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Gleichstrommaschine mit Haupt- und Hilfsbürsten, die bei wechselnder
Drehzahl konstante Stromstärke liefert. Die Erfindung betrifft eine elektrische
die Gleichstrommaschine mit Haupt- und üfsbürsten, für Kraftwagen, die bei Drehzahl
konstante Stromstärke W für Beleuchtung o. dgl. und daneben den Zündstrom für den
die antreibenden #'erbrenrtungskraftnsotctr rliefert.
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Wenn 1.2 Abb. i ist eine Darstellung eines der so bb.2 desgleichen
einer veränderten Form derselben, und bh. 3 ist eine Karte von verschiedenen, die
wirk-en Leistung des Strotnerzettgers darstellenden unter von Polarkoordi-13 naten.
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In Abb. r bezeichnet z den Stromtuender eines elektrischen tromer-rettgers
, der von Zweckmäßig einer Verbrennttngskraftmaschine angetrieben Der Strottserzeuger
2 ist hier vierpolig Akkumulators, tssit aasgerüstet, so daß die wenn ins bstande
vors des
90° angeordnet sind.
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on wird diesen Bürsten, die bei geringer Nähe des Strotsserzettgers
im neutralen Funkten liegen, gehen Akku-5 und 6 aus; ersterer führt von der mulator
Motor Bürste 3 unmittelbar zu einer Polklemme des verwandeln. Akkumulators ; , während
der Leiter G zu der 8 des Schalters 1o führt. Die elsettschlußspttle r r dieses
Nähe Umschalters liegt parallel ztt bei- wie den auptbiirstert 3 und . enn der ei
e Spannung erreicht zweckmäßig etwas schließt die Spule r r den Schalter inrlent
zwei sie die der s3 iilterttirt et.
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e Dadurch ,ich der Stromerzeuger 14 in Ladeschaltung tstit dem Akku-
welcher mulator j, und außerdem in Reihenschaltung Zwischen Haupttstit denn Akkumulator.
Tors diesem fließt dir
bürste 4 Strom in die Lampen 32 0. dgl., durch Schließen
ihrer entsprechenden (nicht dargestellten) 'Schalter eingeschaltet werden können.
enn der Hauptschalter geschlossen ist, fließt der Hauptstrom durch die Reihenspule
8, die mit der Nebenschlul3spule z musammen den Schalter in geschlossener Lage erhält.
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die Spannung der Batterie etwas höher ist als die des Stromerzeugers,
findet ein Stromrücl;fluß von der Batterie durch die Reihenspule 8 statt. Die Reihen-
und die Nebenschlußspule dann einander entgegen, so daß der Schalter nicht mehr
geschlossen gehalten, sondern durch die Feder zurückgezogen wird. Die Batterie kann
sich also jetzt nicht entladen.
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schließt sich der Hauptschalter, wenn die Spannung des Stromerzeugers
merklich stärker ist als die des und öffnet sich, die Spannung des Akkumulators
merklich geringer ist als die Stromerzeugers. Hierdurch .tvieaerholtes Offnen und
Schließen in der des kritischen Punktes vermieden. Innerhalb geringer Spannungsgrenzen
bann daher der den Stromerzeuger in einen Eine im folgenden als »Zündbürste« bezeichnete
Hilfsbürste y befindet sich in unmittelbarer der Bürste 3, jedoch nicht so dicht,
daß sie dasselbe Potential hat diese. Die aneinander grenzenden Seiten der Bürsten
sind um mehr als die Breite eines und weniger als die Breite von Strarntt-enderst
gen beträgt, voneinander entfernt, und die Bürste befindet sich auf der Seite der
Bürste 3, nach der Stromerzeuger sich dreht.
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der und der Zündbürste y läßt sich mittels
Handschalter-
i9 ein Zündstromkreis i5 üblicher Art mit Nockenunterbrecher 15, 16, 17 und parallel
zur Funkenstrecke liegendem Kondensator einschalten. Die übliche Primärspule 2o
liegt in Reihe mit den Unterbrecherkontakten 17 und wirkt induktiv auf die Sekundärspule
21, die zu der Zündkerze 22 führt. Nach Bedarf kann entweder eine besondere Spule
für jede Zündkerze oder aber eine einzige, gemeinsame Spule mit Verteiler für die
verschiedenen Zündkerzen verwendet werden.
