DE91265C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Elektrische Betriebsanordnung.

Zweck der vorliegenden Anordnung ist, bei einer elektrischen Kraftvertheilung, deren Mo-' toren in weiten Grenzen eine stetige ununterbrochene, nicht sprungweise Aenderung der Umlaufszahl zulassen sollen, die Stromzuführung so einzurichten, dafs die Motoren für ein gegebenes maximales Drehmoment möglichst klein ausfallen und in möglichst günstigen Betriebsverhältnissen stehen. '

Die Drehungsgeschwindigkeit eines Elektromotors läfst sich durch Veränderung der seine Magnete erregenden Stromstärke in gewissen Grenzen verändern. Eine gröfsere Variation der Tourenzahl läfst sich jedoch dadurch nicht erreichen, da eine Schwächung des "Magnetfeldes des Motors das Drehmoment ,.desselben vermindert, und wenn dasselbe constant erhalten bleiben soll, ein Anwachsen der Ankerstromstärke verursacht, so dafs der Motor infolge der gröfseren Ankerstromstärke bei gleichzeitiger.Schwächung des Magnetfeldes bald mit ungünstigen Betriebsverhältnissen arbeitet.

Geringe Aenderungen in der Geschwindigkeit lassen sich jedoch bei besonders zu diesem Zwecke gebauten Motoren, ohne eine Verstellung der Bürsten zu erfordern, leicht erzielen, und zwar kann durch passende Einrichtung des Regelungsschalters der Magnete die Umlaufszahl um beliebig kleine Beträge geändert werden.

Es seien α das Verhältnis der gröfsten und kleinsten Umlaufszahlen, die durch Veränderung der Stärke des Magnetfeldes eines Motors bei günstigen Betriebsverhältnissen desselben erreicht werden können, A eine vom Motor abhängige Constante, E die Spannung an den Bürsten des Motors, η die Tourenzahl, so ist

A E
M₀ = die kleinste und M₁ = A E die gröfste

Tourenzahl, welche bei Innehaltung der Spannung E' erreicht werden kann.

Durch passende Wahl der Regelungsvorrichtung kann nun jede zwischen
liegende Tourenzahl erhalten werden.
Tourenzahl M₁ läfst sich ebenfalls durch Anwendung der Spannung E erzielen.

und M₁ Die

ist

wobei wieder zwischen

zahl beliebig geändert werden kann.

AE, weiter M₂ = AE ■ a, und M₂ die Touren-

Ferner

AE- ■■ AE ■ 0. und M₃ = A E ■ α² etc.

Es lassen sich somit unter Anwendung der Spannungen

E, ciE, a?E aⁿE

alle Tourenzahlen zwischen M₀ und M_{n + 1} erreichen. Bildet man Differenzen in den nach einander angewandten Spannungen, so können dieselben durch Hintereinanderschaltung der betreffenden Differenzspannungen erhalten werden.

Es sei e = α E ■— E,
so ist E = E

aE = E+e α*Ε—-Ε-\- e + ae aⁿE =■ E + e + ae + o?e + a^e.

Hieraus ergiebt sich folgende Construction des Stromerzeugers.

Der Anker des Stromerzeugers wird mit mehreren hinter einander zu schaltenden Wickelungen , deren Windungszahlen im Verhältnifs der Glieder der obigen geometrischen Reihe stehen, derart bewickelt, dafs zwischen je zwei dieser Stromkreise eine Stromentnahme stattfinden kann.

Durch diese Vertheilung der Spannung des den Motoren zugeführten Stromes wird erreicht, dafs für ein gegebenes, vom Motor zu leistendes Drehmoment die Regelung der Drehgeschwindigkeit zwischen zwei von auf einander folgenden Spannungen bedingten Tourenzahlen für sämmtliche Spannungsintervalle die gleiche Gesammtveränderung der Stärke des Feldes und der Ankerstromstärke erfordert, wodurch die Abmessungen des Motors auf das kleinste Mafs beschränkt werden.

Auf beiliegenden Zeichnungen ist der Grundgedanke dieser Anordnung zur Darstellung gebracht:

B (Fig. i) ist ein Stromerzeuger, der die je nach der Gröfse der Anlage höher oder niedriger zu haltende Spannung E erzeugt.

