Titel: Neuerungen an Elektromotoren (Dynamomaschinen).
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 273 (S. 289–303)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj273/ar273062

Neuerungen an Elektromotoren (Dynamomaschinen).

(Patentklasse 21. Fortsetzung des Berichtes Bd. 272 S. 163.1))

Mit Abbildungen im Texte und auf Tafel 14.

1) H. C. Bull und Comp. und Henry Clay Bull in London ordnen nach ihrem Englischen Patente Nr. 10200 vom 21. Juli 1887 die Feldmagnete A, wie die beiden Schnitte Fig. 1 und 2 sehen lassen, in drei Gruppen, jede zu drei Magneten, um den Umfang eines sich drehenden eisernen oder stählernen Cylinders B an, welcher mit irgend welcher Bewickelung nicht versehen ist und mit seinen Endzapfen in den gegen die Grundplatte E isolirten Lagern b ruht. Die frei durch den Cylinder B gehende Welle C der Maschine (Dynamo, oder Motor) liegt in den Lagern D und trägt an einer Seite die Scheibe d, welche mit einem Stifte d1 von nicht leitendem Material versehen ist, der in eine Scheibe b2 greift, die mit dem Lagerhalse des einen Deckels b des Cylinders B aus einem Stücke gegossen ist. Auf diese Weise ist B vollständig isolirt. Jeder einzelne Magnet A ist eigenthümlich gebildet; er besteht aus einem metallischen Kerne a1 und daneben aus nicht leitendem Material a2; darum ist eine Spule a3 von Draht mit zur Achse C parallel laufenden Windungen gewickelt. Auſserhalb dieser Spule, und zwar auf der Seite des nichtleitenden Materials, ist die zweite metallische Hälfte a4 des Kernes angebracht. Von links nach rechts hin kommt also zuerst Metall, dann die eine Seite der Windungen, dann das isolirende Material, dann wieder Metall und endlich die zweite Seite der Windungen. Die Theile des Kernes werden durch Klammern a, von denen sie isolirt sind, getragen und mittels derselben an den Seitenständern F befestigt, welche auf der Grundplatte E festgemacht sind. Der Kern a1 ist auf der Auſsenseite mit Nuthen zur Aufnahme der Spule a3 versehen. Der ganze erzeugte bezieh. verbrauchte Strom geht durch die Spule. Ebenso ist auch der äuſsere metallene Theil a4 des Magnetes mit Nuthen versehen, damit er über die Wickelung a3 paſst. Die inneren, wirksamen Flächen der Magnete A sind ausgebohrt, so daſs die Auſsenfläche des Cylinders B sich ganz nahe an ihnen bewegt, ohne sie zu berühren. Durch diese Anordnung der Magnete sind die elektrischen Kraftlinien gezwungen, sich nur in einer Richtung zu bewegen, so daſs dadurch gleichzeitig der Commutator an der Dynamo bezieh. dem Motor erspart wird.

Da der Cylinder B ohne Wickelung ist, so kann derselbe sehr rasch gedreht werden, und hat dabei in den Spulen Strom zu erzeugen.

2) L. Hanson in Halifax stellt die Schenkel a der Elektromagnete (Fig. 3) aus weichen Eisendrähten her; die Enden derselben werden in |290| geeignete Formen eingelegt und diese hierauf mit flüssigem Eisen ausgegossen, welches, die Drähte innig verbindend, die Polstücke b bezieh. den Bug oder das Joch b1 bildet. In b1 brauchen die Drähte der beiden Schenkel nicht getrennt zu sein. (Englisches Patent Nr. 10240 vom 22. Juli 1887; Zusatz zu Nr. 15230 vom Jahre 1886.)

3) S. Z. de Ferranti in London erhielt das Englische Patent Nr. 12418 vom 13. September 1887 auf Verbesserungen in der Fortleitung des elektrischen Stromes und der Verwendung desselben als bewegende Kraft.

Die Verbesserung in den Leitungen besteht darin, daſs er einen elektrischen Leiter bezieh. ein Kabel mittels Lederriemen an Drähten aufhängt, deren jeder mit seinen beiden Enden an zwei Isolatoren befestigt ist, die auf zwei benachbarten Stangen angebracht sind. Jeder Lederriemen wird um das Kabel herum gelegt und sein Ende wird durch einen über dem Kabel im Riemen angebrachten Schlitz gesteckt.

Bei der Verwendung von Wechselströmen als Betriebskraft führt Ferranti nach Fig. 4 und 5 die Wechselströme durch einen aus zwei Elektromotoren gebildeten Apparat. Der Hauptmotor hat keinen Commutator und ist so eingerichtet, daſs, wenn er mit geeigneter Geschwindigkeit umläuft, diese Geschwindigkeit immer aufrecht erhält und sich mit den Wechseln des durch ihn gehenden Stromes in Uebereinstimmung hält. Der zweite Motor ist viel kleiner, mit Commutator versehen und kann sich sofort in Thätigkeit setzen, sobald der Strom durch ihn hindurchgeht. Sein Anker ist entweder mit dem des ersten Motors durch Räder gekuppelt, oder beide sitzen auf derselben Welle, so daſs, wenn anfänglich der Stromkreis geschlossen wird, der kleine Motor zunächst den Hauptmotor treibt und ihn in diejenige Geschwindigkeit versetzt, bei welcher er in Uebereinstimmung mit dem ihm aus der Leitung gelieferten Strome arbeitet.

Der in Fig. 6 skizzirte Motor hat ebenfalls keinen Commutator und ersetzt für den gedachten Zweck die beiden in Fig. 4 und 5 dargestellten Motoren. Der ringförmige Anker N ist innerhalb eines Ringes O angebracht, welcher zwischen Rollen P ruht, die mit Flanschen versehen und an seinem Umfange in angemessenen Abständen vertheilt sind. Der Anker bewegt sich zwischen zwei im Kreise angeordneten Reihen von Elektromagneten Q, Q, welche abwechselnd Nord- und Südpol haben und von der zum Ringe O concentrischen Welle R getragen werden. In seiner drehenden Bewegung kann der Anker mittels eines Bremsbackens S angehalten werden. Um die Maschine in Gang zu setzen, werden die Wechselströme mit Hilfe der Drähte a und b in den Anker geleitet, während der Anker gleichzeitig mit der Hand in Umdrehung gesetzt wird; diese Bewegung wird durch den Strom unterstützt, und die Magnete mit ihrer Welle bleiben hierbei in Ruhe. Wird nun die Bremse S allmählich gegen den Ring O gepreſst, so wird auch der Anker allmählich zur Ruhe gelangen, wobei aber die Magnete mit |291| ihrer Welle allmählich in Bewegung kommen; ihre Geschwindigkeit nimmt in dem Maſse zu, wie die des Ankers abnimmt, und wächst so lange, bis dieser zur Ruhe gekommen ist, wobei dann die Welle diejenige Geschwindigkeit besitzt, welche der Strom selbst ihr ertheilt. Die hierbei der Welle ertheilte motorische Kraft kann durch Riemenübertragung o. dgl. nutzbar gemacht werden.

4) Eine Dynamomaschine ohne Magnetkern ist von Uppenborn und später von Prof. Forbes angeregt (vgl. Centralblatt für Elektrotechnik, Bd. 8 S. 794: Bd. 9 S. 305) und von R. Eickemeyer in New York zuerst ausgeführt worden. Fig. 7 ist eine Längenansicht nach Fortnahme der einen Eisendecke, Fig. 8 und 9 sind Querschnitte derselben. Der Anker liegt innerhalb der Magnetisirungsspulen, die durch die Seitentheile oder den Mantel zusammen gehalten werden, welcher den Anker möglichst dicht umschlieſst und nur die eisernen Verbindungsstücke der Magnetkerne anderer Maschinen ersetzt. Die Vortheile dieser Anordnung sind folgende. Die Magnetisirung des Ankers erfolgt unmittelbar durch die umgebenden Drahtwindungen; die Kraftlinien nehmen daher ihren Anfang im Eisenkerne des Ankers, und es wird in Folge dessen nahezu der ganze Magnetismus, bis auf einen ganz geringen, kaum nachweisbaren Theil, nutzbar gemacht. Wird der Eisenumhüllung überall genügender Querschnitt gegeben, so können in der Auſsenseite keine Kraftlinien auftreten, und überdies würden sie, wenn sie überhaupt auftreten würden, nicht als eigentlicher Verlust an Magnetismus betrachtet werden können, da sie den Eisenkern des Ankers bereits durchlaufen haben.

Der Anker Fig. 10 ähnelt in seiner Wickelung dem schon früher von R. Alioth und Comp. in Basel (* D. R. P. Kl. 21 Nr. 34783 vom 17. März 1885; vgl. 1887 265 * 436) benutzten. Bei der in Fig. 7 abgebildeten Maschine hat der Anker 44 Abtheilungen, jede mit vier Windungen; die Abtheilungen haben die in Fig. 11 dargestellte Form und werden auf entsprechenden Holzrahmen vorher gewickelt, alsdann mit Schellackfirniſs gut getränkt und nachdem sie getrocknet sind, mit Seidenband zusammen gehalten, worauf sie nach nochmaligem Firnissen und Trocknen auf dem cylindrischen Ankerkern befestigt und durch Bänder zusammengehalten werden. Durch diese Anordnung wird der Anker in allen Abtheilungen vollkommen gleichwerthig, alle Windungen jeder Abtheilung und die Abtheilungen selbst sind parallel, und da sie sich auf den Stirnflächen des Ankerkernes nicht über einander legen, so wird weniger Raum beansprucht, auch ist die Gefahr des Durchschlagens geringer als bei anderen Wickelungsmethoden; endlich ist auch die Herstellung der Wickelung einfach. – Nach angestellten Versuchen ist die Materialausnutzung bei dieser Maschine sehr günstig; auch soll die Maschine nur sehr geringe Funkenbildung zeigen. (Centralblatt für Elektrotechnik, 1888 * S. 477; vgl. auch * S. 681.)

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5) Nicola Tesla hat in einem vor einiger Zeit in dem American Institute of Electrical Engineers (vgl. Transactions of the Institute, Bd. 5 * S. 308 und 325) gehaltenen Vortrage einen neuen Motor angegeben, welcher mit Wechselströmen arbeitet und auf der elektrodynamischen Wirkung beruht, welche zwei mit ihren Achsen rechtwinklig zu einander gestellte, von Wechselströmen durchlaufene Spulen auf das magnetische Feld ausüben. Mittels solcher Motoren will Tesla die Wechselströme zur Vertheilung von Elektricität und zur Kraftübertragung nutzbar machen.

In den Dynamomaschinen werden Wechselströme erzeugt und mit Hilfe des Commutators, der eine wesentliche Veranlassung für häufige Betriebsstörung ist, in Gleichstrom umgewandelt. Dieser Gleichstrom kann nicht unmittelbar im Motor Verwendung finden, sondern er muſs wieder mit Hilfe eines ähnlichen Mittels in seinen ursprünglichen Wechselstrom-Zustand zurückgeführt werden. Die Thätigkeit des Commutators ist daher nur eine rein äuſserliche, die innere Arbeit der Maschine in keiner Weise beeinflussende, und während hiernach alle Maschinen thatsächlich Wechselstrommaschinen sind, erscheint der Gleichstrom nur im äuſseren Stromkreise, auf seinem Wege vom Stromerzeuger zum Motor. In Hinblick auf diese Thatsache empfehlen sich die Wechselströme als eine mehr unmittelbare Anwendung der elektrischen Arbeitskraft, während die Anwendung von Gleichstrom nur dann gerechtfertigt erscheinen würde, wenn die Dynamomaschine denselben unmittelbar erzeugt, und wenn der Motor unmittelbar durch ihn betrieben werden könnte.

Die Thätigkeit des Commutators an einem Motor beschränkt sich aber nicht bloſs auf die soeben besprochene Umkehrung der Ströme, sondern er veranlaſst auch eine selbsthätige, fortschreitende Verschiebung der Pole in dem einen der magnetischen Glieder des Motors. Könnte man also die Umwandlung der Wechselströme des Stromerzeugers und ebenso die Rückverwandelung des Gleichstromes im Motor umgehen, so würde, um eine Drehung des Motors zu veranlassen, noch immer die fortschreitende Verschiebung der Pole eines seiner magnetischen Glieder nothwendig sein.

Um diesen Zweck durch die unmittelbare Wirkung der Wechselströme zu erreichen, verwendete Tesla bei seinen ersten Versuchen einen Trommelanker, der mit zwei rechtwinklig zu einander liegenden Spulen (CC und C1 C1 ) versehen war, deren Enden in der gewöhnlichen Weise mit zwei Paaren isolirter Contactringe verbunden wurden. Ein aus dünnen, gegen einander isolirten Eisenblechen hergestellter Ring wurde ferner mit vier Spulen c1, c2, c3 und c4 bewickelt, von denen je zwei einander gegenüberstehende so mit einander verbunden wurden, daſs sie freie Pole an einander gerade entgegengesetzten Stellen des Ringes erzeugten. Die übrig bleibenden freien Enden der Spulen wurden |293| mit den Contactringen des Ankers im Stromerzeuger verbunden, so daſs zwei unabhängige Stromkreise entstanden, wie in Fig. 12 angedeutet ist.

Da das magnetische Feld des Erzeugers unabhängig erregt wird, so erregt die Umdrehung des Ankers in den Spulen CC Ströme, die in bekannter Weise in Stärke und Richtung wechseln. Während bei der in Fig. 13 abgebildeten Stellung der Strom in den Spulen CC Null ist, besitzt der in den Spulen C1 C1 seine gröſste Stärke, die Verbindungen aber sind so gewählt, daſs der Ring durch die Wirkung der Spulen C1 C1 so magnetisirt wird, wie es die Buchstaben N und S in Fig. 13 andeuten; die magnetisirende Wirkung der Spulen c1, c2 ist gleich Null, da diese Rollen in dem Stromkreise der Spule C liegen.

Ist die Drehung der Ankerspulen um ⅛ Umdrehung in der Pfeilrichtung weiter fortgeschritten (Fig. 14), so erzeugt die Spule C1 einen Strom von der nämlichen Richtung, jedoch schwächer wie vorher, welcher die Pole n1, s1 auf dem Ringe hervorruft; die Spule C dagegen gibt ebenfalls einen Strom von derselben Richtung und erregt die Pole n, s auf dem Ringe; hieraus ergibt sich dann für letzteren die Polarität NS, welche um ⅛ Umdrehung in der Pfeilrichtung gegen die in Fig. 13 vorhandene Lage NS vorgeschritten ist.

Bei vollendeter Vierteldrehung des Ankers hat die Spule C ihren stärksten Strom, C1 dagegen befindet sich in ihrer neutralen Stellung und ist stromlos; die Polarität NS des Ringes stimmt daher jetzt mit ns in Fig. 14 überein, ist also nunmehr ebenfalls um ¼ Umdrehung gegen Fig. 13 fortgeschritten. Bei vollendeter Halbdrehung des Ankers ist der Strom in C Null, dagegen in C1 am stärksten; die Polarität des Ringes rührt von C1 allein her und ist jetzt gerade entgegengesetzt zu Fig. 13.

Bei der folgenden halben Umdrehung des Ankers wiederholen sich dieselben Erscheinungen wie vorher, jedoch unter entgegengesetzter Lage der Pole S und N.

Während einer ganzen Umdrehung des Ankers durchlaufen also die Pole des Ringes den ganzen Kreisumfang, und da jede Umdrehung das nämliche Spiel erzeugt, so entsteht ein schneller Wirbel der Pole. Werden die Verbindungen bei einem der Stromkreise des Ringes umgekehrt, so drehen sich seine Pole im entgegengesetzten Sinne.

Diese Drehung der Pole läſst sich auf verschiedene Arten beweisen. Wird z.B. eine, auf einem Zapfen leicht drehbare Stahlscheibe in die Nähe des Ringes gebracht, so wird dieselbe in schnelle Umdrehung versetzt, deren Richtung mit der Stellung der Scheibe wechselt, und zwar ist, falls die Scheibe sich innerhalb des Ringes befindet, ihre Umdrehungsrichtung entgegengesetzt zu der, welche sie auſserhalb des Ringes annimmt (vgl. Fig. 12); dagegen bleibt sie in Ruhe, sobald sie in eine, zum Ringe symmetrische Stellung gebracht wird. Diese Erscheinungen |294| erklären sich durch folgendes: Sobald sich ein Pol nähert, erzeugt er in dem nächstgelegenen Punkte der Scheibe einen entgegengesetzten Pol, so daſs dieser Punkt der Scheibe angezogen wird. Da sich nun der Pol des Ringes von der Scheibe entfernt, so wird eine tangentiale Wirkung auf dieselbe ausgeübt, die sich fortwährend wiederholt, so daſs eine Drehung der Scheibe eintritt. Ist aber die Scheibe symmetrisch zum Ringe angeordnet, so sind solche Tangentialkräfte auf beiden Seiten der Scheiben thätig und heben sich auf, so daſs dieselbe in Ruhe verbleibt. Die Wirkung wird durch die magnetische Trägheit der Scheibe bedingt, daher ist eine Scheibe aus gehärtetem Stahle vorzuziehen. Mit einer solchen Scheibe kann man allen Unregelmäſsigkeiten in der Wirkung nachspüren. Hält man Eisenfeilspäne auf einem Papiere auſsen nahe an den Ring, so gerathen sie in schwingende Bewegung und bleiben an der Stelle, wenngleich man das Papier vor und zurück bewegt; hebt man das Papier in eine gewisse Höhe, so werden sie weggeworfen, stets in einer der Drehung der Pole entgegengesetzten Richtung. Legt man das Papier flach auf den Ring und gibt plötzlich Strom, so sieht man den magnetischen Wirbel ganz leicht.

