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Anordnung zum Antrieb einer gleichförmig anzutreibenden Einrichtung,
insbesondere eines Wechselstromerzeugers mit praktisch konstanter Frequenz, durch
eine mit veränderlicher Drehzahl treibende Welle Die Erfindung bezieht sich auf
eine, Anordnung zum Antrieb einer gleichförmig anzutreibenden Einrichtung, insbesondere
eines Wechselstromerzeugers mit praktisch konstanter Frequenz, durch eine mit veränderlicher
Drehzahl treibende Welle mittels eines Differentialgetriebes, wobei ein Element
des Differentialgetriebes abhängig von den Drehzahländerungen der treibenden Welle
durch eine Wirbelstrombremse mehr oder weniger gebremst wird, deren induzierender
Teil vorzugsweise durch den gleichgerichteten Strom *einer Wechselstromquelle gespeist
werden kann.
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Es ist bereits ein dynamo-elektrisch-mechanisches Getriebe bekannt,
bei dem zwischen der anzutreibenden Maschine und einem Elektromotor ein von der
Antriebswelle angetriebenes Differentialgetriebe angeordnet ist. Diese bekannte
Einrichtung dient zur Übertragung von Drehmomenten von einem Motor auf einen Antrieb
der Räder eines Fahrzeuges. Zu diesem Zweck muß die angetriebene Einrichtung vom
Stillstand bis zu Höchstdrehzahlen veränderlich angetrieben werden können. Zur Erzielung
des angestrebten Zweckes wird eine Anordnung von zwei Ausgleichsgetrieben verwendet.
Dabei dient der elektrische Steuermotor vorzugsweise zum Anfahren der antreibenden
Kraftmaschine bzw. zur langsamen Ankupplung und Beschleunigung der getriebenen Welle.
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Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum
Antrieb einer gleichförmig anzutreibenden Einrichtung durch eine treibende Welle
mit veränderlicher Drehzahl.
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Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei welchen zwischen An- und Abtrieb
eine Wirbelstromkupplung zwischengeschaltet ist und die bei veränderlicher Antriebsdrehza,hl
und/oder veränderlicher Belastung einen konstanten Gleichstrom bzw. eine konstante
Gleichspannung liefern sollen. Dabei muß jedoch die Drehzahl des Gleichstromerzeugers
in Abhängigkeit von der Belastung auch dann verändert werden, wenn die Antriebskraft
von einer Welle mit konstanter Drehzahl abgenommen wird.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstromgenerator
immer mit konstanter Drehzahl umlaufen zu lassen, auch wenn sich die Drehzahl der
Antriebsmaschine innerhalb weiter Grenzen ändert, da ein Wechselstrom konstanter
Frequenz erzielt werden soll. Eine solche konstante Frequenz ist beispielsweise
erforderlich, um ein Radargerät in einem Flugzeug bedienen zu können, wobei der
Wechselstromerzeuger vom Flugzeugmotor angetrieben wird.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das unmittelbar von
der treibenden Welle angetriebene Differentialgetriebe zwischen der gleichförmig
anzutreibenden Einrichtung und der Wirbelstrombremse, und die letztere gleichachsig
mit der treibenden Welle angeordnet ist, in deren Verlängerung die Welle der anzutreibenden
Einrichtung gelagert ist, und daß die letztere und die Wirbelstrombremse, die zu
beiden Seiten des Differentialgetriebes liegen, unmittelbar mit diesem gekuppelt
sind.
Das Differentialgetriebe spielt die Rolle eines Vervielfachers,
der den Schlupf vergrößert. Auf diese Weise kann nicht nur die Erregerleistung
relativ klein -
gehalten werden, sondern es kann auch eine sehr genaue Regelung
der Frequenz des Stromerzeugers erzielt werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß eine
gute Wänneableitung bzw. Kühlung und somit Sicherung hitzeempfindlicher Teile bewirkt
wird. In jedem Fall muß in der Wirbelstrombremse Leistung vernichtet werden. Hierbei
entsteht Wärme. Diese Wärme soll möglichst rasch abgeführt werden, damit die übrigen
Teile der Anordnung, beispielsweise der Antriebsmotor oder der angetriebene Generator,
nicht gefährdet werden. Im Falle der erfindungsgemäß angeordneten Wirbelstrombremse
entsteht die Wärme in einem feststehenden Teil, der mit dem Gehäuse in wärmeleitender
Verbindung stehen kann, so daß die Wärme nicht durch Leitung zu den gefährdeten
Geräten gelangen kann. Das Differentialgetriebe bewirkt also nicht nur eine Erhöhung
des Schlupfes, sondern gestattet es auch, den wärmeerzeugenden Teil der Bremse feststehend
anzuordnen.
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Bei einer besonders vorteilhaftenAusführungsform. wird an der Stelle,
wo sich das Differentialgetriebe befindet, Kühlluft zugeführt und werden Mittel
vorgesehen, um den Kühlluftstrom nach der Beaufschlagung des Differentialgetriebes
in zwei Teile zu teilen, wovon der eine die Bremse und der andere die anzutreibende
Einrichtung, also beispielsweise den Wechselstromerzeuger, bestreicht.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung geben aus der folgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten besonderen Ausführungsbeispieles
der Erfindung hervor. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 teilweise im Schnitt
eine Anordnung gemäß der Erfindung, Fig. 2 schematisch die kinematische Verbindung
zwischen den verschiedenen Teilen, aus denen die Anordnung gebildet ist, Fig.
3 im Axialschnitt nach Linie IIIAH von Fig. 4 die mechanische Einrichtung
des Differentialgetriebes und der Wirbelstrombremse derselben Anordnung, Fig. 4
in geöffneter Endansicht den Umlaufradträger des Differentialgetriebes von Fig.
3 und Fig. 5 in Endansicht den Läufer der Wirbelstrombremse nach Fig.
3.
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Wenn eine treibende Welle 1 von sehr veränderlicher Drehzahl
die Welle 2 eines Wechselstromerzeugers 3 mit praktisch konstanter Drehzahl
antreiben soll, so kann man die letztere von der Welle 1 durch eine Anordnung
treiben lassen, die ein Differentialgetriebe 4 und eine Wirbelstrombremse
5 enthält, deren induzierender Teil vorteilhaft durch einen vom Wechselstromerzeuger
3 herrührenden und gleichgerichteten Strom gespeist wird.
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Erregt man die Wirbelstrombremse mit einem beispielsweise in Abhängigkeit
von den Laufänderungen der Welle 1 veränderlichen Strom, so kann man es so
einrichten, daß der Wechselstromerzeuger mit praktisch konstanter Drehzahl läuft.
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Hierbei wird gemäß der Erfindung von der Welle 1
unmittelbar
das Differentialgetriebe 4 angetrieben, das zwischen den Wechselstromerzeuger
3 und die Wirbelstrombremse 5 gesetzt und gleichachsig zur Welle
1 gelagert wird, in dessen Verlängerung die Welle 2 verläuft, und es werden
der Wechselstromerzeuger 3 und die Wirbelstrombremse 5, die sich beiderseits
des Differentialgetriebes 4 befinden, unmittelbar mit diesem gekuppelt.
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Man erhält so eine besonders gedrängte Konstruktion, welche wirksam
mit einfachen Mitteln gekühlt und leicht an einer Wand 6 mittels eines Flansches
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befestigt werden kann, den das Gehäuse der Konstruktion um die Welle 2 herum
bildet.
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In dieser Konstruktion sind die Bremse, das Differentialgetriebe und
der Wechselstromerzeuger, die in solcher Ordnung zunehmend hitzeempfindlich sind,
in einer normalen Aufeinanderfolge angeordnet, in der sie von der Befestigungswand
6 zunehmenden Abstand haben. Ein Teil der von der Bremse 5 entwickelten
Wärme kann so unmittelbar in die Wand 6
abgeleitet werden.
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Um dieser Konstruktion eine gute Kühlung zu sichern, wird zweckmäßig
durch ihr Gehäuse ein Luftstrom geblasen.
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Hierzu ist es besonders vorteilhaft, am.Umfang des Differentialgetriebes
4, am Gehäuse der Konstruktion einen gemeinsamen Lufteinlaß 8 für zwei getrennte
und - wie durch Pfeile in Fig. 1 gezeigt - im entgegengesetzten
Sinn geführte Kühlwege vorzusehen. Auf diese Weise teilt sich der Kühlluftstrom,
nachdem er das Differentialgetriebe gekühlt hat, in zwei Teile, deren einer im ersten
Strömungsweg den induzierenden Teil und den Läufer der Bremse 5 kühlt und
das Gehäuse durch die um den Flansch 7 herum vorgesehenen Öffnungen
9 verläßt, während der andere Teil der Kühlluft um den Läufer und den Ständer
des Wechselstromerzeugers 3 und in Rinnen 10
am inneren Umfang des
Gehäuses strömt, um dieses letztere durch an seinem Ende und nahe der Achse der
Anordnung vorgesehene Öffnungen 11 zu verlassen.
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Was nun insbesondere das Differentialgetriebe der Anordnung nach der
Erfindung betrifft, so enthält dieses einen von der Welle 1 unmittelbar angetriebenen
Umlaufradträger 12, in dem mindestens ein Paar Umlaufradsätze oder Radzwillinge
13-14 und 15-16
gelagert sind. Diese Umlaufradsätze läßt man einerseits mittels
ihrer Ritzel 14 und 15 ineinander eingreifen (im Schema Fig. 2 sind die Umlaufräder,
die in Wirklichkeit Seite an Seite gelagert sind, wie in Fig. 4, voneinander abgerückt
dargestellt, um die Gesamtheit der kinematischen Verbindungen besser sichtbar zu
machen) und andererseits getrennt den einen durch sein Ritzel 13 mit einem
Ritzel 17 der Welle 36 des Läufers der Wirbelstrombremse
5 und den anderen durch sein Ritzel 16 mit einem fest auf der Welle
2 des WechseIstromerzeugers 3 sitzenden Ritzel 18 im Eingriff stehen.
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Da die Umlaufräder 13-14 und 15-16 in dem Umlaufradträger 12
auf derselben Seite der Welle 1 gelagert sind, werden auf der gegenüberliegenden
Seite im Träger 12 zwei Ausgleichsmassen 19 und 20 angebracht (Fig.
4).
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Durch diese Anordnung, in welcher die Umlaufritzel 13 und
16 sich in entgegengesetztem Sinn mitnehmen, erhält man selbst mit einem
Differentialgetriebe 4 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser eine große übersetzung
der Differentialbewegung zwischen den Ritzeln 17 und 18, d. h. zwischen
der Bremse 5 und dem Wechselstromerzeuger 3; dies ist offensichtlich
für die gute Wirkungsw#eise einer Konstruktion von kleinen Abmessungen günstig.
Andere Vorteile dieser Anordnung werden sich aus dem Folgenden ergeben.
Bei
der Anordnung des Differentialgetriebes sorgt man dafür, daß alle Ritzel
13, 14, ' 15, 16, 17 und 18
Außenverzahnung haben, so daß man
sie ungeachtet ihrer verhältnismäßig kleinen Abmessungen leicht nachschleifen kann.
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Jedes Ritzelpaar 13-14 oder 15-16 eines Umlaufradsatzes wird
auf eine Buchse 21 oder 22 mit zylindrischer Bohrung und polygonalem Umriß aufgesetzt,
auf den die entsprechenden Ritzel mit Kraft aufgepreßt sind.
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Im übrigen ist es vorteilhaft, aus dem Umlaufradträger 12 eine Gehäusekapsel
zu bilden, die so vollständig wie möglich die das Differentialgetriebe 4 bildenden
Ritzel einschließt, um sie mit dem für ihr gutes Arbeiten erforderlichen Schmiermittel
umgeben zu können.
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Bei der oben empfohlenen Anordnung der Konstruktion befindet sich
das Ritzel 17 der Bremse notwendig außerhalb des Gehäuses 12 des Differentialgetriebes.
In diesem Fall läßt man zweckmäßig den Umfang des Ritzels 17 sich dem Gehäuse
12 anschmiegen und sieht in dessen Wand einen Ausschnitt 23 vor, durch den
das Umlaufrad 13 vortritt, um mit dem Ritzel 17 in Eingriff zu treten.
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In der Wand des inneren Umfanges des Gehäuses 12 werden zweckmäßig
getrennte Höhlungen 25, 26,
27 vorgesehen, die imstande sind, trotz
der Fliehkraft das Schmiermittel in Berührung mit den verschiedenen, paarweise auf
derselben Achse sitzenden und verschiedene Durchmesser aufweisenden Ritzeln der
Umlaufradsätze zu halten.
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Es, empfiehlt sich übrigens, die Ritzel 14 und 15 so anzubringen,
daß sie als Zahnradpumpe (Fig. 4) wirken, die, das Schmiermittel gegen den Umfang
des Gehäuses 12-12a in die Hi5hlungen 25, 26, 27
treibt.
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So vermeidet man nach Möglichkeit, daß das Schmiermittel in zu großer
Menge durch die Ausschnitte 23 des Gehäuses 12 entweicht. Ein trotzdem diesen
Weg nehmender Teil dieses Schmiermittels wird durch die Scheibe eines in Umfangsrichtung
verlaufenden Ablenkers 28, den das Gehäuse 12 an seiner Seitenwand in Höhe der Achsen
der Umlaufräder und der Ausgleichsmassen 19 und 20 aufweist, in Rücklaufkanäle
in jenen Achsen geleitet. Die Kanäle 29#30 durchqueren die Ausgleichsmassen und
führen das Schmiermittel durch Schleuderwirkung vom Ablenker 28 bis zu den
am Umfang liegenden, Höhlungen des Gehäuses 12, während die axialen Kanäle
32 und radialen Kanäle 33 in den Achsen 31 der Umlaufräder
das Schmiermittel durch die Fliehkraft in die Nadellager 34 dieser Räder leiten.
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Ein kleiner Teil des Schmiermittels, der noch zwischen dem Ablenker
28 und dem äußeren, die Gehäusekapsel 12 möglichst eng umgebenden Gehäuse
37 zu entweichen sucht, wird durch Schraubenrillen 35 am Umfang der
Gehäusekapsel 12 zurückgedrängt.
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Bei der beschriebenen Anordnung des Differentialgetriebes und seines
Schmiersystems wird erreicht, daß das Schmiennittel sich innen am Umfang der Gehäusekapsel
12 ansammelt und die Drehung der Umlaufräder beim Anlassen des Aggregates bremst.
Diese Bremsung sucht zu bewirken, daß die Welle 2 durch direkte übertragung von
der Welle 1 mitgenommen wird und sichert die elektrische Erregung des Wechselstromerzeugers;
dadurch wird in dem Fall, daß der Bremsstrom ausschließlich aus dem Wechselstromerzeuger
kommt, die Notwendigkeit der Anbringung einer Hilfsbremseinrichtung vermieden, welche
die Wirkung der Wirbelstrombremse ersetzt, bevor die elektrische Erregung stattgefunden
hat.
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Bei einer weiteren Ausführungsforni der Erfindung wird die Welle
36 des Läufers der Wirbelstrombremse unmittelbar in der Wand 37 eines
das Differentialgetriebe umgebenden festen Gehäuses 37-37 a gelagert, wobei
man diese Welle lediglich fliegend von einem Wälzlager, z. B, mit zwei Kugelkränzen
38-39, tragen läßt; ferner wird der Umlaufradträger gleichfalls fliegend
mittels eines WälzIagers mit zwei Kugelkränzen 40-41 auf der Welle 2 des Wechselstromerzeugers
zwischen dessenAntriebsritzel18 und seinem Wälzlager 42 gelagert, in welchem er
in der gegenüberliegenden anderen Wand 37a des festen Gehäuses umläuft.
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Die Sitzflächen des Wälzlagers 38-39 und des Wälzlagers 42
sind koaxial und von gleichem Durchmesser; sie werden zweckmäßig gleichzeitig geschhffen,
um eine genaue Zentrierung zu erhalten, während die beiden Teile 37 und 37a
des festen Gehäuses vorher zentriert und miteinander verstiftet werden.
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Die oben empfohlenen fliegenden Lagerungen ermöglichen nicht nur eine
sehr gedrängte Konstruktion, sondern lassen auch das Ende der Bremse auf der einen
Seite des Flansches 7 frei und erleichtern seine wirksame Kühlung.
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Das Gehäuse 12 wird seinerseits vorteilhaft in zwei Teilen 12a und
12b ausgeführt, die gegeneinander zentriert und an ihrem Umfang durch Bolzen
24 verbunden sind.
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Was nun den Läufer der Bremse betrifft, so wird dieser zweckmäßig
durch einen aus ferromagnetischem Material bestehenden dicken Ring 43 gebildet,
der gleichachsig dir, Welle 36 umgibt und mit einer fest auf dieser Welle
sitzenden Nabe 44 durch dünne Flügel 45 verbunden ist, die zwischeneinander weite
Kühlkanäle 49 bilden und etwas elastisch sind, um die Wirkung von Ausdehnungen auszugleichen.
Diese Flügel haben außerdem große Oberflächen, um den Wärmeaustausch zwischen dem
Läufer und der KühRuft zu erleichtern.
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Zweckmäßig werden außerdem in dem Ring 43 zur Umlaufachse parallele
und den Ring von einer Seite zur anderen durchquerende Kanäle 46 etwas innerhalb
seines Umfanges angebracht und in jeden von ihnen ein elektrischer Leiter 47 eingesetzt,
der eine geschlossene Windung bildet; die Enden dieser Leiter sind beispielsweise
entlang des inneren Randes des Ringes,43 gegeneinandergeführt und bei 48, wie in
Fig. 3 gezeigt, durch eine Schweißung oder Hochtemperatur-Hartlötung verbunden.
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Die Leiter 47 können ganz aus elektrisch gut leitendem Material, vorzugsweise
aus Rotkupfer, Aluminium oder deren Legierungen bestehen.
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Vorteilhaft wird der Läufer so angeordnet, daß ein Teil der KühRuft
zwischen ihm und dem Wälzlager 38-39 (s. Fig. 1) hindurchgehen kann.
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Die Erfindung ist nicht. auf die g:q I-Tgn(t der Z. eichnung
näher beschriebene Ausführutigsförbi beschränkt, sondern umfaßt alle in ihrem Bereich
liegenden Abwandlungen, beispielsweise solche, bei denen die getriebene Einrichtung
kein Wechselstromerzeuger, sondern eine andere gleichförmig anzutreibende Einrichtung
ist.