DE45840C - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die ihrer Anordnung und Wirkung nach in Folgendem zu beschreibende Maschine kann als Erzeuger, Motor und Transformator Verwendung finden und basirt auf Wechselwirkung zwischen einem mit in sich geschlossener Achse versehenen Solenoid und einem zu demselben beweglichen Eisenkern, Magneten oder Elektromagneten.

Stellt man ein Solenoid mit in sich geschlossener kreisförmiger Achse dadurch her, dafs man eine Reihe von Drähten in Form neben einander liegender Spulen auf einen isolirenden Ring wickelt, der an der Innenseite aufgeschnitten und durch an den Rändern dieses Schnittes befestigte scheibenförmige Platten mit einem einzigen 'grofsen Hohlraum versehen ist, dessen Querschnitt Fig. 1 angiebt; verbindet man ferner, ähnlich wie bei einer Dynamomaschine, diese Drahtwickelungen so unter sich, dafs der Strom einer an zwei Verbindungsstellen angelegten Stromquelle die beiderseits dieser zwei Punkte liegenden Theile des Solenoides parallel durchfliefst, und bringt man endlich im Hohlraum des ganzen, mit Draht bewickelten Körpers zwei bogenförmige Eisenstücke oder Stahlmagnete f_xf₂, Fig. 2b, an, die, an einer mittleren Achse befestigt, mit dieser drehbar sind, so werden diese letzteren, falls ein Strom in der angegebenen Weise durch die Windungen fliefst, und falls die Lage der Eisenstücke f_x f₂ zu den umgebenden Theilsolenoiden eine unsymmetrische ist, sich mit der Achse drehen und symmetrisch einzustellen suchen.

Bringt man . an dem Apparat einen Umschalter an, welcher gestattet, die Stromzuführungspunkte zu verlegen, und welcher mit der Drehachse so in Verbindung steht, dafs er dies selbstthätig bei Drehung derselben bewirkt, so kann man die Anordnung derart treffen, dafs die Eisenstücke oder Magnete f_x f₂ , nachdem sie sich um einen gewissen Winkel infolge der Stromwirkung gedreht haben, doch gegen die beiden Solenoidtheile wieder dieselbe relative Lage haben wie vor ihrer Drehung, weil eben durch ihre Drehung zugleich die Grenzpunkte, in denen die beiden Theilsolenoide zusammenstofsen, um ein dem Drehwinkel äquivalentes Stück verschoben sind. Bei einer derartigen Anordnung üben also die zwei Theilsolenoide auf die Eisenstücke f_xf₂ dauernd ein Drehmoment aus und versetzen dieselben dadurch in beständige Drehung.

Die besondere Einrichtung des eben allgemein beschriebenen Apparates ergiebt sich aus den Fig. 2 und 3, bei deren Erläuterung zugleich erhellt, wie dieselbe Maschine sowohl als Motor wie als Erzeuger zu verwenden ist.

Die Leitungen der Stromquelle sind bei diesen Anordnungen so an die auf einen Holzkörper H, Fig. 2 b, gewickelten Solenoidspulen angelegt und diese letzteren so unter sich verbunden, dafs zwei Halbsolenoide enstehen, deren Pole NS, Fig. 2 b, auf der Senkrechten einander gegenüberliegen, während die beiden Eisenstücke oder Eisenkerne bezw. Magnete 'f\f% einerseits mit dieser Pollinie abschneiden und auf der anderen Seite noch ein Stück der Halbsolenoide unausgefüllt lassen. Die Kerne f_x f₂ sind aus bogenförmigen Eisen- oder Stahlblechen gebildet, von U-förmigem Querschnitt und fest mit einer Drehachse verbunden, Fig. 2 a

