DE532918C - Kraftuebertragungsanlage zum Ausgleichen von Antriebskraft und Belastung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsanlage zum Ausgleichen von Antriebskraft und. Belastung, beispielsweise für Maschinen von stark wechselnder Belastung mit absatzweise auftretenden schweren Lastspitzen, etwa Walzwerke, Windemaschinen u. dgl., besonders dort, wo die angetriebene Maschine in ihrer Geschwindigkeit wechseln soll, während eine Antriebsmaschine von

ίο gleichbleibender Geschwindigkeit, z. B. ein elektrischer Synchronmotor, die Energiequelle bildet und ein gleichbleibendes Vollastdrehmoment oder ein verstellbares Vollastdrehmoment verlangt wird, das in vorbestimmter Abhängigkeit von der Belastung, der Geschwindigkeit oder einer anderen Funktion der angeschlossenen Maschine wechselt.

In all solchen Fällen, ausgenommen denjenigen, wo der von selbst gegebene Zusammenhang zwischen Belastung und Geschwindigkeit des Antriebsmotors richtig ist, muß man Vorsorge dafür treffen, daß das Schwungrad während der Belastungsspitze an Geschwindigkeit zu verlieren vermag, um seine aufgespeicherte Arbeit so weit abzugeben, daß eine möglichst gleichbleibende Belastung des Treibmotors aufrechterhalten wird. Umgekehrt muß die Schwungradgeschwindigkeit wachsen, wenn die Belastung unter einen vorbestimmten Betrag fällt, so daß das Schwungrad Arbeit zur Vorbereitung für die nächste Belastungsspitze aufspeichert. Man bat vorgeschlagen, die Belastung eines Treibmotors, der über ein Wechselgetriebe auf eine veränderlichen Belastungen unterworfene Maschine arbeitet, durch ein Schwungrad auszugleichen, das mit dem Treibmotor durch ein besonderes Geschwindigkeitswechselgetriebe gekuppelt ist, das beispielsweise ein hydraulisches Getriebe nach Williams-Janney sein kann, und das entsprechend der Belastung des Treibmotors gesteuert wird, z. B. vermöge eines elektrischen Drehmomentmessers.

Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß das Getriebe zum Ankuppeln des Schwungrades zusätzliche Verluste mit sich bringt; außerdem vermehrt ein besonderes Getriebe für das Schwungrad die Kosten, besonders da es bei den bekannten Anordnungen eine verhältnismäßig kostspielige Form eines Wechselgetriebes sein muß, die eine Energieübertragung in beiden Richtungen unabhängig von den Relativgeschwindigkeiten zwischen treibender und getriebener Welle gestattet.

Bei der vorliegenden Erfindung dagegen geschieht der Ausgleich der Belastung durch Verwendung einer wenig kostspieligen Kupplungsgattung, bei der die Verluste bei voller Geschwindigkeit so klein sind, daß sie vernachlässigt werden können.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, bei der Regelung einer Föttinger-Kupplung, die für Umsteuermaschinen verwendet wird, einen Drehmomentmesser zu verwenden, um anfangs ein rascheres und anschließend ein langsameres Auffüllen der Kupplung zu erzielen,

zum Zweck, eine Überlastung des Treibmotors zu verhindern. Diese Anordnung gestattet jedoch nicht, die Benutzung eines Motors von wesentlich gleichbleibender Geschwindigkeit zusammen mit einem Schwungrade, dessen Geschwindigkeit in solcher Weise wechselt, daß eine im wesentlichen gleichbleibende Belastung des Treibmotors aufrechterhalten wird.

