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Einrichtung zum Regeln von aus Verbrennungsmotor und Gleichstromdynamo
bestehenden Maschinensätzen. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich
auf ein an sich bekanntes Verfahren zur Regelung von Maschinensätzen, die aus einem
Verbrennungsmotor und einer Gleichstromdynamo bestehen und das auf folgendem beruht:
Die Drehzahl des Maschinensatzes richtet sich nach der Belastung der Dynamomaschine
in dem Sinn, daß bei großer Belastung der Dynamo der Maschinensatz rasch, bei kleiner
dagegen langsam läuft. Ein solches Regelungsverfahren bietet den Vorteil, daß bei
mäßigen Belastungen der Maschinensatz auch nur mit mäßigen Drehzah:en läuft, daß
er also nicht nur weniger Brennstoff, sondern auch weniger Schmieröl verbraucht
und sich weniger abnutzt, als wenn man ihn in der bisher üblichen Weise ständig
mit einer und derselben, auch zur Erreichung der Volleistung ausreichenden und daher
relativ hohen Drehzahl laufen läßt. Hierbei kann man die Beeinflussung der Drehzahl
dadurch vornehmen, daß man die Brennstoffzuführung des llotors entweder durch den
Kern einer vom Netzstrom durchflossenen Spule oder von Hand beeinflußt.
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Diesem Regelungsverfahren stellt sich eine Schwierigkeit insofern
in den Weg, als eine Gleichstromdynamo an sich bei Veränderung
ihrer
Drehzahl auch eine veränderte Spannung erzeugt, während doch das Netz mit einer
unter allen Umständen gleichbleibenden Spannung gespeist werden muß. Um dieser Schwierigkeit
abzuhelfen, hat man bereits vorgeschlagen, eine Sonderdynamo derjenigen Bauart zu
verwenden, bei der die erzeugte Spannung bei allen Drehzahlen dieselbe bleibt. Eine
solche Lösung ist insofern unbefriedigend, als sie die Verwendung eines besonderen,
teueren und nicht gerade handelsüblichen Dynamotyps verlangt. Um diesem Übelstand
aus dem Weg zu gehen, hat man auch schon zu folgendem Mittel gegriffen: Man hat
auf einer Einstellung einer beliebigen Drehzahl des Maschinensatzes verzichtet und
vielmehr den ganzen Drehzahlbereich, innerhalb dessen der Motor überhaupt zu arbeiten
vermag, in eine Anzahl von Drehzahlstufen eingeteilt, so daß der Motor immer nur
mit einer dieser vorgesehenen bestimmten Drehzahlen laufen kann. Gleichzeitig hat
man eine Schaltung eingerichtet, mit deren Hilfe die Stärke des Erregerstroms der
Dynamo, die jetzt von der allgemein üblichen Bauweise sein kann, auf eine Anzahl
von bestimmten Stufen einstellen kann; ein gemeinsames Steuerorgan wirkt nun in
der Weise, daß es einer z. B. hohen Drehzahl eine niedere Erregerstromstärke zuordnet,
einer niederen Drehzahl dagegen eine hohe Erregerstromstärke, so daß in allen Fällen
die erzeugte Spannung dieselbe bleibt. Diese Anordnung ist aber wieder nur in bestimmten
Fällen anwendbar und auch von seinem Erfinder nur für solche vorgesehen worden;
denn es ist klar, daß der Maschinensatz zwar einwandfrei laufen wird, solange die
Stromstärke in gewissen Grenzen konstant bleibt und daher eine Umschaltung nicht
zustande kommt; wird jedoch die Stromstärke der eingestellten Betriebsstufe überschritten
und erfolgt die Umschaltung auf die nächste, so wird es kaum zu erreichen sein,
daß in den wenigen zur Verfügung stehenden Sekunden die sprungweise Zunahme der
Drehzahl genau gemäß dernselben zeitlichen Ablauf vor sich geht wie die sprungweise
Schwächung des magnetischen Feldes der Erregung, d. h. ein Schwanken der Spannung
und damit der Lichtstärke der angeschlossenen Glühlampen wird kaum vermeidbar sein.
