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Elektrodynamisches Getriebe Die Erfindung- betrifft einelektrodynamisches
Getriebe, das aus einem mit je einem umlaufenden induzierenden und induzierten System
versehenen Getriebebeil. sowie aus einem zweiten Getriebeteil mit nur einem umlaufenden
System besteht, das von dem auf der gleichen Welle sitzenden induzierten System
des ersten Getriebebeiles mit Wechselstrom gespeist wird. Solche Getriebe sind bekannt.
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Gegenüber den bekannten Getrieben besteht die Erfindung darin, daß
das umlaufende System des zweiten Getriebebeiles als Einankerumformer ausgebildet
und der Ständer des zweiten Getriebeteiles mit Gleichstrom erregt ist. Ferner kann
eine an sich bekannte Vorrichtung zum Umschalten der Stromrichtung zwischen den
beiden induzierten Teilen angeordnet sein. Diese kann auf der die beiden induzierten
Teile tragenden Welle angeordnet sein. Wenn die Wicklung des induzierten Teiles
des ersten Getriebebeiles in Stern geschaltet ist, dann ist es zweckmäßig, ,einen
Schalter zum öffnen des Sternpunktes vorzusehen. Schließlich kann die induzierende
Wicklung des ersten Getriebeteiles der eines mit einem Kollektor versehenen Einankerumformers
entsprechen und mit Wechselstromanschlüssen versehen sein, die zur Aufnahme und
Weiterleitung des Stromes mit den Schleifbürsten des Kollektors verbunden sein können.
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Die Vorteile, die sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Getriebes
ergeben, sollen nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert werden, auf der ,ein
Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen Abb.
z die =Schaltung des Getriebes, Abb. z einen schematischen Längsschnitt durch das
Getriebe.
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Die antreibende We11eM ist mit dem um-Laufenden Ständer A verbunden,
-der innen mit Polen versehen ist, die von dem durch die Wicklung a geleiteten Gleichstrom
erregt werden. Im Innern des Ständers A und in Verbindung mit der angetriebenen
Welle M ist der Läufer B angeordnet, der dem Läufer eines Wechselstromgenerators
ähnelt und mit einer Stern- oder Vieleckwicklung b (Abt. t ) versehen ist. Der Läufer
B kann zusammen mit dem Ständer A: einen Krafterzeuger bilden, der den zugeführten
elektrischen Strom in mechanische Kraft umwandelt.
Mit der angetriebenen
Welle N ist :ein zweiter Läufer C verbunden, der mit einer Wicklung versehen ist,
wie sie bei Gleicht,strommaschinen oder bei Umformern -zu,
einander getrennter Anschlüsse 9 versehen deren Zahl der Zahl der Phasen der Wicklung
b entspricht. Die Polzahl der Wicklung c des Läufers C kann gleich oder verschieden
von der der Wicklung
b des Läufers
B
sein. Das Verhältnis zwischen
zwei solchen Polzahlen bestimmt das Übersetzungsverhältnis, wenn das Getriebe als
Kupplung arbeitet. Dieses Verhältnis kann, wie später erklärt wird, mit geeigneten
Mitteln mit Rücksicht auf die Verschiedenheiten verändert werden, die hinsichtlich
des Übertragungsverhältnisses ,gewünscht werden.
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Außerhalb des Läufers C ist ein ortsfester Ständer D angeordnet, der
mittels der Erregerwicklung d durch Gleichstrom erregt wird. Der Getriebeteil, der
aus dem Ständer D und der Wicklung d besteht, bildet zusammen mit dem Läufer
C den Motor, der die Schlupfkraft ausnutzt. Die Polzahl des Läufers C entspricht
der Polzahl des Ständers D.
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Auf der angetriebenen Welle N ist :eine Vorrichtung z zum Umschalten
der Stromrichtung angeordnet, die die Enden der Wicklungen b und c in verschiedener
Weise zu verbinden gestattet und de die Verwendung des Getriebes als Kupplung, als
Kupplung und Generator und als Motor ermöglicht.
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Zur Betätigung des Getriebes als Kupplung und Generator ist es notwendig,
daß die beiden mehrphasigen Wicklungen b und c in der Weise verbunden werden, daß
ihre Stromrichtungen entgegengesetzt sind, so daß, wenn der mehrphasige dadurch
gebildete Stromkreis durch ausgeglichene Ströme durchflossen wird, die Drehfelder,
die durch diese Ströme innerhalb der beiden Läufer gebildet werden, diesen :entsprechende
entgegengesetzte Drehrichtungen haben.
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Im Falle der Benutzung des Getriebes als Motor müssen die Verbindungen
dagegen so verändert werden können, daß die Stromrichtungen der beiden Wicklungen
die gleichen sind, wenn man nicht vorzieht, die beiden-Wicklungen vollständig voneinander
zu trennen. In diesem Falle wird nämlich, wenn das Getriebe als Motor.arbeitet,
die Wicklung b des Läufers B unwirksam, und es ist dann der Motor CD wirksam.
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Sowohl bei der Verwendung des Getriebes als Motor als auch als Gleichstromgenerator
gleiten auf denn Kollektor i ein oder mehrere Bürstenpaare .i, die entweder mit
der Gleichstromquelle oder mit der Vorrichtung verbunden sind, die :den Gleichstrom
ausnutzt. Bei der Verwendung des Getriebes in Unterseebooten sind beispielsweise
die Bürsten .l
werden können, um in diesem Falle die Umwandlungsstro:mverluste auszuschalten.
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Bei der beispielsweise dargestellten Ausführungsform des elektrodynamischen
Getriebes ist die angetriebene Welle N-5 in zwei Lagern 6 und 7 gelagert, die von
einem ortsfesten Gehäuse 3 getragen werden, das auch dien Ständer D umgibt. Das
Lager 7 ist zwischen den beiden Läufern B und C angeordnet, die von der gleichen
Welle N getragen werden, so daß der Läufer C wie bei einem gewöhnlichen Motor zwischen
den Lagern 6 und 7 angeordnet ist, während der Läufer B fliegend angeordnet ist.
Über das Lager 6 hinaus ist die Welle 5 durch :eine Welle zur Nutzbarmachung der
Kraft verlängert. Die beiden Wellen sind durch eine Kupplung verbunden.
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Der Ständer A ist fliegend auf der treibenden Welle M angeordnet,
und der Erregungsstrom wird ihm durch Schleifringe $ zugeführt. Im Lager 7 weist
die Welle N eine Verstärkung und einen Kranz parallel zur Achse verlaufender Bohrungen
oder Rinnen zur Aufnähme der Leitungen auf, die die Wicklungen b und c des Getriebes
verbinden.
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Die Umschaltvorrichtung z, die in Abb. z nur angedeutet ist, kann
an der :einen oder anderen Seite des Lagers 7 angeordnet sein. In einer solchen
Umschaltvorrichtung sind die Kontaktmesser radial auf einem ring' förmigen, auf
der Welle N-5 angeordneten Block angebracht, wobei die Umschaltvorrichtung durch
übliche Mittel, die auch bei den bekannten Kurzschlußeinrichtungen in Induktionsmotoren
verwendet werden, axial verschoben werden kann, während eine Drehung um die Welle
nicht möglich ist.
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Die Kontaktmesser sind voneinander isoliert, dagegen sind sie mittels
Schleifkontakten oder durch biegsame Verbindungen mit den Enden einer der Wicklungen
verbunden. Die verschiedenen Bündel der Enden der Wicklung c, die den verschiedenen
Wandlu@ngsmöglichkeiteii entsprechen, ' führen zti entsprechenden, gegenüber der
Welle 5 festen Kontaktgruppen, die .einer gleichen Anzahl von senkrecht auf der
Welle 5 angeordneten Flächen angepa,ßt sind.
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Durch die verschiedenen axialen Verschiebungen. der Umschaltvorrichtung
können unterschiedliche Schaltungen erreicht werden. In dem Schaltschema der Abb.
i ist die Umschaltvorrichtung so dargestellt, daß sie
durch Verschiebung
-von üben nach unten betätigt wird.
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Im einzelnen sind die verschiedenem Möglichkeiten des Betriebes des
elektro-. dynamischen Getriebes folgende, woraus sich gleichzeitig seine Vorteile
ergeben: I. Betrieb des Getriebes nur als Kupplung Unter synchronisierten Bedingungen
nimmt die angetriebene Welle N eine solche Geschwindigkeit an, daß ihre .relativen
Geschwindigkeiten in bezug auf die treibende Welle A1 und- den festen Ständer D;
von der Richtung abgesehen, im umgekehrten Verhältnis der Polzahlen stehen. Das
Übersetzungsverhältnis ist daher völlig durch das Verhältnis dieser Polzahlen bestimmt.
II. Betrieb des Getriebes als Kupplung und Generator Unter den :erwähnten synchronisierten
Bedingungen wird das Magnetfeld, das .auf die Wicklung c einwirkt, ortsfest im Raum.
