DE201766C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Jig 201766-KLASSE 21 d. GRUPPE

OTTO OHNESORGE in BOCHUM.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Februar 1908 ab.

Die sogenannten Kraftmaschinenkupplungen werden im allgemeinen benutzt, um bei Antriebsmaschinen, die mechanische Arbeit an eine Transmission oder unmittelbar an eine Arbeitsmaschine abgeben sollen, die Zuschaltung" und das Zusammenarbeiten einer Hilfsmaschine bei größerem Kraftbedarf zu ermöglichen. Das erstmalige Anlassen der Zusatzmaschine wie die Wiederaufnahme ihrer Arbeit nach etwaigen Störungen kann dann ohne weiteres Zutun der Bedienung selbsttätig vor sich gehen. Diese letztere Wirkung tritt nun auch ein, wenn es sich um das Zusammenarbeiten mehrerer von je einer Kraftmaschine angetriebenen elektrischen Stromerzeuger handelt; bei Störungen im Beharrungszustand der einzelnen Antriebsmaschinen würden sich diese dann ohne Rückwirkung auf die Stromerzeuger ausgleichen können. Die Einschaltung einer Kraftmaschinenkupplung würde also allgemein auch hier die Wirkungen einer Sicherheitsvorrichtung auslösen.

Die Erfindung folgt der Erkenntnis, daß bei Antriebsmaschinen von einer bestimmten, nachher näher zu erörternden Eigenart, die Wechselstromerzeuger antreiben, ganz besondere Wirkungen eintreten, wenn man diese Kraftmaschinen vermittels eines einseitig wirkenden Gesperres derart mit ihren zugehörigen Stromerzeugern kuppelt, daß sich jeweilig das Gesperre schließt, falls von der Antriebsmaschine Arbeit an den Stromerzeuger abgegeben wird, sich aber jeweilig öffnet, wenn die Kraftmaschine zurückbleibt. Die dabei eintretenden Wirkungen beruhen auf folgender Erkenntnis: Eine große Gattung von Kurbeltriebmaschinen besitzt die Eigenart, daß zeitweilig die Kraftmaschine nicht nur keine mechanische Arbeit nach außen abgeben kann, sondern zur Durchführung des ihr eigentümlichen Arbeitsverfahrens noch innerer Arbeit bedarf; es sind dies vor allem die im Viertakt arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen. Auf Grund der Tatsache, daß die Verbrennung regelmäßig durch eine vorherige Verdichtung eingeleitet wird, haben diese Kraftmaschinen immer in einem Teil ihres normalen Arbeitsvorganges einen inneArbeitsbedarf, der, wenn nicht gerade

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immer die Verbrennung in einem zweiten Zylinder zttr gleichen Zeit erfolgt, nur durch Arbeitsabgabe aus der kinetischen Energie des Schwungrades geleistet werden kann, d. h. das Schwungrad erfährt jeweilig bei der Verdichtung eine Verzögerung. Werden nun solche Maschinen dazu benutzt, um Wechselstromerzeuger anzutreiben, die, unter sich parallel geschaltet, auf dasselbe Netz arbeiten sollen, so tritt folgendes ein: Zufolge des Bestrebens parallel geschalteter Wechselstrommaschinen, den Synchronismus dauernd aufrechtzuerhalten, ist die Abhängigkeit zwischen ihnen als eine Art Kupplung von geringer Nachgiebigkeit aufzufassen. Tritt nun gemäß dem oben beschriebenen Arbeitsvorgang bei einer Antriebsmaschine nach Parallelschaltung der Wechselstromerzeuger der innere Arbeitsbedarf ein, so kann derselbe

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nicht mehr durch die Schwungradverzögerung der Einzelmaschine gedeckt werden, sondern muß unter Durchleitung durch die elektrische Kupplung von dem Gesamtantrieb geleistet werden, unter der für die praktischen Verhältnisse regelmäßig zutreffenden Annahme, daß die dabei ebenfalls eintretende Verzögerung des Gesamtantriebes als verschwindend betrachtet werden kann.

ίο Mit dieser Art der Deckung des inneren Arbeitsbedarfes im Beharrungszustand, also innerhalb jedes Arbeitsvorganges, sind aber wesentliche Nachteile verknüpft, die nun durch Einschaltung von Gesperren in der oben gekennzeichneten Weise zwischen die Antriebsmaschine und die Wechselstromerzeuger behoben werden können, indem dabei wieder wie beim Alleinarbeiten die bezügliche Antriebsmaschine ihren Arbeitsbedarf aus ihrem eigenen Schwungrad entnehmen kann.

In der folgenden Gegenüberstellung sollen die Mängel der bisherigen Arbeitsweise und die Wirkungen der neuen Schaltung eingehend dargelegt werden:

i. Während bisher bei Eintreten inneren Arbeitsbedarfes der Zusatzantriebsmaschine und Fortfall der elektrischen Leistung des zugehörigen Wechselstromerzeugers die übrigen Stromerzeuger zeitweilig außer der gesamten Belastung durch das Netz auch noch die Belastung durch die während dieser Zeit als Motor laufende bezügliche Wechselstrommaschine erhielten, brauchen sie nach der neuen Schaltung nur noch das Netz zu versorgen. Die zeitweilige Höchstbeanspruchung der Wechselstromerzeugergruppe wird also verringert; es tritt eine bessere Verteilung der elektrischen Arbeitsleistung ein.

2. Die elektrische Kupplung zwischen dem Wechselstromerzeuger der gerade innere Arbeit bedürfenden Kraftmaschine und den übrigen Stromerzeugern wird nur durch das ganz geringe Drehmoment in Anspruch genommen, das zur Verhinderung der Verzögerung des freilaufenden Ankers durch Lager-, Luft-, Bürstenreibung, Wirbelströme u. dgl. erforderlich ist, während sonst ein Drehmoment durchzuleiten ist, das dem größten inneren Kraftbedarf der bezüglichen Antriebsmaschine entspricht; die Zerstörung dieser Kupplung durch Überbeanspruchung, also das Außertrittfallen der Wechselstromerzeuger, ist damit vermieden. Es sei hier auch bemerkt, daß damit weiter alle die Kräfte entfallen, die die Festigkeitsverbindungen zwischen dem Wechselstromerzeuger und seiner Antriebsmaschine sonst rückkehrend beanspruchen und die als Wechselbeanspruchungen von wesentlicher Wirkung sind.

3. Die Summen der innerhalb der Kraftmaschinengruppe erzeugten und verbrauchten mechanischen Arbeiten sind nach der bisherigen Anordnung und nach der neuen Schaltung an sich ja gleich. Wenn im ersten Falle der zeitweilig eintretende innere Arbeitsbedarf einer Antriebsmaschine durch die elektrische Kraftübertragung: Wechselstromerzeuger — Wechselstromerzeuger als Motor laufend, gedeckt wird, so muß sie im zweiten Falle durch Schwungradverzögerung geliefert werden. Da diese Schwungradverzögerung erst bei wieder einsetzendem Arbeitsüberschuß der Antriebsmaschine durch eine gleich große Beschleunigungsarbeit wett gemacht werden muß, ehe diese Maschine wieder an der Leistung des Gesamtantriebes teilnehmen kann, so wird damit die früher auf dem Wege der elektrischen Kraftübertragung aus dem Gesamtantrieb bezogene mechanische Energie ausgeglichen. Denn bei der bisherigen An-Ordnung wird mit eintretendem Arbeitsüberschuß der Zusatzantriebsmaschine dieser sofort an den Gesamtantrieb abgegeben, da hier eine Verzögerung nicht stattgefunden hat. Zwar wird diese Arbeit nicht in Gestalt mechanischer Energie an den Gesamtantrieb zurückgegeben, sondern unter Energieumwandlung; sie erscheint aber doch gleich in der gewünschten Nutzform.

Ein Arbeitsverlust ist für den Fall 1 nun dadurch bedingt, daß für die elektrische Arbeitsleistung innerhalb der Antriebsmaschinengruppe der Wirkungsgrad der elektrischen Kraftübertragung einzuführen ist, da im Fall ι der innere Arbeitsbedarf der Kraftmaschine mit diesem Verlust in ihr Schwungrad übertragen werden muß, im Fall 2 dagegen unmittelbar aus dessen mechanischem Arbeitsvermögen entnommen werden kann; da in beiden Fällen die Weitergabs vom _1Oo Schwungrad an die zugehörige Maschine mit dem mechanischen Wirkungsgrad dieser erfolgt, so verschiebt die Berücksichtigung desselben das Bild der verbrauchten Arbeitsmenge in keiner Weise. Mit anderen Worten: Im Fall 2 wird die erforderliche innere Arbeit der kinetischen Energie des Schwungrades verlustlos entnommen, während im Fall 1 dazu mechanische Energie erst in elektrische und diese wieder in mechanische umzuwandeln ist. no Der Wirkungsgrad des Gesamtantriebes wird also durch Wahrung der Eigenart der Einzelmaschine erhöht.