Daher ist eine solche Einrichtung ihrer ganzen Natur nach mehr für diejenigen Betriebe
geschaffen, bei denen erfahrungsgemäß die Stromstärke zu bestimmten Stunden sich
innerhalb ganz gewisser Grenzen hält, und bei denen daher ein Umschalten nur dann
stattfindet, wenn man mit fortschreitender Tagesstunde in eine längere Periode größeren
oder kleineren Stromverbrauchs eintritt, wobei man dann etwaige Schwankungen der
Spannung in :i@nb°tracht ihres seltenen Vorkommens und geringerer Ansprüche an gleichmäßiges
Licht in Kauf nehmen kann. Tatsächlich hat man auch für derartige Maschinensätze
Vorrichtungen vorgesehen, welche das Umschalten nur bei größeren und länger andauernden
Stromstärkeveränderungen erlauben sollen, d. h. die Zahl der Umschaltungen auf das
unbedingt Notwendige beschränken sollen.
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Im folgenden wird nun eine Anordnung vorgeschlagen, die erstens keine
Sonderdynamo benötigt und die doch zweitens hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für
elektrische Netze jeder Art brauchbar ist, da jede sprungweise Änderung der Drehzahl
sowie auch der Dynamoerregung vermieden ist.
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Ein Verbrennungsmotor i i mit Regler 12 treibt die Gleichstromdynamomaschine
13. An die stromabführenden Klemmen 1:1 ist das Verbrauchsnetz angeschaltet. Die
Dynamo wird durch Erregerspulen erregt, deren eine schematisch eingezeichnet und
mit 15 bezeichnet ist. Der erregende Strom wird von den Klemmen 16 aus geliefert,
die an irgendeine konstante Spannung, z. B. an das genannte Netz, angelegt sind;
die Stärke des erregenden Stroms wird durch einen mittels des Kontaktschlittens
38 veränderbaren Widerstand 17 geregelt.
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Der von der Dynamomaschine erzeugte Strom fließt durch eine Spule
18, die einen Eisenkern i g in ihr Inneres zu ziehen versucht. Die Vorrichtung 2o
soll klarheitshalber vorläufig außerhalb der Betrachtung bleiben; man denke sich
vielmehr die am Eisenkern icg- angeschlossene Zugstange 22 durchgehend: sie setzt
sich in einem Seil (oder Kette u. dgl.) 23 fort, das um eine Rolle 21 geschlungen
und an ihr befestigt ist. Ein um Rolle 2 i im entgegengesetzten Sinn geschlungenes
Seil 24 endigt in einer an einem festen Punkt angeschlossenen Feder 25, die so das
Bestreben --hat, den Kern i9 aus der Spule 18 herauszuziehen. Die jeweilige Stellung
der Rolle 21 wird infolge dieser Anordnung durch die Stromstärke im Netz bestimmt;
je größer diese ist, um so weiter verniag die Spu_e die Rolle im Uhrzeigcrgegensinn
zu drehen, bis wieder die steigende Gegenkraft der Feder 25 einen Gleichgewichtszustand
herstellt. Die tnit Rolle 21 starr verbundene Welle 26 nimmt also jeweils eine \@erdrchung
gegenüber ihrer ursprünglichen Lage ein, die sich nach der Stromstärke richtet.
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auf der @@'ellc 26 sitzt festgekeilt eine Kurvenscheibe 27, auf der
ein Hebel 28 schleift. Der Hebel 28 überträgt seine Bewegung durch Zugstange 29
auf den Kontaktschlitten ,;8 des veränderl)aren Widerstand> 17. Vorrichtun7
30 soll zunächst als nicht vorhanden und Zugstange
?9 als einfach
durchgehend betrachtet werden. Das Profil der Kurvenscheibe 27 und der Einschaltsinn
des Widerstands 17 sind derartig angeordnet, daß dann, wenn Welle 26 infolge steigender
Stromstärke im Netz sich im Uhrzeigergegensinn dreht, der Widerstand in 1; größer,
die -Erregung der Dynamo 13 also schwächer wird. Je größer also die Stromstärke
im Verbrauchsnetz, um so schwächer die Erregung der Dynamomaschine.
