DE683694C

DE683694C - Use of a synchronization device consisting of a generator with an adjustable stand and one or more motors electrically coupled to this generator

Info

Publication number: DE683694C
Application number: DEB174309D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Biedenkapp
Original assignee: BERLINDER MASCHIENBAU ACT GES
Current assignee: BERLINDER MASCHIENBAU ACT GES
Priority date: 1936-05-30
Filing date: 1936-05-30
Publication date: 1939-11-13

Description

Anwendung einer aus einem Generator mit verstellbarem Ständer und einem bzw. mehreren mit diesem Generator elektrisch gekuppelten Motoren bestehenden Gleich;laufeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung mit elektrischer Kraftübertragung.Applying one from a generator with adjustable stand and one or more motors electrically coupled with this generator The invention relates to a valve control with electrical Power transmission.

Bei den bekannten Einrichtungen zur Betätiguing der Ventile werden meistens miechanische Antriebe verwendet. Däesie Antriebe leiten die Bewegung der Ventile unter Benutzung von Zahnrädern und Kurventrieben in Verbindung mit Hebeln, Gelenken und sonstigem Zwischengliedern, von der Welle der Kolbenmaschine aus ab. Die große. Zahl der Glieder bedingt verhältnismäßig hohe Kosten und verursacht mitunter auch Schwierigkeiten beider räumlichen Anordnung. Insbesondere liegende Maschinen -erden durch den Zwischenbau von Steuerungsantrieben zwischen Schwungrad und Kurbelwellenlager sehr breit. Andere Schwierigkeiten treten bei stehenden vielzylindrigen Maschinen auf, die durch Verdrehungsschwingungen in den Steuerleitungen oder Biegungsschwin;gung .en in den Stoßstangen verursacht werden. Ferner machen sich bei raschlaufenden Maschinen .die bewegten Massen durch ihren Trägheitswiderstand unangenehm bemerkb,ar-Zur. Vermeidung dieser Nachteile sind hydraulische Getrrfebe entwickelt worden, bei denen eine leichtere übertragung der Steuerenergie von der Maschinenwelle nach den Ventilen möglich ist. Derartige Einr*htungen haben aber wieder den Nachteil, daß die Pumparbeit wesentlich größer sein muß, als zur Betätigung der Ventile unbedingt nötig ist. Der Wirkungsgrad ist infolgedessen verhältnismiÄßig schlecht: Es kommt noch hinzu, daß mit ziemlich hohen Dfrücken gearbeitet werden muß, wem die Einrichtung nicht zü große Abmessungen annehmen soll. Die hydraulischen Getriebe müssen sehr sorgfältig entgast werden, trotzdem können während des Betriebes eintretende, nur schwer zu vermeidende Gasausscheidungen aus der Flüssigkeit des hydraulischen Getriebes zu unangenehmen Störungen führen. Ferner muß angestrebt werden, den impulsgebenden Teil des Getriebes möglichst gleich weit von den einzelnen Ventilen entfernt anzuordnen, damit nicht in den verschieden langen Steuerleitungen ein ungleichmäßiges Arbeiten der einzelnen Ventile eintritt.In the known devices for actuating the valves mostly mechanical drives used. The drives direct the movement of the Valves using gears and cam drives in conjunction with levers, Joints and other intermediate links, from the shaft of the piston engine. The size. The number of links causes relatively high costs and sometimes causes also difficulties with spatial arrangement. In particular, horizontal machines -earth by installing control drives between the flywheel and the crankshaft bearing very broad. Other difficulties arise with stationary, multi-cylinder machines caused by torsional vibrations in the control lines or bending vibration .en are caused in the bumpers. Furthermore, make yourself at high speed Machines. The moving masses are unpleasantly noticeable due to their inertial resistance, ar-Zur. To avoid these disadvantages, hydraulic gears have been developed in which easier transmission of the control energy from the machine shaft to the valves is possible. Such devices have the disadvantage that the pumping work must be much larger than is absolutely necessary to operate the valves. As a result, the efficiency is relatively poor: there is also that one has to work with rather high pressures, for whom the facility does not to take on large dimensions. The hydraulic transmissions need to be very careful can be degassed, but can occur during operation, only with difficulty avoiding gas excretions from the fluid of the hydraulic transmission cause unpleasant disturbances. Furthermore, one must strive for the stimulating To arrange part of the gearbox as far away as possible from the individual valves, so that there is no uneven work in the control lines of different lengths of the individual valves occurs.

