DE653102C - Maschine zur Erzeugung von moduliertem Wechselstrom - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Maschine zur Erregung von Wechselstrom konstanter Frequenz, der im, Rhythmus einer bestimmten anderen Frequenz moduliert, d. h. periodisch in seiner Amplitude verändert wird. Solche Maschinen sind in der Fernmeldetechnik unter der Bezeichnung Ruf maschinen bekannt.

Es ist bekannt, Wechselströme einer bestimmten Frequenz durch periodisch arbeitende mechanische Unterbrecher zu modulieren. An Stelle solcher Einrichtungen sind'auch Röhrengeneratoren verwendet worden. Es hat sich jedoch ergeben, daß bei größeren Leistungen, insbesondere zur Erregung von Schwingungen für Rufzwecke, elektrische Maschinen vorteilhafter sind als Röhrengeneratoren.

Bekannte Ruf maschinen zur Erregung von moduliertem Tonfrequenzrufstrom sind so ausgebildet, daß die Ständer nur auf dem halben Umfang bewickelt und der Läufer nur auf dem halben Umfang gezahnt ist. In der Ständerwicklung wird bei konstanter Erregung und sich drehendem Läufer ein Strom konstanter Frequenz, jedoch periodisch schwankender Amplitude erzeugt, dessen Höchstwert auftritt, wenn Zähnung und Wicklung von Ständer und Läufer einander gegenüberstehen, und der gleich Null ist, wenn sämtliche Läuferzähne aus dem Bereich der Wicklung des Ständers herausgedreht sind.

Diese Maschine ist so weiter ausgebildet, daß ihr Ständer auf dem ganzen Umfang bewickelt wird, wobei beide Wicklungshälften jedoch elektrisch voneinander getrennt sind. Den beiden Wicklungen entsprechend ist auch der Läufer magnetisch zweiteilig ausgeführt, wobei beide Teile gegeneinander um 180° versetzt und auf dem halben Umfang gezahnt sind. Durch diese zweiteilige Ausbildung ist die Maschine zwar wirtschaftlicher geworden, sie ist jedoch •trotzdem der ungünstigen Verhältnisse ihrer Kupfer- und Eisenwerte wegen noch als nachteilig anzusehen. Weiter bereitet bei der Herstellung derartiger Maschinen die Unterbringung der einzelnen Wicklungen auf dem Ständer wegen des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Raumes immer gewisse Schwierigkeiten.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß zur Erzeugung von modulierten Wechselströmen der modulierende Strom der Erregerwicklung einer Induktormaschine zugeführt wird. Die Maschine ist in an sich bekannter Weise mit einem unbewickelten, gleichmäßig gezahnten Läufer versehen. Die Zähne des ebenfalls gezahnten Ständers sind durch die in der Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgenden Erreger- und Arbeitswicklungen in Gruppen unterteilt. Die Zähne sind in diesen Gruppen derart angeordnet, daß den Zahnköpfen des Läufers in den einzelnen Gruppen in der Umfangsrichtung abwechselnd

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden;

Dipl.-Ing. Hans Schiichmann in Berlin-Schmargendorf . und Dipl.-Ing. Arno Buchwald in Berlin-Haselhorst.

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die Zahnköpfe und die Zahnlücken des Ständers gegenüberstehen. Diese Maschine arbeitet außerordentlich betriebssicher, da es nicht erforderlich ist, dem Läufer Strom zuzuführen. Die Verhältniszahlen zwischen Eisen- und'. Kupfergewicht sind sehr günstig, so daß die. ' Maschine wirtschaftlich aufgebaut werden kann. Für die Herstellung wirkt sich auch der Fortfall der Läuferwicklung besonders günstig aus. Die ίο Erregung der Maschine kann auch durch mehrere Wechselströme verschiedener Frequenzen vorgenommen werden. Um einen besonders gut ausgeprägten Modulationscharakter für die Rufströme zu erhalten, d. h. die einzelnen Modulationsglieder der gewünschten Rufstromart genügend, z. B. durch kurzzeitige Strompausen, voneinander zu trennen, was sich besonders für Rufzwecke vorteilhaft ergeben hat, wird im Erregerstromkreis ein veränderlicher Widerstand, z. B. ein Gleichrichter, vorgesehen. Man erreicht dadurch, daß eine Halbwelle des Erregerwechselstromes unterdrückt wird, so daß während der Zeit dieser Halbwelle die Maschine ohne Erregung ist und daher keinen Strom abgibt. Eine ähnliche Wirkung kann man vorteilhaft auch durch eine konstante Gleichstromvormagnetisierung erreichen, durch die Wechselstromhalbwellen, die magnetisch in gleichem - Sinne wirken, unterdrückt werden. Ein wesentliches Merkmal der verwendeten Maschinengattung besteht darin, daß der Erregerfluß hinsichtlich der durch ihn erregten Wicklungen bei der Weiterdrehung des Läufers um je eine Zahnbreite jeweils seine Richtung 35· ändert, ohne daß der Erregerstrom seine Richtung gewechselt hat, was durch die Veränderung des magnetischen Widerstandes während der Drehung des Läufers erreicht wird. Als Antrieb für die Wechselstrommaschine ist ein normaler Antriebsmotor vorgesehen, der zugleich den Erregerstrom für die Maschine liefert. Die weiteren Einzelheiten der Erfindung gehen aus nachstehend beschriebenem Ausführungsbeispiel hervor.

