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Gegenlauf-Magnetgenerator Die: Erfindung betrifft eine Maschine.,
die mechanische Arbeit in elektrische Leistung umwandelt, nach dem Prinzip der magnetelektrischen
Induktion.
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Magnetelektrische Maschinen sind an sich allgemein bekannt. Sie werden
insbesondere als Kleinstromerzeuger für Fahrräder und Kraftfahrzeuge gebaut und
liefern, je nach Bauart, Gleich- oder Wechselstrom. Bei Dynamos wird: die Spannungsregelung
meist durch Schwächung des Magnetfeldes durch, entsprechende Gegenwicklung oder
durch Verändern eines Nebenschlußwiderstandes erreicht. Bei den magnetelektrischen
Maschinen ist eine solche Regelung nicht möglich. Es sind jedoch solche Maschinen
bekanntgeworden, bei welchen eine: Selbstregelung dadurch erreicht wird, daß das
Dauermagnetsystem sich. dreht: und die: Fliehkraft den Abstand des Magnetsystems.
von den Anker nach. der Drehzahl reguliert. Diese Maschinen. besitzen in, der Regel
einen feststehenden, spulenbewickelten Anker. Es sind. auch magnetelektrische Maschinen
bekanntgeworden, bei welchen sich Anker und Magnetsystem gegensinnig drehen. Anker
und bei Sonderkonstruktionen auch Feldmagnete sind mit Spulen bewickelt, eine Selbstregelung
besitzen sie nicht. Bei diesen magnetelektrischen Maschinen kann, je nach Bauart,
entweder Gleich- oder Wechselstrom entnommen werden, nicht aber wahlweise, oder
beide Stromarten zu gleicher Zeit. Es wurde auch bekannt, daß durch ein Zusatzgerät
der erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden kann, indem der Wechselstrom
mittels Bürsten auf zwei Schleifringe geleitet wird, wobei der eine Schleifring
mit den. geradzahligen, der andere mit den ungeradzahligen Lamellen eines isoliert
auf der gleichen Maschinenwelle oder einer angekuppelten Hilfswelle befestigten
Kollektors, isoliert voneinander, verbunden wird. Von zwei sich diametral gegenübersitzenden
Stromabnehmern kann Gleichstrom abgenommen. werden. Bekanntgeworden sind auch. Dynamos
mit rotierendem Scheibenanker im Magnetfeld von zwei kreisförmig angeordneten Elektromagnetsystemen
in festem Verband mit dem Maschinengestell. Der Scheibenanker besitzt radiale, speichenartige
Eisen-Leiter, die einen Teil des magnetischen Schließungskreises bilden. Diese Maschinen
besitzen keine Selbstregelung, es kann nur eine Stromart entnommen werden, Größe
und Drehzahl sind durch die auftretenden. Fliehkräfte begrenzt, die unproduktive
Leiterlänge belastet die Wirtschaftlichkeit ganz erheblich. Eine Abart dieser Maschine
ist bekanntgeworden, bei welcher der Scheibenanker an seinem äußeren Umfang einen
zickzackartig geformten Ankerleiter trägt, dessen. radiale Teile sich zwischen zwei
Ebenen feststehender Elektromagnete drehen. Diese Maschine besitzt keine Selbstregelung,
es kann nur eine Stromart entnommen werden, der unproduktive Anteil an der Leiterlänge
ist ebenfalls sehr hoch, eine wirtschaftliche Bedeutung kommt ihnen nicht zu..
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Alle diese bekanntgewordenen Arten dieser magnetelektrischen. Maschinen
haben, den wirtschaftlichen Nachteil, daß keine dabei ist, die alle Vorzüge der
anderen; ohne deren Nachteile, in sich vereinigt: Dieser Nachteil wird. gemäß der
Erfindung behoben.
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Der Erfindungsgegenstand betrifft einen Gegenlauf-Magnetgenerator
mit sich drehendem, doppeltem, vielpoligem Dauermagnetsystem sowie sich gegensinnig
zwangsweise zwischen den beiden Magnetsystemen drehendem Anker, mit automatischer
Spannungsregelung durch die Fliehkraft, bei welchem Gleich- wie auch Wechselstrom
oder beide Stromarten zu gleicher Zeit abgenommen werden können. Die Erfindung ist
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Zwei Dauermagnetsysteme,
bestehend aus einer Vielzahl von U-förmigen Stahlmagnetstäben, gleichzahlig geordnet
in. zwei konzentrischen Ringen derart, daß einem äußeren Nordpol ein innerer Südpol
oder umgekehrt gegenübersteht, sind angeordnet.
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b) Im ringförmigen Zwischenraum der Magnetsysteme dreht sich ein Anker
mit schleifenartiger Eisenleiterwicklung zwangsweise: im Gegensinn zur Drehrichtung
der Dauermagnetsystene.
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c) Der Anker und die Magnetsysteme drehen sich mit gleicher oder unterschiedlicher
Drehzahl, je nach Übersetzung.
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d) Die äußeren Magnetstäbe sind einsaitig mit Federösen aus Stahl
beweglich auf dem äußeren Magnetträger befestigt, am anderen Ende jedoch frei.
e)
Die Federösen können. durch einen auf dem Magnetträger aufgeschraubten Ring in ihrer
Spannung reguliert und der Ausschlag der Magnetstäbe begrenzt werden.
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f)- Der Kollektor besteht aus. zwei äußeren polierten Stahlschleifringen
mit nach innen zu angearbeiteten, der Magnetpolzahl gleichen Anzahl Lamellen.
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g) Die Stromabnehmer sind exzentrisch in Zwischenstückschrauben eingesetzt,
so daß bei Drehung derselben die Stromabnehmer von den Schleifringen auf die mittige
Lamellenbahn oder umgekehrt wandern können.
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Sie ist in der Zeichnung schematisch an einem Beispiel dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt nach A-A in Fig.
1, Fig. 3 einen Querschnitt nach B-B in Fig. 1, Fig. 4 eine Abwicklung des Ankermantels;
dabei sind jedoch der Klarheit halber die Magnete im Schnitt darüber und darunter
gezeichnet. Diese Figur zeigt auch die Abwicklung des Kollektors mit den zwei Schleifringen
f und den an diese angearbeiteten Lamellen.
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Fig. 5 eine isometrische Darstellung eines Systemausschnittes; dabei
sind jedoch der Klarheit halber die Magnete etwas weiter von der Ankerwicklung abgerückt
worden.
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Die Hauptbestandteile der Maschine sind: das Maschinengehäuse a mit
seinen Lagerschilden und Lagern, die Triebwelle b, das Antriebsmittel c, der innere
Magnetträger d, fest aufgekeilt auf die Welle b, mit dem aufgeschraubten äußeren
Magnetträger gleicher Bezeichnung, der Ankerkörper mit seinen Lagern und der Eisenwicklung
e, die auf dem Ankerkörper aufgezogenen, nach Fig.4 geformten zwei Schleifringe
f, das Zwischenlager g mit seinen Befestigungsschrauben, das auf der Welle b fest
aufgekeilte Umkehrtriebrad h, das Umkehrrad finit seiner nachstellbaren Welle und
Kugellager, in Fig. 3 mit k und I bezeichnet, die Kohlenstromabnehmer in mit ihren
Druckfedern n und ihren Polklemmschrauben o, die zwei Zwischenstückschrauben p aus
Isolierstoff. Sie sitzen in zwei entsprechenden Gehäuseaugen. In ihnen sind die
Polklemmschrauben exzentrisch eingeschraubt, derart, daß bei kleiner Drehung der
Zwischenstückschrauben die Kohlenstromabnehmer von ihrer Schleifbahn, z. B. auf
den äußeren Schleifringen, nach innen auf die mittlere Schleifbahn rücken, oder
umgekehrt. Die mittlere Schleifbahn ist in eine der Polzahl gleiche Anzahl Lamellen
eingeteilt, die in abwechselnder Folge an die Schleifringe angearbeitet sind. Durch
diese Anordnung kann sowohl Gleich- wie auch Wechselstrom abgenommen werden. Bei
zusätzlicher Anordnung von Stromabnehmern können beide Stromarten zu gleicher Zeit
abgenommen werden.
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Die inneren U-förmigen Stahlmagnete, bestehend aus einzelnen dünnen,
zusammengenieteten Stahlblechen, höchster Koerzitivkraft, sind mit q bezeichnet.
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Die äußeren Stahlmagnete r, hergestellt wie die inneren, liegen in
einem antimagnetischen Mantelrost des äußeren Magnetträgers d als Führung und sind
am äußeren Ende mittels einer schwachen Stahldraht-Federöse s auf dem äußeren Magnetträger
d durch einen aufgezogenen Ring dl aus antimagnetischem Metall festgehalten. Dieser
Ring ist so geformt, daß er den Fliehkraftausschlag der äußeren Magnete begrenzt
und ebenso gestattet, durch Verdrehen des Ringes die Spannung der Stahldraht-Federösen
gemeinsam zu regulieren. Zwischen den Magnetschenkeln befindet sich die antimagnetische
Ausgleichmasse t, deren Materialzusammensetzung so gewählt ist, daß bei normaler
Drehzahl, unter Berücksichtigung der magnetischen Feldstärke, die Spannung normale
Größe hat. Magnetträger und Ankerkörper können bei kleinen Maschinen aus isolierendem
Kunststoff hergestellt werden. Der Ankerkörper o, ein einseitig offener Zylinder,
trägt in seiner Mantelfläche den Stromleiter aus weichem Eisen von, besonders hoher
Magnetisierungsgüte. Er ist mit E bezeichnet und ist als schleifenartige, fortlaufende
Windung aufgebracht (nach Fig. 4 und 5). Der Leiterabstand ist gleich dem Polabstand,
Bewegungs- und Stromrichtung sind in Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4 zeigt als
Beispiel nur eine zusammenhängende Windung über den ganzen Ankerumfang. Es kann
diese Windung auch unterteilt werden, die Spannung wird dann entsprechend kleiner,
die Stromstärke größer. In Fig. 4 sind noch die Kühlkanäle u eingezeichnet, die
bei größeren Maschinen in Betracht kommen können. Die Schleif-: ringe und deren
Lamellen nach Fig.4 werden aus Stahl, poliert, hergestellt und, sind gegeneinander
und gegen Masse isoliert. Fig.4 zeigt auch, wie die Stromabnehmer m von den Wechselstrom
abgebenden äußeren. Schleifringen auf die Gleichstrom abgebenden Lamellen. x und
y wandern, sobald die Zwischenstückschrauben en-,sprechend verdreht werden. Das
gegensinnige Drehzahlverhältnis kann auch durch Übersetzung verändert werden.
