der Armatur ist durch dicke Linien angedeutet und die Richtungen des darin inducirten Stromes durch in diese Linien eingezeichnete Pfeilspitzen.

Fig. 15 zeigt die Theile P, P_n situirt in der Mitte zwischen den neben einander liegenden Polen. Der Theil P₁ entfernt sich von den, magnetischen Strömen des Südpoles zu seiner

linken Seite, welche nach abwärts gerichtet sind; dies würde einen Strom nach abwärts induciren; gleichzeitig aber nähert er sich den abwärts gerichteten Strömen des Nordpoles zu seiner rechten Seite, was einen Strom nach ^: aufwärts zu induciren strebt. Beide Inductionen heben sich daher auf, weil entgegengesetzt; -folglich ist diese Position neutral und mufs der Stromkreis jetzt durch den Commutator ausgeschaltet sein.

Der Theil P₁₁ wird in allen Stellungen genau wie P, inducirt, nur ist die Richtung der Induction immer entgegengesetzt. Dasselbe ist der Fall mit allen anderen Theilen, welche zu denselben Stromkreisen gehören.

Fig. 16 zeigt den Theil P₁ situirt an der Kante des Nordpoles n. Da der Raum zwischen den beiden Polen mit abwärts gerichteten magnetischen Strömen gefüllt ist, so entfernt sich Pf von einer gröfseren Anzahl solcher Ströme, als er sich solchen nähert, daher die Induction der Entfernung die Oberhand hat und einen Strom nach abwärts inducirt.

Dies wird noch dadurch unterstützt, däfs sich P/ auch den aufwärts gerichteten Strömen an der rechten Seite des Nordpoles nähert.

Fig. 17 ist die günstigste Position. P, ist in der Mitte des Nordpoles; er entfernt sich von allen abwärts gerichteten Strömen zu seiner linken und nähert sich allen aufwärts gerichteten zu seiner rechten Seite. Beides inducirt in Pf einen kräftigen Strom nach abwärts.

Fig. 18 ist ähnlich wie Fig. 16. P₁ nähert sich jetzt einer gröfseren Anzahl von aufwärts gerichteten Strömen, als er sich von solchen entfernt,, und entfernt sich auch von den abwärts gerichteten Strömen zu seiner linken Seite, daher wieder ein abwärts gerichteter Strom inducirt wird.

Die nächste Position wird wieder wie Fig. 1 5 neutral sein, und in den folgenden werden sich dieselben Inductionen, aber in entgegengesetzter Richtung wiederholen. Es entstehen daher 16 Stromwechselungen während eines Umganges der Armatur in jedem Theile desselben.

Wenn die Magnete nach Art 2. arrangirt sind, d. i. so, dafs die Pole jedes zweiten Paares der Magnete, wie FF, Fig. 1, mit einander verbunden sind, so wird nur die halbe Anzahl Pole frei sein und diese werden auf einer Seite des Ringes D alle von gleicher Polarität und von doppelter Stärke sein. Die Zusammmenstellung des Ringes bleibt genau dieselbe. In diesem Falle ist die Stellung Fig. ig neutral. Alle Pole sind Südpole, daher wechseln die Richtungen der magnetischen Ströme ebenso in der Mitte zwischen zwei Polen, als in den Mittelpunkten der einzelnen Pole. Ρ, entfernt sich und- nähert sich einer gleichen Anzahl abwärts gerichteter Ströme.

Fig. 20 ist die beste Stellung, da P₁ sich von den aufwärts gerichteten Strömen entfernt und den abwärts gerichteten nähert, was beides einen Strom nach aufwärts inducirt. Dasselbe ist ' bei Pf/ in entgegengesetzter Richtung der Fall.

Infolge der eigenthümlichen Lage der Verbindungstheile R, R/_f knapp an den oberen und unteren Kanten der Polschuhe, Fig. 1, werden auch diese inducirt, und zwar in solcher Richtung, dafs die Inductionen in den radialen Theilen P dadurch unterstützt werden.

