DE43910C - Neuerung in der Einriclitung dys namo-elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

(Frankreich j.

Der wesentliche Zweck vorliegender Neuerungen an dynamoelektrischen Maschinen besteht darin, auf ein und demselben Trommeloder Ringanker eine beliebige Anzahl inducirter Elementarmaschinen derart anordnen zu können, dafs zwar jede einzelne Elementarmaschine ganz unabhängig von den übrigen wirken kann, dabei aber doch mit jeder einzelnen die jeder grofsen Dynamomaschine innewohnenden Vortheile, nämlich die mechanische Einheitlichkeit und die Möglichkeit, mit kleiner Winkelgeschwindigkeit eine grofse lineare Geschwindigkeit zu erzielen, gewonnen werden.

Diese Einrichtung wird im wesentlichen durch die Summe der nachstehend unter a) und b) angeführten Bedingungen, bestimmt.

a) Anzahl der Inductorpolpaare, Anzahl und Stellung der inducirten Elementarmaschinen, Anzahl der Gollectoren, Anzahl der Bürstenpaare.

b) Anzahl und Einrichtung der Spulen jeder unabhängigen inducirten Elementarmaschine, Anzahl und Einrichtung jedes zugehörigen Collectors.

Zu a). Beträgt die Anzahl der gleich weit abstehenden inducirten Polpaare M, so bringt man auf dem gemeinsamen Ring- oder Trommelanker in Aufeinanderfolge M inducirte Einzelapparate an, derart, dafs durch jeden dieser 1

Einzelapparate

des Kreisumfanges des gemeinsamen Ring- oder Trommelankers besetzt wird. Die Anzahl der Einzelcollectoren ist ebenfalls M und mit jedem Collector steht ein Bürstenpaar in Verbindung.

Zu b). I. Wenn die Wickelung der inducirten Elementarapparate aufsen und innen um den gemeinsamen Anker herumgeführt ist, so dafs die Anzahl der auf einander folgenden Windungen dieser Wickelung 2 N beträgt, so ist das Austrittsende der ersten Spule mit dem Eintrittsende der zweiten Spule verbunden, ebenso das Austrittsende der zweiten Spule mit dem Eintrittsende der dritten Spule u. s. f. bis zum Austrittsende der ersten Spule. Von diesen 2 N Verbindungen gehen 2 N Leitungen ab, welche im vorliegenden Falle als »Elektroden« bezeichnet werden und welche nach dem Collector führen.

Letzterer ist mit M 2 N Lamellen versehen, welche in Mmaliger Folge der Reihe nach mit fortlaufendem Index 1, 2, 3 ... 2 N bezeichnet sind. Sä'mmtliche Lamellen 1 sind mit einander verbunden, ebenso sämmtliche Lamellen 2 u. s. f. Die 2 N auf einander folgenden Elektroden sind mit 2 N auf einander folgenden Lamellen des Collectors verbunden. Der Abstand der beiden Bürsten ist derart gewählt, dafs dieselben bei jeder beliebigen Stellung der Maschine stets gleichzeitig auf solchen Lamellen schleifen, deren Zahlenunterschied N beträgt, d. h. wenn sich die eine Bürste auf der Lamelle ι befindet, so schleift die zweite auf ι + N, oder die erste auf 2, die zweite auf 2 + N u. s. f. bis TV und 2 N. Auf beiliegender Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 in Quer- und Längsschnitt ein Collector

dargestellt, welcher die Verwirklichung vorgenannter Verhältnisse gestattet. Derselbe ist für 16 inducirte Elementarspulen eingerichtet. Letztere bilden eine von den vier Einzelmaschinen einer allgemeinen Einrichtung zu vier Polpaaren. Dieser Collector mufs daher 16 X 4 = 64 Schienen oder Contacte besitzen, welche zu je Vieren unter einander verbunden sein müssen.

Der Collector besteht aus zwei Bronzestücken A und A', welche durch Bolzen b b' b" . . . verbunden sind und in ähnlicher Weise wie bei den allgemein gebräuchlichen Einrichtungen zum Aufreihen der Collectorschienen und zur Sicherung des geeigneten Abstandes derselben dienen.

