DE1103084B

DE1103084B - Arrangement for turning on the internal combustion engine of an emergency power set

Info

Publication number: DE1103084B
Application number: DES32021A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Dechert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-02-02
Filing date: 1953-02-02
Publication date: 1961-03-23

Description

Anordnung zum Andrehen der Brennkraftmaschine eines Notstromsatzes Die Erfindung befaßt sich mit dem Andrehen der Brennkraftmaschine eines Notstromsatzes mit einem während des normalen Betriebes von der elektrischen Maschine des Notstromsatzes dauernd angetriebenen Schwungrad. Notstromsätze mit Schwungrad können bekanntlich so ausgebildet sein, daß die elektrische Maschine des Notstromsatzes während des normalen Betriebes lediglich das Schwungrad antreibt und bei Ausfall des Netzes als Generator die Versorgung des Stationsnetzes übernimmt; während des normalen Betriebes wird hierbei das Stationsnetz unmittelbar aus dem speisenden Netz versorgt. Man kann aber bekanntlich zur Versorgung des Stationsnetzes auch einen gesonderten Generator vorsehen, der mit dem Schwungrad und mit der das Schwungrad antreibenden elektrischen Maschine gekuppelt wird. Während des normalen Betriebes treibt dann die das Schwungrad antreibende elektrische Maschine gleichzeitig den das Stationsnetz versorgenden Generator an, während bei Netzausfall zunächst das Schwungrad und später die Brennkraftmaschine den das Stationsnetz speisenden Generator antreibt. Es ist bekannt, den das Stationsnetz speisenden Generator über eine elektro.-magnetische Kupplung mit der Brennkraftmaschine zu kuppeln. Während des normalen Betriebes wird die elektromagnetische Kupplung von der Netzspannung erregt und ist demzufolge nicht eingerückt. Fällt die Netzspannung aus, so wird die elektromagnetische Kupplung eingerückt, wobei die Rotationsenergie des dauernd angetriebenen Sch-,vungrades zum Andrehen der Brennkraftmaschine ausreicht.Arrangement for turning on the internal combustion engine of an emergency power set The invention is concerned with the cranking of the internal combustion engine of an emergency power set with one from the electrical machine of the emergency power set during normal operation continuously driven flywheel. As is well known, emergency power sets with a flywheel can be designed so that the electrical machine of the emergency power set during the during normal operation only drives the flywheel and in the event of a power failure takes over the supply of the station network as a generator; during normal During operation, the station network is supplied directly from the feeding network. However, as is well known, a separate one can also be used to supply the station network Provide a generator, the one with the flywheel and the one driving the flywheel electric machine is coupled. Then drifts during normal operation the electrical machine driving the flywheel at the same time as the station network supplying generator, while in the event of a power failure first the flywheel and later the internal combustion engine drives the generator feeding the station network. It is known, the generator feeding the station network via an electro-magnetic Coupling to couple with the internal combustion engine. During normal operation the electromagnetic clutch is excited by the mains voltage and is therefore not indented. If the mains voltage fails, the electromagnetic clutch will engaged, whereby the rotational energy of the continuously driven flywheel sufficient to start the internal combustion engine.

Die Erfindung geht zum Andrehen der Brennkraftmaschine eines Notstromsatzes einen anderen Weg, bei dem das Ein- und Ausrücken der Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Schwungrad abhängig vom Kraftfluß zwischen der elektrischen Maschine und dem Schwungrad mittels eines Drehmomentfühlers selbsttätig erfolgt. Gemäß der Erfindung wird die Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Schwungrad durch eine innerhalb der axial unverschiebbaren Hohlwelle des Schwungrades axial verschiebbare Schaltwelle als Drehmomentfühler betätigt, die mit der Welle der elektrischen Maschine über eine Vielkeilverbindung und mit der Hohlwelle über Querbolzen gekuppelt ist, welche in Schrägschlitze einer an der Hohlwelle befestigten Muffe eingreifen.The invention relates to cranking the internal combustion engine of an emergency power set another way in which the engagement and disengagement of the clutch between the internal combustion engine and flywheel depending on the power flow between the electrical machine and the Flywheel takes place automatically by means of a torque sensor. According to the invention the clutch between the internal combustion engine and the flywheel is through an inside the axially non-displaceable hollow shaft of the flywheel, axially displaceable selector shaft operated as a torque sensor, which is connected to the shaft of the electrical machine a spline connection and is coupled to the hollow shaft via cross bolts, which engage in oblique slots of a sleeve attached to the hollow shaft.

