DE83121C

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Publication number: DE83121C
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KAISERLICHES

PATENTAM

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. April 1894 ab.

Zur Uebertragung von Energie der Bewegung zwischen zwei oder mehreren Maschinenelementen verwendet die im Folgenden beschriebene Erfindung eine Art elektrischer und magnetischer Kuppelung an Stelle der bisher gebräuchlichen mechanischen Uebertragung mittelst Getriebe-Zahnräder, Reibungskuppelungeri, Schaltwerke, Schubkurbelgetriebe und ähnlichen. . Im wesentlichen ist der treibende Theil mit einem ein Magnetfeld erzeugenden, der getriebene mit einem durch Fernwirkung — nicht Berührung — von jenem beeinflufsten elektrischen oder magnetischen Theil -τ- beziehungsweise umgekehrt — verbunden, derart, dafs zwischen den beiden Theilen ein gegenseitiges Abrollen stattfindet.

Es seien zunächst einige Beispiele beschrieben:

In der Anordnung Fig. 1 und 2 soll die Drehung der Welle W₁ auf die Welle W₂ übertragen werden — Umsetzung kreisender Bewegung in ebenfalls drehende. An Stelle des treibenden Zahnrades ist hier ein scheibenförmiger Magnet M angebracht, der von der Wickelung E in bekannter Weise erregt wird, so dafs sich am Umfang die Pole N und S ausbilden, in dem Zwischenraum also ein magnetisches Feld entsteht.

Zwischen den magnetisirten Scheibenrändern befindet sich an Stelle des getriebenen Zahnrades auf der Welle W₂ eine Kupferscheibe K oder eine Eisenscheibe mit beliebiger kurzgeschlossener Wickelung, wie bei sogenannten asynchronen Wechselstromtreibmaschinen. Bei geeigneter Ausführung nehmen die mit M umlaufenden Kraftlinien den »Schlufsanker« K mit, so dafs eine Bewegungsübertragung erzielt wird.

Die Umsetzung schwingender Bewegung in kreisende, wie in den Fig. 3,4, 5 und 10 veranschaulicht, ergiebt sich aus der ersteren Anordnung nach Vergröfserung des Durchmessers von K ins Unendliche und Benutzung nur eines Abschnittes von K mit Bewegung auf einer Geraden.

So stellt Fig. 3 beispielsweise die Anwendung der Erfindung für eine Dampfmaschine dar.

Z ist ein Cylinder mit Kolben k und Kolbenstange G. An letzterer ist der dem in den Fig. ι und 2 mit K bezeichneten Theil entsprechende Anker A angebracht, welcher sich zwischen den Polen der beiden Magneträder M₁ M₂ bewegt. Zwei Magneträder sind hier vorgesehen, weil eine Aenderung der Bewegungsrichtung von A erforderlich und bei Hin- und Hergang Arbeit geleistet wird; aus dem gleichen Grunde ist in diesem zweiten Falle auch eine Umsteuerungsvorrichtung anzubringen. In dem gewählten Beispiel besteht der »Antriebanker« aus zwei Theilen a_x a₂ aus untertheiltem Eisen mit einer in Nuthen oder Bohrungen liegenden Wickelung, ähnlich wie bei den Schlufsankem von Wechselstromtreibmaschinen. _ a_x bewegt sich in dem magnetischen Spalt von M₁, a₂ in dem von M₂. Der Stromkreis von Ui₁ wird erst für den Rechtsgang des Kolbens geschlossen, für den Linksgang der von a₂. Die Mittel zur Herstellung des Kurzschlusses können bekanntlich verschiedener Art sein, ebenso können sie auch auf mannigfaltige Weise bethätigt werden; z. B. durch eine gasdruck-

messende Vorrichtung, Cylinder mit Kolben oder Membran, welche je nach dem Druck der Arbeitsflüssigkeit die Umschaltungen bewirkt; oder der Stromschlufs wird hergestellt, je nachdem der Antriebanker auf Zug oder Druck beansprucht ist. Man kann auch von der Stromrichtung in A Gebrauch machen; dieselbe wird nämlich, wie leicht einzusehen, wechseln, sobald etwa gegen Ende der Hubbewegung, bei Aufhören der Expansionskraft in Z die treibenden und getriebenen Theile ihre Rollen vertauschen; legt man daher in den Stromkreis von A (oder eines Theiles der Wickelung von A) ein entsprechend gebautes Relais, so kann dieses direct oder indirect auf mannigfache Arten ebenfalls die Umsteuerung einleiten. Am einfachsten wendet man, ähnlich etwa wie bei Wassersäulenmaschinen oder Pumpen, mechanische Steuerungen mit — allfällig verstellbaren — Anschlägen oder dergl. an. Man kann auch nach Art der Stofspendelregulatoren (an Gaskraftmaschinen) geschwindigkeitsmessende Apparate zur Ein- und Ausschaltung der Contacte benutzen. Die Ausführung einer anderen Art einer Stromschlufsvorrichtung ist in Fig. 3 angegeben. Hier sind in den Eisenkernen von a_x a₂ viele Kupferstäbe eingelassen, welche auf der den Wellen der hier doppelten Magneträder M₁ M₂ zugewendeten Seite durch eine Kupferschiene verbunden sind; auf der Innenseite stehen ihre als Contactköpfe ausgebildeten Enden vor und je nach der Bewegungsrichtung des Kolbens wird die mittlere bewegliche Contactschiene s zwischen a_x und a, an die Stäbe des einen oder anderen Antriebes gelegt durch eine der erwähnten Steuerungsvorrichtungen. Aus der Skizze ist auch ersichtlich, dafs man beide Magneträder kuppeln kann, sei es durch Kurbel und Kurbelstangen, wie hier, oder durch Zahnräder, Riemen, elektrische Kraftübertragung.

Da in fast allen Fällen die Geschwindigkeit des Antriebes sich ändern wird zwischen zwei Nulllagen, wird man zweckmäfsig erst dann den Kurzschlufs herstellen lassen, wenn die Umfangsgeschwindigkeit von M zusammenfällt mit der Geschwindigkeit von A, oder man macht die »inducirte Länge« von K(A) kürzer, wie der Kolbenhub ist, wie leicht verständlich.

Wir kommen nunmehr zur Aufzählung wenigstens eines Theiles der vielen möglichen Abänderungen, die in Rücksicht auf den Raum einer Patentbeschreibung nicht alle genannt werden können.

Zunächst kann man auch für den Fall der Umsetzung schwingender Bewegung in kreisende (bezw. umgekehrt) A und M vertauschen; der schwingende Theil kann nach Fig. 4 und 5 ein Magnet m sein — mit von Elektricitätsquelle B gespeister Erregerwickelung w —, der kreisende ist dann eine Kupferscheibe oder eine Eisenscheibe e mit ' Kurzschlufswickelungen z; die Umsteuerung erfolgt entweder in w oder e auf verschiedene Arten.

Die Erregung der Magnete kann auch durch Wechselstrom erfolgen, statt durch Gleichstrom. Die Ankerwindungen können in Nuthen oder Bohrungen des am besten untertheilten Eisenkernes liegen, in Schaltungen, die den Feldanordnungen der Magnete entsprechen, wie dies alles ähnlich bei den elektrischen Maschinen bekannt ist und angewendet werden kann.

Die Magnete, z. B. die Magneträder, können auf der dem Anker zugewendeten Seite Polvorsprünge (Fig. 6 oben) tragen, oder die Erregervvickelungen w sind so angeordnet, dafs abwechselnde Pole entstehen, etwa wie in Fig. 6 unten angedeutet. Um in letzterem Falle nicht alle, sondern nur die gerade auf den Anker wirkenden Magnetpole erregen zu müssen, kann man beispielsweise nach Fig. 7 die einen Enden der Spulen w an einen Schleifring s führen, die anderen an die Schienen eines Stromvertheilers v; passend angebrachte Bürsten b b b dienen zur Zuleitung des Stromes.

Ist, wie eingangs beschrieben, das Magnetfeld von M ein kreispolares, dann erscheint es angezeigt, sogen. Hemmungswickelungen J (Fig. 8) anzuordnen; dieselben verhüten ein Wandern der Kraftlinien und zwingen den Magneten, an ihrer durch K bezw. A veranlafsten Drehung theilzunehmen, da durch jede Verschiebung der Kraftlinien auf den Polen secundäre Ströme in jenen kurzgeschlossenen Wickelungen hervorgebracht würden, welche die Kraftlinien hemmen. Zum gleichen Zwecke können auch die Polflächen ganz mit einer Schicht von gutleitendem Material überzogen werden. Aehnliche Hemmungswickelungen können auch bei schwingenden Magneten (nach Fig. 4 und 5) angebracht werden.

Zum Zwecke der Umsteuerung — Aufhebung der. elektrischen Kuppelung -— können ebenfalls diese genannten Wickelungen passend unterbrochen oder geschlossen werden. So würde man in Fig. 3 bei nur einem für beide Magneträder gemeinschaftlichen Antriebanker für den Rechtsgang des Kolbens die Hemmungswickelungen von M₁ schliefsen, für den Linksgang die von M.₂ , anstatt im Antriebanker umzusteuern.

Die Aufhebung der elektrischen Kuppelung kann auch dadurch bewirkt werden, dafs man die Magnete entmagnetisirt, z. B. durch Unterbrechung der Erregung, durch einen Gegenstrom in einer zweiten Spule u. s. w. In dem Falle der Fig. 3 würde für Rechtsgang des Kolbens nur M₁ zu erregen sein, für den Rückgang Af₂; es genügt alsdann ein einziger

Antriebanker. Erregt man die beiden Magneträder derart, dafs die im gemeinschaftlichen Anker inducirten Ströme sich gegenseitig aufheben, dann hört die Wirkung von M auf A auf. Ebenso, wenn bei Anwendung zweier Antriebanker a_x a₂ man deren Wickelungen gegen einander schaltet oder in einem Anker eine zweite Spule gegenschaltet u. s. w. Anstatt die Windungen auf dem Antriebanker kurz zu schliefsen, kann man zur Stromaufnahme Widerstände, Condensatoren, Polarisationsbatterien und andere stromaufnehmende Apparate anwenden. Zu erwähnen ist noch, dafs für kleinere Maschinen an Stelle der elektrisch erregten Magnete Stahlmagnete treten können. .. Selbstverständlich können Anker und Magnete auch mehrfach angeordnet sein und in anderen Lagen sich befinden, als bisher angenommen und gezeichnet; so kann statt der Scheibenform auch Cylinder- oder Trommelgestalt für die an einander sich abrollenden Theile gewählt werden; es können ebenfalls mehrere Antriebanker auf ein Magnetrad wirken oder ein einziger oder mehrere hinter oder neben einander liegende Anker auf mehrere Magneträder. Ein Beispiel zeigt Fig. 9. Die Schlufsanker Λ, a₂ rollen sich am inneren Umfang des mehrfachen Magnetrades M ab.

Auch sonstige Abänderungen in der Form der Pole, Anordnung und Schaltung der Erreger- und Schlufsankerspulen, der Steuerungstheile, der Contacte u. s. w. sind denkbar.

Im wesentlichen ist also diese neue Uebertragungsanordnung in gewissem Sinne ähnlich der einer Drehstromübertragung mit dem Unterschied , dafs ι. das Drehfeld nicht elektrisch, sondern mechanisch bewegt wird, 2. der Schlufsanker unter Umständen auch als treibender Theil auftritt, 3. die Achsen der treibenden Theile nicht zusammenfallen, vielmehr ein Abrollen stattfindet, 4. die Bewegung des einen auch abwechselnd rückläufig und auf einer Geraden geschehen kann. Es kann die Anordnung bezeichnet werden als die Vereinigung von Wechselstromerzeuger und Triebmaschine zur directen unmittelbaren Kraftübertragung ohne Fernleitungen. Allgemein ist der eine der treibenden oder getriebenen Theile im Magneten mit constantem oder wechselndem Kraftlinienfelde, durch welches sich der andere getriebene oder treibende Theil im Sinne der Bewegungsrichtung des Magneten schiebt und in der Hauptsache aus einem elektrisch leitenden, kurz geschlossenen oder von Fremdströmen durchflossenen Leiter besteht.

Mit Vortheil ist diese neue Anordnung überall da anwendbar, wo Umsetzung hoher Geschwindigkeiten erfolgt, so z. B. bei Dampfturbinen und bei Gaskraftmaschinen. Gerade für letztere wird rascheste Expansion, höchste Kolbengeschwindigkeit verlangt, um die erheblichen Verluste zu vermindern; dies war mit dem Schubkurbelgetriebe unmöglich. Dieses neue Mittel erlaubt nun gerade gröfste Kolbengeschwindigkeit für den Expansionshub, beliebig langsamere für die anderen Perioden des Viertaktes, ungleich grofsen Kolbenhub für variable Füllung u. s. w.

Die Fig. 10 stellt eine derartige Gaskraftmaschine dar. Dieselbe hat einen Pumpencylinder P mit Schubkurbelgetriebe für getrenntes Ansaugen und Verdichten von Gas und Luft und einen aufrecht stehenden Arbeitscylinder Z mit Einlafsventil V₂ und Kolben k; mit letzterem ist durch die Stange g der Antriebanker / verbunden; durch den untertheilten Eisenkern desselben gehen Kupferstäbe, welche auf der Seite durch die Schiene η verbunden sind; den Schlufs für die secundären Ankerströme vermittelt der bewegliche Contacttheil s, welcher nur während der Expansionsperiode an / angedrückt wird durch eine der früher erwähnten Steuerungsvorrichtungen. Für den Rückgang von / wird der Schlufs aufgehoben. Der Arbeitsvorgang ist folgender: Wenn der in Z frei herabfallende Kolben k nahe seinem Hubende angelangt ist, dann läfst V₁ aus den Behältern W₁ W₂ verdichtetes Gas- und Luftgemisch eintreten, dasselbe wird noch weiter comprimirt in Z durch die Massenenergie des Kolbens, der rasch zum Stillstand kommt; alsdann erfolgt Zündung, der Kolben fliegt auf und giebt die Nutzarbeit mittelst der neuen Uebertragungsvorrichtüng an das zweitheilige Magnetrad M ab; M ist mit genügender Schwungmasse versehen, um den erforderlichen Gleichförmigkeitsgrad der Bewegung zu erzielen. Nach vollendeter Expansion wird s von / abgehoben, k treibt noch frische, in der oberen Cylinderhälfte verdichtete Luft durch den Kanal r unter sich und fällt dann frei zurück, die Verbrennungsgase durch v.₂ austreibend.

Selbstverständlich kann man eine Menge anderer Formen finden, .wie es ja jetzt schon eine grofse Zahl verschiedener Typen von Feuerluftmaschinen giebt.

In der Fig. 10 ist noch eine Anordnung zur directen Stromerzeugung in der neuen Maschine dargestellt. Wie ersichtlich, ist nur ein Theil des Magnetfeldes von M für das Zusammenarbeiten mit I benutzt; den übrigen Theil kann man verwerthen zur Stromerzeugung, indem in dem Zwischenraum der Pole von M feststehende Ankerspulen angebracht werden; in diesen induciren die Kraftlinien der kreisenden Felder Ströme, welche als Wechsel- oder Gleichströme beliebig nutzbar gemacht werden können; für letzteren Fall sind zweckmäfsig die Ankerspulen theilweise gegen die Pole zu versetzen und mit einem Stromwender passend zu verbinden. Die Ankerspulen können Eisen

enthalten bezw. auf einen Kern gewickelt sein; überhaupt können alle die verschiedenen Ankerund Magnetanordnungen, Schaltungen in Anwendung kommen, wie sie aus dem Dynamobau bekannt sind.

Derartig erzeugte Ströme dienen auch zur Erregung der Magnete wie jede andere Elektricitätsquelle.

Claims

Patent-Ansprüche:

ι . Eine Anordnung zur Uebertragung kreisender Bewegung zwischen'zwei (oder mehreren) Maschinenelementen, deren Drehungsachsen nicht zusammenfallen, gekennzeichnet dadurch, dais der eine treibende (oder getriebene) Theil ein Magnet von sonst beliebiger Bauart und Erregung ist, in dessen Kraftlinienfeld der andere getriebene (oder treibende) Theil, bestehend aus einem geeigneten elektrischen Leiter, ähnlich dem Schlufsanker von Inductionstreibmaschinen, sich abrollt, so dafs die Uebertragung erfolgt durch die Rückwirkung der im Schlufsanker inducirten Ströme auf die Kraftlinien des Magneten (Fig. ι und 2).
2. Die unter 1. gekennzeichnete Anordnung in der Ausführung, dafs der eine Theil seine drehende Bewegung beibehält, der andere aber, ebenfalls an dem ersteren sich abrollend, eine schwingende Bewegung ausführt (Fig. 3, 4, 5 und 10).
3. Die unter 1. und 2. gekennzeichnete Anordnung in der Ausführung mit kreispolaren oder gleichförmigen Magnetfeldern in Verbindung mit »Hemmungswickelungen« auf den Polflächen zum Zwecke des Festhaltens der Kraftlinien am Poleisen (Fig. 8).
4. Die unter 2. gekennzeichnete Anordnung in Verbindung mit beliebig bethätigten Steuerungs- und Contactvorrichtungen zur Ein- und Ausschaltung der Anker-, Hemmungs- oder Magnetwickelungen.
5. Die unter 1. und 2. gekennzeichnete Anordnung in solcher Ausführung der Magnetpole und Schaltung der Erregerspulen mit einem Stromvertheiler, dafs nur gerade die für den Schlufsanker nöthigen Kraftlinien erzeugt werden (Fig. 7).
6. Die unter 1. und 2. gekennzeichnete Anordnung dahin erweitert, dafs die Kraftlinien des kreisenden Feldes zugleich mitbenutzt werden, um in besonderen Ankerspulen beliebig nutzbar zu machende Ströme zu induciren (Fig. 10).
7. Die unter 1., 2., 3., 4., 5. und 6. gekennzeichneten Anordnungen und Ausführungen in Verbindung mit Dampfturbinen, Dampfmaschinen und anderen Wärmetriebmaschinen, Pumpen, Fahrzeugen u. dergl., als Ersatz der bisher üblichen Schubkurbelgetriebe und anderer rein mechanischer Uebertragungsmittel. :

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.