DE522543C - Momentenmaschine - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. APRIL 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 65 a¹³ GRUPPE

Momentenmaschine Patentiert im Deutschen Reiche^vom 7. April 1929 ab

Die Erfindung betrifft eine Schwungmaschinenanordnung zur Ausübung von Drehmomenten auf frei drehbare Körper, die insbesondere zur Stabilisierung von Wasser 5 oder Luftfahrzeugen oder auch zum künstlichen Aufschaukeln von Schiffen, wie dies zu Übungszwecken gelegentlich erforderlich ist, Verwendung rinden kann. Die Schwungmassen der auf dem in seiner Richtung zu

xo beeinflussenden Körper, z. B. Schiff, gelagerten Momentenmaschinen werden zu dem Zweck durch entsprechend gelagerte Antriebsmaschinen in der einen oder andern Richtung beschleunigt oder verzögert, wodurch nach dem Flächensatz Drehmomente in der einen oder anderen Richtung auf den Körper übertragen werden.

Bei einer derartigen bekannten Anordnung zur Stabilisierung von Schiffen rotieren zwei

ao mit elektrischen -Maschinen gekuppelte Schwungräder in entgegengesetzter Richtung und mit einer konstanten mittleren Drehzahl um in der Schiffslängsrichtung angeordnete Achsen. Die elektrischen Maschinen werden dann so gesteuert, daß bei Schlingerbewegungen des Schiffes abwechselnd stets die eine als Generator läuft und dabei das eine Schwungrad abbremst, während die andere als Motor läuft und das im entgegengesetzten Sinne umlaufende Schwungrad beschleunigt. Ohne nennenswerte Energieverluste wird auf diese Weise erreicht, daß die durch Beschleunigung des einen und durch Verzögerung des anderen Schwungrades auf das Schiff ausgeübten Reaktionsmomente jeweils im gleichen Sinne und stets entgegen der Schlingerbewegung des Schiffes wirken.

Die Erfindung betrifft eine grundsätzlich ähnliche Anordnung, jedoch sind an Stelle der elektrischen Maschinen erfindungsgemäß zur Beschleunigung bzw, Verzögerung der Schwungmassen mit diesen gekuppelte hydraulische Maschinen vorgesehen. Gegenüber den bekannten elektrischen Antrieben ergibt sich dadurch insbesondere der Vorteilj daß hydraulische Maschinen gegenüber plötzlichen Belastungsstößen vollkommen unempfindlich sind und mit größter Genauigkeit die stark schwankenden Leistungen erzeugen bzw. abbremsen; dies ist für die Wirksamkeit der gesamten Anordnung von größter Bedeutung, da schon eine geringe Verzögerung in der Übertragung der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte auf die Schwungmassen nicht nur stark verminderte, sondern auch zeitweise falsch gerichtete Drehkräfte auf das Schiff ergibt. Ferner besitzen hydraulische Maschinen gegenüber elektrischen bei gleichen Leistungen ein geringeres Gewicht, was sie insbesondere zum Antrieb von Momentenmaschinen auf Schiffen geeignet erscheinen läßt. Falls die Antriebsmaschinen dann noch mit Akku-

'■'·) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

mulatoren zusammenarbeiten, ergibt sich wiederum bei gleich großen, aufzuspeichernden Energiemengen für den hydraulischen Akkumulator ein um ein Vielfaches geringeres Gewicht als für elektrischen Akkumulatorenbatterien.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für den hydraulischen Antrieb einer Momentenmaschine gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar sind für die Beschleunigung der Schwungmassen Turbinen und für deren Verzögerung Zentrifugalpumpen vorgesehen. Es sind zwei entgegengesetzt umlaufende Schwungräder nebeneinander angeordnet, die je nach Lage der gewünschten Drehachse mit horizontaler oder senkrechter Welle festgelagert sein können. Weiter können die Schwungräder in besonderen Drehgestellen gelagert werden, die gestatten, die Schwungräder um einen Durchmesser tim i8o° herumzudrehen bzw. überhaupt in beliebige Stellung zu den zu beeinflussenden Massen zu bringen.

