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Einrichtung zur Erhaltung des Gleichlaufs voneinander getrennter Anordnungen unter Verwendung einer durch eine Kontakteinrichtung gesteuerten magnet-elektrischen
Maschine.
Es ist ein bekanntes Problem der Technik, mehrere, insbesondere räumlich voneinander getrennte Maschinen, die nicht mechanisch miteinander gekuppelt sein können oder dürfen, derart zu betreiben, dass ihre Drehzahlen untereinander absolut gleich sind oder in einem bestimmten und bei allen Geschwindig- keiten konstant bleibenden Verhältnis zueinander stehen. Man hat diese Aufgabe durch Synchronmotoren, die an ein Wechselstromnetz angeschlossen waren, zu lösen versucht, da die Drehzahl dieser Motoren bekanntlich in einem festen Verhältnis zur Periodenzahl des Netzes steht. Derartige Anlagen mit Synchronmotoren haben jedoch verschiedene Nachteile. Einmal ist eine Regelung der Drehzahl praktisch nicht möglich, da eine Änderung der Periodenzahl des Netzes kaum durchzuführen ist.
Zum andern müssen solche Motoren zunächst auf die der vorhandenen Netzperiodenzahl entsprechende synchrone Drehzahl gebracht werden, bevor sie selbständig weiterlaufen können. Schliesslich ist der erzielte Synchronismus kein absoluter, da sich bekanntlich bei diesen Motoren ein gewisser Schlupf bei wechselnder Belastung nicht vermeiden lässt.
Man hat daher zum Antrieb von Vorrichtungen, die in bezug auf eine andere zu synchronisieren sind, magnetelektrische Maschinen mit einem Ständerpolkranz in Vorschlag gebracht, dessen Gleichstromerregung von einer mit der Welle der andern Kraftmaschine gekuppelten Kontakteinrichtung derart gesteuert wird, dass ein rotierendes Kraftfeld entsteht, dem der Anker folgen kann. Wenn auch dieser Weg zu besseren Ergebnissen geführt hat als Versuche mit Synchronmotoren, so hat sieh doch gezeigt, dass derartige magnetelektrische Maschinen den Synchronismus nicht unbedingt zuverlässig einzuhalten vermögen. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass der Anker dem Ständerdrehfeld
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drehfeld um einen geringen Betrag schlüpft.
Die Erfindung beseitigt diesen Ubelstand der bekannten magnetelektrisehen Maschinen, so dass sich die erfindungsgemässe Maschine in zahlreichen Zweigen der Technik, beispielweise auf dem Gebiete der Schnell-oder Mehrfachtelegraphie, mit Vorteil anwenden lässt.
Gemäss der Erfindung bestellt der Erregerteil der magnetelektrischen Maschine aus zwei koaxialen Polkränzen, deren jeder abwechselnd positive und negative Pole aufweist und welche derart in bezug aufeinander versetzt sind, dass auch in Richtung der Maschinenachse sich ungleichnamige Pole gegen- überstehen. Hiebei werden die in Richtung der Maschinenachse nebeneinanderliegenden Pole stets gleichzeitig erregt, wodurch die Ecken des ihnen gegenüberliegenden Ankerploschuhs in verschieden magnetischem Sinne beeinflusst werden.
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mit einem Motor regelmässiger Tourenzahl angetrieben zu werden, sondern sie kann z. B. auch mit einer von Hand betriebenen Kurbelwelle, deren Drehzahl in beliebigen Grenzen veränderlich ist, gekuppelt sein.
Die magnetelektrisehe Maschine macht die Drehzahländerungen in diesem Fall genau mit. Die von der Primärmaschine gesteuerte sekundäre magnetelektrische Maschine kann ihrerseits ebenfalls mit einer Kontakteinrichtung gekuppelt sein, welche zur Steuerung einer oder mehrerer weiterer Maschinen dient.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung erkennen lässt.
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verhältnisse zwischen Primär- und Sckundärmaschine, die Fig. 5 die Abwicklung der in Fig. 4 gezeigten Kontaktscheibe, während die Fig. 6,7, 8 eine Variation der in Fig. 5 gezeigten Anordnung veranschaulichen.
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Schaltungsanordnung verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist das Drehzahlverhältnis zwischpnMotor 1 und 2 dasselbe, d. h. beide Motoren laufen mit derselben UmdrehuNgszahl.
Auf der Welle J des primären Motors 1, der auch gegebenenfalls, wie schon angegeben, durch eine Maschine mit unbregelmässiger Umdrehungszahl ersetzt werden kann, sitzt eine Steuereinrichtung 4. durch welche der Lauf des sekundären magnetelektrischen Motors 2 gesteuert wird.
Die Kontakteinrichtung auf der Welle 3 besteht aus den nachfolgenden einzelnen Teilen : Eine Scheibe 4 besitzt mehrere leitende Segmente, die voneinander isoliert und in dr@i Gruppen mit den Schleifringen 5, 6, 7 elektrisch verbunden sind. Die jeweils dritten Kontaktsegmont sind parallel geschaltet, so dass sieh Gruppen a, b, c ergeben. Die Gruppe a soll mit dem Schleifring au mit 6 und c mit 7 verbunden sein.
Durch auf den Schleifringen aufliegende Bürsten 8, 9 und 10 wird Über die Leitungen 11, 12, 13 die Verbindung mit der magnetelektrischen Maschine : 2 hergestellt. Der Anordnung wird die nötige Spannung mit Hilfe der auf den genannten leitenden Segmenten schleifenden Bürste 74 zugeführt und dem Netz 15, 16, das selbstverständlich durch eine Batterie ersetzt werden kann, entnommen.
Die Verbindungsleitung zum Netz ist mit 17 bezeichnet. Die Netzleitung 16 steht durch die Leitung 18 mit der magnetelektrisehen Maschine 2 in Verbindung. Die Leitungen 11, 12, 1. 3 und 7S können selbst- verständlich beliebiger Art und beliebig lang sein, so dass eine beliebige räumliche Trennung zwischen primärer und sekundärer Maschine möglich ist.
Über die vier genannten Leitungen :11, 12, 13 und 18 werden verschiedene Gruppen von Elektro- magneten der magnetelektrischen Maschine 2 gesteuert. Um das Zusammenarbeiten zwischen der Kontakt- einrichtung 4 und der Maschine 2 besser zu veranschaulichen, sind die Magnete mit denselben Buchstaben jedoch mit Index bezeichnet. Durch das Kollektorsegment a wird also die Magnetgruppe a', durch
Kollektorsegment b die Magnetgruppe b'und durch e-e'gesteuert. Die Zahl der leitenden Gruppen der Einrichtung 4 ist also identisch mit der Zahl der parallelgeschalteten Magnetgruppen.
Innerhalb der Magnete ist ein ungewickelter Anker 19 drehbar gelagert, der auf einer Achse 20 sitzt, durch welche die in synchronem Lauf zu erhaltende Einrichtung, 21 angetrieben wird.
Wie aus der Schaltung zu entnehmen ist, sind die Magnete einer Gruppe hintereinandergeschaltet und diese Magnete werden gleichzeitig über eines der Segmente a, b oder c der Kontaktscheibe 4 erregt.
Die Rückleitung 18 ist für sämtliche Gruppen gemeinsam.
Bei einer Drehung des Motors 1 kommt zuerst ein Segment a unter die Bürste 14, wodurch die Magnetgruppe a'erregt wird, dann b, wodurch die Magnetgruppe b' mit Strom versorgt wird und dann das Segment e. Der Drehsinn der magnetelektrischen Maschine 2 ist also abhängig von der Aufeinanderfolge der leitenden Segmente der Kontaktseheibe 4.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. stehen immer zwei Magnete 22 und. 23 in axialer Richtung nebeneinander und gehören zur gleichen Gruppe. Dies ergibt sieh insbesondere aus der Fig. 3. Die Polaritäten der Magnete wechseln jedoch ab, so dass in der Umfangsrichtung neben einem Magnet 2-3 der Gruppe a, der beispielsweise Nordpolarität besitzt, ein Magnet der zur Gruppe b gehört. mit Südpolarität steht. Die Magnete sind also hintereinandergeschaltet. In der Fig. 1 ist die Anordnung aus zeicherischen Gründen nur schematisch dargestellt, so dass für jedes nebeneinanderliegende, hintereinandergeschaltete Magnetpaar in der Figur nur ein einziger Magnet erseheint. Die tatsächliche Anordnung ergibt sich aus der Fig. 2.
Die Wirkungsweise der magnetelektrischen Maseliine sei an Hand der Fig. 3. in welcher die Polanordnung abgewickelt dargestellt ist, näher erläutert. Die Ankerpolschuhe 24 des Ankers 19 sind etwa grösser als die halbe Polteilung. Unter Polteilung ist hier der Abstand gleichnamiger Pole voneinander verstanden. Der Ankerpolsehuh 24 unterliegt also ständig dem Kraftlinienfluss von vier Polen (je zwei Magnete 22 und 23 von zwei verschiedenen fagnetgl1lpppn), wodurch die diagonal gegentiberliegenden Ecken desselben stets gleichnamig erregt sind.
Die Polarität ist aus dem linken Teil der Fig. 3 ersichtlich, wo durch die Buchstaben N und S kenntlich gemacht ist, welche Polarität die Magnete 22, 2. 3 bzw. der Ankerpolschuh 24 besitzt. Nach den allgemein gültigen physikalischen Grundsätzen müssen sich
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(die gestrichelt gezeichnete Stellung I in Fig. 3 rechts). Infolge der dem Polrad durch die Drehung innewohnenden lebendigen Kraft gelangt es jedoch in die mit II bezeichnete unsymmetrische Lage.
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Durch die Drehung der Kontaktscheibe 4 wird jedoch, nachdem die Magnetgruppe a' erregt ist, auch noch die Gruppe b erregt. Durch die Breite der Bürste 74 hat man es in der Hand für besondere Fälle die Zeitdauer, während welcher gleichzeitig Gruppe a' und b' erregt sind, beliebig zu wählen, denn
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ploschuh 24 in die magnetische Mittellage zwischt n d. n beiden Polen gedrängt. Diese Stellung ist mit 111 eingetragen. Durch die in ihm wohnende Schwungkraft wird er jedoch in gleicher Weise, wie oben erwähnt, über diese Stellung hinaus in die mit IV bezeichnete Stellung gerückt.
Nachdem die gleichzeitige Erregung zweier Magnetgruppen beendigt ist, werden die Magnete a' enterregt, und es sind nur die zur Gruppe b' gehörigen Magnete unter Strom. Hiedurch verschiebt sick der Ankerpolschuh weiterhin in der Pfeilrichtung und gelangt in die Illit V bezeichnete Stellung, in welcher alle vier Ecken des Ankl1rpolschuhs durch die andersartige Polarität der zur Gruppe b'gehörigen Magnete umpolarisiert werden.
Beim Übergang von der Magnetgruppe b'zur Gruppe c'wiederholt sich derselbe Vorgang, so dass es unnötig ist, hierauf einzugehen. Es ist leicht einzusehen, dass der Lauf der magnetelektrischen Maschine um so gleichförmiger wird. je holler die Zahl der Gruppen bzw. der Erregerspule gewählt wird. Ausserdem wird es vorteillaft sein, zwischen die sekundäre magnetelektrische Maschine und die anzutreibende Einrichtung eine plastische Kupplung zu schalten, um den Lauf gleichmässiger zu gestalten.
Um das dauernde Umpolarisieren zu ermöglichen, ist es zweckmässig, die Ankerpolschuhe 24 aus möglichst weichem Eisen herzustellen. Die Schenkel 25 der Polschuhe werden aus nichtmagnetischem Material gefertigt. Damit die Erregermagnete 22, 23 nach dem Abschalten ihrer Erregung möglichst rasch ihren Magnetismus verlieren, werden ihre Kerne ebenfalls aus weichem Eisen hergestellt. Diese Massnahme wird gewählt, um dem Polrad seine lebendige Kraft, die es, wie oben angegeben, benötigt, um über die jeweilige magnetische Mittellage hinaus zu gelangen, nicht zu nehmen.
Für die verschiedensten Verwendungszwecke ist es von Vorteil, dass die Maschine 1 und die Maschine 2 an sich gleichförmig miteinander umlaufen, jedoch verschiedene Umdrehungszahlen besitzen.
Durch die nachstehend gemäss der weiteren Erfindung gewählten Anordnungen ist es möglich, zwei Einrichtungen mit verschiedenen Drehzahlen zu betreiben und trotzdem die Gleichförmigkeit ihrer Bewegungen zu gewährleisten.
Für derartige Zwecke haben sich die beiden in den Fig. 4 und 6 dargestellten Anordnungen besonders bewährt.
Auch bei diesen Einrichtungen wird das an Hand der Fig. 1 dargestellte Prinzip verwendet, und es werden mehrere der Kontaktscheibe 4 in Fig. 1 entsprechende Scheiben isoliert nebeneinandergesetzt, die nach Bedarf die Steuerung der sekundären magnetelektrischen Maschine 2 vornehmen. Ausser der
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der Achse 2.
Ausser den drei genannten Kontaktscheiben 4, 26, 27 sitzt eine weitere Kontaktscheibe 28 mit einem kleinen leitenden Element 29 auf derselben Achse. Die Wirkungsweise dieser Scheibe ist weiter unten näher erläutert.
In Fig. 5 sind die Kontaktscheiben 4,26 und 27, 28, um das Verständnis zu erleichtern, abgewickelt dargestellt. Die Kontaktscheibe 4 besitzt je vier zu den Gruppen a, bund c gehörige leitende Elemente, also im ganzen zwölf Elemente, die Kontaktscheibe 26 dagegen besitzt nur je zwei zu den Gruppen
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scheibe 4 die einzelnen Magnetgruppen viermal pro Umdrehung der Achse 2 erregt, während durch die Kontaktscheibe 26 nur zweimal die Erregungen stattfinden und bei einer Einschaltung der Kontaktscheibe 27 sogar nur einmal. Die Auswahl der jeweiligen Kontaktscheibe erfolgt mit Hife der Bürste 14, die in axialer Richtung verschoben werden kann.
Um eine Fernsteuerung der gesamten Anordnung durchführen zu können, kann gemäss dem
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ist mit der Leitung 17 verbunden, und es kann also entweder die Kontaktscheibe 4, 26 oder 27 in den Stromkreis geschaltet werden.
Die Erregung der Elektromagneten 31 und 32 erfolgt mit Hilfe des Wahlschalters. 3. 3. Befindet
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Handkurbel wird also die magnetelektrisehe Maschine 2 in gleicher Weise wie durch den Umlauf der Scheibe 4 gesteuert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erhaltung des Gleichlaufs voneinander getrennter Anordnungen unter Ver-
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gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung den Erregerteil einer magnetelektrisehen Maschine (2) mit zwei koaxialen Polkränzen (22, 2'3 derart erregt, dass in beiden Polkränzen jeweils ungleichnamige Pole nacheinander und in Richtung der Masehinenaehse nebeneinanderlicgende Pole (22, 23) mit eben-
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