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Stromerzeugergruppe.
Die Erfindung betrifft einen aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Stromerzeuger bestehenden Maschinensatz, der den wechselnden und aussetzenden Strombedarf eines Kleinverbrauchers, abgesehen von der zeitweisen Ergänzung des Brennstoff-und Ölvorrates, ohne jede Wartung, ganz'selbsttätig besorgt.
Die Verbrennungskraftmaschine, deren Höchstleistung ein Mehrfaches der Volleistung des seine Spannung selbsttätig regelnden, mit Schwungrad versehenen Stromerzeugers ver- änderlicher Geschwindigkeit beträgt, ist hierbei mit diesem durch eine selbsttätige Kupplung verbunden, die bei einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit sich unter gleichzeitiger Abstellung der Verbrennungskraftmaschine ausrückt. Nunmehr treibt die Schwungmasse allein den Stromerzeuger an, bis die Umlaufzahl auf den der Normalspannung des Stromerzeugers entsprechenden Mindestwert sinkt, worauf die Kupplung sich einrückt und dabei die Verbrennungskraftmaschine von neuem in Gang setzt.
In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Stromerzeugergruppe mit Wechselstromgenerator in schematischem, lotrechtem Schnitte dargestellt, in dem die Grösse des Stromerzeugerteiles im Verhältnis zur Antriebsmaschine etwas übertrieben ist.
Fig. 2 ist ein Grundriss der selbsttätigen Kupplung.
1 ist die Verbrennungskraftmaschine, S'der die Ankerwicklung tragende Ständer und 3 der die Erregerwicklung tragende Läufer des Wechselstromerzeugers. Die die Verbrennungskraftmaschine'mit dem Wechselstromerzeuger verbindende Kupplung besteht aus der auf der Welle des Läufers sitzenden Scheibe 4, auf der eine Anzahl um Drehzapfen 5 schwingende Reibungsbacken 6 vorgesehen sind, die mit der Mantelfläche des an der Welle 8 sitzenden anderen Kupplungsteiles 7 zusammenwirken. Die Welle 8 wird von der Kurbelwelle der Maschine mittels des Kegelgetriebes 9,9 in Drehung versetzt.
Um die weiter unten erläuterte Momentschaltwirkung der Reibungskupplung zu erzielen, ist auf einen jeden Zapfen 5 ein als Fliehkraftmasse wirkender Hebelarm 10 schwingbar gelagert, der mit seinem. keilförmigen Ende 11 mit einer unter Federwirkung stehenden Klinke 12 zusammenwirkt. Der Drehzapfen 13 der Klinke 12. sitzt gleichfalls auf der Scheibe 4. Der Hebel 10 wird durch eine Feder 14 gegen die Mitte der Scheibe 4 gezogen.
Zwischen dem Hebel 10 und der Reibungsbacke 6 befindet sich eine Feder 15, die die Reibungsbacke 6 gegen den Kupplungsteil 7 drückt. Ein Anschlag 16 des Hebels 10 und eine Nase 17 der Backe 6 begrenzt den Hub dieser letzteren.
Die Welle des Läufers 3 des Wechselstromerzeugers trägt das Schwungrad 18. Zur Aufhebung der Wirkung der Seitenkräfte und zur Verminderung der Leerlaufarbeit ist folgende eigenartige Anordnung für die Lagerung vorgesehen :
Die Läuferwelle 19 ist auf einem Spurkugellager 20 aufgehängt und durch die Kugellager 21 und 46 seitlich unterstützt. Auf der Welle 19 hängt mittels eines Kreuzgelenkes 22 die Welle 23, deren unteres Ende mittels eines Kugellagers 24 in einem Ring 25 geführt ist. Der Ring 25 wird in seiner Mittellage durch eine Anzahl radial angeordneter Federn 26 nachgiebig festgehalten. Auf der Welle 2J ist das Schwungrad 18 mittels eines Kreuzgelenkes 27 befestigt, so dass es aus der-Umlaufebene in jeder Richtung ausschwingen
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kann.
