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Elektrisches Übersetzungsgetriebe. Man hat bereits bei elektrischen
Kraftübertragungen die Statoren von Generator und Motor unmittelbar neben- oder
übereinander angeordnet und dadurch eine Gewichtsersparnis und Verkleinerung des
Raumbedarfs erzielt. Bei diesen Kraftübertragungen sind gewöhnliche Mehrphasenwicklungen
mit Schleifringen verwendet, so daß sich sehr große Leistungen, wie sie z. B. der
Schiffsbetrieb erfordert, praktisch nur mit höheren Spannungen übertragen lassen.
Die Verwendung hoher Spannungen hat jedoch den Nachteil, daß wegen der stärkeren
Isolierung der Wicklung das aktive Material infolge der schwierigeren Kühlung und
der schlechteren Ausnutzung des Nutenraumes nicht voll ausgenutzt werden kann.
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Nach der Erfindung können große Leistungen bei niedriger Spannung
mittels eines Getriebes übertragen werden, bei dem die Statoren von Generator und
Motor unmittelbar neben- oder übereinander angeordnet sind, indem die Stäbe der
Generatorwick-. Jung vielphasig zu einem Ringsystem führen, an das unmittelbar die
entsprechenden Stäbe des Motors angeschlossen sind.
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Das Ringsystem ersetzt die Spulenköpfe einer Maschine mit wenig Phasen
und Hintereinanderschaltung von Stäben der gleichen Phasen. Gleichzeitig dienen
die Ringe bei mehrphasigen Maschnnen als Ausgleich- und Äquipotentialverbd.ndung.
Nach der Erfindung sind alle Stäbe, die in verschiedenen Nuten liegen, je an einen
Ring geführt und bei mehrpoligen Maschinen die gleichphasigen Stäbe gleichnamiger
Pole an denselben Ring. Es wird dadurch die niedrigste, überhaupt mögliche Spannung
erzielt, und die nebeneinanderliegenden Stäbe haben nur eine ganz geringe Spannung
gegeneinander. Die Isolierung der Stäbe braucht daher nur gering zu sein, so daß
die Isolation weniger Raum beansprucht und die spezifische Belastung wegen der besseren
Kühlungsmöglichkeit höher gewählt werden kann. Für die gleiche Leistung wird daher
das Gewicht des Getriebes erheblich niedriger als bei den bekannten Getrieben.
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Die Wicklung ist eine nach einer Seite offene Käfigwicklung. Durch
geeignete An-or dnung der Ringe kann die Selbstinduktion und die gegenseitige Induktion
des Ringsystems unschädlich gemacht werden. Da es sich insl-eso.ndere bei großen
Maschinen um eine große Zahl von Ringen handelt, nämlich soviel Ringe als Nuten
pro Polpaar vorhanden sind, ist dies von Wichtigkeit.
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Eine weitere Verkleinerung des Gewichts der Maschine und ihres Raumbedarfs
wird erzielt, wenn der Rotor feststeht und die miteinander sowie mit der anzutreibenden
Welle verbundenen Statoren des Motors und des Generators, deren Wicklungen entgegengesetzten
Drehsinn haben, drehbar gelagert sind. Das Drehmoment des Generators wird dann unmittelbar
auf die anzutreibende Welle übertragen, so daß der diesem Drehmoment entsprechende
Teil der Leistung des Getriebes nicht elektrisch übertragen zu werden braucht. Zugleich
wird hierdurch die Drehzahl der Antrieb:sinaschine des Generators, z. B. der Turbine,
bei dem gleichen elektrischen Übersetzungsverhältnis um die Drehzahl der anzutreitenden
Welle höher, was. in manchen Fällen von besonderem Vorteil ist.
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Um die beim Umsteuern. und beim Anlauf großer Motoren zu überwindenden
Schwierigkeiten zu umgehen, z. B. das geringe Anlaufinoment bei Käfigankern und
Synchroninotoren, besondere Anlaufschaltungen oder Anlaßwiderstände bei Schleifringankern,
sowie um einen Umschaltapparat zwischen Generator und Motor zu vermeiden, ist nach
der Erfindung das Getriebe so eingerichtet, daß bei Vorwärtsgang der drehbare Doppelstator
durch eine Kupplung mit der anzutreibenden Welle gekuppelt und der Rotor des Motors
durch einte Bremse festgehalten wird, während bei Rückwärtsgang der Stator durch
eine Bremse festgehalten und der Motorrotor durch eine Kupplung mit der Welle verbunden
wird.
