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Regelbares elektrodynamisches Getriebe Die Erfindung bezieht sich
auf ein regelbares elektrodynamisches Getriebe. Es ist bekannt,' für diesen Zweck
drei konzentrisch angeordnete und relativ zueinander drehbare Elemente zu benutzen,
die Träger von induzierenden und induzierten Wicklungen sind. Diese bekannten Getriebe
haben den Nachbeil, daß der Wirkungsgrad verhältnismäßig niedrig ist, weil.eineUmsetzung-der
mechanischen Energie in elektrische Energie und eine nochmalige Umsetzung der elektrischen
Energie wieder in mechanische Energie erfolgen muß. Außerdem liegen die Grenzen,
zwischen denen die üibersetzungsverhältnissegeregelt werden können, verhältnismäßig
eng, z. B. kann ein Getriebe, das für ein Übersetzungsverhältnis von r : 3 gebaut
ist, nicht .in einem anderen Übersetzungsverhältnis oberhalb oder unterhalb mit
dem gleichen Wirkungsgrad arbeiten, sondern bei einem wesentlichen Abweichen von
dem dem Getriebe eigenen Übers.etzungsverh4iltnis wird der Wirkungsgrad derart schlecht,
daß das Getriebe nicht mehr verwendbar ist.
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Es kann auch der Fall eintreten, daß beim Abweichen von dem bestimmten
übersetzungsverhältnis die Wicklungen des elektrischen Getriebes so stark erwärmt
werden, daß ,eine Zerstörung eintritt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, wahlweise drehbare Bürstensätze
bei elektrischen Maschinen der oben beschriebenen Art zu verwenden. Diese drehbaren
Bürstensätze hatten allein den Zweck, eine bestimmte Feldlage im Anker relativ zum
Feldmagneten festzulegen, um beispielsweise die Drehzahl der Maschine innerhalb
geringer Grenzen zu verändern oder um die Funkenbildung herabzusetzen oder ,auch
um die Drehrichtung der Maschine zu wechseln.
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Es sind Regelungseinrichtungen für elektrische Antriebsvorrichtungen,
insbesondere Motorfahrzeuge, bekannt, bei denen mit der Leistung die Drehzahl fällt
bzw. steigt.
Wenn bei diesen Vorrichtungen das Drehmom.ent verkleinert
wird, sinkt entsprechend der Wirkungsgrad. Diese Einrichtungen sind Brems- oder
Drosselanordnungen, aber nicht Drehmomentenwandler.
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Es ist ferner nicht neu, durch eine Veränderung der Polzahl einer
elektrischen 'Maschine eine Veränderung der Frequenz zu bewirken, die dann in einem
Induktionsmotor eine Veränderung der Umlaufzahl hervorruft, wodurch eine Beeinflussung
der Leistung erfolgt. Unbedingt erforderlich ist aber bei dieser bekannten Einrichtung
eine besondere Umschaltung.
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Der Zweck vorliegender Erfindung ist, ein Getriebe zu schaffen, welches
mit gleich hohem Wirkungsgrad bei allen Übersetzungsverhältnissen, die in der Praxis
vorkommen, arbeitet, ohne daß eine besondere Umschaltung notwendig ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Zwecke,
den Anker wahlweise mehrpolig zu gestalten, mehrere nebeneinanderliegende Bürsten
vorgesehen sind, von denen jede frei in der Umfangsrichtung verstellbar ist, um
die Anzahl und Lage der Stromspeisestellen auf dem Kollektor der drehbaren Elemente
zu bestimmen.
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Das mittlere als Doppelringanker ausgebildete Element des Getriebes
hat zwei Kollektoren. Die Wicklung auf dem Doppelringanker ist wellenförmig geführt
und durch die beiden Bürstensätze der Kollektoren geschlossen. Das innere und äußere
drehbare Element ist mit dem Antrieb bzw. Abtrieb gekuppelt. Der Doppelringanker
kann sich vollkommen frei zwischen dem äußeren und inneren Element drehen. Der eine
Bürstensatz des einen am Doppelringanker sitzenden Kollektors läuft mit dem äußeren
Element mit. Außerdem ist dabei dieser Bürstensatz wahlweise mit dein äußeren Element
kuppelbar. Der andere Bürstensatz für den zweiten Kollektor ist in der gleichen
Weise mit dem inneren Element kuppelbar. Diese Kupplung der beiden Bürstensätze
kann durch ein Zahnrad- oder Reibradgetriebe erfolgen, um eine -zwangsläufige Regelung
herbeizuführen. Es ist z. B. möglich, das Drehzahlverhältnis zwischen einem der
Bürstensätze und .einem der Kollektoren wahlweise einzustellen.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise schematisch dargestellt,
und -zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Getriebes.