An sich ist es beispielsweise für Freilaufkupplungen bekannt, auf der angetriebenen Welle über schraubengangähnliche Führungen eine axial verschiebbare Hülse anzuordnen, die in Abhängigkeit von der Drehrichtung der antreibenden Welle mit Hilfe der schraubengangähnlichen Führungen axial verschoben wird, so daß ihre Klauenkränze mit den Klauenkränzen der angetriebenen Welle in Eingriff kommen bzw. ausgerückt werden. Ferner ist es bekannt, auf der Welle eines Elektromotors und einer mit ihm gekuppelten Ankerwinde, die beispielsweise infolge Festfahrens des Ankers in der Klüse plötzlich stillsteht, eine Schwungmasse bei Stillstand der Welle mit Hilfe von schraubengangähnlichen Führungen axial zu verschieben und durch diese axiale Verschiebung der Schwungmasse die Kupplung zwischen Motor und Ankerwinde auszurücken. Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit einer speziellen Anordnung zum Andrehen der Brennkraftmaschine eines Notstromsatzes, die ein möglichst schnelles Andrehen der Brennkraftmaschine durch Betätigen der Kupplung zwischen Schwungrad und Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Kraftfluß zwischen der elektrischen Maschine und dem Schwungrad ermöglicht.It is known per se, for example, for one-way clutches the driven shaft via helical guides an axially displaceable To arrange the sleeve, depending on the direction of rotation of the driving shaft is moved axially with the help of the helical guides so that their Claw rims engage or disengage with the claw rims of the driven shaft. be disengaged. It is also known to be on the shaft of an electric motor and an anchor winch coupled to it, which, for example, as a result of the Anchor suddenly comes to a standstill in the hawse, a flywheel when the shaft comes to a standstill to move axially with the help of helical guides and through them axial displacement of the flywheel, the coupling between the engine and anchor winch to move out. In contrast, the invention is concerned with a special arrangement to start the internal combustion engine of an emergency power set, which is as fast as possible Starting the internal combustion engine by operating the clutch between the flywheel and internal combustion engine as a function of the power flow between the electrical machine and the flywheel.

'Zur Erläuterung der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 ein Notstromsatz als Ausführungsbeispiel dargestellt: Vom Drehstromsatz 1 wird der Verbraucher 2 gespeist, der ohne Unterbrechung auch dann mit Strom versorgt werden soll, wenn das speisende Netz ausfällt. Der Verbraucher 2 kann also beispielsweise eine Nachrichtenübermittlungsstelle oder auch ein Krankenhaus oder Warenhaus sein. Zu diesem Zweck ist an das Netz 1 die dauernd mitlaufende elektrische Maschine 3 angeschlossen, die beispielsweise als Asynchronmaschine ausgebildet ist. Eine Asynchronmaschine kann bekanntlich. als selbständiger Generator arbeiten, wenn an ihrer Ständerwicklung in bekannter Weise Kondensatoren für die Selbsterregung angeschlossen sind. Fest verbunden mit der elektrischen Maschine 3 ist das Schwungrad 4, das während des normalen Betriebes von der elektrischen Maschine 3 angetrieben wird.To explain the invention, FIGS. 1 and 2 show an emergency power supply Shown as an exemplary embodiment: The three-phase set 1 is the consumer 2 that is to be supplied with power without interruption even when the feeding network fails. The consumer 2 can therefore, for example, be a communication point or a hospital or department store. For this purpose, network 1 the continuously running electrical machine 3 connected, for example is designed as an asynchronous machine. As is well known, an asynchronous machine can. work as an independent generator if your stator winding is in known Way capacitors for self-excitation are connected. Firmly associated with of the electrical machine 3 is the flywheel 4, which during the normal Operation is driven by the electric machine 3.

Bei Ausfall des speisenden Netzes läuft das Schwungrad 4 weiter und treibt infolge seiner Rotationsenergie die dann als Generator arbeitende elektrische Maschine 3 an, so daß der Verbraucher 2 weiterhin mit Strom versorgt wird. Bei Ausfall des speisenden Netzes geht also das antreibende Drehmoment von der elektrischen 'Maschine 3 auf das Schwungrad 4 über. Gemäß der Erfindung bewirkt dieser Übergang des Kraftflusses das Einrücken der Kupplung 5, so daß dann die Dieselmaschine 6 an die als Hohlwelle ausgebildete Welle 7 des Schwungrades 4 angeschlossen wird.If the feeding network fails, the flywheel 4 continues to run and due to its rotational energy, drives the electrical one, which then works as a generator Machine 3 on so that consumer 2 continues to be supplied with power. In the event of failure of the feeding network, the driving torque comes from the electrical one 'Machine 3 to flywheel 4 over. According to the invention, this makes this transition of the power flow, the engagement of the clutch 5, so that the diesel engine 6 is connected to the shaft 7 of the flywheel 4, which is designed as a hollow shaft.

Zur Betätigung der Kupplung 5 dient die innerhalb der axial unverschiebbaren Hohlwelle 7 axial verschiebbare Schaltwelle 8, die mit der Hohlwelle 7 über die Querbolzen 14. welche in die Schrägschlitze 13 der an der Hohlwelle 7 befestigten Muffe 12 eingreifen, und mit der Welle der elektrischen Maschine 3 über die Vielkeilverbindung 9 axial verschiebbar, aber gegenüber dieser nicht verdrehbar gekuppelt ist. Zu diesem Zweck hat beispielsweise das rechte Ende der axial verschiebbaren Schaltwelle 8 einen Vierkantquerschnitt, der von einem als Hohlwelle mit entsprechendem Querschnitt ausgebildeten Teil der Welle der :1Iaschine 3 umfaßt wird. Die bei 10 und 11 axial nicht verschiebbar gelagerte Hohlwelle 7 des Schwungrades 4 ist an ihrem rechten Ende mit der zylindrischen Muffe 12 versehen. Wie die Draufsicht der Fig. 2 erkennen läßt, hat diese Muffe in ihrem Mantel zwei schraubengangähnliche Schrägschlitze 13, in welche die Querbolzen 14 der axial verschiebbaren Schaltwelle 8 eingreifen. Infolge dieser Führung der Schaltwelle 8 durch die Querbolzen 14 in den beiden Schrägschlitzen 13 verschiebt sich die Schaltwelle 8, wenn sie auf Verdrehung beansprucht wird, in axialer Richtung.To actuate the clutch 5 is used within the axially immovable Hollow shaft 7 axially displaceable shift shaft 8, which is connected to the hollow shaft 7 via the Cross bolts 14, which are fastened into the oblique slots 13 of the hollow shaft 7 Engage sleeve 12, and with the shaft of the electrical machine 3 via the spline connection 9 is axially displaceable, but not rotatably coupled with respect to this. To this The purpose is, for example, the right end of the axially displaceable selector shaft 8 a square cross-section, which is of a hollow shaft with a corresponding cross-section trained part of the shaft of the: 1Iaschine 3 is included. The ones at 10 and 11 axially non-displaceably mounted hollow shaft 7 of the flywheel 4 is on her right The end is provided with the cylindrical sleeve 12. As can be seen from the top view of FIG leaves, this sleeve has two helical oblique slots in its jacket 13, in which the cross bolts 14 of the axially displaceable shift shaft 8 engage. As a result of this guidance of the switching shaft 8 through the cross bolts 14 in the two inclined slots 13 shifts the shift shaft 8 when it is stressed to rotate, in the axial direction.

Durch diese Verschiebung der Schaltwelle 8 wird das Einrücken bzw. Ausrücken der Kupplung 5 ausgelöst. Zu diesem Zweck ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schaltwelle 8 an ihrem linken Ende von der auf der Hohlwelle 7 sitzenden Muffe 17 umgeben, in die der Querstift 15 der Schaltwelle 8 eingreift. Die Ausnehmungen 16 der Hohlwelle 7, durch die der Querstift 15 hindurchragt, haben den gleichen Schrägungswinkel wie die Schrägschlitze 13 am rechten Ende der Hohlwelle 7. Bei einer axialen Verschiebung der Schaltwelle 8 wird also auch die Muffe 17 axial verschoben. In die Ringnut 18 der Muffe 17 greift das abgebogene Ende der Kuppelstange 19 ein, die zur Kupplung 5 führt und das Ein-und Ausrücken dieser Kupplung bewirkt. Bei Ausbildung der Kupplung 5 als elektromagnetische Kupplung kann die axiale Verschiebung der Muffe 17 auch zum Öffnen und Schließen von Kontakten für das Ein- und Ausschalten der elektromagnetischen Kupplung benutzt werden.This shifting of the selector shaft 8 causes the engagement or Disengagement of clutch 5 triggered. For this purpose is in the present embodiment the switching shaft 8 at its left end from the sleeve seated on the hollow shaft 7 17 surrounded, in which the transverse pin 15 of the shift shaft 8 engages. The recesses 16 of the hollow shaft 7 through which the transverse pin 15 protrudes have the same Skew angles like the inclined slots 13 at the right end of the hollow shaft 7. At an axial displacement of the switching shaft 8 so the sleeve 17 is also axially displaced. The bent end of the coupling rod 19 engages in the annular groove 18 of the sleeve 17, which leads to clutch 5 and causes this clutch to be engaged and disengaged. at Design of the clutch 5 as an electromagnetic clutch can reduce the axial displacement the sleeve 17 also for opening and closing contacts for switching on and off the electromagnetic clutch.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgendermaßen: Während des normalen Betriebes arbeitet die elektrische Maschine 3 als Asynchronmotor und treibt das Schwungrad 4 an. Da hierbei das antreibende Drehmoment von der elektrischen Maschine 3 geliefert wird, befindet sich die Schaltwelle 8 mit ihren Querbolzen 14 bei Rechtslauf der elektrischen Maschine 3 in der rechten Endlage, wie es in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Infolgedessen befindet sich auch die Muffe 17 in der rechten Endlage, so daß die Kupplung 5 ausgerückt ist. Fällt nun die Spannung des speisenden Netzes aus, so treibt das Schwungrad 4 infolge seiner Rotationsenergie die dann als Generator arbeitende elektrische Maschine 3 an. Das antreibende Drehmoment wird dann vom Schwungrad 4 geliefert. Dies hat zur Folge, daß die Querbolzen 14 der Schaltwelle 8 aus der rechten Endlage der Schrägschlitze 13 in die linke Endlage übergehen und damit die Schaltwelle 8 von rechts nach links verschieben. Durch diese axiale Verschiebung der Sebaltwelle 8 wird, da auch die Muffe 17 von rechts nach links verschoben wird, die Kupplung 5 eingerückt, so daß das Schwungrad 4 nunmehr die Dieselmaschine 6 zum Anlaufen bringt. Nach dem Hochlaufen übernimmt dann die Dieselmaschine die weitere Energielieferung für die elektrische Maschine 3. Die axial verschiebbare Schaltwelle 8 bleibt dann in der linken Endlage, weil das antreibende Drehmoment jetzt von der aus dem Schwungrad 4 und der Dieselmaschine 6 bestehenden Maschinengruppe geliefert wird.The described arrangement works as follows: During normal operation, the electrical machine 3 works as an asynchronous motor and drives the flywheel 4. Since here the driving torque comes from the electric Machine 3 is delivered, the control shaft 8 is with its cross bolts 14 with clockwise rotation of the electrical machine 3 in the right end position, as shown in 1 and 2 is indicated. As a result, the sleeve 17 is also in the right end position, so that the clutch 5 is disengaged. The tension is now falling of the feeding network, the flywheel 4 drives as a result of its rotational energy the electric machine 3 then working as a generator. The driving torque is then supplied by the flywheel 4. As a result, the cross bolts 14 the switching shaft 8 from the right end position of the inclined slots 13 into the left end position skip over and move the selector shaft 8 from right to left. Through this axial displacement of the Sebaltwelle 8, as the sleeve 17 from right to is shifted to the left, the clutch 5 is engaged, so that the flywheel 4 is now brings the diesel engine 6 to start. After the startup, the Diesel machine the further energy supply for the electric machine 3. The axially displaceable selector shaft 8 then remains in the left end position, because the driving Torque now from that consisting of the flywheel 4 and the diesel engine 6 Machine group is delivered.