Die Verbindung dieser Schienen zu je Vieren wird durch Ringe B B' B" . . . bewirkt, welche nach innen zu mit je vier Ansätzen I I I I versehen sind, die je ein Viertel des Kreisumfanges gegenseitigen Abstand haben. Diese inneren Vorsprünge gestatten es, mit Zuhülfenahme von Schrauben je vier Collectorschienen mit je einem Ringe zu verbinden und den betreffenden Ring von allen übrigen Schienen zu isoliren. Es sind also zur Verbindung der 64 Schienen in Gruppen von je Vieren 16 Ringe erforderlich. Jeder dieser 16 Ringe ist aufserdem am Aufsenrande mit einem Ansatz 0 0' o" . . . versehen, welcher zur Verbindung des betreffenden Ringes mit dem Anschlufsdraht der inducirten Spulen dient. Derjenige Ring jedoch, welcher mit dem Eintrittsdraht der ersten Spule und mit dem Austrittsdraht der letzten Spule in Verbindung steht, ist ausnahmsweise mit zwei um 90⁰ zu einander stehenden Ansätzen versehen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Ringe B B' B" ... so hinter einander angeordnet, dafs sie nur einen Theil der Länge der Contactschienen des Collectors einnehmen, der übrige Theil dieser Schienen wird von den Bürsten eingenommen.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine modificirte Einrichtung des Collectors. Derselbe steht hier mit einem der sechs Elemente einer Maschine mit' sechs Polpaaren in Verbindung.

Dieser Collector ist mit 60 zu 10 Gruppen von je sechs vereinigten Schienen versehen, entsprechend den zehn Elementarspulen des Ankers. Die Schaltung der Lamellen ist folgende:

Innerhalb des von den 60 Schienen gebildeten cylindrischen Hohlraumes sind 20 Ringe B angeordnet, welche am Aufsenrande mit je sechs Ansätzen I versehen sind. Die Anzahl der eigentlich erforderlichen Ringe ist nur deshalb verdoppelt, um der Construction eine gröfsere Festigkeit zu verleihen. Infolge dieser Verdoppelung ist jede Schiene mit zwei Ringen verbunden. Diese beiden Ringe sind aber immer so angeordnet, dafs zwischen denselben ' ein thatsächlicher Raum verbleibt, welcher der Dicke von neun Ringen entspricht. Die Verbindung der Ringe mit den Lamellen des Collectors wird in der Weise mittelst Schrauben bewirkt, dafs man eine einzelne Collectorschiene auswechseln kann, ohne den Collector ganz aus einander nehmen zu müssen. Die 20 Ringe sind durch Ringe aus Ebonitfaser etc. von einander isolirt.

Der gleichmäfsige Abstand der Collectorschienen wird mittelst zweier aus Isolirmaterial bestehender Platten P und P' erzielt, welche im Kreise mit so viel ganz gleichmäfsig vertheilten Bohrungen versehen sind, als Schienen benutzt werden, im vorliegenden Falle also 60. Die Bohrungen sind mit Muttergewinde versehen, in welches je 60 Kupferschrauben eingefügt' sind, mittelst welcher die Collectorschienen zwischen den Platten festgelegt werden.

Elf auf einander folgende Schienen des Collectors sind mit Ansätzen ρ versehen, welche zur Verbindung der Schienen mit den Eintritts- und Äustrittsdrähten der zehn Spulen dienen, welche die eine der sechs Elementarmaschinen bilden.

Die Erläuterung der beiden vorgenannten Einrichtungen für den Collector sollen nur zum besseren Verständnifs der eigentlichen Erfindung dienen, da diese Art von Collectoren eines der bei jeder Dynamomaschine erforderlichen Organe ist. Es wird jedoch keineswegs dieser Collector an sich beansprucht, sondern die neue Art und Weise der Verbindung dieses Collectors mit den von einander unabhängigen Elementen des Ankers.

Die eigenartige Verbindung zwischen Anker und Collector wird. durch Fig. 5 veranschaulicht, welche ein Schema des Ankers einer Maschine mit vier Polpaaren, den zugehörigen Collector und die Wickelung darstellt.

Auf die Welle A dieser Maschine ist ein Ring B aus Isolirmasse aufgezogen und auf diesem sind die Schienen des Collectors C C befestigt.

