Elektrische Licht- und Anlassmaschine für Verbrennungskraftmaschinen. Gegenstand der Erfindung ist eine Licht- und Anla.ssmaschine für Verbrennungskraft maschinen auf Fahrzeugen, die während des Betriebes der Kraftmaschine von dieser an getrieben wird und den zur Beleuchtung, zum Aufladen der Batterie und zu ändern Zweckem bestimmten elektrischen Strom liefert, zugleich aber so ausgebildet ist, dass sie bei der Speisung mit Batteriestrom als Motor läuft und zum Anlassen der Kraft maschine dient.
Von den bekannten Motor dynamos dieser Art unterscheidet sich die nach der Erfindung ausgebildete elektrische Maschine dadurch, dass die nur mit einem Kollektor verbundene Ankerwicklung in einzelne Wicklungsteile zerlegt ist, die mit- telst des Kollektors und eines mit diesem zu sammenwirkenden Schalters so geschaltet werden können, dass der Widerstand der Ankerwicklung für die Stromerzeugung höher, für den Motorbetrieb beim Anlassen niedriger eingestellt wird. Hieraus ergibt sich eine Motordynamo von geringen Ab messungen mit hohen Leistungen bei beiden Betriebsarten.
Die Ankerwicklung kann in verschiedener Weise unterteilt und mit dem Kollektor ver bunden sein, woraus sich verschiedene Schal tungen ergeben, denen aber allen das Merk mal gemeinsam ist, dass die Wicklung durch einen mit dem Kollektor zusammenwirken den Schalter auf verschiedenen Widerstand geschaltet werden kann. Se kann die An ordnung derart getroffen werden, dass die für die Stromerzeugung hintereinander ge schalteten Wicklungsteile oder Spulen des Ankers für den Motorbetrieb gruppenweise parallel geschaltet werden. Im ersten Falle zeigt die Ankerwicklung den bei der Strom erzeugung für das Aufladen der Sammler batterie erforderlichen höheren Widerstand, im zweiten Falle einen geringeren, verbun den mit einer für den Betrieb als Motor er forderlichen hohen Stromaufnahmefähigkeit.
Nach einer andern Ausführungsform kann die Ankerwicklung aus einer für die Strom erzeugung bemessenen Hauptwicklung und einer Zusatzwicklung bestehen, die an dem Kollektor der Hauptwicklung liegt und für den Motorbetrieb beim Anlassen parallel zur Hauptwicklung geschaltet wird, bei der Stromerzeugung aber in Reihe oder abge schaltet ist. Oder die Ankerwicklung wird schon für sich in Teilspulen von verschiede nem Widerstande zerlegt, die durch den mit dem Kollektor verbundenen Schalter zweck entsprechend eingestellt werden.
Auf der Zeichnung sind mehrere Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Wicklungsschema des Ankers; Fig. 2 zeigt eine Schaltung für die Strom erzeugung, Fig. 3 eine Schaltung für das Anlassen; Fig. 4 zeigt das Schaltungsschema der Gesamtlage beim Ladebetrieb, Fig. 5 das Schaltungsschema für den Motorbetrieb, Fig. 6 einen Kollektor im Längsschnitt, Fig. 7 in der Stirnansicht, Fig. 8 einen mit dem Kollektor ver bundenen Umschalter für die Ankerwick lungen; Fig. 9 zeigt ein anderes Wieklungs- sehema des Ankers mit in den Nuten der Hauptwicklung liegender Zusatzwicklung, Fig.10 das Schema mit neben der Haupt- wieklung in besonderen Nuten liegender Zusatzwicklung;
Fig. 11 bis 13 zeigen drei weitere Schalt bilder.
Gemäss dem Wicklungsschema nach Fig. 1. sind zwölf Ankerspulen 1 bis 12 ange nommen. Diese haben sämtlich gleichen Querschnitt und sind in üblicher Weise auf lie zugehörigen Kollektorlamellen verteilt. Abweichend von der sonstigen Verbindung mit den Kollektorlamellen ist aber immer nur das eine Ende einer Spule mit dem zu- gelörigen Kollektor verbunden, während das andere Ende zu einem Schaltglied geführt ist, das das Ende der Spule entweder mit der nächstfolgenden oder einer weiter darauf folgenden Kollelkorlamelle verbindet.
Im prsten Falle verläuft der Stromkreis im An ker in üblicher Weise durch die hinterein ander liebenden Wieklungen, also von der Kollektorlamelle 1 über die Spule 1 zur La- melle 2, von diesem durch die Spule 2 zur Lamelle 3 usw. Dies ist die Stromerzeugungs schaltung. Im andern Falle wird das Ende der Spule 1 beispielsweise an die Lamelle 3, das Ende der Spule 2 an die Lamelle 4, das Ende der Spule 3 an die Lamelle 5 usw. ge schaltet. Werden dann je zwei nebenein ander liegende Lamellen durch entsprechend verbreiterte Bürsten leitend miteinander ver bunden, so sind je zwei nebeneinander lie gende Spulen parallel geschaltet, und der durch die Bürste zugeführte Strom verteilt sich dann auf je zwei Spulen.
Diese wirken dann wie eine einzelne Spule mit doppeltem Querschnitt und entsprechend geringerem Widerstand, da durch jede einzelne Spule nur die halbe Strommenge fliesst. Im dar gestellten Schema sind die umschaltbaren Enden der Spulen mit 1', 2', 3' usw. be zeichnet. Die Verbindungen dieser Enden mit den Lamellen sind für die vollständige Reihenschaltung aller Spulen durch ge strichelte Linien, die Verbindungen für die teilweise Parallelschaltung beim Motor betrieb durch volle Linien angedeutet. Die Schleifbürsten bi, b2 für den Generator betrieb und die doppeltbreiten Bürsten b,s, b4 für den Motorbetrieb sind unterhalb des Kol lektors dargestellt.
In der geschilderten Weise können auch drei und mehr Spulen parallel zueinander geschaltet werden, wenn ein grö sserer Querschnitt des Wicklungsdrahtes und ein geringerer ZViderstand erforderlich ist.
Wenn nie beiden verschiedenen Betriebs phasen der Maschine auch entsprechende Änderung imWiderstande der Feldwicklung erfordern, so kann diese ebenfalls in zwei oder mehr Einzelspulen zerlegt werden, die entsprechend der Ankerwicklung in ihren einzelnen Teilen und im ganzen hinterein ander oder parallel geschaltet werden kön nen. Fig. 2 zeigt das Schema einer solchen Sehaltunrn für den Stromerzeugungsbetrieb. Für letzteren ist ein Bürstenpaar b1, b2 vor gesehen:
die Feldwicklungen sind in je zwei Spulen fl, f.2 und f:1, f4 zerlegt. Diese Spulen und die Bürsten sind mit einer Sammler batterie s über einen Schalter in folgender Weise verbunden: Der Kreis des im Anker erzeugten Stromes verläuft über die Bürste b1 und die Kontakte 13, 14, 15 zur Feldwick lung f l: von dieser über die Kontakte 16, 17, 18 zur Feldwicklung f 2 durch die Leitung 19 über die Kontakte 20, 21, 22 zur Feldwick lung f4; von dieser über die Kontakte 23, 24, 25 zur Feldwicklung f3 und über die Kon takte 26, 27, 28 zur Bürste b2.
An die Kon takte 14 und 27 sind mit der Batterie s ver bundene Kontakte 29, 30 gelegt, und durch diese Verbindung ist die Batterid parallel zur Feldwicklung und in Reihe mit der An kerwicklung geschaltet. Es ergibt sich dann das in Fig. 4 dargestellte Schaltungsbild: Das Feld f1 ist mit dem Feld f2 und das Feld f3 mit dem Feld f4 in Reihe geschaltet, und ferner sind die beiden Gesamtfelder f1, f2 und f3, f4 hintereinander geschaltet. Beide Felder liegen parallel zum Anker a, in des sen Stromkreis die Batterie s in Reihenschal tung liegt.
Für den Anlassvorgang, während dessen die Maschine als Motor dient, wird die Schaltung so umgestellt, wie in Fig. 3 an gegeben ist. Statt der schmalen Bürsten b1, b2 werden die breiten Bürsten b3, b4 mit dem Kollektor in Berührung gebracht, die je zwei nebeneinander liegende Kollektorlamellen er fassen. Der Stromkreis verläuft dann vom Pol der Batterie s über die Kontakte 29, 31, 32 zur Bürste b3, durch den Anker a zur Bürste b4. Von den Wicklungen des Ankers sind je zwei zueinander parallel geschaltet, wie bei der Erläuterung der Fig. 1 angegeben ist. Von der Bürste b4 verläuft der Strom kreis weiter über den Kontakt 33 und die Kontaktschiene 34. Mit dieser stehen in Be rührung die Kontakte 15, 18 der Feldwick lungen f1, f2 und die Kontakte 25, 28 der Feldwicklungen f l, f4.
Die andern Enden der Feldwicklungen sind durch die Kontakte 35 und 22, 26 mit einer Kontaktschiene 36 verbunden, die auch mit dem Kontakt 30 in Berührung steht, von dem aus der Strom- lkreis zum Pol der Batterie verläuft. Es ergibt sich dann das in Fig. 5 dargestellte Sehaltungsbild: Feld f1 ist mit dem Feld f2 und ebenso Feld f 3 mit Feld f 4 parallel ge schaltet. Die Felder f1, f2 und f3, f4 liegen ebenfalls parallel zueinander. Beide Gesamt felder liegen in Reihe mit dem Anker a. In der Leitung zwischen dem -Pol der Bat terie und dem Kontakt 30 sind die üblichen Regler eingeschaltet.
In Fig. 6 bis 8 ist eine Einrichtung zur Verlegung des Anschlusses der freien Enden der Ankerspulen an die Kollektor lamellen dargestellt. Die Lamellen c sind in üblicher Weise isoliert auf einer Nabe d angebracht. Diese sitzt auf einem Ring e, der mit so vielen achsialen Durchbohrungen g versehen ist, als Lamellen vorhanden sind. Durch diese Kanäle sind die Enden h der Ankerspulen hindurchgeführt, die mittelst nachgiebiger Litzen i .durch Klemmschrau ben k an Kontaktfedern<I>m</I> angeschlossen sind.
Diese sind in gleicher Anzahl wie die Lamellen c an einem Ring n aus isolierendem Stoffe in einer gegenüber dem Kollektor ver- drehbaren Kapsel o so gelagert, dass sie sich gegen die freie Stirnfläche der Lamellen legen. Zur Verdrehung der Kapsel dient eine in -der hohlen Welle<I>p</I> gelagerte Welle<I>q,</I> mit der die Kapsel durch einen Querbolzen r verbunden ist. Letzterer kann sich in pe- ripherischen Schlitzen t der Welle p be wegen.
Bei .der Stromerzeugung liegt jede Fe der m gegen die Stirnfläche der Lamelle, die der mit dem andern Spulende verbunde nen Lamelle unmittelbar folgt.. Für das Anlassen werden die Federn durch Drehen .der Kapsel noch um eine weitere Lamelle verlegt, gleichzeitig aber die breiteren Bür sten auf den Kollektor gesetzt. Durch ein faches Zurückziehen der Kapsel mit den Federn wird die Stromerzeugerschaltung wieder hergestellt.
Bei der Schaltung nach Fig. 9 hat der Anker die übliche Wicklung, deren Spulen s,, s', s3 usw. 'durch Kollektorlamellen a,, a2, a3 usw. fortlaufend miteinander ver bunden sind. Diese Wicklung ist so bemes sen, dass sie die zur Stromerzeugung erfor derliche Spannung ergibt. In den Nuten dieser Wicklung liegt eine zweite Wicklung, deren Windungen iz2, z1, z,3 USW. mit dem einen Ende an die Kollektorlamellen der Hauptwicklung, mit dem andern Ende an besondere Lamellen cl, c2, c3 usw., die zwi schen den Lamellen a1, a2, a3 usw. liegen, angeschlosen sind.
Durch einen Drehschal ter oder durch eine andere geeignete Schalt vorrichtung mit Kontakten d können die benachbarten Lamellen a1, ei und a2 c2 und a3, c3 usw. miteinander verbunden werden, wodurch die betreffenden Lamellen kurz geschlossen und die Wicklungen s1, z1 und s2, z2 usw. einander parallel geschaltet wer den. Haupt- und Zusatzwicklung haben also einen gemeinsamen Kollektor mit nur einem Bürstenpaar b1, b2.
Beim Anlassen der Verbrennungskraft maschine sind zunächst die Lamellenkon- takte d offen, und der Strom geht durch die Hauptwicklung s1 usw., wodurch der An ker in Umlauf gesetzt wird. Diese Bewegung wird dazu benutzt, die Kontakte d an die Zusatzlamellen cl, e2 usw. zu legen und da durch die Zusatzwicklung z1, z2 usw. in den einzelnen Spulen parallel zur Hauptwicklung zu schalten. Dadurch wird der Gesamtquer schnitt der Ankerwicklung derart erhöht und infolge der entsprechend erhöhten Strom aufnahmefähigkeit das zum Anlassen er forderliche Drehmoment erhalten.
Ist die Verbrennungskraftmaschine angesprungen, so wird die Zusatzwicklung z1 usw. durch Öffnen der Kontakte d abgeschaltet, und es bleibt für die nun einsetzende Stromerzen- gung nur die Hauptwicklung s1 USW. in Tä tigkeit.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 sind die Spulen der Haupt- und Zusatz: wicklung in getrennten, abwechselnd auf einander folgenden Ankernuten gelagert, wobei jede Spule nur an einem Ende fest mit einer Kollektorlamelle verbunden ist, also die Spulen s1, s2 usw. mit den Lamellen a1, a2 usw., die dazwischen liegenden Zusatz spulen z1, z2 usw. mit den zwischen den La mellen a liegenden Lamellen e1, c2 usw. Die freien Enden aller Spulen sind an Kon- takte d angeschlossen, die die freien Enden der Hauptspulen s1 und der Zusatzspulen z1 usw. entweder mit den benachbarten Lamellen ei usw. der Zusatzspulen oder, wie in Fig.10 gestrichelt dargestellt ist, mit den darauf folgenden Lamellen a der Hauptspulen ver binden. Die beiden Kohlenbürsten b1, b2 sind so breit gehalten, dass sie stets über zwei benachbarten Kollektorlamellen schlei fen.
Beim Anlassen werden die Lamellen kontakte so verstellt, dass sie die gestrichelte Verbinclung zwischen den Hlauptwicklungs- lamellen a herstellen. Dann schliessen die Bürsten b1, b2 die Zusatzlamellen e1 usw. mit den Hauptlamellen ac, usw. kurz und schalten die Zusatzwicklungen mit den Hauptwicklungen parallel. Hieraus ergibt sich ein grosser Gesamtquerschnitt von ent sprechend hoher Stromaufnahmefähigkeit und ein hohes Drehmoment. Für die Strom erzeugung werden die Kontakte d in die voll gezeichnete Stellung gebracht, also an die benachbarten Lamellen gelegt, wodurch sämtliche Spulen, das heisst die Haupt- und Zusatzspulen, in abwechselnder Reihenfolge hintereinander geschaltet werden.
Während also bei der Ausführungsform nach Fig. 9 die Zusatzwicklung während der Stromerzeugung abgeschaltet ist, werden bei der Anordnung nach Fig. 10 sämtliche Spulen für beide Betriebsarten benutzt, und zwar beim Anlassen in Parallelschaltung, bei der Stromerzeugung in Reihenschaltung;
in beiden Fällen bietet die Erfindung den Vorteil, durch geeignete Walil des Quer seehnittes der Zusatzwicklung die Maschine den aus .dem Doppelbetrieb sich ergebenden elektrischen Bedingungen so anzupassen, dass die Lamellenkontakte nur zwischen be- nachliarten Lamellen spielen und die Kol- lektorbürsten eine über zwei benachbarte Lamellen sich erstreckende Breite zu haben brauchen.
Bei der Ausführungsform nach Fia. 11 bestehen die Ankerspulen aus je zwei Teil spulen<I>A A',</I> B B", <I>C C'</I> usw., von denen <I>A,</I> B ,C usw. einen geringeren, A', B', <I>C'</I> usw. einen höheren Widerstand haben. Die zusammengehörigen Teilspulen liegen mit ihren gemeinschaftlichen Anfängen a, b, c usw an Kontaktfedern oder ähnlichen Schaltgliedern k1 k2, 1c3 usw., die sich gegen die Kollektorlamellen legen und so verstell bar sind, dass sie nach Wahl auf zwei ver schieden benachbarten Lamellen liegen kön nen, wie durch volle und gestrichelte Linien dargestellt ist.
Demgemäss kann Kontakt feder kl mit Lamelle 12 oder Lamelle i, Kontaktfeder k2 mit Lamelle 2 oder 3, Kon taktfeder k 3 mit Lamelle 4 oder Lamelle 5 usw. elektrisch verbunden werden. Die En den der Teilspulen liegen abwechselnd an benachbarten Lamellen, und zwar die Enden der Teilspule F an Lamelle l, der Teilspule A an Lamelle 2, der Teilspule A' an La melle 3, der Teilspule B an Lamelle 4, der Teilspule b' an Lamelle 5, der Teilspule C an Lamelle 6, der Teilspule C an Lamelle 7 USW.
Beim Generatorbetrieb nehmen die Kon taktfedern k1, k2, k3 usw. die mit gestrichel ten Linien dargestellte Lage ein, das heisst sie verbinden die gemeinsamen änge a, b, c usw. mit den Kollektor lamellen 1, 3, 5, 7 usw. Dann sind die Teilspulen A' B', C usw. zu einer in sich geschlossenen Wicklung verbunden, der die Bürsten<I>G, H</I> den Strom entnehmen. Soll der Anker auf Motorbetrieb umgeschaltet werden, so werden die Kontaktfedern k1, k2 k3 usw. auf die benachbarten Lamellen 12, 2, 4 usw. umgelegt, an denen die Enden der Teilspulen F, A, B, C liegen.
Dadurch sind die Teilspulen A', B', C usw. ausgeschaltet, weil ihre Lamellen 1, 3, 5 usw. freiliegen, und nun bilden die Teilspulen A, B, C usw. eine geschlossene Wicklung, der die Bürsten G, H aus der Batterie Strom zuführen.
Ist der die Kontaktfedern k1, k2, k 3 usw. tragende Schaltkörper in oben angedeuteter Weise selbsttätig umstellbar, so befindet sich beim Anlassen die Motordynamo zunächst in Generatorschaltung, bei der die Kontakt federn die gestrichelte Verbindung zwischen den Spulenanfängen und den Kollektor lamellen herstellen. Der zugeführte Strom veranlasst eine Drehung des Ankers, die ein Übergleiten der Kontaktfedern auf die benachbarten, in der Drehrichtung folgen den Lamellen zur Folge hat, so dass die Kon taktfedern die mit vollen Linien dargestellte Verbindung bewirken. Dadurch wird der Strom selbsttätig von den Teilspulen A', B', <B><I>C</I></B> usw. auf die Teilspulen<I>A, B,</I> C usw.
von höherer Stromaufnahmefähigkeit über geleitet und dem Anker ein höheres, zum Anlassen der Verbrennungsmaschine geeig netes Drehmoment erteilt. Ist die Verbren nungskraftmaschine angesprungen, so wird nun der Anker der Motordynamo von jener Maschine angetrieben, und wenn diese eine gewisse Umlaufzahl erreicht hat, eilt der Anker dem mit der Verbrennungskraft maschine verbundenen Schaltkörper um so viel nach, dass die Kontaktfedern wieder auf die benachbarten gollektorlamellen zurück gleiten, wodurch die Generatorschaltung wieder hergestellt ist.
Für beide Betriebs arten dient .das gleiche Bürstenpaar G, H sowohl zum Zuführen des Batteriestromes in dem einen, als auch zum Ableitendes er zeugten Stromes im andern Falle.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sind die Teilspulen dadurch gebildet, dass einheitliche Spulen verwendet werden, von denen die eine mit dem einen Ende an eine Kollektorlamelle, zum Beispiel 2, mit dem andern an die nächstfolgende Kollektor lamelle 3, die nächste Spule mit dem einen Ende an die folgende Lamelle 4, mit dem andern Ende an die folgende Lamelle 5 an geschlossen ist usw.
Die Spulenanfänge <I>a, b,</I> c usw. sind derart an die Spulen gelegt, dass diese in je zwei Abschnitten <I>A A, B B'</I> usw. von verschiedenem Widerstande unter teilt ..sind. Bei der Motorschaltung, bei der die Kontaktfedern kl, k2, k3 usw. die mit vollen Linien gezeichnete Stellung einneh men, durchfliesst der zugeführte Strom die Teilspulen<I>A, B,</I> C usw., während beim Ge- neratorbetrieb, bei dem die Kontaktfedern die gestrichelte Lage einnehmen, die Teil- spulen A', B', C usw. von höherem Wider stande durchflossen werden.
Die Schaltung kann auch, wie Fig. 13 zeigt, so ausgeführt werden, dass beim Mo torbetrieb die Wicklungsspulen nur zu einem Teil, dagegen beim Generatorbetrieb gänzlich eingeschaltet sind. Zu diesem Zweck sind die Wicklungsspulen mit dem Anfang an eine Kollektorlamelle 1, 3, 5 usw. an geschlossen, während mit den dazwischen liegenden Lamellen 2, 4, 6 usw. nur ein Teil der Spulen verbunden ist. Dadurch werden je nach der Lage der Kontaktfedern k1, k2 usw. die Spulen entweder nur in ihren Tei len A, , B, C usw. durchflossen, wobei sie nur einen geringeren Widerstand bieten, oder auch in ihren beiden Abschnitten l und A', B und B', C und C' usw. zugleich, wobei ihr Widerstand ein grösserer ist.
Bei den drei Ausführungsformen nach Fig. 11 bis 13 wird von jeder Ankerspule durch den Kollektor hindurch eine Abzwei gung herausgeführt, die jede Spule in einen niedrig- und einen hochohmigen Teil zer legt, je nach der Anzahl der Windungen, an welche die Abzweigung gelegt ist. Auf diese Weise erhält jede Ankerspule drei En den oder, genauer ausgedrückt, einen An fang und zwei Enden. Die beiden Enden jeder Ankerspule werden getrennt an be nachbarte Kollektorlamellen angeschlossen, während der gemeinsame Spulenanfang, be- zieähungsweise die gemeinsame Abzweigung mittelst einer Schaltvorrichtung entweder an das eine oder andere Ende der vorher- gelienden Ankerspule gelegt wird.
Dadurch wird trotz dauernder organischer Verbindung aller Windungsteile eine beliebige Auswahl der Teile verschiedenen Widerstandes für die beiden Betriebsarten ermöglicht.