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Energieumformer für Kraftantriebe aller Art.
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In Fig, l treibt der Dieselmotor D eine Kupplung K und damit die Welle A, ferner über Getriebe G die Vorgelegewelle a und von hier in bekannter Weise die Achsen des Fahrzeuges an. Die in Kupplung K durch Schlüpfung erzeugte elektrische Energie wird durch Leitung l auf den Motor M übertragen, welcher über ein Getriebe G beispielsweise eine Welle C antreibt, von welcher diese Leistung auf separate Fahrzeugachsen übertragen wird.
In Fig. 2 ist ein Beispiel gegeben, bei welchem der Motor M mittels eines Getriebes unmittelbar auf die Hauptgetriebewelle A wirkt, während in Fig. 3 der Fall gezeigt ist, dass ein Motor M direkt auf Welle A sitzt, der bloss einen Teil der elektrischen Sehlüpfungsenergie aufnimmt, während der andere Teil einem zweiten Motor Mi zugeführt wird, welcher zu separaten Achsantrieben, z. B. Einzelachsen (Lenkachsen, Drehgestellachsen) oderAehsgruppen, dient, welche entweder in der Lokomotive oder Tender oder andern Fahrzeugen eingebaut sind. Der Antrieb durch Motor M kann durch alle bekannten Antriebsarten (Kurbel, Kupplung, Zahnradvorgelege usw.) erfolgen.
In der bisher beschriebenen Weise werden an der Welle A bloss Drehzahlen erreicht, die kleiner oder höchstens gleich der Drehzahl des Motors D sind. Man kann jedoch durch entsprechende Steuerung der elektrischen Maschinen erreichen, dass Motor M zum Generator wird und den Anker der Kupplung J in der gleichen Drehriehtung wie Motor D antreibt. In diesem Falle bekommt man eine negative Schlüpfung.
Der Anker läuft schneller als das Kupplungsgehäuse und damit auch die Welle A schneller als die Welle des Antriebsmotors. In Fig. 2 ist als Beispiel für die elektrische Anordnung für Gleichstrom die Kupplung K nach Art einer Gleichstrom-Nebenschlussdynamo gebaut, wobei das die Pole tragende Gehäuse drehbar
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kleinerer Drehzahl der Welle A von Kupplung K durch Leitungen I elektrische Leistung empfängt, daher als Motor läuft und mechanische Leistung an die Welle A abgibt. Soll die Drehzahl der Welle A grösser sein als die der Welle des Dieselmotors D, so wird Gleichstrommaschine M von Welle A angetrieben und liefert elektrische Energie in die Kupplung K, so dass ein Vorlaufen der Welle A erfolgen muss.
Durch Kupplung K kann immer nur das konstante Drehmoment der Antriebswelle auf die Welle A übertragen werden. Die Änderung der Drehzahl erfolgt durch Änderung der Erregung von Dynamo M, was durch Veränderung des Regulierwiderstandes R2 bewirkt wird.
Der Regulierwiderstand der Kupplung K und damit ihre Erregung kann konstant belassen werden, wodurch sich bei gleichbleibendem Drehmoment der Dieselmotorwelle D ein konstanter Ankerstrom einstellt. Das Feld von M wird bei kleinster Drehzahl von Welle A ein Maximum sein und eine solche Richtung haben, dass der durchfliessende Strom ein Drehmoment erzeugt, welches die Drehrichtung von A unterstützt.
Soll die Welle A die Drehzahl des Dieselmotors haben, so ist die elektrische Sehlüpfungsleistung gleich Null, d. h., Dynamo M darf keine gegenelektromotorische Kraft erzeugen, also muss ihre Erregung gleich Null sein. Bei Höchstdrehzahl muss M wegen maximaler negativer Schlüpfungsenergie wieder ein Maximum an elektrischer Leistung an K abgeben, muss also als Generator laufen. Sein Feld muss daher mit dem gleichbleibenden Strome ein Drehmoment geben, das der Drehung von A entgegenwirkt, also muss jetzt das Feld entgegengesetzte Richtung haben.
