DE184384C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 184384 KLASSE 21 a. GRUPPE

und Wechselzahl.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. September 1905 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Erzeugung hochgespannter und hochfrequenter Wechselströme mittels Kondensator entladungen, von derjenigen Art, bei welcher ein Stromkreis von hoher Selbstinduktion durch einen Stromkreisregler periodisch unterbrochen wird und bei diesen Unterbrechungen mit der in dem Stromkreis aufgespeicherten Energie einen der Unterbre- chungsstelle parallel geschalteten Kondensator ladet, der sich beim Wiederschließen des Stromkreises oszillierend über die Primärspule eines Schwingungstransformators entladet und in der Sekundärspule des letzteren hohe Spannungen wechselnden Potentiales induziert.

Die Erfindung hat den Zweck, die Unterbrechungseinrichtung in der Weise auszubilden, daß derselbe Apparat sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betrieben werden kann.

Erreicht wird dieses dadurch, daß die Stromunterbrechungen mittels eines schwingenden, elektromagnetischen Unterbrechers hervorgebracht werden, dessen Elektromagnetspule mittels eines Umschalters beim Gleichstrombetrieb mit den Unterbrecherkontakten in Reihe geschaltet wird, so daß die Unterbrechereinrichtung als Selbstunterbrecher arbeitet, während bei Wechselstrombetrieb die Elektromagnetspule des Unterbrechers zur Selbstiiiduktionsspule undUnterbrecherkontakt parallel, also in einen von den Unterbrecherkontakten unbeeinflußten Stromkreis geschaltet wird,- so daß dieselbe den Unterbrecher synchron, mit den Wechselstromwellen in Schwingung versetzt. Damit der Apparat gleich gut mit Gleichstrom und Wechselstrom von derselben nominellen Spannung arbeiten kann, muß, da die mittlere Spannung eines Wechselstromes von gegebener Nominalspannung geringer ist als diejenige eines Gleichstromes von gleicher Nominalspannung , die gegenelektromotorische Kraft der Selbstinduktion beim Wechselstrombetrieb geringer sein als beim Gleichstrombetrieb. Aus diesem Grunde wird die' Elektromagnetspule des Unterbrechers, welche beim Wechselstrombetrieb der Selbstinduktionsspule parallel geschaltet sein muß, beim Gleichstrombetrieb in Reihe mit der Selbstinduktionsspule mit der Speiseleitung verbunden, so daß beim Wechselstrombetrieb durch den Übergang von der Serienschaltung zu der Parallelschaltung von Unterbrecher - und Selbstinduktionsspule die erforderliche Verminderung der gegenelektromotorischen Kraft hervorgebracht wird.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht worden.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung der einen Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführungsform in vollständigerer Weise.

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch Fig. 2, während

Fig. 4 eine Endansicht des Unterbrechers darstellt.

Bei der in Fig. τ dargestellten Ausführungs-

form ist ein einziger Elektromagnet ι vorhanden, dessen zweckmäßig aus Weicheisendrähten bestehender Kern 12 die beiden nebeneinander gewickelten Spulen 14 und 15 aufnimmt, die über den Umschalter 9 und Ausschalter 11 mit den Speiseleitungen 2,3 verbunden sind.

Der Anker 13 des Elektromagneten ist an einem elastischen Band 40 befestigt, welches vor dem Ende des Elektromagnetkernes zwischen dem festen Träger 41 und dem drehbaren Träger 42 eingespannt ist. Mittels der Stellschraube 44, gegen welche sich ein an dem Träger 42 befestigter Arm 43 anlegt, kann die Winkelstellung des Trägers 42 und damit die Spannung des Bandes 40 geändert werden, wodurch die Eigenschwingungszahl des Ankers, die von dem Gewicht desselben und der Spannung des Bandes 40 abhängt, geregelt wird. An der Unterseite des Ankers 13 sind die beweglichen Unterbrecherkontakte 28, 29 mittels der Feder 36 in der Weise befestigt, daß sie durch die Feder miteinander in leitender Verbindung stehen. Die feststehenden Unterbrecherkontakte werden durch die einstellbaren Kontaktschrauben 30, 31 gebildet. Zweckmäßig wird der Apparat so gestellt, daß das Band 40 auf der Kante steht, damit die an den Kontakten erzeugte Wärme durch den aufsteigenden Luftstrom abgeführt werden kann.

Daß zwei Paar von Unterbrecherkontakten 29,31 und 28,30 vorgesehen sind, hat den Zweck, die Wirkung einer lang andauernden Unterbrechung bei verhältnismäßig kleinem Hub des Unterbrechers zu erreichen.

An die beiden feststehenden Unterbrecherkontakte 30, 31 ist der Kondensatorstromkreis angeschlossen, welcher den in dem Elektromagneten 1 induzierten Öffnungsextrastrom aufnimmt. Von dem Kontakt 31 führt der Draht 33 zu der einen Belegung des Kondensators 4. Von der anderen Belegung des Kondensators führt ein Draht 37 zu der Spule 5 des Schwingungstransformators, deren anderes Ende durch den Draht 38 mit dem Unterbrecherkontakt 30 verbunden ist. Die Drähte 33, 37 und 38 und der Draht der Spule 5 müssen einen großen Querschnitt haben, damit der Widerstand des Stromkreises auf ein Minimum zurückgeführt wird; zweckmäßig werden die Drähte von leitenden Röhren gebildet, um gleichzeitig deren Selbstinduktion zu vermindern.

Der Schalter 9, mit welchem die Umschaltungen der Spulen 14, 15 für Gleichstrom und Wechselstrombetrieb ausgeführt werden, besteht aus drei drehbaren leitenden Armen 16, 17, 18, welche voneinander isoliert sind und in bekannter Weise gemeinsam bewegt werden. Die Arme 16, 17 sind durch Drähte 19, 20 mit den entgegengesetzten Enden der Spule 14 verbunden. Der Arm 18 ist durch J Draht 34 und Draht33 des Kondensatorstromkreises mit dem Unterbrecherkontakt 31 verbundeii.

Die Speiseleitung 2 steht über die eine Hälfte des Ausschalters 11 und Draht 32 mit dem Kontakt 30 des Unterbrechers in Verbindung. Die Speiseleitung 3 wird über die andere Hälfte des Ausschalters 11 durch Draht 26 an das eine Ende der Spule 15 angeschlossen ; in diese Verbindung ist der Schaltwiderstand 10 eingeschaltet, welcher dazu dient, die Wirkung des Apparates zu regulieren bezw. ihn Unterschieden in der Spannung des Speisestromkreises anzupassen.

Für den Betrieb des Apparates mit Gleichstrom wird der Umschalter 9 in die in Fig. 1 punktiert gezeichnete Lage eingestellt. Der Schalterteil 16 ist offen. Der Schaltarm 17 steht auf dem Kontakt 27, welcher durch Dralit 25 mit dem unteren Ende der Spule 15 verbunden ist, so daß der seinerseits mit dem oberen Ende der Spule 14 verbundene Schaltarm 17 die Spulen 14 und 15 hintereinander schaltet. Der Schaltarm 18 steht auf dem Kontakt 35, der durch Draht 19 an das untere Ende der Spule 14 angeschlossen ist, so daß das letztere über den Schaltarm 18 mit dem Unterbrecher verbunden wird. Der Stromverlauf nach Schließung des Ausschalters ΐτ ist folgender:

Von der Speiseleitung 2 fließt der Strom über die untere Hälfte des Schalters 11, Draht 32, Unterbrecherkontakte 30, 28, leitende Feder 36, Unterbrecherkontakte 29,31, Drähte 33,34 zum Schaltarm 18, von diesem über Kontakt 35 und Draht 19 in die Spule 14, aus dieser über Draht 20 zum Schaltarm 17 und über dessen Kontakt 27 und Draht 25 in die Spule 15, von welcher er über den Schaltwiderstand 10, Draht 26 und obere Hälfte des Ausschalters 11 zur Speiseleitung 3 zurückfließt. Der Eisenkern wird magnetisch, zieht den Anker an und unterbricht den Strom zwischen den Kontakten 28,30 und 29,31. Die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion der beiden Spulen findet nun einen Ausgleich über den der Unterbrechungsstelle parallel no geschalteten Kondensatorstromkreis mit dem Kondensator 4 und der Transformatorspule 5. Der Kondensator 4 wird geladen und entladet sich, wenn der Unterbrecher wieder durch Federkraft in die Schlußlage zurückgeht, durch die Primärspule 5 des Schwingungstransformators, in dessen Sekundärspule 6 hohe Spannungen wechselnden Potentiales induziert werden, die sich zwischen den Entladern 7, 8 ausgleichen.