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Bei Mehrwellenschiffen kann eine wirtschaftlich arbeitende Einrichtung
für Marschfahrt dadurch geschaffen werden, daß a'uf dem Doppelstator einer Welle
ein Transformator angeordnet ist, der primär vielphasig von dem
Ringsystem
abzweigt und sekundär eine mehrphasige Hochspannungswicklung hat, die zum Speisen
der auf allen Wellen angeordneten Marschmotoren dient.
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Falls die Marschmotoren bei voller Fahrt nicht mitarbeiten, kann man
bei der Anordnung mit umlaufendem Doppelstator den Transformator als Motor arbeiten
lassen, indem man ihn als Induktionsmotor ausbildet und seinen Sekundärteil festbreanst.
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Für die Übersetzung von i : i kann man bei einem für Vorwärtsgang
sehr günstigen Wirkungsgrad -des elektrischen Getriebes eine Umstenerbarkeit erreichen,
wenn man den Wicklungen des dtrehbaren Doppelstators entgegengesetzten Drehsinn
gibt und den Doppelstator bei Rückwärtsgang festbremst.
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Bei der ÜLersetzung von i : i kann auch eine elektromagnetische Kupplung
zwischen den beiden Rotoren angeordnet sein, welche nach Ausschaltung des Getriebes
bei VoT-wärtsgang eingeschaltet isst und bei Rückwärtsgang gelöst wird, während
das Getriebe, dessen Motor sich entgegengesetzt zum Generator dreht, eingeschaltet
wird.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen des Getriebes nach
der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Getriebes;
Abb.2 ist ein Wicklungsschema; Abb. 3 und .4 zeigen Längsschnitte durch zwei weitere
Ausführungsformen; Abb.. 5 veranschaulicht im Grundriß eine mit dem Getriebe und
Marscheinrichtung ausgerüstete Anlage bei Schiffen.
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Bei der Ausführungsform des Getriebes nach Abb. i ist der Rotor i
des Generators mit seiner Welle 2 in einem Lager 3 gelagert. Die mit der anzutreibenden
Welle zu verbindende Welle q. des Motorrotors ist in einem Bock 6 gelagert. Aus,
dem Stator 7 des Generators führen die Stäbe 8 zu einem Ringsystem 9, von welchem
die Motorstäbe io in den Stator i i des Motors führen. Die beiden Statoren 7, i
i sind .in dem gemeinsamen Gehäuse i :z untergebracht.
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Abb. 2 zeigt ein Schema der Wicklung, bei der an einer Seite die Stäbe
7 bzw. io zu je einem gemeinsaanen Sternring geführt sind. An der anderen Seite
sind die gleichphasigen Stäbe des Generators und Motors an je einen Ring geführt.
Die Ringzaht ist gleich der Nutenzaahl pro Polpaar. Zur Unterdrückung der Selbstinduktion
und gegenseitigen Induktion des Ringsystems sind hier je zwei in der Phase entgegengesetzt
gleiche Ringe unmittelbar nebeneinander angeordnet, und die Anschlußpunkte der Stäbe
liegen ebenfalls unmittelbar nebeneinander.
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Wird der durch die im gemeinsamen Gehäuse 12 angebrachten Staturen
7 und ii des Generators und Motors, deren Wicklungen entgegengesetzten Drehsinn
haben, gebildete Doppelstator drehbar gelagert und mit der anzutreibenden Welle
4. verbunden, während der Rotor 5 festgehalten wird, so wirken auf die Welle 4.
die Drehmomente des Generators und des Motors.
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Eine dem Drehmoment des Generators entsprechende Leistung wird daher
unmittelbar auf die z. B. mit der Welle q. verbundene Schraubenwelle eines Schiffes
übertragen, so daß dieser Teil der Leistung nicht elektrisch übertragen zu werden
braucht.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.3 ist der Doppelstator 7, i i auf
dem Bock 3 und einem Bock 13 lose drehbar gelagert. Dieser Bock dient auch zur Lagerung
des Rotors 5 des Motors, der durch eine Mitnehmerscheibe 1q. mit einer im Bock 13
gelagerten Hohlwelle 15 fest verbunden ist. Auf dem anderen Ende dieser Welle
sitzt die eine Kupplungshälfte 16 einer elektromagnetischen Kupplung, deren andere
Kupplungshälfte 17 auf der anzutreibenden, in einem Bock 18 gelagerten Welle 4.
angeordnet ist. Durch die Hohlwelle 15 ist eine Welle ig hindurchgeführt,
auf deren dem Generator zugewandten Ende eine Mitnehmerscheibe 2o befestigt ist,
die mit dem Gehäuse 1:2 des Doppelstators fest verbunden ist. Am äußeren Ende der
Welle i g ist die eine Kupplungshälfte 21 einer elektromagnetischen Kupplung befestigt,
deren andere Kupplungshälfte 22 an -dem Träger der Kupplungshälfte 17 der
elektromagnetischen Kupplung 16, 17
angebracht, also auch mit der Welle .4
fest verbunden ist.
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Zum Festhalten des Doppelstators 7, i i und des Motorrotors 5 dienen
zwei elektrische Bremsen. Der eine Teil 23 der einen elektrischen Bremse ist mit
dem Gehäuse i2 fest verbunden während der andere Teil 24. auf der Grundplatte befestigt
ist. Ebenso hat die andere elektrische Bremse einen feststehenden Teil 25 und einen
beweglichen Teil 26, der fest mit der Hohlwelle 15 des Motorrotors 5 verbunden ist.
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Bei Vorwärtsgang wird der Doppelstator 7, i i durch die elektromagnetische
Kupplung 2i, 22 mit der Welle. gekuppelt, während der Rotor 5 durch die Bremse 25,
26 festgestellt wird. Bei Rückwärtsgang wird nach Lösen der KLtpplung 2i, 22 und
der Bremse 25, 26 der Rotor 5 durch die Kupplung 16, 17 mit der Welle q:. gekuppelt,
während der DoppelstatOr 7, i i durch die Bremse 23,24 festgestellt wird. Der Rotor
5 läuft dann bei demselben Drehsinn des Rotors i des Generators in entgegengesetztem
Sinne wie zuvor um.
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Bei Rückwärtsgang muß die Drehzahl des Generators ermäßigt werden,
falls die anzutreibende Welle, z. B. die Schraubenwelle,
nicht eine
übernormale Drehzahl annehmen soll. Das Abbremsen der Massen und der Schraubenwelle
beim Umschalten wirkt ferner günstig auf die Stoppzeit des Schiffes, da die Schraube
zunächst als Turbine arl:eitet. Bei Anwendung eines Asvnchrongenerators muß für
das erste Inbetriebsetzen der Anlage eine Anlaßvorrichtung angeordnet werden.
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Abb.4 zeigt die Anordnung eines Getriebes niit Transformator für die
'Marschmotoren hei Mehrwellenschiffen. In @clein gemeinsaineii Gehäuse 12 ist ein
Transformator in -Form eines Induktionsmotors eingebaut, ]-,ei dein die Stäbe des
Primärteiles .42 _Voll dem Ringsvstem 9 vielphasig abzweigen. Der Sekundärteil43
des Transformators trägt eine gewöhnliche Mehrphasenhochspannungswicklung, welche
die Marschmotoren speist.
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Der Rotor 5 der Hauptmotoren auf "allen Wellen kann durch die elektromagnetische
Kupplung .14, .I5 finit der Schraubenwelle verhunden «-erden. Bei 'Marschfahrt wird
diese Kupplung gelöst.
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Bei der Anordnung finit beweglichem Doppelstator 7, 11 (Abb. 3) kann
ebenfalls ein Transformator 42, 43 für Marschfahrt auf .:lein Doppelstator angeordnet
werden. Hier muß -bei Marschfahrt (las Gehäuse 12 des Doppelstators festgebremst
werden, falls :der Doppelstator der -Marschanlage bei Marschfahrt nicht mit der
Schraubenwelle gekuppelt ist. Arbeiten bei Volldampffälirt die Marschmotoren nicht
finit, so kann nie Wicklung .I3-kurzgeschlossen und der Sekundärteil festgebremst
werden, damit der Transformator als Motor arbeitet. Ist der Hauptmotor der Synchronmotor,
so muß die Sekundärwicklung mit Gleichstrom gespeist «-erden.
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Abb. 5 zeigt die mit dem Marschtransformator ausgerüstete Anlage zum
Antrieb einer Welle eines Mehrwellenschiffes.
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Durch die Turbine a wird der Rotor i des Getriebes b nach Abb. q.
angetrieben. Der dem Transformator .I2, 4.3 entsprechende Transforniator ist finit
c bezeichnet. Der Marschinotor d; welcher mittels eines Zahnradgetriebes c die Welle
.4 antreibt, wird durch die an die Sekundärwicklung 43 des Transformators c angeschlossene
Mehrphasenleitung f für hohe Spannung gespeist. Die Leitung f führt dann weiter
auch zu den Marschmotoren für die übrigen @\'ellen. Zwischen dein elektrischen Getriebe
b und dem Zahnradgetriebe e ist eine der Kupplung 4.4, 45 nach Abb. 4 entsprechende
Kupplung ä eingeschaltet. Falls die Marschmotoren bei voller Fahrt nicht mitarheiten,
müssen sie noch eine ausrückbare Kupplung erhalten.