Die Drehung der Pole erzeugt natürlich entsprechende Inductionswirkungen und kann zur Erzeugung von Strömen in einem geschlossenen Leiter nutzbar gemacht werden, welcher sich innerhalb des Wirkungskreises der Pole befindet. Hierzu ist es zweckmäſsig, den Ring mit zwei über einander gelegten Spulen zu bewickeln, von denen die eine den primären, die andere den secundären Stromkreis bildet, wie in Fig. 15 angedeutet ist. Der magnetische Kreis muſs, um die beste ökonomische Wirkung zu erzielen, geschlossen sein.

Die auf die secundären Spulen ausgeübte Inductionswirkung wird hauptsächlich eine Folge der Verschiebung oder Bewegung der magnetischen Thätigkeit sein; doch werden in den Stromkreisen auch Ströme in Folge der Veränderung in der Stärke der Pole erzeugt werden. Letztere Wirkung kann jedoch durch geeignete Anordnung des Stromerzeugers und durch geeignete Bestimmung der magnetisirenden Wirkung der primären Spulen beseitigt werden. Wird die Stärke der Pole unveränderlich erhalten, so wird die Wirkung des Apparates eine vollkommene sein, und es wird sich damit dasselbe leisten lassen, als wenn die Polverschiebung mit Hilfe eines Commutators mit unendlich vielen Abtheilungen oder Streifen bewirkt wurde.

Die Anwendung dieser Grundsätze hat zum Baue zweier Grundformen von Motoren geführt. Die eine derselben hat eine verhältniſsmäſsig geringe Drehwirkung bei der Ingangsetzung, arbeitet aber mit vollkommen gleichbleibender Geschwindigkeit bei allen Belastungen und wird „synchron“ genannt. Die zweite Gattung hat eine starke Drehkraft beim Angehen und ist in ihrer Geschwindigkeit abhängig von der Belastung. Diese Motoren können auf drei verschiedene Weisen |295| betrieben werden: 1) durch die Wechselströme der Quelle allein, 2) durch die vereinigte Wirkung dieser Ströme und inducirter Ströme, 3) durch vereinigte Wirkung von Wechselströmen und Gleichstrom.

Die einfachste Form des synchronen Motors ist in Fig. 12 dargestellt und besteht in einem, aus dünnen Platten hergestellten, mit polartigen Hervorragungen versehenen Ring, der mit vier in der vorher beschriebenen Art verbundenen Spulen bewickelt ist. Eine eiserne, runde Scheibe, von der auf zwei gegenüberstehenden Seiten ein Stück weggeschnitten ist, dient als Anker; sie kann sich innerhalb des Ringes möglichst dicht an dessen Polen drehen. Diese Scheibe wird in Folge des Bestrebens, sich immer in die Stellung zu bringen, in welcher sie die gröſste Zahl der Kraftlinien fassen kann, der fortwährend sich verschiebenden Polarität unmittelbar folgen und wird dabei synchron mit dem Anker des Stromerzeugers bleiben. In der Anordnung nach Fig. 12 gibt der Anker bei jeder Umdrehung zwei Stromwechsel in jedem Stromkreise. Würde der Anker bei jeder Umdrehung eine gröſsere Zahl von Strömen liefern, so würde die Geschwindigkeit des Motors entsprechend zunehmen. Da die auf die Scheibe ausgeübte Anziehung dann am gröſsten ist, wenn sich die Scheibe in nächster Nähe der Pole befindet, so wird ein solcher Motor bei allen Belastungen innerhalb der Grenzen seiner Leistungsfähigkeit immer dieselbe Geschwindigkeit beibehalten.

Um das Angehen des Motors zu erleichtern, kann die Scheibe mit einer in sich selbst geschlossenen Spule versehen werden. Die in der Spule beim Anlassen erzeugten Ströme erregen zunächst die Scheibe sehr kräftig, so daſs die vom Ringe auf sie ausgeübte Anziehung verstärkt wird, und da in dieser Spule so lange Ströme erregt werden, als die Geschwindigkeit des Ankers noch geringer ist als die der Pole, so kann ein solcher Motor eine beträchtliche Leistung geben, auch wenn die Geschwindigkeit unter der normalen ist. Da die Polstärke sich nicht ändert, so werden in der Spule keine Ströme mehr erzeugt, wenn der Motor mit normaler Geschwindigkeit läuft.

Anstatt die Spule in sich selbst zu schlieſsen, können ihre Enden auch mit zwei isolirten Schleifringen verbunden werden, denen ein Gleichstrom von einem passenden Erzeuger zugeführt wird. Die zweckmäſsigste Art, einen solchen Motor anzulassen, besteht darin, daſs man zunächst die Spule in sich schlieſst, und zwar so lange, bis die normale Geschwindigkeit ganz oder nahezu ganz erreicht ist, worauf der Gleichstrom zugeführt wird. Die Scheibe darf, wenn der Motor überhaupt angehen soll, durch den Gleichstrom nur so weit erregt werden, daſs die magnetisirende Wirkung des Ringes noch überwiegt. Die Drehung eines solchen Motors kann nicht durch Umkehrung des durch die Spule gesendeten Gleichstromes umgekehrt werden.