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Durch Anordnung des Zündstromkreises in der beschriebenen und dargestellten
Weise, ungeachtet der Form des verwendeten Stromerzeugers und Reglers, wird erzielt,
daß die Spannung an den Bürsten 4 und 14 bei geringer Geschwindigkeit des Stromerzeugers
nicht wesentlich geringer ist als die zwischen den Hauptbürsten. und mit der Geschwindigkeit
zunimmt, bis zu solcher Stärke, daß sie die Spannung des Stromerzeugers bei weitem
übertrifft. Es mag hierbei erwähnt werden, daß bei zunehmender Geschwindigkeit der
Maschine und dadurch hervorgerufenen häufigeren Vorkommens der Zündungsunterbrechungen
die Funken weniger wirksam werden, wegen der Unmöglichkeit, in der ungenügenden
Zeit einen magnetischen Kraftfluß 'in dem Kern der Spule 20 aufzuspeichern. Die
steigende Spannung wird in wirksamer Weise diese Schwierigkeit bei jeder Geschwindigkeit
ausgleichen und eine sehr leistungsfähige Zündung erzeugen.
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Um die Dynamomaschine auf konstante Stromstärke zu regeln, ist eine
Nebenschlußfeldspule 24. über die Hauptbürsten 3 und 4 eingeschaltet, während eine
weitere Feldspule 25, welche die Nebenschlußspule 24 unterstützt, zwischen der Bürste
3 und der Hilfsbürste 23 liegt. Letztere ist bei einer vierpoligen Maschine zweckmäßig
in einem Winkel von ungefähr 72 mathematischen Graden in der Drehungsrichtung jenseits
der Hauptbürste 3 angebracht. Wie bekannt, würde die Feldspule 25 allein eine Stromerzeugung
der Maschine bewirken, die mit der Geschwindigkeit abnehmen würde. Die Nebenschlußspüle
24 ist mit einer genügend großen Anzahl von Windungen versehen, um einen Strom zu
erzeugen, der unter gewöhnlichen Verhältnissen bei zunehmender Geschwindigkeit so
stark zunimmt, daß *er das auf die Nebenspule 25 zurückzuführende Abnehmen ausgleicht,
derart; daß die Stromerzeugung der Maschine im wesentlichen bei jeder Geschwindigkeit
im Betriebe gleichmäßig sein wird.
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Durch die erläuterte Anordnung der Feldspulen wird nicht nur der Strom
bei jeder Geschwindigkeit im wesentlichen konstant gehalten, sondern auch die Stromerzeugung
bei erhöhter Temperatur vermindert. Weiterhin sind einige der Anwendungen dieser
Art von Zur Erklärung derselben soll die folgende Theorie dienen, aber nur versuchsweise
aufgestellt ist und Veränderungen unterliegt.
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Wenn sich die Maschine aus irgendeinem Grunde erhitzt, wird die Spule
24, in welcher der Akkumulator eine im wesentlichen gleichmäßige Spannung bei verschiedener
erhält, wärmer, und der Widerstand dieser Feldspule nimmt selbsttätig zu, so daß
der Strom dadurch abnimmt. Die Stromerzeugung muß daher bei zunehmender Temperatur
allmählich abnehmen. Die Wirkung der Spule 25 kann offenbar im unbeachtet gelassen
werden, da die Spannung derselben und der durch sie hindurchgehende Strom, die immer
verhältnismäßig gering sind, bei zunehmender Geschwindigkeit sogar noch geringer
werden, so daß die erhitzende Wirkung derselben im Vergleich zu der der Feldspule
24 kaum merklich ist.
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Durch diese selbsttätige Abnahme der Stromerzeugung des Generators
bei zunehmender Temperatur wird die Dauer des wesentlich verlängert und der Betrieb
verbessert. Dies ist leicht verständlich, wenn man bedenkt, daß die Maschine und
der Generator sich für gewöhnlich zusammen erhitzen, und die warme Maschine trotz
des schwächeren Funkens leistungsfähig ist, welcher von dem durch die Erhitzung
des Generators verursachten schwächeren Strom erzeugt wird.
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Außerdem ist zu bemerken, :daß die in der beschriebenen Weise je nach
der Temperatur geregelte Stromerzeugung sich Klima allen Betriebsbedingungen anpaßt.
Bei warmem Wetter, wenn der Akkumulator wegen der größeren Länge des Tages weniger
Strom braucht, wird die aschine den selbsttätig gegen Beschädigung infolge von Überladung
dadurch schützen, daß sie einen Strom erzeugt. Auf diese Weise wird die Lebensdauer
des Ak umulators erhöht. In der kalten Jahreszeit wird dagegen der den Akkumulator
ladende Strom entsprechend stärker, im wesentlichen je nach der zur Ladung erforderlichen
Stromstärke. Für mittlere Temperaturen stuft sich der Strom geeignet zwischen diesen
Werten ab.
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Obwohl die Feldspule 24 leistungsfähig ist, wenn sie auf übliche Weise
isoliert ist, ist in Abb. i eine zweckmäßige Form einer Asbestisolierung gezeigt,
durch welche Zerstreuung der durch den Strom in der Feldspule verhindert ird, so
daB die Temperatur der Spule schneller als sonst zunimmt und die selbsttätige Temperaturreglung
mithin noch empfindlicher wird.
Wenn die Spule 25 allein zur Reglung
des Stromerzeugers verwendet würde, müßte bekanntlich die Winkelstellung der Bürste
23 mit äußerster Genauigkeit eingestellt werden. Bei der hier dargestellten Einrichtung
werden Ungenauigkeiten in der Lage der Bürste 23 selbsttätig durch die Nebenschlußspule
24 ausgeglichen, und daher braucht keine Vorrichtung zum Einstellen der Lage dieser
Bürste verwendet zu werden. Es ist auch ersichtlich, daß die Spule 25 die beschriebene
Temperaturreglung nicht bewirkt, unter anderem aus dem Grunde, weil bei großer Geschwindigkeit
der durch sie hindurchgehende Strom schwach ist und deshalb verhältnismäßig geringe
Veränderung sowohl in der Erregung der Maschine wie auch in der Temperatur der Spule
hervorruft.
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In Abb.2 ist eine der Anordnung nach Abb. i ähnliche Einrichtung dargestellt,
die im wesentlichen durch die Verwendung eines getrennten Reglers für konstante
Spannung an Stelle der in Abb. i gezeigten beständigen Stromreglung von dieser unterschieden
ist. Der Stromschalter, der Akkumulator, die Hauptbürsten, der Zündstromkreis und'
der selbsttätige Umschalter sind im wesentlichen dieselben wie in Abb. i. Zum Zweck
der Spannungsreglung ist ein Widerstand 27 in Reihe mit der Nebenschlußwicklung
26 des Stromerzeugers eingeschaltet; dieser Widerstand 27 ist für gewöhnlich durch
den Leiter 28 kurzgeschlossen, dessen Stromkreis durch einen mittels Feder zurückgehaltenen
Kontakt 29 geregelt wird. Eine vom Stronnerzeuger erregte Spannungsspule
30 wirkt auf den Kontakt 29 derart, claß, wenn der Stromerzeuger eine große
Geschwindigkeit erreicht hat, die Spule 30 so kräftig wird, daß sie den Kontakt
29 anzieht, den Nebenschluß 28 unterbricht und auf diese Weise das Stromerzeugerfeld
wesentlich schwächt. Dies wiederholt sich mit einer Frequenz, die von der Geschwindigkeit
des Stromerzcugers abhängt, so daß die Spannung des durch den Stromerzeuger gelieferten
Strohes inn wesentlichen gleichbleibt. Ein Widerstand 31 mit niederem Temperaturkoeffizient
liegt zweckmäßig in Reihe mit der Spule 30.
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Zum besseren Verständnis der bemerkenswerten und nützlichen Zunahme
der Spannung der Bürsten, von denen der Zündstromkreis seinen Strom entnimmt, bis
zu einer Stärke. welche die Spannung der Hauptborsten des Stromerzeugers bei weitem
übertrifft, sind Untersuchungen angestellt worden, deren Ergebnisse i11 Abb. 3 dargestellt
sind. In (liesz2r stellt das Perigon 36o elektrische Grade dar. die sich über den
Raum von i8o mathematischen Graden erstrecken, wobei unter »elektrischem Grad« der
dreihundertsechzigste Teil üer Winkelentfernung von einem neutralen Punkt zu dem
nächsten neutralen Punkt von gleicher Polarität zu verstehen ist; der Ausdruck »elektrisches
Perigon« bezeichnet demnach einen Raum von neunzig solchen elektrischen Graden.
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In Abb. 3 ist die Stromwendeachse mit I-I bezeichnet und die Kurven
sind mit A, B, C hzw. I) bezeichnet. Diese Kurven sind genau graphische Darstellungen
der folgenden Beobachtungen: K ti r v e A: Elektromotorische Kraft für eine
einzige Ankerspule in verschiedenen Stellungen, bei 145o Umdrehungen in der Minute
und 13 Ampere äußerer Belastung.
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K u r v e B: Das Potential zwischen einer Bürste in der Lage H und
Punkten auf dem Stromwender in verschiedenen Winkellagen, bei 1450 Umdrehungen in
der Minute und 13 Ampere äußerer Belastung.
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K u r v e C: Dieselbe Bedeutung wie Kurve .-i, bei 350 Umdrehungen
in der Minute, wobei @üe Maschine in Bewegung ist und 4 Ampere angenommen sind.
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K ti r v e D: Dieselbe Bedeutung wie Kurve 13, bei 350 Umdrehungen
in der Minute, wobei die Maschine als :Motor wirkt und .4 Ampere angenommen sind.
