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Verfahren zum Regeln von Kraftmaschinen, bei denen die Geschwindigkeitsänderungen
durch Abzweigung eines Geschwindigkeitsteiles mittels zweier Gleichstromhilfsmaschinen
erfolgen. Zur Regelung der Drehzahl von Kraftmaschinen wurden Anordnungen vorgeschlagen,
bei welchen die Drehzahl der Kraftmaschine durch drehbare Anordnung ihres Aktions-,
sowie ihres Reaktionsteiles oder durch Zwischenschaltung eines Drehzahlzerlegers
(Umlaufgetriebe) zerlegt wird, so daß die vom Aktionsteil der Kraftmaschine oder
des Drehzahlzerlegers angetriebene Arbeitsmäschine nur mit einem Teil der Drehzahl
der
Kraftmaschine umläuft, während der Reaktionsteil der Kraftmaschine
bzw. ihres Drehzahlzerlegers mit dem restlichen Teil der Drehzahl umläuft. Durch
mehr oder minder starke Bremsung dieses Reaktionsteiles wird die Drehzahl des Aktionsteiles
verändert. Diese Abbremsung kann durch mechanische Bremsen erfolgen; zweckmäßiger
ist es, sie durch elektrische Hilfsmaschinen zu bewerkstelligen, um die abgezweigte
und abgebremste Energie des Reaktionsteiles nutzbringend verwerten zu können. Am
zweckmäßigsten sind solche Anordnungen, bei welchen diese abgebremste mechanische
Energie durch eine Hilfsmaschine in elektrische Energie umgeformt und durch eine
zweite Hilfsmaschine dem Aktionsteil der Kraftmaschine oder des Drehzahlzerlegers
und somit der Arbeitswelle oder irgendeinem anderen Verbraucher mechanischer Energie
zugeführt wird. Bisher wurden für diese Zwecke nur fremd erregte Gleichstrommaschinen
als Hilfsmaschinen vorgeschlagen. Es ist jedoch auch möglich, eine oder beide Hilfsmaschinen
mit einer eigenen Erregung auszuführen, und zwar sowohl als Nebenschlußmaschinen
wie auch als Reihenschlußmaschinen. Solche Maschinen wird man nur anwenden, wenn
man die Aufstellung einer besonderen Erregerquelle vermeiden will, wie dies z. B.
bei der Verwendung des Getriebes für 1Totorfahrzeuge zweckmäßig ist. Bei Verwendung
von selbsterregten Nebenschlußmaschinen kann man die erforderliche starke Erregung
der jeweils langsamer laufenden Maschine erst nach dem Erreichen bestimmter Drehzahlen
erzielen, da ja die zur Erregung zur Verfügung stehende Spannung von der gegenelektromotorischen
Kraft der langsamer laufenden Maschine und dem Spannungsabfall im Hauptstromkreis
abhängig ist. Eine künstliche Vergrößerung des Spannungsabfalles bedingt aber eine
Verschlechterung des Wirkungsgrades, so daß, obwohl damit schließlich die Möglichkeit
gegeben wäre, auch hei selbsterregten Maschinen mit starker Erregung der langsamer
laufenden Maschine zu arbeiten, der Gewinn, der in der Vermeidung einer besonderen
Erregermaschine liegt, durch die Leistungsverluste im Hauptstromkreis so sehr l:eeinträchtigt
wird, daß man nur aus ganz bestimmten Gründen zu der Anwendung solcher Maschinen
schreiten wird.
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Durch die Verwendung von selbsterregten Maschinen mit Reihenschlußschaltung
wird diesem Übelstand abgeholfen. Man kann dann die gewünschte Feldstärke bei jeder
Drehzahl erzielen. Verwendet man nur eine Reihenschlußmaschine, dann wird der Charakter
der eindeutigen Geschwindigkeitseinstellung des Regelgetriebes aufgehoben, da dann
die elektrische Kupplung der beiden Getriebeteile nicht mit einem eindeutig bestimmten
Übersetzungsverhältnis erfolgt. Verwendet man hingegen für beide Hilfsmaschinen
Reihenschlußschaltung, dann wird der Einfluß der Belastung auf die Geschwindigkeit
der Maschine wieder aufgehoben, da bei annähernd gleicher und zweckmäßig gewählter
Charakteristik der Hilfsmaschine die Veränderung der Stromstärke in beiden Feldwicklungen
eine proportionale Veränderung der beiden Ankerspannungen hervorbringt. Da die beiden
Anker jedoch stets annähernd gleiche Spannungen erzeugen, wird durch die infolge
der Belastungsänderung eintretende Erregungsänderung der bestehende Gleichgewichtszustand
der Drehzahl nur annähernd in derselben Weise beeinflußt wie bei fremderregten Maschinen.