Die mit e, o.e, a²e und aße bezeichneten Schlingen stellen die Ankerwickelungen des Stromerzeugers dar. Die Schaltungen I-V geben die jeweilige Verbindung des Motors zur Veränderung der Umlaufszahl zwischen den Grenzen n₀ bis M₅- RW bezeichnet die Regelungsvorrichtung für die Magnetstromstärke.

Zur Erreichung des v.orbezeichneten Zweckes wird eine Schaltvorrichtung zur Anwendung gebracht, die in den Fig. 2, 3, 4, 5% 5^b, 6, 6^a, 7^a und 7^b der Zeichnungen dargestellt ist. Die Schaltvorrichtung soll zwangläufig mit der Aenderung der Spannung auch die Stärke des magnetischen Feldes ändern, so dafs während der Umschaltung eine Aenderung der Geschwindigkeit nicht erfolgt, weil der Einflufs der Spannungsänderung durch den gleichzeitig hervorgerufenen und entgegengesetzten Einflufs der Veränderung der Feldstärke aufgehoben wird. Der Schalter soll ferner gestatten, die Stärke des Feldes allmälig und unabhängig für sich zu ändern, und zwar für sämmtliche zur Verwendung kommende Spannungen. Die Grenzen dieser Aenderungen sind dem Quotienten der verwendeten geometrischen Spannungsreihe direct proportional, sie sind somit für sämmtliche Spannungen die gleichen.

Aufserdem soll der Schalter auch noch als Anlafswiderstand dienen, so dafs für die Bedienung des Motors einzig und allein dieser Schalter zur Verwendung kommt.

Die Fig. 2, 3 und 4 stellen die Construction,

Fig. 5^a und 5^b die Schaltung und

Fig. 6, 6^a, 7^a und 7^b Einzelheiten des Schalters dar.

Das Gestell 1 trägt eine feste Welle 2 mit einer Hülse / am oberen Ende, deren Vierkant C zur Aufnahme eines Handrades R dient. An der Hülse / ist ein Arm G befestigt, der einerseits über die Contactplatte 3 und andererseits über Contactstücke α gleitet. Ferner trägt die Hülse / ein Stirnrad 5, welches in ein Rad 6 eingreift, das mit dem Rade 8 an der Welle 7 befestigt ist. Die Drehung des Rades 8 wird auf das Stirnrad 9 übertragen, welches auf der Hülse 10 sitzt. Das untere Ende dieser auf der Welle 2 leicht drehbaren Hülse ist mit der Platte P starr, verbunden, so dafs die letztere bei Drehung des Handrades -R entsprechend langsam bewegt wird.

Aus der Fig. 2 ersieht man ferner, in welcher Weise die Contactschienen S₁ und S₂ an einem isolirenden Block 14 angebracht sind, der seinerseits von der Platte K getragen wird.

Die Schaltvorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei Contactkreisen, deren Schalthebel mittelst Zahnradübersetzung in Verbindung stehen.

Der obere Contactkreis (Fig. 3 und 5^a) dient zur Veränderung der Stärke des magnetischen Feldes des Motors und ist mit dem zugehörigen Widerstände derart verbunden, dafs die Veränderung des Erregungsstromes entweder plötzlich bei Aenderung der Motorspannung, oder auch allmälig bei gleichbleibender Spannung stattfinden kann. Dies wird, wie Fig. 5^a zeigt, durch die kreisförmige Anordnung der Contacte in einfachster Weise erreicht.

Ueberfährt der Schalthebel G die beiden Endcontacte a_x a.₂ auf dem Wege U₁ a¹ a.₂ oder a.₂ a¹ U₁ , so findet eine plötzliche Aenderung der Feldstärke in dem einen oder anderen Sinne statt. Wird dagegen der Schalthebel auf dem Wege Ci₁ b_x b,₂ a₂ oder a.₂ b₂ b^ α_λ gedreht, so findet die Aenderung allmälig statt, wobei der Erregerstrom auf den Contacten a_y a.₂ seine beiden Grenzwerthe erreicht.

Der untere Contactkreis (Fig. 4 und 5^b), welcher hauptsächlich zur Veränderung der im Verhältnifs der Glieder einer geometrischen Reihe stehenden Spannungen dient, besteht, der Reihe nach aufgezählt, aus einem Kurzschlufssegment c, aus den Contacten des Anlafswiderstandes d d, welche durch den Anlafswiderstand A W mit dem ersten Spannungssegment E verbunden sind, ferner aus den übrigen vier Spannungssegmenten a.E, Ct²U, a?E, a*E.