Der Synchronismus solcher Motoren kann am besten durch folgenden |296| Versuch bewiesen werden. Bei einem Motor mit feststehendem Feldmagnete, zwischen welchen sich der Anker dreht, wie in Fig. 16, wird durch die Verschiebung der Pole des Ankers eine Drehung des letzteren im entgegengesetzten Sinne hervorgebracht; hieraus folgt, daſs, wenn die normale Geschwindigkeit erreicht ist, die Ankerpole eine feste Stellung gegen den Feldmagnet einnehmen werden, wobei letzterer durch Induction magnetisirt wird, mit einem bestimmten Pole an jedem Polstücke. Wird dem Feldmagnete beim Angehen des Motors ein Stück weichen Eisens genähert, so wird es in Folge der Umkehrungen in der Polarität des Magnetes mit schneller, schwingender Bewegung angezogen, die Schwingungen werden aber mit zunehmender Geschwindigkeit des Motors allmählich seltener, bis sie zuletzt ganz aufhören. Dann wird das Eisen zwar schwach, aber gleichmäſsig angezogen, und beweist, daſs der Synchronismus erreicht und der Magnet durch Induction erregt ist. – Ebenso wird sich die Scheibe, wenn sie dicht an den Anker gehalten wird, so lange drehen, als die Geschwindigkeit der Drehung der Pole diejenige des Ankers übersteigt; ist aber die normale Geschwindigkeit erreicht, so steht die Scheibe still, weil sie dauernd angezogen wird.

In synchronen Motoren ist es wünschenswerth, die Menge des verschiebenden Magnetismus unveränderlich zu erhalten, besonders wenn die Magnete nicht mit entsprechenden Unterabtheilungen versehen sind. Um eine Drehwirkung in diesen Motoren zu erlangen, muſste die Anordnung so getroffen werden, daſs, während die Pole des einen Gliedes des Motors durch die Wechselströme der Quelle verschoben werden, die auf dem anderen Gliede desselben erzeugten Pole stets in demselben Verhältnisse zu den ersteren verbleiben, ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Motors.

Dies ist der Fall bei einem Gleichstrommotor; bei einem synchronen Motor, wie der beschriebene, ist diese Bedingung dagegen nur erfüllt, wenn die Geschwindigkeit die normale ist.

Der Zweck ist durch Anbringung eines entsprechend abgetheilten cylindrischen Eisenkernes innerhalb des Ringes erreicht worden, der mit mehreren in sich selbst geschlossenen Spulen bewickelt ist. Obwohl zwei rechtwinklig zu einander gestellte Spulen wie in Fig. 17 genügen, ist es doch vortheilhafter, mehrere anzuwenden. In Folge dieser Anordnung werden, sobald die Pole des Ringes verschoben werden, in den geschlossenen Ankerspulen Ströme erzeugt, die an oder nahe bei den Punkten der gröſsten Dichte der Kraftlinien am stärksten sind und Pole auf dem Anker erzeugen, die – wenigstens theoretisch – rechtwinklig zu denen des Ringes liegen. Da nun diese Wirkung, so weit die Stellung der Pole in Betracht kommt, vollständig unabhängig von der Geschwindigkeit ist, so wird ein beständiger Antrieb auf den Umfang des Ankers ausgeübt. In mancher Beziehung ähneln diese Motoren |297| den Gleichstrommotoren. Wird die Belastung vermehrt, so vermindert sich die Geschwindigkeit und auch der Widerstand des Motors und es geht mehr Strom durch die erregenden Spulen, wodurch der Trieb vergröſsert wird. Wird die Belastung weggenommen, so wächst die elektromotorische Gegenkraft und es geht weniger Strom durch die primären oder erregenden Spulen. Ohne jede Ladung ist die Geschwindigkeit derjenigen der verschiebenden Pole des Feldmagnetes nahezu gleich.

Eine besonders bezeichnende Eigenschaft derartiger Motoren ist die Leichtigkeit, mit welcher ihre Bewegung umgekehrt werden kann. Es ist dies eine Folge ihrer eigenthümlichen Wirkung. Angenommen, der Anker sei in Bewegung und es werde die Drehungsrichtung der Pole umgekehrt: Der Apparat stellt alsdann eine Dynamo dar, in welcher die zu ihrem Betriebe nöthige Kraft das im Anker aufgespeicherte Moment ist und deren Geschwindigkeit die Summe der Geschwindigkeit des Ankers und der der Pole darstellt.

Da nun die Kraft zur Bewegung einer solchen Dynamo nahezu proportional der dritten Potenz der Geschwindigkeit sein würde, würde schon aus diesem Grunde die Ankerbewegung schnell umkehren. Aber gleichzeitig mit der Umkehrung tritt noch ein anderes Element in Thätigkeit; sobald nämlich die Bewegungsrichtung der Pole gegen die des Ankers umgekehrt wird, wirkt der Motor als ein Stromumsetzer (Transformator), in welchem der Widerstand des secundären Stromkreises ganz auſserordentlich vermindert wird durch Erzeugung einer zusätzlichen elektromotorischen Kraft in diesem Stromkreise. Die Umkehrung erfolgt aus diesem Grunde augenblicklich.

Will man unveränderliche Geschwindigkeit und zugleich eine gewisse Drehwirkung beim Angehen sichern, so erreicht man dies unter anderem dadurch, daſs man zwei Anker, einen für Drehung und den anderen für Synchronismus, auf derselben Achse befestigt und dem einen oder dem anderen das Uebergewicht gibt. Oder es kann ein Anker für Dreh Wirkung bewickelt, ihm aber eine gröſsere oder kleinere Neigung zum Synchronismus durch die besondere Einrichtung des Eisenkernes gegeben werden.

