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Gleichstrom-Influenzmaschine Die Leistung der Gleichstrom-Influenzmaschine
nach dem Hauptpatent 432277,
bei welcher die kreisenden Erregerscheiben wie
auch die ruhenden influierten Scheiben sternförmige Beläge aufweisen oder aus sternförmigen
Metallplatten bestehen und die Beläge der influierten Scheiben um eine halbe Polteilung
gegeneinander versetzt angeordnet sind und welche infolge der dort erläuterten Ausbildung
des Kollektors Gleichstrom liefert, läßt sich gemäß der Erfindung dadurch erhöhen,
daß man auch die Lücken der influierten ruhenden Scheiben in an sich bekannter Weise
mit Belägen ausfüllt und die phasengleichen Belaggruppen einer jeden Scheibe unter
sich verbindet. Diese Verbindung erfolgt aus Gründen einer guten Isolation zweckmäßig
nicht, wie zuvor, an -der Nabenseite, sondern an der Stirnfläche einer jeden Scheibe.
Hieraus ergibt sich die Aufteilung des Belags einer jeden Scheibe in eine Anzahl
gleicher, voneinander isolierter kreisäusschnittförmiger Beläge, welche wechselweise
an den Stirnseiten der Scheiben miteinander verbunden sind. Ordnet man mehrere derartige
influierte Scheiben, wie zuvor voneinander getrennt durch die influierenden Scheiben,
in Achsenrichtung nebeneinander an, so werden die axial hintereinanderliegenden
Beläge der infiuierten Scheiben gleichen Potentials nochmals unter sich verbunden,
so daß sich die in Abb. i schematisch veranschaulichte Belaganordnung und deren
Verbindung für die ruhenden Scheiben ergibt. Es bezeichnet in Abb. ia, wie zuvor,
a die kreisenden Erregerscheiben und b die ruhenden influierten Scheiben und b1
und b2 edie Beläge verschiedenen Potentials auf den Scheiben b. Durch eine derartige
Ausbildung wird gegenüber derjenigen nach dem Hauptpatent die Stromstärke erhöht,
da die Anzahl der gleichzeitig wirkenden Beläge verdoppelt ist. Die Gesamtfläche
der Beläge der ruhenden Scheiben läßt sich wegen des erforderlichen Isolationszwischenraumes
zwischen den einzelnen Belägen der Scheiben zwar nicht verdoppeln, aber doch annähernd
um 6o % erhöhen. Ferner erhöht sich, was besonders wesentlich ist, das Potential
der jeweilig durch die Erregerscheiben nicht überdeckten Beläge, was durch einen
Vergleich der neuen Anordnung Abb. ia mit der alten, in Abb. ib dargestellten Anordnung
ersichtlich wird; es bezeichnen in Abb. ib wie in Abb. ia a die Beläge der Erregerscheiben
und b1 und b2 die Beläge der ruhenden influierten Scheiben. Bei der neuen Anordnung
bilden bei der in Abb. ia dargestellten Stellung der Erregerscheiben a deren Beläge
mit den Belägen
b1 der influierten Scheiben ein geschlossenes Feld
mit einem nach außen nahezu sich aufhebenden Potential, und nur an den schmalen
Stirnflächen der Scheiben a werden Kraftlinien nach den Belägen b2 übertreten und
deren Potential um ein geringes erniedrigen. Das Potential der Beläge b2 wird aber
im ganzen, da diese sich mit ihren gleichnamigen Ladungen einander nahe gegenüberstehen,
erhöht.
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Bei der alten Ausbildung nach Abb.lb hingegen bilden die jeweilig
sich gegenüberstehenden Beläge der influierenden und influierten Scheiben kein in
sich geschlossenes Feld, und der Kraftlinienübertritt von a nach b2 wird, deren
Potential entsprechend vermindernd, wesentlich größer sein.
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Man kann in dieser Richtung nun noch einen Schritt weitergehen und
auch die Erregerscheiben in an sich bekannter Weise nach Art der erregten Scheiben
ausbilden, indem man auch auf den Erregerscheiben, nur durch einen entsprechenden
Isolationszwischenraum getrennt, Belag neben Belag anordnet und diesem in Aufeinanderfolge
wechselnde Polarität aufdrückt und die Beläge gleicher Polarität wie diejenigen
der erregten Scheiben an den Scheibenstirnseiten miteinander verbindet. In diesem
Fall erübrigt sich der zweite, von dem ersteren durch den Kollektor getrennte Scheibensatz;
man kommt viehmehr mit einem einzigen Scheibensatz aus, den man, zwecks Erzielung
einfacher Verbindungen mit dem Kollektor, zweckmäßig inmitten des jetzt räumlich
getrennten Kollektors anordnet. Je nach der Zusammenfassung der phasengleichen Beläge
zu einzelnen Gruppen ergeben sich in diesem Fall verschiedene Schaltungsmöglichkeiten,
von denen in den Abb. 2a und 2b zwei Schaltungen als Beispiele dargestellt sind.
Es bezeichnen wieder a die Beläge der umlaufenden Erregerscheiben und b1,
b2, bs, b4
(Abb.2a) Gruppen von phasengleichen und innerhalb einer
Gruppe verbundenen Belägen auf den influierten ruhenden Scheiben. Aus Abb.2a ergibt
sich, daß jede der Belaggruppen b1, b2 einerseits und b3, b4 andererseits, welche
gleichzeitig Stromstöße entgegengesetzter Polarität liefern, für sich Stromstöße
entsprechend der Polzahl der umlaufenden Erregerscheiben je Umdrehung liefern, also
bei z. B. acht positiven und negativen Polbelägen acht Stromstöße je Umdrehung,
und da die Gruppen b1, b2 gegenüber denjenigen bs, b4 um eine halbe Polteilung versetzt
sind, so liefern sämtliche Gruppen zusammen 16 Stromstöße gemäß dem Schaubild nach
Abb. 3a.
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Die Schaltung gemäß Abb.2b unterscheidet sich von derjenigen nach
Abb.2a nur dadurch, daß die Beläge der influierten Scheiben anstatt zu vier Gruppen
zu zwei Gruppen leitend miteinander verbunden sind. In diesem Fall werden halb soviel
Stromstöße, diese aber von der doppelten Intensität wie in ersterem Fall geliefert,
da die Anzahl der gleichpolig miteinander verbundenen Beläge verdoppelt ist, wie
das Schaubild nach Abb. 3b veranschaulicht.
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Die Schaltung gemäß Abb.2a bietet nun gegenüber derjenigen nach Abb.2b,
trotzdem sich bei letzterer ein einfacherer Kollektor ergibt, die folgenden Vorteile:
Bei der Schaltung nach Abb.2a besteht jede influierende Scheibe aus Belägen mit
Ladungenavon abwechselnd entgegengesetzten Vorzeichen, im vorliegenden Beispiel
also aus acht Belägen mit positiver und aus acht Belägen mit negativer Ladung, von
denen immer je vier Beläge den entsprechenden Belägen der ruhenden Scheiben mit
Ladung gleicher Polarität und je vier Beläge der influierenden Scheiben den entsprechenden
Belägen der ruhenden influierten Scheiben mit entgegengesetzter Polarität gegenüberstehen.
In bezug auf die Beläge der influierten Scheiben, welche jeweilig Belägen der Erregerscheiben
von gleicher Polarität gegenüberstehen, würde Potentialerhöhung Stattfinden, wenn
sie nicht mit den vier Belägen der influierten Scheiben, die im gleichen Augenblick
Potentialerniedrigung erfahren, leitend verbunden werden. Da aber alle Beläge gleicher
Ladung miteinander verbunden sind, so nehmen die Potentiale der influierenden Beläge
jeweilig einen mittleren Wert an, der annähernd gleichbleibt, abgesehen von geringen,
in den Zwischenstellungen entstehenden Schwankungen.
