DE105338C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Elektrische Maschine.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung besteht in einer Maschine, durch welche Spannungsenergie von Dämpfen oder Gasen in elektrische Energie oder umgekehrt elektrische Energie in Spannungsenergie umgesetzt wird. Mit anderen Worten, die Erfindung bezweckt, eine Maschine zu schaffen, welche sowohl durch Elektricitä't als auch durch Dampf oder gespannte Gase getrieben werden kann, und in welcher elektrische und Spannungsenergie unabhängig von einander erzeugt werden können. Wenn die Maschine mit Spannungsenergie gespeist wird, um elektrische Energie zu erzeugen , so stellt sie die Vereinigung eines Dampf- bezw. Gas- oder Heifsluftmotdrs und einer Dynamomaschine dar. Wenn die Maschine dagegen mit elektrischer Energie gespeist wird, um Spannungsenergie zu erzeugen, so bildet sie einen vereinigten Elektromotor und Compressor oder Pumpe. Da die Maschine jedoch gebraucht werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen oder mit solcher gespeist zu werden, unabhängig von der Speisung mit oder der Erzeugung von Spannungsenergie, so wird das Wesen der Maschine durch die soeben gegebene Bestimmung derselben als eine Combination zweier verschiedener Maschinenarten nicht völlig erschöpft; sie mag daher einfach elektrische Maschine genannt werden.

Der Raum- und Kraftbedarf der Maschine ist aufserordentlich gering. Ueberdies kann dieselbe an zahlreichen Stellen mit Vortheil Anwendung finden, wo die Anwendung von Energieerzeugern der bekannten Arten entweder mit grofsen Unbequemlichkeiten verbunden oder geradezu unmöglich ist.

Um eine dem Vorstehenden entsprechende Maschine herzustellen, werden die zur Erzeugung der magnetischen Felder dienenden Magnete oder ein Theil derselben im Innern hohl hergestellt, so dafs dieselben Cylinderkammern bilden. Innerhalb dieser Cylinderkammern arbeiten Kolben, welche durch geeignete Vorrichtungen mit der Armatur der Dynamo verbunden werden können und zweckmäfsigerweise verbunden werden, so dafs eine Bewegung der Kolben eine Drehung des Ankers und eine Drehung des letzteren eine Bewegung derersteren erzeugt.

Zwischen dieser Art - von Kolbenkammern und den bei Dampfmaschinen zur Anwendung gebrachten Cylindern besteht ein wesentlicher Unterschied. Bei Dampfmaschinen gewöhnlicher Construction ist der bei der Herstellung der Cylinder leitende Gesichtspunkt der, dafs die Cylinder hinreichende Festigkeit besitzen sollen, um die gewünschte Dampfspannung auszuhalten, bei gleichzeitig möglichst geringem Materialverbrauch, wobei das Material lediglich dem Zweck dient, den Dampf einzuschliefsert, um eine angemessene Spannung desselben zu ermöglichen.

Bei der vorliegenden Maschine wird die Form der als Begrenzung der Cylinderkammern dienenden Magnete durch die Menge elektrischer Energie bestimmt, welche dieselben zu erzeugen oder aufzunehmen im Stande sein sollen, bezw. durch die Zahl der Kraftlinien,

welche sie zu fassen vermögen. Die Anwendung der Magnete als Träger von Cylinderkammern ist ihrer Bestimmung, als magnetische Leiter zu dienen, untergeordnet. Aus dieser Verschiedenartigkeit der Bestimmung und der Leistung der die Kolbenkammern umschliefsenden Metallmassen bei einer gewöhnlichen Dampfmaschine und bei der vorliegenden Maschine geht hervor, dafs die Lage der Kolbenkammern im Innern eines Magneten nicht auf den centralen Theil des Magneten beschränkt zu sein braucht. Auch brauchen die räumlichen Verhältnisse der Kolbenkammer gegenüber denen des Magneten nicht dieselben zu sein, wie sie gewöhnlich bei Dampfmaschinencylindern festgehalten werden.

Wenn durch geeignete Ventilverbindungen Dampf in die Kolbenkammer eingeführt wird und auf diese Weise die mit Spannungsenergie arbeitende Maschine die besondere Form einer Dampfmaschine annimmt, so wird die Arbeit der Kolben eine Drehung des Ankers der Maschine veranlassen und die Maschine bildet einen Stromerzeuger. Wird die Maschine dagegen mit elektrischer Energie gespeist und als Motor benutzt, so hat die Drehung des Ankers eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben zur Folge und aus der Dampfmaschine ist eine Pumpe oder ein Compressor geworden. Die Kraft der hin- und hergehenden Kolben kann auch mit der durch den Anker erzeugten vereinigt werden, um die Maschine zu gröfseren Kraftleistungen zu befähigen.

In den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Formen der Maschine zur Darstellung gebracht. Fig. ι bis 3 stellen eine zweipolige Maschine in verschiedenen Ansichten und Schnitten dar. Fig. 4 und 5 sind Ansichten zweier weiterer Constructionsformen. Bei der Construction der elektrischen Maschine gemäfs vorliegender Erfindung haben Rücksichten hinsichtlich der Oekonomie der Kraft erzeugung, der weitgehendsten Ausnutzung der erzeugten Kraft und der Vermeidung schädlicher Erhitzung der Spulen der Elektromagnete zu verschiedenen Maschinentypen geführt, von denen jeder ganz bestimmten, besonderen Verhältnissen angepafst ist. Von diesen verschiedenen Maschinentypen mögen im Nachstehenden drei vorzugsweise in Betracht kommende beschrieben werden, und zwar

1. eine zweipolige Maschine mit in beiden Magnetkernen angeordneten Kolbenkammern,

2. eine zweipolige Maschine, bei der nur der eine Magnet in seinem Innern eine Kolbenkammer enthält, und

3. eine mehrpolige Maschine, bei welcher zwei Magnete Kolbenkammern enthalten.

Die unter 1. genannte Maschine ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. In den Figuren sind die Polschuhe der Magnete bezw. die letzteren selbst mit A, der Anker mit B, die Windungen der Elektromagnete mit C und der die Magnete verbindende Rahmen mit D bezeichnet. Der Querschnitt des Rahmens D und der Polschuhe A wird nach der Menge elektrischer Energie, welche in einem besonderen Fall nutzbar gemacht oder erzeugt werden soll, bemessen, und sollte reichlich genügen, um die erforderlichen Kraftlinien aufzunehmen.

Das besondere Merkmal der Maschine besteht in dem Gebrauch, welcher von den Feldmagneten gemacht wird.

Diese Magnete dienen nämlich, wie bereits oben angegeben, nicht nur ihrem gewöhnlichen Zweck, ein magnetisches Feld zu erzeugen, sondern sind so eingerichtet, dafs sie in ihrem Innern Kolbenkammern besitzen, in denen sich Kolben bewegen, die mit dem rotirenden Anker gekuppelt sind. Die Kolbenkammern werden von HöhlungenE (Fig. 3) im Innern der Magnete gebildet.

Zum Zweck der Steuerung der in den Cylindern E arbeitenden Kolben sind Ventilkammern / vorgesehen, welche zweckmäfsig in dem Rahmen D so angeordnet sind, dafs zwischen ihnen und den Polschuhen A freier Raum für die Spulen C bleibt. Innerhalb der Ventilkammern / befinden sich Ventile I¹, welche die Cylinderenden abwechselnd mit den Kanälen H¹ und H'² verbinden. Bei der Speisung der Kolben mit Dampf dient H¹ für die Zuführung, H² für die Ableitung des Dampfes. Die Kanäle H¹ und H'² sind in das Rahmenstück H eingegossen, welches die beiden Magnete verbindet und gleichzeitig bei dieser besonderen Form der Maschine dazu dient, einen Theil der von den Erregungsspulen C erzeugten Kraftlinien aufzunehmen. In das Rahmenstück H ist auch der Hauptdampfeinlafs H³ und der Hauptdampfauslafs eingegossen.

Das von der Achse j getragene, von der Linie 6-6 (Fig. 3) geschnittene Drosselventil zur Regelung der Dampfzufuhr zu den Cylindern steht zweckmäfsig unter dem Einflufs eines elektromagnetischen Reglers L. Dieser Regler besteht aus in irgend einer passenden Weise gelagerten Magneten M, deren Anker mit einem an die Ventilachse j angeschlossenen Hebel verbunden ist und für gewöhnlich durch Spiralfedern m (s. Fig. 4 und 5) aufser Berührung mit den Magnetpolen gehalten wird. Die Magnete M befinden sich in dem Hauptstromkreise. Die Stärke des die Magnete erregenden Stromes ist auf diese Weise unmittelbar abhängig von der Geschwindigkeit des Ankers, wodurch eine wirksame Regelung der in die Kolbencylinderii eintretenden Dampfmengen ermöglicht ist.

Ein derartiger elektrischer Ventilregler wird zweckmäfsigerweise nur angewendet, wenn die

Maschine als combinirte Dampf- und Dynamomaschine benutzt wird. Wenn die Maschine dagegen als combinirter Motor und Compressor oder Pumpe benutzt wird, so wird der elektrische Regler ausgeschaltet.

Die Kolben sind durch Schubstangen O mit dem Anker der Dynamo verbunden, so dafs die hin- und hergehende Kolbenbewegung in eine rotirende Bewegung des Ankers und umgekehrt die rotirende Bewegung des Ankers in eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben umgesetzt wird. Die Schubstangen O sind mit der Kolbenstange durch Zapfen ο verbunden, welche letzteren in Schlitzen der Führungen g gleiten; die Verbindung der Stangen O mit dem Anker wird durch Zapfen ρ hergestellt, die an in irgend einer Weise mit der Achse des Ankers verbundenen Scheiben P sitzen. Die Kurbelzapfen ρ tragen ferner Schubstangen K zur Steuerung der Kolbenventile. Da die Schubstangen um 90 Grad versetzt gegen einander an die Scheibe P angreifen, so ist ein ordnungsmäßiges Arbeiten der Ventile gesichert. Durch geeignete Wahl der Länge der Kurbeln K¹, die an die Achsen I^s der Steuerungsventile angreifen, kann die Bewegung der Ventile dem Bedürfnifs entsprechend begrenzt werden.

Die Wirkungsweise der Maschine ergiebt sich aus Folgendem:

Wenn die Kolben der Maschine durch Dampf angetrieben werden sollen, um die Maschine als combinirte Dampf- und Dynamomaschine zu benutzen, so wird durch die Einlafsöffnung H^a den Cylindern Dampf zugeführt. Die Dampfspannung veranlafst eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben. Der Abdampf entweicht auf symmetrisch zur Zuleitung liegenden Wegen. Da die von aufsen zu den Cylindern und umgekehrt von letzteren nach aufsen führenden Leitungen innerhalb der Maschine bezw. der Eisentheile der Maschine selbst liegen, so ist jeder Dampfverlust durch Undichtheiten ausgeschlossen und zu gleicher Zeit eine grofse Festigkeit des gesammten Aufbaues gewährleistet.

Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben wird durch die Verbindung derselben . mit den auf der Ankerachse sitzenden Scheiben P in eine Drehbewegung des Ankers umgesetzt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Ankers wird durch die Dampfmenge bestimmt, welche den Ventilkammern I zugeführt wird. Diese Dampfmenge wird ihrerseits durch die Stellung des Dampfeinlafsventils geregelt, das unter dem Einflufs der von dem Hauptstrom durchflossenen Magnete M steht, so dafs für eine genaue Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Ankers gesorgt ist.

Wenn die Maschine als ein mit einer Pumpe combinirter Motor gebraucht werden soll, so ist ihre Wirkungsweise der soeben beschriebenen gerade entgegengesetzt. Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben ist in diesem Falle die Folge und nicht die Ursache der Drehung des Ankers; im Uebrigen bleibt die Arbeitsweise jedoch im Wesentlichen dieselbe.

Bei der in Fig. 4 dargestellten zweipoligen Maschine enthält nur der eine Magnet in seinem Innern eine Kolbenkammer. In diesem Falle ist die erregende Spule C um den die Polstücke verbindenden Rahmen gewickelt.

Diese Anordnung hat einen doppelten Zweck:

1. den der Ersparnifs an Kupfer, da bei ,der vermehrten Gröfse des Polstückes, die durch die Benutzung desselben als Cylindermantel erforderlich wird, die directe Umwickelung des Polstückes einen ziemlich grofsen Kupferaufwand zur Folge haben würde, und

2. den, eine schädliche Erhitzung der Spule zu vermeiden. In diesem Falle ist es nothwendig, das Rahmenstück H, in welchem sich der Dampf-Ein- und Auslafs beöndet, magnetisch zu isoliren.

In Fig. 5 ist eine mehrpolige Maschine dargestellt, in welcher zwei Magnetkerne als Cylinder ausgebildet sind. , Die hohlen Magnete liegen einander gerade gegenüber; die Maschine entspricht vollständig dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Typus mit der einzigen Ausnahme, dafs zwei Zusatzmagnete hinzugefügt sind.

In jedem Falle erscheint es vortheilhaft, die Magnetkerne und die Polschuhe mit Rücksicht auf die in ihrem Innern befindlichen Kolbenkammern sehr massiv herzustellen, insbesondere wenn die Maschine als durch Dampfkraft betriebener Stromerzeuger benutzt werden soll, damit die von den Kolbenkammern ausgehende Hitze ausgestrahlt werden kann, ohne eine die Isolirung der Magnetwickelungen beeinträchtigende Wärmeentwickelung zu veranlassen.

Claims (1)

1. Pa te nt-An spruch:

   Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dafs die Feldmagnete in ihrem Innern mit cylindrischen Hohlräumen zur Aufnahme von Arliteitskolben versehen sind. .

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.