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Aus einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Stromerzeuger bestehender
Blaschinensatz. Die Erfindung betrifft einen aus einem Verbrennungsmotor 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. Der Verbrennungsmotor,
:dessen Höchstleistung ein Mehrfaches der Volleistung des seine Spannung selbsttätig
regelnden, mit Schwungrad versehenen Stromerzeugers veränderlicher Geschwindigkeit
beträgt, ist hierbei -mit letzterem durch eine selbsttätige Kupplung verbunden:,
:die bei einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit sich unter gleichzeitiger
Abstellung
des Verbrennungsmotors ausrückt. Nunmehr treibt die Schwungmasse allein den Stromerzeuger
an, bis die Umlaufszahl auf den der Normalspannung des Stromerzeugers entsprechenden
Mindestwert sinkt, worauf die Kupplung sich wieder einrückt und dabei den Verbrennungsmotor
von neuem in Gang setzt.
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In Abb. i :der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Stro@merzeugergruppe
mit Wechselstromgenerator schematisch in lotrechtem Schnitte dargestellt, wobei
die Größe des Stromerzeugerteiles im Verhältnis zum Antriebsmotor etwas übertrieben
ist.
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Abb. 2 ist ein Grundriß der selbsttätigen Kupplung.
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i ist der Verbrennungsmotor, 2 der die Ankerwicklung tragende Ständer
und 3 der die Erregerwicklung tragende Läufer des Wechselstromerzeugers. Die den
Verbrennungsmotor mit dem Wechselstromerzeuger verbindende Kupplung besteht aus
der auf der Welle des Läufers sitzenden Scheibe 4, auf der mehrere, 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 des Motors mittels des Kegelgetriebes 9, 9 in Drehung versetzt.
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Um die weiter unten erläuterte Momentschaltwirlung der Reibungskupplung
zu erzielen, ist auf einem jeden Zapfen 5 ein als Fliehkraftmasse wirkender Hebelarm
1o schwingbar gelagert, der mit seinem keilförmigen Ende i i mit einer unter Federwirkung
stellenden Klinke 12 zusammenwirkt. Der Drehzapfen 13 der Klinke 12 sitzt gleichfalls
auf der Scheibe 4. Der Hebel i o wird durch eine Feder 14 gegen die Mitte der Scheibe
4 gezogen. Zwischen dem Hebel 1o und, der Reibungsbacke 6 befindet sich eine Feder
15, die die Reibungsbacke 6 gegen den Kupplungsteil 7 drückt. Ein Anschlag 16 des
Hebels 1o und eine Nase 17 der Backe 6 begrenzen den Hub der letzteren.
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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 an einem Halskugellager 2o aufgehängt und durch die Kugellager 21 und 45
seitlich unterstützt. An der Welle 1y 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 23 -ist das Schwungrad 18 mittels eines
Kreuzgelenkes 27 befestigt, so daß es aus seiner Umlaufsebene in jeder Ridhtung
ausschwingen 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
@@'echselstromerzeuger samt dem Schwungrade und .der Kupplung ist in einem luftdicht
schließenden Gehäuse 30 eingeschlossen, .durch welches bloß die elektrischen Zuleitungen
und die Welle 8 hindurchgeführt sind. Um den dichten Verschluß an der Durchführungsstelle
der Welle 8 zu sichern, ruht dieselbe mittels eines Bundes 31 auf eine entsprechend
ausgestaltete Sitzfläche 32 auf und wird durch den äußeren Überdruck ventilartig
auf die Sitzfläche angedrückt, da im Inneren des Gehäuses 3o 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, welches eine Ölfüllung erhält, so daß der Luftzutritt zum Inneren des
Gehäuses 3o durdh Öl abgesperrt wird. Es kann demnach infolge -der Undichtigkeiten
von außen in das Gehäuse 3o keine Luft, sondern nur Öl eintreten. Es ist
durch nicht dargestellte Mittel dafür gesorgt, däß das in das Gehäuse 30 eintretende
01 auf dem richtigen Wege an dem Boden des Gehäuses 30 anlangt. An der tiefsten
Stelle des Bodens mündet ein Kanal 3a., 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 Öles, welches
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 3o angebracht, wird aber zweckmäßig
an der tiefsten Stelle desselben angeordnet und ist als einfach wirkende Kolbenpumpe
ausgeführt, deren Kolben vom Verbrennungsmotor i seinen Antrieb erhält. Der Pumpenzylinder
steht durch einen Kanal 37 mit der Ventilkammer 38 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 Zylinderraum der Pumpe 36 und die Ventilkammer 38 ist mit
ÖL gefüllt, so daß das Saugventil 38, 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.
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Der Verbrennungsmotor ist im Verhältnis zum Stromerzeuger derart bemessen,
daß die Leistung des Verbrennungsmotors bei seiner Vollbelastung ein Mehrfaches
der Volleistung ,des Stromerzeugers beträgt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist die folgende:
Im Ruhezustande der Maschinengruppe überwiegt die Spannung der Feder 14 der Kupplung
(Abb.2) den auf die Sperrklinke 12 'wirkenden Federdruck, wodurch der Hebel io gegen
die Mitte der Scheibe d. gezogen wird, so daß die Reibungsbacken 6 an den Kupplungsteil
7 anliegen und die Kupplung eingerückt ist. Der Keil i r am Ende der Arme io befindet
sich in ..diesem Zustande an der inneren Seite i2' der Klinken 12.
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Wird der Verbrennungsmotor i angelassen, so treibt seine Welle durch
Vermittlung des Kegelgetriebes 9, 9, der Welle 8 und der Reibungskupplung 7, 6,
d. den Läufer 3 des Stromerzeugers an und beschleunigt .ihn samt dem mit seiner
Welle verbundenen Schwungrad 18 bis zu der zulässigen Höchstgeschwindigkeit. Bei
Erreichung derselben wächst die auf die Masse der Hebel io der Reibungskupplung
wirkende Fliehkraft so: weit, daß letztere einerseits die Wirkung der Federn 1q.
und anderseits die Wirkung der auf die Klinken 12 drückenden Federn zu überwinden
vermag. Die Klinken 12 werden durch die Keile ii verdrängt, und die Hebel io schnappen
nach außen. Hierbei nimmt der Anschlag 16 der Hebel io mittels der Nase 17 auch
die Reibungsbacken 6 mit, so daß die Kupplung bei Erreichung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit
augenblicklich ausgerückt wird.
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Das Abstellen des Verbrennungsmotors im ausgerückten Zustande der
Kupplung erfolgt am zweckmäßigsten durch Ausschalten oder Kurzschließen seiner Zündung.
Zu diesem Zwecke ist im Innern des Gehäuses 30 im Bereiche der Hebel io der
Kupplung ein elektrisch isolierter Kontaktring 46 angeordnet, mit dem die an den
Hebeln io der Kupplung angebrachten Schleifbürsten 47 in Berührung treten, solange
sich die Kupplung im ausgerückten Zustande befindet. Der Schleifring 4.6 und die
Bürsten 47 sind derart mit der magnetelektrischen Zündung verbunden, daß diese kurzgeschlossen
wird, wenn die Bürsten den Schleifring berühren.
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Zur Ausschaltung der Zündung kann jedoch auch eine andere Anordnung
getroffen werden, so z. B: kann durch eine achsiale Bohrung der Welle 8 eine von
.den Fliehkraftmassen der Kupplung gesteuerte Stange hindurchgeführt werden, deren
oberes Ende über (las Kegelrad 9 ragt und durch seine Verschiebung den Ausschalter
für die Zündung betätigt. Die Stopfbüchse dieser Stange steht mit dem im Gefäß 33
befindlichen 01 in Verbindung, wodurch gleichfalls eine Öldichtung entsteht.
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Der Wechselstromerzeuger ist derart bemessen, daß bei unveränderter
Erregung seine Klemmenspannung bei der das Ausrücken der Reibungskupplung veranlassenden
Höchstumlaufszahl bedeutend höher sein würde als die Normalspannung des durch den
Wechselstromerzeuger zu speisenden Netzes. Berechnungen haben ergeben, daß das Verhältnis
zwischen Normalspannung und Höchstspannung zweckmäßig auf 6o : ioo angesetzt wird.
Um die Klemmenspannung des@Wechselstromerzeugers konstant zu erhalten, ist irgendeine
an und für sich bekannte Spannungsreglung vorgesehen, die die Erregung des Wechselstromerzeugers
nach Maßgabe der Überschreitung der Normalumlaufszahl derart herabdrückt, daß ,die
Klemmenspannung ungeachtet der höheren Uanlaufszahl stets auf den Normalwert vermindert
wird.
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Die '.%Zasse 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 Leistung aufzuspeichern
vermag, die ein Mehrfaches der Leistung des Wechselstromerzeugers bei Vollbelastung
beträgt, und zwar im selben Verhältnisse, in 4em die Volleistung des Verbrennungsmotors
die Volleistung des Wechselstromerzeugers übersteigt.
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Nach dem erfolgten selbsttätigen Ausrülc-, lsen der Reibungskupplung
6, 7 liefert der Wechselstroanerzeuger Strom unter Verzehrung der in der Schwungmasse
18 aufgespeicherten Leistung, so lange, bis die Umlaufgeschwindigkeit auf die Normalgeschwindigkeit
des Stromerzeugers gesunken ist. In diesem Augenblicke ist die auf die Massen der
Hebel io der Kupplung wirkende Fliehkraft so weit gesunken, daß die Federn 14 die
Kupplung wieder einrücken, und zwar unter der Wirkung der Klinken i2 wieder augenblicklich.
Der während des ausgerückten Zustandes der Kupplung abgestellte Verbrennungsmotor
wird nun wieder zum Anlaufen gebracht. Er läuft sofort unter voller Belastung und
beschleunigt die Schwungmasse 18 abermals bis zur 'zulässigen Höchstgeschwindigkeit,
wonach das Spiel von neuem beginnt.
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Der Verbrennungsmotor steht demnach entweder still oder läuft unter
Vollbelastung, so daß er mit dem besten Wirkungsgrade arbeitet.
Da
die durch den Verbrennungsmotor gelieferte und die von der Schwungmasse aufspeicherbare
Leistung ein Mehrfaches der Volleistung fies Wechselstromerzeugers beträgt, so wird
die Rulieperio(le .des Verbrennungsn iotors die Arbeitsperiode desselben selbst
bei Vollbelastung um ein Mehrfaches übersteigen. Infolgedessen findet der Motor
während seinen Ruheperioden genügend Zeit sich abzukühlen, so daß man keine Wasserkühlung
vorzusehen braucht, sondern mit einer einfachen Luftkühlung auskommt.
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Beim Anlassen der :\.laschinengruppe 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.
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Uni die Leerlaufarbeit des Stromerzeugers zu vermindern, wird im Hauptstromkreis
desselben ein den Erregerstromkreis beherrschendes Relais angeordnet, welches 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 Erregerstromkreis befindlichen Widerstand kurz, wodurch die
Erregung und die Spannung des Stromerzeugers sofort auf den Normalwert steigt.
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Statt eines Wechselstromerzeugers kann man die Maschinengruppe auch
mit einem Gleichstromerzeuger ausführen, doch wird in diesem Falle der Stromerzeuger
oder doch mindestens- dessen Stromwender außerhalb des unter Vakuum gehaltenen Gehäuses
angeordnet.