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Wirkungsweise Wird die Welle: b gedreht, so dreht sich auch der Ankerkörper
mit seinem Eisenleiter und seinem Kollektor im Gegensinn zum auf der Welle b festgekeilten
Magnetträger mit seinen inneren, festen und seinen äußeren, beweglichen U-förmigen
Dauermagneten mit gleicher oder bei Übersetzung auch mehrfacher Drehzahl. Nach dem
Gesetz der magnetischen Induktion entstehen in den Ankerleiterstäben elektrische
Stromstöße, die sich zu einer Gesamtspannung addieren. Durch die Vielzahl sich gegenüberstehender,
drehender, ungleichnamiger Magnetpole, deren Kraftlinien durch den zwischen den
Polen gegensinnig rotierenden Eisenleiter des Ankers gebündelt und außerordentlich
plötzlich geschnitten werden, wird die Spannung direkt beeinfußt. Das ganze System
wird berechnet für eine Normalspannung, entsprechend einer Normaldrehzahl, für welche
die Federspannung und das Fliehgewicht der äußeren Magnete festgelegt werden. Wird
die Normaldrehzahl überschritten, so tritt automatisch eine entsprechende Magnetfeldschwächung
ein, weil die Fliehkraft die äußeren Magnete weiter nach außen drückt, so daß also
der Abstand der äußeren Magnete vom Ankerleiter sich vergrößert. Bei zurückgehender
Drehzahl nimmt die Federspanung der Stahldraht-Federösen die äußeren Magnete wieder
in. ihre Normallage zurück. Nach Fig. 4 und 5 steht der Ankerleiteranfang mit dem
einen Schleifring und seinen angearbeiteten Lamellen, das Ankerleiterende niit dein
anderen Schleifring und dessen Lamellen in leitender Verbindung. Auf den Schleifringen
kann daher Wechselstrom abgenommen werden, von den Lamellen dagegen Gleichstrom.
Die Frequenz des Wecliselstrornes ist entsprechend der Polvielzahl und der Addition
der beiden gegensinnigen Drehzahlen außerordentlich hoch. Werden zur Gleichstroinabnahnie
gesonderte Stromabnehmer verwendet, so, kann zu gleicher Zeit
Gleich-
und Wechselstrom abgenommen werden. Bei nur zwei Stromabnehmern kann durch Verdrehen
der Zwischenstückschrauben Gleich- oder Wechselstrom abgenommen werden. Im Ruhestand
dient der Eisenankerleiter als Polschuh für die Dauermagnete gegen deren vorzeitige
Ermüdung. Infolge des großen Querschnittes und der geringen. Länge des Eisenankerleiters
spielt der spezielle Widerstand nur eine ganz untergeordnete Rolle. Wirbelströme.
können durch papierisolierte Aufblätterung des Eisenankerleiters wirksam unterdrückt
werden. Die Maschine hat auch ohne Verwendung von Kupfer bei ihrem Aufbau einen
hohen Wirkungsgrad.
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Anwendungsgebiet Als Stromerzeuger für Antriebe, die großen Schwankungen
der Drehzahl unterliegen, wie, Handwagen, Fuhrwerke, Fahrräder, Kraftfahrzeuge,
Wasserräder, Windkraftmaschinen, Mühlen, als Hochfrequenzerzeuger und andere Anwendungsmöglichkeiten.
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Der technische Fortschritt liegt darin, daß 1. der Stromerzeuger,
bedingt durch die gegensinnige Drehung und die Vielzahl der in zwei konzentrischen
Ringen sich radial gegenüberstehenden Magnetpole, kleiner und leichter gebaut werden
kann, 2. der Stromerzeuger speziell für stark schwankende Antriebsverhältnisse besonders
geeignet ist, weil die gegensinnige Drehung sich zu einer die Spannung beeinflussenden
Gesamtdrehzahl addiert bzw. bei Übersetzung sich vermehrfacht, 3. ein doppeltes
sich drehendes Magnetsystem mit dazwischen gegensinnig sich: drehendem Eisenankerleiter,
bei dem infolge Bündelung der Kraftlinien eine außerordentliche Plötzlichkeit des
Kraftfeldschnittes, somit verbesserte Leistung, erzielt wird.
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4. durch die Kombinierung der gegensinnigen Drehung mit der automatischen
Selbstregelung durch die Fliehkraft eine sehr hohe Gleichförmigkeit der Spannung
erzielt wird, 5. die Maschine kein Kupfer zu ihrem Aufbau braucht, ohne den Leistungsgrad
zu verschlechtern, 6. Gleich- oder Wechselstrom oder auch beide Stromarten zu gleicher
Zeit von der Maschine abgenommen werden können.