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Anordnung zur Gleichspannungsumformung Hohe Gleichspannung kann man
bekanntlich dadurch erzeugen, daß man Kondensatoren in einer Kette oder auf dem
Umfang eines Rades anordnet und sie perindisch einzeln oder in kleinen Gruppen mit
einem Netz von niedriger Spannung verbindet. Von der Reihenschaltung der- Kondensatoren
kann man dann die erhöhte Spannung abnehmen. Die bisher bekannten Anordnungen weisen
aber entweder den Nachteil auf, daß die Kondensatoren selbst umlaufen müssen oder
eine feste Reihenschaltung der Kondensatoren vorhanden ist. Die mechanische Bewegung
von größeren Kondensatoren bietet Schwierigkeiten und ist mit Verlusten verbunden.
Die feste Reihenschaltung der Kondensatoren hat den Nachteil, daß die Verwendung
der Anordnung für hohe Gleichspannung unmöglich ist, da die Stromquelle niedriger
Spannung zeitweise ein sehr hohes Potential gegen Erde erhält. Bei einer weiteren
bekannten Anordnung werden die Kondensatoren abwechselnd in Parallelschaltung an.
die Stromquelle niedriger Spannung angeschlossen und dann wieder in Reihe geschaltet.
Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Kondensatoren sowie die zugehörigen
Leitungen abwechselnd auf ein niedriges und dann wieder auf ein sehr hohes Potential
gegen Erde stoßweise aufgeladen werden.
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Alle diese Nachteile der bekannten Anordnungen zur Gleichspanmugsumformung
werden bei einer Anordnung, bei der ruhende Kondensatoren über umlaufende Kontakte
periodisch einzeln oder in kleinen' Gruppen mit einem Netz von niedriger Spannung
verbunden werden, dadurch vermieden, daß jeder neu geladene Kondensator über ein
ebenfalls umlaufendes Kontaktsystem in eine jeweils neu gebildete Reihenschaltung
mehrerer solcher gleichartiger Kondensatoren hineingeschaltet wird, und daß jeder
der Kondensatoren eine stufenweise höher werdende Span_ -nung gegen Erde erhält.
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Die Erfindung ist in den Abb. T bis 3 in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
In Abb. i sind C Kondensatoren, die auf den Isolatoren
D aufgestellt sind. Die Anschlüsse der Kondensatoren sind zu Kontaktstücken E, F,
G und H geführt, die auf einem Isolierring T befestigt sind. Um die Mittelachse
der Gesamtanordnung ist der Isolierkörper K, der ein Rotationsgebilde darstellt,
drehbar angeordnet. Der Antrieb von K kann unmittelbar oder über Zahnräder oder
über Riemen usw. durch einen Elektromotor erfolgen. Der im Inneren befindliche stillstehende
Isolierkörper L ermöglicht die Lagerung des umlaufenden Körpers K. An dem Isolierkörper
1i sind über isolierende Arme 11 die Bürsten N und 0 sowie Schleiffedern
P
befestigt. Wenn der Isolierkörper K in Drehung versetzt wird, so werden
die Isolierarme .1T und die Stromabnehmer N, 0 sowie die Kontaktbrüchen P mit in
Umlauf versetzt. Die Bürsten 0 und N sind über die beiden Leiter Q und R zu den
beiden Schleifringen S und T geführt. Die in der Abb. i sichtbare Kontaktbrücke
P ist ferner durch den Leiter U mit dein oberen Ende des Isolierkörpers h: verbunden.
Dort wird bei kleinen Leistungen durch eine leicht aufgesetzte Kappe oder ähnliches
die hohe Spannung abgenommen.
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Die Abb. :2 zeigt die gleiche Anordnung in einer Ansicht von
oben. Die Bezeichnungen in dieser Abbildung entsprechen denen in der Abb. i. Die
Abb. a zeigt, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Isolierarme
lI vorhanden sind. Der eine Arm ill trägt die beiden Bürsten 0 und N, die anderen
vier Arme tragen die Kontaktbügel P.
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Die Wirkungsweise der Anordnung geht aus der schematischen Darstellung
der Abb.3 hervor. Auch in dieser Abbildung sind die gleichen Bezeichnungen wie in
den Abb. i und 2 gewählt. Die Abb.3 stellt eine Abwicllung dar, und zwar von der
Mittelachse der Gesamtanordnung aus gesehen. Die Kondensatoren C sowie die Kontakte
E, F, G, H
usw. stehen still, während die strichpunktierten Teile, nämlich
die Bürsten 0 und N, die Köntaktbrücken P sowie die Anschlußleitungen Q, R und U,
zusammen mit dem in den Abb. i und 2 dargestellten Körper K umlaufen. Der Umlauf
entspricht in der Abb. 3 beispielsweise einer Verschiebung der strichpunktierten
Teile nach unten. Wenn die Anlage zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer
niedrigeren Gleichspannung benutzt werden soll, dann stellen die Leiter R und- O
die Stromzuführungen dar. Es wird aus der speisenden Stromquelle jedesmal der zwischen
den Bürsten 0 und Ar liegende Kondensator C aufgeladen. Die geladenen Kondensatoren
werden dann jedesmal durch die Brüchen P in Reihe geschaltet, so daß also zwischen
den Punkten O und U jeweils vier Kondensatoren C in Reihe geschaltet liegen. Der
Reihenschaltung kann laufend Strom entnommen werden, weil ja durch die umlaufenden
Bürsten und Kontaktbrücken ständig neue, aufgeladene Kondensatoren in die Reihenschaltung
eingeführt werden.
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Wird eine solche Anordnung zur Erzeugung sehr hoher Spannung benutzt,
dann muß natürlich der Isolation sehr großer Wert beigemessen werden. Man benötigt
dann große Abstände und einen langen umlaufenden Isolierkörper K. Die Zuleitungen
werden am besten ähnlich, wie dies in der Abb. i dargestellt ist, geführt. Die Zuleitungen
können natürlich durch weitere Isolierarme getragen werden. Es erhalten beim Umlauf
der Reihe nach alle Kondensatoren die höchste Spannung gegen Erde, so daß also die
Kondensatoren auf den Isolatoren D für die volle Spannung gegen Erde isoliert aufgestellt
werden müssen. Die Länge der Isolierwelle wird etwa gleich dem doppelten Durchmesser
des Kontaktkranzes zu wählen sein.
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Bei der in den Abbildungen dargestellten Anordnung muß die Breite
der Kontaktbügel P und der Abstand zweier benachbarter feststehender Kontaktstücke
so gewählt werden, daß jedes Ende des Bügels jeweils nur einen Kontakt berührt.
Der erzeugte Gleichstrom weist dadurch Lücken auf. Wenn außerdem ein großer Gleichspannungskondensator
vorhanden ist, der mit dieser Einrichtung aufgeladen werden soll, dann sind diese
Liihlen unbedenklich. Wenn dagegen mit der Anlage große Leistung umgeformt «-erden
soll, ist es notwendig, einen möglichst kontinuierlichen Gleichstrom zu erzeugen.
Erfindungsgemäß kann das dadurch geschehen, daß zwei Anordnungen der beschriebenen
Art parallel geschaltet werden, und daß jeweils die Stromlücken der einen Anordnung
durch den Gleichstrom aus der anderen Anordnung gedeckt werden. Man kann erfindungsgemäß
zwei derartige Anordnungen auch zu einer einzigen Anordnung vereinigen, beispielsweise
dadurch, daß zwei Kondensatorengruppen auf einem Kreisumfang ruhend angeordnet sind,
und daß insgesamt vier Kontaktbahnen und zwei Systeme von Kontaktbrül;-len gegeneinander
versetzt vorgesehen sind. Man kann sämtliche Isolierarme, Bürsten, Kontaktbrücken
usw. auf dieselbe Isolierwelle setzen.
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Die-Abbildungen zeigen, wie bereits betont, nur ein Ausführungsbeispiel,
das sehr viele Abänderungen zuläßt. Einige Gesichtspunkte für solche Abänderungen
und Ergänzungen seien angegeben: Man kann durch Erhöhung der Zahl der Kontaktbrücken
und durch Ver-
-längerung der Anschlüsse in der gleichen Anordnung
zwei in entgegengesefztem Sinne laufende, voneinander isolierte Systeme anbringen,
um positive und negative Gleichspannung zu erhalten. Es ist ferner möglich, durch
weitere Kontaktbrücken . diejenigen Kondensatoren, die in den Abb. 2 und 3 nicht
von Bürsten oder Kontaktbrücken berührt werden, ebenfalls zur Stromlieferung heranzuziehen.
Die Kontaktbrücken werden dann in dem restlichen Teil in entgegengesetztem Sinne
geschaltet, so daß auch dadurch ein lückenloser Gleichstrom hervorgerufen werden-°'kann.
In der Abb. 3 ist durch die gestrichelte Linie L' die Lage dieser gegebenenfalls
noch vorhandenen weiteren Kontaktbrücken angegeben. Eine weitere Einzeichnung ist
der Deutlichkeit halber nicht vorgenommen worden.
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Die beschriebene Anordnung kann auch für große Leistung benutzt werden.
Dies ist ihr besonderer Vorteil gegenüber der bereits bekannten Anordnung mit mechanisch
bewegten Kondensatoren. Eine mechanische Bewegung von großen Kondensatoren ist mit
Schwierigkeiten verbunden, während die Bewegung der leicht zu haltenden Bürsten-
und Kontakteinrichtungen auch bei großer Drehzahl keine Schwierigkeiten bereitet.
Ferner kann die Einrichtung auch zur Herabsetzung von hohen Gleichspannungen . auf
niedrige, also in umgekehrter Energierichtung, als oben beschrieben, verwendet werden.
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Bei groJ'en Leistungen müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden,
um das Auftreten von Lichtbögen bei Stromunterbrechung zu verhindern oder unschädlich
zu machen. Man kann hierzu die gesamte Kontaktanordnung unter erhöhten Druck setzen.
Es werden dann sowohl beim Schließen wie beim Öffnen der Kontakte nur unerhebliche
Störungen auftreten, und man kann durch Verwendung besonderer Gase eine Beschädigung
der Elektroden vermeiden. Die bei der Kontakttrennung auftretenden Lichtbögen können
auf künstlichem Wege gelöscht werden. Man kann ferner diese kleinen Lichtbögen dadurch
unschädlich machen, daß man besondere Ansatzpunkte für die Lichtbogenfußpunkte schafft,
deren allmählicher Abbrand die Kontaktgüte nicht beeinflußt. Bei Anlagen für große
Leistung wird man schließlich recht viele Einzelstufen, also eine sehr große Zahl
von Kondensatoren wählen, um nur kleine Sprünge beim Weiterschalten zu bekommen.
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Die einfache Nachrechnung ergibt, daß man bei hoher Drehzahl ohne
Schwierigkeiten große Gleichstromleistungen umformen kann. Es treten dabei nur verschwindend
kleine Verluste auf, die in den Verlusten der Kondensatoren, in Reibungswiderständen
sowie in ganz geringen Spannungsabfällen begründet sind. Die Anordnung wird dadurch
eine große praktische Bedeutung gewinnen.