Bei Wiederkehr der Spannung des speisenden Netzes wird mit Hilfe einer besonderen elektrischen Steuerung die Brennstoffzufuhr oder die Kompression der Dieselmaschine 6 abgeschaltet, so daß diese Pumpleistung aufnimmt und als Bremse wirkt. Gleichzeitig läuft die elektrische Maschine 3 infolge der wiederkehrenden Netzspannung nunmehr wieder als Motor und übernimmt damit das antreibende Drehmoment für das Schwungrad 4. Durch diesen Übergang des antreibenden Drehmoments von der aus dem Schwungrad 4 und der Dieselmaschine 6 bestehenden Maschinengruppe auf die elektrische Maschine 3 wird die Schaltwelle 8 von links nach rechts verschoben, so daß infolge der gleichzeitigen Verschiebung der Muffe 17 die Kupplung 5 ausgerückt wird und damit die Dieselmaschine 6 zum Stillstand kommt.When the voltage of the supply network is restored, a special electrical control of the fuel supply or the compression of the Diesel engine 6 is switched off so that it takes up pump power and acts as a brake works. At the same time, the electrical machine 3 runs as a result of the recurring Mains voltage now again as a motor and takes over the driving torque for the flywheel 4. By this transition of the driving torque from the from the flywheel 4 and the diesel engine 6 existing machine group on the electrical machine 3, the shift shaft 8 is shifted from left to right, so that as a result of the simultaneous displacement of the sleeve 17, the clutch 5 is disengaged and thus the diesel engine 6 comes to a standstill.

Die Zeit, innerhalb der der Ein- oder Ausrückvorgang der Kupplung 5 bewirkt wird, ist abhängig von der Zeit, in der die Querbolzen 14 der Schaltwelle 8 aus der einen in die andere Endstellung gebracht werden. Diese Zeit ist also abhängig von der Belastung der elektrischen Maschine 3 zur Zeit des Netzausfalls. Sie ist kurz bei großer und lang bei kleiner Belastung. Damit paßt sich die Ein- und Ausschaltautomatik den Betriebsverhältnissen gut an, da es wesentlich ist, bei hoher Belastung die Dieselmaschine möglichst schnell zuzuschalten. Es kann dann ein größerer Drehzahlabfall der elektrischen Maschine 3 vermieden werden, so daß die Spannung und die Frequenz im Netz in den geforderten Grenzen bleiben.The time within which the clutch is engaged or disengaged 5 is effected depends on the time in which the transverse pin 14 of the selector shaft 8 can be brought from one end position to the other. So this time is dependent the load on the electrical machine 3 at the time of the power failure. she is short for large loads and long for small loads. The automatic switch-on and switch-off function is thus adapted good to the operating conditions, since it is essential that the Switch on the diesel engine as quickly as possible. There can then be a greater drop in speed the electrical machine 3 can be avoided, so that the voltage and frequency stay within the required limits in the network.