In Abb. ι sind die als Schwungmassen vorgesehenen Schwungräder 1 und 10 jeweils mit einer Wasserturbine 3 bzw. 12 und einer Zentrifugalpumpe 2 bzw. 11 gekuppelt, wobei bemerkt sei, daß die Maschinen im Verhältnis zu den Schwungrädern stark vergrößert dargestellt sind, um ihren Aufbau besser erkennen zu können. 4 und 13 sind die Saugstutzen, 6 und 15 die verschließbaren Druckstutzen der Zentrifugalpumpen. 7 und 16 sind die ebenfalls verschließbaren Zulauf- und 5 und 14. die Ablauf rohre der Turbinen. Die Anschlußrohre der Turbinen und Pumpen münden in den Druckraum 9 bzw. in den Saugraum 8. Die durch den Motor 18 angetriebene Pumpe 17 sorgt dafür, daß ein gewünschter Druckunterschied zwischen Druck- und Saugraum (Oberwasserspiegel OAV.S. und Unterwasserspiegel U.W.S.) dauernd vorhanden ist. Mit dem Saugstutzen 19 und dem Druckstutzen 20 ist die Pumpe. 17 an den Saugraum angeschlossen. Die Lager der Schwungräder, Turbinen und Pumpen sind mit der zu beeinflussenden Masse (z. B. dem Schiffskörper) fest verbunden.

Soll auf die Masse (Schiff) kein Moment ausgeübt werden, so werden die Ventile 6, 7, 15 und 16 derart reguliert, daß die beiden Schwungräder gegenläufig mit einer mittleren, für beide etwa gleichen Drehzahl umlaufen. SoE dagegen ein Moment im einen oder anderen Sinne auf die zu beeinflussende Masse ausgeübt werden, so werden entweder die Ventile 6 und 16 oder 7 und 15 weiter geöffnet. Im ersten Falle wird das linke Aggregat durch die stärkere Belastung der Pumpe verzögert und das rechte durch die stärkere" Beaufschlagung der Turbine beschleunigt. Die Bewegungsenergie des linken Rades nimmt also ab und die des rechten Rades zu, es fließt daher Energie vom linken Schwüngrad zum rechten, die wieder zurückfließt, wenn statt der Ventile 6 und 16 die Ventile 7 und 15 weiter geöffnet werden und infolgedessen das linke Rad beschleunigt und das rechte Rad verzögert wird. Die bei der Beschleunigung bzw. Verzögerung auftretenden Reaktionskräfte werden durch die Lager auf die zu beeinflussende Masse (z. B. Schiff) übertragen und üben auf diese ein Drehmoment im einen oder anderen Sinne aus.

Die Anordnung entsprechend Abb. 1 würde auch ihren Zweck erfüllen, wenn die eine Schwungradanlage fortgelassen werden würde, sie würde dann nur das halbe Moment liefern. Die in diesem Fall in das bzw. aus dem Schwungrad fließende Energie wird dann durch den Druckraum geliefert bzw. in diesem aufgespeichert.

Um bei den veränderlichen Umlaufzahlen gleichbleibende Wirkungsgrade der hydraulisehen Maschinen zu behalten, können die Leit- und Laufschaufeln beispielsweise unter dem Einfluß von mit den Schwungrädern umlaufenden Fliehkraftreglern verstellt werden.

In Abb. 2 bis 4 ist eine Abänderung der hydraulischen Anlage nach Abb. 1 dargestellt, bei der Flüssigkeiten unter Weglassung des Saug- und Druckbehälters unmittelbar durch Leitgehäuse 12 von den Zentrifugalpumpen zu den Turbinen geleitet werden. Die Motoren 2 und 7 liefern die Energie für die Aufrechterhaltung der mittleren Drehzahl der Schwungräder 1 und 6. Die Turbine 21 und die Pumpe 20 sind mit dem Schwungrad 1 und die Turbine 23 und die Pumpe 24 mit dem Schwungrad 6 gekuppelt. Wird durch die Regulierschieber 13 und 14 der Kanal 2 5 weiter geöffnet als der Kanal 26, so findet eine stärkere Belastung der mit dem Schwungrad ι gekuppelten Pumpe 20 und eine starkere Beaufschlagung der mit dem Schwungrad 6 gekuppelten Turbine 23 statt als der Pumpe 24 und der Turbine 21. Die Drehzahl des Rades 1 wird also sinken und die des Rades 6 steigen, d.h. es wird über die Lager 4, 5, 9, 10 ein entsprechendes Moment auf die zu beeinflussende Masse übertragen. Werden die Schieber 13 und 14 im anderen Sinne verstellt, so daß der Kanal 26 weiter freigegeben ist als der Kanal 25, so werden die Reaktionskräfte ein entgegengesetzt wirkendes Moment erzeugen. Durch Verstellung der Leitschaufeln 11 kann der Wirkungsgrad der Anlage konstant gehalten werden.

In Abb. 3 ist ein Ausschnitt aus Abb. 2 noch einmal vergrößert herausgezeichnet, der die Anordnung des Regulierschiebers 14 zwi-

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sehen den Zuleitungskanälen 25 und 26 und der Altstrittskante des Laufrades 20 der Pumpe und der Eintrittskante des Laufrades 21 der Turbine besser erkennen läßt. Durch diesen Teil ist dann in Richtung X-X ein Schnitt gelegt, der in Abb. 4 dargestellt ist.

Die Regulierschiebertrommel 14, die um die

Laufradachse 27 drehbar ist, schließt in der gezeichneten Stellung die Austrittsflächen des Pumpenlaufrades 20 mittels der Schieberflächen 28 vollständig ab; die Eintrittsflächen der Turbine 21 sind in dieser Stellung des Regulierschiebers in nicht sichtbarer Weise durch die Schieberflächen 29 ganz geöffnet, so daß das Schwungrad 1 (Abb. 2) in dieser Stellung des Schiebers beschleunigt wird. Falls das Schwungrad 1 verzögert werden soll, muß der Regulierschieber 14 um die Strecke α verstellt werden. Die Turbine 21 ist dann geschlossen und die Pumpe 20 geöffnet. In Abb. 2 decken sich dann die Schieberflächen 28 mit den Kanten der Leitflächen 30, so daß das Wasser aus den Pumpenschaufeln 31 in das Leitgehäuse 12 frei austreten kann. Das Wasser wird durch den Kanal 2 5 in die Turbine 23 gedrückt, dessen Regulierschieber 13 in diesem Augenblick so steht, daß die Turbine 23 geöffnet und die Pumpe 24 geschlossen ist. Es arbeitet demnach abwechselnd die Pumpe 20 mit der Turbine 23 und die Pumpe 24 mit der Turbine 21 zusammen.

Die Steuerung des Drehsinnes der Momente kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Es können hierzu z. B. Pendel oder kleine Steuerkreisel u. dgl. verwendet werden. Diese Einrichtungen könnten Relais betätigen, die Servomotoren zur Verstellung der Ventile einschalten.

Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt es sich, die mittlere Umlaufzahl der Schwungmassen der Stärke des betreffenden Seeganges anzupassen. Bei ruhiger See wird man eine niedrig mittlere Umlaufzahl wählen,

^4S da das aufzuwendende Moment nur gering zu sein braucht.

Die Schwungmassen der Maschinen wirken niemals störend, auch wenn der Energieaustausch einmal infolge Versagens der Regulierung u. dgl. aussetzt. Infolgedessen ist jede Dämpfung bei dieser Anordnung überflüssig, ja sogar nachteilig.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ausübung von Drehmomenten auf um feste oder veränderliche Achsen drehbare Massen, insbesondere auf Schiffe, durch Beschleunigen oder Verzögern von auf diesen gelagerten Schwungmassen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung bzw. Verzögerung der Schwungmassen mit diesen gekuppelte hydraulische Maschinen vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mit den Schwungmassen gekuppelte Turbinen und Pumpen, wobei die Beschleunigung bzw. Verzögerung der Schwungmassen durch Änderung der Beaufschlagung bzw. Belastung der Turbinen bzw. Pumpen erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinen und Pumpen mit hydraulischen Akkumulatoren zusammenarbeiten, indem ihre Zu- und Ablauf rohre in gemeinsame Druck- und Saugräume münden.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der eine rechts und eine links umlaufende Schwungmasse vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der im einen Sinne umlaufenden Schwungmasse gekuppelte Pumpe und Turbine unmittelbar durch Rohrkanäle mit der mit der im anderen Sinne umlaufenden Schwungmasse gekuppelten Turbine und Pumpe verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine besondere Pumpe ein zur Aufrechterhaltung einer mittleren Drehzahl der Schwungmassen erforderliches Gefälle zwischen Druck- und Saugraum aufrechterhalten wird

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen