DE73119C - Anordnung um den Anker gewickelter Anschlufsdrähte elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

(Schottland).

Patentirt im Deutschen Reiche vom l. Mai 1892 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft diejenigen elektrischen Erzeuger oder, Treibmaschinen, bei welchen die Stromsammlerschienen mit den Abtheilungen der Ankerbewicklung durch Anschlufsleiter verbunden sind, in welchen beim Gange der Maschine elektromotorische Kraft erzeugt wird. Der angestrebte Zweck ist, eine funkenlose oder nahezu funkenlose Stromabnahme unter Bedingungen zu erzielen, unter denen solches nicht möglich wäre, wenn die gebräuchliche Verbindung zwischen Ankerbewicklung und Stromwender gewählt wird, d. h. wenn die Sammlerbürsten eine Rückwärtsstellung haben, wenn die Maschine als Stromerzeuger wirkt und eine Vorwärtsstellüng, wenn sie als Krafterzeuger wirkt.

Zu diesem Zwecke wird nach vorliegender Erfindung jeder der genannten Anschlufsleiter mit den Ankerwindungen in solcher Weise verbunden, dafs er in Bezug zu dem magnetischen Felde in einer späteren Zone als der zugehörige Abschnitt der Ankerbewicklung liegt, wenn die Maschine als Stromerzeuger, und in einer früheren Zone liegt, wenn die Maschine als Krafterzeuger wirkt. Die Sammlerbürsten sind derartig angeordnet, dafs sie im ersteren Fall . eine rückwärtige Stellung, im letzteren Fall eine Vorwärtsstellung haben. In jedem Falle ist die Anordnung zur Erzielung folgender Einzelwirkungen gewählt: »Dem Ankerstrom wird das Bestreben gegeben, den gesammten magnetischen Flufs zu vermehren; die fesultirende elektromotorische Kraft, welche in zwei beliebigen Anschlufsleitern und in der diese verbindenden Abtheilung der Ankerbewicklung inducirt ist, sucht den Strom in genannter Abtheilung der Ankerbewicklung umzukehren und den Strom in den Anschlufsleitern auf Null zu bringen, welche mit derjenigen Sammlerschiene verbunden sind, welche gerade die Sammlerbürste verläfst, und zwar zu der Zeit, wenn einer der genannten zwei Anschlufsleiter unter einem Polende der Feldmagnete liegt, der durch den Ankerstrom verstärkt ist, während der andere Anschlufsleiter gerade an demselben vorbeigegangen ist. Hierbei sind die beiden einander entsprechenden Streifen des Stromsammlers durch eine Sammlerbürste verbunden.«

Die Anschlufsleiter können über die oder neben den Ankerbewicklungen, mit welchen.sie verbunden sind, gewickelt sein, oder sie können in beliebigem Winkel um den Kern herumgelegt werden, bevor sie um den Kern gewickelt werden. Ein Theil der Windung oder eine beliebige Anzahl Windungen können um den Ankerkern gelegt werden, je nach dem gewünschten Resultat.

Diese Neuerungen können für elektrische Maschinen verschiedener Art angewendet werden.

In beiliegenden Zeichnungen zeigt

Fig. ι ein Schema für eine Maschine mit Ringanker,

Fig. 2 das Schaubild eines mit. diesen Neuerungen versehenen Trommelankers.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist A A die Ankerbewicklung, Bl B\ B\ und BL Bl Bl

sind die der Erfindung gemäfs um den Ankerkern gewickelten Anschlufsleiter. Die erstere Gruppe der Anschlufsleiter ist an dem einen Ende mit der Ankerbewicklung A in den Punkten D¹ bezw. Z)² und Z>³ und an ihrem anderen Ende mit den Sammlerabschnitten E¹ E'²E^S verbunden. Die Anschlufsleiter BL Bl und Βλ sind einerseits in den Punkten D₁ D₂-D₃ mit der Ankerbewicklung und andererseits mieden Sammlerabschnitten E₁ E₂ E₃ verbunden

Jeder Anschlufsleiter ist mit der Ankerbewicklung an einem (mit Bezug auf die Drehungsrichtung des Ankers) dem ersteren vorausgehenden Punkte verbunden, wenn die Dynamomaschine als Stromerzeuger, oder aber mit einem dem Anschlufsleiter nachlaufenden Punkte, wenn der Anker in entgegengesetzter Richtung als Kraftmaschine laufen soll. F+ und F~ sind die Sammlerbürsten, NS die Feldmagnetpole.

. Angenommen, der Anker wird in der Richtung des Pfeiles ι gedreht und läuft als ein Stromerzeuger, dann wird die Richtung des Stromes durch die Ankerbewicklung und die entsprechenden Anschlufsleiter (wenn dieselben die gezeichnete Lage einnehmen) durch die an den Bewicklungen angedeuteten Pfeile gekennzeichnet; in diesem Augenblick geht der Ankerstrom hauptsächlich durch den Anschlufsleiter BL zum Sammlerabschnitt E¹ unter der Bürste F+ und von der Bürste F~~ durch den Sammlerabschnitt E₁ zum Anschlufsleiter BL; der durch die ■ Anschlufsleiter BL und BL vor denjenigen BL und BL hindurchgehende Strom (die Anschlufsleiter BL und BL sind mit den Sammlerabschnitten E'² und E₀ verbunden, welche gerade die Bürsten verlassen) wird annähernd Null unter der Einwirkung der gröfseren elektromotorischen Kraft, welche in Anschlufsleitern BL und BL dadurch erzeugt wird, dafs die letzteren unter den Enden N* S* der Polstücke NS sich befinden, und ein Strom geht nunmehr durch die Anschlufs- * leiter Βλ und Βλ, welche mit den Sammlerabschnitten i?³ und E_s verbunden sind, die gerade unter die Bürsten kommen, da die in ihnen erzeugte elektromotorische Kraft annähernd gleich ist der in den Anschlufsleitern B\. und BL, die den gröfseren Theil der Strommenge weiterleiten. In dem Mafse, als der Anker vorrückt, verlassen die Anschlufsleiter BL und BL die Enden der Polstücke N S, und die in ihnen erzeugte elektromotorische Kraft nimmt infolge dessen rasch ab, während die Theile der Ankerbewicklungen, welche zwischen den Anschlufsleitern BL und BL und denen Βλ und Βλ geschaltet sind, ebenfalls von den Enden der Polstücke entfernt und daher verhältnifsmäfsig unwirksam sind.

Die Anschlufsleiter B\. und Βλ nähern sich dagegen den Enden NS der Polstücke, wo der magnetische Einflufs am stärksten ist, und wenn daher die Verhältnisse zwischen den Ankersammlerbewicklungen oder den Anschlufsleitern richtig gewählt sind, wird der Strom in den Theilen der zwischen BL BL und Βλ und Βλ verbundenen Ankerbewicklung A umgekehrt und jener in den Anschlufsleitern BL BL wird gerade dann Null, wenn die Abschnitte E¹E₁, mit welchen sie verbunden sind, die Enden der Sammlerbürsten verlassen. Auf solche Weise erfolgt eine Stromunterbrechung ohne Funkenbildung. Die beiden Pfeile N¹ 5'. der Armatur zeigen die Richtung der Magnetisirung an, welche durch die Feldbewicklung allein hervorgerufen werden würde. Die Pfeile JV² S'² zeigen die Richtung der Magnetisirung und die Lage der Pole, welche durch den Strom in den Ankerbewicklungen erzeugt werden würden, wenn die Verbindung in der gewöhnlichen Weise durch Bürsten erfolgt, welche in der Drehungsrichtung nach vorn gestellt sind.

Die Pfeile Νλ SL zeigen die Richtung und annähernde Lage der Pole, wenn die Bürsten in Bezug auf die Drehungsrichtung nach vorliegender Erfindung rückwärts gestellt sind und die Maschine als Stromerzeuger läuft.

Hieraus folgt, dafs, während im früheren Falle der Strom in den beiden in diesem Zeitpunkt zwischen den Polstücken des Feldmagneten liegenden Theilen der Ankerbewicklungen der Richtung der Felderregung entgegengesetzt ist, in letzterem Falle der durch die beiden Theile der Ankerbewicklungen. gehende Strom die Erregung des Feldes unterstützt, und zwar mit der Wirkung, dafs anstatt einer Vermehrung des Ankerstromes, welche die elektromotorische Kraft verkleinern würde (wie bei Nebenschlufsmaschinen mit nach bekannter Art in der Drehrichtung gestellten Bürsten), der Änkerstrom den magnetischen Einflufs und damit die erzeugte elektromotorische Kraft zu vermehren sucht. Um zu erreichen, dafs vermehrte elektromotorische Kraft durch eine Vermehrung des Stromes in dem Anker oder in der Hauptleitung bei Parallelstrommaschinen erreicht werde, mufste. man sich bisher an die gemischte Bewicklung der Feldspulen halten.

Weiter erfordern die Bürsten, da die Stärke des hinteren Polendes mit dem Ankerstrom zunimmt, wenn die Maschine als Stromerzeuger dient, oder diejenige des vorderen Polendes, wenn die Maschine als Kraftmaschine dient, geringe oder keine Einstellung, da die zur Bewirkung der Stromumkehrung in den Bewicklungen während des Gleichrichtens erforder-

liehe elektromotorische Kraft selbstthätig"durch die Zunahme der Polstärke vergröfsert wird.

Bei der in Fig. 2 gekennzeichneten Anordnung ist die Ankerbewicklung A nach von Hefner-Alteneck in 48 Abschnitten zu je zwei Windungen auf einem Ankerkern in Trommelform aufgewickelt. Die Schlitze C in diesem Armaturkern sind tief ausgeschnitten und die eine Hälfte der Bewicklung auf den Boden derselben und darauf die zweite Hälfte gelegt, während die Anschlufsleiter die oberen Theile der Schlitze einnehmen.

Einer der Anschlufsleiter B ist abgebrochen gezeichnet und bei D* ist eine Verbindung zwischen der Ankerbewicklung und einem Anschlufsleiter mit abgestreifter Isolirschicht gezeigt.

Wie ersichtlich, geht jeder Anschlufsleiter nahe dem einen Ende aus dem Schlitz, in welchen der Theil der Hauptbewicklung, mit dem er verbunden ist, hineingeht, in den zweiten Schlitz hinein, und zwar in zur. Drehungsrichtung des Ankers entgegengesetzter Richtung, wenn die Maschine als Stromerzeuger wirkt.

Nachdem er durch den Schlitz hindurchgegangen ist, geht er an dem anderen Ende des Schlitzes über die andere Seite des Ankers und kehrt durch den diametral gegenüberliegenden Schlitz zurück, worauf er mit dem ihr gegenüberliegenden Sammlerabschnitt verbunden wird. Es gehören daher alle mit D D bezeichneten sichtbaren Verbindungen zu den Anschlufsleitern, welche mit den auf der diametral entgegengesetzten Seite liegenden Sammlerabschnitten verbunden sind (nämlich entgegengesetzt denen auf der Zeichnung, deren Isolation fortgenommen gezeichnet ist), während die Anschlufsleiter, deren Enden in der Zeichnung mit ihren bezüglichen Sammlerabschnitten verbunden erscheinen, um den Anker herumgehen, und mit der Hauptbewicklung auf der entgegengesetzten Seite, und zwar an dem den Verbindungen D D diametral gegenüberstehenden Punkten verbunden sind.

Die mit negativen bezw. positiven Zeichen versehenen Anschlufsleiter B¹ B² B³ bilden die Sammlerverbindungen für die obere (erste) bezw. untere (zweite) Hälfte der Hauptbewicklung. Die Punkte der letzteren, von welchen der Strom abgenommen wird, liegen annähernd gegenüber jenen Stellen des Ankers, an welchen sich die Sammlerabschnitte befinden, mit welchen sie dprch die Anschlufsleiter verbunden sind.

Die Anschlufsleiter und die Hauptbewicklung haben gleiche Richtung. Unter der Annahme, dafs die Ankerbewicklung um den Anker (in Fig. 2) oben von links nach rechts und unten umgekehrt geführt sei und die auf einander folgenden Abschnitte der Bewicklung so eingesetzt seien, dafs sie in einer zur dargestellten Drehrichtung des Ankers entgegengesetzten Richtung auf einander folgen, so müssen die Anschlufsleiter in gleicher Weise über dem Anker von links nach rechts und unter demselben von rechts nach links gehen.

Der unter dem Polende N* des Polstückes JV liegende Anschlufsleiter 5+ hat, wenn die Maschine als Stromerzeuger betrachtet wird, eine elektromotorische Kraft, welche gleich ist der in einer Windung der Hauptbewicklung erzeugten elektromotorischen Kraft, und da der damit verbundene Sammlerabschnitt unter den Bürsten liegt, wird der Hauptstrom durch diese Bewicklung geleitet. Der Stromlauf in den Anschlufsleitern, Abschnitten und Bürsten ist durch Pfeile angedeutet. Der Anschlufsleiter B\_ hat einen gröfseren Pfeil eingezeichnet, um anzuzeigen , dafs der Haupttheil des Ankerstromes zu dem Sammlerabschnitt E¹ und dann zur Bürste F+ durch diese Bewicklung geht.

In gleicher Weise besitzt der Anschlufsleiter Bl einen gröfseren Pfeil, welcher anzeigt, dafs der Haupttheil des Stromes durch denselben zur Hauptbewicklung zurückgeht.

Dieser Pfeil ist an der Spitze getheilt, um die Theilung des Stromes an der Verbindungsstelle mit der Hauptbewicklung in zwei Theile anzudeuten. In jeden der Anschlufsleiter B+ Bl, Bl Bl ist ein kleiner Pfeil eingezeichnet. Diejenigen in den beiden ersten zeigen an, dafs dort der Strom infolge der vorher beschriebenen Wirkung sich Null nähert, und dafs zu der Zeit, da die Verbindung der entsprechenden Sammlerabschnitte mit den Enden der Bürsten unterbrochen ist, der Strom in diesen Bewicklungen gerade gleich Null ist und die Unterbrechung daher ohne Funkenbildung stattfindet. Die kleinen Pfeile an den Anschlufsleitern B\. Bl zeigen an,, dafs der Strom in denselben zufolge der hergestellten Verbindung zwischen den Bürsten und den entsprechenden Sammlerabschnitten wieder eintritt.

Bei der weiteren Drehung bewegen sich die Anschlufsleiter Bl Bl unter dem Magnetpol N hinweg, und die in demselben erzeugte elektromotorische Kraft nimmt rasch ab, demzufolge sich der Strom in Bl Bl vermindert; dagegen nimmt der Strom in B\. Bl in demselben Mafse zu, bis die Anschlufsleiter B\. Bl jene Lage einnehmen, in welcher diejenigen B\. BL gezeichnet sind, in welcher sie nahezu den ganzen Strom ableiten. Die Anschlufsleiter B\. Bl nehmen dann die Stellung derjenigen B\. Bl ein und der Strom wird in derselben allmälig gleich Null. Man erkennt, dafs jeder der' unter das Polstück gehenden Anschlufs-

leiter, so lange der entsprechende Sammlerabschnitt noch unter der Bürste liegt, parallel mit dem nächstliegenden, noch unter dem Polstück befindlichen Anschlufsleiter geschaltet ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden durch einen Abschnitt der Hauptbewicklung hergestellt wird, welcher auch von unterhalb des Polstückes herausgetreten ist.

Der Ueberschufs an elektromotorischer Kraft in dem unter dem Pole liegenden Anschlufsleiter über die elektromotorische. Kraft in der Hauptbewicklung und demjenigen Anschlufsleiter. der unter dem Pole herausgetreten ist, genügt zur Umkehrung des Stromes in der Hauptbewicklung und zur Verminderung jenes Stromes in dem letztgenannten Anschlufsleiter auf Null gerade dann, wenn der mit diesem Anschlufsleiter 'verbundene Sammlerabschnitt die Bürste verlä'fst, wodurch ebenfalls eine funkenlose Unterbrechung gesichert ist.

Es findet also eine Unterbrechung ohne Funkenbildung in beiden Fällen statt, sowohl wenn die Bürsten nach rückwärts gerichtet sind und die Maschine als Stromerzeuger wirkt, als auch, wenn die Bürsten nach vorwärts gerichtet sind 'und die Maschine als Motor (Secundärmaschine) verwendet wird.

Im ersten Falle ergiebt sich, wie mit Bezug auf Fig. ι beschrieben wurde, die Wirkung, dafs der zwischen den Feldmagnetpolen liegende Theil der Ankerhauptbewicklung die erregenden Bewicklungen des Feldmagneten unterstützt, dadurch, dafs der magnetische Flufs vermehrt wird, so dafs die erzeugte elektromotorische Kraft mit der Zunahme der der Maschine aufgelegten äufseren Last oder Arbeit steigt, was bisher nur durch eine gemischte Bewicklung der Feldmagnete erreicht werden konnte.

Im zweiten Falle bei vorwärtsgestellten Bürsten, wenn die Maschine als Krafterzeuger wirkt, ,unterstützt der in dem vorerwähnten Theil der Hauptbewicklung vorhandene Strom die Zunahme des wirksamen magnetischen Flusses und erzeugt dadurch eine gröfsere Gleichmäfsigkeit des magnetischen Feldes und eine gröfsere Drehkraft mit einer gröfseren äufseren Last.

