Einrichtung zur Aufrechterhaltung der richtigen Polarität an elektrischen Stromerzeugern. Gewisse Arten von Gleichstrommaschinen sind betriebsmässig der Gefahr einer Umpo- lung ausgesetzt. Dazu gehören beispielsweise hauptstromerregte Schweissmaschinen und Erregermaschinen. Die Umpolung tritt im ersten Fall dann ein, wenn die Maschine ver sehentlich mit einer andern Stromquelle, z. B. einer andern Schweissmaschine mit höhe rer Spannung, parallelgeschaltet wird. Durch die Reihenschlusswicklung fliesst dann ein unter Umständen grosser - Strom in ver kehrter Richtung. Stosskurzschluss bewirkt bei vielen Maschinen durch Überwiegen der An kerrückwirkung eine Umpolung des Feldes.
Bei Erregermaschinen kommt es vor, dass durch Kurzschluss des Hauptgenerators in duktiv im Magnetrad ein grosser, den Anker der Erregermaschine durchfliessender und das Feld überwältigender Strom erzeugt wird. Umpolen einer Erregermaschine kann auch eintreten, wenn durch den Nebenschluss- regler der Feldstrom rasch geschwächt wird, weil die Selbstinduktion des Magnetfeldes der Hauptmaschine im Anker der Erreger maschine einen Strom mit grosser Ankerrück wirkung aufrecht erhält. Es existieren noch andere Gründe, die bei Maschinen gelegent lich ein Umpolen bewirken.
Manchmal schafft dies ernstliche Unzukömmlichkeiten, so dass vor Fortsetzung des Betriebes ent weder Umschaltungen vorgenommen werden müssen oder durch besondere Hilfsmittel richtige Polung erfolgen muss.
Die Verwendung eines permanenten Mag netes als Baustoff für das ganze Magnet system oder für die Pole schafft keine Ab hilfe, wenn der das Umpolen bewirkende Strom stark genug ist, um die Koerzitivkraft des Magnetsystemes zu überwinden.
Die Erfindung betrifft nun eine Einrich tung zur Aufrechterhaltung der richtigen Polarität an elektrischen Stromerzeugern und besteht darin, dass an einer Stelle des Magnet feldes ein permanenter Magnet und zu die sem ein magnetischer Nebenschluss ange ordnet sind, welche so bemessen sind, dass der Magnet bei unerregter Maschine Kraftlinien durch die übrigen Teile des Magnetkreises in den Anker sendet, und dass verkehrte Kraft linien, die durch äussere Einflüsse entstehen, mit so geringem Potentialgefälle durch den magnetischen Nebenschluss abgeleitet werden, dass keine Umpolung oder gefährliche Schwä chung des permanenten Magnetes entsteht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung gezeigt. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung schematisch für sich. Fig. 2 zeigt zwei konstruktive Ausführungsformen an einer zweipoligen Maschine. Fig. 3 zeigt die Einrichtung an einem Pol. Fig. 4 und 5 zeigen in zwei Projektionen die Einrichtung an einer Querfeldmaschine. Fig. 6 zeigt eben falls eine Querfeldmaschine, jedoch ist die Einrichtung hier statt im Magnetgestell in einem Pol angeordnet. Fig. 7 zeigt eine kon struktive Änderung der Anordnung von Fig. 6. Fig. 8 zeigt eine Schaltung, die es er möglicht, trotz der Verwendung eines Dauer magnetes mit einer geringen Leerlaufspan nung zu arbeiten.
In Fig. 1 ist 15 ein permanenter Magnet, 12 ist der dazu parallelgeschaltete, aus wei chem Eisen bestehende Nebenschluss, der mit einem entweder festen oder veränderlichen Luftspalt 13 versehen ist. Der Luftspalt kann auch mit unmagnetischem Material, z. B. Messingblech oder unmagnetischem Stahl blech, ausgefüllt werden. Bei Verwendung des letzteren kann auch eine Schweissung vor genommen werden, so dass für mechanische Beanspruchung der Körper eine feste un unterbrochene Säule ist. Es sei angenommen, dass der permanente Magnet von Kraftlinien im Sinne des Pfeils 14 von unten nach oben durchflossen wird.
Wenn die unerregte Maschine vom vor hergehenden Betrieb richtig polarisiert ist, so wirkt die Koerzitivkraft des permanenten Magnetes in der gleichen Richtung wie die Remanenz des übrigen Magnetfeldes. Durch den magnetischen Parallelwiderstand 12 wird ein Teil der vom permanenten Magneten erzeugten Kraftlinien in der Richtung nach abwärts fliessen. Wenn die Maschine im Be trieb richtig erregt wird, so werden im mag netischen Nebenschluss 12 Kraftlinien von unten nach oben fliessen.