In der Position Fig. 17 fliefsen nämlich die magnetischen Ströme zwischen den Süd- und Nordpolen von dem Verbindungstheile R_r weg, während letzteres nach rechts bewegt wird. Dies inducirt, nach den bekannten Gesetzen der Induction, einen Strom in R₁, welcher mit der Bewegung gleichgerichtet ist und daher mit den in P₁ und P_/f inducirten Strömen übereinstimmt. Dasselbe ist der Fall in dem Theil Rf/ und in allen anderen R/R//, welche zu demselben Stromkreise gehören. Wenn die Theile um Y₁₆ eines Umganges vorwärts gegangen sind, so werden die magnetischen Ströme überall gegen die Theile R_f und R/_f fliefsen, was einen zur Bewegung entgegengesetzten Strom inducirt, der dann wieder mit den anderen Inductionen übereinstimmt. Ebenso werden die Verbindungen R//, welche wie in Fig. 12 nach links gerichtet sind, entsprechend der Richtung der Inductionen in den anderen Theilen inducirt.

Die beschriebenen Inductionen finden gleichzeitig in allen Theilen, welche zu den acht Segmenten eines Stromkreises gehören, statt, und die Inductionen in den vier Stromkreisen folgen einander derart, dafs, während der eine in der besten Stellung ist, zwei andere theilweise und einer gar nicht inducirt werden.

Jeder Stromkreis kann separat mittelst seiner Enden mit den Commutatoren verbunden werden, oder alle vier Stromkreise können mit einander verbunden und von verschiedenen Stellen Abzweigungen zum Commutator geleitet werden, wie dies bei dem Gram me-Ring geschieht.

Der Commutator ist aus acht Ringen, Fig. 4, zusammengestellt. Zu jedem Stromkreise gehören zwei solche Ringe, in deren Löcher / die Verbindungsdrähte, welche zur Armatur führen, befestigt sind, wie in anderen Dynamomaschinen; jedes zusammengehörige Paar wird so zusammengestellt, dafs deren 16 Ansätze genau Y,₆ des Umfanges von einander abstehen.

Die vier Paar Ringe werden dann zusammengefügt und befestigt, wie der Durchschnitt Fig. 5 zeigt; die 64 Ansätze bilden die Aufsenfläche

des Commutatorringes. Diese Ringe müssen sorgfältig von einander isolirt sein.

Fig. 6 ist eine Ansicht des Umfanges in ausgestreckter Lage und zeigt, dafs die Ansätze schief zur Achse stehen, was bezweckt, dafs die Bürsten gleichzeitig auf zwei Ansätzen aufliegen können.

Die Zeichen + und — geben die Distanzen der Stellen an, innerhalb welcher am Commutator die Stromrichtungen wechseln.

Die Bürsten müssen so gestellt werden, dafs die positiven und negativen gleichzeitig je einen Ansatz von zwei zusammengehörigen Ringen L berühren. Die Berührungspunkte dieser Bürsten können daher i, 3, 5 bis 15 Sechszehntel des Kreises von einander entfernt sein.

Um die Welle B sammt Armatur und Commutator leicht herausheben zu können, construirt Erfinder die Ständer EE so, dafs sie oben offen sind: Diese Oeffnungen werden durch angeschraubte Segmente e_t e_f geschlossen. An diese Segmente werden je ein, zwei oder mehrere Magnete G oder F befestigt, welche mit den Segmenten abgenommen werden, wenn die Welle herausgenommen werden soll.

Die Theile P und R können flach, viereckig oder rund sein und für hochgespannte Ströme in doppelten oder mehrfachen Reihen angeordnet werden.

Ebenso kann die Anzahl der Magnete und der Theile des Armaturringes verändert werden.

Wie schon aus Fig. ja. und yb ersichtlich ist, können die einzelnen Segmente der Armatur verschiedenartig zusammengestellt werden.

In Fig. γ a reichen die Verbindungstheile R₁ R_n bis zur fünften Reihe der radialen Theile P (s Fig. 9). Dies giebt vier separate Stromkreise. In Fig. yb reichen dieselben über acht Reihen von P_h was sieben Stromkreise giebt.

In Fig. 9 sind die zu den gleichen Stromkreisen gehörigen Segmente durch gleiche Zahlen bezeichnet.

Die Theile R,, können auch alle fortlaufend nach rechts, anstatt, wie in Fig. 12, nach links gerichtet werden; die fünffachen Segmente bilden sich dann dadurch, dafs die Theile P und R₁ R₁₁ (deren Form unverändert bleibt) zu einer langen, zickzackförmigen Kette vereinigt werden (ähnlich wie in den Diagrammen Fig. 15 bis 18 dargestellt ist) und diese Ketten dann fünfmal im Kreise herumgelegt werden, derart, dafs die Theile P ebenso neben einander liegen, wie sie in den beschriebenen Segmenten liegen würden. Die zu den anderen drei Stromkreisen gehörigen Theile werden dann ebenso zwischen den vorhergehenden wieder je fünffach eingelegt.

Der Ring erhält dann genau dieselbe Form und Zusammenstellung, wie in den Fig. 7 und 9 dargestellt ist, nur werden die inneren Verbindungen R₁₁ R_n, Fig. 8, die in Fig. 7 nicht ersichtlich sind, in der Fig. 9 von der auf der linken Seite mit No. 1 bezeichneten zweiten Reihe der radialen Theile P^ nicht zurück nach der ersten, sondern vorwärts nach der dritten Reihe des Stromkreises No. 1 laufen.

Die Anordnung der Theile P und R kann auch derart sein, dafs die Armatur die Form einer Trommel erhält. Diese Maschine kann auch als Motor benutzt werden.

Das Wesentliche dieser Armatur, durch welche sie sich von anderen unterscheidet, besteht in folgendem:

ι. Sämmtliche circularen Verbindungstheile, sowohl die inneren Rf₁ R₁₁, als auch die äufseren R₁ R_h Fig. 8, 12 und 13, sind rechtwinklig abgebogen, damit dieselben sich um die Kanten der Magnetpole legen, wie aus der Fig. ι bei G G ersichtlich ist. Dadurch werden einerseits nutzbare Ströme in denselben inducirt, wie hierin erklärt worden ist, und andererseits eine sehr günstige Luftcirculation zwischen diesen Theilen hergestellt, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist.

2. Alle Verbindungstheile R₁/ R_n und R₁ R₁ kreuzen eine grofse Anzahl radialer Theile P_h indem sie von einem Magnetpol zum anderen reichen.

Dadurch kann eine sehr grofse Anzahl radialer Theile in einer einfachen Reihe und mit ihren breiten Flächen in axialer Richtung zum Ringe gestellt werden. Dies erleichtert und vereinfacht die Construction, Befestigung und Isolirung des Ringes und begünstigt auch die Luftcirculation zwischen den Theilen P. Jeder radiale Theil wird gleichmä'fsig von beiden Seiten durch die Magnetpole inducirt.

3. Infolge der eigenthümlichen abgekröpften Form und der Stellung der Verbindungstheile R/ Rμ kann, wie Fig. 7b zeigt, eine gröfsere Anzahl von separaten Stromkreisen erhalten werden, ohne mehr als eine Reihe von radialen Theilen P anwenden zu müssen.

4. Dasselbe wird noch weiter dadurch erreicht, dafs die Verbindungstheile R, R,_t in vier oder mehreren Reihen gelegt werden, so dafs sie um so leichter frei vor einander vorübergehen können, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich gemacht und oben beschrieben worden ist.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Bei Armaturringen mit radialen, auf einander folgenden und in separate Stromkreise bildende Gruppen getheilten Stäben P die leitende Verbindung der einzelnen Stäbe dieser Gruppen durch seitlich zu den Ringebenen herausragende Verbindungsstücke; R/ R/,, welche am inneren und äufseren Rande der Ringebenen angeordnet sind und die Magnetpole einschliefsen.
2. 2. Bei Maschinen mit der unter Anspruch i. genannten Armatur eine Construction der Magnete, derart, dafs die entgegengesetzten Pole jedes zweiten Magnetpaares (F) durch ein eisernes Bogenstück mit einander verbunden sind, welches so geformt ist, dafs der Armaturring darunter frei rotiren kann und die betreffenden Pole derart schliefst, dafs sie auf die Armatur nicht einwirken können, sondern ihren freien Magnetismus durch die Eisenständer (E), an welchen alle Magnete befestigt sind, auf die offenen Pole der nebenliegenden Magnete (G), welche entgegengesetzte Polarität haben, übertragen, ¹ wodurch letztere verstärkt werden und auf einer Seite nur Nordpole, auf der anderen Seite nur Südpole auf die Armatur einwirken können.

   Hierzu 2 Blatt -Zeichnungen.