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Vorrichtung zur elektromechanischen Kraftübertragung. Gemäß der Erfindung
wird zur Kraftübertragung eine elektrische Maschine mit -zwei konzentrischen Ankern
und zwischen ihnen liegenden Feldmagnetpolen verwendet, in Verbindung mit einem
epizyklischen Wechselgetriebe derjenigen Art, bei welcher die Bewegung eines Elementes
der Übersetzung veränderlich verzögert wird, wie z. B. durch eine Bremse, um das
Geschwindigkeitsverhältnis der Übersetzung zu ändern. Bei einer solchen Verbindung
ist der eine Anker mit dem verzögerten Element der Übersetzung verbunden und wird
als Generator benutzt, während der andere Anker als Motor dient, der von dem Generator
angetrieben wird. Vorzugsweise ist der Motoranker mit der treibenden Welle der epizyklischen
Verzahnung verbunden.
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Die bevorzugte Anordnung der elektrischen Maschine ist eine solche,
bei welcher die beiden Anker und die Feldwicklung auf den Polen in Reihenschaltung
verbunden sind und die elektrische Steuerung durch die Bewegung der Bürsten einer
oder beider Maschinen bewirkt wird.
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In der Zeichnung zeigt Abb. x einen Längsschnitt einer vollständigen
elektromechanischen Kraftübertragung, Abb. 2 einen Schnitt nach den Linien i-i,
2-2 und 3-3 der Abb. i.
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Die Maschinen- oder Hauptantriebswelle ist mit A bezeichnet.
An dem Ende der Welle A
ist eine Scheibe Al befestigt, die den äußeren Anker
A 2 mit dem Stromwender A 3 trägt. Der Bürstenantrieb A 4 für diesen ist- auf einem
Ring A 5 gelagert, der in dem Gehäuse gleitet und mit einem Steuerhebel A s versehen
ist.
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Gleichachsig mit der Welle A ist eine Welle B
gelagert.
Beide Wellen werden an ihren zusammenstoßenden Enden durch eine Kupplung Bi vereinigt.
An dem anderen Ende der Welle B ist ein Zahnrad B2 (Abb. 2) befestigt, das mit einem
losen Rad B3 in Eingriff steht; Rad B3 steht in Eingriff mit einem Planetenrad B4,
das mit einem anderen Zahnrad B5 auf derselben Planetenwelle fest verbunden ist;
dieses kämmt mit einem Zahnrad B6, das auf einer die Welle B umgebenden Hohlwelle
C gelagert ist.
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Der RädersatzB2 bisBs ist so ausgewählt, daß, wenn die Planetenwelle
festgehalten wird und die Welle B als treibende Welle wirkt, die Hohlwelle C in
entgegengesetzter Richtung mit doppelter Geschwindigkeit wie die Welle B zu einem
später genannten Zweck angetrieben wird.
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Auf der Welle C, sitzt ein Anker Cl, der konzentrisch mit und in dem
Anker A 2 liegt. Der Stromwender C2 wird an dem rechten Ende des Ankers Cl (Abb.
i) getragen, sein Bürstenantrieb ist einstellbar auf dem Gehäuse
gelagert
und besitzt einen Steuerhebel C3, so daß die Bürsten rückwärts und vorwärts geschwungen
werden können.
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Der epizyklische Rädersatz ist in einem Gehäuse D eingeschlossen,
welches ein_Lager DI für die Welle E hat; diese ist die angetriebene Welle des Getriebes,
und im Falle eines Motorfahrzeuges mit den treibenden Rädern verbunden. Die Welle
B liegt in einem Lager an dem Ende der Welle E, und die Planetenräder B3,
B4, B5 werden auf einer Scheibe getragen, die an dem linken Ende der Welle
E befestigt ist. Das Gehäuse D bildet einen Träger für den Bürstenantrieb des Kollektors
C2 und ist auch mit einem Kugellager D2 für die Hohlwelle C versehen. Ein zweites
Kugellager D3 dient zur Lagerung der von der Welle E abgekehrten Enden der Planetenwelle.
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Das Gehäuse D trägt eine Reihe von Magnetpolen F, die radial zwischen
den beiden Ankern angeordnet sind. Die Wicklung zur Erregung dieser Magnete ist
mit F' bezeichnet.