Fig. ι zeigt grundsätzlich den Aufbau und die Schaltung einer Maschine 'zur Erregung einer Modulationsfrequenz/ die von einem mit ihr auf derselben Achse sitzenden Antriebsmotor angetrieben wird. An Hand der in der Fig. 2 dargestellten Kurven wird erläutert, wie die Modulationsfrequenz zustande kommt. Fig. 3 zeigt ein vorteilhaft in einem Gehäuse zusammengefaßtes Aggregat, wie es den in der Fig. 1 dargestellten Maschinen entspricht. In Fig. ι bedeutet M die Wechselstrommaschine zur Erzeugung eines tonfrequenten, modulierten Rufstromes von 500/25 Hertz. Auf dem Ständer 1 sind die Erregerwicklungen 2, 3 aufgebracht, die von der durch die Nebenschlußwicklung 7 erregten Maschine N, die an ein Gleichstromnetz G angeschlossen ist, gespeist werden. Die Wicklungen 4, 5 werden durch die Feder der in der Umfangsrichtung des Ständers einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen 2·. imd 3 beeinflußt. Der Läufer 6, der keine ^Wicklung trägt und auf dem ganzen Umfang "gigichmäßig gezahnt ist, wird von der Gleich-■_;ätfömmaschme N angetrieben. Die der Läuferzahnung entsprechende Zahnung des Ständers ist durch die Wicklungen 2 bis 5 in vier Gruppen aufgeteilt; die einzelnen Zahngruppen sind, wie die Figur zeigt, abwechselnd so angeordnet, daß den Zahnköpfen des Läufers in einer Gruppe die Zahnköpfe und in der nächsten die Zahnlücken des Ständers gegenüberstehen.

Bei der Weiter drehung des Läufers um je eine Zahnbreite ändert daher der Erregerfiuß in den durch ihn induzierten Wicklungen jeweils seine Richtung, ohne daß der Erregerstrom seine Richtung gewechselt hat.

Als Antrieb für die Wechselstrommaschine ist ein normaler Gleichstrommotor vorgesehen, der zugleich den Erregerstrom für die Maschine liefert. Die Ankerwicklung des Antriebsmotors ist an zwei gegeneinander um 180° phasenverschobenen Stellen angezapft, die zu den Schleifringen 8 und 9 herausgeführt werden. An den Klemmen 10 und 11 herrscht also bei X500 Umdrehungen pro Minute des zweipoligen Motors eine Wechselspannung von 25 Hertz. Die Erregerwicklungen 2, 3 liegen in Reihe über einen Gleichrichter 12 an dieser Wechselspannung, so daß immer die negative Halbwelle unterdrückt wird. Die Erregung der Maschine M schwankt also entsprechend der positiven Halbwelle des Erregerstromes sinusförmig zwischen einem Nullwert und einem Höchstwert.