Die erforderlichen Stromphasen in den beiden Stromkreisen kann man – allerdings umständlicher – auch anders als durch zwei rechtwinklig zu einander gestellte Spulen erlangen. Jede der gegenwärtig gebräuchlichen Dynamo kann leicht für diesen Zweck geschickt gemacht werden, indem man Verbindungen nach geeigneten Punkten der erzeugenden Spulen herstellt. In Ankern mit geschlossenem Stromkreise, wie sie bei Gleichstrommaschinen üblich sind, wird dies am besten erreicht, wenn man vier Abzweigungen von ebenso viel gleichweit entfernten Punkten oder Streifen des Commutators macht und jede Ableitung mit einem isolirten Schleifringe auf der Welle verbindet. Es ist dann jeder der Motorstromkreise mit zwei einander genau gegenüberliegenden |298| Streifen des Commutators verbunden. Bei einer solchen Anordnung kann der Motor auch mit halbem Potential arbeiten und in Dreidrahtleitungen, wenn man die Motorstromkreise in richtiger Ordnung mit dreien der Contactringe verbindet.

Mehrpolige Maschinen werden für den gedachten Zweck geeignet gemacht, wenn man auf dem Anker zwei Reihen von Spulen so wickelt, daſs die eine Reihe derselben den stärksten Strom erzeugt, wenn die andere genau oder nahezu in ihrer neutralen Stellung ist, wobei beide Spulenreihen gleichzeitig oder nach einander der inducirenden Wirkung der Feldmagnete ausgesetzt sind.

Im Allgemeinen werden die Stromkreise im Motor ähnlich angeordnet. Am einfachsten und zweckmäſsigsten ist es aber, primäre Stromkreise auf feststehenden Theilen des Motors anzuordnen und dabei Schleifcontacte zu vermeiden. Die Magnetspulen werden dann abwechselnd zu den beiden Stromkreisen verbunden, also die Nummern 1, 3, 5 u.s.w. zu dem einen, 2, 4, 6 u.s.w. zu dem anderen. Die Spulen derselben Reihe werden entweder alle in derselben Weise, oder abwechselnd in entgegengesetztem Sinne verbunden; im letzteren Falle wird ein Motor mit der halben Polzahl erhalten.

Die Anwendung mehrpoliger Motoren bietet bei einer derartigen Einrichtung der Maschinen den bei dem Gleichstrombetriebe nicht erreichbaren Vortheil, daſs der Motor genau mit der vorher bestimmten Geschwindigkeit läuft, unbeeinfluſst von Unvollkommenheiten der Ausführung, von der Belastung und innerhalb bestimmter Grenzen auch unbeeinfluſst von der elektromotorischen Kraft und der Stromstärke.

Für eine Anlage zur allgemeinen Vertheilung des Stromes empfiehlt Tesla folgenden Plan zu Grunde zu legen. In der Centralstation ist ein Stromerzeuger mit einer beträchtlichen Anzahl von Polen zu verwenden. Die von demselben getriebenen Motoren sollen „synchrone“ sein, aber genügende Drehwirkung beim Angehen besitzen. Unter Beobachtung bestimmter Bauregeln mag die Geschwindigkeit jedes Motors nahezu im umgekehrten Verhältnisse zu seiner Gröſse stehen, und die Polzahl soll dementsprechend gewählt werden. Nur bei ausnahmsweisen Anforderungen soll man von dieser Regel abgehen. Mit Rücksicht hierauf ist es vortheilhaft, jeden Motor mit einer gröſseren Zahl von Polvorsprüngen oder Spulen zu versehen; deren Zahl soll vorzugsweise ein Vielfaches von 2 oder 3 sein. Durch einfache Veränderung der Verbindung der Spulen kann man dann den Motor für verschiedene Anforderungen zweckentsprechend machen.

In den jetzt gebräuchlichen Stromumsetzern (Transformatoren) werden die Ströme im secundären Stromkreise durch Veränderung der Stärke der primären oder erregenden Ströme erzeugt. Findet hier eine Proportionalität zum Eisenkerne statt, so wird die auf die secundäre Spule ausgeübte Inductionswirkung proportional sein der Summe der |299| in der Zeiteinheit stattfindenden Stärkenänderungen in dem erzeugenden Strome. Hieraus folgt, daſs für eine gegebene Aenderung die Verlängerung des primären Stromes einen entsprechenden Verlust zur Folge haben wird. Um schnelle Veränderungen in der Stromstärke, wie sie für wirksame Induction erforderlich sind, zu erhalten, muſs eine groſse Zahl von Schwingungen angewendet werden. Hierdurch werden aber die Kosten erhöht, und die Nutzwirkung des Erzeugers wird verringert; es wird mehr Arbeitskraft durch Erhitzung des Kernes verloren und die Leistung des Umsetzers verringert, weil der Kern, in Folge der zu schnellen Umkehrungen, nicht vollständig nutzbar gemacht wird. Durch Anwendung von Tesla's Verschiebung der Pole in einem Umsetzer werden diese Nachtheile vermieden.

In Fig. 18 ist nach Power-Steam vom Mai 1889 * S. 10 ein Wechselstrommotor von Tesla ohne Commutator abgebildet. Er enthält eine Reihe von Feldmagneten mit zwei Gruppen von Spulen, deren Enden an zwei Klemmschrauben geführt sind, in denen der Betriebsstrom zugeführt wird. Letzterer wird der gewöhnlichen Beleuchtungsanlage entnommen, aber unter Anwendung einer Rückleitung, welche es möglich macht, daſs gleichzeitig zwei Wechselströme durch das Feld geleitet werden. Der Anker ähnelt dem gewöhnlichen Siemens-Trommelanker ohne Commutator, seine Wickelung ist aber einfacher, besteht aus nur wenigen Windungen verhältniſsmäſsig dünnen Drahtes und ist in sich geschlossen. Dieser Motor ist gedrängter als ein mit unmittelbarem Strome arbeitender Motor und leichter im Vergleiche zu der gelieferten Kraft.