Die diesen vier Spannungssegmenten vorangehenden Contacte efg und h dienen dazu, im Falle einer starken Ueberlastung des Motors die etwa auftretende Funkenbildung beim Umschalten zu verringern. Diese Contacte werden von dem Schalthebel nur beim Umschalten überstrichen, und zwar ist die Einrichtung in der Weise getroffen, dafs ein Stehen-

bleiben des Hebels auf den Gontacten in keinem Falle vorkommen kann. Dies wird, wie aus den Fig. 6, j^& und η° ersichtlich, auf folgende Weise erreicht:

Die Fig. 6 veranschaulicht einen Schnitt des Schalters in der Gegend des Hebels H. Fig. η^& stellt den Contacthebel H und die Platte P dar in dem Augenblick, wo der Hebel H durch den Anschlag F festgehalten wird, während sich die Platte P weiterdreht; Fig. y^b veranschaulicht den Zeitpunkt, in welchem die mit der sich im Sinne des Uhrzeigers drehenden Platte P fest verbundene Curve F die Auslösung des Hebels H bewirkt.

Auf der Metallscheibe A (Fig. 2, 6 und j^a) sind die verstellbaren Anschläge F, ν vorgesehen, welche den Hebel an dem Ende der Spannungssegmente festhalten, indem sie der Klinke B den freien Durchgang verwehren. Durch Weiterdrehung des Handrades R, welches^, wie schon erwähnt, auf dem Vierkant C sitzt, wird die Feder D (Fig. 4) gespannt. Die Auslösungscurve F (Fig.. 4, 7^a und j^b) ist nun derartig geformt, dafs in dem Augenblick, wo der Magnetschalthebel G (Fig. 2) die drei Contacte α_λ a^l a_% (Fig. 5^a) in dem einen oder anderen Sinne überstrichen hat, eine Ausschaltung des Schalthebels erfolgt, der nun durch die Feder auf das nächste Spannungssegment hinübergeworfen wird.

Die Hebel G und H bestehen beide aus einem nach unten gebogenen Arme, dem eigentlichen Schaltarme, und einem nach oben gebogenen Theile, welcher nur dazu dient, den von den Contacten an den unteren Arm abgegebenen Strom in die festen Ringplatten K zu leiten.

Der Strom wird somit durch die Schalthebel nur von den Contacten nach den darüber liegenden Ringen K geleitet, von wo er für G zu den Magneten des Motors, für H nach dessen Armatur weitergeführt wird. Die Isolirung der auf dem Schalthebel sitzenden stromleitenden Theile wird durch diese Anordnung vereinfacht.

Der Hebel O (Fig. 5^b und 6^a) besteht aus zwei Schleiffedern, welche durch eine isolirende Zwischenlage mit der Platte P verbunden sind. Die letztere erhält ihre Bewegung, wie bereits beschrieben, mittelst Zahnradübersetzung vom Handrade R. Hebel O, welcher mit der Platte P fest verbunden ist, macht somit sämmtliche Bewegungen des Handrades mit. Sobald die Schleiffedern von O die Schienen S₁ und S₂ verlassen haben (Fig. 5^b), tritt O aufser Wirkung und ist infolge dessen von diesem Augenblick an seine Bewegung vollkommen gleichgültig.

Die Stellung der Schienen S₁ und S₂ (Fig. 5^b) ist derart gewählt, dafs sie von Hebel O nur während des Anlassens des Motors überstrichen werden; die Schleiffedern von O verbinden dann die Schienen S₁ und S₂ unter einander und sorgen dafür, dafs die Feldmagnete kurz geschlossen und auf Maximalstärke gehalten werden.

Der Hebel H ist lose über die Hülse 10 geschoben und besteht aus einem Kopftheil, welcher die Contactfedern und die Klinke B mit Klinkengehäuse und Feder trägt, und aus einem Schwanztheile, an welchem eine Gleitrolle 16 angebracht ist. Der Hebel erhält seine Bewegung von der Platte P aus vermittelst der Federhebel D D, welche, gegen den Anschlag Q. geprefst, die Gleitrolle des Hebels zwischen sich einschliefsen und somit als Mitnehmer für den Hebel dienen:

Wird nun an irgend einer Stelle durch einen der Anschläge VV¹ F² V^s oder VV¹V¹V³ die Klinke B und somit der Hebel H festgehalten und dreht sich die Scheibe P weiter, so wird durch die Gleitrolle 16 einer der Federhebel D gespannt, und sobald die Rolle weit genug gedreht worden ist, so dafs die Curve F durch Zurückstofsen der Klinke B die Auslösung bewirkt, fährt der Hebel H in seine durch die beiden Federhebel D und ihren Anschlag Q. bedingte Mittellage zurück.

Die Fig. η^Ά stellt das Anhalten des Hebels H durch den Anschlag F dar und Fig. y^b die Auslösung desselben. Die Platte P hat sich inzwischen um einen Winkel γ gedreht und wird nach Auslösung der Hebel durch die gespannte Feder über die Mittel- oder Ruhelage des Hebels hinweggeworfen.

Würde man nun, nachdem die Umschaltung stattgefunden hat, das Handrad sofort rückwärts drehen, so würde der Hebel durch den unteren Anschlag ν festgehalten, die andere Feder spannen und nach erfolgter Auslösung durch die Curve F wieder in seine frühere Stellung zurückgeworfen werden.

Der Hebel H kann somit in keinem Falle innerhalb des Winkels γ stehen bleiben. Die Anschläge V F¹ F² F³ über der Platte A dienen für die Bewegungen im Sinne des Uhrzeigers, die Anschläge ν ν¹ ν² ν³ unter der Platte A für die Bewegungen im entgegengesetzten Sinne.

Die Anschläge F v, sowie die Klinken B sind aus diesem Grunde auf der einen Seite gerade, auf der anderen abgeschrägt geformt, damit in dem einen Falle ein Anhalten, in dem anderen ein Vorübergleiten stattfinde.

Um die Wirkungsweise des Schalters verständlicher zu machen, werde die Bewegung desselben, während der Motor vom Stillstand bis auf seine gröfste Geschwindigkeit gebracht wird, eingehend verfolgt. Es wird dabei der Hebel H (Fig. 5^b) aus seiner Anfangsstellung Ha in seine Endstellung He gelangen.

Betrachtet man zunächst die Anfangsstellung Ha des unteren Schalthebels H (Fig. 5^b),

so ist aus den Verbindungen zu ersehen, dafs der Anker des Motors durch den Widerstand W kurz geschlossen wird. Diese Kurzschlufsstellung dient dazu, den abgestellten Motor rasch anzuhalten. Dabei werden durch den - Hebel O, der sich in der Anfangsstellung Oa befindet, die beiden Schienen S₁ und S₂ ebenfalls kurz geschlossen, so dafs das Feld des Motors seine gröfste Stärke besitzt.

Wird nun das Handrad im Sinne eines Uhrzeigers gedreht, so wird der Hebel H durch die Zahnradübersetzung ebenfalls in demselben Sinne bewegt und verläfst das Kurzschlufssegment c. Er fährt nun auf die Contacte d des Anlafswiderstandes A W.. Bis zu dem Zeitpunkte, wo der Hebel H das erste Spannungssegment E berührt, bleibt der obere Magnetschaltapparat kurz geschlossen und somit wirkungslos. Während dieser Zeit, bis zu dem Augenblick, wo der Hebel H das erste Spannungssegment E berührt, befindet sich ■ der Schalthebel G auf dem Contacte a_s und tritt der obere Schaltapparat in Wirkung, da zu gleicher Zeit der Hebel O die Schienen S₁ und S.₂ verläfst, also den Kurzschlufs der Feldmagnete unterbricht.

Der Motor ist nun angelassen und läuft mit der Tourenzahl M₀. Wird das Handrad weiter gedreht, so durchläuft der Hebel G die Widerstandscontacte auf dem Wege a_x b₁ b.₂ a.₂, wobei die Tourenzahl des Motors infolge der Schwächung des Feldes von M₀ bis αM₀ gesteigertwird. Wenn der Hebel G die Stellung £₂ angenommen hat, ist der Hebel H an dem Ende des Spannungssegmentes E angekommen und wird durch den Anschlag auf der Platte A (Fig. 2) in dieser Stellung festgehalten, während der obere Schalthebel G sich von b₀ nach a.₂ weiterbewegt, wobei die Feder D gespannt wird. Der Hebel G kann auf dem Wege CL₁ a¹ a.₂ nicht stehen bleiben, sondern kann nur auf die äufsere Stellung U₁ und a.₂ eingestellt werden.

In dem Augenblicke, wo nun der Hebel G aus d.er Stellung a.₂ in die Stellung CL₁ übertritt, wird die Feder D ausgelöst und der Hebel H auf das nächste Spannungssegment aE umgeschaltet. Hierbei ist die Tourenzahl des Motors nach wie vor CtM₀ geblieben und kann durch Drehung des' Hebels G von Ci₁ über b₁ b.₂ nach a.₂ bis auf α² n₀ gesteigert werden. Während der Hebel G von a₂ nach U₁ gelangt, findet wieder die Umschaltung des Hebels H statt und so fort, bis der Hebel endlich in seine Endstellung He gelangt, wobei der Motor mit der Geschwindigkeit 0.⁵M₀ läuft.

Durch Rückwärtsdrehung des Handrades werden sämmtliche Umschaltungen in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen und der Schalthebel G wird durch einen Mitnehmer bewegt, der einen bestimmten todten Gang desselben gestattet, -wodurch es erreicht wird, dafs die Vor- und Rückwärtsschaltung stets mit der Stellung des Hebels G auf den Contacten Ci₁ a¹ a.₂ übereinstimmt.

Durch richtige Abgleichung der Widerstände und richtige Einstellung der Anschläge kann ein vollständig funkenloses Arbeiten des Schalters erzielt werden. Zu diesem Zwecke ist es jedoch erforderlich, dafs die Feldmagnete des Motors aus Eisen in Lamellenform hergestellt werden, damit die Feldstärken den raschen Veränderungen folgen können und damit der Motor bei Vollbelastung eine genügende Schwungkraft beibehält, um während der kurzen Zeit, welche die Veränderuneen und die Umschaltung in Anspruch nehmen, seine Tourenzahl beizubehalten.

Es handelt sich bei vorliegender Erfindung demnach um die Verbindung eines dem Gesetze der geometrischen Reihen unterworfenen Spannungssystems mit zwangläufig den Spannungen entsprechenden Aenderungen der Feldstärke, so dafs man einen Elektromotor mit beliebigen und allmälig veränderlichen Umlaufszahlen betreiben kann, wobei die Einrichtung so getroffen ist, dafs während der Spannungsänderung eine Aenderung der Magnetfeldstärke in der Weise eintritt, dafs zu dieser Zeit eine Aenderung der Umlaufszahl des Motors nicht erfolgt.

Infolge dieser Anordnung wird man daher in den Stand gesetzt, ein sprang- oder ruckweises Aendern der Tourenzahl des Motors auszuschliefsen und vollkommen allmälig auf eine höhere oder niedrigere Tourenzahl bei den günstigsten Betriebsverhältnissen überzugehen.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Eine Betriebsanordnung für elektrische Kraftanlagen, gekennzeichnet durch eine successive Einschaltung der Motoren in Stromkreise, deren Spannungsstärken sich zu einander (annähernd) wie die Glieder einer geometrischen Reihe verhalten, wobei während der Umschaltung auch eine gleichzeitige und zwangläufige Aenderung der Feldintensität in der Weise eintritt, dafs zu dieser Zeit eine Aenderung der Tourenzahl nicht erfolgt, zum Zwecke, nicht eine sprungweise, sondern vollkommen allmälige Veränderung der ' Motorumlaufszahlen zu erreichen, und zu ermöglichen, dafs die als Zwischenregulirung dienende Veränderung des magnetischen Feldes der Motoren für sämmtliche Spannungsdifferenzen (annähernd) die gleiche bleibt.
2. 2. Eine Ausführungsform des unter 1. gekennzeichneten Apparates, bei welcher der die Spannungsänderung bewirkende Schalt-

   hebel (H) lose angeordnet ist und durch federnde Arme (D) einer mit entsprechender Uebersetzung gedrehten Platte (P) so lange mitgenommen, bis der mit ihm verbundene federnde Riegel (B) von einem der Anschläge (V V¹ F² V^s) bezw. (v v^l v² v^%) aufgehalten wird, worauf der eine Federhebel (D) seine Feder spannt, während eine Führungscurve (F) der Platte (P) den Riegel (B) von dem Anschlag zurückdrückt, demzufolge der Schalthebel (H), während der entsprechend schnell bewegte, zur Intensitätsänderung der Feldmagnete vorgesehene Schalthebel (G) den Maximalwiderstand einschaltet, zum nächsten Sparinungssegment geworfen wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.