Titel: Neuerungen auf dem Gebiete der elektrischen Maschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 404–408)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324126

Neuerungen auf dem Gebiete der elektrischen Maschinen.

Von Dipl.-Ing. Bujes, Charlottenburg.

(Fortsetzung von S. 389 d. Bd.)

C. Wechselstrom.

Auf dem Gebiete der Wechselstromtechnik ist in der letzten Zeit wenig-prinzipiell neues erschienen, außer der weiter unten beschriebenen Regelungs- und Anlaßmethode für Drehstrommotoren von Heyland; dennoch fanden manche schon früher theoretisch erkannte Tatsachen erst jetzt ihre Verwendung in der Praxis. So war das Prinzip des Repulsionsmotors schon seit Elihu Thomson bekannt, praktisch brauchbare Ausführungen sind aber erst den letzten Jahren zu verdanken, als man besonders den Mangel eines Wechselstrommotors mit ökonomisch regulierbarer Tourenzahl immer stärker empfunden hat.

Textabbildung Bd. 324, S. 404

Wegen der großen Bedeutung des Repulsionsmotors für manche Betriebe wollen wir auf das bekannte Prinzip4) seiner Wirkungsweise hier kurz eingehen und auf seine sich daraus ergebende Verwendbarkeit hinweisen.

Der Ständer eines Repulsionsmotors ist gewöhnlich mit einer in Nuten untergebrachten Spulenwicklung und mit ausgeprägten Polen versehen. Der Rotor hat eine gewöhnliche Gleichstromwicklung mit Kommutator, dessen Bürsten (B) (Fig. 23) kurzgeschlossen sind und einen Winkel mit der Statorachse einschließen.

Der Stator erzeugt hier vermittels des Rotors das Querfeld F und zwar kann man sich das Entstehen des letzteren auf folgende Weise erklären:

Die Gesamtwirkung der Amperwindungen des Rotors denkt man sich in zwei Komponenten zerlegt: in die X- und Y-Achse, so daß ihre geometrische Summe gleich der Resultierenden in der Bürstenachse ist. Fließt nun im Rotor ein Strom J2, dann wird die Rückwirkung der Amperwindungen auf den Stator in der Y-Achse durch die Primärwindungen kompensiert, es bleibt hiernach nur die Wirkung der stromdurchflossenen Rotorwicklung in der X-Achse, die das Feld F erzeugt.

Dieses Feld F ist in Phase mit dem Rotorstrom J2 und ihm proportional und bildet mit ihm ein starkes Drehmoment, solange keine anderen störenden Einflüsse in Betracht kommen, wie es der Fall beim ruhenden Motor ist. Mit wachsender Geschwindigkeit des Rotors entsteht aber unter den kurzgeschlossenen Bürsten eine neue elektromotorische Kraft – der Rotation – infolge der Drehung des Rotors im Felde F. Sie ist wiederum dem Felde proportional und mit ihm in Phase, und ist mit der gegenelektromotorischen Kraft eines Gleichstrommotors identisch; sie schwächt also den Ankerstrom und damit das Drehmoment. Damit hat der Repulsionsmotor bei konstanter Bürstenstellung das Verhalten eines Serienmotors. Durch Verstellen der Bürsten und die dadurch veränderte Wirkung der Amperwindungen in der Richtung der X-Achse, kann man zwischen bestimmten Grenzen jedes Drehmoment und damit auch jede beliebige Tourenzahl erzielen. Auch die Umkehrung der Drehrichtung kann durch entsprechende Veränderung des positiven Bürstenwinkels (a) in einen negativen erreicht werden.

Textabbildung Bd. 324, S. 404

Das Bürstenfeuer eines Repulsionsmotors kann leicht durch eine entsprechende Wahl der Große des Hauptfeldes Φ zum Querfelde F vermindert werden. Die günstigsten Verhältnisse treten auf, wenn die Bedingung erfüllt ist:

wobei n die sekundliche Umdrehungszahl des Motors und v = Periodenzahl des zugeführten Wechselstromes darstellt. Hieraus folgt, daß man bei jeder Tourenzahl durch Erfüllen der obigen Bedingung ein funkenfreies Arbeiten des Motors erzielen kann.

Zwecks feinerer Tourenregulierung führt die Firma Brown, Boveri & Co. die Repulsionsmotoren mit 4 Bürsten f.d. Polpaar (Fig. 24), nach dem Vorschlag von Déri5) aus.

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Textabbildung Bd. 324, S. 405
Textabbildung Bd. 324, S. 405

Das eine Bürstenpaar B1B1 bleibt stets in der YY-Achse, während das andere Bürstenpaar B2B2 um gleiche Winkel, nach beiden Seiten von dieser Achse aus gerechnet, um den Kollektor verschiebbar ist. Da der Anker stets zwischen zwei benachbarten Bürsten B1B2 stromlos ist, so werden für kleine Winkel a, wenn die Bürsten B2B2 z.B. um die Breite einer Ankerspule in der Drehrichtung- verschoben werden, die Querwindungen um zwei Spulen vergrößert, die Gegenwindungen um ebensoviel verkleinert, während beim gewöhnlichen Repulsionsmotor bei gleicher Bürstenverschiebung die Querwindungen um vier Spulen vergrößert, die Gegenwindungen um vier verkleinert werden. Beim Dm-Motor kann also die Tourenzahl, bzw. das Drehmoment mit etwa der doppelten Genauigkeit durch Verschiebung der Bürsten eingestellt werden, als beim gewöhnlichen Repulsionsmotor. Eine Ausführung dieses Motors zeigt Fig. 25.

Auf Grund seiner beiden Eigenschaften, der idealen Regulierungsfähigkeit der Tourenzahl bei hohem Anzugsmoment und des funkenfreien Arbeitens, hat der Repulsionsmotor Verwendung im Antrieb von Ringspinnmaschinen mit periodisch veränderlicher Tourenzahl gefunden. Die Wichtigkeit der Regulierfähigkeit der Tourenzahl von Ringspinnmaschinen soll im folgenden auseinandergesetzt werden:

Die Ringspinnmaschine hat bekanntlich eine dreifache Aufgabe zu erfüllen: Sie soll das Vorgarn auf die nötige „Feinheit,“ das heißt auf den endgültigen Durchmesser des Fadens verziehen, sie soll dem Faden eine bestimmte Verdrehung, „den Draht,“ erteilen, damit er zugfest wird, und sie soll ihn in geeigneter Weise aufspulen.

Der Läufer, das c-förmig gebogene Häkchen, das auf einem schienenartigen Bordring umlaufen kann, ist das Regulierwerk der Ringspinnmaschine. Von der Differenz: „Spindelumläufe minus Läufer umlaufe“ und vom jeweiligen Durchmesser der aufgewickelten Spule ist die Menge des aufgewickelten Garns abhängig.

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Die Fadenspannung, die sich eventuell bis zum Fadenbruch steigern kann, wird nun beim Aufwickeln auf kleinere Durchmesser größer sein, als unter denselben Verhältnissen bei größeren Durchmessern und |406| deshalb gibt es für jede Ringspinnmaschine mit konstanter Tourenzahl einen kleinsten Durchmesser der Spule, der praktisch noch besponnen werden kann; je größer der Durchmesser der aufzuwickelnden Spule, umso höher die mit Rücksicht auf die Fadenspannung zulässige Drehzahl.

Textabbildung Bd. 324, S. 406

Am unteren Ende der Hülse werden kegelförmige Fadenschichten aufgesponnen, indem das Ringband sich auf und ab bewegt, und zwar in den unteren Lagen langsamer. Auf solche Weise entsteht ein nach oben kegelförmig- begrenzter „Aufsatz.“ Die Ausbildung- des „Ballons,“ das ist der zwischen Oese und Läufer befindlichen Fadenlänge, wirkt infolge der Zentrifugalkraft günstig auf das Zustandekommen der Komponente zur Bewegung des Läufers. In oberen Schichten der Spule dagegen fällt diese Wirkung fort, und der Faden wird wiederum mehr gespannt. Auch hier kann man die Spannung durch Herabsetzung der Spindel- und damit der Läuferdrehzahl vermindern.

Wie ersichtlich, ist es also notwendig, bei einer Ringspinnmaschine während einer Spinnperiode die Tourenzahl verändern zu können, denn beim Antrieb mit einer konstanten Drehzahl wird dieselbe dem kleinsten Spulendurchmesser und der höchsten Spulenlage entsprechend eingerichtet; auf diese Weise wird die Ringspinnmaschine in bezug auf ihre Leistungsfähigkeit nicht vollständig ausgenutzt. Ist aber die Tourenzahl veränderlich, dann läßt man die Spindel beim „Ansatz“ und gegen Ende der Spinnperiode langsamer laufen, auch während des Spulens auf kleinere Durchmesser kann man von Hand oder automatisch die Tourenzahl der Spindel verringern.

