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Elektrostatische Maschine
| Die Erfindung betrifft elektrostatische Ma- |
| schinen. bei der influenzierende leitende Erreger- |
| pole und zu influenzierende leitende Elektrizitäts- |
| träger eine Relativbewegung zueinander ausführen |
| und zusammen anit einem strömungsfähigenDielek- |
| trikum von konstanter Schichtdicke veränderliche |
| Kondensatoren mit ebenen oder zylindrischen |
| 1':lektroden bilden. |
| Beim Betriel) derartiger Maschinen werden die |
| fest abgeordneten oder beweglich ausgebildeten in- |
| <iuzierenden 1,--rregerl>ole z. B. mit Hilfe einer oder |
| mehrerer äußerer Elektrizitätsquellen auf ein be- |
| stiinitites Potential gebracht, auf Grund dessen sie |
auf die leitenden zu influenzierenden Elektrizitätsträger einwirken.
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Um bei diesen sog. Kondensatormaschinen die elektrische Durchschlagsfestigkeit
des strömungsfähigen Mediums, in welchem die Erregerpole und dieElektrizitätsträger
arheiten,maximal ausnutzen zu können, muß die minimale ,Dicke des strömungsfähigen
Dielektrikums, das die zu influenzierenden Elektrizitätsträger von den @in:fluemierenden
Erregerpolen trennt, um so größer sein, je höher die von der Maschine zu liefernde
Potentialdifferenz ist. Die. Vergrößerung dieser Dicke @bewirkt jedoch in gewissem
Maße eine Verminderung des zulässigen
maximalen elektrischen Feldes
im strömungsfälligen gasförmigen oder flüssigen Dielektrikum, was in Wechselwirkung
die dein Quadrat dieser 1#cldstärke proportionale spezifische Leistung vermindert.
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Gleichzeitig mit der :v4inimaldicke des strömungsfähigen Dielektrik-ums
muß die D Dicke der zu influenzierenden, leitenden 'Elektrizitätsträger erhöht werden,
was aber zu einer Steigerung der Verluste durch Reibung im strömungsfähigen Dielektrikuni
und zu einer Leistungsverminderung infolge derVermehrung der Streukapazitäten führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erhöhung der Spannung
bei den sog. Kon@dens.atorinaschinen ohne die Notwendigkeit der Vergrößerung
der minimalen Dicke der Dielcktrikumschicht und demnach unter Vermeidung der hiermit
verbundenen Übelstände zu ermöglichen und auf diese Weise praktisch eine sehr hohe
Spannungen mit der gleichen günstigen spezifischen Leistung und mit demselben guten
Wirkungsgrad wie eine Maschine mit verhältnismäßig niedriger Spannung liefernde
Kondensatormaschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer elektrostatischen
Maschine der eingangs gekennzeichneten Bauart der die Erregung der zu influenzierenden
leitenden Elektrizitätsträger bewirkende Bestandteil der Maschine mindestens eine
Reihe von n längs der Bahn der Relativbewegung des influenzierenden und des influenzierten
Bestandteils der Maschine aufeinanderfolgenden induzierenden Erregerpolen umfaßt,
die auf die Potentiale @gebracht sind, die von dem einen zum nächsten Erregerpol
iin der von der Maschine beim Arbeiten als Generator eingehaltenen Bewegullgsrichtung
nach der arithmetischen Reihe: -U +11T,kV-V+M, 2kV-V+M... (n- i) kV- v +
3T gegenüber Erde zunehmen, wobei: kV gleich i/n der Betriebsspannung zwischen den
Maschinenpolen, k eine der Zahl i nahekommende Konstante und M ein konstanter Spannungswert
ist und L' sieh auf Grund der Gleichung 2 U = kV+ V aus der während eines Arbeitszyklus
zwischen einem Erregerpol und einem Elektrizitätsträger bei teilweise erreichtem
Gegenüberstehen dieser beiden Körper auftretenden maximalen Potentialdifferenz 2
U ergibt, während die einzelnen zu influenzierenden Elektrizitätsträger mit den
beiden Maschinenpolen in der Weise in Verbindung gesetzt werden, daß jeder von ihnen
von dem Augenblick an, wo er dem das Potential -V+M aufweisenden Fr.regerpol mit
einem für die Überführung seines l'otetitials auf den Wert M genügenden Teil gegenübersteht,
bis zu dem Zeitpunkt des Beginns der Abnähme der zwischen ihm und ,diesem Erregerpol
vorhandetietn Kapazität Ansohluß all den einen Maschinenpol erhält rund, nachdem
erden letzten 1?rregerpol um eine sein Potential auf den Wert it k\" bringende Strecke
überschritten hat, all den anderen Masdli@inetipol gelegt wird.
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Man kann ferner im unmittevbaren Anschluß an die 'Erregerpole, die
auf in der Generatorumlaufrichtung der Maschine wachsenden Potentiale gebracht sind,
eine zweite Reilie von n influenzierenden Erregerpolen vorsehen, die durch entsprechende
Elektrizitätsquellen Potentiale erhalten, die sich nach der arithmetischen Reihe
n kV + V -1- M, (n - i) kV + V + M ... 2 kV V
+ M, kV + V + M in der Aufeinanderfolge dieser Erregerpole ändern. Hierbei
wird jeder der zu influenzierenden leitenden Elektrizitätsträger mit dem nach Verlassen
der ersten Reihe von Erregerpolen für ,den Anschluß in Betracht kommenden Maschinenpol
in dem Zeitpunkt verbunden, wo er bereits unter der Einwirkung des ersten Erregerpols
der zweiten Reihe steht, der so angeordnet ist, daß das Potential des von ihm beeinflußten
Elektrizitätsträgers ungefähr den Wert n kV + M erreicht, und dieser
Maschinenpolanschluß bleibt aufrechterhalten bis die Kapazität zwischen dem zu influenzierenden
Elektrizitätsträger und dem auf dem Potential rt kV + V + M befindlichen Erregerpol
abzunehmen beginnt.
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Das Wechselspiel der so gebildeten Erregerpol'reihen kann sich während
einer einzigen Umdrehung der -Maschine mehrmals wiederholen, wenn die Anschlußmittel,
durch welche diie zu influenzierendien Elektrizitätsträger mit dem einen und dem
anderen Pol der Maschine verbunden werden, entsprechend vervielfacht sind.
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Die Zeichnung zeigt schematisch @beispielsweise zwei Ausführungsformen
einer elektrostatischen Maschine nach der Erfindung.
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Abb. i ist eine schaubildliche Wiedergabe einer Bauart mit Erregerpolen,
die auf wachsende Potentiale gebracht sind, und Abb.2 gibt ebenfalls in schaubildlicher
Darstellung eine Ausführung mit zuerst auf zunehmende und dann auf abnehmende Potentiale
gebrachten Erregerpolen wieder.
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,Die .in Abb. i dargestellte elektrostatische Maschine umfaßt vier
induzierende Erregerpole i, 2, 3, 4, die aus je zwei isoliert auf dem Gestell 5
der Maschine angebrachten parallelen leitenden Scheiiben gebildet sind, und sechs
zu influenzierende, bewegliche Elektrizitätsträger 6, die je aus einem metallischen
Sektor bestehen und isoliert auf der Welle? der Maschine angebracht sind, die ihrerseits
in auf dem Gestell 5 angeordneten Lagern drehbar geführt ist. Jeder Elektrizitätsträger
6 ist elektrisch mit einer leitenden sekborförmigen Lamelle 8 verbunden, die in
:die Stirnfläche eines auf der Welle j befestigten nichtleitenden Zylinders 9 eingelassen
ist, wobei der Öffrmungswirrkel jeder sektorenförmigen Lamelle 8 gleich dem Öffnungswinkel
des entspredrnenden ebenfalls sektorförmigen Elektrizitätsträgers 6. Diese Lamellen
8 wirken mait zwei Bürsten io und i i zusammen, die isoliert auf dem Gestell 5 befestigt
sind. Die geerdete Bürste io ist so angeordnet, daß sie in Kontakt mit einer Lamelle
8 in dem Augenblick tritt, wo der entsprechende Elektrizitätsträger 6 zwischen die
Scheiben des Erregerpols i einzudringen beginnt, während die mit dem isolierten
Pol der Maschine verbundene Bürste i i eine solche Lage zu den Lamellen 8
einnimmt.
daß sie mit einer Lamelle 8 kurz nach dem Austritt des entsprechenden Elektrizitätsträgers
6 aus den Scheiben des Erregerpols 4 zur Berührung kommt, wenn Umlauf gegen den
Uhrzei.ger,drehs,itiii für die beweglichen Teile der 1laschine angenommen wird.
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Die N4aschine nach Abb. i arbeitet als Generator folgendermaßen: Wenn
2 U die bei normaler Betriebsweise der Alasclriiie maximal auftretende Potentialdifferenz
zwischen einem influenzierenden Erregerpol und den ihm nächstliegenden, zu influenzierenden
Elektrizitätsträgern ist, bringt man die Erregerpole 1, 2, 3 und 4 auf die Potentiale
- 11, o. + L' und 2 U, was bedeutet, daß man in der erwähnten matiliematischen
Reihe U = 17, k = 1
und 31 = o annimmt.
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Wenn ein Elektrizitätsträger 6 zwischen die Scheiben des Erregerpols
i eindringt, steht er über die entsprechende Lamelle 8 und die Bürste io in 'Verbindung
finit Erde und nimmt eine Ladung von annälhernddein Wert C- U auf, worin
C die maximale Kapazität ist, die ein zu @influenzierender Elektrizitätsträger und
ein induzierender Erregerpol bilden können. Wenn der betrachtete Elektrizitätsträger
aus dem Erregerpol i herauszutreten beginnt, wird seine Verbindung mit Erde uiter-1>rochen
und sein Potential erhöht sich, und diese Potentialerhöhung setzt sich bei seinem
Durchgang zwischen den Scheiben der Erregerpole 2, 3 und 4 fort. Wenn nämlich dieser
Elektrizitätsträger 6 sich innerhalb der Scheiben des Erregerpols 2 mit dem Potential
o befindet, ist sein Potential + U und wenn er zwischen die Scheiben des Erregerpols
3 mit dem Potential + U gelangt, wird sein Potential 2 U, und wenn er schließlich
aus dem Erregerpol 4 austritt, der das Potential + 2 U hat, erhöht sich sein Potential
noch über 3 U hinaus in Richtung auf 4 U. Auf diesen Wert wird infolge der gewählten
Anordnung das Potential eines leitenden Elektrizitätsträgers 6 gebracht, ohne da13
indessen der Potentialunterschied zwischen einem Erregerpol und dein oder denElektrizitätsträgern
6, die sich zwischen den Scheiben dieses Erregerpols befinden, den höchstzulässigen
Wert 2 U überschreitet.
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Wenn der eben betrachtete zu influenzierende Elektrizitätsträger 6
bei seinem Austritt aus den Scheiben des Erregerpols 4 ein Potential von nahezu
4 U erreicht hat, wird er mit dem isolierten Pol der Maschine über die zugehörige
Lamelle 8 und die eine entsprechende Lage zu den Lamellen 8 einnehmende Bürste i
i in Verbindung gesetzt, und <fiese A'erbindung dauert an, bis er aus dem Erregerpo14
ganz herausgetreten ist. Der isolierte :Nlaschiiieiipol erhält so die vomElektrizitätsträger
6 herangeführte Ladung mit einem Potential, das 4 U erreichen 'kann, während sich
im Falle einer gewöhnlichen Maschine mit demselben dielektr:ischen Zw-isrhenrauni
zwischen induzierendem Erregerpol und zu influenzierendem Elektrizitätsträger nur
ein Wert U erzielen lä13t. Wenn die Verbindung zwischen dem Elektrizitätsträger
6 und dein isolierten \lascliinenpol unterbrochen wird, nimmt das Potential des
Elektrizitätsträgers 6 rasch .ab, sobald dieser sich dem auf Potential - U befindlichen
Erregerpol i nähert. Der Elektrizitätsträger 6 wird dann geerdet und der Kreislauf
beginnt von neuem.
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Die angeführten Werte der. Potentiale, auf welche die verschiedenen
Erregerpole gebracht werden, sind nur beispielsweise angegeben, und man kann für
diese Erregerpole auch Potentiale wählen, die nicht ganze Vielfache von U sind,
so .daß idie Erfindung auf vielerlei Weise eine praktische Verwirklichung erfahren
kann. Wenn man beispielsweise den ersten Erregerpol i auf ein von -U verschiedenes
Potential -h abringt und wenn man einen Parameter k durch die Gleichung 2 U = kV
+ V bestimmt, 'können die Potentiale der übrigen Erregerpole in erster Annäherung
betragen: kV- V für Erregerpol 2, 2 kV- h für Erregerpol 3, 3 kV- V für Erregerpol
4. Ein Elektrizitätsträger 6 nimmt dann innerhalb des Erregerpols i eine Ladung
von annähernd gleich C # h auf und hat das Potential kV, wenn er sich innerhalb
des Erregerpols 2, und das Potential 2 kV, wenn er. sieh innerhalb des Erregerpols
3 befindet, u.sf. Der Potentialunterschied zwischen einem Erregerpol und dem oder
den zwischen dessen Scheiben befindlichen Elektrizitätsträgern 6 Überschrei tet
also nie ,den Wert 2 U = kV + V, vorausgesetzt, daß -die für die Speisung des Verbraucherstromkreises
gewählte Spannung nicht über 4 kV liegt. Die Leistung der Maschine hängt von dem
für den Faktor k gewählten Wert ab, da die Stromstärke proportional 2/k + i und
die maximale Spannung proportional 2 k/k + i ist, so daB die Leistung
proportional 4k/(k + 1)Q, mit einem Maximalwert für k = i, ist. Das Vorhandensein
von Streukapazitäten zwischen der Erde und den Elektrizitätsträgern 6 sowie zwischen
diesen selbst bewirkt, daß das Leistungsmaximum im allgemeinen für einen Wert von
k < i eintritt.
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Man kann auch allen angegebenen Potentialen eine gleiche Konstante
M zusetzen. Wenn diese Konstante -2kV ist, sindbeid@e Pole der Maschine auf Potentialen
von annähernd den Werben + 2 kV und - 2 kV. Wenn diese Konstante - 4 kV ist, hat
,die Maschine den einen Pol auf dem Potential - 4 kV und den anderen auf dem Potential
o. Ist .die Konstante beliebig, hat man eine bipolardissymmetri.sche Arbeitsweise.
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Die Erregung der induzierenden Erregerpole i, 2, 3, 4 kann beispielsweise
durch Hilfsgeneratoren erreicht werden, welche Kondensatormaschinen schwacher Leistung
sein können. Bei Erregerpolen, deren Potential zwischen o und 41(V liegt, kann ,die
Erregung auch der Hauptmaschine entnommen werden, was mittels Hilfsbürsten geschehen
kann, die mit den zu influenzierenden Elektrizitätsträgern 6 in dem Augenblick :in
Kontakt kommen, indem deren Potential gleich dem Potential des induvierenden Erregerpols
wird, mit dem jede Bürste verbunden ist. Um jede Zwischenspannung zwischen der Lieferspannung
und o zu erzielen, genügt es, eine isolierte Bürste anzuordnen, die mit
einem
an einen der Elektrizitätsträger 6 angeschlossenen Kontaktstück in Berührung kommt.
1)tircli Änderung der Stellung der Bürste kann man Gien Zeitpunkt des Kontaktes
und die erzielte Spannung regeln.
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Für die praktische Ausführung einer nach dem Schema der Abh. i ausgebildeten
elektrostatischen \laschine kann man die Bauweise der bekannten '1'c>el>lerniascliine
zugrunde legen, bei der die induzierenden Erregerpole und die zu influenzicrenden
Elektrizitätsträger eine Dicke von der Größenordnung der Dicke der sie trennenden
Dielektrikumssc'hicht aufweisen und an den Kanten mit abgerundetem Profil ausgebildet
sind, um zu vermeiden, daß das elektrische Feld an diesen Kanten einen größeren
Wert als in .dem zwischen den parallelen Seitenflächen der Erregerpole und der l,'lektrizitätsträger
liegenden Dielektri'kum an-n II17Int.
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Eine elektrostatische Maschine dieser Art kann beispielsweise acht
zu influenzierende bewegliche und in vershied'eticn Ebenen liegendeElektrizitätsträger
6 besitzen, von denen jeder fünf Sektoren finit einem Offnungsgrad von etwa 45°
umfaßt; der äußere Durchmesser ,des Ständers beträgt dabei 34 rill. In Druckluft
von 3o at entspricht die miniinale Dicke der einen Erregerpol von einem Elektrizitätsträger
trennenden Dielektrikunisschicht einem maximalen Potentialunterschied von etwa 120l:`',
was bisher dazu geführt hat, die Arbeitsspannting mit So bis 55 kV anzunehmen, um
die maximale Leistung zu erzielen. Wenn statt der üblichen vier durch freie Zwischenräume
von etwa 45' getrennten Erregerpole gemäß der Erfindung sechs auf die Potentiale
- 70, - 20, + 30, 80, 130, 12o kV gebrachte Erregerpole nahe beeinander
angeordnet werden, 'kann die Arbeitsspann @unä auf 300 kV mit einer Stromstärke
von o,9 Milliampere bei einer Drehzahl von i4oo Umdrehungen in der .\Iiliute gebracht,
also eine Leistung von 270 Watt erzielt und die Arbeitsspannung versechsfacht
werden. Zur Erregung der induzierenden Erregerpole mit den Potentialen voll -
70 und - 8o kV kann nian sich eines einzigen Hilfsgenerators bedienen, der
unmittelbar die Spannung von - 7o kV liefert, -,vährend die Spannung - 2o kV durch
einen Widerstandsspannungsteiler erzielt wird. Die übrigen Erregerpole werden durch
die Hauptmaschine mit Hilfe eines anderen Widerstandsspannungsverteilers, der zwischen
dem Pol mit dem Potential voll 3oo'kV und der Erde abgezweigt ist, auf die erforderlichen
Spannungen gebracht.
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Die in Abb.2 dargestellte elektrostatische Maschine umfaßt acht induzierende
Erregerpole i bis 4 und 12 bis 15, von denen jeder aus drei parallelen leitenden
und isoliert auf dem Gestell 5 der Maschine angebrachten Scheiben besteht, und ebenfalls
acht zu influenzierende Elektrizitätsträger 6, von denen jeder aus zwei isoliert
auf der Wellt 7 befestigten, leitenden Sektoren gebildet ist. Wie bei der in Abb.
i wiedergegebenen Maschine ist auch nach Abb. 2 jeder bewegliche Elektrizitätsträger
6 elektrisch mit einer Lamelle 16 verbunden, die auf einem auf der Welle 7 sitzenden
isolierenden Zylinder 17 ein Kreisbogenstück einnimmt, dessen Öffnungsw imkel dein
Winkel der Sektoren entspricht,welohe die leitendenElektrizitätsträger6 darstellen.
Die Lamellen 16 wirken mit zwei Bürsten 18 und i9 zusammen, die isoliert auf dem
Gestell 5 der Maschine angebracht sind. Die Bürste i8 ist geerdet und so angeordnet,
daß sie mit einer Lamelle 16 in Kontakt ist, wenn der entsprechende Elektrizitätsträger
6 zwischen die Scheiben des Erregerpols i eindringt, während die Bürste ig elektrisch
mit dem isolierten Pol der Maschine verbunden ist und eine solche Lage zu den Lamellen
16 einnimmt, daß sie zur Berührung mit einer Lamelle 16 kommt, kurz nachdem der
dieser Lamelle entsprechende Elektrizitätsträger 6 aus dem Erregerpol 4 Herauszutreten
begonnen hat, 'wenn eine den Uhrzeigerdrehsinn entgegengesetzte Umlaufrichtung der
beweglichen Teile der Maschine angenommen wird.
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Die Maschine nach Abb. 2 arbeitet als Generator wie folgt: Wenn -2
U wiederum den maximalen Potentialunterschied bezeichnet, der zwischen einem der
Erregerpole 1 bis 4, 12 bis 15 und den ihm nächstbenachbarten Elektrizitätsträgern
6 vorhanden sein kann, bringt man, wie im Falle der Maschine nach Abb. i, die Erregerpole
1, 2, 3, 4 auf die Potentiale - C', o, -1-- t,' und 2 U, während man den Erregerpolen
12, 13, 14, 15 die Potentiale 5 U, 4 U, 3 U, 2 t/' erteilt.
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Da die Maschine entgegen dem U'hrzeigerdrehsinn in Umlauf versetzt
wird, empfängt ein Elektrizitätsträger 6, der in den Erregerpol i eindringt, eine
Ladung + Q, die annähernd gleich C - U ist, und erfährt weiterhin
in der anläßlich Abb. i beschriebenen Weise eine Erhöhung seines Potentials, das
bei seinem Heraustreten aus den Erregerpolen i, 2, 3 und, 4 fortlaufend den Werten
-1-- U, 2 U, 3 U und 4 U zustrebt. Wenn das Potential 4 U erreicht
ist, d. h. wenn der in Betracht gezogene Elektrizitätsträger aus dem Erregerpol
4 herauszutreten und in den Erregerpol 12 einzudringen beginnt, wird er mit dem
isolierten Pol der Maschine über die entsprechende Lamelle 16 und die Bürste i9
in Verbindung gesetzt, und diese Verbindung bleibt infolge entsprechender Anordnung
der 'Bürste i9 aufrechterhalten, solange die vom Erregerpol 12 und dem Elektrizitätsträger
gebildete Kapazität anwächst. Die von dem Elektrizitätsträger mitgeführte Elektrizitätsmenge
ist bei seinem Eintritt in den Erregerpol 12 -I- Q und bei seinem Austritt aus diesem
und, bei Aufhören seiner Verbindung mit dem isolierten Maschinenpol annähernd -
Q. Die abgegebene Elektrizitätsmenge ist also 2 Q und daher gegenüber dem bei den
bisher bekannten Maschinen erreichbaren Wert Q verdoppelt.
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Der darauffolgende Durchgang des betrachteten Elektrizitätsträgers
6 durch die Erregerpole 13, 14 und 15 bewirkt die schrittweise stattfindende Rückführung
seines Potentials auf Null, ehe er den beschriebenen Kreislauf wieder beginnt. Wenn
sich nämlich der Elektrizitätsträger innerhalb des auf das Potential 4 LT gebrachten
Erregerpols 13 be-
| findet, ist sein Potential 3 (T, und wenn er sich |
| innerhall> des auf das Potential 3 U gebrachten Er- |
| regerpols 14 befindet, ist sein Potential 2 U USW. |
| Wenn der 1_lektrizitätsträger 6 wieder genügend |
| weit in den auf dem Potential - U befindlichen |
| Erregerpol i eingedrungen ist, wird er geerdet und |
| der Kreislauf beginnt von neuem. |
| In allgemeiner Form besteht der Grund- |
| gedanke der Erfindung darin, zur Erzielung eines |
| Potentialunterschiedes 1i (" gegenüber Erde eine |
| Kondensatormascbine mit 2 n Erregerpolen oder |
| mit einem Vielfachen von 2 n Erregerpolen auszu- |
| bilden und diese Erregerpole auf die eine arithme- |
| tische Reihe bildenden Potentiale - U, O, -1- U, |
| 2 (' ... (11- 3) L', (r1- 2) U, (r1- i) U,
n U, |
| (i1-1) U. . . 3V, 2 U, -U, o, + U usw. in einer |
| von ei nein und demselben beweglichen Ele'ktrizitäts- |
| träger im Generatordrehsinn der Maschine durch- |
| laufenen :\tifeinanderfolge zu bringen. |
| \Vill man die 2r1 Erregerpole. auf nicht ganze |
| Vielfache von C.' darstellende Potentiale bringen |
| und w-älilt man für den ersten Erregerpol das Po- |
| tential - V an Stelle von - U, so erhält, man un- |
| ter \`er«-endting des aus der Gleichung |
| 2 L1 - k\' + !' sich ergebenden Parameters k für |
| die lviederum im Generatordrehsinn aufeinander- |
| folgend den einzelnen Erregerpolen zu erteilenden |
| Potentiale die Werte: - 1', ;kV - V, 2 kV -
V, |
| 3kV-V... (11 -2) kV-V, (ii-i)kV-V, |
| fit kV + L', (1i - i) kV +- V, (ii - 2) kV + V . . . |
| 2 kV + l', k\' f l', - I', kV- I', 2 kV - V usw. |
| Das Potential eines Elektrizitätsträgers ist dann |
| o, kV, 2 k\" . . . (n - i) kV, il kN", (n- i) kV
... |
| 2 kV, 'kX, o, k\' . . ., so daß die Arbeitsspannung |
| ii kV statt 11 (T und somit die Leistung der
Maschine |
| vorn Parameter k abhängig ist, während die |
| Ladung eines Elektrizitätsträgers ± C#V anstatt |
| ± C - (' ist. -Nlati kann auch allen den angegebenen |
| Potentialen eine gleiche Konstante von beliebigem |
| Wert zufügen. Um die einzelnen Erregerpole auf |
| die 1>e1 jedem von ihnen erforderliche Spannung zu |
| bringen, kann man in der anläßlioh der Erläuterung |
| der Maschine nach :\1>h. i beschriebenen Weise |
| Hilfsgeneratoren, Spannungsteiler und die Haupt- |
| maschine selbst z,u Hilfe nehmen. |
| l,'iir die praktische Ausführung einer nach dem |
| Schema der _\b1). 2 ausgestatteten elektrostatischen |
| \laschine kann man @x iedertiin eine Maschine von |
| tier Bauart Toepler entsprechend abändern und er- |
| gänzen, indem man z. 13. acht zu infliuenzierende |
| 1?laktrizitiitsträger 6, von denen jeder fünf leitende |
| Sektoren finit einem Öffnungswinkel von etwa 45° |
| umfaßt. auf der Läuferwelle vorsieht und dem |
| Ständer einen Durchmesser voll 34 cm gibt. 111 |
| Druckluft Voll 30 at entspricht die minimale Dicke |
| der einen l'lektrizitiitsträger 6 von einem Erreger- |
| pol trennenden Dielektrikumsschicht einem maxi- |
| malen I'otentialuiiterschied von etwa 12o kV. Wer- |
| den an Stelle der üblichen vier durch Zwischen- |
| räume von etwa 45" getrennten Erregerpole er- |
| findungsgemäß acht nahe aufeinanderfolgende Er- |
| regerpole mit den Potentialen -70, -20, + 30, |
| 80, z70, 220, 170, 120 k\' im Ständer vorgesehen, |
so beträgt die A ,rbeitsspann.ung ungefähr Zoo kV mit einer Stromstärke von 2,3
Milliampere bei einer Drehzahl von 1400 Umdrehungen in der Minute, was einer Leistung
von 46o Watt entspricht. Werden die Erregerpole auf die Potentiale von - 70, - 20,
170, 120, - 70, - 20, 170, 12o kV durch entsprechende Umschaltung gebracht, so ergibt
sieh eine Arbeitsspannung von ungefähr ioo kV, d. h. die Hälfte des bei, den vorher
angewendeten Potentialen erzielten Wertes, aber die Stromstärke beträgt 5, i Milliampere
bei gleicher Geschwindigkeit und somit die Leistung 51o Watt. Diese Leistungserhöhung
von 46o auf 51o Watt ist darauf zurückzuführen, daß bei Anwendung der zweiterwähnten
Reihe von Potentialen für die acht Erregerpole der Einfluß der Streukapazitäten
geringer ist.
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Die Erfindung ist nicht nur für elektrostatische Generatormaschinen
mit leitenden Elektrizitätsträgern sondern auch für jeden elektrischen Motor mit
leitenden Elektrizitätsträgern mit Vorteil verwendbar. Beispielsweise kann man die
in Abb. i dargestellte Maschine dadurch als Motor laufen lassen, daß man die Erregerpole
i, 2, 3 und 4 wie beim Arbeitender Maschine als Generator auf die Potentiale - U,
o -I- U, 2 U .bringt und die isolierte Bürste i i an eine gegenüber Erde eine PotentialdiffereIllz
4 U liefernde Spannungsquelle anschließt. Die Maschine läuft dann als Motor in der
dem Generatordrehsinn entgegengesetzten Richtung um. Das Vorhandensein der Erregerpole
2, 3, 4 mit den Potentialen o, U und 2 U gestattet die Speisung der Maschine mit
der Spannung 4U, während die maximale Dicke der strömungsfähigen Dielektrikumssclricht,
die einen Erregerpol von einem Elektrizitätsträger trennt, bei den bisher ,bekannten
Kondensatorm:aschinen . eine Speisespannung nur von der Größe U zuläßt.
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Auch .die in Abb. 2 dargestellte Maschine kann als Motor mit zum Generatordrehsinn
entgegengesetzter Umlaufrichtung ,arbeiten, wenn die Bürste 1g aus einer Spannungsquelle,
die einen Potentialunterschied 4 U gegenüber Erde liefert, gespeist wird und die
Erregerpole i bis 4, 12 bis 15 wie beim Generatorbetrieb auf die Potentiale -U,
o, + U, 2 U, 5 U, 4 U, 3 U, 2 U gebracht werden. In, folge des Vorhandenseins
des Erregerpols 12 mit dem Potential 5 (I einerseits und auf Grund der Wirkung der
Erregerpole 13, 14, 15 mit den Potentialen. 4 f-', 3 U, 2 U anderseits, werden die
Elektrizitätsträger denselben elektrostatischen Kräften unterworfen, wenn sich ihr
Potential von 4 U auf o vermindert und wenn es sich von o aulf 4 U ethöh,t. Daraus
ergibt sich eine Erhöhung des Drehmomentes und demzufolge der Antriebsleistung des
elektrostatischen Motors 1>e1 gleicher Geschwindigkeit. Diese Steigerung der motorischen
Leistung ist von einer entsprechenden Erhöhung der Stromstärke und damit der aufgenommenen
elektrischen Leistung begleitet.
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In der gleichen Weise wie bei der Anwendung auf elektrostatische Generatoren
kann die Erfindung auch im Falle ihrer Übertragung auf elektrostatische
Motoren
auf mannigfache Art im Einzelnen verwirklicht werden, indem beispielsweise ,die
Zahl der leitenden Elektrizitätsträger und der Erregerpole oder die den einzelnen
Erregerpolen zu verleihenden Potentiale verändert werden.
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Auch können bei einer und derselben Maschine verschiedene Schaltungsverbindungen
vorgesehen werden, welche unterschiedliche Spannungen und Stromstärken ergeben,
ohne daß die gelieferte Leistung sich praktisch ändert. Beispielsweise kann man
bei der in Abb. 2 dargestellten Maschine die Erregerpole auf die Potentiale - U,
o, 3 U, 2 U, - U, o, 3 U, 2 U bringen, wodurch die gelieferte Spaniwng 2 U anstatt
4 U wird, jedoch zum Ausgleich die verfügbare Stromstärke gegenüber dem bei der
vorhergehenden Einstellung der Potentiale erhaltenen Wert verdoppelt ist, da jetzt
zwei Elektrizitätsträger gleichzeitig Leistung abgeben können. Es müssen natürlich
zwei zusätzliche Bürsten vorgesehen oder durch Leitungen die Elektrizitätsträger
elektrisch verbunden werden, die bei der zweiten, Einstellung der Potentiale der
Erregerpole sich im Betrieb ununterbrochen auf demselben Potential befinden. Die
Hilfsbürsten, an welche ,die Erregerpole reit den zwischen den Potentialen der Maschinenpole
liegenden Potentialen angeschlossen sind, werden so angeordnet, daß sie mit den
Elek-. trizitätsträgern in dem Augenblick in Berührwng kommen, wo deren Potential
gleich dem Potential des Erregerpols ist, mit dem jede Bürste verbunden ist.