DE208853C

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Publication number: DE208853C
Application number: DENDAT208853D
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 208853 -KLASSE 21 d. GRUPPE

MAX JOHANNET in PARIS.

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Kupplung, die aus Generatoren und Motoren besteht.

Es ist bereits bei Kupplungen dieser Art bekanntj die Motorfeldmagnete in einem schwingend gelagerten Gehäuse anzuordnen, welches durch eine Gegenfeder so beeinflußt wird, daß bei einer Änderung der Induktionswirkung durch entsprechende Verdrehung des Motorfeldmagneten einzelne Abteilungen der Motorfeldwicklung ..ein- oder ausgeschaltet werden, um die zu übertragenden Drehmomente oder Geschwindigkeiten selbsttätig zu regeln.
Bei der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung ist die Gegenfeder nicht unmittelbar an dem' Gehäuse der Motorfeldmagnete befestigt, wie bei ähnlichen bekannten Ausführungsformen, sondern mit dem .Gehäuse unter Zwischenschaltung verstellbarer Organe ver-

isu bunden, durch welche die bei der selbsttätigen Regelung wirksame Gegenkraft so geregelt werden kann, daß nach Bedarf mehr oder weniger Abteilungen der Motorfeldwicklung eingeschaltet werden und dadurch die Geschwindigkeit des Motorankers geändert wird.

Ferner ist bei der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung die die Schaltung der Wicklungsabteilungen bewirkende, ruhende Bürste in ihrem Halter verstellbar angeordnet, so daß die Zahl der eingeschalteten Wicklungsabteilungen auch von Hand aus geändert werden kann.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung dargestellt.

Fig. ι zeigt eine teilweise im Schnitt und schematisch gezeichnete Gesamtansicht der An

triebsmaschine und der dynamoelektrischen Kupplung.

Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt gezeichnete Endansicht eines Motorteils der Kupplung.

Fig. 3 zeigt Schaulinien, aus welchen die Änderung des Drehmomentes des Motorteils bei Änderung der Stromstärke und der Amperewindungszahl hervorgeht.

Fig. 4 zeigt das bei der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendete Schaltungsschema.

Fig. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Regelungsvorrichtung und

Fig. 6 das bei dieser Ausführungsform verwendete Schaltungsschema.

Fig. 7 zeigt das Schaltungsschema im Falle die Kupplung zum Betriebe eines elektrischen Generators dient.

Fig. 8 und 9 zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsformen von Kupplungen mit mehreren Generatorteilen.

Die z. B. als Dampfturbine ausgebildete Antriebsmaschine α (Fig. 1) läuft mit einer konstanten Geschwindigkeit U. Die anzutreibende Maschine oder Vorrichtung ist beispielsweise eine Schiffsschraube v, deren zu regelnde Geschwindigkeit V bedeutend geringer als die Geschwindigkeit U der Antriebsmaschine α ist. Durch die Antriebswelle der Maschine α wird der Anker d einer dynamoelektrischen Kupplung c angetrieben, deren Feldmagnet e durch eine Welle j fest mit der die Schraube ν tragenden Welle t verbunden ist, so daß infolge der elektromagnetischen Indüktionswirkung bei der Drehung des Ankers d der Feldmagnet e und damit die Schraube υ mitgenommen werden. Die als Generator wirkende Kupplung c speist

einen fest auf der Welle t sitzenden Motoranker ft, dessen Feldmagnet q lose auf den Wellen / und t so gelagert ist, daß er um den Anker ft Schwingungen ausführen kann. Die Schwingungsausschläge des Feldmagneten q werden durch eine Feder 2 begrenzt. Diese ist mit ihrem einen Ende an einem festgelagerten Teil 3 der Vorrichtung und mit ihrem anderen Ende an einer Laufbuchse 1 befestigt. Letztere ist auf dem einen Arm eines im Punkte ζ drehbar gelagerten doppelarmigen Hebels y verschiebbar, dessen anderer Arm durch eine Gelenkstange χ mit dem Gehäuse des Feldmagneten q verbunden ist. Die Laufbuchse 1 kann unmittelbar von Hand, beispielsweise mittels einer Stellschraube 4 o. dgl., auf dem Arm z-x des Hebels verstellt werden. Die Feldwicklung des Elektromotors u ist in eine Anzahl Wicklungsabteilungen unterteilt, an welche auf dem Gehäuse des Feldmagneten q angebrachte Kontakte 5 angeschlossen sind. Auf diesen schleift eine Bürste oder ein Kontakt 6, der in den Stromkreis der als Erzeuger und Motor wirkenden Induktionskupplungen c und u so eingeschaltet ist, daß die Geschwindigkeit der Schraube ν selbsttätig geregelt wird. ·

Fließt beim Betriebe der Schraube ν Strom vom Generator c zum Motor u, so wird infolge der elektromagnetischen Induktion der FeIdmagnet q des letzteren verdreht und die Feder 2 mehr oder weniger gespannt, je größer oder kleiner die Induktionswirkung und je kleiner oder größer bei gleicher Induktionswirkung die Länge des Armes z-x des Hebels y ist, da das aus der Zugkraft der Feder und dem veränderlichen Hebelarm z-x gebildete Moment der von dem Anker p bei dessen Drehung auf die Feldmagnete q ausgeübten Zugkraft entgegenwirkt. Bei einer Änderung der Zugkraft des Ankers ft oder dieses Momentes erfolgt also eine Drehung ■ des Feldmagneten q, so daß mehr oder weniger Abteilungen der Motorfeldwicklungen in den Stromkreis eingeschaltet werden.

Bei dieser Einrichtung der Regelungsvorrichtung kann die Geschwindigkeit V der Schraube ν durch Verschiebung der Laufbuchse χ, d. h. durch Änderung des aus der Federzugkraft und dem Hebelarm z-x gebildeten Momentes auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.

Bezeichnet man die Drehmomente der An-. triebsmaschine α und der Schraube ν mit C_a bzw. C_v, so ist bei Nichtberücksichtigung des Wirkungsgrades der Vorrichtung die Arbeitsleistung

C_a U = C_v V.

Wird der Hebelarm z-x verkleinert, so werden die Feldmagnete q durch den Anker ft stärker verdreht, so daß eine größere Anzahl Motorfeldwindungen eingeschaltet wird. Infolgedessen nimmt die elektromotorische Gegen- · kraft des Motors u zu und umgekehrt die ihm zugeführte Stromstärke ab, so daß das Drehmoment C_a kleiner wird.

Der Regler der als Dampfturbine ausgebildeten Antriebsmaschine α wird nunmehr die Dampfzufuhr so beeinflussen, daß die Geschwindigkeit U der Maschine α konstant bleibt. ' Zu diesem Zwecke kann auch die Regelung der Dampfzufuhr zur Turbine a durch die Drehung der Feldmagnete q unmittelbar erfolgen oder die Regelung durch gleichzeitige Anwendung beider Mittel bewirkt werden.

Da nun C_aU = C„V ist und C_a kleiner geworden ist, während U = const, ist, so wird auch die Arbeitsleistung C_v V kleiner und falls C„ = const, ist, muß sich die Geschwindigkeit V verringern.

Bei einer Vergrößerung des Hebelarmes z-x kehren sich die geschilderten Verhältnisse um, so daß die Geschwindigkeit V erhöht wird.

In Fig. 3 ist durch die mit C bezeichnete Schaulinie die Abhängigkeit des Drehmomentes C von der Amperewindungszahl dargestellt. ' Die Schaulinien O₁1 und O₁I₁ zeigen zwei durch ihre Winkel zur Abszissenachse bestimmte Stromstärken, während durch N und N' die Amperewindungszahl bei zwei verschiedenen Schaltstellungen dargestellt ist, wobei O₁ als Koordinatenursprung für / und N gewählt ist.

Aus den Schaulinien geht hervor, daß die Zahl der Amperewindungen NN' je nach der Stromstärke I oder I₁ auf den Wert des Drehmomentes C C, C₁ C₁ einen wesentlich verschiedenen Einfluß hat.

Die Stromstärke steht infolgedessen im unmittelbaren Abhängigkeitsverhältnis zum Drehmoment C_v, d. h. zur Länge des Hebelarmes z-x.

Das bei der Regelungsvorrichtung nach Fig. 2 verwendete Schaltungsschema ist in Fig. 4 dargestellt. Die Anker und Feldmagnete der beiden Kupplungsteile c, u sind über einen Anlaßwiderstand 7 in Reihe geschaltet, der zugleich zur elektrischen Bremsung benutzt werden kann. Hierbei wird die als Erzeuger wirkende Induktionskupplung c ausgeschaltet und die als Motor wirkende Kupplung u bei gleichzeitiger Vertauschung der Wicklungsanschlüsse der Feldmagnete q in sich kurzgeschlossen.

Zur Dämpfung der Schwingungen des Feldmagneten q kann mit dessen Gehäuse ein Katarakt 8 0. dgl. verbunden sein.

Der Schleifkontakt 6 kann entweder fest an- 115· geordnet oder verstellbar sein. In dem letzten Falle ist er z. B. in seinem ruhenden Halter 9 mittels einer Stellschraube 10 verschiebbar angeordnet, die von Hand oder durch eine geeignete Antriebsvorrichtung bewegt wird. Durch Verstelung der Schraube 10 kann die Lage des Schleifkontaktes 6 gegenüber den Kontakt-

stücken 5 verändert werden, so daß die Amperewindungszahl der Feldmagnete q und damit die Geschwindigkeit des Ankers p innerhalb gewisser Grenzen beliebig geregelt werden kann. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Regelungsvorrichtung, deren Schaltungsschema Fig. 6 zeigt, ist am Gehäuse des Feldmagneten q eine Vorrichtung vorgesehen, durch welche auch die Amperewindungszahl des Generators c geändert werden kann.

Zu diesem Zweck sind zwei Wicklungsabteilungen 11 und 12 der Generatorfeldwicklung e mit zwei Schleifkontakten 13 und 14 verbunden, die in Berührung mit einem auf dem Motorfeldmagneten q befestigten, durch eine Leitung 16 mit dem Schleifkontakt 6 verbundenen Kontakte 15 kommen können.

Die Kontakte 5 körinen mit Kontakten 17 verbunden sein, die an die Wicklungsabteilungen des Motorfeldmagneten q angeschlossen sind. Die von den Kontaktgruppen 5, 17 mit dem Mittelpunkt des Ankers eingeschlossenen Winkel sind einarider gleich und ebenso groß wie der von den Enden des Kontaktstückes 15 mit dem Ankermittelpunkt eingeschlossene Winkel.

Bei einer nach Maßgabe der Spannung der Feder 2 erfolgenden Drehung des Feldmagneten q werden durch den Schleifkontakt 6, welchem der Strom des mit seiner ganzen FeIdwicklung 11, 12 eingeschalteten Generators c über den Schleifkontakt 13 zugeführt wird, allmählich alle Wicklungsabteilungen des Motorfeldmagneten q in den Stromkreis eingeschaltet und die Abteilung 11 der Generatorfeldwicklung darauf abgeschaltet, wodurch bei gleichem Drehmoment des Motors die Stromstärke wächst. Durch diese Art der Regelung sollen insbesondere die Anlaufsmomente der elektrischen Maschinen vergrößert werden.
. 40. Zur Erzielung des Rückwärtslaufs der Schraube ν kann bei der Vorrichtung nach Fig. 5 und 6 eine Umschaltvorrichtung vorgesehen werden, durch welche die Verbindungsleitungen zwischen dem Feldmagneten q und dem Anker p umgeschaltet werden können, . so daß die Stromrichtung in dem Anker p umgekehrt wird, wobei der Schleifkontakt 14 auf dem Kontaktstück 15 bleibt. Der Anker p hat dann das Bestreben, die Schiffsschraube υ und den Feldmagneten e des Generators c in umgekehrter Richtung wie vorher anzutreiben. Da in diesem Falle die Geschwindigkeit des Elektromotors diejenige der Antriebsmaschine wesentlich übertreffen muß, wenn sich die Schraube υ rückwärts mit einer nennenswerten Geschwindigkeit drehen soll, so muß der Elektromotor für eine sehr hohe Drehzahl gebaut werden.

Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß die dem Anker p und dem Feldmagneten e gemeinsame Welle / durch eine besondere Vorrichtung getrennt und gleichzeitig der Generatorfeldmagnet e festgestellt wird. Der Rückwärtslauf der Schraube υ erfolgt dann durch den vom Generator c gespeisten Elektromotor u wie bei einer gewöhnlichen Kraftübertragung.

Mit Hilfe dieser Einrichtung kann man beispielsweise eine konstante Geschwindigkeit der Dampfturbine von 1500 Umdrehungen in der Minute in eine veränderliche Geschwindigkeit der Schiffsschraube von im Mittel 300 Umdrehungen umsetzen. Bei der beschriebenen Vorrichtung kann ferner die Arbeitsleistung C_a.U konstant gehalten und die Geschwindigkeit V im umgekehrten Verhältnis zu den Änderungen von C_v geändert werden.

. Es lassen sich auch die Geschwindigkeiten U und V konstant halten und das Drehmoment C_a selbsttätig ändern, wenn das Drehmoment C_v schwankt. Dieser Fall tritt besonders oft ein, wenn die Belastung der Kupplung durch eine an ein Verteilungsnetz angeschlossene Erzeugermaschine gebildet wird, deren Geschwindigkeit V konstant gehalten werden muß, um die Netzspannung stets auf gleicher Höhe zu halten. Bei Verwendung einer Turbine als Antriebsmaschine ist anderseits die Geschwiridigkeit U als konstant anzunehmen.

Dieser Fall, bei welchem die Geschwindigkeiten der als Erzeuger wie der als Motor wirkenden Induktionskupplungen konstant bleiben müssen, ist auch dann gegeben, wenn zwei hintereinandergeschaltete Hauptstrommaschinen im rechten Teil ihrer Spannungs- und Spannungsabfallcharakteristik arbeiten, da das Verhältnis des Spannungsabfalls zur Spannung der Erzeugermaschine c und des Motors u fast konstant ■ bleibt.

Müssen die Maschinen auch auf einem über dem konstanten Teil ihrer Charakteristik hinausliegenden Teile arbeiten, so muß die Erregung der als Motor wirkenden Kupplung verstärkt werden, wenn sich die Leistung erhöht. In diesem Falle kann die durch, das Schaltungsschema nach Fig. 7 veranschaulichte Einrich- tung angewendet werden.

Der Anker 18 des Stromerzeugers 19 sitzt auf der Ankerwelle des Motorteiles u der Kupplung. Die Erregerwicklung des Stromerzeugers 19 besteht aus einer Wicklung 20 von starkem Draht, welche von dem ganzen Netzstrom oder einem Teil desselben durchflossen wird, und aus einer Wicklung 21 von dünnerem Draht, durch welche der vom Generatorteil c der Kupplung erzeugte Strom fließt. In dem Stromkreis der Kupplung ist ein Regelungswiderstand 22 eingeschaltet.

Vermindert sich die Geschwindigkeit V und damit die Spannung des Stromerzeugers 19, so vergrößert sich die Schlüpfung U-V des Generators c, und das dadurch entstehende Anwachsen der elektromotorischen Kraft ruft einq

Verstärkung des die Wicklung 21 durchfließenden Stromes hervor, wodurch die Spannung der Erzeugermaschine 19 wieder erhöht wird.

Auf dem Gehäuse des Feldmagneten q kann ein selbsttätiger Schalter 23 befestigt sein, durch welchen in derselben Weise wie dies bei dem Schleifkontakt 6 beschrieben ist, die Windungszahl der Zusatzwicklung 21 oder ein in den Stromkreis dieser Wicklung eingeschalteter Widerstand geändert werden kann.

