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Maschinenanlage, bestehend aus motorischer Kraftquelle, Energieverbraucher und Energiespeicher.
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Besitzt beispielsweise das Schwungrad als Speicher eine bestimmte Drehzahl, so wird es im Verlauf der Abgabe der aufgespeicherten Energie diese Drehzahl nicht beibehalten können. Auch gibt es Perioden, in denen der Verbrauchsapparat entweder mit konstanter oder mit nach einem vorgeschriebenen Gesetz veränderlicher Drehzahl arbeiten soll. Die Übersetzung zwischen Schwungrad und Verbrauchsapparat muss sonach diesem Erfordernis entsprechend wechseln, d. h. die Abnahme der in der Drehzahl der Schwungmasse aufgespeicherten Kraft einerseits, "die Aufrechterhaltung einer vorgeschriebenen Drehzahl des Verbrauehsapparates anderseits drücken sich ständig in dem Wechsel der erforderlichen, auf jedes beliebige Ausmass einstellbaren Übersetzung zwischen Schwungmasse und Verbrauchsapparat aus.
Die vorstehend angegebene Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Energiespeicher unabhängig von der Kraftquelle beweglich ist und dass zwischen Speicher und Energieverbraucher, gegebenenfalls auch zwischen Kraftquelle und Speicher bzw. zwischen Kraftquelle und Verbraucher, ein stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe geschaltet ist.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass während der Beschleunigungs-und Verzogerungs- perioden des Verbrauchers das Übersetzungsverhältnis zwischen diesem und der Schwungmasse stetig derart geändert wird, dass Energie während der Beschleunigungsperioden von der Schwungmasse zum Verbraucher, während der Verzögerungsperioden hingegen in umgekehrter Richtung übertragen wird.
Unter einer von der Kraftquelle unabhängig beweglichen Schwungmasse ist hiebei eine solche verstanden, die imstande ist, eine andere Drehzahl'als die Kraftquelle (Antriebsmotor) zu besitzen. Eine solche Unabhängigkeit kann z. B. durch ein zwischen Kraftquelle und Schwungmasse geschaltetes Hilfsgetriebe, das gleichfalls stufenlos regelbar ist, herbeigeführt werden. Unter die Bezeichnung "von der Kraftquelle unabhängig bewegliche Sehwungmasse"fällt aber auch eine Anordnung, bei der die Schwungmasse mit dem Antriebsmotor (Kraftquelle) starr gekuppelt ist und der Motor während der Perioden, wo eine Energienachlieferung durch denselben nicht erforderlich ist, abgestellt ist und in diesem Zustand bloss als zusätzliche, mit dem Speicher umlaufende Schwungmasse wirkt.
Die Kraftquelle kann an einer beliebigen Stelle des aus Schwungmasse und Verbraucher bestehenden Systems angreifen, und es ist zweckmässig, die Energie der Kraftquelle während der Beschleunigungsperioden des Verbrauchers direkt diesem, während der Verzögerungsperioden des Verbrauchers hingegen direkt dem Schwungrad zuzuführen.
Es ist ersichtlich, dass durch die erfindungsgemässe Anordnung Schwungmasse und Verbrauchsapparat zu einem Energie austauschenden System vereinigt ist, in dem die Schwungmasse die hauptsächliche Kraftquelle bildet, die vom Antriebsmotor wie vom Verbrauchsapparat abwechselnd oder gleichzeitig mit Energie versorgt wird und diese allmählich wieder in dem gewünschten Ausmass an den Verbrauchsapparat abgibt. Insoweit sich Beschleunigungs-und Verzogerungsperioden innerhalb eines grösseren Zeitraumes im Wesen entsprechen, ist ein Energie, ausgleich möglich, so dass nur der verbleibende Unterschied mit Hilfe einer bloss für diese Differenzleistung dimensionierten Kraftquelle (Antriebsmotor) bewältigt werden muss.
Der motorische Antrieb hat damit bloss die Hilfsfunktion einer Speisung der eigentlichen Kraftquelle (Schwungmasse) erhalten. Beispielsweise kann bei einer Transporteinrichtung die Kraftquelle für den Transport der betreffenden Last auf ebener Strecke mit annähernd gleichmässiger Geschwindigkeit dimensioniert sein.
Das Mehrerfordernis gegenüber diesem Transport mit gleichmässiger Geschwindigkeit, das etwa durch Unebenheiten des Terrains oder durch Beschleunigungen und Abbremsen zufolge der Verkehrserfordernisse notwendig ist, wird durch die Schwungmasse geliefert, welche einerseits die beim Bremsen rückgewonnene Energie aufspeichert, anderseits die etwa während des Stillstandes des Fahrzeuges oder des Betriebes abgegebene Motorenergie aufspeichert und sie dann für die Beschleunigung der Massen beim Anfahren, für das zeitweilige Heben auf ein höheres Niveau usw. nutzbringend verwendet.
Eine derartige Anlage weist daher in bezug auf Kraftbedarf eine wesentliche Ersparnis auf.
Eine der Erfindung entsprechende Anlage ist in der Zeichnung im Schema und in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 zeigt ein grundlegendes Schema der Anordnung, Fig. 2 zeigt im Diagramm den Verlauf der Energien und Drehzahlen, die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch zwei weitere Anordnungen, Fig. 5 zeigt eine beispielsweise Einrichtung in Ansicht, Fig. 6 ist ein lotrechter
Schnitt durch eine Freilaufeinrichtung, Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 zeigt eine Einzelheit, die Fig. 9-12 zeigen im Schema vier weitere Anordnungen, Fig. 13 zeigt im Diagramm den Verlauf der Drehzahlen und Energien ohne und mit Berücksichtigung von Übertragungsverlusten.
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verbunden. Der motorische Antrieb sei zunächst vernachlässigt.
Rotiert die Schwungmasse A mit einer bestimmten Drehzahl, so wird die erforderliche oder gewünschte Energieentnahme durch Verstellen des Handhebels D des Getriebes 0 von Stellung I nach Stellung If eingestellt, welche Einstellung entweder nach Massgabe des Kraftbedarf oder gegebenenfalls durch. einen Drehzahlregler entsprechend der Abnahme der Drehzahl der Schwungmasse A verändert wird. Soll umgekehrt der Apparat B zur Ruhe gesetzt oder seine Drehzahl herabgesetzt werden, so wird durch Verstellung des Hebels D von 11 nach I die Übersetzung derart geändert, dass nunmehr die Schwungmasse A vom Verbrauchsapparat B angetrieben wird.
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Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Verlauf von Drehzahl und lebendiger Energie von Schwungmasse A und Verbrauchsapparat B bei verschiedenen Stellungen des Regulierhebels D, d. h. bei ver-
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Da die Energie mit dem Quadrat der Drehzahl zunimmt, so stellen sich, falls die Energie als lineare Funktion dargestellt wird (was der besseren Übersicht halber wünschenswert ist), die Geschwindigkeiten als Parabeln dar. Bei der Stellung I hat die Drehzahl von A den Wert na1 und die zugehörige Energie den Wert Eat, während Drehzahl und Energie von B Null sind. Bei der Stellung 11 hat die Drehzahl
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tung von I nach II nimmt der Energieinhalt von A stetig ab, jener von B ebenso stetig zu. Die Summe der Energien von A und B muss hiebei immer gleich der Anfangs- oder Endenergie Eal oder Eb2 sein, wie dies durch die strichpunktierte waagerechte Linie angedeutet ist. Selbstverständlich sind wegen der verschiedenen Massen bzw.
Trägheitsmomente der Körper A und B die zugehörigen Drehzahlen trotz gleicher Energien Eal und Ebs nicht gleich, wie dies auch im Diagramm gezeigt ist.