Die Dichte des magnetischen Flusses unter dem Polende N*, Fig. ι und 2, wird vermehrt, wenn der Ankerstrom vermehrt wird. Die Anschlufsleiter werden dadurch wirksamer. Es wird daher in dem gerade unter dem Polende N* befindlichen Anschlufsleiter eine gröfsere elektromotorische Kraft erzeugt und ein gröfserer Ueberschufs an elektromotorischer Kraft gegen jene hervorgerufen, die in dem Abschnitt der Hauptbewicklung, in welchem der Strom umgekehrt werden soll, und in dem Anschlufsleiter, welcher von dem Pol wegbewegt wird, erzeugt wird, als dies mit weniger Strom der Fall wäre.

Da also zur Umkehrung eines gröfseren Stromes in den Ankerabschnitten eine gröfsere elektromotorische Kraft nothwendig ist, so werden die nothwendigen Bedingungen nahezu oder ganz selbstthätig geschaffen, d. h. bei Aenderung des Stromes ist nur eine geringe oder gar keine Verstellung der Bürsten erforderlich. Diese mehr oder weniger von selbst eintretende Wirkung kommt nach den Versuchen des Erfinders am meisten bei Dynamomaschinen zum Ausdruck, welche gezahnte oder geschlitzte Anker mit kurzen Lufträumen haben, und diese Neuerungen haben daher insbesondere für diese Maschine Werth, da diese dann selbst bei sehr kleinen Lufträumen funkenlos laufen und bei kleinen Lufträumen bekanntlich leichtere Feldmagnete und eine geringere erregende Kraft genügen.

Die Drahtlängen, welche die Anschlufsleiter bilden, können mit der Ankerbewicklung in dem Mafse verbunden werden, als die Bewicklungsarbeit fortschreitet. Die Drähte können entweder gesondert aufgewickelt bleiben, bis die Hauptbewicklung vollendet ist, worauf sie in ihre bezüglichen Lagen über die letztere gewunden werden, oder sie werden je nach Wunsch über, unter oder zwischen die Hauptbewicklung in entsprechender Weise gewickelt.

Es ist gewöhnlich vorteilhaft, kurze, isolirte und biegsame Leiterstücke an entsprechenden Punkten zwischen den Abschnitten der Hauptbewicklung während des Aufwickeins einzuschalten und dann die Anschlufsleiter einzulegen , wobei deren Enden frei gelassen werden. Die Anschlufsleiter können dann mit den biegsamen Enden verbunden werden, nachdem das Aufwickeln beendet ist.

Soll die Maschine nach Belieben in beiden Richtungen laufen und die Anschlufsleiter sind in der angegebenen Weise gegen die Ankerbewicklung geführt, so werden zwei unabhängige Sammler und zwei Sätze Anschlufsleiter angewendet und der mit dem einen Sammler verbundene Satz Anschlufsleiter in Bezug auf die Ankerbewicklung in der einen Richtung, der mit dem anderen Sammler verbundene Satz Anschlufsleiter in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Anker-, bewicklung geführt.

Der eine Sammler wird dann für die eine und der andere für die andere Bewegungsrichtung angewendet, wobei die Bürsten von dem nicht benutzten Sammler abgehoben werden.

Die Neuheit der Erfindung ist nicht zu suchen in der blofsen Verbindung der Abschnitte der Ankerbewicklung mit den Sammlerschienen durch Anschlufsleiter, welche durch das magnetische Feld hindurchgehen, um nach Möglichkeit Funkenbildung am Sammler zu ver-

meiden, sondern in der besonderen, hier beschriebenen Anordnung derselben.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   An elektrischen Maschinen, bei welchen die Sammlerschienen mit den Abschnitten der Ankerwindungen durch um den Anker gewickelte Anschlufsdrähte verbunden sind, in denen beim Gang der Maschine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die Verbindung der einzelnen Anschlufsdrähte mit der Ankerbewicklung in solcher Weise, dafs sie in Bezug zu dem magnetischen Felde in einer späteren Zone als der zugehörige Abschnitt der Ankerbewicklung liegen, wenn die Maschine als Stromerzeuger, und in einer früheren Zone liegen, wenn die Maschine als Krafterzeuger wirkt, wobei die Sammlerbürsten eine Rückwärtsstellung für Stromerzeugung und eine Vorwärtsstellung für Krafterzeugung haben, um durch die in beiden Leitern der Ankerwindung und dem zugehörigen Anschlufsleiter inducirten, verschieden starken elektromotorischen Kräfte nach eingetretenem Polwechsel in der Ankerwindung die schädliche Wirkung an der Bürste aufzuheben.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.