Die zwischen der Nabe des Schwungrades und der Scheibe 28 der Welle 23 eingesetzten Federn 29 halten das Schwungrad 18 in seiner Normallage.
Der Wechselstromerzeuger samt dem Schwungrade und der Kupplung ist in einem luftdicht schliessenden Gehäuse 30 eingeschlossen, durch das bloss die elektrischen Zuleitungen und die Welle 8 hindurchgeführt sind. Um den dichten Verschluss an der Durchführungsgtelle der Welle 8 zu sichern, ruht diese mittels eines Bundes 31 auf einer entsprechend ausgestalteten Sitzfläche 32 auf und wird durch den äusseren Überdruck ventilartig auf die Sitzfläche angedrückt, da im Inneren des Gehäuses 30 zur Verminderung der Luftreibung in der nachstehend erläuterten Weise ein möglichst hohes Vakuum aufrechterhalten wird.
Der über dem Bund 31 befindliche Oberteil der Welle 8 ist von einem Gefäss 33 umgeben, das eine Ölfüllung erhält, so dass der Luftzutritt zum Inneren des Gehäuses 30 durch Öl abgesperrt wird. Es kann demnach infolge der Undichtigkeiten von aussen in das Gehäuse 30 keine Luft, sondern nur Öl eintreten. Es ist durch nicht dargestellte Mittel dafür gesorgt, dass das in das Gehäuse 30 eintretende Öl auf dem richtigen Wege an den Boden des
Gehäuses 30 anlangt. Von der tiefsten Stelle des Bodens mündet ein Kanal 34, der durch eine Leitung 35 mit der Vakuumpumpe 36 verbunden ist. Die Vakuumpumpe dient sowohl zur anfänglichen Erzeugung des Vakuums, als auch zum Entfernen des am Boden des
Gehäuses 30 sich ansammelnden Öls, das durch die Pumpe wieder in das Gefäss 33 befördert wird.
Die Pumpe 36 ist der Einfachheit halber in der Zeichnung am oberen Teil des
Gehäuses 30 angebracht, wird aber zweckmässig an deren tiefster Stelle angeordnet und ist als einfach wirkende Kolbenpumpe ausgeführt, deren Kolben von der Verbrennungskraftmaschine 1 seinen Antrieb erhält. Der Pumpenzylinder steht durch einen Kanal 37 mit der Ventilkammer in Verbindung, in die ein Stutzen 39 hineinragt, der oben durch. das
Saugventil 40 verschlossen ist. Von der Saugventilkammer mündet das Druckventil 41 in die Druckventilkammer 42. aus der die Leitung 43 in das Gefäss 33 führt.
Der Zylinder- raum der Pumpe 36 und die Ventilkammer ist mit Öl gefüllt, so dass das Saugventil 40, auch wenn die Pumpe Luft ansaugt, unter Öl steht ; ferner steht auch der über dem
Kolben befindliche Teil des Pumpenzylinders durch einen Kanal 44 mit dem Ölgefäss 33 in
Verbindung, so dass der Kolben der Vakuumpumpe nur gegen Öl dicht zu schliessen hat.
Die Pumpe vermag ein sehr hohes Vakuum zu erzeugen.
Die Verbrennungskraftmaschine ist im Verhältnis zum Stromerzeuger derart bemessen, dass ihre Leistung bei Vollbelastung ein mehrfaches der der Vollbelastung entsprechenden Leistung des Stromerzeugers beträgt.