ίο Demgegenüber kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß das Schwungrad mit der angetriebenen Welle fest verbunden ist, und daß dieser aus der angetriebenen Maschine und dem Schwungrad bestehende Satz durch eine regelbare Kupplung mit stetig veränderlichem Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis in Form einer hydraulischen Kupplung, vorzugsweise Föttingerscher Art, mit dem Motor gekuppelt ist, wobei die Kupplung dazu dient, den möglichen Schlupf derart zu regeln, daß der Wert des übertragenen Vollastdrehmoments im wesentlichen gleichbleibt öder entsprechend einer vorbestimmten Abhängigkeit, z. B. von der Belastung oder der Geschwindigkeit der angeschlossenen Maschine, wechselt.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht; es sind:

Abb. ι schematische Darstellung einer Kraftanlage gemäß der Erfindung,

Abb. 2 Textdarstellung zur Abb. 1 in größerem Maßstabe,

Abb. 3 und 4 schematische Darstellungen abgeänderter Ausführungsformen.

Ein Synchronmotor 1 (Abb. 1 und 2) mit einer Erregermaschine 2 ist durch eine Flüssigkeitskupplung 3 mit einem Schwungrade 4 und einem Leonard-Generator 5 verbunden. Dies ist die gewöhnliche Anwendungsform. Die hydraulische Kupplung weist ein Auslaßörgan 42 auf, das verstellbar sein kann.

Die Reglung ist in diesem Falle beispielsweise am Einlaß der Kupplung angeordnet; sie geschieht mittels eines Stellmotors 6 im Stromkreise eines Stromumformers 7, der seinerseits im Kreise des Hauptmotors 1 liegt (Abb. 2). Der Stellmotor 6 steht mit dem Hahn 8 im Einlaßrohr 9 in Verbindung, und zwar durch deri Arm 18 und die Stange 10, wobei eine Feder 11 den Hahn offen zu halten sucht. Eine Einrichtung 12 zum Verstellen der Spannung der Feder 11 ist vorgesehen.

Die Flüssigkeit wird von einem Standgefäß 13 aus mittels des Pumpensatzes 14 durch einen Kühler 15 und das Einlaßrohr 9 ' nach der Kupplung gefördert, während das Auslaßrohr 16 die Flüssigkeit in den Standbehälter 13 zurückführt. Der Pumpensatz 14 liefert die Flüssigkeit nach der Kupplung mit hinreichendem Druck, um den Arbeitsdruck, der von dem umlaufenden Flüssigkeitskörper innerhalb der Kupplung ausgeübt wird, zu überwinden. Die Leistungs- fähigkeit des Pumpensatzes 14 — vorzugsweise mit einer Schleuderpumpe, da sich der Hahn 8 auf der Einlaßseite befindet — überschreitet beträchtlich diejenige Größe, welche erforderlich wäre, um lediglich die Leckverluste zu decken, denn die Pumpe muß in der Lage sein, die Kupplung über den Ausgleich der Leckverluste hinaus aufzufüllen. Kühlwasser fließt durch den Kühler 15, an den hierfür die Rohre 17 angeschlossen sind. Der Kühler dient dazu, aus der Flüssigkeit die Wärme abzuführen, die in der Kupplung infolge des Schlupfs entsteht. .

Das dargestellte Verfahren, vermöge dessen die aus der Kupplung tretende und im Kupplungsgehäuse angesammelte Flüssigkeit nach einem Standbehälter· zurückkehrt, ist besonders dann geeignet, wenn öl oder eine andere wertvolle Flüssigkeit das Arbeitsmittel bildet. Wenn man will, kann die Kupplung auch von einem dar überliegenden Behälter aus mit Wasser gespeist werden, aber auch unmittelbar aus einer Wasserleitung. In diesem Falle kann die ausfließende Menge weggeschüttet werden, und es ist kein Kuhler erforderlich.

Der Stellmotor 6 kann eine Strom- und eine Spannungswicklung besitzen, die je durch einen Strom- und einen Spannungstransformator im Stromkreise des Haupt- motors gespeist werden und so angeordnet sind, daß sich bei Vergrößerung der Belastung der Stellmotor in Richtung des Pfeils der Abb. 2 bewegt, um den Schlupf der Kupplung zu erhöhen, und umgekehrt. Ebenso wirkt bei Abgabe von Energie vom Hauptmotor an das Netz der Stellmotor in umgekehrter Richtung, d. h, im Sinne einer Verminderung des Schlupfs durch Anfüllen der Kupplung.

Die Steuerung kann nach Bedarf auch an der Auslaßseite der Kupplung angeordnet und beispielsweise in Form eines Ringschiebers ausgebildet sein, der die Kupplung in der Nähe ihres größten Durchmessers umgibt und mit ihr umläuft. Der Ring vermag in'der Achsrichtung zu gleiten und deckt in der Schließstellung eine Reihe von Auslaßlöchern der umlaufenden Kupplung zu, während er in der Offenstellung die Löcher freigibt, so daß die Flüssigkeit infolge der Fliehkraft ausgeschleudert wird. Diese Anordnung ist auf der Zeichnung nicht dargestellt. Man kann behufs rascher Reglung die Steuerung auch durch Abschlußorgane bewirken, die miteinander gekuppelt sind und sowohl in den Einlaß- als auch in den Aus-

laßrohren sitzen, doch ist wegen ihrer Einfachheit diejenige mechanische Anordnung zu bevorzugen, bei welcher die Reglung in der dargestellten Weise am Einlaß stattfindet.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist, öl als Arbeitsmittel vorausgesetzt, folgende:

Läuft der Maschinensatz mit geringer Belastung, so· ist die Stromaufnahme des Motors ι klein, und es befindet sich also der Rotor des Stellmotors 6 in seiner Stellung für geringe Belastung, d. h. die Mittellinie des Armes i8 fällt auf die in Abb. 2 gestrichelt angedeutete linie a-a; der Einlaßhahn 8 steht weit offen, und die Kupplung 3 wird durch die Pumpe 14 vollgefüllt gehalten, so . daß der Schlupf praktisch aufhört.

Wächst nun die Belastung der getriebenen Maschine 5, so wird durch die hydraulische Kupplung mehr Energie übertragen, so daß der Schlupf um denjenigen unbedeutenden Betrag steigt, welcher bei gefüllter Kupplung überhaupt auftreten kann, nämlich etwa i¹^⁰/» b^ei voller Belastung.

Erreicht die Belastung des Treibmotors 1 die normale Vollast, für die der Schlupfregler eingestellt ist, so bewegt sich der Stellmotor 6 in der Pfeilrichtung entgegen der Wirkung der Feder 11 und schließt daher teilweise den Einlaßhahn 8. Nun wird bei richtiger Einstellung des Ganzen der Punkt erreicht, wo die vom Hahn 8 freigegebene Ouerschnittsfläche eine ölmenge durchläßt, die gerade genügt, um die Summe der Leckverluste (absichtlicher und sonstiger) der Kupplung auszugleichen; die Flüssigkeitsmenge in der Kupplung bleibt also beständig, d. h. die Kupplung ist vollauf gefüllt.

Eine weitere Steigerung der Belastung der getriebenen Maschine 5 und des Treibmotors ι bewirkt eine weitere Ablenkung des Rotors des Stellmotors 6 und eine fernere Verkleinerung des freien Hahnquerschnitts, so daß der ölzufluß gehemmt wird und die Kupplung sich zu leeren beginnt, da der ölausfluß eine wesentlich gleichbleibende Größe behält.

Infolge der teilweisen Entleerung der Kupplung wächst der Schlupf, mit dem Ergebnis, daß die Geschwindigkeit desSchwungrades 4 fällt, so daß es etwas von seiner aufgespeicherten Energie an die getriebene Maschine 5 abgibt. Zugleich sucht infolge des Anwachsens des Kupplungsschlupfs die Belastung des Treibmotors 1 zu fallen, mit dem Ergebnis, daß die Ablenkung des Rotors des Stellmotors 6 zurückgeht und der ölzufluß ansteigt, so daß die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Kupplung 3 leert, zurückgeht und die Belastung des Treibmotors 1 nahezu gleichbleibt.

