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Dynamoelektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Bei dynamoelektrischen Antriebsvorrichtungen, die insbesondere für Kraftfahrzeuge
dienen, ist es bekannt, zwei Dynamomaschinen, die auch als Motoren betriebsfähig
sind, durch ein zwischengeschaltetes Umlaufrädergetriebe mit der treibenden und
getriebenen Welle zu verbinden.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in dem Umlaufgetriebe eins
der drei Glieder mit der treibenden Welle, ein anderes mit einer zur getriebenen
Welle gleichachsigen und die beiden Dynamoanker tragenden Hohlwelle und das . dritte
mit der getriebenen Welle verbunden ist. Durch diese Anordnung läßt sich wertvolle
Kleinhaltung des Gewichts der gesamten Vorrichtung erreichen, und außerdem wird
der Wirkungsgrad hoch, da in der Hauptbetriebsart, die dem sogenannten direkten
Gang der mechanischen Kraftfahrzeuggetriebe entspricht, nur die eine Maschine die
halbe Kraft zu übertragen braucht, während in der zweiten dann überhaupt kein elektrischer
Strom fließt. Es ist so eine magnetische Kupplung gegeben, die die bei ähnlichen
Getrieben erforderliche mechanische Kupplung in zwei Beziehungen mit Überlegenheit
ersetzt, nämlich erstens hinsichtlich der bedeutenden Gewichtsersparnis und zweitens
hinsichtlich
ihrer weit höheren Anpassungsfähigkeit.
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Besonders vorteilhaft baut sich das Getriebe ferner, wenn der Feldmagnet
der einen elektrischen Maschine mit der Motorwelle und der der anderen elektrischen
Maschine mit einem feststehenden Gehäuse verbunden ist. Diese Anordnung ergibt ohne
Überschreitung der mechanisch zulässigen Ankerdrehgeschwindigkeit eine hohe relative
Geschwindigkeit der ersten Maschine und entsprechend hohe elektrische Leistung,
so daß die Abmessungen der ersten elektrischen Maschine besonders klein gehalten
werden können. Zugleich wirkt auch die Räderübertragung gegenüber der getriebenen
Welle auf Kleinhaltung des ganzen Getriebes.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes,
der in der erwähnten Art sowie auch für andere Planetenbewegungen Anwendung finden
kann, und zwar in Gestalt eines Längsschnittes einer Ausführung mit Stirnräder-Planetengetriebe.
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Die Motorwelle i ist durch ein Kopfstück 2 mit dem Feldmagnet 4 einer
elektrischen Maschine A (Dynamomotor einer Reihentype) fest verbunden, deren Anker
mit ix bezeichnet ist.
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B ist eine zweite elektrische Maschine (gleichfalls ein Dynamomotor
einer Reihentype), deren Anker mit 12 und deren Feldmagnet mit 13 bezeichnet ist.
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Das Kopfstück 2 trägt eine oder mehrere Achsen 3, auf deren jeder
zwei ' einstückig zusammenhängende Zahnräder 7 und 8 frei drehbar laufen.
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Die Zahnräder 7 können mit den Zahnrädern 6, die auf der Antriebswelle
5 verkeilt sind, und die Zahnräder 8 mit Zahnrad 9, das auf einer die Anker ii und
12 festgekeilt tragenden Hohlwelle io verkeilt ist.
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Der Feldmagnet 4 der Maschine A ist beweglich. Die Nebenschlußerregerspulen
und die Bürsten sind mit Ringen 14 in Verbindung, und auf diesen schleifen weitere
Bürsten, die alle zum Betrieb des Systems erforderlichen Verbindungen herzustellen
erlauben.
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Der Feldmagnet der Maschine B ist in dem stillstehenden Gehäuse 15
befestigt. Diese Maschine besitzt Anschlußklemmen wie jede gewöhnliche Dynamo oder
jeder Motor.
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Die Wirkungsweise des Systems ist folgende Die Zahnräder 6, 7, 8 und
9 können jede geeignete Übersetzung für einen bestimmten Gebrauchszweck haben. Angenommen
sie haben für das eingangs angeführte Anwendungsbeispiel folgende Übersetzung: Zahnrad
6 - 30 Zähne 7-30 v 8=4o n 9 = 20 g Ferner angenommen, die Maschinen A und
B erfüllen die Bedingung, den gleichen Strom zu erzeugen, A mit 4
500 und B mit 2 5oo Umdrehungen. Möge sich ferner die Motorwelle mit
der konstanten Geschwindigkeit von 2 ooo Umdrehungen drehen, so ergibt sich i. Stillstand
Die beiden Maschinen A und B haben geöffneten Stromkreis, leisten somit keine Arbeit
und keinen Widerstand.
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Die Welle 5 mit Zahnrad 6 steht still; die Zahnräder 7 sind gezwungen,
sich um Zahnrad 6 zu wälzen. Die Zahnräder 8, verbunden mit 7, werden mit derselben
Geschwindigkeit um ihre Achse gedreht wie die letzteren, d. h. sie vollziehen eine
vollständige Umdrehung bei jeder Umdrehung der Motorwelle infolge der Übersetzung
i : i zwischen den Zahnrädern 6 und 7.
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Wenn die Übersetzung zwischen den Zahnrädern 8 und 9 ebenfalls i :
i wäre, so würden das Zahnrad 9 und die Hohlwelle io, auf der es befestigt ist,
unbeweglich bleiben wie das Zahnrad 6 und die Antriebswelle 5. Da indessen diese
Übersetzung 2 : 1 ist, so verleiht das Zahnrad 8 dem Zahnrad 9 und der Welle io
eine der Motorwelle i entgegengesetzte Drehbewegung, aber von gleicher Geschwindigkeit.
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2. Rücklauf der Antriebswelle Der Anker m läuft, wie noch erläutert
wird, mit 2 ooo Umdrehungen rückwärts und sein Feldmagnet 4 mit 2 ooo Umdrehungen
vorwärts; was eine Relativgeschwindigkeit von 4000 Umdrehungen ergibt. Der Anker
12 läuft ferner mit 2 ooo Umdrehungen rückwärts und sein Feldmagnet bleibt unbeweglich,
so daß die Relativgeschwindigkeit auf 2 ooo Umdrehungen bleibt. Kuppelt man diese
beiden Maschinen hintereinander, A als Dynamo, B als Motor, so ergibt sich: Die
elektromotorische Kraft von A verhält sich zur gegenelektromotorischen Kraft von
B wie 4 000 bzw. 2000
4500 2500. Da erstere größer ist als die
zweite, so beschleunigen die Anker ihre Bewegung bis zu dem Augenblick, wo diese
beiden Kräfte gleich sind, sei es nach den gegebenen Annahmen 2 ooo Umdrehungen
bei Rückwärtslauf, was 2 500 -I- 2 000 = 4 500 Umdrehungen für A und 2 5oo
für B ergeben wird. Die Beschleunigung ist dadurch möglich gemacht, daß mit demselben
Strom die Kraft von B größer ist als die von A.
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Sobald die Rücklaufgeschwindigkeit der Anker die Geschwindigkeit des
Vorwärtslaufmotors überschritten hat, werden sich das
Zahnrad 6
und die Welle 5 rückläufig bewegen müssen mit
x. Geschwindigkeit, Das Fahrzeug befindet sich in seiner Stillstandstellung. Verbindet
man aufs neue die Maschine B mit A in Reihe, aber indem man nun
B als Dynamo und A als Motor mit seiner verminderten Erregung so laufen
läßt, daß die elektromotorische Kraft von B mit 2 ooo Umdrehungen größer ist als
die gegenelektromotorische Kraft von A mit q. 000 Umdrehungen, so wird die
Rücklaufgeschwindigkeit der beiden Anker bis zu dem Moment vermindert, wo zwischen
diesen beiden Kräften Gleichgewicht herrscht.
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Da das Zahnrad g nicht mehr mit der gleichen Geschwindigkeit rückwärts
läuft wie die Welle x vorwärts, wird sich die Welle 5 in dem gleichen Sinne wie
der Primärmotor mit einer Geschwindigkeit drehen, die gemäß der Verminderung der
Erregung stets zwischen Null und der halben Geschwindigkeit des Motors liegt.
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2. Geschwindigkeit.
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Bringt man die Maschine B mit sich selbst in Kurzschluß, so bleibt
Zahnrad g unbeweglich, so daß diese Maschine B als magnetische Kupplung wirkt. Das
Zahnrad 6 und die Welle 5 drehen sich mit halb so großer Geschwindigkeit wie die
derWelle =, also r ooo Umdrehungen bei der angenommenen Geschwindigkeit.
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3. Geschwindigkeit.
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Verbindet man Maschine A in Reihe mit B, so daß A als Dynamo
und B als Motor wirkt, so sucht der Anker von B sich im Sinne der Motorwelle
zu drehen.
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Die beiden Maschinen werden sich im Gleichgewicht befinden, wenn die
durch A hervorgerufene elektromotorische Kraft gleich der gegenelektromotorischen
Kraft von B sein wird. und da diese beiden Kräfte infolge der Bauart der beiden
Maschinen gleich sein werden, wenn sich die Geschwindigkeiten in dem Verhältnis
q.500 : 2 50o befinden werden, so wird diese Bedingung erfüllt sein, wenn die 2
ooo Umdrehungen des Unterschiedes zwischen den Feldmagneten q. und 13 in dem Verhältnis
hergestellt ist
ergibt z 285 bzw. 715 Umdrehungen. Der Anker zi wird also mit 1285 Umdrehungen
rückwärts umlaufen mit Bezug auf seinen Feldmagnet q. und der Anker =2 mit 715 Umdrehungen
vorwärts mit Bezug auf seinen Feldmagnet 13.
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Diese 715 Umdrehungen stellen die wirkliche Geschwindigkeit des mit
diesen Ankern verbundenen Zahnrades g dar.
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Die Geschwindigkeit der Welle 5 wird in diesem Moment sein
Geschwindigkeit. Die Verbindungen bleiben dieselben, aber man vermindert die Erregung
des Feldmagneten von B derart, daß nach den voraufgegangenen Schlußfolgerungen sich
eine Geschwindigkeit der Welle 5 von z 7oo Umdrehungen ergibt.
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5. Geschwindigkeit.
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Wird Maschine A in Kurzschluß mit sich selbst gebracht, so wird Zahnrad
g in bezug auf Zahnrad 8 unbeweglich; Zahnrad 7 kann sich nicht drehen; Zahnrad
6 und Welle 5 werden eine mit Motorwelle r gleiche Geschwindigkeit annehmen, entsprechend
der unmittelbaren Mitnahme in der gewöhnlichen mechanischen Kraftübertragung.
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Die vorstehenden Angaben sind aufgestellt ohne den Reibungen Rechnung
zu tragen, die bei Vollast eine etwas unterhalb der auf diese Weise erlangten Resultate
liegende Geschwindigkeit ergeben.