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ander angeordnet. Unter Berücksichtigung der Verstärkung
[* 3] des magnetischen
Feldes und gleichzeitiger Vergrößerung des Ankerumfanges
bemerken wir vorwiegend drei verschiedene Gestaltungen, und zwar Innenpol
maschinen,
Außenpolmaschinen und
Seitenpolmaschinen.
Vorwiegend aber sehen wir bei sämtlichen langsam laufenden Dynamos den Ringanker verwendet, welcher bei
Ankern von großem
Umfang eine wesentliche Ersparung an Wickelungsmaterial gegenüber den Trommelankern gestattet.
Die Innenpol
maschinen haben die in
[* 1]
Fig. 1 der Tafel schematisch gekennzeichnete
Anordnung. Sie bestehen im wesentlichen aus
einem mit
Draht
[* 4] bewickelten Eisenring R, welcher mittels
Bolzen mit einem sternförmigen
Gestell (s. die gestrichelte
Linie)
verschraubt ist.
Letzteres ist mittels
Keilen auf der
Welle W befestigt. Im Innern des
Ringes befindet sich
ein Eisenklotz F, welcher in der Mitte so weit ausgebohrt ist, daß die den
Ring 15 tragende
Welle frei rotieren kann.
Derselbe trägt die mit Wickelungen versehenen prismatischen Eisenklötze N, deren Zahl je nach der Größe der Maschine [* 5] 4, 6, 8 und mehr beträgt. Die Wickelungen dieser Elektromagneten sind derart verbunden, daß man abwechselnd Nordpole (N) und Südpole (S) erhält. Das gesamte Elektromagnetgestell wird dann mit einem festen Stützpunkt verschraubt. An derselben Welle W, worauf der Ring R sitzt, greift die Betriebsmaschine an und versetzt zugleich mit der Welle den Ring in Umdrehung. Dadurch werden in den Windungen des Ringes Ströme induziert. Die Windungen sind entweder mit einem Kommutator verbunden, oder sie sind an der äußern Peripherie blank gemacht und so zugleich als Kommutator ausgebildet. Bei gewöhnlicher Gramme-Ringwickelung (s. Magnetelektrische Maschinen, [* 6] Bd. 11, S. 78) muß man, um den Strom aus dem Ring abzunehmen, ebenso viele Bürstenpaare auf der Peripherie schleifen lassen, wie Pole vorhanden sind, und zwar müssen die Bürsten stets in der Mitte zwischen zwei Polen angelegt sein, also bei a, c, c und d. Bei a und c erhalten wir dann etwa positive, bei b und d negative Pole.
Man kann nun entweder die Bürsten a und b sowie c und d zu je einem Stromkreis benutzen, was indes selten geschieht, oder die beiden Stromkreise hintereinander schalten, d. h. a mit b leitend verbinden und c und d an die Leitung, in welche die zu betreibenden Apparate (Lampen, [* 7] Motoren etc.) eingeschaltet sind, anlegen, oder endlich die +Pole d und b und die -Pole a und c miteinander vereinigen und dann die Apparate betreiben. Im zweiten Fall erhalten wir die maximale Spannung, im dritten Fall nur die halbe Spannung, dafür aber doppelt so viel Strom.
Für niedere
Spannungen (100-150
Volt) sehen wir meist die letztere Schaltung verwendet. Man kann übrigens
auch diese Parallelschaltung
[* 8] der beiden Stromhälften des
Ringes durch entsprechende
Verbindungen im
Ring selbst herstellen;
man hat nur nötig, die diametral gegenüberliegenden Kommutatorsegmente miteinander zu verbinden, und hat dann nur zwei
Bürstenpaare zur Stromabnahme nötig, welche zwischen zwei aufeinander folgenden Magnetpolen angelegt sein müssen (Schaltung
nach Mordey). Die Innenpol
maschinen werden hauptsächlich von
Siemens u.
Halske, neuerdings auch von andern (Gebr. Naglo),
gebaut, und zwar haben
Siemens u.
