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Einrichtung zur Umkehrung der Drehrichtung von Gleichstrommotoren
kleiner Leistung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umkehr der Drehrichtung
von Gleichstrommotoren kleiner Leistung, insbesondere von Verstellmotoren, die mit
zwei Magnetwicklungen versehen sind, deren Felder stets in gleicher Richtung auf
den Anker einwirken. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der eine Pol einer
Stromquelle mit dem einen Ende der Erregerwicklungen verbunden ist, während das
ändere Ende der beiden Erregerwicklungen je nach der Stellung des die Drehrichtungsumkehr
vermittelnden Schalters entweder unmittelbar oder über den Anker des Motors analen
anderen Pol der Stromquelle angeschlossen ist. Hierbei ändert sich die Drehrichtung
des Motors, j e nachdem der Anker von einer an seine Bürsten angeschlossenen Leitung
in der einen oder anderen Richtung durchflossen wird.
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Durch die im vorstehenden gekennzeichnete Anordnung wird erreicht,
daß in der einen Drehrichtung die eine der Magnetwicklungen parallel zum Anker,
die andere in Reihe mit ihm geschaltet ist. In der anderen Drehrichtung kehren,
sich die Rollen der Magnetwicklungen um. Soll der Motor nach beiden Drehrichtungen
hin dasselbe Drehmoment bei derselben Geschwindigkeit il--fern, so :nässen beide
Magnetwicklungen gleich stark bemessen sein.
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Bei der genannten Ausführung ist es zweckmäßig, die Erregerwicklungen
für die Ankerstromstärke zu bemessen, da sie beide vom Ankerstrom durchflossen werden.
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Erfindungsgemäß kann die Drehrichtung sowohl selbsttätig geregelt
als auch von Hand umgekehrt werden.
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Die Zeichnung stellt mehrere Ausführungen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dar, und zwar zeigt Fig. i eine Ausführungsforen eines mit Gleichstrom
gespeisten Motors, Fig.2 eine Anwendung des Erfindungsgegenstandes auf die Regelung
eines durch einphasigen Wechselstrom gespeisten Lichtbogenofens, Fig.3 die Anwendung
auf die Regelung eines durch dreiphasigen Wechselstrom gespeisten Lichtofens.
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Fig. q. und 5 zeigen zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,
bei denen der Motor dem Antrieb einer Maschine mit hin und her gehender Bewegung
bzw. der FRegelung eines Lichtbogens dient.
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In der in Fig. i dargestellten Ausführungsform besitzt der Motor zwei
Magnetwicklungen
7, 8, deren eine Enden miteinander und mit dem
einen Pol 5o einer Gleichstromquelle verbunden sind. Der Anker 6 liegt zwischen
den anderen finden der Magnetwicklungen. Mittels eines Umschalters 17 kann man von
Hand den anderen Pol 51 der Stromquelle mit der einen oder anderen Bürste des Ankers
verbinden. Die Magnetwicklungen 7 und 8 sind so angeordnet, daß ihre Felder in gleicher
Richtung auf den Anker einwirken.
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Verbindet der Umschalter 17 den Pol 51 mit der mit dem Ende der Magnetwicklung
7 verbundenen Bürste, so geht der-Strom einerseits vom Pol 51 durch die Magnetwicklung
7 zum Pol So, während er andererseits vom Pol 5 i durch den Anker 6 und die Magnetwicklung
8 zum Pol So gelangt. Der Motor dreht sich also in der einen Drehrichtung. Wird
der Schalter 17 in die andere Stellung gelegt, so geht der Strom vom Pol
51 einerseits durch die Wicklung 8 zum Pol So, andererseits über den Anker
6 und die Wicklung 7 zu diesem Pol. Der Motor dreht sich also in der anderen Drehrichtung.
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Statt daß ein von Hand betätigter Umschalter Verwendung findet, können
die Bürsten des Ankers auch mit einem Stromkreis verbunden sein, dessen Stromrichtung
sich umkehren kann. . Verwendet man beispielsweise Wechselstrom, so wird der Umschalter
durch zwei Gleichrichter ersetzt.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Motor gemäß der Erfindung
zur Regelung eines elektrischen Ofens mit Beheizung durch einen einphasigen Lichtbogen
dient. .In dieser Abbildung bezeichnet i den Ofen, 2 die feststehende Elektrode,
3 die bewegliche Elektrode und 4 und 5 die Stromzuführungen. Die Zuführungsleitung
5, die an der beweglichen Elektrode 3 endigt, wird auf eine Winde 5" aufgewickelt,
die durch den Anker 6 eines Gleichstrommotors betätigt wird, welcher ähnlich wie
bei der Schaltung nach Fig. i mit zwei Magnetwicklungen 7 und 8 versehen ist.
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Die eine Magnetwicklung 7 wird durch einen Gleichrichter 9 gespeist,
der parallel zu den Elektroden des Lichtbogenbfens geschaltet ist, während die Speisung
der zweiten Magnetwicklung 8 durch einen anderen Gleichrichter io erfolgt, der auf
der Wechselstromseite mit dem Sekundärstromkreis i i eines Transformators verbunden
ist, dessen Primärwicklung i i', welcher eine Reaktanz i i" parallel geschaltet
sein kann, in Reihe mit den Ofenelektroden gelegt ist. Die Sekundärwicklung i i
des Transformators ist zum Zwecke der Regelung mit mehreren Anzapfungen versehen.
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Die negativen Pole der Gleichrichter sind miteinander und mit dem
einen Ende der Magnetwicklungen verbunden. Ihre positiven Pole sind mit zwei sektorförmigen
Stromschienen 12, 13 eines Umschalters verbunden. Außerhalb des Sektors i2
sind drei Kontakte 1d., 15, 16 angeordnet. Die beiden ersteren sind mit dem
anderen Ende der Magnetwicklung 7 und mit einer der Bürsten des Ankers 6 verbunden.
Der Kontakt 16 ist mit dem anderen Ende der Magnetwicklung 8 ünd mit der anderen
Bürste des Ankers verbunden. Er ist außerdem mit einem Kontakt 15' verbunden, der
außerhalb des Sektors 13 zwischen zwei Leerkontakten liegt.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 kann der Verstellmotor 6 zunächst von
Hand hinsichtlich seiner Drehrichtung umgeschaltet werden, z. B. dann, wenn noch
kein Lichtbogen erzeugt ist. Zur Umschaltung der Drehrichtung ist dann lediglich
wie bei der Schaltung nach Fig. i erforderlich, daß der Schalter 17
von der
einen Endstellung 14 in die andere Endstellung 16 umgelegt wird. Befindet sich der
Umschalter in der Stellung, in der er den Kontakt 1q. mit dem Sektor-i2 verbindet,
so wird die Magnetwicklung 7 unmittelbar, die Magnetwicklung 8 dagegen über den
Anker 6 des Motors vom Strom des Gleichrichters 9 durchflossen. Legt man den Umschalter
in die andere Endstellung, so wird der Kontakt 16 mit-dem Sektor i2 verbunden. Es
fließt dann umgekehrt der Strom durch die Wicklung 8 unmittelbar, durch die Wicklung
7 dagegen über den Anker 6. Die Drehrichtung wird also umgekehrt.
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Wenn der Lichtbogen brennt, so ist es mit Hilfe des zweiten an den
Stromtransformator i i angeschlossenen Gleichrichters möglich, ohne Veränderung
der Stellung des Handschalters die Drehrichtung selbsttätig in Abhängigkeit von
der Elektrodenstellung einzuregeln. Der Umschalter 17 befindet sich dann in der
in Fig.2 gezeichneten Mittelstellung. Der Sektor 12 ist mit dein Kontakt 15 und
der Sektor 13 mit dem Kontakt 15' verbunden. Die Bürsten des Ankers stehen dann
mit den positiven Polen der Gleichrichter in Verbindung.
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Die Gleichrichter 9 und io sind so aufeinander abgestimmt, daß die
Potentiale der beiden Bürsten gleich sind, wenn der Lichtbogen die richtige Länge
besitzt. Es geht dann kein Strom durch den Anker, so daß dieser unbeweglich bleibt.
Wird der Lichtbogen länger, so sind die Potentiale nicht mehr gleich; es fließt
dann ein Strom in dem Anker beispielsweise von der mit der Wicklung 7 zu der finit
der Wicklung 8 verbundenen Bürste. Der Motor dreht sich dann in dem Sinne, daß er
mittels der Winde 5' eine Annäherung der Ofenelektroden 2 und 3 herbeiführt. Wird
dagegen der Lichtbogen zu kurz, so läuft der
Strom von der mit der
Wicklung 8 zu der mit der Wicklung 7 verbundenen Bürste. Der Anker dreht sich dann
in umgekehrter Richtung, und die Elektroden werden voneinander entfernt. Die Regelung
des Lichtbogens erfolgt bei der mittleren Schalterstellung also selbsttätig.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist der Ofen drei
Elektroden 18, i9, 20 auf, welche durch die Leitungen i8',' i9', 20' gespeist werden.
Jede dieser Elektroden wird durch einen besonderen Motor 2i, 22, 23 betätigt, von
denen jeder genau wie der Motor nach Fig._ 2 aufgebaut ist und zwei Magnetwicklungen
7, 8 besitzt. Für die Wicklung 8 eines jeden Motors ist je ein besonderer Gleichrichter
io vorgesehen, der durch einen Transformator 24 gespeist wird, dessen Primärwicklung
in Reihe mit der durch den betreffenden Motor verstellbaren Elektrode geschaltet
ist. Die Magnetwicklungen 7 aller Motoren sind mit einem gemeinsamen Gleichrichter
9 verbunden, der parallel zu den Elektroden an das Dreiphasensystem 18', 19', 2o'
angeschlossen ist. Die negativen Pole aller Gleichrichter sind durch eine gem@insame
Leitung miteinander verbunden, an die gleichfalls das eine Ende sämtlicher Magnetwicklungen
7 und 8 angeschlossen ist.
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Bei den Ausführungsformen nach Fig.4 und 5 sind in den Stromkreis
des Motors Widerstände, z. B. Eisenwasserstoffwiderstände, eingeschaltet, welche
beim Anfahren die Stromstärke des den Motor durchfließenden Stromes begrenzen und
während des Laufes den Durchgang einer größeren Stromstärke durch die Magnetwicklungen
gestatten, so daß die Leistung des Motors erhöht wird.
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Gemäß Fig. 4 ist der Anker 31 des Motors zwischen den Magnetwicklungen
32, 33 in gleicher Weise wie bei dem Beispiel nach Fig. i und 2 angeordnet. Die
vom -Motor angetriebene Maschine, beispielsweise eine Kolbenpumpe zur Wasserversorgung
in Landhäusern, trägt eine Knagge 34, die bei jedem Hubende einen Umschalter 35
umlegt, welcher den einen Pol 51 der Stromquelle wechselweise mit je einer der beiden
Bürsten des Motors verbindet, so daß die Drehrichtung umgekehrt wird. Der Umschalter
35 ist außerdem mit einem isolierten Kontakt 36 versehen, der mit einem aus der
Anlaß- und Regeltechnik bekannten Eisenwasserstoffwiderstand 37 in Verbindung steht,
welcher beispielsweise bei einem Motor von o,,3 KW zwischen 25 und 75 Volt einen
Strom von i Amp. durchläßt. Der Widerstand 37 ist auf der anderen Seite mit der
Leitung verbunden, welche den anderen Pol 5o der Stromquelle mit dein einen Ende
der Magnetwicklungen verbindet. Dein beweglichen Kontakt 36 entsprechen zwei feste
Kontakte 38, 39, die mit je einer der Bürsten des Ankers in Verbindung stehen. Der
Widerstand 37 ist also stets zu derjenigen Magnetwicklung parallel geschaltet, welche
mit dem Anker in Reihe liegt.
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Bekanntlich ist der Widerstandswert eines Eisenwasserstoffwiderstandes
unterhalb einer bestimmten Stromstärke gering, während sie oberhalb dieser kritischen
Stromstärke stark anwächst. Beim Anfahren wird nun der Eisenwasserstoffwiderstand
37 von einem Strom durchflossen, dessen Stärke oberhalb des kritischen Wertes liegt.
Er dient also zur Begrenzung der Stromstärke. Der Gesamtwiderstand der Magnetwicklung
32 und des Widerstandes 37 hängt dabei von dem Widerstandswert des letzteren ab.
Wenn der Motor läuft, sinkt die Stromstärke insbesondere im Widerstand 37 unter
den kritischen Wert, wobei der Widerstandswert dieses Widerstandes seinen Mindestwert
annimmt. Der vom Widerstand 37 und der ihm parallel geschalteten Magnetwicklung
32 ausgeübte Widerstand wird infolgedessen wesentlich geringer als der der Magnetwicklung
allein. Der Strom ist daher stärker, als wenn der Widerstand 37 nicht vorhanden
wäre und der Ankerstrom nur durch die Magnetwicklung 32 gehen würde. Der Wirkungsgrad
des elektrischen Antriebs ist daher günstiger als bei der in Fig. i gezeigten Einrichtung.
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Gemäß Fig. 5 sind zwei Eisenwasserstoffwiderstände 40 und 41 angeordnet,
von denen je einer in Reihe mit einer der.Magnetwicklungen 32 und 33 geschaltet
ist. Diese Wicklungen werden ebenso wie in Fig.2 durch zwei Gleichrichter 42 und
43 gespeist, von denen der eine parallel zu den Elektroden geschaltet ist, während
der andere an den Klemmen der Sekundärwicklung eines Transformators 44 angeschlossen
ist, dessen Primärwicklung in die eine Zuleitung zum Lichtbogenofen eingeschaltet
ist, wobei wiederum eine Impedanz 49 parallel zur Primärwicklung geschaltet ist.
Ein Umschalter 45 ermöglicht wie in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel das Umschalten
von Hand oder die selbsttätige Regelung des Motors und damit des Elektrodenabstandes
im Lichtbogenofen.
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Die Wirkung der Eisenwasserstoffwiderstände ist folgende: Beim Anfahren
wird der Widerstand 41, der mit der Magnetwicklung 32 in Reihe geschaltet ist, von
einem Strom durchflossen, dessen Stärke über dem kritischen Wert liegt. Er wirkt
also als Begrenzung für die Stromstärke. Wenn die Drehzahl des Motors steigt, fällt
die Stromstärke insbesondere im Widerstand 41, und dieser Widerstand nimmt von einem
bestimmten Geschwindigkeitswert an seinen normalen geringen
Widerstandswert
an. Die Erregerwicklungen können in diesem Falle wegen der strombegrenzenden Wirkung
des Eisenwasserstoffwiderstandes zugunsten einer besseren Ausnutzung des Motors
eine geringere Zahl von Amperewindungen haben als bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. i und 2.
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Der in axialer Richtung durch das Motorgehäuse 48 festgehaltene Anker
3 i des Motors treibt eine im Ankerinnern gelegene Mutter an, durch welche eine
Schraubenspindel 46 hindurchgeht. Diese trägt an ihrem unteren Ende die bewegliche
Elektrode .47.