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Induktionsmotor, insbesondere für umsteuerbare Schiffsantriebe, mit
zwei Kurzschlußkäfigwicklungen auf dem Läufer. Bei dem Anlaßverfahren für Induktionsmotoren
nach Boucherot erhält der Anker des Motors zwei Käfigwicklungen, deren Verhältnis
von Widerstand zu Reaktanz verschieden ist. Die eine Käfigwicklung liegt in Nuten
am Umfang des Rotors und hat eine kleine Reaktanz und einen hohen Widerstand, die
andere Wicklung ist tiefer im wirksamen Eisen eingebettet und hat eine große Reaktanz
und einen kleinen Widerstand. Die Folge dieser Anordnung ist, daß die Wicklung der
ersten Art in der Anlaufperiode, d. h. wenn der Motor großen Schlupf und einen sekundären.
Strom von hoher Frequenz besitzt, ein hohes Anlaufmoment hervorruft, während dabei
die Wicklung mit geringem Widerstand in Anbetracht ihrer hohen Selbstinduktion wenig
Strom führt. Vermindert sich die Frequenz des Sekundärstromes, wird also der Schlupf
geringer, so wird der Strom in der Anlaufwicklung abnehmen und in der Wicklung mit
geringem Widerstand zunehmen, bis der normale Schlupf des Motors erreicht ist.
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Induktionsmotoren dieser Art eignen sich wegen der Einfachheit ihrer
Konstruktion besonders gut für Schiffsantriebe, bei denen es wesentlich ist, daß
alles getan wird, um den Raumbedarf, das Gewicht und die Kosten auf einem Minimum
zu halten. Auch ist ihre Anwendung wegen des robusten Aufbaues als Propellermotore
bei Schiffen vorteilhaft, da an diese sehr hohe mechanische Anforderungen gestellt
werden.
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Jene Motoren besitzen einen hohenWirkungsgrad, einen verhältnismäßig
geringen Anlaufstrom, und ihr hohes Anlaufmoment ist bei der Reversierung der Propellermotoren
bei Schiffen, wenn das Schiff mit voller Geschwindigkeit vorausfährt, von großem
Wert.
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Da aber die Anlaufwicklung die beim Anlauf und bei der Umkehrung in
ihr erzeugte Wärme zunächst momentan aufnehmen muß, wurde die Anwendung der Induktionsmotoren
nach dem System von Boucherot bei Schiffsantrieben in Frage gestellt, denn die Manövrierfähigkeit
der Schiffe erfordert die Möglichkeit einer schnellen Umkehr und Anlassung der Propellermotoren,
wodurch gefährliche Erwärmungen der Motoren auftreten können.
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Die Erfindung besteht darin, daß die äußere
Käfigwicklung
hohen Ohmschen Widerstandes, mit großer Wärmekapazität ausgebildet ist, also starken
Querschnitt besitzt und dementsprechend aus Material hohen spezifischen Widerstandes
hergestellt wird. Um eine gute Wärmeableitung herbeizuführen, werden sämtliche Teile
dieser Wicklung in möglichst innigem Kontakt mit dem wirksamen Eisen des Läufers
gebracht. Die Stäbe sind daher auf ihrer ganzen Länge in das Eisen eingebettet,
d. h. ihre Enden stehen über dasselbe nicht weiter heraus, als es ihre Befestigung
am Kurzschlußring erfordert, und letzterer liegt gleichfalls an der Stirnseite des
Läufereisens dicht an. Die Versuche haben ergeben, daß für die Stäbe Material vom
mehrfachen spezifischen Widerstand, wie Kupfer, zu verwenden ist. Neusilber mit
ungefähr dem zwanzigfachen spezifischen Widerstand wie Kupfer eignet sich sehr gut
für diesen Zweck. Es läßt sich die Wärmekapazität so bemessen, daß sie imstande
ist, während einer Reversierungszeit von zwei Minuten die bei maximaler Erregung
erzeugte Wärme ohne unzulässige Temperaturerhöhung aufzunehmen. Bei guter wärmeleitender
Verbindung mit dem Ankereisen kann die Dauer der Reversierung auf drei Minuten gesteigert
werden, was für jeden Schiffsbetrieb vollkommen ausreichend ist. Man kann jedoch
die Wirkung noch weiter erhöhen, wenn man außerdem eine kräftige künstliche Kühlung
vorsieht, welche besonders beim Stillstand des Motors in Tätigkeit tritt und beim
Manövrieren des Schiffes die Wärmeaufnahmefähigkeit der Ankerwicklung und des Ankereisens
möglichst rasch wiederherstellt.