Die Wirkungsweise ist die folgende : Im Ruhezustande der Maschinengruppe überwiegt die Spannung der Feder 14 der Kupplung (Fig. 2) den auf die Sperrklinke 12 wirkenden Federdruck, wodurch der Hebel 10 gegen die Mitte der Scheibe 4 gezogen wird, so dass die Reibungsbacken 6 an den Kupplungsteil 7 anliegen und die Kupplung eingerückt ist. Der Keil 11 am Ende der Arme 10 befindet sich in diesem Zustande an der inneren
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Läufer 3 des Stromerzeugers an und beschleunigt den Läufer samt dem mit der Läuferwelle verbundenen Schwungrad 18 bis zu der gestatteten Höchstgeschwindigkeit.
Bei Erreichung dieser Höchstgeschwindigkeit wächst die auf die Masse der Hebel 10 der Reibungkupplung wirkende Fliehkraft so weit, dass diese einerseits die Wirkung der Federn 14 und andrerseits die Wirkung der auf die Klinken 12 wirkenden Federn zu überwinden vermag.
Die Klinken 12 werden durch die Keile 11 verdrängt und die Hebel 10 schnappen nach aussen. Hierbei nimmt der Anschlag 16 der Hebel 10 mittels der Nase 17 auch die Reibungsbacken 6 mit, so dass die Kupplung bei Erreichung der gestatteten Höchstumlaufzahl augenblicklich ausgerückt wird.
Das Abstellen der Verbrennungskraftmaschine im ausgerückten Zustande der Kupplung erfolgt am zweckmässigsten durch Ausschalten bzw. Kurzschliessen der Zündung. Zu diesem Zwecke ist im Inneren des - Gehäuses 30 im Bereiche der Hebel 10 der Kupplung ein elektrisch isolierter Kontaktring 46 angeordnet, mit dem die an den Hebeln 10 der Kupplung angebrachten Schleifbürsten 47 in Berührung treten, solange sich die Kupplung im ausgerücktem Zustande befindet. Der Schleifring 46 und die Bürsten 47 sind derart mit der magnetelektrischen Zündung verbunden, dass diese kurzgeschlossen wird, wenn die
Bürsten den Schleifring berühren.
Zur Ausschaltung der Zündung kann jedoch auch eine andere Anordnung getroffen werden, so z. B. kann die Welle 8 in Achsenrichtung durchbohrt sein und durch die Bohrung eine von den Fliehkraftmassen der Kupplung gesteuerte Stange hindurchgeführt sein, deren oberes Ende über das Kegelrad 9 ragt und durch seine
Verschiebung den Ausschalter für die Zündung betätigt. Die Stopfbüchse dieser Stange steht
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mit dem im Gefäss 33 befindlichen Öl in Verbindung, wodurch gleichfalls eine Öldichtung entsteht.
Der Wechselstromerzeuger ist derart bemessen, dass bei unveränderter Erregung seine Klemmspannung bei der das Ausrücken der Reibungskupplung veranlassenden Höchstum- laufzahl bedeutend höher sein würde, als die Normalspannung des durch den Wechselstromerzeuger zu speisenden Netzes. Um die Klemmspannung des Wechselstromerzeugers gleichbleibend zu erhalten, ist irgendeine an und für sich bekannte Spannungsregelung vorgesehen. die die Erregung des Wechselstromerzeugers nach Massgabe der Überschreitung der Normalumlaufszahl derart herabgedrückt, dass die Klemmenspannung ungeachtet der höheren Umlaufszahl stets auf den Normalwert vermindert wird.
Die Masse des Schwungrades 18 ist derart bemessen, dass, wenn dieses von der Normalumlaufszahl des Wechselstromerzeugers auf die das Ausrücken der Reibungskupplung bewirkende Höchstumlaufszahl beschleunigt wird, es eine Energie aufzuspeichern vermag, die ein Mehrfaches der Leistung des Wechselstromerzeugers bei Vollbelastung beträgt, und zwar im selben Verhältnisse, in dem die Volleistung der Verbrennungskraftmaschine'die Volleistung des Wechselstromerzeugers übersteigt.
