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Umkehranlasser und -regier für Elektromotoren zum Antrieb von zahnärztlichen
Bohrmaschinen Die Erfindung betrifft einen Regler für elektrisch betriebene Werkzeuge,
insbesondere einen Fußkontrollapparat, der für elektrisch angetriebene chirurgische
Instrumente geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung hat der Kontrollapparat einen veränderlichen,
in den Ankerstrom des Motors eingeschalteten Widerstand, der zweckmäßig ein Teil
eines mit der Hauptleitung verbundenen Potentiometers ist und von welchem der Ankerstrom
abgezapft wird, um so die Geschwindigkeit des Werkzeuges zu regeln. Der Kontrollapparat
weist eine Anzahl feststehender Kontakte auf, welche mit den Hauptleitungen, dem
Feld und dem Anker des zu kontrollierenden Motors verbunden sind; weiterhin einen
ausschwingbaren Arm, der eine Anzahl Kontakte trägt, durch welche der Feldstromkreis
und der Ankerstromkreis gleichzeitig geschlossen werden und die Richtung des Stromes
in einem der beiden Stromkreise umgekehrt werden kann. Ein Kontakt des ausschwingbaren
Armes wirkt mit feststehenden Kontakten des Apparates zusammen, welche mit dem Widerstand
verbunden sind.
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Bei einem einmal eingestellten Widerstand ist die Geschwindigkeit
des durch den Motor angetriebenen Werkzeuges eine Funktion des vom Operateur ausgeübten
Druckes. Der Wechsel der Geschwindigkeit des Motors kann beträchtlich sein und wird
dann durch Änderung der Widerstände ausgeglichen. Diesem Zwecke dient der Kontrollapparat
für den Ankerstromkreis, durch welchen selbsttätig oder durch Einstellung von Hand
oder Fuß dem Ankerstromkreis ein höheres Potential zugeführt wird, wenn die Geschwindigkeit
des Ankers bei Steigen der Belastung sinkt. Wird ein selbsttätig arbeitender Kontrollapparat
gebraucht, so kann die Geschwindigkeit des Werkzeugstahles ungefähr konstant gehalten
werden. Die selbsttätige Regelung der Geschwindigkeit wird durch Benutzung eines
Luft- oder Eisenkernelektrodynamometers mit einer beweglichen Spule erzielt, welches
in Serienschaltung oder in Nebenschluß mit dem Anker liegt und dazu dient, einen
beweglichen Kontakt über einem feststehenden Widerstand zu bewegen. Die Verbindungen
für den Widerstand können in Form einer Kompensationsbrücke geschaltet sein. Das
Feld des Elektrodynamometers kann in Serienschaltung mit dem Motorfeld liegen, wenn
ein Nebenschlußmotor benutzt wird, oder es kann besonders erregt werden, wenn ein
Serienmotor benutzt wird.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele
dargestellt. Abb. r ist ein Stromkreisdiagramm eines selbsttätig wirkenden Fußkontrollapparates
mit einem Luftkernelektrodynamometer und einem Potentiometer im Ankerstromkreis.
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Abb.2 ist ein senkrechter Schnitt durch den Kontrollapparat der Abb.
r; wobei verschiedene Teile weggelassen sind.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach 3-3 der Abb. 2, wobei ebenfalls Teile
weggelassen sind.
Abb. 4 ist ein Schnitt nach 4-4 der Abb. 2. Abb.
5 ist eine Einzelansicht der in Pfeilrichtung 5 (Abb. 2) gezeigten Teile.
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Abb. 5a ist Ansicht eines Einzelteiles. Abb. 6 ist ein Schnitt nach
der Linie. 6-6 der Abb. 5.
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Abb. 7 und 8 sind Draufsicht und Seitenansicht eines Eisenkernelektrodynamometers,
welches an Stelle des Luftkernelektrodynamometers gebraucht werden kann.
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Selbsttätiger Kontrollapparat Der Apparat ist besonders in den Abb.
i bis 6 dargestellt. Er kann durch den Fuß des Operateurs so eingestellt werden,
daß der Motor mit bestimmter Geschwindigkeit vorwärts oder rückwärts läuft, und
daß die eingestellte Geschwindigkeit selbsttätig aufrechterhalten wird. Der Motor
kann ein Serien-oder Nebenschlußmotor sein.