JD ... stellen die Elementarspulen des Ankers dar. Der Feldmagnet besitzt vier Polpaare von abwechselnder Polarität. Der Anker ist ebenfalls in vier Theile getheilt und jedes Viertel besteht aus acht Spulen, welche in folgender Weise numerirt sind:

i¹, a¹, 3¹, 4¹, 5',6S₇ ¹, 8¹ (erstes Viertel),
ι², 2², 3², 4², 5², 6², 7², 8² (zweites Viertel),

1³, 2³, 3³, 4³, ς³, 6³, 7^S,8³ (drittes Viertel),

1⁴, 2⁴, 3*, 4⁴, 5⁴, 6⁴, 7⁴, 8⁴ (viertes Viertel).
Es sind also die homologen Theile des

Ankers mit derselben Zahl bezeichnet.; das Viertel, welchem der betreffende Theil angehört, wird durch den Index angegeben.

Die Lamellen des Collectors sind in derselben Reihenfolge wie die Ankertheile numerirt.

Zur Erläuterung der Wickelung seien beispielsweise die homologen Theile:

8\8², 8³, 8⁴ betrachtet.

Das Eintrittsende des um den Ankertheil 8¹ gewickelten Drahtes steht mit der Contactschiene 8¹ in Verbindung; das Austrittsende derselben Spule ist an das Eintrittsende des um den Ankertheil 8² gewickelten Drahtes angeschlossen. Das Austrittsende dieser Spule ist an das Eintrittsende des um den Ankertheil 8³ gewickelten Drahtes angeschlossen und das Austrittsende dieser Spule ist wiederum mit dem Eintrittsende des um 8* gewickelten Drahtes verbunden. Das Austrittsende des letzteren ist endlich an das Eintrittsende des um den Ankertheil ι¹ gewickelten Drahtes angeschlossen, welcher von der Lamelle i¹ des Collectors ausgeht.

In .ganz analoger Weise verlaufen auch die Wickelungen der übrigen Ankertheile; so ist das Austrittsende der Wickelung des Ankertheiles ι ' mit dem Eintrittsende der Wickelung des Theiles i² verbunden, ebenso das Austrittsende der letzteren Wickelung mit dem Eintrittsende der Wickelung des Theiles ι³ und das Austrittsende der letzteren Wickelung, mit dem Eintrittsende der Wickelung des Theiles i⁴; das Austrittsende der letzteren Wickelung ist schliefslich mit dem von der Lamelle 2¹ ausgehenden Eintrittsende der Wickelung des Theiles 2¹ verbunden.

In gleicher Weise verlaufen die Wickelungen der übrigen homologen Ankertheile:

,1 ₉2 „3 _oi 2,2,2,2,

3 S 3², 3³, 3⁴, .4\4W,4*> 5¹, 5², 5³, 5⁴, 6',6², 6³,6⁴,

_n\ _2 -3 _V4

/1 7 1 1⁷i 7 ■

In der schematischen Fig. 5 sind diese Verbindungen der Klarheit wegen nur für die Ankertheile 8¹, 8², 8³, 8⁴ veranschaulicht. Aus obiger Erläuterung der Wickelung ist ersichtlich, dafs von den 32 Lamellen des Collectors nur die Schienen:

I¹ 2¹ I¹ i¹ (' 6¹ 7¹ 8¹

in directer Verbindung mit den Ein- und Austrittsenden der Wickelungsdrähte der Ankerelemente stehen.

Gerade hierin liegt der wesentliche Punkt vorliegender Erfindung; denn bisher sind bei allen Systemen dynamoelektrischer Maschinen stets sämmtliche Lamellen des Collectors an gewisse Ein- bezw. Austrittsenden der Drahtwickelung des Ankers angeschlossen worden.

Die beiden zur Ableitung der im Anker erzeugten Ströme dienenden Bürsten sind derart . auf dem Collector angeordnet, dafs sie auf zwei Lamellen schleifen, welche durch 3 oder 3+8 bezw. 3 + 2X8 freie Schienen von einander getrennt sind. Schleift z. B. die eine Bürste auf dem Contact ι¹, so ist die zweite so aufgestellt, dafs sie entweder auf 5¹ oder 5^s oder 5³ oder 5⁴ schleift.