Fig. 18., Bd. 273, S. 299
6) Die Schuyler-Company (vgl. 1884 254 * 471) gibt dem Anker (Fig. 19), welcher die Trommelform hat und aus Ringen von Eisenblech zusammengesetzt ist, vier Spulen, die durch Holzstreifen von einander getrennt sind. Der Anker ist zwecks guter Ventilation an den Enden offen. Jede Spule besteht aus zwei einander im Durchmesser gegenüber liegenden Wickelungen, deren innere Enden verbunden sind, um die richtige Stromrichtung zu sichern. Hierdurch bleiben die beiden Enden an der Auſsenseite frei, und es ist nicht nöthig die ganze Spule zu erneuern, falls das innere Ende bricht. Bei dieser Art der Verbindung und unter Benutzung eines Commutators geht der Strom beständig |300| in Parallelschaltung durch zwei Spulen und durch eine Spule in Hintereinanderschaltung, während die vierte zwischen den Bürsten ausgeschaltet ist. Man hat noch den Vortheil, daſs, falls eine Spule beschädigt wird, die Verbindung mit ihrer Nachbarin aufgehoben werden und die Maschine mit geringerer Belastung weiter arbeiten kann. Die Enden der Spulen sind mit einem isolirten Ringe verbunden, von welchem parallel zur Welle liegende Drähte nach dem Commutator geführt sind. (Electrical World durch Electrical Engineer vom 19. Oktober 1888 * S. 329.)

7) Nach dem von G. E. Cabanellas in Nanteuil-le-Haudoie, Frankreich (* D. R. P. Nr. 43910 vom 25. Februar 1886) gemachten Vorschlage werden die homologen Spulen, d.h. die in gleicher Weise inducirten Spulen einer Dynamo mit Ringanker und mehr als zwei Polen in folgender Weise geschaltet. Zunächst werden so viel Gruppen angeordnet, als Polpaare vorhanden sind, wobei die einzelnen Spulen der Gruppen hinter einander geschaltet sind; ebenso werden auch die Gruppen selbst hinter einander geschaltet. Liegen bei einem Felde mit erregenden vier Polpaaren auf dem Anker im Kreise herum auf einander folgend die Spulen 11, 21.... 81, 12 22.... 82, 13, 23 .... 83, 14, 24.... 84 , so sind z.B. die Spulen 71, 72, 73, 74 und die Spulen 81, 82, 83, 84 , in Hintereinanderschaltung zu je einer Gruppe vereinigt, während durch die Verbindung von 74 mit 81 die Gruppen hinter einander geschaltet werden. Auf dem Stromsammler sind ebenso viel Streifen als Spulen angebracht, welche in gleicher Weise wie letztere eingetheilt und geschaltet sind, also 11, 12, 13, 14 und 81, 82, 83, 84 unter einander. Durch diese Schaltung wird erreicht, daſs nur je eine Spule jeder Gruppe mit je einem Streifen des Stromsammlers verbunden zu werden braucht, während zwischen den anderen Spulen und Streifen keine Verbindung erforderlich ist.

Diese Schaltung kann mit einigen Abänderungen auch auf Trommelankern angewendet werden.

8) Henrion's Dynamo und Regulatoren. Zur Beleuchtung der jetzigen Pariser Ausstellung (vgl. 1889 273 239) hat die von Krizik (jetzt in Prag) angegebene sogen. Pilsen-Lampe (vgl. 1882 243 428. 1884 251 * 68) in einer groſsen Zahl (etwa 160) Verwendung gefunden. In der Maschinenhalle sind im Schiffe vier solcher Lampen zu 24 Ampère, sechs zu 8 Ampère in der unteren und zwei in den oberen Gallerien; die vier ersteren und die vier Paare der letzteren sind parallel geschaltet, wobei jedem Paare etwas mehr als 2 Ohm und jeder groſsen Lampe 5 Ohm Widerstand zugeschaltet sind. Als Motor dient eine 24pferdige doppelcylindrige Lenoir-Gasmaschine, die 150 Umdrehungen macht und die Dynamo mit 680 Umdrehungen mittels Riemen treibt; letztere liefert 150 Ampère bei 110 Volt und wiegt im Ganzen 1680k. Diese Lampe wird für Frankreich von Fabius Henrion und Comp. in Nancy geliefert. Die von derselben Fabrik gebaute, in Fig. 20 abgebildete Dynamo erzeugt |301| den Strom für die Pilsen-Lampen in der Maschinenhalle; sie ist (nach dem Engineer vom 21. Mai 1889 * S. 457) eine Vierpolmaschine mit gemischter Wickelung und besitzt einen Gramme'schen Scheibenanker. Fuſsplatte, Feldelektromagnetträger und Lager sind in einem Stücke gegossen. Der Anker, welcher auf einen weichen Eisendrahtkern gewickelt ist, ist an einer Kupferscheibe befestigt, deren Rand so gebogen ist, daſs er den inneren Rand der Spule umfaſst. Letztere ist dann centrirt und wird durch Kupferarme in ihrer Stellung erhalten, die an einem Ende an die Scheibe angenietet sind. Die Verbindung der sich im Durchmesser gegenüber liegenden Spulen, welche in einer Vierpolmaschine beständig das nämliche elektrische Potential besitzen, ist in gewöhnlicher Weise durch eine Reihe von Messingringen hergestellt, welche gegen einander isolirt sind und neben einander längs der Welle zwischen Anker und Commutator angebracht sind; jeder Ring bildet eine obere und untere Verbindung zu einem Paare gegenüberliegender Spulen. Diese Ringe nehmen eine nahezu der Länge der Feldmagnete gleiche Länge des Schaftes ein, so daſs der Commutator und die Bürsten ganz frei liegen. Es sind bloſs zwei Gruppen von Bürsten vorhanden; diese stehen um 90° von einander ab und lassen sich mit einander auf einem beweglichen Rahmen drehen. Jede Gruppe enthält zwei Bürsten und jede derselben kann unabhängig von der anderen auf den richtigen Druck eingestellt werden.