Der Entladestromkreis des Kondensators, welcher keinen Teil der Spulen 14, 15 enthält,

besitzt einen sehr geringen Widerstand. Infolgedessen vollzieht sich die oszillierende Entladung des Kondensators mit sehr hohen Schwingungszahlen von mehreren ioo ooo Perioden pro Sekunde. Um diese Wirkung zu erreichen, ist es jedoch notwendig, daß der Unterbrecher möglichst nahe dem Entladungszeitpunkt in seine Schlußstellung übergeht, damit die Entladung über einem geschlossen en und nicht über einem offenen Kontakt erfolgt und der Entladungsstromkreis ein Minimum von Widerstand darbietet. Für Wechselstrombetrieb wird der Umschalter 9 in die in Fig. ι in vollen Linien gezeichnete Stellung gebracht. Die mit den beiden Enden der Spule 14 verbundenen Schaltarme 16, 17 befinden sich jetzt auf den Kontakten 21,22, welche durch die Drähte 23, 24 mit den beiden Hälften des Schalters 11 verbunden sind. Der Schaltarm 18 steht auf. dem Kontakt 39, der durch Draht 25 mit dem einen Ende der Spule 15 in Verbindung steht, wodurch dieses Ende der Spule 15 mit dem Kontakt 31 des Unterbrechers verbunden wird.

Der Strom fließt nun nach Schließung des Ausschalters 11 von der Speiseleitung 2 einerseits über Draht 23 und Kontakt 21 zum Schaltarm 16, von diesen über Draht 19 in die Spule 14, aus dieser über Draht 20 zum Schaltarm 17 und von da über Kontakt 22, Draht 24, Regulierwiderstand 10, Draht 26 zur anderen Speiseleitung 3 zurück, andererseits über Draht 32, Unterbrecherkontakte 30, 28, Feder 36, Unterbrecherkontakte 29, 31, Drähte 33, 34 zum Schaltarm 18, von da durch Draht 25 in die Spule 15 und aus dieser über Regulierwiderstand 10 und Draht 26 zur Speiseleitung' 3 zurück. Es werden also zwei Stromkreise gebildet, von denen der eine, welcher die Spule 14 erregt, von dem Unterbrecher unabhängig ist und dazu dient, die Geschwindigkeit der Ankerschwingungen des Unterbrechers zu regeln, während der andere, welcher die Spule 15 und den Unterbrecher enthält, periodisch unterbrochen wird und durch die bei diesen Unterbrechungen in der Spule 15 induzierten Extraströme die Ladungen des Kondensators hervorbringt. Durch die Spule 14 werden in dem Elektromagnetkern 12 magnetische Schwingungen erzeugt, welche sich mit den Wellen des Wechselstromes in Übereinstimmung befinden und dem Anker gleichfalls eine mit dem Wechselstrom synchrone Bewegung mitzuteilen suchen. Der genaue Synchronismus der Ankerbewegungen, und damit des Arbeitens der Selbstinduktionsspule 15, wird dadurch erreicht, daß in der bereits beschriebenen Weise die Eigenschwingungszahl des Ankers durch entsprechende Einstellung der Spannung der Abreißfeder 40 auf die Wechselzahl des Wechselstromes abgestimmt wird. Die Spule 15 speichert während eines bestimmten Teiles jeder Wechselstromwelle Energie auf, welche sodann infolge Öffnung des Stromkreises der Spule 15 auf den Kondensator übertragen wird, worauf wieder an einem bestimmten Punkt der Wechselstromwelle infolge Schließung des Stromkreises der Spule 15 der Kondensator durch dessen Schwingungskreis entladen wird und die Spule 15 von neuem Energie ansammelt, welcher Vorgang sich periodisch fortsetzt.