Damit die im Anker erzeugten Ströme bei jeder beliebigen Stellung des Ankers zum Schenkel abgeleitet werden, sind die Schienen des Collectors in folgender Ordnung mit einander verbunden:

ι^α mit ι², ι³ und 1 *,

31 -	o2 O 1	33 "	34,
41 -	42,	43 -	4*,
51 -	52,	53 -	54,
61 -	62,	63 -	64,
71	72,	73 -
81 -	82.	83 -	84!

In Fig. 5 sind nur die Verbindungen:
ι' mit i², i³ und 1⁴ und
8¹ - 8², 8³ - 8⁴

dargestellt, um die Uebersichtlichkeit des Schemas nicht zu stören.

Der Vortheil dieser Schaltungsweise liegt darin, dafs man sehr leicht hohe Spannungen erhalten und aufserdem die Schaltung des Ankers von dem Collector selbst unabhängig machen kann; denn es können sämmtliche homologe Spulen des Ankers anstatt hinter einander (auf Spannung) auch neben einander (auf Quantität) geschaltet werden, und zwar ohne jede Aenderung am Collector, da stets nur die Collectorschienen

ι', 2¹ 3¹ 4¹, 5¹ 6¹ 7¹ 8¹

mit den Ein- und Austrittsenden der um die Ankertheile gewickelten Drähte in Verbindung stehen.

Die Annahme von vier Polpaaren, sowie die Theilüng jedes Ankerviertels in acht Elementartheile ist natürlich nur als Beispiel aufzufassen. Die vorliegende Schaltungsweise gilt für jede beliebige Anzahl von Polpaaren und jede beliebige Anzahl von Unterabtheilungen des Ankers einer multipolaren Maschine.

Die beschriebene Schaltungsweise kann sowohl bei Maschinen mit Trommelanker, als auch solchen mit Ring- oder Scheibenanker Anwendung finden.

Zu b). II. Wenn jedes Ankerelement mit einer nur aufsen über den Ring gelegten Wickelung versehen ist, Fig. 6, so beträgt die Anzahl der gleichförmigen auf einander folgenden Spulen 2 N; die Enden irgend einer n^ten Spule werden nach folgender Regel mit den anderen Spulen verbunden.

Ist η ungerade, so wird das obere (nach dem Collector zu liegende) Ende der η ^ten Spule mit dem oberen Ende der η + (ZV— i)^ten Spule und das untere Ende der n^ten Spule mit dem unteren Ende der n + (2V+i)^ten Spule verbunden.

Ist η gerade, so wird das obere Ende der «^ten Spule an das obere Ende der η + (N-f- ι)^ten Spule, das untere Ende der ?z^ten Spule an das untere Ende der η + (N — i)^ten Spule angeschlossen.

Da 2 N Spulen vorhanden sind, so erhält der Collector M N Lamellen, welche in M Gruppen je mit den Nummern i, 2, 3 . . . iV bezeichnet sind.

Irgend eine beliebige m^te Lamelle des Collectors ist an die obere Verbindung der m + (m — i)^te" ^{und der} N + 2 (m — i)^ten Spule angeschlossen. Die Stellung der Bürsten ist eine solche, dafs dieselben bei jeder beliebigen Stellung des Ankers stets gleichzeitig auf zwei Contacten stehen, deren Nummern-

Ι· Λ ^N ■

unterschied = — ist.
2

Fig. 6 veranschaulicht die Anwendung dieser Formeln bei einem Anker mit acht Spulen.

Angenommen, ein Viertel des Umfanges sei in acht gleiche auf einander folgende Theile getheilt;

Die Windungen der

ι^ten Spule führen zu denen der 5^ten Spule,

2^ten - 6^ten

ο ten _ r· ten

4^ten - - 8^ten - .

An den oberen Spulenenden sind die Verbindungen folgende:

ι^te Spule mit der 4^ten Spule,

> te

„ ten

An den unteren Spulenenden sind die Verbindungen folgende:

ι^te Spule mit der 6^ten Spule,

4¹

r LtMj

gteii

^r ten

Nimmt man an, dafs der vorerwähnte Anker mit acht Spulen zu einer Maschine mit vier Polschenkeln gehört, so würde der zugehörige Collector 16 Lamellen besitzen, welche zu je Vieren verbunden und mit viermal 1, 2, 3,4 numerirt sein würden.

Alsdann ist eine Lamelle No. 1 mit den oberen Enden der Spulen 1 und 4,

eine Lamelle No. 2 mit den oberen Enden der Spulen 3 und 6,

eine Lamelle No. 3 mit den oberen Enden der Spulen 5 und 8,

eine Lamelle No. 4 mit den oberen Enden der Spulen 2 und 7 verbunden.

c) Zur weiteren Erläuterung vorliegender Erfindung mögen noch folgende Angaben dienen.

Wenn von den inducirten Ankerelementen eine gewisse Anzahl A in Bezug auf Wirkung, Dicke des Leitungsdrahtes, Anzahl der Spulen, Wickelung und Collector von gleicher Beschaffenheit" sind, so kann man diese im gemeinsamen Sinne arbeiten lassen und hierbei entweder sämmtliche A Collectoren und A Bürstenpaare beibehalten oder auch nur einen einzigen Collector und ein einzelnes Bürstenpaar in Anwendung bringen.

Diese Arbeitsweise ist nicht allein bei Nebeneinander-, sondern auch bei Hintereinanderschaltung sämmtlicher A Apparate möglich.

Sollen die A Apparate auf Stromstärke oder Spannung arbeiten, so können:

1. die A Collectoren beibehalten werden, indem man ihre Bürsten neben oder hinter einander schaltet,

2. je nach der Art der Wickelung, ob innere und äufsere oder nur ä'ufsere, auch nur die 2 N bezw. die N Elektroden des einzigen Collectors beibehalten werden (das Wort Elektrode ist in dem eingangs angegebenen Sinne zu verstehen). Die Verbindungen der 2 N Spulen des Apparates mit diesem Collector werden nicht verändert.

Dagegen wird bei Arbeit auf Stromstärke die Wickelung selbst in Nebeneinanderschaltung verbunden; jede der 2 N Spulen der (A — 1) übrigen Apparate mit jeder der 2 N Spulen gleicher Numerirung desjenigen Apparates, welcher seinen Collector behalten hat.

Bei Arbeit auf Spannung werden hinter jede der 2 N Spulen desjenigen Apparates, welcher seinen Collector beibehält, die Spulen der (A — 1) übrigen Apparate ohne weitere Aenderung der angegebenen Verbindungen auf Spannung zwischengeschaltet.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Bei dynamoelektrischen Maschinen mit Ringanker und mehr als zwei Polen zwecks Hintereinanderschaltung verschiedener in gleicher Weise inducirter Spulen, sogen, homologen Spulen, die Schaltung bei dem Ringanker in der Weise, dafs:

   a) so viel Gruppen angeordnet werden, als Polpaare vorhanden sind;

   b) die homologen Spulen der einzelnen Gruppen hinter einander geschaltet werden;

   c) die letzte der Spulen einer solchen homologen Spulenreihe mit einer Spule der nächsten Gruppe aus der dieser letzten Spule benachbarten homologen Reihe ebenfalls hinter einander geschaltet wird;

   d) auf dem Collector so viel Schienen angeordnet sind, wie Spulen vorhanden sind, von welchen Schienen aber nur so viel neben einander liegende, als homologe Spulenreihen vorhanden sind, mit der Verbindung der einzelnen homologen Reihen unter einander verbunden

   werden, während die Schienen, welche von einander durch eine Anzahl von Schienen gleich der um Eins verminderten Zahl der homologen Spulenreihen getrennt sind, unter einander mittelst eines Contactringes verbunden sind.
2. 2. Die durch Fig. 6 in schematischer Abwickelung als Beispiel veranschaulichte Modification, dadurch gekennzeichnet, dafs:
   a) der Ankerkern mit einer aus 2 N gleichen Spulen bestehenden Trommelwickelung versehen ist;

   b) das nach dem Collector zu liegende Ende der 1, 3, 5^ten Spule mit dem gleichen Ende der um N— 1, und das nämliche Ende der 2, 4, 6^ten Spule mit dem gleichen Ende der um N -f- 1 höheren Spule verbunden ist;

   c) die vom Collector abgewendeten Enden dagegen gerade umgekehrt geschaltet sind, d. h. das Ende der 1, 3, 5^ten Spule mit dem Ende der um N -\- 1, und das Ende der 2, 4, 6^ten Spule mit dem Ende der um N — 1 höheren Spule verbunden ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.