Wenn man noch bedenkt, daß man auch je nach der Garnsorte und Baumwollqualität, bei alten und neuen Maschinen, gern die Drehzahl veränderlich einrichtet, wird man auch das Bedürfnis eines regelbaren Motors zum Antrieb von Ringspinnmaschinen einsehen. Deshalb ist der Repulsionsmotor mit seinen regelbaren Tourenzahlen und starkem Anlaufmoment6) eine willkommene Antriebsmaschine von Ringspinnmaschinen in elektrischen Wechselstromanlagen (in Gleichstromanlagen wird der Nebenschlußmotor verwendet).

Fig. 26 zeigt nun deutlich die Veränderung der Tourenzahlwährend einer Spinnperiode, die verminderte Drehzahl während des „Ansatzes“ und gegen Ende der Spinnperiode, aber auch das Spulen auf kleinen und auf großen Durchmesser mit verschiedenen Tourenzahlen ist aus der Figur ersichtlich.

Einen Repulsionsmotor der Firma Brown, Boveri & Co. mit automatischer Bürstenverstellung zeigt Fig. 27.

Die Motoren sind stets mit den Spinnmaschinen direkt gekuppelt und als Durchzugstype ausgeführt (s. S. 354), sie sind also gegen den Spinnsaal abgeschlossen (Fig. 27), saugen selbst die zur Kühlung nötige Luft aus ins Freie führenden Kanälen an und stoßen die erwärmte in andere Kanäle ab. Die letzteren dienen gleichzeitig zur Aufnahme der Stromzuführungskabel, so daß im Spinnsaal selbst kein unter Spannung stehender Teil sich befindet. Das Fehlen der geräuschlosen und nicht ungefährlichen Riemen verleiht dem Spinnsaal ein ruhiges und übersichtliches Aussehen (Fig. 28).

Auch das Prinzip der Reihenschlußkollektormotoren für Wechselstrom ist schon lange bekannt und ist auch an anderer Stelle in dieser Zeitschrift7) erwähnt worden; sind dagegen dort die Hauptrepräsentanten der Reihenschlußmotoren behandelt, so möchte ich hier auf eine Motortype hinweisen, die durch eine verbesserte Methode |407| der Kompensierung der Segmentspannung die Aufmerksamkeit auf sich lenkt8).

Würde man durch einen gewöhnlichen Gleichstrom-Hauptschlußmotor mit lamellierten Statoreisen Wechselstrom durchschicken, so müßte unter den Bürsten ein heftiges Feuer auftreten. Die Ursache dieses Feuers ist eine E.M.K., die bei stillstehendem Motor als Folge der transformatorischen Wirkung des Hauptwechselfeldes in der durch die Bürsten kurzgeschlossenen Spule entsteht. Setzt sich nun der Anker in Bewegung, dann kommt noch zu der eben erwähnten E.M.K., die im allgemeinen Kurzschluß-E.M. K. genannt wird, eine durch die Rotation der kurzgeschlossenen Windung- in dem vom Anker erzeugten Felde hervorgerufene E.M.K. hinzu, die den Namen der Rotations-E.M. K. führt. Diese beiden E.M.K.K. erzeugen nun einen Strom, der sich über die Bürste schließt und so das Feuern verursacht. Um das zu verhüten, werden zwischen den Hauptpolen, wie bei Gleichstrommaschinen mit Wendepolen, Hilfspole in der Richtung der Bürstenachse eingebaut, die den Zweck haben, eine E.M.K. in der kurzgeschlossenen Windung zu erzeugen, die die beiden anderen E.M.K.K. aufheben soll.

Nun sind die beiden E.M.K.K. um 90° gegeneinander zeitlich verschoben und zwar ist die E.M.K. der Rotation in Phase mit dem Hauptstrom; die aus beiden Resultierende eilt also dem Hauptstrom um einen Winkel ϕ nach (Fig. 29). Um denselben Winkel muß auch die durch die Rotation im Hilfsfelde erzeugte E.M.K. dem Hauptstrom nacheilen; mit anderen Worten, es muß auch der die Hilfspole erregende Strom um denselben Winkel dem Hauptstrom nacheilen. Zur Aufhebung der Selbstinduktion des Ankers in der Richtung der Bürstenachse ist am Stator noch eine Kompensationswicklung in Form einer kurzgeschlossenen Spule angeordnet.