Halske schon seit mehreren
Jahren diese Art
Maschinen in
Größen bis zu 600
Pferdekräften in
Betrieb. Allein in den Zentralstationen der
Berliner
[* 9] Elektrizitätswerke sind außer 12 à 300
Pferdekräften noch 18 solcher großen Dynamos in stetigem Betrieb. Sie besitzen einen Durchmesser von über 3 m; die Zahl der Magnetpole ist 10, desgleichen die der Stromabnahmestellen. Die äußere Peripherie der Wickelung (selbstverständlich hat man es bei so großen Maschinen nicht mit Drähten, sondern mit starken Kupferbarren zu thun) ist blank und als Kommutator ausgebildet, an ihr schleifen die 10 Bürstenpaare. Dieses größte Modell aller bislang gebauten Gleichstrommaschinen ist außerdem bereits in Paris [* 10] und in Madrid [* 11] in Betrieb; auch auf der Frankfurter Ausstellung arbeitete eine solche, deren Bild wir in [* 1] Fig. 2 geben.
Bei den Außenpolmaschinen sehen wir die Verminderung der Tourenzahl fast ausschließlich der Verstärkung des magnetischen Feldes zugeteilt. Die Ankerdimensionen sind nur sehr wenig vergrößert, was schon seinen guten Grund darin hat, daß sonst die Dimensionen des Magnetgestells ganz unverhältnismäßig groß würden; man stelle sich nur einmal die in [* 1] Fig. 3 gezeichnete Maschine mit einem Anker [* 12] von 3 m Durchmesser vor! Edison hat auf originelle Art versucht, bei Außenpolmaschinen trotz alledem das magnetische Feld und zugleich die Ankerdimensionen, ohne daß das Magnetgestell zu gewaltig wird, dadurch zu vergrößern, daß er die Magnetwickelung N nicht wie in [* 1] Fig. 3, sondern wie in [* 1] Fig. 4 anordnet. Um aber auch in diesem Fall die Magnetwickelung auf praktisch einfache Weise herstellen zu können, macht er den Querschnitt des Magnetgestells kreisrund. An den einzelne:: Wickelungsstellen bringt er leere Spulen auf, die er dadurch mit Draht vollwickelt, daß er die Spulen auf dem Magnetgestell mittels eines Riemens in Unidrehung versetzt und Draht darauf laufen läßt.
Seitenpolmaschinen haben die in
[* 1]
Fig. 5 schematisch skizzierte Gestalt. Dem Ringanker A (meist
Flachring) steht beiderseits eine
Reihe von Magnetpolen E gegenüber, deren
Polarität in der Reihenfolge angeordnet ist, wie
es die
[* 1]
Figur durch die Zeichen N
(Nord) und S
(Süd) erkennen läßt. Bei dieser
Type läßt sich ebenso
wie bei den Innenpol
maschinen ohne weiteres das magnetische
Feld verstärken und der Ankerumfang vergrößern. Nur hat sich
im
Bau dieser Dynamos, namentlich bei sehr großen
Modellen, gezeigt, daß es ziemlich schwierig ist, den
Anker und die Magnetgestelle
derart zu versteifen, daß beide nicht auf der einen oder andern Seite aneinander streifen, was durch
eine nicht vollkommen gleichmäßige
Anziehung des
Ankers eintreten kann. Schuckert u. Komp. haben jedoch durch geeignete Vorrichtungen
auch diese Schwierigkeiten gehoben und bauen nach dieser
Type bereits
Maschinen von 300
Pferdekräften Leistung. Auf der
Frankfurter
Ausstellung war eine solche Dynamomaschine im Betrieb.
Elektrische
[* 13] Wechselstrom
maschinen, die ältesten
Typen
elektrischer
Maschinen (s.
Magnetelektrische Maschinen,
Bd. 11, S. 78), haben seit einigen
Jahren, namentlich seitdem die
Transformatoren (s. d.) erfunden waren, eine sachgemäße
Weiterbildung erfahren. Da die Wechselstrom
maschinen keinen
Stromwender
[* 14] besitzen (ein Teil, welcher bei den
Gleichstrommaschinen
schon die Erzeugung von 1000
Volt schwierig, über 2000
Volt jedoch hinsichtlich der Betriebssicherheit praktisch
fast unmöglich macht), so können sie ohne weiteres für die höchsten
Spannungen gebaut werden, so daß sogar beträchtliche
Energien mit verhältnismäßig dünnen Leitungen
übertragen werden können; ferner gestatten die
Transformatoren, die hohen
Spannun-
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gen auf jede gewünschte Spannung, und zwar auf die denkbar einfachste Weise zu transformieren (s. Elektrische Zentralstationen).
Den wesentlichsten Anteil an der Vervollkommnung der Wechselstrom
maschinen nehmen Ganz u. Komp., Budapest,
[* 16] ein, deren Ingenieure
Zipernowsky, Déri und Blathy sich nach dieser Richtung hin einen bedeutenden Namen gemacht haben.
[* 15]
Fig. 6 zeigt ein
Schema dieser Wechselstrommaschine. Auf der Drehungsachse der Maschine sitzt strahlenförmig eine Anzahl (in der
[* 15]
Figur sind
es 10) Elektromagneten, von welchen je zwei aufeinander folgende entgegengesetzte Polarität haben.
Diesen 10 Magnetpolen stehen 10 auf einem kreisförmigen Eisenrahmen befestigte Ankerspulen gegenüber. Dreht sich die Achse mit den Elektromagneten, so werden in den Ankerspulen Ströme von schnell wechselnder Richtung erregt. Die Spulen sind sämtlich miteinander verbunden, und die letzten Enden der Wickelung geben die gesamte in der Maschine erzeugte Spannung. Bemerkenswert ist an dieser Maschine, daß auch die Ankerspulen Eisenkerne besitzen, daß die Eisenkerne der Anker- wie der Elektromagnete aus Eisenblechen bestehen, um schädliche Ströme im Eisen [* 17] zu vermeiden, und daß endlich, im Gegensatze zu den ältern Maschinen, die Elektromagnete rotieren und der Anker in Ruhe bleibt.
Letzteres hat den besondern Vorzug, daß die Ankerwickelung, welche zumeist sehr hohe Spannung führt, in Ruhe bleibt und so nicht noch mechanischen Einwirkungen unterworfen ist, welche geeignet sind, die Isolation der Ankerdrähte zu beeinträchtigen. Die neuere Wechselstrommaschine von Siemens u. Halske unterscheidet sich von jener von Ganz u. Komp. wesentlich dadurch, daß die die Ankerwickelung tragenden Eisenkerne etwas anders gestaltet sind. Eine weitere Ausbildungsrichtung geht dahin, die vielen einzelnen Elektromagnetspulen, wie sie die obigen Maschinen besitzen, durch eine einzige Spule zu ersetzen und trotzdem eine beliebige Anzahl von Magnetpolen zu erzeugen.
Ein anschauliches Bild dieser Richtung gibt die Wechselstrommaschine von Morden [* 15] (Fig. 7). Ein Eisencylinder A trägt strahlenförmig angeordnete Arme B. Auf den Cylinder wird eine Spule C aufgeschoben und auf der andern Seite ein zweites Gestell D mit strahlenförmigen Armen F aufgeschraubt. Schickt man Gleichstrom in die Drahtspule, so wird das Eisengestell derart magnetisiert, daß die Arme B entgegengesetzte Polarität erhalten wie die Arme F. Zwischen den Enden von B und F ist ein mäßig großer Zwischenraum, in welchen die flachen Ankerspulen G hineinragen.
Bei der Rotation stehen in einem Augenblick je zwei gegenüberliegende Arme B und F mit ihren Endflächen gerade je vor einer Ankerspule, im nächsten Augenblick zwischen zwei Spulen. Im ersten Falle durchsetzen die von B und F erzeugten Kraftlinien den Eisenkern der Spulen, im zweiten Falle nicht; es ändert sich also bei der Rotation des Magnetgestells fortlaufend die Zahl der die Spule durchsetzenden Kraftlinien, was ja die Ursache der Strominduzierung ist.