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Bei der Schaltung nach der Abb.2b hingegen stehen sämtliche Beläge
der influieren,-den Scheiben einmal Belägen der influierten Scheiben mit gleicher
Ladung und darauf Belägen der influierten Scheiben mit entgegengesetzter Ladung
gegenüber. Ein Ausgleich innerhalb der Beläge der influierenden Scheiben kann bei
dieser Schaltung nicht stattfinden, da die positiv und negativ geladenen Beläge
unter sich stets phasengleich sind. Ein Ausgleich der Spannungsschwankungen könnte
in diesem Fall vielmehr nur durch Hinzufügen eines Kondensators von wesentlich größerer
Kapazität, als die influierenden Scheiben besitzen, geschaffen werden, und dieser
Kondensator mit Speicherwirkung müßte den Belägen der influierenden Scheiben parallel-
geschaltet werden. Im übrigen ist auch bei den in Abb.2a und 2b dargestellten Maschinen
mit doppelpoligen umlaufenden Scheiben der Anschluß der Scheiben an den Kollektor
und dessen Ausbildung und Wirkungsweise die gleiche wie bei der
Ausbildung
der Maschine nach der Abb. ia sowie bei derjenigen gemäß dem Hauptpatent.
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Eine Verbesserung in der Wirkungsweise der Maschine nach Abb. 2b läßt
sich jedoch anstatt durch einen Kondensator von großer Kapazität dadurch erzielen,
daß man die Ausgleichsleitung g fortläßt und statt dessen die strichpunktiert angedeuteten
Verbindungen z herstellt, durch welche die Kondensatoren k gleicher Polarität miteinander
verbunden werden. Die Wirkungsweise einer derartigen Verbindung ist die folgende:
Wenn der Maschine kein Strom entnommen wird, so wird in ihr nur so viel Strom erzeugt,
als zur Erhaltung der Konduktorspannung, die durch Streuung abnimmt, notwendig ist.
Zu diesem äußerst geringen Energieverbrauch kommt noch der durch die Hysteresiswirkung
im Dielektrikum entstehende Energieverlust. Die aufzuwendende Leerlaufarbeit entspricht
also diesen elektrischen Verlusten und den mechanischen Energieverlusten infolge
Luft- und Lagerreibung, und, da alle elektrischen Kräfte zwischen den Belägen sich
aufheben, so ist nur ein dieser Leerlaufarbeit entsprechendes Drehmoment zu Überwinden.
Denkt man sich die Konduktoren kurzgeschlossen, so tritt ein erhöhter Energieverbrauch
nicht auf, da die in den Belägen der ruhenden influierten Scheiben erzeugten freien
Ladungen im Augenblick ihres Freiwerdens über die Konduktoren hinweg untereinander
sich ausgleichen, oder, mit anderen Worten, es wird ein wattloser spannungsloser
Strom erzeugt, und die zwischen den Belägen bestehenden elektrischen Kräfte gleichen
sich wiederum nahezu aus.
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Wird der Konduktor durch einen Widerstand oder eine Funkenstrecke
überbrückt, dann stellt sich bei einem ganz bestimmten Widerstand die Höchstleistung
der Maschine ein, welche entsprechend auch die Aufwendung der größten mechanischen
Energie erfordert, so daß selbsttätig eine Anpassung der mechanischen Energie an
die nutzbare elektrische Energie stattfindet. Bei den mit Ausgleichsverbindungen
(Pölarisator' g ausgestatteten Maschinen findet eine derartige natürliche Anpassung
nicht ohne weiteres statt. Denn die erzeugten freien elektrischen Ladungen, welche
sich als Restladungen auf den ruhenden Belägen befinden, wenn am Konduktor keine
oder nur eine unvollständige Entladung stattfindet, gleichen sich in diesem Fall
im Kollektor, und zwar an den Stromabnehmern für den Polarisator, durch Funkenbildung
aus, indem die Beläge der influierten Scheiben, kurz nachdem sie ihr höchstes Potential
erlangt haben, durch den Polarisator g kurzgeschlossen werden, so daß also die gesamte
Energie der Maschine oder ein Teil derselben durch Funkenbildung im Kollektor vernichtet
wird, wenn sie nicht an den Konduktoren nutzbringend abgenommen wird. Würde die
Ausgleichsverbindung g der Beläge nicht unmittelbar, nachdem diese ihr höchstes
Potential erlangt haben, sondern später hergestellt, so würden die freien Ladungen
durch Bindung mit den influierenden Belägen, welche entgegengesetzte Ladung besitzen,
immer mehr verschwinden, so daß das Potential der Beläge der ruhenden Scheiben immer
geringer werden und für eine bestimmte Restladung bei einer bestimmten Stellung
der umlaufenden Beläge Null werden würde. Infolgedessen ist jene ständige Verbindung
z der gleichpolig geladenen Konduktoren, wie sie in Abb. 2b strichpunktiert dargestellt
worden ist, an Stelle der Ausgleichsverbindungen g auch bei der Schaltung der Beläge
nach Abb. 2a sowie bei der Schaltung der Maschine und deren Ausbildung gemäß dem
Hauptpatent von Vorteil.