Eine weitere Erhöhung der Belastung bringt von neuem den Stellmotor zur Ablenkung und vermehrt den Schlupf, so daß das Schwungrad weitere aufgespeicherte Energie abgeben kann, während das durch die Kupplung übertragene Drehmoment vermöge der Überwachung des ölflusses durch den Stellmotor mehr oder weniger seine Größe behält.

Eine Abnahme der Belastung der getriebenen Maschine 5 führt zu einer Beschleunigung des Schwungrades 4, da das durch die Kupplung zugeleitete Drehmoment aufrechterhalten wird; nun bringt jedoch die erhöhte Schwungradgeschwindigkeit, d. h. der verminderte Schlupf, augenblicksweise eine Minderung der Belastung des Treibmotors 1 mit sich, mit dem Ergebnis, daß der Stellmotor sofort wieder die ölzufuhr vermehrt, um die Belastung des Treibmotors 1 aufrechtzuerhalten, während der Schlupf abnimmt und das Schwungrad 4 in seiner Beschleunigung fortfährt, bis die volle Geschwindigkeit erreicht und die Kupplung gefüllt ist. Sodann fällt die Belastung des Treibmotors 1, und der Stellmotor 6 kehrt in seine Stellung für geringe Belastung zurück.

Wird unter gewissen Bedingungen, beispielsweise wenn eine Last unter Rücklieferung von Strom mit einer nach Leonard betriebenen Windemaschine gesenkt wird, Energie von der getriebenen Maschine zurückgeliefert, so ergibt sich eine Beschleunigung des Schwungrades, und bei Erreichung der vollen Geschwindigkeit ist die Kupplung, wie oben dargelegt, gefüllt. Eine weitere Erhöhung der Schwungradgeschwindigkeit läßt zurückgewonnene Energie über die Kupplung nach dem Treibmotor gelangen, so daß dieser als Generator wirkt und Energie an das Netz abgibt. Angenommen, der Stellmotor habe zwei Wicklungen, eine Strom- und eine Spannungswicklung, wie oben dargelegt, oder er sei mit anderen Vorrichtungen versehen, die seine Auslenkung aus der normalen Stellung im Falle der Energieumkehr verhindern, so bleibt die Kupplung gefüllt, und die Schwungradgeschwindigkeit kann sich nicht um mehr als ein paar Prozent über die normale Geschwindigkeit erheben, da der Überschuß an rückläufiger Energie an das Netz abgegeben wird.

Abb. 3 und 4 zeigen gewisse abgeänderte Anordnungen des hydraulischen Schlupfreglers. Abb. 3 zeigt eine Anordnung, die für ein nur in einer Richtung arbeitendes Walzwerk geeignet ist, unter Antrieb durch einen Motor ι von gleichbleibender Geschwindigkeit, wobei ein Schwungrad 4 auf der rasch laufenden Welle vorgesehen ist, um die Spitzenbelastungen aufzunehmen und wobei das Walzwerk von der langsam laufenden

Welle 2i über ein Getriebe 22 hinweg angetrieben wird.

Abb. 4 zeigt eine Anordnung, bei der ein Antrieb mit wechselnder Geschwindigkeit von einer mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Energiequelle aus erfolgen soll. Dargestellt ist eine Förderanlage, bei der die Seilscheibe 26 von einer Turbine 27 über ein Übersetzungsgetriebe 28 angetrieben wird. An .die Welle ist durch eine hydraulische Kupplung 3 eine Maschine von der Art eines Leonard-Generators 5 mit einem Schwungrad 4 für veränderliche Geschwindigkeit angeschlossen.

*5 In diesem Falle ist die Kraftmaschine nicht elektrisch, so daß man keinen elektrischen Stellmotor verwenden kann. Daher geschieht die Beeinflussung des Schlupfs durch einen mechanischen Regler 29. Der mechanische Regler 29 besteht aus einer Wellman-Bibby-Kupplung oder einer sonstigen nachgiebigen Kupplung; für die Steuerung wird dabei von der Winkelablenkung zwischen der treibenden Hälfte und der getriebenen Hälfte der Kupplung Gebrauch gemacht; die Ablenkung findet beim Übertragen von Energie statt.