Wegen der Parallelschaltung der Spulen 14 und 15 ist die Anzahl der in Reihe in dem Ladestromkreis eingeschalteten Windungen kleiner als bei der zuerst beschriebenen Schaltung für Gleichstrom. Dadurch wird die von dem Wechselstrom zu überwindende gegenelektromotorische Kraft vermindert, und der Apparat kann infolgedessen, wie bereits eingangs erwähnt, gleich gut mit Gleichstrom und mit Wechselstrom von derselben nominellen Spannung gespeist werden, obgleich der Mittelwert der Spannung im letzteren Falle kleiner ist. Bei der dargestellten Form der Elektromagnetbewicklung kann über derselben noch zur Veränderung der Zeitkonstante der Selbstinduktionsspule der Kupfermantel 45 angebracht werden.

Bei der in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform sind die Spulen 14 und 15 auf getrennte Kerne gewickelt. Die Spule 14 befindet sich auf dem Kern 12 des Unterbrecherelektromagneten, während die Spule 15 auf einen besonderen Kern 12' aufgebracht ist und als Selbstinduktionsspule zum Laden des. Kondensators dient. Die Spule 15 wird in diesem Falle zweckmäßig in Abteilungen unterteilt, welche mit Kontakten 46 verbunden sind, auf denen ein Gleitkontakt schleift, der durch seine Führungsschiene 48 und den Draht 24 mit Kontakt 22 des Schalters 9 verbunden ist, so daß durch Verstellen des Schleifkontaktes ein größerer oder geringerer Teil der Selbstinduktionsspule eingeschaltet werden kann.

Der Apparat ist in einem Kasten 51 eingeschlossen, welcher einen in Scharnieren drehbaren Deckel 52 hat. Die Spulen des Schwingungstransformators sind zweckmäßig in den Deckel des Kastens eingeschlossen. Seine Primärspule 5 wird dabei durch biegsame Verbindungsleitungen an den Induktioiisapparat in dem Kasten angeschlossen, während die Sekundärspulen 6 mit Säulen 53 verbunden sind, welche aus dem Deckel heraustreten und verstellbare Entladestangen 7,8 tragen, zwischen denen sich die Spannungen ausgleichen. Der feste Unterbrecherkontakt besteht aus einer einstellbaren Kontakt-

schraube 30, welche durch eine Säule 64 hindurchtritt. Die beweglichen Teile des Unterbrechers sind in folgender Weise gelagert. Ein Band 40 aus elastischem Material, z. B. Stahl, ist zwischen Haltern 41,42 auf der Tragplatte 48 ausgespannt. An demselben ist eine Tragstütze 49 befestigt, welche den Anker 13 und eine Blattfeder 50 mit dem beweglichen Unterbrecherkontakt 28 trägt. Die Blattfeder erstreckt sich in der Längsrichtung des aufwärts gerichteten Armes der Tragstütze 49, ist aber etwas von dieser zurückgebogen, so daß beim Anzug des Ankers der aufwärts gerichtete Arm der Tragstütze 49 gegen die Blattfeder schlägt und dadurch die Kontakte trennt. In dem Halter 42 ist unterhalb des Bandes 40 eine Vertiefung 54 angebracht, in welche ein Ansatz 55 eines an dem Halter 42 drehbaren Hebels 43 eingreift. Das andere Ende des Hebels 4.3 kann mittels einer Schraube 44 mehr oder weniger niedergedrückt werden, um mit dem Ansatz 55 das Band 40 in die Vertiefung 54 hinein zu drücken, wodurch die Spannung des Bandes und damit dessen Schwingungszahl, wie auch diejenige der an demselben befestigten Teile geregelt wird.

Der Schwingungstransformator enthält zweckmäßig zwei Sekundärspulen 6, die beide im wesentlichen Scheibenform haben. Es hat sich gezeigt, daß die besten Resultate erzielt werden, wenn man die Sekundärspulen, wie in der Zeichnung dargestellt, nahe zusammenbringt und die Primärspulen so weit als mög-Hch nach innen zwischen die Sekundärspulen reichen läßt.

Die Sekundärspulen sind spiralförmig gewunden und die innere Klemme jeder Sekundärspule ist mit dem entsprechenden Entlader 53 verbunden, während das äußere Ende der einen Sekundärspule mit dem äußeren Ende der Primärspule und das äußere Ende der anderen Sekundärspule mit dem inneren Ende der Primärspule verbunden ist. Dadurch, daß die Primärwicklung 5 aus einer Spule besteht, wird die Selbstinduktion der Verbindungen, welche bei zwei getrennten Primärspulen gebraucht werden müßten, vermieden, wodurch die Selbstinduktion des Entladestromkreises auf ein Minimum reduziert wird. Der Umstand, daß die beiden Sekundärspulen seitlich nebeneinander angeordnet sind, bietet gegenüber Konstruktionen, bei denen die Spulen voreinander angeordnet werden, den Vorteil, daß die gegenseitige Induktion herabgemindert wird.

Die Klemmen 2 und 3 dienen zum Anschluß der Speiseleitung, die entweder Gleich- oder Wechselstrom beliebiger Frequenz führen kann. Der Schalter n dient gleichzeitig als Einschalter und als Stromwender. Der Schalter 9 besitzt wieder, ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, drei Schalt-· arme 16, 17 und 18, die mit den festen Kontakten 21, 22 und 35 zusammen arbeiten und derart miteinander gekuppelt sind, daß sie gemeinsam bewegt werden. Der Schalter 9 dient wieder dazu, die Umschaltungen für Gleichstrom und Wechselstrom vorzunehmen. Die Schalter sind mit Induktionseinrichtungen, Unterbrecher und Kondensator durch Drähte 19, 20, 24, 32, 34, 37, 38 verbunden. Die Wirkungsweise ist dieselbe, wie mit Bezug auf Fig. ι beschrieben, abgesehen davon, daß die Induktionsspule 15 und die den Unterbrecher bewegende Spule 14 auf getrennten Kernen, anstatt auf demselben Kern, angeordnet sind.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Apparat zur Erzeugung elektrischer Wechselströme von hoher Spannung und Wechselzahl, bei welchem ein Stromkreis von hoher Selbstinduktion periodisch unterbrochen wird und bei diesen Unterbrechungen einen der Unterbrechungsstelle parallel geschalteten Kondensator mit der in dem Stromkreis aufgespeicherten Energie ladet, der sich beim Wiederschließen des Stromkreises oszillierend über die Primärspule eines Schwingungstransformators entladet und in der Sekundärspule des letzteren hohe Spannungen wechselnden Potentiales induziert, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromunterbrechungen mittels eines schwingenden elektromagnetischen Unterbrechers hervorgebracht werden, dessen Elektromagnetspule mittels eines Umschalters für den Betrieb des Apparates mit Gleichstrom in Reihe mit der Selbstinduktionsspule und dem Unterbrecher in den Ladestromkreis eingeschaltet wird, während für den Betrieb des Apparates mit Wechselstrom die Elektromagnetspule des Unterbrechers zur Selbstinduktionsspule und Unterbrecher parallel, also in einen von den Unterbrecherkontakten unbeeinflußten Stromkreis geschaltet wird, so daß dieselbe den Unterbrecher synchron mit den Wechselstromwellen in Schwingung versetzt.

2. Eine Ausführungsform des Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecheranker an einem elastischen Band befestigt ist, dessen Spannung zwecks Regelung der Eigenschwingungszahl des Ankers geändert werden kann.

3. Ausführungsform des Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (13) des Unterbrechers an einem elastischen Band (40) befestigt ist,

welches vor dem Ende des Elektromagnetkernes (12) zwischen einem festen Punkt (41) und einem' drehbaren Halter (42) eingespannt ist, wobei die Spannung des Bandes mittels einer Stellschraube (44), gegen welche sich ein an dem drehbaren Halter (42) befestigter Arm (43) anlegt, geregelt wird.

4. Eine Ausführungsform des Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zwischen Haltern (41,42) mit einstellbarer Spannung eingespannten elastischen und tordierbaren Band (40) eine Tragstütze (49) befestigt ist, die den Unterbrecheranker (13) und die Unterbrecherfeder (50) mit dem Kontakt (28) trägt und beim Anzug des Ankers gegen die in der Längsrichtung der Tragstütze sich erstreckende und etwas von derselben abgebogene Kontaktfeder (50) stößt und dadurch die Kontakte (28, 30) des Unterbrechers trennt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.