Auch auf elektromagnetischem Wege sind schon die Ventile :von Kolbenmaschinen betätigt worden. Bei der geringen spezifischen Leistung der Elektromagnete werden diese, wenn große Kräfte auszuüben oder größere Schaltwege zurückzulegen sind, häufig so groß, daß ihre Anordnung in unmittelbarer Nähe der Ventile nur schwer möglich Es muß dann zwischen Elektromagnet Ventil doch wieder eine mechanische Bewe;`: gungsübertragung :eingeschaltet werden. Dien" Stromkreis .für die Elektromagnete muß bei' jedem Schaltvorgang, also mindestens einmal je Umdrehung der Kolbenmaschinenwelle, unterbrochen werden. Der bei der Strorijunterbrechung auftretende Schaltfunke führt erfahrungsgemäß leicht zu Verbrennungen der Schaltkontakte.The valves are also on the electromagnetic path: on piston engines has been operated. With the low specific power of the electromagnets these when exerting great forces or greater To cover switching paths are, often so large that it is difficult to arrange them in the immediate vicinity of the valves possible There must then be a mechanical movement between the solenoid valve again; `: transmission transmission: to be switched on. The electric circuit for the electromagnets must with each switching process, i.e. at least once per revolution of the piston engine shaft, to be interrupted. The switching spark that occurs when the power is interrupted leads experience has shown that the switch contacts can be easily burned.

Ferner ist bereits Gegenstand eines älteren Patents eine aus zwei elektrischen Maschinen bestehende Gleichlaufeinrichtun.g für den Antrieb des DRehschiebers eines Kolbenverdichters zu verwenden, wobei das Verstellen des von der gesteuerten Maschine der Gleichlaufeinrichtung angetriebenen, das Druckmittel steuernden Drehschiebers durch Verdrehen des Ständers der von der Kurbelwelle angetriebenen, .steuernden Maschine :erfolgt. Bei dieser Einrichtung dient demgemäß die motorisch wirkende Maschine der Gleichlaufeinrichtung der Regelung eines sich unabhängig von der GleichIaufeinrichtung vollziehenden Vorganges.Furthermore, one of two is already the subject of an earlier patent electrical machines existing synchronization device for the drive of the slide valve of a reciprocating compressor, with the adjustment of the controlled by the Machine of the synchronizing device driven rotary valve controlling the pressure medium by turning the stator of the .controlling Machine: done. In this device, the motorized one is used accordingly Machine of the synchronizing device of the regulation of a itself independent of the synchronizing device executing process.

Die Erfindung besteht nunmehr in der Anwendung einer aus einem Generator mit verstellbarem Ständer und einem bzw. mehreren mit diesem Generator elektrisch gekuppelten Motoren bestehenden Gleichlaufeinrichtuing für den Antrieb der Steuerwelle bzw. Steuerwellen einer Kolbenmaschine, derart, daß der Generator mit der Kurbelwelle und der bzw. die Motoren mit der bzw. den Steuerwellen zwangsläufig verbunden sind. Es dient daher bei der Erfindung die motorisch wirkende Maschine zum Antrieb der Ventile selbst.The invention now consists in the use of a generator with adjustable stand and one or more with this generator electric Coupled motors existing synchronization device for driving the control shaft or control shafts of a piston engine, such that the generator with the crankshaft and the motor (s) are positively connected to the control shaft (s). It is therefore used in the invention, the motor acting machine to drive the Valves themselves.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der eingangs geschilderten bekannten Einrichtungen und besitzt eine Reihe von Vorzügen, die ihre Veiwendungbesonders vorteilhaft machen. Die Betätigung der Ventile geschieht durch an sich bekannte Kurventriebe. Das impulsgebende Glied eines solchen Triebes wird erfindungsgemäß durch einen Elektromotor angetrieben, der in unmittelbarer Nähe des Ventils oder im Ventilraum selbst angeordnet ist. Die Elektromotoren bilden Teile einer an sich bekannten, frequenzgebundenen synchronen Energieübertragurngseinrichtung, deren generatorisch wirkende Glieder mit der Kurbelwelle der Kolbenmaschine zwangsläufig verbunden sind. Dabei kann das E!nergieübertragungssystem in bekannter Weise entweder aus einer Anzahl. generatorischer und motorischer Synchronmaschinen bestehen oder aber aus einer Anzahl asynchroner Wechselstrommaschinen gebildet sein, deren Felder fremd erreg und deren Läufer elektrisch gekoppelt sind.The invention avoids the disadvantages of the known ones described above Facilities and has a number of advantages that make their use particularly make beneficial. The actuation of the valves is done by known ones Cam drives. The stimulating member of such a drive is according to the invention driven by an electric motor that is in close proximity to the valve or is arranged in the valve chamber itself. The electric motors form parts of a per se known, frequency-bound synchronous energy transfer device, whose Generically acting links with the crankshaft of the piston engine inevitably are connected. The energy transmission system can either in a known manner from a number. generator and motor synchronous machines exist or but be formed from a number of asynchronous alternating current machines whose fields external excitation and their rotors are electrically coupled.

'#`° Dier Gleichlauf zwischen den stromerzeuden und verbrauchenden Teilen einer s@ol-,en Energieübertragung ist bekanntlich fast 'mathematisch genau. Bei Belastung bleibt die ,als Motor wirkende Maschine gegen die als Generator wirkende Maschine um einen bestimmten Winkel zurück, der bei Aufhören der Belastung wieder verschwindet. Der Vorgang entspricht in seinem Wesen der elastischen Verdrehung einer mechanischen Welle,, Es ist ein. besonderer Vorzug der Erfindung, daß durch dieses elektrische Übertragungssystem:die Beweglichkeit derelektrIsicheln, Leitungen mit der Starrheit der mechanischen Wellen verbunden ist. Hinzu kommt noch, daß es immer möglich ist, den Motor in unmittelbarer N ähedes Ventils o der im Ventilkasten selbst anzuordnen. Hierdurch wird die Zahl der Glieder des Kurventriebes auf eine Mindestzahl beschränkt, und die bewegten Massen werden so klein wie nur möglich. Durch die elektrische Energieübertragung bestehen keinerlei räumliche Schwierigkeiten mehr in der Übertragung der Bewegung von der Kurbelwelle nach den Ventilen. Auch dynamische Einflüsse können sich nicht störend bemerkbar machen.'# `` The synchronicity between electricity consumers and electricity consumers Dividing a s @ ol-, en energy transfer is known to be almost 'mathematically accurate. Under load, the machine acting as a motor remains against the machine acting as a generator Machine back a certain angle, which again when the load is stopped disappears. The process corresponds in its essence to the elastic twist a mechanical wave ,, It is a. particular advantage of the invention that through This electrical transmission system: the mobility of the electrical sickles, lines associated with the rigidity of mechanical shafts. On top of that there is it is always possible to have the motor in the immediate vicinity of the valve or in the valve box to arrange yourself. As a result, the number of links of the cam drive is reduced to one The minimum number is limited and the moving masses are as small as possible. There are no spatial difficulties whatsoever due to the transmission of electrical energy more in the transmission of motion from the crankshaft to the valves. Even dynamic influences cannot become noticeable in a disruptive manner.

Irgendeine Symmetrie in der Anordnung der elektrischen Mäschinen ist nicht erforderlich. Da Stromunterbrechungen während des Laufs der. Maschine nicht 'stattfinden, sind Kontakte und die reit ihnen verbundenen Störungsmöglichkeiten nicht vorhanden.There is some symmetry in the arrangement of the electrical machines not mandatory. Since power interruptions during the running of the. Machine not 'take place are contacts and the potential for disruptions associated with them unavailable.

Auf der Zeichnung ist eine Gleichlaufeinrichtung mit den Merkmalen gemäß der Erfindung bei einem Verbrennungsmotor dargestellt.On the drawing is a synchronization device with the features shown according to the invention in an internal combustion engine.

Abb. i zeigt schematisch den Schnitt durch den Zylinderkopf eines solchen Motors.Fig. I shows schematically the section through the cylinder head of a such engine.

Abb. z und 3 zeigen Schaltpläne für die elektrische Energieübertragung.Fig. Z and 3 show circuit diagrams for the transmission of electrical energy.