Der Schalter 23 kann auch dazu benutzt werden, die durch die Wicklung 21 hervorgerufene zusätzliche Erregung je nach den Umständen zu verstärken oder zu schwächen.

An den in Fig. 1 bis 7 dargestellten Regelungsvorrichtungen brauchen Änderungen nicht vorgenommen zu werden, wenn der Generatorteil der Kupplung c statt aus einer einzigen Maschine aus einer beliebigen Anzahl Erzeugermaschinen besteht, bei denen, wie Fig. 8 und 9 zeigen, der Feldmagnet eines Generators mit dem Anker des nächstfolgenden Generators mechanisch verbunden ist bzw. umgekehrt, oder wenn der Motorteil der Kupplung u aus einer beliebigen Anzahl Motoren zusammengesetzt ist, welche in gleichem Drehsinne oder in verschiedenen Drehrichtungen umlaufen.
Der Gegenstand der Erfindung eignet sich zum Antriebe von Motorwagen, Eisenbahnwagen, Schiffsschrauben, Lochmaschinen, Hebemaschinen, Ausziehmaschinen, Werkzeugmaschinen mit veränderlichem Kraftbedarf und von allen sonstigen Vorrichtungen mit konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Aus Generatoren und Motoren bestehende dynamoelektrische Kupplung, bei welcher die durch eine Gegenfeder beeinflußte Drehung schwingend gelagerter Motorfeldmagnete zur selbsttätigen Regelung der übertragenen Drehmomente und Geschwindigkeiten benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfeder (2) mit einem Motorfeldmagneten (q) unter Zwischenschaltung verstellbarer Organe verbunden ist, so daß die der Drehung des Motorfeldmagneten entgegenwirkende Kraft nach Bedarf auf verschiedene Werte eingestellt werden kann, durch welche die . Spannung der Feder zwecks Regelung der Geschwindigkeit der anzutreibenden Maschine,, geregelt werden kann.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die- Gegenfeder (2) mit dem Motorfeldmagneten (q) durch einen drehbar gelagerten, doppelarmigen Hebel (y) gelenkig verbunden ist, an dessen einem Arm eine mit dem Feldmagneten verbundene Gelenkstange (x) und an dessen anderem Arm die Gegenfeder (2) mittels einer durch eine Stellschraube (4) verschiebbaren Laufbuchse (1) angreift.
3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, im Falle zur selbsttätigen Regelung noch ein Schalter vorgesehen ist, dessen bewegliche Kontaktstücke auf dem drehbaren Motorfeldmagneten gelagert und mit einzelnen Abschnitten von dessen Erregerwicklung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ruhende Bürste (6) dieses Schalters in ihrem Halter (9) mittels einer Schraube (10) 0. dgl. gegenüber den beweglichen Kontakten (5) verschoben werden kann, so daß es möglich ist, auch von Hand jene einzelnen Wicklungsabteilungen ein- und auszuschalten.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Kontakten (5) noch Kontakte (15) auf dem beweglichen Motorfeldmagneten (q) vorgesehen sind, die mit Teilen (11, 12) der Generatorfeldwicklungen über ruhende Bürsten (13,14) leitend

. verbunden sind, so daß bei Drehung des Motorfeldmagneten sowohl die Erregung des Motor- als auch des Generatorfeldmagneten geändert wird.
5. Kupplung nach Anspruch 1 bis 4 zum Betriebe eines elektrischen Generators, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Haupterregerwicklung (20) eine vom Strom der dynamoelektrischen Kupplung durchflossene Zusatzwicklung (21) erhält, und daß vom beweglichen Motorfeldmagneten ein Schalter (23) beeinflußt wird, der selbsttätig entweder einzelne Wicklungsabschnitte der Zusatzwicklung (21) ein- und ausschaltet oder einen im Stromkreis dieser Erregerwicklung liegenden Widerstand regelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.