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Wechselstromgleichrichter mit harmonisch schwingendem Anker und frei
schwingenden Gleichstromabnahmestücken E s ist bereits eine
Anordnung zur Gleichrichtung eines Wechselstroms durch Stromabnahmestücke bekannt,
die nur mit dem durch den Wechselstrom elektromagnetisch erregten, mit ihm isochrone,
harmonische Schwingungen ausführendenAnkerverbtinden sind und durch die Ankerschwin
igungen ihrerseits zu Schwingungen angeregt werden, die den zur Gleichrichtung erforderlichen
Kontaktwechsel bewirken. Diese bekannten Anordnungen leiden aber an verschiedenen,
die praktische Brauchbarkeit des Apparats wesentlich beeinträchti-enden Mängeln;
die dort vorgesehene Verbindung der Stromabnahinestücke mit dem Anker durch Spiralfedern
ist eine zu lose, keine dauernd sichere Führung der Stromabnahinestücke gewährleistende
und hat außerdem zur Folge, daß jedes Gleichstromabnahmestück sich während einer
Schwingungshälfte um das eine Ankerkontaktstück, während der anderen um das andere
dreht, was zur Folge hat, daß beim Durchgang durch die Gleichgewichtslage, also
beim Kontaktwechsel, das Stromabnahmestück eine gewisse Zeit auf beiden Ankerkontaktstücken
mitgeführt wird und dadurch ein Verlust an Gleichstrom eintritt. An diesem Übelstand
leidet auch eine andere Ausführungsforrn der bekannten Anordnung, bei der zwar die
lose Spiralfederverbindung der Stromabnahmestücke mit dem - Anker durch am
Anker befindliche Drehungsachsen ersetzt ist, aber die Kontaktstücke der Stromabnahmestücke
nicht fest, sondern durch Blattfedern miteinander verbunden sind und daher beim
Durchgange durch die Gleich-,gewichtslage während der Dauer des auf die beiden zugehörigen
Ankerkontaktstücke gleichzeitig wirkenden Federdruckes den letzteren eine gewisse,
durch den Druck bedingte Zeit aufliegen, in der keine Gleichrichtung stattfindet.
Der Beseitigung dieser Mängel dient die vorliegende neue Anordnung.
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Gemäß der Erfindung sind federnde, aber miteinander fest verbundene
und voneinander isolierte, an die Wechselstrompole abgeschlossene Kontaktstücke
am Anker so angebracht, daß sie gegen Gleichstromabnahmestücke drücken, die um am
Anker befindliche Drehungsachsen frei beweglich sindund durch die Ankerschwingungen
zur Ausführung isochroner Schwingungen um ihre Drehungsachsen derart angeregt werden,
daß jedes Stromabnahmestück nur in den Augenblicken der Stromwechsel mit zwei miteinander
fest verbundenen und voneinander isolierten Kontaktstücken des Ankers gleichzeitig
zur Berührung kommt und den Kontakt mit ihnen wechselt.
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Die Gleichstromabnahmestücke haben also, ebenso wie bei der letztgenannten
Ausführungsform
der bekannten Anordnung, am Anker befindliche Drehungsachsen,
aber die beiden Kontaktstücke eines jeden sind miteinander und dem Stromabnahmestück
fest verbunden. Ebenso sind die ihnen zugehörigen voneinander isolierten Ankerkontaktstücke
miteinander fest verbunden, aber an einer am Anker befindlichen Blattfeder so angebracht,
daß sie durch diese gegen die Stromabnahmestücke gedrückt werden. Abb. 2 veranschaulicht
die Anordnung von oben, Abb. 3 von der Seite gesehen. a-a ist ein vom Wechselstrom
elektromagnetisch erregter und mit ihm isochrone, harmonische Schwingungen ausführender
Anker mit der vertikalen Drehungsachse o-o. a,-al-al, a,-a2-a, sind die T-förmig
gestalteten Gleichstromabnahmestücke mit den ebenfalls'vertikalen Drehungsachsen
ol-oi, o2-o2 und den Kontaktstückpaaren 11, l," und 1" l,'. Das zu
11, l,' gehörige Ankerkontaktstückpaar ist kl, kl", das zu 12,
1. / gehörige ist k, k,'. Die Kontaktstücke
k, und k2
sind leitend miteinander und dem einen Wechselstrompole
p, ebenso kl' und k2' mit dem andern Wechselstrompole p' verbunden, und in
diese Verbindung ist die Ankerwicklung w, zu eingeschaltet. Wenn der Anker schwingt,
ist jeder der Pole p, p' während einer Wechselstromphase nur mit einem
Gleichstrolnabnahmestück leitend verbunden, indem immer zwei einander diametral
gegenüberliegende Ankerkontaktstücke mit den Gleichstromabnahmestücken durch deren
Kontaktstücke in Berührung treten, während der einen Phase k, und k2' durch
11 und 1.** während der anderen k2 und k,' durch 1.
und Il', so daß der Wechsel der Berührung der Gleichstroinabnahmestücke mit den
Ankerkontaktstücken und damit der Wechsel der Verbindung der Stromabnahmestücke
mit den Wechselstrompolen nur in den Augenblicken des Durchgangs des Ankers durch
die Gleichgewichtslage, also beim Wechsel der Stromrichtung stattfindet. Die Kontaktstücke
sind als zur Zeichenebene von Abb. 2 senkrechte, also der Drehungsachse des Ankers
parallele Streifen ausgebildet. k, und k,' sind in etwa 4 mm Entfernung voneinander
auf das Isolierstück il aufgeschraubt, k, und k,.' ebenso auf das Isolierstück
i, il und i2 sitzen an den Blattfedern bzw. ft und f, Diesen ist die
aus der Abb.:2 ersichtliche Gestalt dadurch gegeben worden, daß geradlinige Blattfedern
an den Enden halbkreisförmig umgebogen und die umgebogenen Enden durch geradlinige
Blattfederstücke miteinander verbunden sind. An den diesen Verbindungsstücken gegenüberliegenden
Blattfederteilen sitzen in den Mitten il und i., während die Mitten der Verbindungsstücke
selbst mit den Enden des Ankers an dessen Unterseite fest verbunden sind. Diese
Verbindung ist aus Abb. 3 ersichtlich, wurde in Abb. 2 aber fortgelassen.
An den aus starkem Blech gebogenen U-Stückenttl.-ul-ii, und tie-tie-ii2 sitzen in
den Mitten der die Schenkef verbindenden Zwischenstücke die Mitten der Verbindungsstücke
der Blattfedern, während die oberen Schenkel der U-Stücke mittels zweier weiteren
Isolierstücke ii', 4-' mit dem Anker fest verbunden sind. jedes der T-förmig gestalteten
Gleichstrornabnahmestücke besteht aus zwei rechteckigen Platten, einer größeren
und einer kleineren in ihrer Mittellinie zur größeren senkrechten Platte. An der
größeren sitzt die Verbindungslitze mit der Gleichstromleitung, außerdem dient sie
dazu, dern, Gleichstromabnahmestück die erforderliche Massenträgheit zu geben. Die
der größeren Platte abgewandte Seite der kleineren Platte jedes Stromabnahmestücks
liegt den Ankerkontaktstücken zugewandt. jedes Stromabnahmestück hat auf dieser
Seite der kleineren Platte dieser anliegend seine in der Ebene der größeren Platte
liegende Drehungsachse und symmetrisch zu beiden Seiten und den Ankerkontaktstücken
gegenüber und anliegend seine beiden Kontaktstücke. Die Enden der Dfehungsachsen
der Stromabnahmestücke ruhen in Lagern, die mit den Schenkeln der U-Stücke fest
verbunden sind. Um möglichst gleichmäßige Drehung der Gleichstromabnahmestücke uni
ihre Achse zu erzielen, sind ihre Kontaktstücke auf den den Ankerkontaktstücken
zugewandten Seiten zylindrisch geschliffen.
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Die Bedeutung der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß durch
sie, wie weiter unten noch besonders ausgeführt wird, die zur Gleichrichtung des
Wechselstroms erforderlichen Kontaktwechsel von so kurzer Dauer werden, daß sie
praktisch als momentan bezeichnet werden können. Da außerdem die Ankerschwingungen
als harmonische, mit dem Wechselstrom isochrone Schwingungen vorausgesetzt werden
und die Kontaktwechsel in den Augenblicken der mit Maximalgeschwindigkeit erfolgenden
Durchgänge durch die Gleichgewichtslage stattfinden, die mit denen der Stromwechsel
zusammenfallen, so wird durch die beschriebene Einrichtung eine praktisch als vollkommen
zu bezeichnende Gleichrichtung gewährleistet. Der Kontaktwechselvorgang ist dabei
folgender: Durch die Ankerschwingungen werden die Stromabnahmestücke ihrerseits
infolge ihrer Trägheit zur Ausführung i sochroner S chwingungen angeregt,
und es genügen bereits kleine Ankerschwingungen, um kräftige Schwingungen der Stromabnahmestücke
züi erzeugen. Dabei drehen sich die Strornabnahmestücke um ihre mit dem Anker schwingenden
Achsen o,-oi,
o.-op. Eine Drehung um eine im Raum festliegende,
etwa durch den Schwerpunkt gehende Gerade findet streng genommen nicht statt. Betrachtet
man das Bild, das die Bewegung der größeren Platte eines Stromabliahmestückes bietet,
so sieht man, daß die Mittellinie der Platte die Tangenten zweier eine Spitze bildenden
Kurvenzweige durchläuft. Die Aufgabe der Federn f, f. besteht darin, eine
beständige Berührung der Ankerkontaktstücke k mit den Kontaktstücken
1 der Stroniabnahmestücke während der Schwingungen aufrechtzuhalten. Dabei
findet senkrecht zur Längsrichtung der Federn in jeder halben Schwingung (von Gleichgewichtslage
k# zu Gleichgewichtslage) ein Annähern und Voneinanderentfernen der federnden Teile
statt, ohne daß die ursprüngliche Lage überschritten wird. Wird nach einer in der
Gleichgewichtslage erfolgten gemeinsamen Berührung zweier Ankerkontaktstücke
k, k' mit zwei Stromabnahmekontaktstücken 1, 1'
der Druck des
einen Stromabnahmekontaktstücks, etwa von 1" auf das mit ihm in Berührung
befindliche Ankerkontaktstück k, infolge der Schwingungsrichtung des Stromabnahinestücks
größer und dadurch k, im Sinne einer Annäherung der federnden Teile aneinanderbewegt,
so muß wegen der festen Verbindung von k, mit k,' auch kl` im gleichen
Sinne sich bewegen, während Ii' infolge der Drehung des Stromabnahmestücks um ol,
ol die entgegengesetzte Bewegung von 1, und k"'
also auch von lo,'
ausführt, so daß also 11'
und kl' sich voneinander entfernen. Die beim Eintreten
der Gleichgewichtslage stattfindende gemeinsame Berührung von 11 und l,"
mit k,
und le,' muß also unmittelbar nach dem Aufhören der Gleichgewichtslage
auch aufhören, und der Kontaktwechsel kann nur ein augenblicklicher, in dem Augenblick
des mit Maxinialgeschwindigkeit sich vollziehenden Durchgaliges durch die Gleichgewichtslage,
also in dem Augenblick des Stroinwechsels erfolgender sein' Erforderlich für diesen
Kontaktwechselvorgang ist, wie oben vorausgesetzt ist, nur, daß der Anker mit dein
Wechselstrom isochrone, harmonische Schwingungen ausführt. Man sollte meinen, daß
man hierzu nur die Pole eines um eine Achse drehbaren, durch Wechselstrom elektromagnetisch
erregten Ankers in ein konstantes Magnetfeld zWischen die Pole eines perinanenten
Magneten zu bringen brauchte. Dies genügt aber nicht; denn der Anker ändert, sich
selbst überlassen, seine Richtung nicht in den Augenblicken der Stronimaxima, sondern
es finden Verschiebuligen der Phasen der Ankerbewegung gegen die des Stromes, Abweichungen
beider voneinander sowohl infolge der Trägheit des Ankers als auch der Feldwirkung
statt. Zur Erzielung harmonischer, mit dem Wechselstrorn isochroner Schwingungen
des Ankers darf man diesen nicht sich selbst überlassen, sondern man muß die Ankerbewegung
durch elastische Mittel einschränken, die teils reflektierend wirken, teils durch
den Anker zur Ausführung harmonischer Schwingungen auf Grund eigener Elastizität
angeregt werden und dadurch ihrerseits führend auf den Anker wirken, so daß dieser
ebenfalls harmonische Schwingungen ausführt. Als Mittel der ersten Art dienen in
bekannter Weise Gunimihemmungen, nicht zu harte Gummischeiben oder Gummistücke,
die so im Magnetfeld angebracht sind, daß sie ein Zugroßwerden der S chwingungsamplitude
des Ankers, und damit etwa verbundene Unregelmäßigkeiten der Ankerbewegung verhindern.
Als ein bisher noch nicht verwendetes Mittel der zweiten.Art erweist sich als zur
Ausbildung eines Gleichrichters der beschriebenen Art besonders geeignet eine Stahldrahtsaite,
die parallel zur Längsachse des Ankers gespannt in Gabeln nahe seinen Enden liegt
und durch ihre Spannung die Führung des Ankers ermöglicht. Die Anbringung einer
dem gleichen Zweck dienenden, seitlich auf den Anker wirkenden Blatt- oder Spiralfeder
ist konstruktiv weniger einfach und erfordert außerdem zur Korrektur der Schwingungen
bei Elastizitätsänderungen der Feder die Anbringung ein'er ebenfalls seitlich zum
Anker angeordneten Schraube, was bei jeder Korrektur wegen der seitlichen Federwirkung
Lagenänderungen des Ankers und dadurch Störungen zur Folge haben kann, die natürlich
auch ohne äußere Einwirkung nur durch zeitliche Änderung der Federwirkung möglich
sind. Die Spannungsänderung einer Saite durch eine am einen Ende befindliche Schraube
hat dagegen keinerlei Lagenänderung der Saite und des mit ihr in der angegebenen
Weise verbundenen Ankers zur Folge, und die Saite gewährleistet vollkommen harmonische,
mit dem Wechselstrom isochrone Schwingungen um eine unveränderliche Gleichgewichtslage.
Die Abb. i stellt von oben gesehen eine Anordnung zur Ausführung des Vorangehenden
dar. in, m, sind zwei permanente Magliete mit den Guinmiliernmungen It,
h; a, a ist der Anker mit der vertikalen Drehungsachse o, den Wicklungen
7u, w und den Gabeln g, g zur Aufnahme der Saite;
s, s ist die Saite mit den Enden des schwingenden Teils, den Stegen
st,
st aufliegend und init der Schraube schr zum Spannen der Saite. Bemerkt
sei Boch, daß die perinanenten Magnete auch durch Elektroniag,nete ersetzt werden
können, die durch den von der Vorrichtung erzeugten Gleichstrom erregt werden.