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Aus Abb. 3 ist ersichtlich, daß die bei I-1
gezeigte Kommutationsachse
im wesentlichen mit der neutralen Achse bei 350 Umdrehungen pro Minute übereinstimmt,
wenn die Maschine als Motor wirkt. Für die höhere Geschwindigkeit von 1450 minutlichen
Umdrehungen bei 13 Ampere äußerer Belastung zeigt die graphische Darstellung deutlich,
daß die neutrale Achse um einen beträchtlichen Winkel von der Kommutationsachse
abweicht, und daß die Spannung zwischen einer Bürste in dem Punkt I-1 und einem
anderen Punkt am stärksten ist, wenn dieser andere Punkt sich auf der neutralen
Achse befindet, wie dargestellt (Kurve B). Es ist ersichtlich, daß die neutrale
Achse sich bei zunehmender Geschwindigkeit allmählich von der Lage der Komniutationsachse,
mit der sie bei verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit zusammenfällt, nach der
bei J-J gezeigten Lage verschiebt, welche für 145o Umdrehungen in der Minute und
13 Ampere äußerer Belastung gezeigt ist, und i bei noch größerer Geschwindigkeit
verschiebt sie sich noch mehr.
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Obwohl anscheinend die Zündungsbürste auf der Achse J-J eingeschaltet
werden sollte. wo eine Maximalspannung bei der verhältnismäßig 1 giinstigen Betriebsgeschwindigkeit
von iq.5o mintltlichen Umdrehungen erzeugt wird. so ist las Ergebnis davon für gewöhnlich
nicht der höchste Grad von Leistungsfähigkeit, der leicht zti erreichen ist, weil
bei dieser Lage der Zün- 1 dun@sbiirste, wie durch die Kurve D gezeigt iät, fli;
Spannung für verhältnismäßig geringe
Betriebsgeschwindigkeit beträchtlich
geringer sein würde als die zwischen den Hauptbürsten. Wenn die Zündspulen !von
geeigneter relativer Stärke gewählt würden, um bei geringer Geschwindigkeit einen
geringen Funken zu geben, so würde demnach der Funken viel zu stark bei großer Geschwindigkeit
sein. Aus diesem Grunde ist die Lage auf der Achse K-K eine günstigere für die Zündbürste.
In diesem Falle ist zu beachten, daß die Spannung bei 350 Umdrehungen in
der Minute, wenn der Stromerzeuger als Motor wirkt, nicht merklich niedriger ist
als die der Hauptpolklemmen der Maschine, und wenn die Geschwindigkeit zunimmt,
steigt die Spannung weit über diesen Wert hinaus. Wenn die Zündbürste sich auf der
Achse K-K befindet und der Stromkreis zwischen dieser Bürste und dem Punkt H eingeschaltet
wird,- ändert sich die Spannung zwischen diesen Punkten je nach der Geschwindigkeit,
welche die Spannung zum geeigneten Betriebe des Zündapparates verlangt.
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Wenn der Breite der Haupt- und der Zündbürste Rechnung getragen wird,
so liegen die aneinander grenzenden Seiten der Bürsten auf der Achse K-K und der
danebenliegenden Hauptbürste nahe beieinander. Es hat sich in der Tat herausgestellt,
daß bei der beschriebenen Maschine die Lage die oben angegebene ist, d. h. derart,
daß die Entfernung der Bürsten voneinander etwas mehr beträgt als die Breite eines,
aber etwas weniger als die Breite von zwei Sromwenderstegen.
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Wenn die Zündbürste in den elektrischen Quadranten H-L eingeschaltet
würde, z. B. in der Lage der Feldbürste 23 in Abb. i, so ist zu bemerken, daß, obwohl
die Spannung bei zunehmender Geschwindigkeit steigen würde, diese Steigerung zu
rasch erfolgen würde, angenommen, daß Spulen von geeigneter Größe zur Erzeugung
der gehörigen Zündung bei niedriger Spannung verwendet werden; oder wenn die Spulen
so angeordnet wären, daß die erforderliche Zündung bei hoher Geschwindigkeit erzeugt
würde, so wäre eine weitere Quelle zur Erzeugung von Spannung nötig, um den geeigneten
Betrieb bei geringem Geschwindigkeitsgrade zu erzielen.
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Da der Betrieb bereits einzeln erläutert worden ist, so braucht hier
nur hinzugefügt werden, daß, wenn der Hauptschalter geöffnet ist, der Zündungsstromkreis
seinen Strom vom Akkumulator bezieht. Jedesmal wenn der Hauptschalter geschlossen
ist, erzeugt der Stromerzeuger den gewünschten Strom und die Spannung, wie vorher
erläutert worden ist.
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Mit (lern beschriebenen Zündstromkreis, der an die Bürsten 4. und
14 angeschlossen ist, lassen sich noch eine oder mehrere Stromsammelvorrichtungen,
über welche die Spannung bei zunehmender Geschwindigkeit gesteigert werden könnte,
entweder einzeln oder in Parallelschaltung zusammenschalten.