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Für die Kurzschlußringe ist dafür Sorge getragen, daß diese nicht
durch Wärmeausdehnung schädliche Wirkungen auf die Wicklungsstäbe ausüben können.
Zu diesem Zweck sind die Kurzschlußringe in Segmente unterteilt und immer je zwei
benachbarte Segmente durch elastische Verbindungsstücke miteinander verbunden, wodurch
das Auftreten unerwünschter tangentialer Schubkräfte vermieden wird. Das beim Reversieren
des Propellers erforderliche erhöhte Anzugsmoment wird durch. eine Spannungssteigerung
bewirkt, die wiederum durch eine Erhöhung der Erregung des Generators herbeigeführt
wird.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher umläutert. Abb. i zeigt
eine Gesamtschaltung für einen Schiffsantrieb, Abb. 2 eine Einzelheit der Kurzschlußwicklung
des Antriebsmotors, Abb. 3 einen Schnitt durch diesen Motor, Abb. q. eine Seitenansicht
des Läufers mit der Wicklung nach der Erfindung, Abb. 5 und 6 sind Einzelheiten
des Läufers.
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In Abb. i bedeutet 5 'eine Antriebsturbine, mit der ein Wechselstromgenerator
gekuppelt ist, 6 ist dessen umlaufendes Feld. 8 sind die Schleifringe für die Zuführung
des Erregerstromes für das Feld. g ist der Ständer, der mit der Erregerwicklung
=o des Propellermotors verbunden ist. Der Anker =i des Motors ist durch die Welle
.11 mit der Schraube =a verbunden. Die Erregerwicklung 15 der Erregermaschine 7
wird von den Zuleitungen i6 über einen Anlasser 17 gespeist. Befindet sich der Schalthebel
28 des Anlassers 17 in der äußersten Lage, in der er die Kontakte =g deckt, so wird
das Feld i5 in normaler Weise erregt. Befindet sich der Schalthebel in der andern
äußersten Lage, in welcher er d'le Kontakte 2o deckt, so ist ein größerer Widerstand
in den Stromkreis der Feldwicklung 15 eingeschaltet, während in einer mittleren
Stellung, Kontakt 21, das Feld kräftig erregt ist ohne Zwischenschaltung irgendeines
Widerstandes. Die Erregung des Feldes 15 in der Schaltstellung =g des Schalthebels
28 entspricht der normalen Leistung des Wechselstromgenerators bei gewöhnlicher
Fahrt, während die Kontaktstellung 21 für hohe Fahrt bzw. zur Entwicklung eines
starken Drehmomentes beim Anfahren bestimmt ist. Die Schalter 22, 23 dienen zum
Umsteuern des Induktionsmotors, indem das eine oder andere Schalterpaar erregt wird
und die zugehörigen Schalter geschlossen werden, je nachdem der Schalt-,r 28 das
rechte oder linke Feld seiner Kontakte bestreicht. Zu diesem Zweck sind die Segmente
25, 25' bzw. 2q.. 2q.' mit der Stromzuführung bzw. dem Magneten der Schalter 22,
23 elektrisch verbunden. Die Umsteuerung des Motors erfolgt hierbei durch Umschaltung
zweier Phasen desselben und findet bei unerregtem . Generator statt. Soll der Generator
nicht vollständig aberregt sein, so könnte während der Umsteuerung ein sehr hoher
Widerstand in seinem Feldstromkreis geschaltet sein. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand
27 in den Stromkreis der Erregermaschine 7 eingeschaltet und wird durch ein Schütz
26 kurzgeschlossen, wenn eines der Schalterpaare 22 oder 23 durch den Schalter 28
angeschlossen ist. In der Mittelstellung des Schalthebels 28 wird dann zugleich
mit beiden Schalterpaaren 22, 23 auch das Schütz 26 aberregt und damit der Widerstand
27 eingeschaltet. Der Schalthebel 28 mit seinen verschiedenen Kontakten 18
wird durch eine Rückstellfeder 3o stets in eine Stellung geführt, in welcher er
das Feld 15 schwächer erregt. In die Stellung 21 und =g kann er nur von Hand gebracht
werden und wird in der letzteren durch die Sperrungen 29 gehalten.