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Wäre man in der Lage, stets in derjenigen Stellung der Beläge, in
welcher das äußere Potential auf den Belägen der influierten Scheiben Null ist,
die Ausgleichsverbindung mit dem Polarisator herzustellen, dann wäre ein funkenfreier
Kontakt an den Stromabnehmern für den Polarisator gewährleistet. Ein derartig funkenfreier
Kontakt wird nun gemäß der Erfindung durch eine selbsttätige Einstellung der Kontaktstücke
e3, e4 und e7, es des Polarisators erzielt. Zu diesem Zweck sind diese Kontaktstücke,
wie Abb. q. veranschaulicht, auf zwei um die Punkte z drehbaren Hebeln gelagert,
und die Kontaktstücke e3" e4, e7 und es sind derart gestaltet, daß ihre eine Seite
durch einen um den Drehpunkt z als Mittelpunkt geschlagenen Kreisbogen und ihre
andere Seite durch eine Kurve oder Gerade begrenzt wird, so daß beim Ausschlag der
die Kontaktstücke tragenden Hebel die auf dem Kreisbogen liegenden Punkte x der
Kontakte den die umlaufenden Kontaktstücke d tragenden Teilkreis immer an derselben
Stelle schneiden, während die Punkte y auf der anderen Begrenzungslinie der Kontaktstücke
e beim Einschwenken des die Kontakte tragenden Hebels in einem stetig sich vergrößernden
Abstand von den Schnittpunkten. x sich auf dem Kreis der Kontakte d befinden. Die
die Kontakte e tragenden Hebel sind durch ein Gestänge und ein Getriebe beliebiger
Art z. B. mit einem Motor m gekuppelt, dessen Drehrichtung durch einen Koftakthebel
h beeinflußt wird. Die in Abb. q. dargestellte Stellung- der Kontakte e, in welcher
diese mit ihrer Spitze, d. h. mit eng beieinanderliegenden Punkten x und y, sich
gegenüber dem die Kontakte d tragenden Teilkreis befinden,
entspricht
dem Leerlauf der Maschine. Wird nun der Maschine Strom entnommen, so bleibt auf
den ruhenden influierten Belägen b ein Teilbetrag der Ladung zurück. In einer bestimmten
Stellung der umlaufenden influierenden Beläge, in welcher diese mit den ruhenden
Belägen noch nicht zur Deckung gelangt sind, sind die Restladungen auf den influierten
Belägen durch die entgegengesetzten Ladungen auf den influierenden Belägen so gebunden,
daß keine freien Ladungen vorhanden sind und das Potential nach außen Null ist.
In dieser Stellung der Beläge a und b zueinander ist bei der in Abb. 4 dargestellten
Einstellung der Kontakte e aber noch keine Deckung mit den Kontakten d erreicht,
vielmehr erfolgt die Deckung von d mit e erst, wenn die Beläge
a und b vollkommen zur Deckung gelangt sind und infolgedessen in den
influierten Belägen freie gleichnamige Ladungen erzeugt werden, welche sich durch
Funkenbildung an den Polarisatorkontakten ausgleichen und Stromstöße im Polarisatorstromkreis
erzeugen. Diese Stromstöße erzeugen nämlich in bezug auf einen drehbar angeördneten
und mit einer konstanten Ladung versehenen Belag s (Abb. 4) ein Drehmoment von einer
bestimmten Richtung; auf der Drehachse dieses Belags s sitzt ein Kontakthebel h
(in Abb. 4 der Übersichtlichkeit halber getrennt von dem Belag s gezeichnet), welcher
in seiner Mittelstellung den Erreger- und Ankerstromkreis des Motors m geöffnet
hält, aber bei einer den mit dem Belag s zusammenwirkenden festen Belägen s durch
die Kontakte es, e4 zufließenden Ladung und dementsprechend erfolgenden Drehung
des Belags s den Motorstromkreis in der einen oder anderen Richtung schließt, und
zwar in der einen Richtung, wenn die Maschine belastet wird und infolgedessen der
Belag s Ladung einer Polarität enthält. Der Hebel des Relais h wird aber in die
andere Richtung eingestellt und schaltet den Motor m entgegengesetzt, wenn die Belastung
der Maschine abnimmt und der Belag s Ladung entgegengesetzter Polarität von den
Polarisatorkontakten e3, e4 aus erhält. In dem einen oder anderen Fall dauert die
Drehung des Motors m und damit die Schwenkbewegung der die Polarisatorkontakte
es, e4 und e7, es tragenden Hebel so lange, bis an diesen Kontakten keine
Stromstöße mehr erfolgen, d. h. also, bis -diese Kontakte funkenfrei geschlossen
werden.
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Anstatt daß die influierenden Scheiben umlaufen und die influierten
stillstehen, können, wie bei der Maschine gemäß dem Hauptpatent, auch die influierten
Scheiben umlaufen und die influierenden Scheiben stillstehen. In diesem Fall müssen
indessen die Beläge der influierten Scheiben mit den Kontaktstücken ei bis es mittels
Schleifringe und Schleifkontakte verbunden sein, wobei für die potentialgleichen
Scheibengruppen jeder Maschinenseite je ein Schleifring erforderlich ist. Der Kollektor,
dessen Scheiben jetzt mit den influierten Scheiben gemeinsam umlaufen, ist im übrigen
jedoch genau der gleiche wie zuvor. Ein Fortfall der Schleifringe läßt sich jedoch
durch eine Änderung der Schaltung des Kollektors derart erzielen, daß die untereinander
verbundenen Beläge b der potentialgleichen influierten umlaufenden Scheiben mit
den der Polzahl der poten-, tialgleichen Beläge a der influierenden Scheiben entsprechenden
Kontaktstücken d je einer Kollektorscheibe verbunden werden. Die Kontaktstücke dieser
Kollektorscheiben sind auf diese Weise auch untereinander verbunden; die Kontaktstücke
der anderen Kollektorscheiben sind indessen, wie zuvor, nicht miteinander verbunden.
Zweckmäßigerweise werden in diesem Fall die Kollektorkontakte d der potentialungleichen
Beläge auf getrennten Kollektorscheiben untergebracht, was die doppelte Anzahl Xollektorscheiben
wie bisher ergibt. Die einfachste Verbindung zwischen den. Kollektorscheiben und
den influierten Scheiben ergibt sich, wenn die .Kollektorscheiben, wie Abb.5 veranschaulicht,
auf jeder Maschinenseite beiderseits der Feldscheiben untergebracht werden; in dem
Schema gemäß Abb. 5 bezeichnet; wie zuvor, b die influierten, jetzt jedoch mit den
Kollektorscheiben umlaufenden Scheiben und a die beiden jetzt jedoch ruhenden Feldscheiben;
d bezeichnet wieder die Kontakte in den Kollektorscheiben und ei bis es die ruhenden
Konduktor- und Polarisatorkontakte.
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Die Maschine kann in diesen Formen auch als Motor betrieben werden.