Wenn die Maschine, z. B. durch falsche Parallelschaltung, umpolarisiert wird, so führt der magnetische Nebenschluss 12 die Summe der vom permanenten Magneten 15 herrührenden Kraftlinien und der Kraftlinien des übrigen Magnetsystemes. Nach Abschal tung der Maschine sind vorerst alle Eisen teile des übrigen Magnetkreises in falscher Richtung magnetisiert. Dann zerlegt sich der Fluss des permanenten Magnetes in zwei Komponenten, deren eine sich durch den magnetischen Nebenschluss 12 schliesst, wäh rend die andere durch das übrige Magnet system geht und stark genug ist, um den remanenten Magnetismus der übrigen Teile des Magnetfeldes zu überwinden.
Die Streuung der Kraftlinien im Raum wirkt ähnlich, wie der magnetische Neben schluss.
Wenn im Luftspalt 13 des magnetischen Nebenschlusses eine Kraftliniendichte von etwa 12000 Linien auf den Quadratzentime ter gewählt wird, so verlangt dies etwa 1000 Amperewindungen zur Überwindung einer Luftspaltlänge von 1 mm. Wenn der Magnet 15 eine höhere Koerzitivkraft geben soll, so ist dazu ein mehrere Zentimeter langer Stab eines sehr guten Materials oder ein noch län gerer Stab mittelmässigen Magnetmaterials erforderlich.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Einrichtung kann an verschiedenen Stellen des Magnetfeldes angebracht werden.
Fig. 2 zeigt eine zweipolige Maschine, die beispielsweise als Erregermaschine verwendet werden könnte. Ein Anker 20, Magnetpole 21 und Magnetspulen 22 zeigen nichts ausser gewöhnliches. Das Magnetjoch 23 ist horizon tal geteilt. In der linken Zeichnungshälfte ist ein horizontaler Luftspalt 24 durch einen Magnetstab 25 überbrückt. Schrauben 26 sind nur durch ihre Mittellinien angedeutet. Sie können aus urmagnetischem Stoff sein. In der rechten Zeichnungshälfte ist der Luft spalt durch eine Platte 29 aus urmagneti- schem Stahl ausgefüllt und diese mit. den beiden Magnetjochhälften verschweisst.
Zur Überbrückung des Spaltes wird ein Hufeisen magnet 27 verwendet, der grössere Länge; daher grössere Koerzitivkraft hat, als ein ge rader Stab aus gleichem Material. Schrauben 28 dienen zur Befestigung des Hufeisen magnetes an die beiden Magnetjochhälften.
In Fig. 3 ist der Magnetstab 35 zwischen zwei Teilen 31 und 32 eines Pols eingesetzt, die durch einen Luftspalt 34 getrennt sind.
Fig. 4 und 5 zeigen in zwei Projektionen eine Querfeldmaschne, wie sie mit Haupt stromerregung für Schweisszwecke häufig verwendet wird. Der Anker 50 hat ein kurz geschlossenes Bürstenpaar 51 und in halbem Polabstand dazu befindliche Nutzbürsten 52. Die Polschuhe 53 haben die bei Querfeld maschinen bekannte Form. Der obere Pol 54 ist als Regulierpol ausgeführt, indem in einem becherförmigen, mit Öffnungen 55 ver- sehenen Teil ein kolbenförmiger Körper 56 mittels Schraube 57 und Handrad 58 verstellt werden kann.
Der untere Pol 59, sowie der obere Pol 54 sind mit Reihenschlussspulen 40 umgeben. Das Magnetjoch 41 ist horizontal geschnitten, so dass ein Luftspalt 42 sichtbar wird. Dieser ist auf beiden Seiten durch Plat ten 45 aus hartem Magnetstahl überbrückt, die mittels Schrauben 43 an die beiden Joch hälften angeschraubt sind. Ringe 44 aus uri magnetischem Material trennen die Lager schilder 46 vom Joch, so dass keine magne tische Kurzschliessung des Kraftlinienflusses durch diese erfolgt.
In Fig. 6 und 7 sind Ausführungsformen für Querfeldmaschinen mit und ohne Regu lierpole angegeben, bei denen die Einrichtung nicht im Joch, sondern an einer Stelle des untern Pols vorgesehen ist. In einem Fall ist ein gerader Magnetstahl, im andern Fall ein als Glocke geformter Magnet angewendet, dessen Innenteil beispielsweise als Nordpol und dessen Aussenteil als Südpol magnetisiert ist. Der untere Pol kann zur Unterstützung seiner räumlichen Fixierung im Gehäuse bei spielsweise durch urmagnetische Platten 60 und Schrauben 61 mit dem obern Pol ver bunden sein.
In Fig. 6 ist der Polschuh 53 durch Schrauben 67 mit einer tellerförmig ausgebil deten Platte 63 verbunden. _ Ihr gegenüber, durch den Luftspalt 66 getrennt, ist ein eiser ner Zwischenring 64, der seinerseits die Ver bindung zwischen dem permanenten Magne ten 65 und dem Gehäuse 62 schafft. Der Zwischenring 64 ist mit Gewinde versehen und gestattet eine Verstellung des Luftspal tes 66.
Der permanente, glockenförmige Mag net 65 ist mit der Platte 63 durch eine Schraube 68 verbunden, wodurch eine zweite Fixierung der räumlichen Lage des untern Pols geschaffen wird: In Fig. 7 ist ein zylindrischer permanen ter Magnet 75 gezeichnet: Das aus Weich eisen bestehende Ansatzstück 73 besitzt pris matischen Querschnitt und. ist mit dem Pol schuh 53 verschweisst.
Diesem Stück liegt die Eisenpaltte 74 gegenüber, die im Magnetjoch 72 verschraubt ist: Der Luftspalt 76 kann beispielsweise dadurch verändert werden, dass zwischen Platte 74 und permanentem Magnet 75 oder zwischen dieser Platte und dem An satzstück 73 Eisenbeilagen eingefügt werden. Permanenter Magnet 75 und Polschuh 53 können wieder durch - eine die' Platte 74 durchdringende Schraube 77 in ihrer räum lichen Lage zusätzlich gesichert werden.
Den Anordnungen von Fig. 4 bis 7 ist es gemein sam, dass die Aufrechterhaltung der richtigen Polarität im Primärfeld der Querfeldmaschine stattfindet, obwohl im Betrieb auch das Se kundärfeld umgepolt werden kann. Versuche haben gezeigt, dass es nicht notwendig ist, im sekundären Feldkreis\ besondere Vorkelirün- gen zu treffen, weil bei richtiger Bemessung der Einrichtung im Primärkreis die ge wünschte Polarisierung des Sekundärfeldes im Betrieb von selbst erfolgt.
Wenn man den Luftspalt veränderlich macht, so ist es ohne weiteres zulässig, einen permanenten Magneten'mitrecht hoher Koer- zitivkraft zu verwenden, weil man überschüs sige Kraftlinien des permanenten Magnetes durch Verringerung des Luftspaltes so ablei ten kann, dass die das übrige Magnetfeld durchströmenden und den Anker erreichen den Kraftlinien keinen übermässig hohen Wert erreichen, so dass auch die Leerlauf spannung der Maschine nicht unerwünscht hoch wird.
Ein anderes Mittel, um die Leerlaufspan nung in mässigen Grenzen zu halten, ist die Anwendung einer magnetisierenden Neben schlusswicklung, die entweder an die Nutz bürsten oder auch an eine Nutzbürste und Hilfsbürste angeschlossen wird. Bei Förder maschinen ist eine ähnliche Einrichtung un ter dem Namen "Selbstmordschaltung" be kannt. Das Schema ist in Fig. 8 dargestellt.
Der Nutzstrom wird den Bürsten 52 ent nommen und fliesst über die Hauptwicklung 40. In der Figur dient er zur Speisung eines Lichtbogens 80. Die Gegenwicklung 81 ist entweder an den Nutzbürsten 52 oder an einer Bürste 52 und einer Hilfsbürste 51 an geschlossen. Die Gegenwicklung wird nur für wenige Prozente der Amperewindungen der Hauptwicklung bemessen und hat daher auf die Stromabgabe im Betrieb nur geringen Einfluss.
Der permanente Magnet ist für eine Zahl von Kraftlinien bemessen, die genügt, um die Maschine richtig zu polarisieren. Das ist nur ein Bruchteil des gesamten Kraftlinien flusses, der auftritt, wenn die Maschine im Betrieb die volle Spannung gibt oder wenn sie an Fremdspannung angeschlossen ist. Der magnetische Nebenschluss ist daher für eine viel grössere Kraftlinienzahl bemessen, als der permanente Magnet. Bei richtigem Be trieb wird die Kraftlinienzahl in bestimmter Richtung nicht wesentlich kleiner sein, als die Kraftlinienzahl in umgekehrter Richtung. die bei Ummagnetisierung von aussen ein tritt. Während des letztgenannten Vorkomm nisses existiert eine Tendenz zur Schwächung des permanenten Magnetes.
Während der un gleich häufigeren Fälle des normalen Betrie bes wirkt aber das Potentialgefälle im magne- tischen Nebenschluss auf eine Verstärkung des permanenten Magnetes und daher ist nicht zu befürchten, dass bei langem Ge brauch der Maschine durch Alterung eine Schwächung des Magnetes erfolgt.
Sollte aber eine erhebliche Schwächung des Magnetes eingetreten sein, so ist es bei mehreren der gezeichneten Anordnungen möglich, den permanenten Magneten ohne Zerlegung der Maschine durch einen neuen auszutauschen, zum Beispiel bei den Anord nungen von Fig. 2 rechte Hälfte und 4 bis 7.