Je nach der Art der gewählten Kupplung 5 wird die Schaltkraft zum Ein- und Ausrücken verschieden groß sein. Durch die Wahl des Steigungswinkels a (Fig. 2) der Schrägschlitze 13 im rechten Teil der Hohlwelle 7 kann der Größe dieser Schaltkraft bei einer minimal zugrunde gelegten Belastung der elektrischen Maschine 3 Rechnung getragen werden. In dem extremen Fall von besonders kleiner elektrischer Belastung bei großer erforderlicher Schaltkraft kann man zur Verminderung des Winkels a die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung durch einen oder mehrere Gewindegänge mit kleinerer Steigung zur Kupplung der Hohlwelle 7 und der Schaltwelle 8 ersetzen. Damit in den Endlagen dieses Gewindes kein Festkeilen der Schaltwelle 8 gegenüber der Hohlwelle 7 eintritt, kann man für die Endlagen eine entsprechende Anschlagsbegrenzung vorsehen.Depending on the type of clutch selected 5, the switching force is to The indentation and disengagement may be of different sizes. By choosing the angle of incline a (Fig. 2) the oblique slots 13 in the right part of the hollow shaft 7 can be the size of this Switching force with a minimal underlying load on the electrical machine 3 must be taken into account. In the extreme case of particularly small electrical ones Load with large required switching force can be used to reduce the angle a the arrangement shown in FIGS. 1 and 2 by one or more threads with the smaller pitch to the coupling of the hollow shaft 7 and the selector shaft 8. So that in the end positions of this thread no wedging of the shift shaft 8 opposite the hollow shaft 7 enters, you can set a corresponding limit stop for the end positions provide.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Kuppelvorgang nur dann eingeleitet, wenn an der elektrischen Maschine 3 bei Ausfall des speisenden Netzes ein Bremsmoment auftritt. Sollte nun bei Netzausfall zufällig kein Verbraucher im Stationsnetz eingeschaltet sein, so daß kein Bremsmoment auftritt, so muß durch eine entsprechende elektrische, automatische Steuerung dafür gesorgt werden, daß in diesem Falle richtig bemessene Belastungswiderstände eingeschaltet werden, die das erforderliche Bremsmoment erzwingen.In the described embodiment, the coupling process is only then initiated when the electrical machine 3 fails when the feeding Network a braking torque occurs. If, in the event of a power failure, no consumer should happen to be in the The station network must be switched on so that no braking torque occurs a corresponding electrical, automatic control ensures that in this case correctly dimensioned load resistors are switched on, which force the required braking torque.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for turning the internal combustion engine an emergency power set with one during normal operation of the electrical one Machine continuously driven flywheel, with which the engagement and disengagement of the clutch between internal combustion engine and flywheel depending on the power flow between the electrical Machine and the flywheel takes place automatically by means of a torque sensor, characterized in that the coupling (5) between the internal combustion engine (6) and The flywheel (4) is operated by a hollow shaft that cannot be axially displaced (7) of the flywheel (4) axially displaceable switching shaft (8) as a torque sensor, which is connected to the shaft of the electrical machine (3) via a multi-spline connection (9) and is coupled to the hollow shaft (7) via cross bolts (14) which are inserted into oblique slots (13) engage a sleeve (12) attached to the hollow shaft.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the hollow shaft (7) is axially guided in a double axial bearing (10). Considered publications: German Patent Nos. 674934, 314977, 617 046, 825 571, 420476; U.S. Patents No. 2,504,018, 2,567,636; Motortechnische Zeitschrift (MTZ), 1942, issue 1, pp. 14 and 15.