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Fig. a ist die schaubildliche Darstellung eines Teiles des Ringankers,
wobei die Wicklung schematisch eingezeichnet ist.
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Fig. 3 ist die Stirnansicht des Ringankers mit zwei scheibenförmigen,
konzentrisch ineinanderliegenden Kollektoren, wobei die verstellbaren Einzelbürsten
schematisch veranschaulicht sind.
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In der Fig. i ist mit i die angetriebene Welle bezeichnet, die durch
den Kupplungsflansch 2 an eine Kraftmaschine, z. B. an eine Brennkraftmaschine angeschlossen
ist. Auf der Welle i sitzt fest das Element 3, welches beim Ausführungsbeispiel
einen Feldmagneten darstellt. Die Wicklung 4i,eses Feldmagneten ist mit d. bezeichnet.
Frei drehbar auf der Welle i, wie schematisch dargestellt, durch die Kugellager
5 gestützt, ist das Abtriebselement 6 mit dem Abtriebsflansch ; angeordnet. Das
Element 6 trägt die Wicklung B. Zwischen den beiden Elementen 3, 4 und 6, 8 lagert
frei drehbar, durch Kugellager 9 abgestützt, der Doppelringanker io. In diesem Ringanker
sitzen zwei Kollektoren i i und 12. Diese beiden Kollektoren sind scheibenartig
und konzentrisch ineinander angeordnet. Auf dem Kollektor i i schleifen die Bürsten
12" der Bürstenbrücke 13, während mit dem Kollektor 12 die Bürsten 14 der Bürstenbrücke
15 zusammenarbeiten. Die Bürstenbrücke 13 trägt an ihrem freien Ende ein verstellbares
Reibrad 16, das mit einer konischen Reibfläche 17 in Eingriff kommt, die an der
Verlängerung 18 des Elementes 6, 8 angeordnet ist, um das Drehzahlverhältnis zwischen
Eleinent S und Bürstenbrücke 13 einstellen zu können. In ähnlicher Weise wird die
Bürstenbrücke 15 mit den Bürsten 14 von der Welle i über die einstellbare Kupplung
i9 in Umdrehung versetzt. An die Stelle dieser Konuskupplung kann auch ein Reibradgetriebe
o. dgl. treten. Es ist auch möglich, ein Zahnradgetriebe mit einem festen #Cbersetzungsverhältnis
.einzubauen.
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Die Fig.3 zeigt schematisch die Anordnung der Bürsten auf der Bürstenbrücke
zu ihren Scheibenkollektoren. Die Bürsten 12a können in Richtung des Doppelpfeiles
P v erschwenkt «-erden. Die gleiche Verschwenkung ist bei den Bürsten 14 in Richtung
des Doppelpfeile: möglich. Es ist möglich, die Bürsten polteilunigsmäßig auseinanderztischieben,
u n dadurch wahlweise die Anzahl der Stro:inspeisepunkte zu bestimmen. Wenn z. B.
die Bürsten 1.4 .auf einer Radiuslinie liegen, dann wirken sie als eine einzige
Bürste. Wird eine Bürste in Richtung des Umfanges verschoben, dann sind zwei Stromspeisepunkte
vorhanden. Wird nun auch die dritte Bürste versclicben, wie Fig.3 darstellt, dann
sind drei Stromspeisepunkte vorhanden. Durch die Verschiebung der Bürsten wird der
Anker in-ehrpolig.
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Die Wellenwicklung des Ringankers io ist in der Fig. 2 schematisch
veranschaulicht. Diese Wicklung des Ringankers, und -zwar im Zusammenhang mit dem
ihr zugehörigen Kol-
Lektor, ist so angeordnet, daß aabwechselnd
auf dem Außenmantel und Innenmantel des Ringes Teilpole verschiedener oder gleicher
Polarität entstehen, wobei diese Teilpole, bedingt durch dieWicklung, unterschiedlich
wirken. Es können alle bekannten Wicklungsmethoden zur Anwendung kommen, die sich
für den erstrebten Zweck eignen.
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Die einzelnen Wicklungsstäbe sind mit a, b, c, d, e, f, g und
h bezeichnet. Diese Stäbe bilden die erste Welle der Wicklung. Diese Stäbe sind
an den Kol.lektorlamellen des äußeren Kollektors i i angeschlossen. Die zweite Welle
setzt sich aus den Stäben i, k, 1, »i, ia, o, p usw. zusammen
und ist mit dem Kolle@lctor 12 verbunden. Die Fig. 2 ,gibt somit schematisch ein
Ausführungsbeispiel der -,vellenförmigen Wicklung -an. Die wellenförmige Führunig
der Wicklung kann selbstverständlich auch in anderer Weise .erfolgen.