Nach dem erfolgten selbsttätigen Ausrücken der Reibungskupplung 6,7 liefert der Wechselstromerzeuger den Strom unter Verzehrung der in der Schwungmasse 18 aufgespeicherten Energie so lange, bis die Umlaufgeschwindigkeit auf die Normalgeschwindigkeit des Stromerzeugers gesunken ist. In diesem Augenblicke ist die auf die Massen der Hebel 10 der Kupplung wirkende Fliehkraft so weit gesunken, dass die Federn 14 die Kupplung wieder einrücken, und zwar unter der Wirkung der Klinken wieder augenblicklich. Die während des ausgerückten Zustandes der Kupplung abgestellte Verbrennungkraftmaschine wird nun wieder zum Anlaufen gebracht und läuft sofort unter voller Belastung und beschleunigt die Schwungmasse 18 abermals bis zur gestatteten Höchstgeschwindigkeit, wonach das Spiel von neuem beginnt.
Die Verbrennungskraftmaschine steht demnach-entweder still oder läuft unter Vollbelastung, so dass sie mit dem besten Wirkungsgrade arbeitet. Da die durch die Verbrennungskraftmaschine gelieferte Leistung und die von der Schwungmasse aufspeicherbare Energie ein Mehrfaches der Volleistung des Wechselstromerzeugers beträgt, so wird die Ruheperiode der Verbrennungskraftmaschine die Arbeitsperiode derselben selbst bei Vollbelastung um ein mehrfaches übersteigen. Infolgedessen findet die Maschine während ihrer Ruheperioden genügend Zeit zum Abkühlen, so dass man keine Wasserkühlung vorsehen muss, sondern mit einer einfachen Luftkühlung auskommt.
Beim Anlassen der Maschinengruppe wird die Vakuumpumpe 36 zunächst die Luft aus dem Gehäuse 30 entfernen und nachträglich ständig die in das Gehäuse gelangenden Ölmengen wieder in das Gefäss 33 zurückbefördern, wobei auch die mit dem Öl in das
Gehäuse gelangenden Gase abgesaugt werden.
Um die Leerlaufarbeit des Stromerzeugers zu vermindern, wird in seinem Hauptstromkreis ein den Erregerstromkreis beherrschendes Relais angeordnet, das beim Stromloswerden die Erregung des Stromerzeugers, z. B. durch Einschalten eines Widerstandes auf einen Bruchteil herabsetzt, so dass der Stromerzeuger während seines Leerlaufes mit einer geringen Spannung arbeitet. Sobald jedoch ein Verbraucher in den Stromkreis geschaltet wird, spricht das im Hauptstromkreis des Stromerzeugers befindliche Relais an und schliesst den im Erreger stromkreis befindlichen Widerstand kurz, wodurch die Erregung und die Spannung des Stromerzeugers sofort auf den Normalwert steigt.
Statt eines Wechselstromerzeugers kann man die Maschinengruppe auch mit einem
Gleichstromerzeuger ausführen, doch wird in diesem Falle der Stromerzeuger, oder doch mindestens dessen Kollektor, ausserhalb des unter Vakuum gehaltenen Gehäuses angeordnet.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Stromerzeugergruppe, bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Stromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine, deren Höchstleistung ein Mehrfaches der Volleistung des seine Spannung selbsttätig regelnden. mit Schwungrad versehenen Stromerzeugers verändeilicher Geschwindigkeit beträgt, mit diesem durch eine selbsttätige Kupplung verbunden ist, die bei einer bestimmten Höchst- geschwindigkeit'sich unter gleichzeitiger Abstellung der Verbrennungskraftmaschine aus- rückt, so dass nunmehr die Schwungmasse allein den Generator antreibt, bis dessen
Drehzahl auf den seiner Normalstellung entsprechenden Mindestwert sinkt, worauf die
Kupplung sich wieder einrückt und dabei die Verbrennungskraftmaschine von neuem in
Gang setzt.