Auchdas System der elektromotorischen Kräfte und Ströme in solch einem Läufer C
wird deshalb' im Raum ortsfest sein. Folglich wird der durch die Schleifbürsten
geschlossene Stromkreis vom Gleichstrom durchflossen. III. Betrieb des Getriebes
nur als Generator Dieser Betrieb kann als ein Fall-des vorhergenannten Betriebes
betrachtet werden, wenn man annimmt, daß das vorn der angetriebenen Welle aufgenommene
Widerstandsmoment gleich Null ist. Zu diesem Zwecke ist eine mechanische, nicht
dargestellte Ausrückvorrichtung zwischen dem Tei1 5 der angetriebenen Welle und
der anschließenden Welle zur Nutzbarmachung der Kraft angeordnet. Bei Verwendung
in Unterseeboio-ten ist die anschließende Welle beispielsweise die Welle der Schraube.
IV. Betrieb des Getriebes als Motor In diesem Falle muß die Umschaltvorrichtung
z so betätigt werden, daß der Stromverlauf in den beiden Stromkreisen b und c die
gleiche Richtung hat oder auch in der Weise, daß die beiden Stromkreise getrennt
sind. Im letzteren Falle wird nur der Motor CD arbeiten, und zwar genau so wie ein
Gleichstrommotor. Im ersteren Falle wird dagegen die Arbeitsweise verwickelter sein,
insofern, als die Einheit CD gleichzeitig als ' Gleichstrommotor und als
Umformer arbeitet, während die Einheit AB als Synchronmotor arbeitet. Um diese Art
des Betriebes zu erreichen, ist .es jedoch notwendig, daß die beiden Wicklungen
b und c die gleiche Polzahl haben; die gleiche Polzahl kann jedoch auch erreicht
werden, wenn, wie im Falle der Benutzung des Getriebes als Kupplung, die Polzahl
verschieden ist, und zwar durch Vornahme einer geeigneten Veränderung in der Zahl
der Pole. In diesem Falle ist es ferner notwendig, die treibende Welle durch eine
geeignete, auf der Zeichnung nicht dargestellte Anhaltevorrichtung zu hemmen.
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Abweichungen in der Ausführungsform des Getriebes sind beispielsweise
folgende: Die angetriebene Welle N-5 kann aus zwei Teilen bestehen. Der eine Teil,
der den Läufer C trägt, ist in zwei Lagern in einem Gehäuse .ähnlich wie bei einem
gewöhnlichen.
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otor gelagert, während der andere Teil, der den Läufer B trägt, hohl
ist und sich der einer in ihn hineinreichenden Fortsetzung der antreibenden Welle
M dreht. Diese beiden Teile der Welle können mittels einer nicht starren Verbindung
miteinander verbunden sein. Eine solche Anordnung ist vor allem dazu ,geeignet,
Zentrierschwierigkeitenzu beheben und damit den Luftspalt möglichst klein zu halten.
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Es 'können ferner weitere Schaltteile vorgesehen sein, um die Polzahl
der einen oder beider Wicklungen b und c der Ständer zu ändern, um Änderungen des
Übersetzungsverhältnisses des als Kupplung arbeitenden Getriebes zu ermöglichen.
Solche Mittel können auch angeordnet sein, um die übertragungsrichtung zu ändern.
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Wenn man beim Betrieb des Getriebes als Motor die Wicklung b nicht
braucht und andererseits beim Betrieb des Getriebes als Kupplung nur ein einziges
Übersetzungsverhältnis erforderlich ist, kann an Stelle der Umschaltvorrichtung
z im Sternpunkt der Wicklung b ein Kurzschlußschalter angeordnet werden, wie er
beispielsweise bei Induktionsmotoren verwendet wird und durch den es möglich ist,
den Stern zu verbinden oder zu öffnen, indem man die anderen Enden der Wicklung
in ständiger Verbindung mitden entsprechenden Enden der Wicklung c b@eläßt.
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Der Ständer D kann mit Hilfswicklungen versehen sein, die den Strom
vom Kollektor i ableiten, so. daß die Einheit CD, als Wechselstrommotor arbeitet
hinsichtlich der unständigen Bewegungszustände und des Rückwärtslaufes. .
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Man kann ,auch den Ständer ,außer mit der Wicklung zur Gleichstromerregung
mit einer
. der bekannten Anlaufvorrichtungen versehen, wie .sie
zum Anlauf des Läufers von selbstsynchronisierenden Motoren verwendet werden.