Bei der Mehrphasenstrom- (Drehstrom-) Maschine ist die Ankerwickelung derart eingerichtet, daß sie mehrere Wechselströme, welche sämtlich gegeneinander um eine gewisse Phase verschoben sind, zugleich erzeugen läßt. Das einfachste Schema einer solchen Maschine gibt [* 15] Fig. 8. Auf einem Eisenring sehen wir zwei Spulen a und b aufgewickelt, deren Enden mit den vier Schleifringen 1, 2, 3, 4 verbunden sind, an welch letztern vier Bürsten zwecks Stromabnahme schleifen. Rotiert der
^[Splatenwechsel]
Ring zwischen zwei Magnetpolen X und 8, so werden in beiden Spulen Ströme wechselnder Richtung erzeugt, und diese sind in ihrer Phase um so mehr verschieden, je mehr die Spulen a und b gegeneinander verschoben sind. In der Figur ist die Verschiebung zu 90° angenommen, und so erhalten wir bei der Rotation zwei um 90° verschobene Wechselströme, d. h. wenn z. B. der Strom in a gerade Null ist, besitzt er in der Spule b sein Maximum und umgekehrt. Diese zwei Wechselströme kann man mittels vier Leitungen von den Bürsten weiterführen und nutzbar machen.
Man hat indes durch geeignete Schaltungen der Ankerwickelung erreicht, daß man von drei Wechselströmen an nur ebensoviel Leitungen benötigt, wie man verschiedene Wechselströme erzeugt. Die allgemeine schematische Gestaltung der Ankerwickelung für diesen Fall zeigen die [* 15] Fig. 9 und 10, wo drei um 120° verschobene Wechselströme erzeugt werden. Ein Eisenring besitzt drei Wickelungen a, d, c, von welchen je eine ein Drittel des Ringes bedeckt. Die Anfänge je einer Wickelung sind alle miteinander verbunden und die Enden nach drei Schleifringen geführt, von welchen drei Bürsten die erzeugten Ströme abzunehmen gestatten. Notiert dieser Ring zwischen den Polen N und S, so wird das Maximum der Intensität in einer Wickelung erst dann eintreten, wenn sich die vorhergehende, ein Intensitätsmaximum besitzende Wickelung um 120" weiter bewegt hat. Wir erhalten also auf diese Weise drei um 120° verschobene Wechselströme und trotzdem nur drei Leitungen m, n, o. [* 15] Fig. 10 zeigt eine zweite Art, wie man diese drei Wechselströme erzielen kann.
Sin Eisenring ist nach Art der gewöhnlichen Gramme-Wickelung fortlaufend mit Draht bewickelt. An drei um je 120° voneinander entfernten Punkten ist die Ankerwickelung mit drei Schleifringen verbunden, von welchen man mittels Bürsten die bei der Rotation vor den Magnetpolen N und S in den Wickelungen erzeugten drei um 120° verschobenen Wechselströme abnehmen und fortleiten kann. Würde man die drei Verbindungen m, n, o an drei Kommutatorsegmente führen, an welchen zwei Bürsten schleiften, so hätten wir eine Gleichstrommaschine, so daß man füglich sagen kann, der Mehrphasenstrom ist ein unkommutierter Gleichstrom.
Daher auch seine Fähigkeit, ähnlich wie der Gleichstrom ohne weiteres zur Leistung mechanischer Arbeiten verwendet zu werden. [* 15] Fig. 11 zeigt die Dreiphasenstrommaschine der Lauffeuer Kraftübertragung. Sie wurde von C. Brown konstruiert und leistet 300 Pferdekräfte. Das Magnetsystem ist nach Art des bei der Mordeyschen Wechselstrommaschine verwendeten gebildet. Die Maschine ist 32polig und für niedere Spannung (50 Volt) gebaut. Sie gibt maximal 1400 Ampère. Geschaltet ist die Ankerwickelung nach Schema [* 15] Fig. 9.