Die Reglung der Flüssigkeitsmenge und des Schlupfs, die man mit dem mechanischen Stellgetriebe erreicht, ist dabei ähnlich derjenigen durch den elektrischen Stellmotor.

Nach Abb. 1, 2 und 4 ist die Feder 11 für Jas Abschlußorgan in jedem Beispiel mit einer Stellvorrichtung 12 versehen, durch die man die Belastungseinstellung des Schlupfreglers verändern kann.

Es leuchtet ein, daß ein Merkmal der Erfindung in der Übertragung eines gleichbleibenden Vollastdrehmoments besteht, was gleichbedeutend mit der Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Belastung des Treibmotors ist. Der Betrag dieses Drehmoments wird nach Bedarf durch ' die Federeinstellvorrichtung 12 festgelegt. Die Einstellung kann auch durch andere Mittel geschehen, z. B. durch Änderung des Widerstandes in dem Rotorstromkreise des Stellmotors, oder indem man den Einlaßhahn mit einer beweglichen gelochten Muffe umgibt, so daß eine Bewegung der Muffe die Größe der Öffnung bei gegebener Stellung des Hahns und des Reglertriebs verändert. Diese Anordnung ist zeichnerisch nicht dargestellt.

Unter gewissen Verhältnissen, z. B. beim Antrieb eines Kompressors, ist es erwünscht, daß sich das Drehmoment mit der Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Zusammenhange ändert. Man sieht, daß sich dies leicht erreichen läßt, indem man die Stellvorrichtung, z. B. Schraube, Widerstand, gelochte Muffe usw., mit einem von der Geschwindigkeit, dem Druck oder der sonst gewählten Funktion der angeschlossenen Maschine abhängigen Element verbindet.

Dies ist auf der Zeichnung nicht darge- 6g stellt, weil sehr viele verschiedene Anordnungen möglich sind; wünscht man eine Veränderung des Drehmoments mit der Geschwindigkeit, so kann man an die Stellvorrichtung einen Fliehkraftregler anschließen.

Ähnlich kann man, wenn sich das Drehmoment mit dem Druck ändern soll, einen unter Federwirkung stehenden Kolben in einem Zylinder mit der Stellvorrichtung verbinden oder auch die Feder durch Zylinder und Kolben ersetzen, die unmittelbar unter dem Einfluß des wechselnden Flüssigkeitsdrucks stehen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Kraftübertragungsanlage zum Ausgleichen von Antriebskraft und Belastung für Arbeitsmaschinen, bestehend aus einem Motor, einer Kupplung, einem Schwungrad und einer angetriebenen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad mit der angetriebenen Welle fest verbunden ist, und daß dieser aus der angetriebenen Maschine und dem Schwungrad bestehende Satz durch eine regelbare go Kupplung mit stetig veränderlichem Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis in Form einer hydraulischen Kupplung, vorzugsweiseFöttingerscherArt, mit demMotor gekuppelt ist, wobei dieKupplung dazu dient, den möglichen Schlupf derart zu regeln, daß der Wert des übertragenen Vollastdrehmoments im wesentlichen gleichbleibt oder entsprechend einer vorbestimmten Abhängigkeit, z. B. von der Belastung oder der Geschwindigkeit der angeschlossenen Maschine, wechselt.
2. 2. Kraftübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das "Übersetzungsverhältnis der Kupplung durch einen elektrischen Stellmotor geregelt wird, der in Abhängigkeit von der Belastung des Treibmotors Strom erhält.
3. 3. Kraftübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Über-Setzungsverhältnis der Kupplung mechanisch in Abhängigkeit von dem übertragenen Drehmoment, z. B. durch einen Torsionsdynamometer, geregelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen