DE99019C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

zur Verminderung der Funkenbildung.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 17. Januar 1897 ab.

Die den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Neuerungen beziehen sich auf Dynamomaschinen und bezwecken, in einfacher Weise die durch Funkenbildung und Rückwirkung der Armatur, besonders bei Maschinen mit in Schlitze oder Löcher des Ankerkernes versenkten Bewickelungen auftretenden Nachtheile zu beseitigen. Diese Uebelstände machen sich besonders dann bemerkbar, wenn zwischen der Armatur und den Polen des Feldmagneten der mit Luft erfüllte Zwischenraum klein ist. Bei solchen Maschinen ist die Rückwirkung der Armatur bedeutend und der Wirkungsgrad wird durch die Funkenbildung an den Bürsten und den nothwendigen gröfseren Voreilungswinkel dieser letzteren beträchtlich vermindert.

Im Nachfolgenden wird eine der Erfindung entsprechend angeordnete Gramme'sche Maschine beschrieben. Die Armatur ist vortheilhaft an ihrer Aufsenfiäche mit Schlitzen oder Löchern ausgestattet. Die Windungen sind, in gebräuchlicher Weise angeordnet und ihre Anzahl ist für eine gegebene elektromotorische Kraft die gleiche wie bei der gewöhnlichen Armatur; doch sind die auf einander folgenden Wickelungen nicht wie bei der Gramme-Maschine hinter einander geschaltet, sondern jede Bewickelung ist mit einer anderen, in einem gewissen Abstande von ihr an dem Ankerkern angebrachten Wickelung verbunden. Diese beiden von einander örtlich getrennten Wickelungen werden in Bezug auf ihre Verbindung mit dem Stromwender so behandelt, als ob sie eine einzige Bewickelung bildeten.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt Fig. 1 in der schematischen Endansicht einen Theil der Gramme-Maschine mit der der Erfindung gemäfs angeordneten Ankerbewickelung.

Der Ankerkern 1 ist an seiner Aufsenfiäche mit Schlitzen 2 versehen, welche je zwei um den Kern gewundene Armaturbewickelungen 3, γ enthalten. Der Deutlichkeit wegen sind nur sechs Windungen dargestellt. Im Schlitz A sind zwei Wickelungen 3, 3% in B die nächsten zwei 3, 3^a und in G weitere zwei Wickelungen 3, 3^a angebracht. Es möge hervorgehoben werden, dafs der Abstand zwischen der Wickelung 3 in A und der Wickelung 3* in G der Erfindung gemäfs dem Abstand D zwischen den benachbarten Polschuhen N S genau oder nahezu gleichkommt. Die Wickelungen sind folgendermafsen verbunden. Das eine Ende der Wickelung 3 in A steht mit einem Steg 4 des Stromwenders in Verbindung; das andere Ende dieser Wickelung ist mit dem einen Ende der Wickelung γ in G verbunden. Das andere Ende dieser Wickelung 3^a ist vermittelst eines Leiters 3° mit jenem Ende der Wickelung 3 in B verbunden, welches mit dem. Stromwendersteg 4^a in Verbindung steht. In entsprechender Weise werden die übrigen Armaturwickelungen verbunden. Jedes in Verbindung stehende Paar von Wickelungen 3, 3* bildet ein Element der gesammten Bewickelung.

Bei dieser Schaltung der Wickelungen bleibt die Richtung des Stromes und die elektromotorische Kraft während des gröfsten Theiles einer-Umdrehung dieselbe. Gelangt jedoch das Wickelungselement in die Zone der Stromwendung, so werden die elektromotorischen Kräfte in den beiden mit einander verbundenen Theüen einander entgegengesetzt, da der eine Wickelungstheil sich unter dem einen Polschuh und der andere sich unter dem nächsten, entgegengesetzte Polarität besitzenden Polschuh befindet.

Es wird daher von der Bürste 6 (sobald dieselbe das mit dem Element verbundene Paar von Stromwenderstegen berührt) eine nahezu funkenlose Verbindung hergestellt, wobei der Bürste eine geringere Voreilung als die gebräuchliche, keine Voreilung oder selbst eine Zurückstellung ertheilt werden kann, und die Anordnung eines kleinen, eine Ersparnifs an Kraft und Material bedingenden Luftzwischenraumes möglich wird.

Fig. 2 ist ein abgewickelter Grundrifs und zeigt in schematischer Weise eine gröfsere Anzahl von Elementen als Fig. ι; ferner die gegenseitige Stellung der Elemente der Feldmagnetpole N S (welche in gestrichelten Linien angedeutet sind), des Polzwischenraumes und der Commutatorsegmente, von welchen einige, 4,4^a, 4^b, 4^C, dargestellt erscheinen.

Die Fig. 3, 4, 5,6 und 7 zeigen fünf auf einander folgende Stellungen eines Wickelungselementes. In diesen schematischen Figuren sind der Deutlichkeit wegen die Schlitze 2 (Fig. 1) fortgelassen. Die kurzen Pfeile veranschaulichen die Art und Weise, wie in den beiden ein Element bildenden Wickelungen die elektromotorischen Kräfte sich in den Stellungen Fig. 3 und 7, d. i. also während des gröfseren Theiles einer Umdrehung, gegenseitig verstärken und wie in der durch Fig. 5 .veranschaulichten Stellung diese Kräfte einander entgegengesetzt sind. Die Stromumschaltung mufs in dem Augenblick erfolgen, wo die Stellung Fig. 5 erreicht wird, oder kurz darauf.

Die Fig. 4 und 6 zeigen Zwischenstellungen des Elementes.

Zur weiteren Klarlegung der Erfindung möge nun die beschriebene Anordnung mit derjenigen eines gewöhnlichen Gramme-Ankers von gleicher Wickelungsanzahl verglichen werden. Zu diesem Zweck wird ein gewöhnlicher G r a m m e'scher Ring gewählt, welcher 420 in Gruppen von je 70 auf einander folgenden Elementen zu sechs Windungen angeordnete Wickelungen besitzt, die mit einem Stromwender von 70 Stegen verbunden sind, wobei der Anfang jedes Wickelungselementes mit einem Steg des Stromwenders und das Ende desselben mit dem nächstfolgenden Stromwendersteg verbunden ist. Der Erfindung gemäfs wird derselbe Gramme'sche Ring in folgender Weise umgeändert. Jedes der sechs Windungen enthaltenden Elemente wird in zwei Wickelungen von je drei Windungen getheilt; die zweite Wickelung wird in gewissem Abstande von der ersten an dem Ring angebracht, doch bleiben alle sechs Windungen zwischen zwei benachbarten Stegen hinter einander geschaltet; es befinden sich nach wie vor 70 Stege in dem Stromwender und 420 Windungen am Ring.

Um eine funkenlose Stromabnahme zu erzielen und die Rückwirkung der Armatur innerhalb bescheidener Grenzen zu halten, war es bisher gebräuchlich, bei Dynamomaschinen mit Trommelanker glatte Armaturkerne anzuordnen und die Bewickelung auf die Oberfläche der Kerne zu legen. Diese Anordnung hat verschiedene Nachtheile im Gefolge. Der bedeutende Abstand zwischen den Feldmagnetpolen und dem Ankerkern macht grofse und schwere Magnetkerne und sowohl in Bezug auf den Materialaufwand als auch in Hinsicht auf den Kraftverbrauch kostspielige Magnetbewickelungen nothwendig. Die Ankerwindungeri müssen flachgewalzt oder untertheilt werden, soll bedeutender Kraftverlust durch Wirbelströme vermieden werden. Diese Wickelungen können' nicht ohne Weiteres festgehalten und mechanisch angetrieben werden, und der mit isolirendem Material bedeckte Kern ist der Erhitzung ausgesetzt.

Der einzige zufällige Vortheil einer derartigen Anordnung ist, dafs der weite Raum zwischen der Oberfläche des Armatur-Eisenkernes und der gegenüber liegenden Fläche der Polschuhe die Rückwirkung der Armatur verringert, welche aber doch noch beträchtlich bleibt. Derartige Armaturen sind gewöhnlich mit quer zu einem Durchmesser gestellten Windungen versehen, doch sind auch Windungen, welche blos quer zu einer Kreissehne laufen, angewendet und vorgeschlagen worden, um das Aufbringen der Wickelung zu erleichtern oder die Rückwirkung der Armatur etwas zu vermindern. Diese letztere Anordnung ändert jedoch nichts an dem breiten Luftzwischenraum und den durch diesen bedingten Nachtheilen.

Trommelanker werden auch oft mit Zähnen, Nuthen oder Schlitzen versehen, in welchen die Wickelungen eingelassen sind. Diese Anordnung, welche in gewisser Hinsicht sehr gut ist, hat jedoch den Nachtheil, dafs die Rückwirkung der Armatur und die Funkenbildung bedeutend gröfser sind als bei Armaturen mit glattem Kern, und sie konnte daher nicht erfolgreich für Starkstrommaschinen angewendet werden. In jenen Fällen, wo diese Anordnung gewählt wurde, sind die Vortheile gezahnter Armaturen nur unvollständig erreicht worden, da sich die Notwendigkeit herausstellte, gröfsere

Luftzwischenräume zu verwenden und die Dichtigkeit der magnetischen Kraftlinien an den Zähnen über das Mafs der öconomischen Kraftliniendichte, welche sowohl bei Ankerkronen als auch bei den Polschuhen der Feldmagnete zulässig ist, bedeutend zu erhöhen.

Zur Vermeidung oder Verminderung der erwähnten Nachtheile infolge von Funkenbildung und Rückwirkung der Armatur wird der Erfindung gemäfs bei Dynamomaschinen mit Trommelanker die nachfolgend beschriebene Construction angewendet. Auf einen gezahnten, geschlitzten oder genutheten Trommelanker wird eine Sehnenbewickelung derart aufgebracht,· dafs einerseits im Augenblick des Stromwechsels in den beiden Hälften des Elementes einander entgegengesetzte elektromotorische Kräfte hervorgebracht werden, andererseits während des gröfsten Theiles einer Umdrehung die elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig unterstützen. Mit anderen Worten: Der Sehnenwinkel wird derart gewählt, dafs im Moment des Stromwechsels sowohl der vordere als auch der rückwärtige Theil eines Elementes der Wirkung desselben magnetischen Feldes ausgesetzt sind . und der eine in das Feld gelangt, bevor der andere dasselbe verläfst. Fig. 8 zeigt in schematischer Weise einen Theil einer Dynamomaschine mit geschlitztem Trommelkern und der beschriebenen Sehnenbewickelung; 3^a ist der vordere Theil der Wickelung und 3 der rückwärtige Theil derselben. Bei einer mehrpoligen Trommelarmatur und gezahntem, geschlitztem oder genuthetem Kern werden die leitenden Drähte derart angeordnet, dafs die obengenannte Bedingung erfüllt ist. Anstatt in gleichen Winkelabständen von einander angeordnete Wickelungen zu verbinden, werden dieselben so weit von einander entfernt, dafs ihre elektromotorischen Kräfte im Moment des Stromwechsels einander entgegengesetzt sind und während des gröfseren Theiles einer Umdrehung sich gegenseitig verstärken.

Es können kleinere Hülfspole zwischen jedem Paar von Polschuhen angeordnet werden, welche so gestellt sind, dafs sie auf den vorderen Theil jedes Elementes wirken.

Fig. 9 zeigt in schematischer Weise einen derart angeordneten Gr am me'sehen Ring. NS sind die gewöhnlichen Pole und S¹ ist ein Hülfspol, welcher zwischen den Schuhen der beiden Pole-iVS angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung bestimmt der Abstand d die Entfernung zwischen den Wickelungen 3, 3^a jedes Elementes.

Fig. 10 zeigt in schematischer Weise einen Theil einer verbesserten Trommelankermaschine mit kleinen Zwischenpolen S¹.

Die beschriebenen Neuerungen können sowohl für Dynamos, welche als Stromquelle dienen, als auch für solche, welche als Motoren Verwendung finden, und zwar für Gleichstrom oder für Wechselstrom angewendet werden.

Es ist wohl eine Art der Verbindung vorgeschlagen worden, welcher zufolge im Moment des Strom wechseis eine Wickelung, welche mit einer anderen, nicht magnetisch beeinflufsten in Serie geschaltet ist, sich unter dem Einflufs eines Feldmagneten befindet. Bei dieser Anordnung durchfielst der Strom die Wickelungen nach verschiedenen Bahnen und es wird beabsichtigt, die Streuung der Kraftlinien zu vermindern. Eine derartige Anordnung ist jedoch von der beschriebenen wesentlich verschieden und giebt nicht dasselbe Resultat.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Ankerwickelung für Dynamomaschinen mit genuthetem, gelochtem oder gezahntem Ankerkern, dadurch gekennzeichnet, dafs jedes Wickelungselement aus zwei hinter einander geschalteten Theilen besteht, welche in gleichem Sinne gewickelt sind und um einen solchen Abstand von einander entfernt liegen, dafs die elektromotorischen Kräfte der beiden Theile während des gröfseren Theiles einer Umdrehung gleichgerichtet sind, hingegen im Moment des Stromwechsels einander entgegengesetzt wirken.

2. Bei Dynamomaschinen mit Ankerwickelungen nach Anspruch 1 die Anordnung von Hülfspolen (S¹J, wobei der Abstand der beiden Wickelungen eines jeden Elementes gleich ist der Entfernung eines Poles (N bezw. SJ von dem benachbarten Hülfspol (S¹J.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.