und 2 b, welche durch oben und unten in den Holzkörper gebohrteLöcher hindurch treten kann. Ueber dem bewickelten Holzkörper H ist eine isolirende Scheibe angebracht (in Fig. 2 a und 2 b mit D bezeichnet), welche in ihrer Mitte ebenfalls der Drehachse freien Durchgang gestattet und zur Aufnahme des selbstthätigen Umschalters dient. Dieser letztere besteht zunächst aus zwei concentrischen Kupferblechringen R₁ und R₂, an welchen mittelst in der Zeichnung fortgelassener Klemmschrauben die Pole der Stromquelle anliegen. Aufserdem sind noch entsprechend der Spulenzahl des ganzen Solenoides eine Anzahl Kupferringsegmente (in der Zeichnung sind sechs derselben, E₂ bis E₇, sichtbar) ebenfalls concentrisch auf dieser Scheibe befestigt. Die Segmente E sind mit den Enden der Wickelung, sowie unter sich derart verbunden, dafs durch zwei Paar auf den Segmenten E und -R schleifende Bürsten der Strom in solcher Weise in die Spulen des Solenoides geleitet wird, dafs die Hälfte der Spulen zur anderen Hälfte parallel geschaltet sind und zwei Doppelpole N S in dem Solenoid erzeugt werden. Die Eisenkerne haben zu den beiden Solenoidhälften die gezeichnete unsymmetrische Lage und werden eine Drehung in Richtung des Pfeiles, Fig. 2 b, erfahren. Die erwähnten, die Stromzuführung vermittelnden Bürsten sind isolirt an der Drehachse der Eisenkerne J₁ f₂ befestigt und drehen sich mit derselben. Sobald sich nun die Eisenkerne zu den angedeuteten Solenoidpolen symmetrisch eingestellt haben, werden die Bürsten bereits auf den nächstfolgenden Kupfersegmenten aufliegen, wodurch eine Verschiebung der Solenoidpole und darauf folgende Drehung der Eisenkerne bewirkt wird u. s. f.

Neben den inneren Eisenkernen kann man auch einen bezw. einige mehr oder weniger grofse Eisenbleche aufserhalb des Solenoides, dasselbe umfassend, anordnen, die zur Verstärkung der Wirkung dienen. Diese müssen gegen die Halbsolenoide eine ähnliche Lage wie die inneren Kerne haben. Liegen die äufseren Eisenstücke symmetrisch zu den Solenoidpolen, wie f₃ in Fig. 2, so wirken sie den inneren Eisenstücken entgegen.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Anordnung, die im wesentlichen in zwei Ringen besteht, wie sie für Dynamomaschinen gewickelt werden (P₁ und P₂J, zwischen denen die Ringsegmente Z₁ f% von Eisenblech, mit einer gemeinsamen Achse fest verbunden, drehbar sind. Es werden immer die über einander liegenden Spulen, sei es durch Parallel- oder Hintereinanderschaltung, mit einander vereinigt und dann die Enden dieser Spulengruppen zu den Segmenten eines über dem Apparat angebrachten Umschalters geführt, der in derselben Weise angeordnet ist und functionirt wie der oben beschriebene. Die mit Draht bewickelten festen Ringe können zur Verstärkung der Wirkung noch einen Eisenkern erhalten.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde von der Annahme ausgegangen, dafs die elektrische Maschine als Motor Verwendung finden solle. Dieselbe kann auch als magnetelektrische oder Dynamomaschine dienen.

Versetzt man die Eisen- oder Magnetkerne in der Anordnung der Fig. 2 oder auch Fig. 4 in rasche Umdrehung, so werden dieselben in dem zugehörigen Solenoid einen Strom induciren, der ihre Bewegung zu hemmen sucht und der, wenn der oben beschriebene Commutator beibehalten wird, als Gleichstrom von den Klemmen der Maschine abgenommen werden kann. Unter Umständen wird man hier auch die Eisenkerne mit einer Drahtwickelung versehen und durch dieselbe einen Theil des erzeugten Stromes leiten, um so den Magnetismus dieser Kerne zu verstärken.

Fig. 3 zeigt eine besondere Form des beschriebenen Apparates, der dazu bestimmt ist, als Elektricitätszähler Verwendung zu finden, indem die Zahl der während einer gewissen Zeit unter Einflufs eines Stromes gemachten Umdrehungen registrirt wird. Hier ist vor allen Dingen auf leichte Beweglichkeit des kreisenden Theiles Rücksicht genommen, und aus diesem Grunde sind die Schleifbürsten durch einen Quecksilberumschalter ersetzt. Statt der Kupferringe und Segmente in Fig. 2 befinden sich hier vier concentrische Reihen Quecksilbernäpfe in der Commutatorscheibe D; zwei derselben (.R₁ JR₂, Fig. 3 b) bilden, entsprechend den Kupferringen, ebenfalls geschlossene Ringe, indem die einzelnen Näpfe durch Quecksilberrinnen oder Kupferdrähte leitend verbunden sind.