Es ist somit an sich die Möglichkeit gegeben, durch Verwendung von selbsterregten
Reihenschlußmaschinen unter Vermeidung einer besonderen Erregerstromquelle Eindeutigkeit
der Geschwindigkeitseinstellung zu erzielen. Diese ?Möglichkeit ist jedoch bei der
bisher bekannten Anordnung nur so lange vorhanden,. als die Geschwindigkeitsänderungen,
welche durch die Verstellung des Steuerhebels bewirkt werden, nicht zu einer Änderung
der Belastungsrichtung der einzelnen Hilfsmaschinen führen, d. h. solange z. B.
hei positiv belasteter Arbeitsmaschine 11 bei der Verringerung der Geschwindigkeit
der Aufwand für die Nutzarbeit größer ist als die freiwerdende Verzögerungsenergie
oder bei negativer Leistung der Arbeitsmaschine beim Beschleunigen die Beschleunigrngsleistung
nicht größer wind als die freiwerdende Nutzarbeit. Sobald diese Verhältnisse nicht
mehr vorhanden sind, wie dies hei allen häufig umzusteuernden Betrieben, für welche
das Regelverfahren hauptsächlich in Betracht kommt, der Fall ist, tritt beim Verzögern
oder Beschleunigen eine Umkehrung der Belastungsrichtung der Hilfsmaschinen durch
die bloße Veränderung der Steuerhel)ell:cwegungsrichtung innerhalb derselben Bewegungsrichtung
der Arbeitsmaschine ein. Reihenmaschinen sind aber an sich nicht befähigt, diesem
Belastungsrichtungswechsel zu folgen, d. h. sie können nicht ohne weiteres von einer
motorischen zu einer generatorischen Wirkung gebracht werden oder umgekehrt. Bei
den bekannten Anordnungen würde somit ein Aussetzen der erforderlichen Umkehr der
Hilfsmaschinenwirkung eintreten, wodurch das Regelsystem für viele Zwecke unanwendbar
würde.
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Erfindungsgemäß wird zur Ermöglichung der Verwendung von Reihenschlußmaschinen
für derartige Betriebsfälle mit dem Wechsel der Belastungsrichtung eine selbsttätige
Veränderüng
der Peldrichtung gegenüber den Ankern der Hilfsmaschinen
bewerkstelligt, so daß diese Maschinen ebenso wie fremderregte Nebenschlußmaschinen
sich selbsttätig auf motorische oder generatorische Wirkung einstellen, sobald durch
die Geschwindigkeit, mit welcher der Steuerhebel verstellt wird, eine solche Veränderung
der Wirkung notwendig wird, um ein entsprechend rasches Verändern der Maschinengeschwindigkeit
und somit des Massenenergieinhaltes zu bewirken, was für die Eindeutigkeit der Geschwindigkeitseinstellung
Voraussetzung ist.
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In den Abb. i und 2 sind Anordnungen dargestellt, mittels welcher
diese selbsttätige Umsteuerung der Erregungsrichtung beim Belastungsrichtungswechsel
erfindungsgemäß erzielt wird. Die Hilfsmaschinen H und B besitzen
Reihenschlußfeldwicklungen, die durch die Steuerwiderstände Wl und W2 durch den
Steuerhebel C in bekannter Weise gesteuert werden.
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Für die selbsttätige Umschaltung der Feldwicklungen in Abhängigkeit
vom Belastungs= richtungswechsel ist der Umschalter 6 vorgesehen, der durch die
Magnete 7 und 8 in die beiden Einschaltstellungen gebracht wird. Der Magnet 8 ist
etwas stärker ausgeführt, so daß er selbst bei eingeschaltetem Magnet 7 in der Lage
ist, den Schalter 6 umzuschalten. Er arbeitet im letzten Teil seines Hubes gegen
eine Feder g, welche bei -Ausschaltung des Magnetene 8 .dessen Ankeso weit zurückstellt,
daß dadurch der mit dein Anker verbundene h'ontakt io geöffnet wird, jedoch so,
daß dadurch nicht gleichzeitig der Schalter 6 geöffnet wird. Im übrigen erfolgt
die Rückbewegung des Ankers 8 nur durch die Einschaltung des Magneten 7 und umgekehrt.