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Auf der Welie 26 sitzt noch eine weitere feste Kurvenscheibe 31, die
unter Vermittlung eines Hebels 32, des Seiles 33 und der Feder 3.1 den Regler 12
des Verbrennungsmotors beeinflußt, derart, daß dann, wenn Seil 33 anzieht, der Motor
langsamer läuft. Das Mittel, um das letztere zu bewirken, ist däs allgemein bekannte,
was darin besteht, daß man z. B. die Feder 3.1 die Muffe des Fliehkraftpendels nach
oben ziehen läßt. Das Profil der Kurvenscheibe 31 ist so gestaltet, daß dann, wenn
die Stromstärke in 18 steigt, der Verbrennungsmotor rascher zu laufen beginnt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: -Wir denken uns das
Netz zuerst voll belastet; die Drehzahl des Maschinensatzes betrage hierbei 400
in der Minute. Nun soll der Stromverbrauch auf 3/4 des bisherigen sinken. Kern 19
wandert nach rechts, Scheibe 21 und damit auch die Scheiben 27 und 31 drehen sich
ein Stück im Uhrzeigersinn. Das Profil der Scheibe 31 ist derart gewählt, daß es,
über die Teile 32, 33 und 34 wirkend, den Regler der Kraftmaschine auf etwa der
ursprünglich vorhandenen Drehzahl, also auf etwa 3oo Umdrehungen einstellt. Damit
würde-. an sich natürlich auch die Spannung im Netz auf etwa 3/1 ihres Wertes sinken,
was unzulässig wäre. Das wird aber durch das Vorhandensein der von Kurvenscheibe
2; beherrschten Mechanik (Teile 28, 29, 38, 17) verhindert. Durch die gleichzeitige
Drehung von Scheibe 27 wird nämlich gleichzeitig die Erregung der Dynamo derart
verstärkt, daß diese trotz der verringerten Drehzahl wieder die nämliche Spannung
gibt wie ursprünglich.
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Allgemein hat man es durch entsprechende Gestaltung der Kurvenprofile
der Scheiben 27 und 31 in der Hand, jeder Stromstärke im Netz, d. h. jeder Stellung
des Kerns 19 und damit der `Felle 26, eine bestimmte, beliebig festlegbare Drehzahl
und außerdem (mittels der Erregung) eine bestimmte beliebig festlegbare elektromotorische
Kraft der Dynamomaschine zuzuordnen. Als Gesetz für diese Zuordnung wird man im
allgemeinen (d. h. abgesehen von Sonderfällen) dasjenige wählen, das man, wie im
Beispiel erwähnt, die N etzspannung konstant hält, indem man den Spannungsabfall
infolge der Drehzahlerniedrigung durch eine entsprechende Erregungssteigerung ausgleicht.
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Eine Grenze der Anwendbarkeit ist dem erfahren dadurch gesetzt, daß
die Verbrennungsmotoren sich nicht unter eine gewisse kleinste Drehzahl herunterregulieren
lassen, da sonst der Gang zu wenig gleichförmig wird. Es ist deshalb ein Anschlag
35 vorgesehen, der dann, wenn die Stromstärke unter ein gewisses Mindestmaß hinuntersinkt,
sich an Widerlager 36 anlegt und ein weiteres Drehen der Welle 26 und somit eine
noch langsamere Einstellung des Reglers 1 2 durch Seil 31 verhindert. Ist der Anschlag
in Tätigkeit getreten, so ist der ganze Regehungsmechanismus (Welle 26 mit den auf
ihr sitzenden-Scheiben, Kern 19, Regelwiderstand 17, Tourenverstellseilzug 33) in
einer Endlagestillgesetzt. Der Maschinensatz unterscheidet sich jetzt in nichts
von einem Maschinensatz der bisher üblichen Ausführungen, und die Regelungsvorgänge
verlaufen daher auch genau wie bei einem solchen, d. h. der Regler 12 paßt das vom
Motor abgegebene Drehmoment dem von der Dynamomaschine benötigten Drehmoment an.
Aber auch in diesem Bereich hat die Vorrichtung gemäß der Anwendung noch ihre Vorteile;
wenn z. B. 'die Drehzahl des Motors bei normaler Delastung 4oo beträgt und die untere
mögliche Grenze der Drehzahl bei 200 liegt, so ist es bei einer Belastung von lo
Prozent der normalen zwar nicht mehr möglich, die 4o Umdrehungen pro Minute zu fahren,
immerhin aber nicht Zoo wie bisher mit 4oo, woraus sich eine Brennstoffersparnis
ergibt.
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Es kann noch eine Vorrichtung 20 eingebaut werden, die dem folgenden
Zweck dient: Es ist nicht nötig und nicht wünschenswert, daß der geschilderte Regelungsmechanismus
mit der bewirkten Drehzahlveränderung bei jeder kleinen und kurzen Schwankung des
Stromverbrauchs in Tätigkeit tria. Wie im vorigen Absatz festgestellt, tritt dann,
wenn 'die Welle 26 festgehalten wird, eine Regelung nach dem bisher üblichen Verfahren
ein, welche zur Aufnahme kleinerer und vorübergehender Schwankungen vollkommen genügt
und auch bei kleinen Schwankungen keinen Mehrverbrauch an Brennstoff bedeutet. Vorrichtung
2 o bewirkt nun, daß kleine schwankende Bewegungen des Kerns 19 sich überhaupt nicht
auf Welle 26 übertragen, sondern nur kräftigere und längere Zeit bestehen bleibende
Veränderungen der Lage des Kerns 19. Die von links kommende Stange 22 ist an.den
Zylinderboden, die von rechts kommende Stange 22 dagegen an eine Art
Kolben
der Vorrichtung 2o befestigt. Zwei den Kolben von beiden Seiten drückende Federn
haben das Bestreben, den Kolben immer in der Zylindermitte zu halten. Der Kolben
ist durchbohrt, damit die Luft auf seinen beiden Seiten sich widerstandslos ausgleichen
kann. Das Ganze ist also ein elastisch dehnbar und kürzbares, in Stange 22 eingegebautes
Organ. Infolge des Vorhandenseins dieses Organs folgt Welle 26 nicht starr allen
Zuckungen des Kerns i9, wobei man noch dadurch, daß man an Welle 26 in bekannter
ZVeise eine ihre Drehung verzögernde Flüssigkeitsbremse, die deutlichkeitshalber
in der Abbildung nicht eingezeichnet ist, anbringen kann, die Geschwindigkeit -
einstellen kann, mit der Welle 26 den Ausschlägen des Kerns 19 folgt.
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Ein ähnliches Organ 3o kann in die Stange 29 eingebaut werden. Es
dient dazu, die Bewegung des Kontaktschlittens 38 gegenüber der Bewegung des Hebels
28 zu verzögern, wobei ebenfalls durch eine deutlichkeitshalber nicht eingezeichnete,
sich einer raschen Verschiebung des Kontaktschlittens 38 widersetzende, an Teil38
anzulenkende Flüssigkeitsbremse das Maß der Verzögerung eingestellt werden kann.
Während nämlich beim Drehen der Welle 26 die Änderung der Drehzahl .einige Zeit
hinter der sie einstellenden Bewegung des Seils 33 nacheilt (infolge der Masse des
Schwungrads u. dgl.), würde ohne Vorrichtung 3o die Verstellung der Erregung möglicherweise
rascher und zu rasch erfolgen. Vorrichtung 3o verzögert sie so weit, daß die neue
Einstellung der Erregung erst gleichzeitig mit der Änderung der Drehzahl eintritt.
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Endlich kann es noch Sonderfälle geben, bei denen es nicht notwendig
ist, daß die Welle 26 überhaupt durch den Netzstrom (Spule 18) .gesteuert
wird. Wenn z. B. auf einem Ölschiff ein Hilfsmaschinensatz von i oo k'#V steht,
dann kann es vorkommen, daß der Maschinensatz lange Zeit nur für Beleuchtungszwecke
läuft, wofür er z. B. nur 4o kW brauchen soll; nur für den Fall, daß das Schift
im Hafen liegt und der Hilfsmaschinensatz noch die Ladewinden antreibt, erreicht
die Leistung ioo kW. In diesem Fall können die Teile 18, i9, 2o, 22, 24 und 25 in
Fortfall kommen. Dafür ist an Scheibe 21 in an sich bekannter Weise eine Handdrehvorrichtung
anzubringen. Weiß man, daß der. Strombedarf nicht über 40 kW hinausgeht, so dreht
man von Hand die Scheibe 21 so weit im Uhrzeigersinn und läßt sie in dieser Stellung
dauernd stehen, bis die Leistung durch eine entsprechende Tourenverminderung bis
in die Gegend von 4o kW gesunken ist, wodurch man sich Einsparungen an Brennstoff
sichert. Im Hafen, wo ioo kW gebraucht werden, stellt man mittels der Handdrehvorrichtung
die Scheibe 21 wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück, in welcher Lage sie dann
bis auf weiteres dauernd stehen bleibt. Nach erfolgter Einstellung reguliert in
jedem der beiden Fälle der Maschinensatz nicht mehr durch Drehzahländerung, sondern
in der bisher bekannten Weise durch Anpassung des Drehmoments.