Die Maschinenfabrik Oerlikon, die diese Art Motoren für Schmalspurbahnen ausführt, erreicht nun die Phasenverschiebung des die Hilfspole erregenden Stromes auf vierfache Weise (Fig. 30a, b, c, d).

Alle Schaltungen in den obigen Figuren beziehen sich auf eine zweipolige Anordnung, und die Achsen der Spulen fallen mit den von ihnen erzeugten Feldern zusammen.

In Fig. 30a sind alle drei Wicklungen: Hauptfeld-, Anker- und Hilfspolwicklung in Serie geschaltet; parallel zur Hilfspolwicklung ist ein induktionsloser Widerstand gelegt, wodurch die Phase des Stromes in H gegenüber dem Hauptstrom eine Verschiebung erleidet.

In Fig. 30b ist H mit einer Selbstinduktion S in Serie, der Ankerwicklung parallel gelegt; auch hierdurch kann man eine Phasenverschiebung des Stromes in H gegenüber dem Hauptstrom erzielen.

Textabbildung Bd. 324, S. 407
Textabbildung Bd. 324, S. 407
Textabbildung Bd. 324, S. 407
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In Fig. 30c wird die Spannung der Hilfspolwicklung durch einen Serientransformator erzeugt, der parallel zum Anker liegt. Und schließlich in Fig. 30d wird weitgehendste Regulierung der Phasenverschiebung und der Stromstärke in der Hilfspolwicklung in der Weise erreicht, daß H erstens mit der Hauptwicklung und dem Anker in Serie, wie in Fig. 30a, geschaltet, außerdem aber noch Spannung vom Serientransformator bekommt, der parallel zum Anker liegt. So kann man sich dann stets den Zustand der idealen Kommutierung durch Veränderung des Uebersetzungsverhältnisses des Transformators herstellen; wohlgemerkt nur während des Betriebes, da bei Stillstand des Motors die Wirkung der Hilfspolwicklung überhaupt außer Kraft tritt und die |408| transformatorische Spannung, die jetzt einzig und allein in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Windungen auftritt, findet keine G.E.M.K. und trägt so, falls das Hauptfeld beim Anlaufen stark ist, zur Funkenbildung bei.

Den mechanischen Aufbau dieses Motors stellten Fig. 31 u. 32 dar. Der Stator erinnert an das Gehäuse der Induktionsmotoren; man sieht auch deutlich die drei verschiedenen Wicklungen: F, K und H, die als verteilte Nutenwicklungen ausgeführt sind. Außer dem gelochten Statorblech fällt auch der reichlich bemessene Kommutator auf, worin ebenfalls eine Eigentümlichkeit der Kollektormotoren für Einphasenstrom erkennbar ist.

Man kann es als Vorzug- dieser Motorbauart betrachten, daß die Ankerwicklung als sechspolige Schleifenwicklung mit Ausgleichsleitern ohne irgendwelche besondere Widerstandsverbindungen mit dem Kommutator ausgeführt wird.

Wird nun noch die Kompensationswicklung nicht als in sich kurzgeschlossen, sondern in Serie mit der Hauptmagnetwicklung geschaltet, dann sind auch diese Motoren ohne weiteres für Gleichstrombetrieb brauchbar.

(Schluß folgt.)

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E.T.Z. 04. Dr. Eichberg. Einphasenkollektormotoren und ihre Regelung. Kapp. Dynamomaschinen für Gleich- und Wechselstrom. 4. Aufl. S. 557.

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E.T.Z. 05. Danielson: „Die günstigste Anordnung von Wicklung und Bürstenstellung bei kompensierten Repulsionsmotoren.

E.T.Z. 07. „Regulierung von Repulsionsmotoren durch Bürstenverschiebung.“

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Erfahrungsgemäß erfolgen umso weniger Fadenbrüche, je gleichmäßiger der Motor anläuft und wenn er das 2 bis 2,5-fache seines normalen Drehmomentes entwickelt.

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D. P. J. 1908, S. 9.

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D.R.P. No. 162781.

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