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Die Elemente 8 und q. sind derart aufgebaut, daß sie zu den anderen
Wicklungen des Ringankers passen, d. h. die beiden Elemente erhalten glockenankerähnliche
Wicklungen, die .allgemein wellenförmig durchgeführt sind. Es ist auch -möglich,
die oben beschriebenen Wicklungen der drei Elemente durch eine Erregerstromquelle
zu speisen und die sich damit infolge der Anordnung der beweglichen Bürstenbrücken
;mit verstellbaren Bürsten ergebenden Drehfelder zu regeln.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:
Angenommen, die Welle i wird vom Antriebsmotor in Umdrehung versetzt, so wird auch
gleichzeitig das Wicklungselement .l gegenüber den noch in Ruhe befindlichen Wicklungselementen
io und 8 gedreht. Da bekanntlich durch die Bewegung von Wicklungselementen zueinander
Ströme in Stromkreisen induziert werden, welche über die Kollektoren 11, 12 und
über die dazugehöri-. gen Bürsten und das äußere Element 8 geschlossen sind, so
bewirkt die damit erzeugte elektramotorische Kraft eine Verdrehung dieser relativ
zueinander angeordneten Wicklungsträger, vorausgesetzt, daß # die Bürstenbrücke
15 durch die Kupplung ig fest mit der Welle i verbunden ist, d. h. sich mit dieser
Welle dreht. Ferner ist die Bürstenbrücke 13 finit den Bürsten i i durch die Kupplung
16 mit dem Wicklungselement 8 verbunden. Mit der Drehzahl der Welle i wächst die
elektroinotorische Kraft der sich induzierenden Teile und bewirkt die Mitnähme des
Abtriebselementes 6, 7, B.
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Wird jetzt die Kupplung ig, der Bürstenbrücke 15 ausgerückt und somit
die Bürstenbrücke 15 zum Stillstand gebracht, dann erfolgt keine Induzierung der
Leiter des Wicklungselementes 4 gegenüber deni=-Wicklungselement io in dem Luftspalt
2o. Dieses bewirkt aber gleichzeitig, daß das Wicklungselement 8 auf dem Teil 6,
7 ebenfalls uninduziert bleibt, weil kein Strom mehr in der gesamten Anordnung fließt.
Dieser Zustand ist Leerlauf. Wird jetzt die Kupplung ig langsam eingerückt, dann
beginnt die Bürstenbrücke 15 sich .mit den Bürsten 14 zu drehen. Die Leiter des
Wicklungselementes 4. werden nun elektrisch wirksam unter dem Wicklungselement 10
im Luftspalt 20. Es beginnt in der gesamten Anordnung .ein Strom zu fließen, ,der
auch gleichzeitig eine Wirkung in dem Luftspalt 21 zwischen den Wicklungselementen
B und io hervorruft. Es besteht jetzt die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Bürstenbrücke15
durch Betätigung derKupplung ig zu regeln und schließlich bis zur Umlaufgeschwindigkeit
der Welle i zu steigern. Mit der Erhöhung der Geschwindigkeit der Bürstenbrücke
15 wächst auch .die elektrische Kraft. In diesem Augenblick wirkt die gesamte Anordnung
ähnlich einer elastischen Kupplung.
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Angenommen, der Abtrieb 6, 7, 8 wird durch äußere Beeinflussung gehemmt,
so wird sich das Wicklungselement 8 gegenüber dein Wicklungselement io relativ schneller
bewegen, somit wird in dem Luftspalt 21 eine größere elektrische Liraft wirksam.
Aus dieser wird .auch ein größerer Strom resultieren und durch die Wicklung fließen,
der auch gleichzeitig in dem Wicklungselement 4. und io im Luftspalt Ho eine größere
Kraftwirkung ausübt. Unabhängig von der Hemmung des Abtriebsteiles 6, 7, 8 kann
nun dieser Abtrieb 7 durch die Regelung des Reibungsantriebes 16 und durch die Bürstenbrücke
13 mit den Bürsten 12u wahlweise geregelt werden, tun eine zwangsläufige übersetzung
einzustellen.
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Es ist auch möglich, die Einstellung des Reibradantriebes i6 zwangsläufig
von der Welle i aus zu bewirken.
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Die Bürstenverstellung ist angeordnet, uni den Ringalil@er me11rpolig
einzustellen, damit größere Drehmomente durch das Getriebe geleitet werden können.
Es ist somit möglich, das Getriebe für verschiedene Leistungen und Anforderungen
bei gleich hohem Wirkungsgrad zu benutzen.
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Es ist auch möglich, die oben beschriebene Anordnung .als Motor zu
benutzen, d. h_ von einer äußeren nuelte Strom zuzuführen.