Die Bedeutung dieser Wirkungen erhellt aus der Tatsache, daß beispielsweise bei Diesel- Motoren der während jedes Arbeitsvorganges eintretende innere Arbeitsbedarf nahezu die Hälfte der von der Verbrennung geleisteten Gesamtarbeit darstellen kann. Da diese Arbeit nun immer mit dem Wirkungsgrad der elektrischen Kraftübertragung, der gemäß den vorliegenden Verhält-

nissen besonders bei der ungleichmäßigen Belastung ein sehr geringer ist, geleistet werden muß, so wird damit ein ganz beträchtlicher Teil der Leistung der Einzelmaschine für die äußere Arbeitsleistung des Gesamtantriebes einfach hinfällig.

Die neue Schaltung ist zunächst möglich, wo es sich um Zusammenarbeiten von Kraftmaschinen vollkommen gleichförmiger Umdrehungsgeschwindig'keit (Wasserturbinen, Dampfturbinen) mit Antriebsmaschinen der . gekennzeichneten Eigenart handelt. Dieser Fall würde also praktisch bei Wasserkraftanlagen, bei denen man etwa als Zusatzmaschine für die wasserarme Zeit Verbrennungskraftmaschinen benutzt. Des weiteren ist diese Schaltung gegeben zwischen Kurbeltriebmaschinen, deren Ungleichförmigkeitskurven dermaßen verschieden sind, daß die sonst beobachtete Innehaltung bestimmter Kurbelstellungen untereinander keinen Sinn hat, also bei zusammenarbeitenden Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren. Zum Dritten ist die Schaltung auch vorteilhaft zwisehen Verbrennungskraftmaschinen unter sich, mögen dieselben als Schwestermaschinen auch völlig gleich ausgebildet sein, wenn die Verhältnisse es nicht gestatten, daß man diese Kraftmaschinen vollkommen synchron laufen läßt, beispielsweise, weil die Maschinen räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Da ja die neue Schaltung ihre Wirkung einfach infolge der elektrischen Parallelschaltung äußert, so können ja die parallel zu schaltenden Kraftmaschinen in beliebigen Entfernungen voneinander angeordnet sein.

Für das zu verwendende Gesperre eignen sich am besten die Kraftmaschinenkupplungen nach Patent 185678, vorzüglich deshalb, weil bei diesen praktisch ein Öffnungsweg (toter Gang) des Gesperres völlig entfällt und damit der Wiederbeginn der Arbeitslieferung der Kraftmaschine an ihren Wechselstromerzeu-

. ger ohne jeden Stoß vor sich geht.

Ist beispielsweise die Unterstützung durch die Verbrennungskraftmaschinen nicht erforderlich, so kann man bei ausgerücktem Gesperre die Wechselstromerzeuger leer als Synchronmaschinen mitlaufen lassen, wie dies bisher ähnlich schon ausgeführt wurde, um den Leistungsfaktor des Werkes zu erhöhen. In diesem Falle gestaltet sich die Inbetriebsetzung der Zusatzkraftmaschinen sehr einfach. Die Wechselstromerzeuger sind bereits elektrisch parallel geschaltet, und nach Anlassen der Zusatzkraftmaschinen findet bei Erreichung der Winkelgeschwindigkeit des Gesamtantriebes die mechanische Parallelschaltung zwischen dem Wechselstromerzeuger und seiner Kraftmaschine selbsttätig statt.

Mit der neuen Schaltung ist auch noch eine weitere Wirkung erzielt. Die wechselnden ■ Einwirkungen der Kraftmaschine einerseits und die des elektrischen Netzes andererseits erzeugen bei starrer Kupplung der Wechsel-Stromerzeuger mit ihren Kraftmaschinen leicht Schwingungen, die für die Gleichförmigkeit des Betriebes störend sind. Bei der gekennzeichneten Schaltung können solche Rückwirkungen, sowohl der Stromerzeuger auf ihre Kraftmaschine als auch der Stromerzeuger unter sich, nicht eintreten, besonders wenn alle Maschinen in der beschriebenen Weise mit ihren Stromerzeugern gekuppelt sind. Mit dieser Anordnung ist dann nicht nur die anfangs schon erwähnte Sicherheit beim Eintritt von Störungen im Beharrungszustand gegeben, sondern auch eine völlige gegenseitige Einstellungsmöglichkeit der Stromerzeuger vorhanden, wie eine solche infolge unvermeidlicher Herstellungsfehler wünschenswert ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Anlage zum Parallelbetrieb von durch gesonderte Kraftmaschinen angetriebenen Wechselstromerzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Antriebsmaschinen, die nach Art ihres Arbeitsvorganges (Verdichtung) zeitweilig einen inneren go Arbeitsbedarf besitzen, durch einseitig sich öffnende Gesperre mit praktisch verschwindendem Schließungsweg mit ihren Wechselstromerzeugern gekuppelt sind, so daß sie wohl ihren Arbeitsüberschuß an die Stromerzeuger abgeben, aus dem Stromerzeuger aber niemals Arbeit entnehmen können.