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In dem Stromkreisdiagramm sind die Leitungen 30 und- 31 mit
+ bzw. - bezeichnet. Ein Widerstandsverbindungsstöpsel R kann in einen passenden
Anschluß eines Stromnetzes gesteckt werden. Der Stöpsel hat drei Leitungen 32, 33,
34 die von den Enden 35, 36, 37 ausgehen. Der Stöpsel ist durch eine Zuleitungsschnur
mit einem Kontrollapparat 38 verbunden, welcher v orzugsweise durch Fuß bedient
wird. In Abb. i ist die Zuleitungsschnur weggelassen.
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Nachdem der Strom durch die Leitung 32 des Stöpsels hindurchgegangen,
geht er in die Leitung 39, die teilweise außerhalb und teilweise innerhalb des Kontrollapparats
liegt. Von da gelangt der Strom in den Leitungsring-4o, der zentral auf einer Isolierplatte
41 befestigt. ist, die von dem Gehäuse 42 des Apparats (Abb. 2) getragen wird.
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Der Ring 4o dient zur Verteilung des Stromes nach dem Feldstromkreis
und dem Ankerstromkreis. Die Verbindung nach dem Ankerstromkreis enthält eine unter
Federdruck stehende Bürste 46, die von dem Arm 45 getragen wird, eine Rückenverbindung
47 und eine zweite unter Federdruck stehende Bürste 48, welche über die Segmente
49 und 5o außerhalb des Ringes 40 gleiten kann. Die Segmente sind durch eine Leitung
5 i auf der oberen Seite der Isolierplatte 41 verbunden und durch ein Isolierstück
oder Segment 52 voneinander getrennt (Abb. i).
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Der Strom geht von einem dieser Segmente durch eine Leitung 53 in
eine Spule 54, die einen weichen Eisenkern 54' umgibt. Der Kern hat lamellierte
Eisenpolstücke 55, 56. die z. B. viereckig sind und an Stützen 57 auf der oberen
Seite der Platte 41 und über einer Öffnung 58 (Abb. 3) befestigt sind. Die Spule
trägt zwischen den Polstücken eine Isolierplatte 59, auf der federnde Kontakte 6o,
6i befestigt sind, deren Enden Eisenstücke 6o', 61' tragen, die bei Erregung der
Spule durch die Polstücke 55 bzw. 56 angezogen werden. Von der Spule 54 wird der
Stromkreis durch eine Leitung 62 nach dem Kern 54' fortgesetzt, und wenn die Eisenstücke
6o' oder 61' in Berührung mit ihren Polstücken stehen, geht der Strom durch eine
Leitung 63 zu einer Stelle m (Abb. i) und von dort durch Leitungen in den Kontrollapparat
und durch eine Zuleitungsschnur 65 nach einer Seite 66 des Ankers 67.
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Nach Durchgang durch den Anker 67 kehrt der Strom durch eine Leitung
68 in den Kontrollapparat zurück, zu welchem Zwecke eine biegsame Zuleitungsschnur
und Endverbindungen vorgesehen sind. Im Kontrollapparat kommt der Strom an eine
Stelle 69, wo er geteilt wird. Ein Teil fließt durch die bewegliche Spule 7o eines
Elektrodynamometers 71.
Dieser Strom geht von der Spule 7o durch eine Leitung
72 in ein Metallstück 73, das am Ende eines Isolierarmes 74 getragen wird. Dieser
Teil 73 trägt ein Paar Rollen 75, 76 mit scharfen Kanten, welche über eine gebogene
Widerstandsspule 77 hin und her gleiten können. Der Spulendraht ist durch Lack an
dem sich verjüngenden Kern befestigt. Der Lack ist da entfernt, wo die Rollen in
Berührung mit dem Draht treten können. Die Bewegung des Isolierarmes und der Rollen
wird durch das Elektrodynamometer oder durch Bewegung des Armes 45 herbeigeführt.
Eine Leitung 78 verbindet den Punkt 69 mit den Rollen, wie iri Abb. i angedeutet.
Diese Verbindung kann ein gleichbleibender oder veränderlicher Widerstand 79 sein,
der dazu dient, die Empfindlichkeit des Elektrodynamometers einzustellen und parallel
zur Dynamometerspule liegt. Die Verbindung kann weggelassen werden, wenn die Dynamometerspule
in Serienschaltung mit dem Anker benutzt wird. Die Zeichnung zeigt einen veränderlichen
Widerstand zur Einstellung der Vorrichtung.
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Der Strom tritt von den Rollen 75, 76 in die Spule 77 ein und fließt
durch die Leitung 8o zum Kontakt 81, der gegenüber dem Anker eines Relais 82 liegt.
Von dem Kontakt 8 1 fließt der Strom durch eine Feder 83 in das eiserne Polstück
84, welches die Spule 85 trägt. Der Strom fließt von dem Rahmen der Spule durch
Leitungen 86, 87 zu einem Kontakt im Kontrollapparat und dann durch biegsame Verbindungen
zum Punkt 37, der den Endkontakt der Widerstandspule.34 des Verbindungsstöpsels
bildet. Von der Spule fließt der Strom nach einem Punkt 88, der mit dem negativen
Pol der Hauptleitungen verbunden ist.
In der Abb. i ist die Potentiometerkontrolle
des Ankerstromkreises angedeutet. Eine Leitung 89 verbindet die Punkte a
und b, so daß die Widerstandsspulen 77 und 3.I hintereinandergeschaltet sind,
wobei das Potential für den Motoranker von der Spule 77 abgezapft wird. Die Leitung
89 kann wegfallen, wenn einfach hintereinandergeschalteteWiderstände für
die Regelung des Ankerstromkreises dienen sollen.
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Von dein Verteilungsring .[o fließt der Strom weiterhin durch das
Feld 103 des Motors. Kurze Segmente go und gi werden von der Unterseite der
Isolierplatte 4i getragen, und diese Segmente liegen gegenüber den Segmenten 49,
5o. Ein anderes Paar Segmente 92, 93 ist innerhalb des Bereiches der Segmente go
und gi vorgesehen. Die Segmente in jedem Paar sind durch ein Isolierstück oder Segment
94 bzw. 95 voneinander getrennt. Ein längeres, fortlaufendes Segment 96 liegt außerhalb
der Segmente 92, 93. Die Segmente gi und 9.2 sind durch einen Streifen 97 an der
oberen Seite der Platte 41 miteinander verbunden, während die Segmente go und
93 in ähnlicher Weise durch einen Streifen 98
(Abb.3) verbunden sind.
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Der Strom kann von dem Ring d.o durch eine unter Federdruck stehende
Bürste 99, die vom Arm 45 getragen wird, durch eine Rückverbindung ioo und eine
andere unter Federdruck stehende Bürste ioi in das eine oder andere der Segmente
go oder 9 1 fließen, vorausgesetzt, daß der Arm 45 aus der neutralen Lage
verdreht wird. Der Strom fließt durch Segmente go und Leitung io2 zum Motorfeld
103 und kehrt vom Motorfeld durch eine Verbindungsleitung io2' zum anderen
Segment 92 zurück. Von da fließt der Strom durch die Bürste 1o3', Rückverbindung
iod. und Bürste 105 (welche alle vom Arm 45 getragen werden) in das feststehende
Segment 96 und von da durch die Leitung io6 nach der feststehenden Spule iol des
Elektrodynamometers 71. Dann fließt der Strom durch die Leitung io8 zum Punkt 36,
-welcher einen Endkontakt des Verbindungsstöpsels bildet. Die Leitung io8 liegt
teilweise im Kontrollapparat und teilweise außerhalb desselben. Von der Stelle 36
fließt der Strom durch den Widerstand 33, welcher vorzugsweise induktionsfrei ist,
zum negativen Pol der Hauptleitung.
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Gewisse konstruktive Einzelheiten des Kontrollapparats mit dem Elektrodynamometer
sind in den Abbildungen angedeutet und werden jetzt beschrieben. Die Isolierplatte
41 sitzt fest gegen eine Schulter i io des trommelartigen Metallgehäuses 42 auf.