Wird nun etwa ein Getriebe C verwendet, welches nur einen beschränkten Übersetzungsbereich hat, etwa nur den Bereich von 1 : oo bis 2 : 1, so kommt dies im Diagramm dadurch zum Ausdruck, dass die Geschwindigkeit und ebenso die Energie von A nicht bis Null abnimmt. Beispielsweise ergeben sich für den Punkt III des Diagramms (Übersetzungsverhältnis von 1#84 : 1) Werte, die durch den Schnitt
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gestattet, so ergeben sich Werte für Drehzahlen und Energien, die durch den Schnitt der in IV gezogenen Vertikalen mit den bezüglichen Kurven bestimmt sind. Wird der Verbrauchsapparat B bei dieser Stellung des Hebels D stillgesetzt, so kann dies nur durch eine Bremse erfolgen, und die Restenergie Eb4 ist vernichtet. Man verliert also durch die Verwendung eines Getriebes mit begrenztem Regulierbereich etwas an Energie.
Dieser Verlust ist jedoch verhältnismässig klein. Ist das grösstmögliche Übersetzungsverhältnis
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jedoch das Drehzahlverhältnis für den Punkt IV etwa 1 : 6 betragen, so würde sich nur mehr ein Verlust von 0'034 Eb3 ergeben, also weniger als die Hälfte des obigen Wertes. Hieraus ist ersichtlich, dass die Verluste, die durch die Beschränkung des Regulierbereiches des Getriebes entstehen, bereits bei verhältnismässig sehr niedrigen Werten des Übersetzungsverhältnisses praktisch vernachlässigbar klein werden.
Fig. 3 zeigt das Prinzipschema einer Anordnung mit motorischem Antrieb. Der Motor kann ständig mit der Schwungmasse A oder dem Verbrauchsapparat B verbunden sein, letzteres insbesondere dann, wenn dieser eine konstante oder wenig veränderliche Drehzahl aufweisen soll. Fig. 3 zeigt jedoch einen Fall, bei dem der Motor M durch ein stufenlos regelbares Getriebe E, F mit der Antriebs-oder der Abtriebswelle a bzw. b des Getriebes C verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt über eines der beiden Getriebe E oder F oder über beide, in welchem Fall die Getriebe zweckmässig so miteinander gekuppelt sind, dass sie nur in Abhängigkeit voneinander eingeschaltet werden können.
Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ist die folgende : Angenommen, es sei der Motor M nur durch das Getriebe F mit der Antriebswelle a des Getriebes C verbunden, so wird zunächst der Motor M etwa bei vorläufig abgestelltem Verbrauchsapparat B und in Stellung I befindlichem Hebel D allein die Schwungmasse A antreiben. Hiebei ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebes F zunächst sehr hoch und wird dann mit zunehmender Drehzahl der Schwungmasse A durch Verstellen des Hebels von I nach Il allmählich verringert.
Wird jetzt der Verbrauchsapparat B durch Verstellen des Hebels D von I nach 11 angelassen, so wird er die zur Beschleunigung erforderliche Energie hauptsächlich der Schwungmasse A entnehmen, deren Drehzahl dadurch sinkt ; sie kann-nach erfolgter Beschleunigung-durch entsprechende Umstellung des Getriebes F wieder allmählich durch Aufnahme von Motorleistung gesteigert werden. Je nach den Erfordernissen werden dann die Hebel D und G des Getriebes C bzw. F in jene Stellung gebracht, bei der entweder der Verbrauchsapparat B oder die Schwungmasse A den grösseren Teil der Energie des Motors M erhält.
Benötigt der Verbrauchsapparat B jedoch weniger Energie, als der Motor M liefert, so wird die überschüssige Energie in der Schwungmasse A aufgespeichert, wobei durch Einstellung des Hebels G die passendste Übersetzung eingestellt wird. Wird der Apparat B gänzlich abgestellt, was durch den Hebel D erfolgen kann, so wandert seine Energie durch das Hauptgetriebe C in das Schwungrad A zurück, so dass der Motor M nur die durch Reibungs- und sonstige Widerstände verlorene Energie zu liefern hat.
Die Schwungmasse dient also als Hauptkraftquelle, welche die in sie gespeicherte Energie bei gewissen Bewegungszuständen allein oder gemeinsam mit dem Motor, der in diesem Fall nur als Hilfskraftquelle dient, an den Verbrauchsapparat abgibt.
Ist, wie in Fig. 3, ausser dem Hilfsgetriebe F noch ein zweites, vom Motor M zur Abtriebswelle b führendes Hilfsgetriebe E mit Stellhebel H vorhanden, so ist die Wirkungsweise analog.
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Eine gleiche Wirkungsweise wie mit zwei Hilfsgetrieben lässt sich auch mit einem einzigen Hilfsgetriebe erreichen, wenn man zwischen diesem und den beiden Hauptgetriebewellen a, b zwei Kupplungen anordnet, welche wahlweise betätigt werden können. Der Energiefluss hat ja stets eine einzige Haupt-
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Energie abgibt, Energie von M nach A zu liefern, weil es zweckmässiger ist, sie gleich nach B zu liefern. Dabei erspart man die zusätzliche Belastung des Getriebes a und die zusätzlichen Verluste. Hieraus ergibt sich aber auch die Möglichkeit einer sehr einfachen automatischen Umschaltung.
Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Der Motor M ist über ein Regulier-
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aufnehmenden Teil des Getriebes a verbunden ist und vom Reaktionsmoment derart gesteuert wird, dass er in die Lage I gelangt, wenn Energie von B nach A fliesst. Hiebei nimmt der Hebel L mit einer Gabel einen Hebel P mit, welcher die Kupplung K so umstellt, dass Energie von M über F nach A fliesst.
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das Reaktionsmoment des Getriebes a um. Dadurch wird der Hebel L und mit ihm der Hebel P von 1 nach II bewegt, so dass nunmehr die Energie von M über F nach B fliesst. Beim Zurückstellen des Hebels D wiederholt sich das Spiel in umgekehrter Richtung.
Anstatt den Motor, wie nach den Fig. 3 und 5, wahlweise mit der Schwungmasse A und dem Verbrauchsapparat B kuppelbar zu machen, kann der Motor auch entweder nur mit A oder nur mit B verbunden werden.
In Fig. 5 ist eine einfache Anlage der letzterwähnten Art ebenfalls schematisch, jedoch mit den notwendigen technischen Einrichtungen in beispielsweiser Anwendung an einer Zentrifuge dargestellt.
Hier bezeichnet B wieder den anzutreibenden Verbrauchsapparat, der hier durch den Korb der Zentrifuge versinnbildlicht wird. Dieser wird von einer Welle b angetrieben, die zu einem stufenlos regelbaren Getriebe 0 führt. Von dem Getriebe a führt eine Welle a zu der Schwungmasse A, die im Fuss 6 des Maschinengehäuses untergebracht ist. Die Schwungmasse A ist mit der Welle a durch eine später zu beschreibende Freilaufkupplung 40 verbunden. Der Antrieb erfolgt vom Motor M über eine auf der Motorwelle sitzende Riemenscheibe 8 und eine auf der Welle b sitzende Riemenscheibe 7. Das Anlassen des Motors M wird etwa durch einen üblichen Anlasser 13, 14 bewirkt.
Das stufenlos regulierbare Getriebe a wird durch einen Hebel 10 gesteuert, dessen beide End- lagen mit 7 und 77 bezeichnet sind. In der einen der beiden Endlagen (z. B. I) ist die Verbindung zwischen der Schwungscheibe A und dem Verbrauchsapparat B getrennt, so dass auch bei rotierender Schwungscheibe keine Bewegung auf den Verbrauchsapparat übertragen wird. In der andern Stellung (z. B. II)
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende : Der Motor M wird zunächst angelassen und bringt dadurch den Verbrauchsapparat B, d. i. der Korb der Zentrifuge, auf die vorgeschriebene Drehzahl. Hiebei befindet sich der Getriebehebel 10 in Stellung II, so dass gleichzeitig auch die Schwungmasse A mit der kleinstmöglichen Drehzahl angetrieben wird. Wenn nun beispielsweise die Masse des Verbrauchsapparates B zum'Stillstand gebracht und nach kurzer Pause wieder beschleunigt werden soll, so wird in diesem Fall der Motor M beispielsweise mittels des Anlassers 13, 14 abgeschaltet und der
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Masse B dadurch zum Stillstand kommt.
Soll die Zentrifuge wieder angelassen, d. h. der Korb B wieder beschleunigt werden, so wird der Hebel 10 von 1 nach II gestellt, wodurch die Schwungmasse A nunmehr neuerlich den Korb mit allmählich wachsender Geschwindigkeit antreibt, worauf dann der Motor M wieder eingeschaltet werden kann. Die der Masse des Korbes erteilte Beschleunigung ist ziemlich gross, und die Zeit, innerhalb der die Beschleunigung erfolgen soll, ist besonders kurz, da der Motor M die Beschleunigungsarbeit nicht zu leisten braucht.
Die Einrichtung gemäss Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Fall, wo der Motor zeitweise gänzlich ausgeschaltet wird. Ein solcher Fall kann in besonders vorteilhafter Weise ausgenützt werden, wenn es sich um einen Motor handelt, welcher auf eine bestimmte Mindestdrehzahl gebracht werden muss, um anlaufen zu können, oder welcher zum Anlaufen einer besonderen Vorrichtung bedarf. Eine solche Hilfseinrichtung, wie etwa der Anlasswiderstand. bei Elektromotoren oder die Startvorrichtung der Verbrennungskraftmaschinen, kann hier entfallen, da der Motor von der Schwungmasse aus auf volle Drehzahl gebracht wird, bevor er an das Netz angeschaltet wird. Auch die Beschleunigungsarbeit für die rotierenden oder hin-und hergehenden Teile des Motors wird in diesem Fall von der Schwungmasse geliefert.
Eine derartige Einrichtung gestattet nicht nur eine wesentliche Vereinfachung der Anlage durch den Entfall einer Hilfseinrichtung, sondern bewirkt vor allem eine bedeutende Energieersparnis. Der Elektromotor kann in den Pausen abgeschaltet werden und verzehrt somit keine Energie ; bei einer Verbrennungskraftmaschine wird zumindest der Brennstoffverbrauch für den Leerlauf während
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der Stillstandsperiode erspart. Die Hauptersparnis liegt aber darin, dass die für die Beschleunigungsarbeit erforderliche Energiemenge durch die Speicherung der beim Bremsen entzogenen Energie nur zu einem kleinen Teil von der Kraftmaschine gedeckt wird.
Um während längerer Stillstandsperioden auch die Leerlaufreibung des Getriebes C zu vermeiden, kann vorteilhaft zwischen der als Energiespeicher dienenden Schwungmasse A und der Getriebewelle a eine Freilaufkupplung eingeschaltet werden, welche dem Schwungrad ein Voreilen gegenüber der Getriebewelle a gestattet.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise in den Fig. 6,7 und 8 dargestellt. Auf der Getriebewelle a, die vom Getriebe C zur Schwungmasse A führt, ist eine Unrundscheibe bzw. Nocke 16 (Fig. 7) aufgekeilt, die innerhalb eines Ringes oder Gehäuses 20 liegt, das mit dem Schwungrad A fest verbunden ist. Das Schwungrad selbst kann sich mittels der Rollenlager 30 frei auf der Welle a drehen. Beiderseits der Nocke 16 befinden sich Führungsscheiben 19, welche die Klemmkörper 17 in ihrer Lage erhalten.
Diese Klemmkörper sind zylindrische Rollen oder Kugeln, können aber auch von anderer Gestalt sein.
Die Klemmrollen 17 können im allgemeinen zwei Stellungen einnehmen. In der einen der beiden Stellungen, die in Fig. 7 mit 17, 17 bezeichnet ist, sind die Rollen zwischen der Noeke J6 und dem Ring 20 festgeklemmt, so dass sie in der Lage sind, ein Drehmoment von der Nocke auf den Ring zu übertragen, wenn die Nocke sich im Uhrzeigersinn dreht. Bewegt sich hingegen der mit dem Schwungrad. A verbundene Ring 20 schneller als die Nocke 16, so werden die beiden Klemmrollen mitgenommen, bis sie in die mit 1'1', 17'
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ein und werden dadurch vom Ring 20 abgehoben, der somit frei und ohne jede Reibung umlaufen kann.
Wird der Nocke 16 ein Impuls erteilt, derart, dass sie rascher zu laufen bestrebt ist als der Ring 20, so werden die Klemmrollen 17 sowohl durch die Trägheitswirkung als auch durch die Fliehkraft gegen den Ring 20 gedrückt und klemmen daher neuerlich, so dass sie wieder in die Stellung 17, 17 gelangen, in der eine Kraftübertragung zwischen Nocke 16 und Ring 20 stattfindet.
Durch die beschriebene Freilaufkupplung kann nur eine Kraftübertragung vom Verbrauchsapparat B zum Schwungrad, nicht aber umgekehrt, stattfinden. Soll daher nach einer Stillstandsperiode die Energie des Schwungrades wieder an das Getriebe C und damit auch an den Verbrauchsapparat B zurückgeleitet werden, so ist es erforderlich, die Freilaufkupplung zu sperren oder eine besondere Kupplung zwischen Schwungrad A und Getriebewelle a zu verwenden.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 8 ist beispielsweise eine Klauenkupplung für diesen Zweck vorgesehen. Die Schwungradnabe 22 trägt an ihrem unteren Ende Mitnehmerklauen 23, während die Gegenklauen 25 auf einer Muffe 24 sitzen, die sich auf der Getriebewelle a befindet. Die Muffe 24 ist durch einen Keil mit der Welle a längsverschieblich, aber nicht verdrehbar verbunden. Bei eingerückten Klauen 23, 25 ist somit die Welle a mit dem Schwungrad A gekuppelt, so dass dieses seine Energie an das Getriebe C bzw. den Verbrauchsapparat B abgeben kann. Um das gegenseitige Einrücken der Klauen 23 und 25 zu erleichtern, ist eine Reibungskupplung vorgesehen, welche die Welle a auf die gleiche Geschwindigkeit wie das Schwungrad.
A zu bringen hat, bevor die Klauen zum Eingriff gebracht werden. Zu diesem Zweck ist auf den Teilen 22,24 nahe den Klauen 23 bzw. 25 je ein kegelförmiger Körper 26 bzw. 27 vorgesehen. Der auf der Schwungradnabe 22 sitzende Konuskörper 27 wird durch Federn 29 gegen den Konuskörper 26 gedrückt, wobei eine Begrenzung nach unten durch Anschläge 31 der Federbolzen gegeben ist. Der Konuskörper 27 ist an seinem Innenrand mit Ausnehmungen 28 (Fig. 8) versehen, in die die Klauen 23 eingreifen, so dass der Konuskörper 27 mit dem Schwungrad A axialverschieblich, aber nicht verdrehbar gekuppelt ist. Wird die Muffe 24 nach aufwärts gedrückt, so kommen zuerst die beiden Konuskörper 26,27 in Berührung, wobei sich 27 unter der Federwirkung an 26 anlegt.
Hiedurch wird die Welle a auf die Drehzahl des Schwungrades A gebracht, worauf dann die weitere Aufwärtsbewegung der Muffe 24 das Einrücken der Klauenkupplung 23,25 bewirkt.