Die Magnete 7 und 8 werden in Zweiwegeschaltung durch die Umschalter r i und 12
gesteuert, von denen der erste durch eine Reibungskupplung 13 und der zweite durch
einen Lastrichtungsmesser 14, der z. B. in die .Seiltrommel S eingebaut sein kann,
betätigt wird. Dieser Lastrich-Lungsmesser kann z. B. aus einem Mitnefimer für die
Trommel S bestehen, der mit der Maschine H verbunden ist und die Trommel furch zwei
Federn 15 und 16 mitnimmt. Es wird somit je nachdem, ob die Maschine H :reibend
oder verzögernd auf die Seiltrommel wirkt, der Schalter 12 nach der einen oder der
inderen Richtung geschlossen, während der Schalter i i in Abhängigkeit vom Drehsinn
ler Antriebswelle der Seiltrommel gesteuert wird. Die Schaltung ist nun so, daß
beim Uberwiegen der abwärtsgehenden Last der 1Tagnet 7 und beim Überwiegen der aufwirts-;ehenden
Last der Magnet 8 durch die Schaler i i und 12 eingeschaltet wird. Dement-;prechend
bewegt sich der Schalter 6 bei positiver Belastung der Antriebswelle der Seiltrommel
in die Stellung I und bei negativer Belastung in die Stellung II. Dadurch wird selbsttätig
die Richtung des Erregungssinnes der beiden Hilfsmaschinen- H und B umgeschaltet,
sobald der Belastungssinn dieser Maschinen wechselt, was z. B. eintritt, sobald
durch Einstellung des Steuerhebels auf einen kleineren Geschwindigkeitswert die
Seiltrommel infolge der Massenwirkung gegen den von der Maschine H angetriebenen
Mitnehmer 14 vorzueilen sucht.
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Da der Schalter 6 durch die beschriebene Einrichtung stets nur in
die Lage, die dem letzten Betriebszustand der Maschine H entsprochen hat, gebracht
wird, würde, wenn nach vorangegangenem Stillstand die Maschine H z. B. als Motor
betrieben werden müßte, während sie vor diesem Stillstand als Generator betrieben
wurde, eine solche Benutzung dieser Maschine infolge der bestehenden Stellung des
Schalters 6 nicht möglich sein, indem die Maschinen B und H nicht
anspringen, da sie gewissermaßen in Selbstmordschaltung wirken. Um dieser Schwierigkeit
zu begegnen, ist eine Einrichtung vorgesehen, durch die der Maschinenführer mittels
einer besonderen Bewegung eines Steuerorgans, z. B. der Handfalle 17, in die Lage
gesetzt wird, die Stellung des Schalters 6 zu ändern. Dies geschieht z. B. dadurch,
daß er beim Anheben der Handfalle 17 den Kontakt 18 schließt und dadurch über den
Kontakt ig dem Magnet 8 Strom zuführt, indem die Kontakte 18 und 19 eine
Überbrückung der Stromzuleitung zu dem Magnet 8 über die Schalter i i und 12 darstellen.
Besondere Vorkehrungen sorgen dabei dafür, daß auch bei will-. kütlich langem Festhalten
der Handfalle 17 unerwünschte Nebenwirkungen nicht eintreten können. Zu diesem Zweck
sind die Kontakte io und 2o und der von den Magneten 21 und 22 gesteuerte Kontakt
ig vorgesehen. Der Magnet 2i schließt den Kontakt ig, wenn' die Handfalle freigegeben
wird, indem sie dadurch den Kontakt 2o einschaltet. Der Magnet 22 öffnet den Kontakt
ig, wenn der Kontakt io geschlossen wird. Die Wirkungsweise ist folgende: Der Schalter
6 befinde sich in der Stellung II entsprechend einer vorangegangenen Bremswirkung
der Maschine H. Der Kontakt 2o ist bei freigegebener Handfalle 17 geschlossen. Der
Magnet 2i zieht somit den Kontakt ig in die Schlußstellung. Durch Anheben der Handfalle
17 wird der Stromkreis des Magneten 8 über die Kontakte 18; ig geschlossen. Durch
das Anziehen des Magneten 8 wird auch der Kontakt io geschlossen; der Magnet 22
erhält Strom, öffnet den Kontakt ig, wodurch die Wirkung des Kontaktes 18 ausgeschaltet
wird,
d. h. der Magnet 8 wird stromlos .und somit durch die Feder g so weit zurückgedrückt,
daß der Kontakt io den Magneten 22 stromlos macht. Inzwischen ist durch die Umschaltung
von 6 ein Drehmomentwechsel an dein Drehrichtungsmesser 14 eingetreten, wodurch
der Magnet 7 ausgeschaltet wurde, so daß auch durch die durch Öffnung des Kontaktes
icg erfolgende Ausschaltung des Magneten 8 eine Veränderung der Stellung des Schalters
6 nicht bewirkt wird. Würde die Handfalle 17 zwecklos angehoben werden, dann hat
die Umschaltung des Schalters 6 keinen Drehmomentswechsel und somit keine Ausschaltung
des Magneten 7 zur Folge. Es würde somit die durch den Magneten 8 bewirkte Umschaltung
des Schalters 6 in dem Augenblick der Öffnung des Kontaktes io durch das Zurückziehen
des Schalters 6 durch den Magnet 7 wieder aufgehoben werden. Dadurch ist eine Sicherheit
gegen zwecklose Betätigung der Handfalle 17 gegeben. Ist die Handfalle nur zur Erfüllung
ihres Zweckes betätigt worden, dann wird durch Öffnung des Kontaktes i o alles vorbereitet,
so daß von nun an die Steuerung des Schalters 6 nur noch durch die regelmäßige Steuerung
der Magnete 7 und 8 in Abhängigkeit vom Belastungssinn der Maschine H erfolgen kann.
Das Festhalten der Handfalle 17 kann hierauf keinen Einfluß mehr ausüben. Läßt man
aber die Handfalle 17 erst einmal fallen, dann wird der Kontakt 2o geschlossen.
Der Magnet 21 schließt den Kontakt i9, und es ist alles für eine neuerliche Beeinflussung
der Stellung des Schalters 6 durch die Handfalle 17 vorbereitet.
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In Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform des Regelverfahrens unter
Verwendung von Reihenschlußmaschinen dargestellt. Die Geschwindigkeitsteilung der
Hauptmaschine NI erfolgt hier nicht durch ein Umlaufgetriebe, sondern durch die
drehbare Anordnung des Aktionsteiles A und des Reaktionsteiles R des Hauptmotors
M, wie dies oben beschrieben wurde. Die Schaltung der Maschine B und
H
ist dieselbe wie in der Abb. i. Der Umschalter 6 ist jedoch hier als Walzenschalter
ausgebildet, und die Betätigung desselben erfolgt in etwas anderer Weise wie in
Ahh. i. Der Belastungsrichtungswechsel wird nämlich hier durch das Abfallen des
zwischen den Maschinen B und H fließenden Stromes auf den Wert Null
bewerkstelligt. Jedem Belastungsrichtungswechsel der Hilfsmaschinen muß dieses Abfallen
des Stromes vorangehen. Zu diesem Zweck ist ein Magnet 23 vorgesehen, welcher die
Schaltklinke 24 gegen die Wirkung der Feder 15 nach rechts bewegt, sobald Strom
zwischen den Maschinen B und H fließt. Sobald dieser Stromwert einen bestimmten
Wert unterschreitet, zieht die Feder 15 die Klinke 2d. zurück und schaltet dadurch
den Schalter 6 um eine Stellung weiter, wodurch eine Unischaltung des Erregungssinnes
in den Feldwicklungen der Hilfsmaschinen hervorgerufen wird.
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Um beim Vorhandensein einer unrichtigen Stellung des Schalters 6 die
dem gewünschten Betriebszustand erforderliche Erregungsrichtung herstellen zu können,
ist auch hier eine Handfalle 17 vorgesehen, die mittels des Gestänges 16, 27 auf
das Schaltwerk 2¢ so zur Einwirkung kommt, daß beim Erfassen der Handfalle durch
den Maschinenführer eine Bewegung der Klinke nach rechts bewirkt werden kann, so
daß beim Freigeben der Handfalle 17 die Feder 15 den Schalter 6 wieder um eine Stellung
weiter schaltet.