DE305368C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung bildet eine auf elektromagnetischem Wege wirksame Kupplung zur Kraftübertragung von einer Kraftwelle auf eine Arbeitswelle. Diese Maschine ist dabei gleichzeitig so ausgestaltet, daß sie die an der Kraftwelle angeschlossene Antriebsmaschine, ζ. B. eine Explosionsmaschine, anlassen kann. In der Verwendung als Kupplung vermag die Vorrichtung gleichzeitig als

ίο Wende- und Wechselgetriebe zu arbeiten. Schließlich kann die Vorrichtung auch noch zum Speisen von Batterien o. dgl. verwendet werden.

Die Maschine besitzt als wesentliche Merkmale zwei feststehende Magnetgestelle, nämlich den »ersten Ständer« und den »zweiten Ständer«, deren Wicklungen miteinander verbunden sind. Mit diesen Ständern arbeiten zwei mechanisch gekuppelte Läufer, deren Wicklungen ebenfalls miteinander verbunden sind.

Zwischen dem ersten Läufer und dem ersten Ständer ist ein Feldelement, der Anker, vorgesehen, der auf die Wicklungen des ersten Ständers und des ersten Läufers induktiv wirkt. Kupplungen, bei denen zwischen Ständer und Läufer ein derartiger umlaufender Anker angeordnet ist, und bei denen dieser Anker derartig ausgeführt ist, daß auf seinem äußeren Umfang die Ständerpole vorgesehen sind, zwischen denen nach innen in gleicher Anzahl die Läuferpole angebracht sind, wobei die Jochstücke zwischen den einzelnen Polen als Leiter für die Kraftlinien dienen, sind bereits bekannt,

z. B. durch die Patentschrift 215433 und die amerikanische Patentschrift 859545. Der Anker sitzt dabei auf der Kraftwelle und bildet für den Fall, daß die Vorrichtung als Kupp-. lung arbeitet, den antreibenden Teil. Der Anker wirkt bei seiner Drehung auf den ersten Ständer ein und erzeugt in dessen Wicklung einen Mehrphasenstrom. Dieser Mehrphasenstrom wird nun gemäß vorliegender Erfindung zu einem zweiten Ständer geleitet und ruft hier ein Drehfeld hervor. Der Anker induziert ferner gleichzeitig in den ersten Läufer einen Mehrphasenstrom, der in der Wicklung eines zweiten Läufers ein Drehfeld erzeugt. Das Drehfeld im zweiten Ständer und das Drehfeld im zweiten Läufer besitzen gleiche Winkelgeschwindigkeit, sind aber um 90 "elektrisch gegeneinander verschoben, wodurch auf den zweiten Läufer eine Zugkraft ausgeübt wird.

Durch die Reaktion zwischen dem Anker und dem Strom im ersten Läufer erhalten die beiden mechanisch miteinander gekuppelten Läufer ein weiteres Antriebsmoment, das sich zu der Zugkraft im · zweiten Läufer addiert.

Die Wicklungen usw. sind dabei zweckmäßig derart berechnet, daß der Leistungsfaktor, der im ersten Läufer und Ständerpaar erzeugten Ströme sehr niedrig ist. Die Wicklungen des Ankers stehen mit Widerständen zur Regelung der Feldstärke und mit einem Umschalter zur Umkehrung der Drehrichtung des Läufers in Verbindung.

Um die Maschine als Dynamo und Motor zum Speisen der später zur Erregung der Feldmagnete dienenden Batterie o. dgl. oder zum Anlassen der Kraftmaschinen zu verwenden, ist auf dem ersten Ständer noch eine

' Wicklung vorgesehen, die mit der Batterie in Verbindung gebracht werden kann.

■ Die besondere Ausführung der Schaltung , sowie die eingehende Schilderung des auftretenden Stromverlaufs gibt nachfolgende Beschreibung, zu deren Erläuterung auf der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Auf der Zeichnung bedeutet:
ίο Fig. ι einen Längsschnitt durch die Mitte der Maschine in Verbindung mit einem Schaltungsschema,

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch die Maschine nach Linie 2-2 bzw. 3-3 der Fig. 1, während

. Fig. 4 ein Leitungsschema veranschaulicht, um die Verbindung der einzelnen Organe zu zeigen;

Fig. 5 zeigt ein Leitungsschema für die Einrichtung, wenn sie als Anlasser und als Generator verwendet wird.

Die beiden S tänder elemente 1 und 2 sind aus Lamellen zusammengesetzt und werden ' von einem Gehäuse 3 getragen.
Die beiden Ständer sind mit je einer achsial übereinstimmenden Nuten verzahnung versehen, in die Leiterstäbe 4 zur elektrischen Verbindung beider Ständer liegen. Eventuell sind die Ständer in anderer Weise nach Art der Käfigankerwicklung kurzgeschlossen.

Die beiden Läufer 5 und 6 liegen konzentrisch zu den beiden Ständern und sitzen auf einer Muffe 7, die mit der Arbeitswelle 29 verbunden ist. Die beiden Läufer hängen miteinander durch Leitungsstäbe 9 zusammen, welche durch Nuten der Läufer greifen und an ihren Enden nach Art einer Ankerstabwicklung elektrisch verbunden sind.

Die Läufer stellen das angetriebene Organ dar, während der Anker, der auf der Welle 8 befestigt ist, das treibende Organ bildet. Der Anker besteht aus einem Ring 10, welcher mit einer Anzahl von in gleichem Abstande verteilt angeordneten Polen versehen ist. Zwischen den sechs äußeren Polen 11 (Ständerfelder) sind sechs innere Pole 12 (Läuferfelder) angeordnet.

Die Ringteile zwischen den Polen bilden das magnetische Joch, welches die Pole der einen Seite mit den Polen der benachbarten verbindet. An seinem äußeren Rand'ist der Ring 10 an einer Speichenscheibe 13 aus unmagnetischem Material befestigt, welche auf die treibende Welle 8 aufgekeilt ist. Die äußeren Pole tragen eine Wicklung 14 (die Ständerfeldwicklung) und die inneren Pole die Läuferfeldwicklung 15. Diese Wicklungen sind so angeordnet, daß sie abwechselnd sich gegenüberstehende Pole bilden, wie dies aus dem Schaltungsschema der Fig. 4 ersichtlich ist. Die Ständerfeldwicklung ist mit den beiden Schleifringen 1.6 und 17 und die Läuferfeldwicklung 15 mit den Schleifringen 18 und 19 der treibenden Welle 8 verbunden. Ein fünfter Schleifring 20 sitzt außerdem noch auf der Welle 8, dessen Zweck später erläutert wird.

Der Stromverlauf für die beiden Felder ergibt sich aus den Fig. 1 und 4; die Stromquelle für den Magnetisierungsstrom besteht aus einer Batterie 21. Das Ständerfeld ist mit dieser Batterie über Leitungen 22 und 23 verbunden, welche zu den Bürsten der Schleifringe 16 und 17 führen. Das Läuferfeld steht mit der Batterie 21 über Leitungsdrähte 24 und 25 in Verbindung, welche ihrerseits durch Bürsten mit den Schleifringen 18 und 19 verbunden sind. Um die Stärke der Felder zu verändern, sind Widerstände 26 und 27 in den Stromkreisen vorgesehen, während die Richtungsänderung der beiden Magnetisierungsströme durch einen Umschalter 28 bewirkt werden kann, der in einem der Stromkreise, z. B. in dem Läuferfeldstromkreis, vorgesehen ist.

Sind Läufer- und Ständerfeld erregt, und läuft der Anker um, dann wird ein Mehrphasenstrom sowohl in der Ständerwicklung 4 als auch in der Läuferwicklung 9 erzeugt. Diese Mehrphasenströme, welche in den Wicklungen 4 und 9 fließen, rufen in den Wicklungen des zweiten Ständers 2 und des zweiten Läufers 6 Drehströme hervor, welche beide die gleiche Drehrichtung wie der Anker besitzen. Da die Läuferfelder 12 zwischen den Ständerfeldern 14 angeordnet sind, so sind diese beiden Drehfelder um 90 ° elektrisch gegeneinander verschoben und üben eine Zugkraft auf den Läufer 6 aus, deren Richtung von der gegenseitigen Lage der Pole der beiden Elemente abhängt.

Die Läuferwicklung besitzt einen sehr geringen Widerstand und verbraucht nur einen sehr kleinen Teil des erzeugten. Potentials. Der Strom in den Läuferwicklungen ist aus diesem Grunde sehr kräftig und wirkt auf das verhältnismäßig schwache Läuferfeld des Ankers ein. Hierdurch wird dafür gesorgt, daß der Leistungsfaktor des erzeugten Stromes sehr niedrig ist und daß das treibende Organ bzw. die Primärmaschine große Strommengen uo unter Aufwendung nur einer verhältnismäßig kleinen Energie erzeugen kann.

Dasselbe gilt auch von den Ständern und ihren Wicklungen.

Die Drehrichtung der Arbeitswelle richtet sich nach der Stellung des Umschalters.

Die Maschine stellt eine Kombination einer Kraftübertragungsvorrichtung, eines Maschinenanlassers und Batterieladers dar. Diese Anwendung der Einrichtung geht aus den schematischen Fig. 4 und 5 hervor. Eine zusätzliche Wicklung 30 wird auf dem ersten

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Ständer ι verwendet und steht durch die feststehenden Bürsten 31 (Fig. 4) mit einem Kommutator 32 der Welle 8 in Verbindung. Der Kommutator ist mit der Batterie 21 an drei Punkten über den Schleifring 20 und den Leitungsdraht 33 verbunden (Fig. 4).

Soll die Maschine angelassen werden, dann

- wird die Batterie 21 mittels des Schalters 34 in den Stromkreis eingelegt. Die Ständerfeldwicklung wird dann durch einen Strom erregt, der über Leitung 23, Schleifring 17, Feldmagnetwicklung, Schleifring 16, Leitungsdraht 22 und über Widerstand 26, 26' zur Batterie zurückfließt. Der Läuferfeldstromkreis ist am Widerstand 27 geöffnet. Die Ständerwicklung 30 (Fig. 5) wird über Leitung 23, Schleifring 17, Leitung 35, den Kommutator und Ständerwicklung 30, Schleifring 20 und Leitung 33 von der Batterie 21 erregt. Der von der Batterie ausgehende Gleichstrom wird dabei gleichzeitig durch die Ständerfeldmagnetwicklung in der aus Fig. 5 ersichtlichen Pfeilrichtung geleitet und findet seinen Weg durch die Ständerwicklung in der durch den Pfeil M angedeuteten Richtung, wodurch der Anker in Drehung gesetzt wird und die Maschine anläßt.

Nachdem die Maschine angelassen wird, wirkt dieselbe als Generator und ist dann selbsterregend für Kraftübertragungszwecke. Der erzeugte Strom wird verwendet, um zwei Felder zu erregen und kann, falls erforderlich, auch die Batterie 21 speisen, in welchem Falle der Schalter 34 geschlossen wird. Durch diesen Schalter läßt sich aber auch die Batterie abschalten.

Der erzeugte Strom fließt in der durch den Pfeil G der Fig. 5 angegebenen Richtung und vermag dann die beiden erwähnten Funktionen zu verrichten. Er fließt in die Felder in der angegebenen Pfeilrichtung und durch die Batterie" in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen, in welcher der Strom beim Entladen seinen Weg nimmt.

Soll die Maschine als Kupplung arbeiten, so wird sie durch allmähliche Verstärkung der Ständer- und Läuferfelder angelassen. Sobald die Läufer umlaufen, werden die Feldstromwiderstände ausgeschaltet und dadurch die Zugkraft im zweiten Ständer- und Läuferpaar erhöht. Hierbei ist noch darauf hinzuweisen, daß es wünschenswert ist, die relative Stärke der beiden Felder zu verändern, wenn der Läufer umgekehrt zum Anker laufen soll, um den Leistungsfaktor im ersten Läufer auf ein Minimum zu erhalten. Weiter dient diese Veränderung zur Regelung der Zugkraft und der Geschwindigkeit.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Elektrische Kupplung mit einem Stan- der und einem Läufer, zwischen denen der aus einem magnetischen Ring bestehende Anker angeordnet ist, auf dessen äußerem Umfang die Ständerpole vorgesehen sind, zwischen denen nach innen in gleicher Anzahl die Läuferpole angebracht sind, wobei die Jochstücke zwischen den einzelnen Polen als Leiter für die Kraftlinien dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den fremd erregten, von einer Kraftmaschine angetriebenen Anker (10,11, 12) in den Wicklungen (4) des Ständers (1) und in den Wicklungen (9) des Läufers (5) erzeugten Mehrphasenströme in einem zweiten Ständer (2) und . einem zweiten direkt mit diesem arbeitenden Läufer (6) zwei um 90° elektrisch gegeneinander verschobene Drehfelder hervorrufen, wobei beide Läufer und beide Ständer mechanisch miteinander verbunden sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Läufer- und Ständerfelder im Anker regelbar sind, um das re- 85 ■ sultierende Zugmoment wahlweise einzustellen.

3. Kupplung nach. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferoder das Ständerfeld umkehrbar ist.

4. Kupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ständer und die beiden Läufer durch je eine gemeinsame Käfigankerstabwicklung (4 und 9) miteinander verbunden sind.

5. Kupplung in gleichzeitiger Verwendung als Umformer, insbesondere zum Laden der den Erregerstrom liefernden Batterie, nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Anker induzierte Ständer (1) mit einer zusätzlichen' Wicklung (30) versehen ist, die mit Hilfe eines umlaufenden Kommutators (32) Gleichstrom liefern kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.