Zwischen der Platte und der Decke i i i des Gehäuses 42 liegen die Federn, -welche
dazu dienen, die Teile in die neutrale Lage zurückzubringen, wenn der Fuß vom Kontrollapparat
weggenommen wird. Der Arm 45 trägt die beiveg@ichen Bürsten 46, 48, gg, 1oi, 103'
und 105 und kann durch einen vom Fuß aus betätigten Arm i12 hin und her bewegt
werden. Befindet sich der Arm in neutraler Lage, so ruhen die Bürsten 48, 9g und
ioi auf Isolierstücken 52, 94 und 95, und die Stromkreise für den Anker des
Potentiometers und das Feld sind an diesen Punkten unterbrochen. Dadurch wird auch
die Stromzufuhr zur Spule 54 unterbrochen, und die Federkontakte 6o und 61 entfernen
sich von den Polstücken 55 und 56 der Spule 54. Der eine oder der andere dieser
Federkontakte 6o, 61 wird gegen eines der Polstücke der Spule 54 bewegt, wenn der
Arm aus der neutralen Lage gedreht wird.
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Die Vorrichtung zur Bewegung der Kontakte 6o, 61 schließt ein Paar
Hubleisten 113, 114 ein, welche bei 115, 116 auf der oberen Seite des Armes 45 an
diesen angelenkt sind und unmittelbar unter den Federkontakten 6o bzw. 61 liegen.
Die Hubleisten haben schräg abfallende Flächen 117 und 118, welche in Eingriff mit
den Federkontakten 6o, 61 treten, wenn der Arm 45 ausgeschwungen wird. Dadurch wird
der eine oder der andere Kontakt mit seinem Polstück in Berührung gebracht und der
Stromkreis an dieser Stelle geschlossen (Abb. i). Jede Hubleiste hat eine obere
waagerechte Fläche i ig, durch welche der Kontakt gegen das Ende der Spule 54 gedrückt
wird, bis der Arm -weit genug ausgeschwungen worden ist und die Bürsten die Verbindung
mit den Kontakten herstellen und den Stromkreis schließen. Dadurch wird auch der
Stromkreis für die Spule 54 geschlossen, und die Ankerstücke 6ö und 61' -werden
durch die Polstücke angezogen und bleiben in der oberen Lage, bis der Stromkreis
durch Zurückschwingen des Armes 45 in die neutrale Lage unterbrochen wird.
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Der Motorstromkreis kann aus irgendwelchen Gründen geöffnet werden,
und um die Zurückführung des Armes 45 in die neutrale Lage zu gestatten, selbst
wenn vorher die Stromzufuhr zur Spule 54 unterbrochen worden ist, sind die Hubleisten
so angeordnet, daß sie um die Punkte 115 oder 116 ausschwingen können, um die gesenkten
Kontakte 6o, 61 zu umgehen. Diese Kontakte treten in Eingriff mit den Seiten der
entsprechenden Hubleisten und pressen dieselben nach innen entgegen der Spannung
der Feder i?-o. Die Feder hält diese Hubleisten gegen Anschläge 121, 122, so daß
sie unterhalb der beweglichen Kontakte bleiben und letztere durch die Hubleisten
angehoben werden können. Um den Motor wieder anzulassen, ist es
notwendig,
den Arm 45 erst in die neutrale Lage zurückzubringen, und während dieser Rückbewegung
kommt der eine oder der andere der Kontakte in Eingriff mit der Außenseite seiner
entsprechenden Hubleiste und drückt dieselbe nach innen, um die Zurückführung des
Armes in die neutrale Lage zu gestatten.
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Der Arm 45 trägt, wie hier gezeigt, zwei Stifte i23, t24, welche nach
unten ragen und welche mit den Seiten der sebn.enttragenden Arme 125, 126 in Eingriff
treten. Diese Arme haben Zähne 127, die in Eingriff miteinander stehen. Eine Platte
128 aus Isoliermaterial wird von der unteren Seite der Isolierplatte 41 durch Bolzen
129 unterstützt. Diese Platte trägt einen Bolzen 130, von welchem der Segmentarm
125 drehbar getragen wird und weiterhin der Rahmen des Dynamometers. Die beweglichen
Teile des Dynamometers sitzen auf einer Welle, welche zu gleicher Zeit den anderen
Segmentarm 126 trägt.
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Die feststehende Spule 107 des Dynamometers hat einen Unterstützungsrahmen
131, welcher durch Isolierpfosten 132, 133 von der unteren, Seite der Platte unterstützt
wird. Die bewegliche Spule 7o des Dynamometers sitzt in einem Rahmen 134, welcher
auf Bolzen 135, 136 befestigt ist. Diese Rahmen bestehen vorzugsweise aus einer
hoch widerstandsfähigen Aluminiumverbindung, um Wirbelströme zu vermeiden. Der obere
Bolzen 135 tritt durch die Isolierplatte 128 hindurch, und der untere Bolzen sitzt
drehbar in einem Streifen 137, der die unteren Enden der Pfosten 132 und 133 verbindet.
Das obere Ende des oberen Bolzens 135 trägt den Segmentarm 126 und kann viereckig
sein und in eine viereckige Öffnung 138 des Armes 126 passen. Der Isolierarm 74,
der oben erwähnt worden ist, sitzt fest auf dem unteren Bolzen 136, und eine Spiralfeder
139 wird von der Platte 137 unterstützt und ist am Arm 74 befestigt und bestrebt,
denselben entgegen der Uhrzeigerrichtung zu drehen (Abb. i und 4).
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Während der Bewegung des Armes 45 drückt der eine oder der andere
Stift 123, 124 gegen den entsprechenden Segmentarm 125 oder 126, so daß einer dieser
Arme mit dem Arm 45 gedreht wird, während der andere Arm in entgegengesetzter Richtung
ausschwingt. Dadurch wird der Bolzen 135 und die damit verbundenen Teile gedreht,
und auf diese Weise wird die bewegliche Spule des Elektrodynamometers bewegt und
der Arm 74 am Widerstand 77 entlang geführt. Der Kontrollapparat kann also erstens
durch Ausschwingung des Armes 45 in der einen oder anderen Richtung so eingestellt
werden, daß der Strom in der einen oder anderen Richtung durch das Motorfeld fließt,
und dann wird der Arm 74 entlang des Widerstandes 77 in eine bestimmte Stellung
gebracht, wodurch die Geschwindigkeit des Motors eingestellt wird. Die Anordnung
der Segmente und Stifte erlaubt die Einstellung in beiden Richtungen. Die Widerstandsspule
77 ist auf einen Isolierkern 140 aufgewickelt, der durch einen Teil 141 an der Unterseite
der Isolierplatte 128 befestigt ist. Die Rollen 75, 76 stehen in Berührung mit dem
Draht der Spule; an der Unterseite der Platte 128 ist auch die Spule 85 befestigt.
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Der Isolierkern 14o der Rheostatspule 77 trägt einen Kontakt 142,
gegen welchen die Rollen anschlagen, wenn dieselben in die äußerste Lage von der
Hand oder vom Fuß aus bewegt werden. Durch die Berührung der Rollen mit dem Kontakt
142 fließt der Ankerstrom durch den Kontakt 142 und eine Leitung 143 in die Spule
85, weiter in die Leitung 87, die nach der negativen Seite der Hauptleitung führt.
Dadurch wird die Spule 85 erregt, und der von der Feder 83 getragene Anker der Spule
wird von dem Polstück der Spule angezogen und von dem Kontakt 81 entfernt, wodurch
die Stromkreise des Ankers und des Potentiometers geöffnet werden. Der Motor hält
an, und das Dynamometer kehrt in die Normallage zurück. Dabei wird auch der Strom
durch die Spule 54 unterbrochen, und die Federkontakte 6o, 61 fallen nach unten.
Um den Motor wieder anzulassen, muß der Arm 112 in die neutrale Lage zurückgeführt
werden. Der Rückdrehung wird infolge der angelenkten Hubleisten 113, 114 kein Widerstand
entgegengesetzt.
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Wo der Motor durch Hauptleitungen von i io Volt Spannung gespeist
wird, ist das Motorfeld 103 vorzugsweise so konstruiert, daß es nur einen
kleinen Teil des Potentials verbraucht. Das größte Potentialgefälle findet in der
feststehenden Dynamometerspule 107 und dem Widerstand 33 des Verbindungsstöpsels
statt. In dieser Weise wird die Induktanz in dem Stromkreis des Motors verhältnismäßig
klein gehalten, und der Leistungsfaktor des Motorfeldströmkreises ist verhältnismäßig
groß, wenn Wechselstrom gebraucht wird. Der Anker kann so konstruiert sein, daß
er die vollen i io Volt aushält und nur mit einem Teil des Potentials arbeitet.
Die gewählten Spannungen können durch den Kontrollapparat eingestellt werden. Wenn
der Motor bei niedriger Spannung angelassen worden ist, wird bei zunehmender Belastung
des Motors der Arm 74 ausgeschwungen, um dem Ankerstromkreis eine höhere Spannung
zuzuführen, wodurch die Geschwindigkeit nahezu konstant gehalten wird. Die Rollenkontakte
75, 76 bewegen sich bei veränderlicher Belastung hin und her.
Wird
der Motor überlastet, was eintreten kann, wenn der Werkzeugstahl steckenbleibt oder
zu großer Druck angewandt wird, so hält der Anker an, und die elektromotorische
Gegenkraft verschwindet, so daß ein starker Strom durch die Elektrodynamometerspule
fließt. Dadurch werden die Rollen in die äußerste Lage bewegt und in Berührung mit
dem Kontakt 142 gebracht, die Spule 85 wird erregt, der Ankerstromkreis des Motors
geöffnet, der Stromkreis durch die Spule 54 unterbrochen, und die Kontakte 6o,
6 1 fallen herab.
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Der Widerstand 34, der sich in Reihenschaltung mit dem Ankerstromkreis
befindet, kann verhältnismäßig klein sein oder ganz ausgelassen werden; der oben
beschriebene Kontrollapparat arbeitet zufriedenstellend mit einem Nebenschlußmotor,
wenn dieser durch Wechsel- oder Gleichstrom gespeist wird. Die Widerstände und Induktanzen
als auch die Dimensionen des Motors können durch Berechnung so proportioniert sein,
daß der Ankerstrom ungefähr in Phase mit dem Feldstrom ist, so daß eine Drehkraft
bei Wechselstrom entwickelt wird. Durch eine einzige Abänderung der Verbindungen,
wie später angedeutet, und durch Änderung der Widerstände kann der Kontrollapparat
in Verbindung mit Serienmotoren benutzt werden. Wird der Motor durch Akkumulatoren
von geringer Spannung gespeist, so können die Widerstände 34 weggelassen werden
und die Regelung durch einen einfachen Widerstand stattfinden, da der Potentiometer
zu viel Strom verbrauchen würde.
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Um Funkenbildung an den Kontakten zu vermeiden, sind die Enden des
Ankerstrom-und Feldkreises durch Kondensatoren 144 und 145 verbunden.
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Die Abb.7 und 8 stellen ein Elektrodvnamometer dar, das einen äußeren
Kern besitzt und das an Stelle des anderen Dynamometers der Abb. i benutzt werden
kann. Die stationären Feldspulen sind durch i 5o und 151 angedeutet und die bewegliche
Spule bei 152. Die Spulen sind in derselben Weise verbunden wie die Spulen
i07 und 70. Die feststehenden Spulen 150 und 151 sind in derselben Weise gewickelt
wie die Feldspulen eines zweipoligen Motors und sind innerhalb einer Feldkonstruktion
153 montiert, die aus einer Anzahl ausgestanzter Blechtafeln besteht und Pole 154
aufweist. Die ausgestanzten Bleche sind untereinander verbunden und ergeben einen
lamellierten Teil, der an der unteren Seite der Platte i28 befestigt werden kann.
Streifen 155 und 156 sind an der Decke und dem Boden der Konstruktion
153 befestigt. Die Streifen sind vorzugsweise aus Messing und unterstützen den Kern
157, der ebenfalls aus lamelliertem Eisen besteht. Die Welle 15 8 geht durch
den Kern, und das obere Ende der Welle ist mit dem Segmentarm 126 in derselben Weise
verbunden wie der Bolzen 135. Das untere Ende der Welle trägt den Arm 74
in derselben Weise wie der Bolzen 136. Die Welle trägt den Rahmen 159, der
die bewegliche Spule 152 unterstützt.