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Wenn ein magnetisches Feld hergestellt ist, ist der magnetische Stromkreis
zusammengesetzt aus einem Pol F, einem Teil des Ankers A 2, den anderen Polen F
und einem Teil des Ankers Cl. Die Maschine ist daher äquivalent einer elektrischen
Maschine mit einem inneren Anker CI und Polen F sowie einer zweiten Maschine mit
einem äußeren Anker A 2 und Polen F, so daß zwei Maschinen auf praktisch demselben
Raum angeordnet sind, der sonst von einer Maschine gewöhnlicher Bauart eingenommen
wird. Wie erwähnt, sind die Wicklungen der beiden Anker alle in Reihenschaltung
verbunden, und der äußere Anker A 2 ist in b; zug auf das Feld so gewickelt, daß
sein Feld an dem Wendepunkt gleich dem Feld ist, das durch die Wicklung F' für jede
Stellung der Bürsten hergestellt ist. Es ist daher möglich, die Bürsten in jede
Stellung auf dem Stromwender zu verschieben, ohne Funken zu erzeugen. Auf diese
Weise kann die durch diesen Anker erzeugte elektromotorische Kraft von einem Maximum
bis herunter zu Null verändert und umgekehrt werden, indem man nur die Bürsten um
einen Winkel verschiebt, der gleich dem Winkel zwischen beiden Polen ist.
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Es wurde erwähnt, daß der Rädersatz zwischen der Welle B und der Welle
C, d. h. zwischen dem Anker A2 und dem Anker Cl so gewählt ist, daß der letztere
mit der doppelten Geschwindigkeit umläuft wie.der erstere. Der Anker CI ist mit
der halben Anzahl von Leitern versehen als der Anker A 2 besitzt, so daß, da er
sich mit der doppelten Geschwindigkeit dreht, die von beiden Ankern erzeugte Spannung
dieselbe ist.
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Die Wirkungsweise des Wechselgetriebes ist folgende Angenommen, die
treibende Welle A dreht sich mit ihrer normalen Geschwindigkeit und die angetriebene
Welle E steht still, dann werden beide Anker in Bewegung sein und der Anker CI dreht
sich mit der doppelten Geschwindigkeit des Ankers A2 in entgegengesetzter Richtung,
weil die Achsen der Planetenräder B4, Bs durch die Welle E festgehalten werden.
In dieser Stellung werden die Bürsten für jede der elektrischen Maschinen in der
neutralen Stellung sein, so daß keine von beiden irgendeine elektromotorische Kraft
erzeugt. Wenn angelassen werden soll, dann werden die Bürsten für den Anker CI durch
den Hebel C3 in die normale Stellung im Mittelpunkt der Polfläche bewegt. Die Bürsten
A4 für den Anker A2 werden gleichzeitig in eine ähnliche Stellung bewegt. Da die
Anker sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, wird die von dem einen Anker
erzeugte Spannung der von dem anderen Anker erzeugten Spannung entgegengerichtet
sein, und keine von ihnen wird das Reihenfeld auf den Magneten F erzeugen können.
Das remanente Magnetfeld in diesen Magneten ist derartig, daß der Anker CI das Feld
in der bei einer Reihenmaschine üblichen Weise erzeugt. Der Anker A2 jedoch wird
kein anderes Feld erzeugen können, da es immer dem zurück- c bleibenden Magnetfeld
entgegenwirken würde. Wenn die Bürsten daher, wie oben angegeben, bewegt worden
sind, dann wird der innere Anker Cl der Generator und erzeugt eine elektromotorische
Kraft, die einen Strom durch die Feldwicklung F' und den äußeren Anker A2 zu senden
sucht. Dieser äußere Anker jedoch wird deshalb ein Motor und erzeugt eine gegenelektromotorische
Kraft, welche, wenn die Bürsten die mittlere Polstellung eingenommen, jenen von
dem inneren Anker erzeugten Strom ausgleichen werden.
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Wenn jetzt die Bürsten A4 etwas weiterbewegt werden, so daß die gegenelektromotorische
Kraft verringert wird, dann wird der innere Anker einen Strom durch Feld und Anker
A2 senden können und den letzteren als Motor antreiben. Wenn die Bürsten weit genug
bewegt werden, dann wird die durch den äußeren Anker A2 erzeugte Spannung bis auf
Null vermindert werden, so daß der innere Anker CI praktisch kurzgeschlossen wird.
Eine noch weitere Bewegung der Bürsten wird dann die von dem Anker A2 erzeugte Spannung
umkehren, so daß er als Generator wirken und den Durchgang des Stromes durch den
Anker Cl unterstützen wird. - Dieser -vermehrte'Strom vergrößert notwendigerweise
die auf die Leiter ausgeübte Kraft in Gegenwirkung zu der antreibenden Kraft. Wenn
diese Vermehrung genügend fortgesetzt wird, wird der Anker CI zuerst stillstehen
und dann, da
die treibende Kraft nicht vermehrt werden kann, wird
der Anker Cl sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Diese Steuerung der Reihenmaschine
durch Bewegung der Bürsten bildet nicht selbst ein Merkmal der Erfindung.
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Die Steuerung der elektrischen Maschine ist im vorstehenden betrachtet
worden, ohne Beziehung zu der Wirkung auf die Übersetzung, die jetzt erläutert werden
wird.
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Wenn der innere Anker Ci als Generator wirkt, so wird er verzögert,
und wenn dieses geschieht, sucht er die Drehung des Zahnrades B6 anzuhalten, welches
ein Sonnenrad der epizyklischen Verzahnung ist. Das Planetenrad B5 wird daher veranlaßt,
um das Rad B6 herumzukreisen, und die Planetenwelle, ebenso die Welle E mit langsamer
Geschwindigkeit vorwärtszutreiben. Da die Leistung des Ankers Cl als Generator vermehrt
wird, so wird die Geschwindigkeit des Rades B6 vermindert und die Geschwindigkeit
der Welle E vermehrt.
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Wenn die Bürsten A4 genügend weit bewegt worden sind, wird die Geschwindigkeit
des Ankers Cl und der Welle C auf dieselbe Geschwindigkeit wie diejenige der Welle
A vermindert worden sein, so daß die ganze epiziklische Verzahnung als Ganzes mit.
der Maschine umlaufen wird, und dieses kann als die normale volle Geschwindigkeit
angesehen werden.
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Die Bürsten A4 können jedoch noch weiterbewegt werden, so daß der
Anker A2 als Generator wirkt und den Anker Cl in derselben Richtung antreibt, wie
die Welle A, d. h. das Rad B6 wird in derselben Richtung wie das Rad B2 angetrieben.
Die PlanetenräderB4, B5 veranlassen daher die Welle E sich mit einer größeren Geschwindigkeit
zu drehen als die Welle l4 und hierdurch Geschwindigkeiten7zu ergeben, die über
der Maschinengeschwindigkeit liegen.
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Wenn jetzt gewünscht wird, den Antrieb stillzusetzen, so ist nur notwendig,
die Bürsten A4 in ihre ursprüngliche neutrale Stellung zurückzubewegen. Der Anker
A2 wird daher aufhören Strom zu erzeugen, und der Anker Cl kann keinen Strom erzeugen;
bis seine Drehung umgekehrt worden ist, und es wird genügend Zeit sein, um seine
Bürsten auch in die neutrale Stellung zurückzuführen.
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Um einen Antrieb in entgegengesetzter Richtung zu erhalten, werden
die Bürsten A 4 des äußeren Ankers aus der neutralen in die der vorher beschriebenen
Bewegung entgegengesetzte Richtung gedreht. Der äußere Anker A2 wirkt daher als
Generator. Die Bürsten für den inneren Anker Cl werden nur etwa um die halbe Strecke
bewegt in derselben Richtung wie die Bürsten A4, und unter diesen Umständen wird
der innere Anker in entgegengesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit umlaufen,
die größer ist als die doppelte Maschinengeschwindigkeit. Da die epizyklische Verzahnung
im Gleichgewicht ist, wenn das Geschwindigkeitsverhältnis 2: i ist, so ergibt dieses
eine langsame umgekehrte Drehung der Planetenräder und der angetriebenen Welle E.
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Es ist ersichtlich, daß die Kraft, die bei der Verzögerung des Sonnenrades
BI verbraucht worden ist; aus dem Anker Ci wieder gewonnen und auf den Anker A 2
übertragen wird, der hierdurch angetrieben wird. Dieser Anker A 2 sitzt auf der
Welle A, so daß die verlorene Kraft wieder an die Antriebswelle zurückgegeben wird.
Hieraus folgt; daß der Wirkungsgrad dieser Übersetzung höher ist als derjenige eines
epizyklischen Getriebes, bei welchem eines der Sonnenräder vermittels einer Reibungsbremse
verzögert wird, und zwar für alle Geschwindigkeiten, bei welchen das Sonnenrad verzögert
wird. Ferner ist verständlich; daß die elektrische Steuerung eine stetige Steigerung
der Geschwindigkeit vorsieht, und daß außerdem die Verwendung eines gewöhnlichen
Einschalters mit Kontakten vermieden wird. Die vollständige Steuerung des ganzen
Getriebes wird durch die Bewegung der beiden Hebel As und C3 rückwärts und vorwärts
über einen verhältnismäßig kleinen Winkel ausgeführt.