Vorteilhaft wird die axiale Bewegung der Muffe 24 vom Stellhebel M des Getriebes C (Fig. 5) abgeleitet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wirkt der Hebel 10 nicht unmittelbar auf das Getriebe C, sondern kann ausser den zur Betätigung des Getriebes erforderlichen Bewegungen noch zusätzliche Bewegungen ausführen, die zur Betätigung der Kupplungsmuffe 24 verwendet werden. Zu diesem Zwecke ist der Handhebel 10 mit einem die Getrieberegulierung unmittelbar bewirkenden Hebel 34 so gekuppelt, dass der Hebel 10 über die Stellung 1 (Fig. 5) hinaus noch einen Weg nach unten ausführen kann, ohne dabei den Hebel 34 mitzunehmen, wenn dieser in seiner unteren Endstellung angelangt ist. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist dies z.
B. dadurch erreicht, dass der Hebel 10 mit einem Anschlag 35 versehen ist, gegen den der Hebel 34 durch eine sich gegen den Federteller 38 abstützende Feder 37 gedrückt wird. Diese Feder ist stärker als die bei der Getrieberegulierung zu überwindenden Widerstände. Bei Abwärtsschwenken des Hebels 10 wird somit der Hebel 34 so weit mitgenommen, bis letzterer in seiner unteren Endlage angekommen ist. Der Hebel 10 kann dann noch unter Spannen der Feder 37 ein Stück weiter abwärts bewegt werden, wobei er mit dem Anschlag 36 die lotrecht geführte Stange 33 nach abwärts drückt. Die Stange 33 trägt eine Gabel 32, welche in eine Ausdrehung der Muffe 24 eingreift, so dass bei der zusätzlichen Abwärtsbewegung des Hebels 10 die Muffe 24 nach abwärts bewegt wird.
Eine Feder 42, welche stärker sein muss als die Federn 29 der Konuskupplung 26,27 drückt die Gabel 32 nach oben und
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bewirkt wieder das Einrücken der Kupplung 23,25, sobald der Hebel 10 aus seiner untersten Stellung nach oben bewegt wird.
Die Wirkungsweise des Freilaufgetriebes ist folgende : Wird der Getriebenebel. M etwa von II nach I (Fig. 5) bewegt, um die Abbremsung der Masse B durch die Schwungmasse A durchzuführen, so wird durch die beschriebene zusätzliche Bewegung des Hebels 10 die Muffe 24 nach abwärts bewegt, so dass die Klauen 23, 24 ausser Eingriff kommen und nur die Freilaufkupplung 16, 11, 20 in Betrieb bleibt. Beim Abbremsen der Masse B durch die Schwungmasse A ergibt sich schliesslich eine Phase, in der dem Schwungrad von der Getriebewelle s keine Energie mehr geliefert wird, da die bewegte Masse des Verbrauchsapparates B bereits durch Abgabe der Energie an die Schwungmasse Ain Ruhe zu kommen beginnt.
Die Schwungmasse hat aber jetzt Energie aufgenommen und würde nunmehr zur Deckung der Reibungsverluste an das Getriebe 0 Energie abgeben. Sobald dieser Fall eintritt, wird jedoch die Freilaufkupplung in Wirksamkeit treten und die Verbindung zwischen Schwungrad und Getriebewelle a lösen. Die Verluste, die durch das Rotieren der Schwungmasse eingetreten sind, werden dadurch auf die Lagerund Luftreibung des Schwungrades beschränkt.
Soll nun wieder die Beschleunigung des Verbrauchsapparates B durch die Schwungmasse A bewirkt werden, so muss zunächst die Verbindung zwischen Schwungrad und Welle a wiederhergestellt werden.
Dies erfolgt in der beschriebenen Weise durch Bewegung des Getriebehebels 10 aus seiner untersten Stellung in die Stellung 1. Dadurch wird vermöge der Berührung von 26 und 27 zunächst die Getriebewelle a mit den im Innern des Getriebes befindlichen Teilen auf die Drehzahl des Schwungrades gebracht.
Dann erst erfolgt das allmähliche Beschleunigen der Welle b (Fig. 5) vermöge der Verstellung des Hebels 10 von I nach II. Die Welle b treibt dann in der bereits beschriebenen Art den Verbrauchsapparat B an.
Die Einschaltung des Freilaufes zwischen Schwungrad A und Getriebewelle a ist ein zusätzlicher, kein notwendiger Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Wird ein Getriebe 0 verwendet, welches in der einen Stellung I seines Hebels 10 den Stillstand der Abtriebswelle b dadurch herbeiführt, dass eine unendlich grosse Übersetzung eingeschaltet ist, so ist der Freilauf natürlich selbst dort überflüssig geworden, wo ein vollständiges Stillsetzen des bewegten Verbrauchsapparates B ganz ohne Anwendung einer Bremse erfolgen soll, und es ergibt sich in diesem Fall nur der Nachteil (dessen Bedeutung je nach den Umständen wechselt), dass nach Stillstand der Welle b das Schwungrad noch die Leerlaufverluste des Getriebes zu tragen hat.
Hingegen ist die Freilaufeinriehtung dort wünschenswert, wo ein stufenlos regulierbares Getriebe verwendet wird, welches das Stillsetzen der Abtriebswelle b bei maximaler Drehzahl der Antriebswelle a nicht gestattet, d. h. ein Getriebe, bei dem das Übersetzungsverhältnis nicht bis zum Wert 1 : = reicht.
In diesem Fall muss die Welle b durch Zuhilfenahme einer Bremse zum Stillstand gebracht werden ; dann käme aber auch mit der Welle a das Schwungrad zwangsweise zum Stillstand, insofern nicht eine besondere Vorrichtung die unabhängige Bewegung beider gestattet.
In Fig. 6 ist noch eine Einrichtung gezeigt, welche gestattet, die Welle a auch zu bremsen, nachdem die Klauenkupplung 23,25 ausgerückt worden ist, wie dies für jene Fälle erforderlich ist, in denen die Getriebeübersetzung für die Stellung I des Hebels 34 einen endlichen Wert besitzt. Die Kupplungsmuffe 24 kann in diesem Fall nach dem Ausrücken der Klauen 23,25 noch weiter abwärts bewegt werden, wodurch der Konuskörper 26 gegen den feststehenden Reibring 39 gedrückt wird und dadurch selbst zum Stillstand kommt. Das Bremsen der Welle b erfolgt dann durch das am Reibring 39 stattfindende Abbremsen der Welle a.
Bei allen bisher beschriebenen Anordnungen war angenommen, dass die Getrieberegulierung willkürlich von Hand eingestellt wird. In den meisten Fällen wird es jedoch ratsam sein, die Regulierbewegung entweder gänzlich selbsttätig zu steuern oder doch zumindest die Betätigung von Hand aus so zu kontrollieren, dass keine für den Mechanismus gefährlichen Betätigungen vorgenommen werden können.
Die Gefahr liegt einerseits in der möglichen Entwicklung von Drehmomenten, die so gross sind, dass eine Zerstörung der Einrichtung erfolgen könnte, und anderseits in der Erreichung zu hoher Drehzahlen.
In einem Energie austauschenden System gemäss der Erfindung sind die auftretenden Kräfte ein Mass für die Geschwindigkeit des Energieaustausehes. Je rascher der Energieaustausch erfolgt, desto grösser werden die dabei auftretenden Kräfte und umgekehrt. Die absolute Geschwindigkeit der Massen selbst oder ihre Drehzahl spielt dabei keine Rolle, da ja nur die Energie massgebend ist. Ist nun-wie es in den bisher beschriebenen Anordnungen der Fall war-die Reguliergeschwindigkeit durch nichts begrenzt, so können durch beliebig rasches Schalten auch beliebig grosse Drehmomente erzeugt werden, selbst wenn die durch das Schalten bewirkte Drehzahländerung nicht gross ist.
Fig. 9 zeigt zunächst das Schema einer Anordnung, bei der die Schaltbewegung des Getriebes 0 durch einen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle a arbeitenden Regler Z gesteuert wird. Die Bezeichnungen sind denen der Fig. 1-5 analog. Das Schwungrad A ist wieder mit dem Verbrauchsapparat B durch das Getriebe 0 verbunden, welches hier jedoch einen Hebel D aufweist, der von den auf der Welle a des Schwungrades A sitzenden Regler Z gesteuert wird. Der Reglerhebel z hat eine Stellung I, die der hohen Drehzahl, und eine Stellung II, die der niederen Drehzahl der Welle a entspricht. Er wird durch die Verbindungsstange m so mit dem Hebel D verbunden, dass die Stellungen I und II beider Hebel einander
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zugeordnet sind.
Die Stellungen I und II des Hebels D bewirken jene Änderungen, die dem Diagramm gemäss Fig. 2 entnommen werden können. Bei sinkender Drehzahl des Schwungrades A wird der Regler Z eine steigende Energielieferung nach B bewirken, so dass eine annähernd gleichbleibende Energiezufuhr nach B erreicht wird. Wird der Regler Z auf der Antriebswelle b des Verbrauchsapparats B angebracht, also in der gestrichelt gezeichneten Lage Z', so würde er bewirken, dass B auf einer gleichbleibenden Drehzahl gehalten wird ; denn bei jedem Sinken der Drehzahl würde der Regler den Hebel D so verstellen, dass von der Schwungmasse A so viel Energie nachgeliefert wird, dass B wieder auf die ursprüngliche Drehzahl gebracht wird.
Die Anordnung des Reglers Z auf der Welle a erfordert meistens eine Dämpfung, um einen labilen Zustand des Reglers zu vermeiden. In Fig. 9 ist zu diesem Zweck eine Stange S dargestellt, die einen im Zylinder R beweglichen Kolben mit dem Reglerhebel z verbindet. Der Zylinder R besitzt einen Um- führungskanal43 mit einem Drosselventil 44, das durch einen Hebel 45 betätigt wird. Die Stellung desselben reguliert die Geschwindigkeit des Olumlaufes und begrenzt damit die Kolbengeschwindigkeit.
Die Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, bei dem die
Steuerung der Schaltgeschwindigkeit nicht-wie beim vorhergehenden Beispiel-in Abhängigkeit von der Drehzahl, sondern in Abhängigkeit von dem durch das Schwungrad A übertragenen Drehmoment erfolgt. Bei dieser Anordnung weist das zwischen der Schwungmasse A und dem Verbrauchsapparat B eingeschaltete Getriebe C einen Hebel D auf, der von einer Stange S aus gesteuert wird, die mit dem Kolben eines Zylinders R in Verbindung steht. In diesem Zylinder befindet sich eine Flüssigkeit, die beim Bewegen der Stange S von der einen auf die andere Kolbenseite gedrückt werden muss, wobei der Flüssigkeitsdurchgang durch die Umgehungsleitung von einem Ventil'52 vermittels des Hebels 55 gesteuert wird.
Zwischen Schwungrad A und Getriebe C ist ferner ein Dynamometer T eingeschaltet, das einen Hebel 66 aufweist, der von der Feder 57 in einer Endstellung I festgehalten wird, solange das Drehmoment 0 ist. Steigt das Drehmoment, so bewegt sich der Hebel 56 entgegen der Wirkung der Feder 57 in die Stellung II. Der Hebel 56 ist mit dem Drosselhebel 55 des Ventils 52 verbunden. Je nach der Grösse des durch das Dynamometer T geleiteten Drehmomentes wird daher die Umlaufleitung des Zylinders R mehr oder weniger gedrosselt und somit die Bewegung des im Dämpfungszylinder R hin-und hergehenden Kolbens sowie des Hebels D des Getriebes geregelt, so dass dieser Hebel nicht rascher verstellt werden kann, als es das Drosselventil 52 gestattet. Der Hebel D kann nun entweder direkt von Hand oder indirekt verstellt werden.
Letzteres erfolgt in der Weise, dass beim Verstellen von Hand aus zunächst eine Feder gespannt wird, die dann ihrerseits die Verstellbewegung bewirkt, wobei die Geschwindigkeit der Schaltbewegung von der Geschwindigkeit, mit der die Handbewegung ausgeführt wird, vollständig unabhängig ist. Die Anordnung kann beispielsweise so getroffen sein, dass sich auf der Stange S zwei einstellbare Anschläge 50, 51 befinden, zwischen denen zwei Federn 53, 54 und ein beweglicher Handgriff N eingeschaltet sind. In der Zeichnung ist der Griff N in seiner Mittelstellung III gezeigt. Wird er beispielsweise nach I bewegt, so wird die Feder 63 gespannt und unter ihrer Wirkung der Hebel D nach I verstellt.
Ist das durch die Schaltbewegung verursachte Drehmoment in der Welle a zu gross, so wird das Dynamometer T mittels der Teile 56,55, 52 die Umlaufleitung des Bremszylinders R sperren und dadurch die Schaltbewegung so lange hemmen, bis das Drehmoment wieder auf einen zulässigen Wert gesunken ist. Durch geeignete Wahl der Hebelübersetzungen von 56, 55, der Stärken der Federn 57, 53, 54 sowie durch die Form des Querschnittes des Drosselventils 52 hat man es vollkommen in der Hand. jeden gewünschten Regulierverlauf zu erzielen.
Das Dynamometer T ist so beschaffen, dass der Ausschlag seines Hebels 56 von der Richtung des Kraftflusses durch das Dynamometer unabhängig, also für gleich grosse positive und negative Drehmomente gleich gross ist. Es kann jedoch auch notwendig sein, die Schaltgeschwindigkeit je nach der Richtung des Kraftflusses in verschiedener Weise zu regulieren. Beispielsweise kann schnelleres Schalten beim Aufladen des Schwungrades als beim Beschleunigen der Masse B zugelassen werden. Dann muss ein Dynamometer verwendet werden, das je nach der Richtung des Kraftflusses nach verschiedenen Seiten ausschlägt. Hiebei muss das Drosselventil 52 zu beiden Seiten der den vollen Querschnitt freigebenden Mittellage verschiedene Querschnitte besitzen. Es kann jedoch auch mit einem nur nach einer Seite öffnenden Drosselventil das Auslangen gefunden werden.
Die soeben beschriebene Anordnung reguliert auf konstantes Drehmoment auf der Schwungrad-
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Welle b einbauen (gestrichelte Stellung T') und erhält so eine Regulierung, bei der nach steigender Leistung für den Antrieb von B geregelt wird.
Es ist ferner möglich, den die Reaktion aufnehmenden Teil des Getriebes C zur Regelung heranzuziehen, indem das Drehmoment dieses Getriebeteiles, etwa mittels eines Hebels 58, eine bei 60 befestigte Feder 59 mehr oder weniger spannt. Es ist hiebei zunächst zur Vereinfachung der Betrachtung wieder vorausgesetzt, dass der Hebel 58 für positive und negative Drehmomente den gleichen Ausschlag macht. Der Hebel 58 kann auf den Hebel 55 in gleicher Weise wirken, wie dies für den Hebel 56 gezeigt
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wurde. Da das Drehmoment des Reaktionsteiles des Getriebes C je nach dessen Bauart entweder die Summe oder die Differenz der Drehmomente der beiden Wellen a, b darstellt, so können hiemit je nach dem beabsichtigten Zweck verschiedene Arten der Regulierung erzielt werden.