Bei stetig sich ändernder Drehzahl von A muss das Feld der Dynamo M von Plus-Maximum über Null auf Minus-Maximum stetig eingestellt werden können, was durch den gezeichneten Regulierwiderstand R2 erfolgen kann. Der maximalen bei konstanter günstiger
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Energievernichtung durch den Widerstand W braucht der Motor M nur noch ein zusätzliches Drehmoment entsprechend der Strecke X in Fig. 4 aufzunehmen, wobei X gleich Md max. minus Mdk ist. Das konstante maximale Drehmoment des Antriebsmotors D wird also hier sofort bei Beginn des Anfahrens durch die Kupplung direkt auf das Getriebe übertragen.
Zwei weitere Ausführungsarten sind beispielsweise in Fig. 6 und 7 dargestellt. Da die elektrische Kupplung K und der Motor M bei weit höheren Tourenzahlen als Verbrennungskraftmaschinen günstig arbeiten, scheint es vorteilhaft, diese mittels eines Vorgeleges an den Haupttrieb anzuschliessen. So arbeiten in Fig. 6 der Antriebsmotor D direkt und die elektrische Maschine M mittels Vorgelege Z,, Z auf eine gemeinsame Welle B, welche die Kupplung K antreibt, welche nun ein variables Drehmoment
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angetrieben. Durch diese Ausführungsarten können die elektrischen Maschinen bedeutend leichter ausgeführt werden.
Selbstverständlich kann dieser Grundgedanke auch mit den Anordnungen nach Fig. 1-3 kombiniert werden.
Die elektrischen Maschinen können ferner in Verbindung mit Akkumulatorenbatterien oder andern Stromquellen zum Anwerfen der Verbrennungskraftmaschine D herangezogen werden. Weiters ist auch die Möglichkeit gegeben, dieselben zur Bremsung der Maschine sei es durch Wirbelstrombremsung oder elektrischen Energierückgewinn heranzuziehen. Auch hier wird eine gute Abstufung der Bremskraft durch Verstellung im Erregerstromkreis zu bewirken sein.
Für die so beschriebene elektrische Kraftübertragung kommt in erster Linie Gleichstrom in Betracht, doch können auch andere beliebige Stromarten (Wechselstrom, Ein-und Mehrphasenstrom usw.) verwendet werden. Schliesslich kann man auch beide elektrische Maschinen, u. zw. Kupplung fund Motor M zu einer Einheit vereinigen, indem man beispielsweise einen gemeinsamen Rotor in oder neben einem festen und einem rotierenden Stator laufen lässt.
Der beschriebene Umformer ist überall dort verwendbar, wo eine kontinuierliche oder sprungweise Änderung von Drehzahl und Drehmoment bei möglichst konstanter maximaler Leistung erforderlich ist und wo sich diese leicht und stabil einstellen lassen sollen, also in allen Fällen, wo sonst der bekannte Leonard-Umformer verwendet wird, wie für Lokomotiven, Autos, Schiffsmaschinen, Triebwagen, Förder- maschinen, Walzenzugmaschinen, Gebläsemaschinen und für die Luftfahrt.
Gegenüber dem normalen Leonard-Umformer hat die erfindungsgemässe Anordnung den Vorteil geringerer Umformerverluste, da nur die Schlüpfungsenergie den elektrischen Umformungsverlusten unterliegt, während der grösste Teil der Energie direkt mechanisch, also mit besserem Wirkungsgrad, übertragen wird. Überdies werden beim beschriebenen Umformer die elektrischen Maschinen wesentlich kleiner, leichter und billiger.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Energieumformer für Kraftantriebe aller Art, bei welchem die Leistung der Antriebsmasehine in zwei Teile gespalten wird, von welchen der eine Teil direkt auf die Antriebswelle übertragen, der andere in elektrische Energie umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spaltung der Energien in variablen Verhältnissen eine mit Schlüpfung arbeitende elektrische Kupplung verwendet wird, von welcher der eine Kupplungsteil mit der Antriebsmasehine (D) fest verbunden ist, der andere mit der treibenden Welle (A), so dass der der Drehzahl von der treibenden Welle (A) entsprechende Teil der Arbeit durch magnetische Kraft einer elektromagnetischen Rutschkupplung (K) auf die treibende Welle (A) übertragen wird,
der der Schlüpfung entsprechende Teil in elektrische Energie umgewandelt und in bekannter Weise mittels Elektromotoren entweder auch auf die treibende Welle (A) übertragen oder anderweitig verwendet wird.