In Abb. i ist der Arbeitsraum a einerseits durch den Kolben b, andererseits durch den Zylinderkopf b' abgeschlossen. In diesem befinden sich das Auslaßventil c und das Ein-Laßventil,cf, deren Stößel durch zwei Nockenscheiben e und f 'bewegt werden. Die Nockenscheiben sitzen direkt auf der Welle eines Elektromotors g, durch den sie in Umdrehung versetzt werden.In Fig. I the working space a is on the one hand through the piston b, on the other hand completed by the cylinder head b '. This is where the outlet valve is located c and the inlet valve, cf, whose tappets are moved by two cam disks e and f ' will. The cam disks sit directly on the shaft of an electric motor g, through which they are set in rotation.

Abb. z zeigt die Schaltung, wenn der Motor als Synchronmotor ausgeführt ist. Mit der Kurbelwelle k des Verbrennungsmotors ist ein Synchrongenerator i durch direkte Kupplung zwangsläufig verbunden. Die Felderregung erfolgt durch den angebauten Gleichstromerreger h, der auch gleichzeitig die Erreger- energie für den Antriebsmotor l liefert. Die Statorwicklungen von i und ! sind durch die Leitungen RST miteinander in bekaamter Weise verbunden. Wenn gleichzeitig mehrere Zylinder vorhanden sind, können auch noch weitere Motore m mitangeschlossen werden: Abb.3 zeigt die Schaltung bei Verwendung von Asynchronmas,chinen. Die als Stromerzeuger verwendete Maschinen und die als Motor verwendeten Maschinen o, p sind mit ihren Statoren beispielsweise an ein vorhandenes Drehstromnetz RST angeschlossen, ihre Läufer sind durch Leitungen jt, v, w miteinander verbunden. Infolgedessen werden die Läuferfrequenzen und die Läuferspannungen gleichgemacht und damit auch die Drehzahl, weil bei Asynchronmotoren durch diese beiden Größen die Drehzahl eindeutig festgelegt ist. Die verwendeten Maschinen verhalten sich dann .gegenseitig wie zwei Synchronmaschinen. Ihr Gleichlauf ist daher fast mathematisch genau. Ebensogut wie zur Felderregung ein vorhandenes INTetz benutzt wurde, kann auch die Erregerenergie besonders in einer angebauten Synchronmaschine erzeugt werden oder als stromerzeugende Maschine ein eigenerregter Drehstromgenerator Verwendung finden.Fig. Z shows the circuit when the motor is designed as a synchronous motor. A synchronous generator i is inevitably connected to the crankshaft k of the internal combustion engine by a direct coupling. The field is excited by the attached DC exciter h, which also supplies the excitation energy for the drive motor l at the same time. The stator windings of i and! are connected to one another in a known manner by the lines RST. If several cylinders are present at the same time, further motors can also be connected: Figure 3 shows the circuit when using asynchronous machines. The machines used as power generators and the machines o, p used as motors are connected with their stators, for example, to an existing three-phase network RST, their rotors are connected to one another by lines jt, v, w. As a result, the rotor frequencies and the rotor voltages are made the same and thus also the speed, because the speed of asynchronous motors is clearly defined by these two variables. The machines used then behave mutually like two synchronous machines. Their synchronization is therefore almost mathematically exact. Just as an existing INTetz was used for field excitation, the excitation energy can also be generated in a built-on synchronous machine or a self-excited three-phase generator can be used as a power-generating machine.

Es sei ferner .noch darauf hingewiesen, daß durch Verdrehen des GeneratorgehÄuses i bzw. n der Kraftübertragung eine zusätzliche Verdrehung der Motorenläufer bewirkt wird, die sich in einer Verschiebung der Ventilöffnungs- und -schließpunkte auswirkt. Von dieser Möglichkeit kann in besonderen Fällen iu Regelzwecken Gebrauch gemacht werden.It should also be noted that by rotating the generator housing i or n of the power transmission causes an additional rotation of the motor rotor which results in a shift in the valve opening and closing points. This option can be used for control purposes in special cases will.

Claims

PATENT CLAIM: Application of a generator with adjustable Stand and one or more motors electrically coupled to this generator existing synchronization device for driving the control shaft or control shafts a piston engine, such that the generator with the crankshaft and the or the motors are inevitably connected to the control shaft (s).