Ist entsprechend dem Schema in Fig. 3 oder 4 ein Antriebsmotor vorhanden, so ist es zweckmässig, denselben bzw. das mit ihm verbundene Hilfsgetriebe F gleichfalls selbständig in Abhängigkeit von Drehzahl oder (und) Drehmoment zu steuern, da durch reine Handschaltung es kaum möglich ist, die jeweils günstigsten Verhältnisse herzustellen und dabei die Gefahren einer plötzlichen Überlastung, eines Kurzschlusses bei elektrischem Antriebe und ähnliche Nachteile sicher zu vermeiden.
In Fig. 11 ist eine Anordnung gezeigt, die sich zum Antrieb von Aufzügen, Seilbahnen u. dgl. besonders eignet. Als zu bewegende Masse B sind hier in erster Linie der Förderkorb 85 und das Gegen-
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sehen. Die Regelung der Schaltung des Getriebes C erfolgt in gleicher Weise, wie an Hand der Fig. 10 beschrieben, in Abhängigkeit vom Drehmoment an der Welle b, d. h. in Abhängigkeit vom Seilzug. Zu diesem Zwecke ist in die Welle b der Seiltrommel 73 ein Dynamometer T'eingeschaltet, dessen Hebel 56 in gleicher Weise wie in Fig. 10 auf das Drosselventil 52 eines Dämpfungszylinders R wirkt.
Es sei hier bemerkt, dass an Stelle von T'auch ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis eingebaut sein könnte. das die zum Antrieb der Trommel 73 nötige niedrige Drehzahl herstellt und dessen Reaktionsmoment auf den Hebel 56 wirkt, so dass es zur Steuerung der Schaltung des Getriebes C in gleicher Weise herangezogen werden kann wie das Drehmoment der Welle b selbst.
Der Antrieb durch den Motor M, der als Elektromotor gedacht ist, erfolgt nach dem Schema in Fig. 4, also mit einer Umschaltung zum wechselweisen Antrieb entweder des Schwungrades A oder des Verbrauchsapparates B. Diese Umschaltung wird selbsttätig in Abhängigkeit von der Richtung des Kraftflusses von oder zum Schwungrad gesteuert, wie dies gleichfalls an Hand Fig. 4 beschrieben wurde. Der Motor treibt über das Hilfsgetriebe F die Welle 66, auf der frei drehbar zwei Riemenscheiben 64, 65 angeordnet sind. Die Riemenscheiben 64, 65 sind durch Riementriebe mit den auf den Wellen a und b sitzenden Riemenscheiben 62 bzw. 63 verbunden. Anstatt der Riementriebe können selbstverständlich auch Zahnradpaare Verwendung finden. Jede der Scheiben 64, 65 ist mit einem konischen Kupplungsteil 68 bzw. 69 ausgestattet, die einander zugekehrt sind.
Zwischen ihnen ist auf der Welle 66 gleichfalls lose drehbar eine Trommel 70 angeordnet, die durch die Muffe 72 in der Längsrichtung verschoben werden kann, um fallweise mit dem Kupplungsteil 68 oder 69 in Eingriff gebracht zu werden. Das Verschieben der Muffe 72 erfolgt durch den Hebel P, der bei 11 drehbar gelagert und bei 74 mit dem Hebel L verbunden ist, der in gleicher Weise wie in Fig. 4 vom Reaktionsmoment des Getriebes C gesteuert wird.
Eine Feder 75 zieht den Hebel P nach links in die Stellung 1. Zwischen der Welle 66 und der Trommel 70 befindet sich eine Freilaufkupplung, z. B. in Form einer Schraubenfeder 67, die nur den Übergang der Energie vom Motor M an die Trommel 73, nicht aber umgekehrt gestattet. Der Motor M ist mit einem Fliehkraftregler mit Schwunggewiehten 76 und Feder 77 versehen, dessen Muffe 78 einen bei 79 drehbar gelagerten Hebel 80 steuert, der durch eine Stange 81 mit dem Regulierhebel G des Getriebes F verbunden ist. Die Stellungen 1, 11 des Hebels Vergeben Übersetzungsverhältnisse zwischen Motor Mund Welle 66, die mit dem im Diagramm der Fig. 2 für die Wellen a, b angegebenen dem Sinne nach übereinstimmen.
Der Motorstrom kann über ein Solenoid 82 geleitet sein, dessen Eisenkern mit der Stange 81 verbunden ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass eine Erhöhung der Stromstärke im gleichen Sinne auf das Getriebe einwirkt wie eine Erniedrigung der Drehzahl des Motors.
Die Wirkungsweise der in Fig. 11 dargestellten Einrichtung ist die folgende : Wenn der Motor M
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verhältnisse eingestellt. Nun wird der Motor angelassen. In dem Masse, wie der Regler 76, 77 grössere Drehzahl erhält, belastet er durch Verstellen des Hebels 80, der Stange 81 und des Hebels G nach rechts
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Abwesenheit eines Drehmomentes im Getriebe C der Hebel L durch die Feder 75 in Stellung 1 gezogen wird und die Trommel 70 mit dem Kupplungsteil 68 in Eingriff bringt. Wird nun der Schalthebel D (entweder direkt oder, wie in Fig. 10 gezeigt, indirekt) nach rechts gegen die Stellung 11 zu bewegt, so wird dem Schwungrad A Energie entzogen und die Massen B werden beschleunigt.
Gleichzeitig wird, je nach Einstellung der Feder 75, auch die Kupplung K umgeschaltet, indem durch das Reaktionsmoment des Getriebes C der Hebel L nach 11 gestellt und die Trommel 70 mit 69 in Eingriff gebracht wird, so dass Motorenergie direkt nach B geliefert wird. Durch eine nicht bezeichnete Verriegelung wird dabei der Hebel P in der Stellung 11 festgehalten, solange sich D in II befindet, gleichgültig ob das Reaktionsmoment von C positiv, negativ oder Null ist. Wird nun durch Bewegen des Schalthebels D nach links den Massen B Energie entzogen, so wird auch gleichzeitig der Hebel P von der Verriegelung freigegeben, durch das wechselnde Reaktionsmoment von C die Kupplung K umgeschaltet und die Motorenergie wieder direkt nach A geliefert.
Hiebei passt der Regler 76, 77 und bei Anordnung eines Solenoids 82, 83 auch dieses die Übersetzung des Getriebes F der steigenden Drehzahl des Schwungrades A an. Sollte das Schwungrad, etwa durch beförderte zusätzliche Massen, so viel Energie erhalten, dass seine Drehzahl
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sucht, so tritt die Freilaufkupplung 67 in Tätigkeit, und das Schwungrad eilt dem Motor voraus.
Die soeben beschriebene Einrichtung arbeitet zunächst nur nach einer Drehrichtung, d. h. auch nur in einer Bewegungsrichtung der Massen B. Es könnte nun im Antrieb der Trommel 73 noch ein Wendegetriebe vorgesehen sein, welches Vor-und Rücklauf gestattet, ohne an den Vorgängen bei der Energiespeicherung etwas zu ändern. Wesentlich zweckmässiger ist es jedoch, das Getriebe C derart auszugestalten, dass es eine stufenlose Regulierung durch den Nullpunkt nach vorwärts und rückwärts gestattet. Die Anordnung wäre auch in diesem Falle im wesentlichen die gleiche, nur wäre darauf zu achten, dass das Reaktionsmoment des Getriebes C sein Vorzeichen nicht nur je nach der Richtung des Kraftflusses wechselt, sondern auch je nachdem Vor-oder Rücklauf eingeschaltet ist.
Es muss also in diesem Fall gleichzeitig mit dem Passieren des Nullpunktes durch den Hebel d eine Bewegungsumkehr zwischen die Hebel P und L eingeschaltet werden. Da eine solche Ausgestaltung jedoch die Vorgänge beim Energieaustausch im wesentlichen unverändert lässt, so wurde, um die Darstellung nicht unübersichtlich zu machen, nur die einfache Anordnung beschrieben.
Beim Ausserbetriebsetzen der beschriebenen Anlage bleibt ein bedeutender Energievorrat im Schwungrad A übrig ; dieser kann leicht in das den Motor M mit Strom versorgende Netz zurückgeliefert werden, wenn eine Sperre für den Freilauf 67 vorgesehen ist. Die Einrichtung kann derart getroffen werden, dass bei Betätigung dieser Sperre gleichzeitig die Reglerfeder 77 stärker gespannt wird. Der
Motor wird dadurch auf einer höheren Drehzahl gehalten und wird, falls er mit übersynchronfr Drehzahl angetrieben wird, Energie ins Netz liefern. Die Belastung des Motors wird dabei um so grösser, je mehr die Reglerfeder 77 über das normale Mass hinaus gespannt wird.
In Fig. 12 ist eine Anordnung in Anwendung an einem Fahrzeugantrieb durch Verbrennungmotor dargestellt. Die auf die Antriebswelle 90 reduziert gedachte Fahrzeugmasse ist mit B bezeichnet.
Der Motor M treibt über ein Reguliergetriebe F und eine Kupplung K je nach der Stellung derselben entweder direkt zwei um zur Achse der Welle 90 senkrechte Achsen drehbare Schwungräder Al'A2 oder direkt die Welle 90 an, die durch eine Verlängerung 91 mit der Kupplung K verbunden ist. Die zum Hauptgetriebe C führende Welle 92 umschliesst rohrförmig die Welle 91. Die Kupplung K verbindet somit die vom Getriebe F kommende Welle entweder mit der Welle 91 oder mit der Welle 92. Auf der Welle 92 sitzt ein Kegelrad 93, das in zwei kleinere Kegelräder 94 eingreift, die mit den Schwungräder Ab A2 verbunden sind, so dass die Schwungräder in entgegengesetzte Drehung versetzt werden.
Die Umschaltung der Kupplung K erfolgt etwa in gleicher Weise, wie in Fig. 4 angedeutet, in Abhängigkeit von der Richtung des Kraftflusses von oder zu den Schwungrädern. Auf der Achse 95 des Schwungrades Al ist ein Fliehkraftregler 96,97 angebracht, dessen Muffe 98 über einen Hebel 99, eine Stange 100 mit den Reglerorganen des Motors, im vorliegenden Falle mit der Drosselklappe 102, derart verbunden ist, dass die Drosselklappe bei steigender Drehzahl der Schwungräder geschlossen und bei sinkender Drehzahl geöffnet wird. Die Stellung des Regulierhebels G des Getriebes F wird durch einen vom Motor angetriebenen Fliehkraftregler 104, 105 gesteuert.
Die Reglermuffe 106 ist durch den Hebel 107 und die
Stange 108 mit dem Hebel G verbunden, so dass bei steigender Drehzahl des Motors M der Hebel G nach rechts, bei sinkender Drehzahl nach links verschwenkt wird.
Die Wirkungsweise ist die folgende : In der Ruhestellung verbindet die Kupplung K den Motor M mit der Welle 92, so dass beim Anlassen des Motors zunächst die Schwungräder Al, A2 auf ihre grösste Drehzahl gebracht werden, wobei der Regler 104, 105 die Motorbelastung dadurch konstant hält, dass er die Übersetzung des Getriebes F stetig ändert. Mit Erreichen der Höchstdrehzahl schliesst der Regler 96,97 die Drosselklappe 102 so weit, dass nur gerade die Schwungräder auf dieser Drehzahl gehalten werden. Bewegt man nun den Hebel D des Hauptgetriebes C von I nach N, so wird das Fahrzeug beschleunigt und gleichzeitig wird durch den mit dem Hebel P der Kupplung K verbundenen Hebel L des Getriebes C die Kupplung K umgeschaltet, so dass der Antriebsmotor direkt das Fahrzeug antreibt.
Die Umschaltvorrichtung L, P wird zweckmässig mit einer Verzögerungseinrichtung versehen, die bewirkt, dass das Umschalten erst dann erfolgt, wenn das durch das Getriebe C übertragene Drehmoment eine gewisse Grösse überschreitet, so dass geringe Energieentnahmen oder Energielieferungen der Schwungräder noch keine Umschaltung der Kupplung K bewirken. Es kann auf diese Weise, auch während der Motor das Fahrzeug direkt antreibt, ein Teil der Antriebsenergie an die Schwungräder zurückgeliefert werden, falls das Fahrzeug nicht die ganze vom Motor entwickelte Energie benötigt. Dies geht ganz automatisch vor sich. Wenn das Fahrzeug zuviel Energie erhält, so läuft es schneller, als der Führer des Fahrzeuges es wünscht. Er bewegt also den Hebel D von 27 etwas nach links, bis die gewünschte geringere Geschwindigkeit erzielt ist.
Dabei wird sowohl die überschüssige Fahrzeugenergie als auch die nunmehr überschüssige Motorenergie nach den Schwungrädern geleitet. Haben auf diese Weise die
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die weitere Energiezufuhr zum Motor. Benötigt nun das Fahrzeug wieder mehr Energie, so wird beim Verschieben des Hebels D gegen 11 Energie zunächst aus den Schwungräder entnommen, wodurch deren Drehzahl sinkt. Der Regler 96,97 öffnet daraufhin die Energiezufuhr zum Motor, und dieser kann nun seinerseits wieder Energie an das Fahrzeug abgeben.
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Es muss noch bemerkt werden, dass eine Freilaufkupplung im Getriebe F erforderlich ist, um zu verhindern, dass der Motor vom Fahrzeug angetrieben wird, wodurch Energie verlorenginge. Dies würde eintreten, sobald der Regler 96, 97 die Drosselklappe 102 geschlossen hat und der Motor seine Drehzahl vermindert, wobei eventuell die Schwungräder noch weiter beschleunigt werden sollen, um etwa die Bremsenergie des Fahrzeuges aufzunehmen. Ebenso müsste, im Falle es sich um einen Betrieb mit längeren Stillstandsperioden handelt, eine Freilaufkupplung zwischen den Schwungrädern und der Welle 92 vorgesehen sein, um die Reibungsverluste während des Stillstandes auf ein Minimum herabzusetzen. Eine solche Freilaufeinrichtung kann z. B. nach den Fig. 6,7 und 8 ausgebildet sein.
Bei der soeben beschriebenen Einrichtung ist zur Bedienung des Fahrzeuges nur ein Hebel D nötig, und es wird vom Motor nur die zur Überwindung der Reibungswiderstände nötige Energie geliefert, während die Beschleunigungsenergie und Energie der Lage bei nicht zu langen Gefällen und Steigungen durch die Speicherschwungmassen geliefert wird.
Bei allen genannten Einrichtungen wird es sich in den meisten Fällen als notwendig erweisen, die selbsttätigen Regler mit Dämpfungsvorrichtungen zu versehen, um zu verhindern, dass Pendelungen auftreten. Solche Dämpfereinrichtungen können in bekannter Weise in Form von Ölkatarakten od. dgl. ausgebildet sein.
Im Falle bei einer Anordnung nach Fig. 4 die Betriebsperioden sehr lang und die Stillstands- perioden sehr kurz sind, kann von einer direkten Energiezufuhr vom Motor zum Schwungrad abgesehen werden, da die mittlere Leistung des Motors sich kaum wesentlich ändern wird, wenn während dieser Periode keine Energie geliefert wird. Diesfalls kann die Kupplung K wegbleiben, und das Getriebe F ist dauernd mit B verbunden. Handelt es sich hiebei überdies um einen Antrieb mit konstanter Drehzahl, wie dies z. B. bei einem Aufzug einer Seilbahn oder etwa einer Zentrifuge erforderlich ist, so kann auch das Getriebe F in Fortfall kommen bzw. nötigenfalls nur eine feste Übersetzung beinhalten. Der Motor wird dann immer erst angeschaltet, bis die Masse B seine Arbeitsdrehzahl erreicht hat, wozu entweder eine einfache Kupplung an Stelle von K dient.
Im Falle eines Elektromotors kann auch elektrisch geschaltet werden, wobei der Anker des Motors dann einen Teil der Masse B bildet. Der Motor läuft dann während der Betriebsperioden mit konstanter Belastung, die so gross ist, dass daraus sowohl der Verbrauch der Maschine selbst als auch die Reibungsverluste in dem Getriebe und im Schwungrad durch Lufttreibung während des Stillstandes usw. gedeckt werden.
Da meistens Getriebe mit begrenztem Übersetzungsbereich verwendet werden, so ist es wichtig, die Grösse der gesamten Verluste ! zu kennen, da sie entweder den nötigen Übersetzungsbereich vergrössern oder ein grösseres Trägheitsmoment des Schwungrades bedingen. Inwieweit die auftretenden Verluste den Übersetzungsbereich beeinflussen, soll an Hand der Fig. 13 gezeigt werden, die für den vorstehend erwähnten einfachsten Fall eines Antriebes mit konstanter Geschwindigkeit und kurzen Stillstandsperioden den Verlauf der Energie und Drehzahl in Form eines Diagramms angibt.
Der Raum zwischen den in den Punkten 110 und 120 errichteten Ordinaten entspricht der Verzögerungsperiode der Massen B, der Raum zwischen den Ordinaten in 120 und 130 der Stillstandsperiode und der Raum zwischen den Ordinaten in 130 und 140 der Beschleunigungsperiode der Massen B. Auf
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das z. B. die Drehzahlen ? 5 nur auf 300 Touren herabmindert, wobei der Rest durch eine Bremse ver- nichtet wird, so ergäbe dies einen Verlust von 1 % von Eh, der auf der Zeichnung kaum darstellbar ist. Die Linie Eh würde von 113 nach 121 statt nach 120 führen, und ebenso würde sich auch der Punkt 125 nur um ganz wenig senken.
Dagegen ist der Unterschied für die Drehzahlkurve ne bedeutend, da diese nun in 122 aufhört bzw. von dort an anders verläuft und etwa nach 123 gelangt, in welchem Punkt die Massen B dann zum Stillstand kommen. Die Drehzahlkurve n'a ändert sich auch nur so wenig, dass der Unterschied auf der Zeichnung nicht darstellbar ist, da er weniger als % beträgt.
Nimmt man an, dass das Schwungrad während der Stillstandsperiode keine Verluste hat, so ist die Energie E'a am Ende dieser Periode unverändert geblieben, liegt also bei 138 ; das Gleiche gilt von der Drehzahl n'a bei 139. Auf der Ordinate in 130 beginnt nun wieder die Beschleunigung der Massen B und die Verzögerung der Schwungmasse A. Die Energie B, sinkt von 138 auf 142 ab und hat damit den Wert erreicht, den sie auf der Ordinate in 110 im Punkt 111 hatte. Der Kreislauf der Kräfte ist damit geschlossen. Bei nun folgender Beschleunigung von B sinkt die Drehzahlkurve n'a von 139 nach 144, in welchem Punkt n'a wieder den Wert von 1680 Touren erreicht.
Die gesamte erforderliche Getriebe- übersetzung ist somit 3140 : 300 (oder 1 : 10-5) mal 3000 : 1680 (oder 1. 79 ; 1), was eine Gesamtänderung von 18-8 ergibt.
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Betrachtet man die Verhältnisse bei Anwesenheit von Reibungsverlusten, so ergibt sich bei An- nahme eines Wirkungsgrades von 90% für die Energieumwandlung im Getriebe Ceine Energie kurve Ea, die unter der früher betrachteten Era liegt, u. zw. erreicht die im Schwungrad nach Verzögerung der
Massen enthaltene Energie nur mehr den Wert Ea = 1-3 Eb, statt-wie früher-Ea = 1-4 Eb. Die
Kurve Ea geht von 111 nach 124. Während der Stillstandsperiode werden auch je nach deren Länge 1-2% Verluste auftreten, so dass Ea am Ende der Stillstandsperiode die Energiekurve nur den Punkt 134 erreicht.
Wird auch hier statt mit einem Getriebe von unendlich grossem Übersetzungsbereich nur mit einer grösstmöglichen Übersetzung von etwa 1 : 10 und mit Kupplung angefahren, so ergibt sich ein sehr kleiner Verlust, der der halben Geschwindigkeitsdifferenz entspricht, also nur y : % ausmacht. Da bei einem Getriebe mit unendlich grossem Übersetzungsbereich der Wirkungsgrad für die grossen Übersetzungsverhältnisse auch nicht mehr sehr hoch ist, so ist aus Gründen der besseren Energieausbeute die Verwendung eines solchen Getriebes nicht erforderlich, da kein praktisch merkbarer Unterschied vorhanden ist. Die Energiekurve erleidet beim Einschalten der Kupplung einen kleinen Knick bei Punkt 135, der aber kleiner ist, als es in der Zeichnung darstellbar ist.
Im weiteren Verlauf der Beschleunigung der Massen B gelangt die Energiekurve Es nach. MJ, wo die Energie des Schwungrades. A auf 0-16 16 Eb abgesunken ist (gegen E'a = 0. 4 Eb). Von Punkt 141 aus muss nun der Antriebsmotor wieder Energie liefern, so zwar, dass am Ende der Betriebsperiode der Energieinhalt des Schwungrades wieder 0. 4 eu beträgt. Der Motor muss also 0-24 Eb nachliefern, oder mit andern Worten, die Energiespeieherung arbeitet mit einem Wirkungsgrad von 76%. Die Drehzahlkurve na führt von 132 (1680 Touren) ausgehend nach 126 (zirka 3040 Touren) und fällt von da während der Stillstandsperiode ab auf 136 (zirka 3000 Touren). Von hier fällt sie weiter bis auf 143 (zirka 1060 Touren).
Von diesem Punkt an steigt die Drehzahl wieder während der Betriebsperiode an. Während früher das Schwungrad als unterste Drehzahl 1680 Touren aufwies, muss es jetzt bis auf 1060 Touren ausgepumpt werden, um die durch Reibung usw. entstandenen Energieverluste zu decken. Dies bedingt aber einen grösseren Übersetzungsbereich des Getriebes, als vorher-ohne Verluste-notwendig gewesen war. Der Übersetzungsbereich ist nunmehr 3040 : 300 mal 3000 : 1060 oder 10-1 mal 2-82 = 28-6. Der Übersetzungsbereich hat sich also um 52% vergrössert, wenn man mit denselben Massen bzw. Trägheitsmomenten arbeiten will.
Es ist natürlich möglich, durch Vergrösserung des Trägheitsmomentes des Schwungrades das Verhältnis der Drehzahlen na in 136 und 143 zu verkleinern, so dass dadurch auch das gesamte erforderliche Übersetzungsverhältnis herabgedrückt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Maschinenanlage, bestehend aus motorischer Kraftquelle, Energieverbraucher und Energiespeicher in Form einer Schwungmasse, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher unabhängig von der Kraftquelle beweglich ist und dass zwischen Speicher und Verbraucher, gegebenenfalls auch zwischen Kraftquelle und Speicher bzw. zwischen Kraftquelle und Verbraucher, ein stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe geschaltet ist.