Der in der gezeichneten Stellung des Läufers bestehende Kraftfluß hat den durch die Pfeillinien 13 dargestellten Verlauf. Nach einer Drehung des Läufers um eine halbe Zahnteilung stehen sich die Zähne der oberen rechten und der unteren linken Zahnung des Ständers und die Zähne des Läufers gegenüber, so daß der Kraftfluß in dieser Stellung verläuft, wie die gestrichelten Pfeillinien 14 angeben. Die eingezeichneten Pfeillinien zeigen, daß sich die Flußrichtung nur in bezug auf die Wicklungen 4 und 5 geändert hat. Dieser Richtungswechsel des Flusses für die Wicklungen 4 und 5 wiederholt sich jedesmal nach Weiterdrehung des Läufers um eine halbe Zahnteilung. In den in Reihe liegenden Wicklungen 4 und 5 wird dadurch eine Wechselspannung induziert, die an die Klemmen 15 und 16 herausgeführt ist. Die Zahnung der Maschine j.st so gewählt, daß bei einer festen Drehzahl die Wechselspannung eine Grundfrequenz von 500 Hertz besitzt. Da die negative Halbwelle des Erregerstroms durch den Gleichrichter 12 unterdrückt wird, wird für die Erregung immer nur die positive Halbwelle wirk-

sam, so daß die induzierte Wechselspannung eine Form besitzt, wie sie die Kurve α der Fig. 2 darstellt. Durch geeignete Bemessung der Erregung-ist es auch möglich, den einzelnen Modulationsgliedern ausgesprochene Rechteckform zu geben, was sich für Rufzwecke besonders vorteilhaft erweist. Dieselbe Wirkung kann auch durch eine entsprechende Gleichstromvormagnetisierung des Ständers erreicht werden.

ίο Die im Sinne der Vormagnetisierung wirksam werdende Wechselstromhalbwelle wird dadurch infolge Sättigung in ihrer Wirkung unterdrückt. »
Die Fig. 2 zeigt eine durch die erfindungsgemäß ausgebildete Maschine erhaltene Stromkurve a, die der Modulationsfrequenz 500/25 entspricht. Sie entsteht dadurch, daß der Grundfrequenzstrom, wie ihn die Kurve b für konstante Erregung darstellt, durch Verändern des Erregerstromes entsprechend der Kurve c beeinflußt wird. Die Kurve c veranschaulicht den Erregerstrom von 25 Hertz, dessen negative Halbwelle (gestrichelt gezeichnet) durch den Gleichrichter' unterdrückt wird.

Die Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Zusammenfassung der Wechselstrommaschine und des Antriebsmotors in einem gemeinsamen Gehäuse 17, das in der oberen Hälfte der Figur geschnitten dargestellt ist. Das Gehäuse ist zu beiden Seiten durch die Lagerschilde 18 und 19 abgeschlossen. Auf einer gemeinsamen Welle 20 sitzt der Anker des Antriebsmotors 21 und der Läufer der Wechselstrommaschine 22. Der Antriebsmotor ist, wie. schon erwähnt, als normale Gleichstrommaschine ausgebildet. 23 zeigt einen seiner Polkerne mit der Wicklung 24. Durch 25 wird der Kollektor des Motors dargestellt. 26 und 27 sind die beiden durch einen Isolierring 28 getrennten Schleifringe entsprechend 8 und 9 in Fig. i, über die dem Anker des Motors der 25periodige Erregerstrom für die Wechselstrommaschine entnommen wird. 29 ist der Ständer der Wechselstrommaschine mit einer seiner Wicklungen 30. 31 ist ein Ventilator, duich den bei Betrieb eine bessere Ableitung der Stromwärme erreicht wird. Zur Versteifung des Gehäuses auf der Seite des Lagerschildes 18 dient der Steg 32. 33 is_t eine an sich bekannte Regeleinrichtung, um die Drehzahl des Antriebsmotors konstant zu halten.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Maschine zur Erzeugung von moduliertem Wechselstrom, insbesondere zur Erzeugung von Rufströmen in Fernmeldeleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß der modulierende Wechselstrom der Erregerwicklung einer an sich bekannten Induktor-

* maschine zugeführt wird, deren Läufer unbewickelt und gleichmäßig gezahnt ist und deren Ständerzähne, durch die in der Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgenden Erreger- und Arbeitswicklungen unterteilt, in Gruppen derart angeordnet sind, daß den Zahnköpfen des Läufers in den einzelnen Gruppen in der Umfangsrichtung abwechselnd die Zahnköpfe und dieZahnlücken des Ständers gegenüberstehen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß eine Halbwelle des Erregerstromes abgeschwächt bzw. unterdrückt wird.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerstromkreis ein Gleichrichter eingeschaltet ist.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine neben der Wechselstromerregung durch Gleichstrom vormagnetisiert ist.

5. Maschine nach Anspruch 1 oder folgen- Soden, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor, mit dem die Wechselstrommaschine gekuppelt ist, zugleich deren Erreger strom liefert.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrommaschine mit ihrem Antriebsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen