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Elektrischer Polankermotor Es ist bekannt, daß zwei verschiedene Metalle,
z. B. Kupfer und Zink, und andere oder auch andere Stoffe, z.B. Kohle und Zink,
die sich gemeinsam in einem Elektrolyt befinden, einen elektrischen Strom liefern.
Die auf diese Art gebauten galvanischen Elemente wurden unter anderem auch zum Antrieb
von Elektromotoren benutzt, wobei der elektrische Strom mittels eines auf der Ankerwelle
befindlichen Kommutators ständig ein- und ausgeschaltet bzw. umgeschaltet wird,
was wiederum mit Funkenbildung, Ankerrückwirkung, Selbstinduktion usw. verbunden
ist. Die Vorteile der Selbstumpolung wie beim Wechselstrom konnten hierbei nicht
angewendet werden, weil galvanische Elemente nur Gleichstrom liefern. Die Erfindung
löst die Aufgabe, mit Hilfe von galvanischen Elementen einen periodisch unterbrochenen
Strom oder einen Wechselstrom ohne den üblichen Kommutator oder kommutatorähnlichen
Schalter zu erzeugen, und zwar dadurch, daß die elektrisch positiven und die negativen
Elektroden eines oder mehrerer galvanischer Elemente auf der Ankerwelle befestigt
und unmittelbar oder mittelbar mit der Ankerwicklung verbunden sind und entsprechend
der Ankerdrehung periodisch in eine elektrolytisch wirksame Flüssigkeit, einen Elektrolyt,
eingetaucht werden, so daß der periodisch erzeugte, seine Richtung beibehaltende
oder sie ändernde Strom den Anker des Motors in Drehung versetzt: Die Einschalt-
oder Umschaltzahl (Frequenz) eines
solchen Stromes ist naturgemäß
erheblich geringer als bei normalen Wechselstromgeneratoren, desgleichen die Spannung,
die von der Anzahl der galvanischen Elemente abhängt. Wegen der niedrigen Zellenspannung
wird der Motor nach der Erfindung zweckmäßig für geringe Spannungen bei relativ
großen Stromstärken ausgelegt.
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An Hand der Abb. I bis Io sind einige Ausführungsbeispiele und Arbeitsweisen
eines solchen Motors beschrieben.
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Abb. I ist ein Längsschnitt eines Motors gemäß der Erfindung mit einem
durch Dauermagnete erregten Ständer, Abb. 2 eine Ansicht dieses Motors von rechts,
Abb. 3 eine Ansicht von links.
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In Abb. I sind I, 2, 3, 4, 5 und 6 positive und negative Elektroden,
die in eine elektrolytische Flüssigkeit 7 im Behälter 8 eintauchen. Es sind hier
beispielsweise drei Paare hintereinandergeschaltet. Gegenüber, nach oben gerichtet,
befinden sich entsprechende negative und positive Elektroden 9, Io, II, I2, I3 und
I4. Die Elektroden 2, 3, 4 und 5 sowie Io, II, I2 und I3 sind an einer isolierenden
Büchse I5, die fest auf einer Welle I6 sitzt, befestigt, während die Elektroden
6 und I4 direkt an der leitenden Metallwelle I6 und die Elektroden I und 9 an einer
leitenden Metallbüchse I7 befestigt sind. Die Büchse I7 ist durch eine isolierende
Lagerbüchse I8 gegen das Lager I9 isoliert. Der Anker 2o mit der Wicklung 2I ist
zwischen den Magnetpolen 22 und 23 angeordnet. In der gezeigten Stellung fließt
der Strom so, daß der obere Ankerpol als Nordpol vom Nordpol 22 abgestoßen und vom
Südpol 23 angezogen wird und sich gemäß Abb. 3 nach rechts dreht, bis bei horizontaler
Stellung des Ankers 2o und der aus dem Elektrolyt 7 herausbewegten Elektroden I
bis 6 der Durchfluß des elektrischen Stromes aufgehört hat. Bei Weiterdrehung des
Ankers infolge seiner lebendigen Kraft (Schwungrad) beginnen die Elektroden 9 bis
I4 in die Flüssigkeit 7 zu tauchen, und weil die Anordnung der positiven und negativen
Elektroden 9 bis I4 umgekehrt gegenüber den Elektroden I bis 6 ist, fließt dann
der elektrische Strom in entgegengesetzter Richtung. Dadurch wechselt nun die Polarität
der Ankerpole, und der Anker 2o dreht sich in der bekannten Weise weiter, als ob
ein Kommutator üblicher Bauart wie bei Gleichstrommotoren vorhanden wäre, bzw. als
wenn ein Wechselstrom durch die Ankerwicklung fließen würde. Beim Motor nach der
Erfindung dient also die Stromquelle mit ihren Elektroden gleichzeitig als Kommutator.
Auf diese Weise ist bei der vorliegenden Erfindung durch geeignete Anwendung der
elektrochemischen Mittel zur Gleichstromerzeugung ein Motor geschaffen, der ohne
den gebräuchlichen Stromwender mit Gleichstrom betrieben werden kann.
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Bezüglich der technischen Durchführbarkeit der Erfindung gibt es sehr
verschiedene Konstruktionsmöglichkeiten, wovon einige im folgenden angegeben werden.
Beispielsweise zeigt Abb.4, daß auch gleichartige Elektroden 24, z.B. aus elektrisch
positivem Material, einander gegenüberstehen können, wenn die leitende Metallbüchse
I7 aus zwei isolierten Hälften besteht. Die negative Elektrode 25 z.B. kann dann
eine volle Scheibe sein, die dauernd von der elektrolytischen Flüssigkeit 7 berührt
wird. Es kann natürlich auch die Scheibe 25 positiv sein, wenn die Elektroden 24
negativ sind. Zur Erzeugung der wechselnden Polarität des Ankers 2o werden zwei
parallel geschaltete Wicklungen 26 und 27 angebracht, so daß der elektrische Strom
jeweils in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung durch eine der Wicklungen
fließt.
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Eine andere Konstruktion zeigt Abb. 5, bei der der Flüssigkeitsbehälter
8 als negative Elektrode dient; wahlweise kann er auch als positive Elektrode dienen,
wenn die Elektroden 24 aus negativem Material bestehen.
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Zur Erzielung größerer Stromstärken werden die Elektroden zweckmäßig
so ausgebildet, daß ihre einander gegenüberstehenden Oberflächen möglichst groß
werden, wie beispielsweise Abb. 6 zeigt.
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Es ist weiterhin möglich, an Stelle des in Abb. I bis 3 gezeigten
permanenten Magneten einen Elektromagneten anzubringen.
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Möglich ist es auch, den Motor nach der Erfindung als nicht polarisierten
Polanker zu betreiben, wenn an Stelle von Permanent- oder Elektromagneten als magnetischer
Rückschluß ein Stator aus magnetisierbarem Material, wie z.B. Eisen, angeordnet
wird, der vom Stator aus nicht magnetisiert wird. Abb. 7, 8 und 9 zeigen einen derartigen
Motor. Bei der in Abb. 7 gezeigten Ankerstellung fließt ein elektrischer Strom von
der Elektrode 24 durch eine leitende Metallbüchse 17, durch die Spule 2I auf einem
Anker 2o und durch die Welle I6 zur Elektrode 25. Das feststehende Gehäuse 28 ist
so ausgebildet, daß sich der magnetische Anker 2o infolge des Kraftlinienschlusses
über das Gehäuse 28 erfahrungsgemäß in der Pfeilrichtung dreht, weil die Kraftlinien
bestrebt sind, den Luftspalt zwischen dem Anker 2o und den kurvenförmigen Polflächen
29 des Gehäuses zu verkleinern. Ist nun derAnker in die punktiert dargestellte Stellung
gemäß Abb. 8 gekommen, dann ist auch die eine in gleicher Stellung befindliche Elektrode
24 aus der elektrolytischen Flüssigkeit herausgetreten, und der nun stromlose Anker
dreht sich vermöge seiner lebendigen Kraft um einen kleinen Winkel weiter, bis die
andere Elektrode 24 wieder in die Flüssigkeit eintaucht und der Anker infolge Stromdurchflusses
wieder magnetisch wird und den anderen Halbkreis beschreibt. Das galvanische Element
dient hiernach durch die besondere Ausgestaltung der Elektroden gleichzeitig zum
Ein- und Ausschalten der Ankerwicklung.
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Bisher wurde in Übereinstimmung mit den Abbildungen nur je ein Polpaar
des Ankers und des Stators angeführt, es können selbstverständlich auch mehrere
Polpaare angeordnet sein, auch kann z. B. der Anker wie bei Polankermotoren der
üblichen Art drei Pole haben, während der Statör zwei Pole hat.
Der
Motor nach der Erfindung kann auch als Schwingankermotor ausgebildet sein, dessen
prinzipielle Anordnung und Arbeitsweise aus Abb. Io hervorgeht. Dabei trägt ein
um eine Achse 3o hin und her drehbarer liegender zweiarmiger Hebel 3I an dem längeren
Ende 3Ia die in die elektrolytische Flüssigkeit 7 ein- und austauchenden Elektroden
32, während an dem anderen, kürzeren Ende 3Ib ein Elektromagnet 33 mit der Ankerwicklung
angebracht ist. Unterhalb des letzteren ist in entsprechendem Abstand ein Eisenstück
34 oder ein Permanentmagnet auf einer Grundplatte 35 angebracht. Während des Stromdurchflusses
schwingt die Magnetseite 3Ib des Hebels 3I auf das Eisenstück 34 zu, und die am
anderen Hebelende 3Ia befindlichen Elektroden 32 werden aus der elektrolytischen
Flüssigkeit 7 herausgehoben. Dadurch wird der Magnet 33 stromlos, und die Elektroden
32 an dem etwas schwereren Hebelende 3Ia tauchen wieder in die Flüssigkeit, wodurch
das Spiel von neuem beginnt. Man kann natürlich auch das Eisenstück am kürzeren
Hebelarm anbringen und den Magneten auf einer Grundplatte befestigen. Auch hierbei
ist eine Reihe weiterer Konstruktionsmöglichkeiten denkbar, z. B. mit einarmigem
Hebel und Ausgleichgewicht.
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Das Anwendungsgebiet eines solchen elektrochemischen Motors erstreckt
sich erfindungsgemäß außer auf physikalische Lehrmittel auch auf Spielzeuge, Reklamemodelle
u. dgl. und z. B. auch auf elektrisch betriebene Geräte, bei denen jede Störung
durch Funkenbildung und davon ausgehende Wellen vermieden werden muß.
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Ein spezieller Anwendungszweck ist erfindungsgemäß auch dadurch gegeben,
daß durch die elektrolytische Wirkung natürlichen Wassers, das immer irgendwie alkalisch
oder sauer usw. ist, ein solcher Motor zum Antrieb kleiner Wasserfahrzeuge benutzt
werden kann, derart, daß die periodisch eintauchenden Elektroden als Flügel eines
Propellers ausgebildet werden und gleichzeitig als Antriebsschraube dienen. Auch
für Zwecke eines Antriebs-Wasserrades oder des Pumpens von Flüssigkeiten ist dieser
Motor anwendbar.