Die übrigen Näpfe (in Fig. 3 b sind vier derselben, A₁, A^, A₂, E₁₀, 'sichtbar) stehen wie die Kupfersegmente in Fig. 2 mit den Enden der Solenoidspulen, sowie unter sich in Verbindung. Die Bürsten sind durch kleine Hebel ersetzt, die an einem Ende ein Gegengewicht g, Fig. 3 b, am anderen einen Querarm α tragen. Durch letzteren sind, isolirt von einander, zwei kleine Kupferbügel b b¹, Fig. 3 a, gesteckt, welche, sobald der Hebel durch einen mit der Drehachse verbundenen Arm heruntergedrückt wird, in zwei Paar Quecksilbernäpfe eintauchen und so die Leitung des Stromes in die Spulen des Kreissolenoides vermitteln. Bei dieser Form des Apparates kommt es darauf an, dafs die bewegende Kraft möglichst genau proportional der Stromstärke sei, und aus diesem Grunde wird entweder der Eisenkern möglichst dünn und leicht magnetisirbar ausgeführt — in Fig. 3 ist er als aus dünnen weichen Eisendrähten in Form eines flachen Bandes zusammengesetzt dargestellt, damit er schon bei der kleinsten in

Betracht kommenden Stromstärke magnetisch gesättigt ist —, oder man wählt statt der Eisenkerne permanente Magnete aus Stahlblech in der gezeichneten Form. Zu bemerken ist noch, dafs man auch statt eines wie in Fig. 2 angeordneten, das eine Halbsolenoid aufsen umfassenden Eisenbleches als Gegenkraft den einen der beiden Innenkerne selbst benutzen kann, indem man ihn wesentlich kürzer macht wie den anderen, die Rotation erzeugenden, und gemäfs Fig. 3 b symmetrisch zu dem zugehörigen Halbsolenoid anordnet.

Um nicht durch Treiben eines Zählwerkes, welches unmittelbar mit der Drehungsachse verbunden ist, eine verhältnifsmäfsig grofse mechanische Reibung überwinden zu müssen, kann man an einer Stelle der Commutatorscheibe noch einen Extracontact anbringen, der ebenfalls durch Niederdrücken eines Hebels geschlossen wird und dadurch entweder einen schwachen Zweigström des zu messenden Hauptstromes oder einen besonders erzeugten zweiten Strom auf einen Elektromagneten und durch dessen bewegten Anker auf ein Zählwerk wirken läfst. Dieser Contact kann dadurch hergestellt werden, dafs man den einen Kupferbügel gemäfs Fig. 3 a durch eine dreizinkige Gabel ersetzt, deren dritte Zinke in einen weiteren Quecksilbernapf K taucht. Die Pole des Nebenstromes sind dabei der eine mit einem dem äufsersten Ring angehörigen Quecksilbernapf, der andere mit dem Extranapf K verbunden, und es tritt bei jeder Umdrehung einmal Schlufs dieses Nebenstromes ein.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Behufs Erzeugung von Elektricität oder Umwandlung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie die Anordnung eines auf einem scheibenförmigen Hohlkörper gewickelten, in sich geschlossenen Solenoides mit kreisförmiger Achse in Verbindung mit einem oder mehreren im Innern dieser hohlen Scheibe an einer die letztere durchsetzenden Rotationsachse befestigten und als Ringsegmente ausgebildeten Eisenkernen, Fig. 2 und 3.

2. Der Ersatz des in 1. genannten, als scheibenförmiger Hohlkörper ausgebildeten Kreissolenoides durch zwei oder mehr über einander liegende ringförmige Solenoide, zwischen denen gemäfs Fig. 4 die wie in i. angeordneten Eisenkerne rotiren.

Hierzu l Blatt Zeichnungen.