Fig. 20., Bd. 273, S. 301
Nachdem die Bürste H (Fig. 21) in den Halter eingesteckt und in ihm durch die Schraube N festgemacht ist, kann sie durch Bewegung des Handgriffes H gegen die Feder S von dem Commutator C entfernt werden oder auf ihn aufgelegt, |302| unter entsprechender Regulirung des Druckes; in der ihr ertheilten Stellung wird dann die Bürste durch Einschrauben des Handgriffes selbst festgemacht.

Jede Dynamo mit guter gemischter Wickelung besitzt doch nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit die richtige Wickelung. Daher wird bei Beleuchtung von Fabriken, wo die Maschine von der Fabriksmaschine oder Betriebswelle aus getrieben wird, eine weitere Regulirung der Geschwindigkeit nöthig. Einen guten Regulator hat Henrion entworfen und schon bei vielen Anlagen mit Erfolg angewendet. Derselbe ist in Fig. 22 abgebildet; seine Aufgabe ist die selbstthätige Einschaltung von Widerständen in die Nebenschluſswindungen der Feldmagnete bei zu groſser Geschwindigkeit und umgekehrt. Durch Geschwindigkeitsänderungen herbeigeführte Aenderungen in der Stärke des durch die Maschine in den Lamperistromkreis gelieferten Stromes werden also durch Widerstandsrollen von richtiger Gröſse ausgeglichen. In erster Linie wird auf mechanische Weise einem zwei Sperrkegel R tragenden Hebel eine hin und her gehende Bewegung ertheilt. In Fig. 22 geschieht dies durch einen Riemen, der von der Dynamowelle oder einer anderen Welle um die am unteren Ende sichtbare Rolle gelegt ist; in dieser Rolle ist in einiger Entfernung vom Mittelpunkte ein Stift angebracht, welcher in einen Schlitz im unteren Ende des Hebels hineinragt und somit den Hebel hin und her bewegt. Am oberen Ende des Hebels befindet sich der Zapfen für einen doppelten Sperrkegel, der sich frei um den Zapfen drehen kann und für gewöhnlich in seiner Gleichgewichtslage erhalten wird. Auf derselben Achse mit dem Hebel, jedoch nicht drehbar mit demselben, sitzen zwei Sperrräder2), die fest mit einander und mit einem Contactarme C verbunden sind; ihre Zähne sind aber entgegengesetzt geschnitten. Die Pole zweier über dem Doppelsperrkegel liegenden Elektromagnete S, S sind der Krümmung desselben entsprechend ausgenommen; geht ein Strom durch einen der Elektromagnete, so zieht er den unter ihm liegenden Sperrkegel an sich heran und legt dadurch den anderen in die Zähne seines Sperrrades ein; bei der Drehung des Hebels wird daher das eine Sperrrad um einen Zahn fortgeschoben und der Umschalterarm C mitgenommen, also Widerstand ein- oder ausgeschaltet. Die beiden Klemmschrauben (+ und –) der Maschine, deren Potential bei veränderlicher Geschwindigkeit unverändert erhalten werden soll., sind unmittelbar mit dem oben liegenden Solenoid A aus dünnem Drahte verbunden. Bei regelrechter Thätigkeit der Maschine wird der Eisenkern des Solenoids in einer bestimmten Lage in der Rolle A erhalten; wächst aber das Potential der Dynamo, so wird der Kern nach unten gezogen und schlieſst so einen Stromweg nach dem linken Elektromagnete S; nun ist aber der Kern selbst durch ein biegsames |303| Glied mit dem einen Pole der Maschine verbunden, der andere Pol dagegen mit den inneren (unteren) Enden der Rollen S, S; daher geht bei der Zunahme des Potentials ein Strom durch den linken Elektromagnet S, zieht den linken Sperrkegel an, legt den rechten in sein Sperrrad und dreht den Contactarm C nach links, so daſs mehr Widerstand in den Nebenschluſsstromkreis der Feldmagnete eingeschaltet wird und dadurch das Potential wieder vermindert wird. Beim Fallen des Potentials geht der Kern an den oberen Contact hinauf, der rechte Elektromagnet S kommt zur Wirkung, C wird nach links bewegt und eine entsprechende Zahl von Widerstandsrollen ausgeschaltet.

Eine gleiche Anordnung hat Henrion auch einem selbsthätigen Regulator der Bürstenstellung gegeben. Die Stellung der Bürsten auf dem Stromsammler (Commutator) hängt bloſs von dem von der Dynamo gelieferten Strome ab; deshalb ist das in Fig. 23 oben sichtbare, die Regulirung vermittelnde Solenoid A aus dickem Drahte gewickelt und vom Hauptstrome durchlaufen. Der Kern dieses Solenoids spielt wieder zwischen einem oberen und einem unteren Contacte, welche genau wie in Fig. 22 mit zwei Solenoiden S aus feinem Drahte verbunden sind. Die beiden entgegengesetzt geschnittenen Reihen von. Sperrradzähnen sind auf einem Viertelkreisbogen angebracht und mit dem hin und her beweglichen Rahmen verbunden, der die Bürsten tragt; das Ganze wird selbsthätig vorwärts und rückwärts geschoben, wenn die Stromstärke zu- oder abnimmt. In diesem Regulator wird die schwingende Bewegung dem Hebel, welcher die beiden Sperrkegel trägt, durch das in Fig. 24 sichtbare groſse Zahnrad mitgetheilt. Ein an der Stirnfläche dieses Rades sitzender Stift wirkt in einem Schlitze des Hebels. Das groſse Zahnrad wird durch ein kleineres in Umdrehung versetzt, welches seinerseits durch eine in Fig. 24 nicht sichtbare, auf derselben Achse hinter dem Apparate sitzende Schnurscheibe getrieben wird.

Vgl. auch Immisch 1889 273 * 126; Kapp 1889 273 * 128; Sandwell 1889 273 27.

|302|

In Fig. 22 ist nur das eine D gezeichnet.

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