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Der Läufer des Propellermotors besitzt in der eingangs beschriebenen
Art zwei Kurzschlußwicklungen.
Die eine Wicklung erhält verhältnismäßig
hohen Ohmschen Widerstand und geringe Selbstinduktion, die andere wiederum verhältnismäßig
geringen Ohmschen Widerstand und hohe Selbstinduktion, wobei sich das verhältnismäßig
auf die Frequenz des Läuferstromes bezieht. In der Zeichnung ist die Wicklung verhältnismäßig
hohen Gesamtwiderstandes mit 13 und die verhältnismäßig geringen Widerstandes mit
14 bezeichnet. Die erstere ist in Nuten nahe des Läuferumfanges, die letztere in
tiefer liegenden Nuten untergebracht und im wesentlichen vollständig im magnetischen
Eisen des Läufers eingebettet. Abb. 2 zeigt diese Anordnung im Querschnitt durch
die Wicklungen.
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Erfindungsgemäß sind die Stäbe 13 der Anlaufwicklung aus Material
hohen spezifischen Widerstandes ausgebildet, so daß sie einen möglichst großen Querschnitt
bzw. ein möglichst großes Volumen und damit eine hohe Wärmekapazität erhalten. Auf
ihrer ganzen Länge sind sie mit dem Ankerkörper in gut wärmeleitende Verbindung
gebracht, wodurch eine schnelle Wärmeableitung erzielt wird. Die Enden der Stäbe
13 sind nur so weit aus dem Läufereisen herausgeführt, als es die Befestigung der
Kurzschlußringe erfordert.
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In den Abb. 3 bis 6 ist eine praktische Ausführung des Motors dargestellt.
Der Läufer 40 ist mit der Welle 41 verbunden und besitzt lamelliertes Eisen 42,
welches durch Bolzen 43 zusammengehalten ist. Das lamellierte Eisen 44 des Ständers
wird durch Bolzen 46 zusammengehalten und mit dem Gehäuse 45 verbunden. Die mehrphasige
Primärwicklung io des Motors ist in Nuten untergebracht. Die Kurzschlußwicklung
1q. des Läufers mit geringem Widerstand ist tiefer im Läufer gebettet und mit einem
Ring geringen Widerstands 1q.' verbunden. Die Kurzschlußringe der Wicklung r3, welche
hohen Widerstand und große Wärmekapazität besitzt, ist nahe dem Umfang des Läufers
untergebracht in einer Weise, daß die Wicklungsteile in gutem wärmeleitendem Kontakt
mit dem Läuferkörper stehen. Die Kurzschlußringe der Wicklung 13 sind aus sektorförmigen
Teilen 13' hergestellt, die mit Verbindungsstücken flexibel verbunden sind und bei
größerer Erhitzung der Stäbe eine Ausdehnung der Wicklung gestatten. In Abb. q.
ist ein vollständiges Verbindungsglied 13' dargestellt. Die Teile 13' sind mit rechteckigen
Aussparungen zur Aufnahme der Stäbe hohen Widerstands versehen u nd untereinander
durch flexible Teile verbunden. Die Enden der sektorförmigen Teile 13' übergreifen
hierbei einander nicht. An den Enden eines solchen sektorförmigen Teiles sind Vorsprünge
47 angeordnet, in welche dann die biegsamen Verbindungsstücke 48 mittels Bolzen
49 eingefügt sind und die Verbindung zwischen benachbarten sektorförmigen Wellen
herstellen.