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Maschinensatz Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die die
Möglichkeit bietet, das Drehmoment einer Maschine in Abhängigkeit von dem Drehmoment
einer oder mehrerer anderer mit der ersten kraftschlüssig gekuppelten Maschine zu
steuern.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Änderung des
Drehmoments an einer Maschine, die sich fortlaufend in dem Kräftespiel gegenüber
der bz.w. den anderen mit der ersten kraftschlüssig gekuppelten Maschine äußert,
in Abhängigkeit von den Kennlinien der gekuppelten Maschinen steht und sich u. a.
in der Kupplung auswirkt, die diese Maschinen kraftschlüssig miteinander verbindet.
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Auf Grund dieser Erkenntnis schlägt der Erfinder vor, daß bei einem
Maschinensatz, der aus mindestens zwei Maschinen besteht, zwischen die ein als kraftschlüssige
Kupplung dienendes Umlaufgetriebe eingeschaltet ist, die von dem Umlaufgetriebe.
aufgenommenen Drehmomentschwankungen durch ihre zwischen den Getriebegliedern ausgelösten
Relativbewegungen zur Steuerung des Drehmoments der zu regelnden Maschine in. -Abhängigkeit
vom Drehmoment der anderen Maschine bzw. Maschinen benutzt werden:
Dabei
kann die neue Vorrichtung derart ausgebildet sein. daß das Umlaufgetriebe mit einem
Regler in Bewegungszusammenhang steht, der auf die zwischen den aufeinander abzustimmenden
-Maschinen jeweils eintretenden Drehmomentschwankungen anspricht und in Abhängigkeit
davon ein das Drehmoment der zu regelnden -Maschine beeinflussendes Organ steuert.
Oder es kann das Umlaufgetriebe zwecks Steuerung des Drehmoments der zu regelnden
-Maschine auf Grund einer Drehmomentschwanhung irgendeiner Maschine durch Drehzahländerung
auf die drehzahlabhängigen Drehmomente anderer -Maschinen wirken.
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Darüber hinaus können außer dem durch das Umlaufgetriebe gebildeten
Regler zusätzlich ein oder mehrere an sich bekannte Regler auf eine oder mehrere
der Maschinen zwecks Regelung der Geschwindigkeit o. dgl. einwirken. -Es ist zwar
bereits eine Vorrichtung bekannt. bei der ein Differentialgetriebe ztv ischen eine
zu steuernde Kraftmaschine und eine steuernde Hilfsmaschine konstanter Umdrehungszahl
.eingeschaltet ist. Diese bekannte Vorrichtung dient jedoch nur dazu, ein bestimmtes
Geschwindigkeitsverhältnis zwischen diesen beiden Maschinen aufrechtzuerhalten.
Zu diesem Zweck ist auch bei ihr das Differentialgetriebe lediglich drehzahlempfindlich
ausgebildet. Es bildet aber keine kraftschlüssige Kupplung zwischen den beiden -Maschinen
und ist deshalb auch nicht in der Lage, die Wirkung der Erfindung zu erreichen,
also Drehmomente zwischen diesen auszugleichen oder als Steuerungsimpuls zu benutzen.
Dies kommt bei dieser Vorrichtung auch schon deshalb nicht in Frage, weil bei ihr
beide -Maschinen selbst angetrieben sind und keine Liraft aufeinander zu übertragen
haben.
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Es ist ferner ein .Maschinensatz bekanntgeworden, bei dem Druckunterschiede,
die in einer zwischen eine antreibende und eine angetriebene -Maschine eingesetzten
Übertragungsvorrichtung auftreten, ausgenutzt werden, um bei Drehmomentschwankungen
der angetriebenen -Maschine eine Regelung des Drehmoments der antreibenden -Maschine
zu erreichen.
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Als Übertragungsvorrichtung ist bei dieser bekannten Einrichtung zwischen
den beiden kraftschlüssig miteinander verbundenen Maschinen eine nachgiebige, unter
der Wirkung einer Feder stehende Kupplung vorgesehen. Diese unterscheidet sich jedoch
von einem Umlaufgetriebe grundsätzlich nach Aufbau und Wirkungsweise. So ist, im
Gegensatz zum Umlaufgetriebe, z_. B. die Bahn der Relativbewegung ihrer beiden Kupplungshälften
als Schraube ausgebildet, auch liegen dic beiden Kupplungshälften gleitend aneinander
so daß ihre Relativbewegung auf dieser Balir gleitend erfolgt, weiterhin ist die
Länge dieser Bahn stark begrenzt.
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Daraus ergeben sich für die Wirkungsweise dieser Vorrichtung, insbesondere
liirisichtlich der von ihr zu erfüllenden Aufgabe. schwerwiegende -Nachteile. In
erster Linie verschiebt sich die Wirkungsebene der angreifenden Umfangskräfte im
Betrieb der Kupplung axial, wodurch schädliche Gleitwiderstände auftreten, die die
Regelgenauigkeit ungünstig beeinflussen. Darin muß die Umfangskraft eine Axialkraft
überwinden, wodurch die Störkraft vergrößert wird. =außerdem ist eine unbegrenzt
stetige Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungshälften nicht möglich und dementsprechend
das Anwendungsgebiet der bekannten Vorrichtung außerordentlich eingeschränkt. Schließlich
kennt die bekannte Kupplung nur die Übersetzung i : i, regelt zum anderen nur in
Abhängigkeit von einer Federcharakteristik und ist auch lediglich zum Steuern eines
zweiseitigen Maschinensatzes geeignet.
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Alle diese -Nachteile treten beim Erfindungsgegenstand nicht auf.
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In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt.
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Gemäß den Abb. i und 2 seien 13 die Achse des Abtriebes mit dem Planetenrad
12. io und i i die Antriebsräder, so dal'ä die Zahndrücke bei io gleich denen bei
i i sind, alle drei Zahnräder aber gleichsinnig mit gleicher Winkelgeschwindigkeit
um ihre gemeinsame Achse o drehen, das Planetenrad 12 also normal keine Drehung
um seine Achse 13 macht. Eilt nun z. B. das Rad io dein R ade i i vor, oder umgekehrt,
so läßt sich ein Bewegungsvorgang des Reglers ableiten, nämlich bei kleinem @t'inkel
der Relativbewegung aus der Relativbewegung der Räder io und i i gegeneinander oder
der Relativlsewegung der Räder io und ri. gegen Rad 12 und bei großem Winkel der
Relativbewegung. z. B. bei mehreren Umdrehungen des Rades io oder 12 aus der Relativbewegung
des Rades 12 um seine Achse 13 gegenüber der Strecke 13-o.
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In den Abb. i bis .i sind zwei Ausführungsmöglichkeiten der Umwandlung
der Relativbewegung in eine zur Getriebeachse hin und her gehende angedeutet.
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In den Abb. i und 2 ist i.i ein Hebel, der mit dem Antriebsrad io
fest verbunden ist; i_3 ist ein Winkelhebel. fest verbunden mit dem Antriebsrad
i i. Er greift einerseits in den Hebel -a, andererseits in die Verschiebemuffe
16,
die zum Regelorgan der Antriebsmaschinen führt. Ein Vor- oder Rückgang der Räder
iö oder ii gegeneinander setzt sich über den Hebel 14 und Winkelhebel 15 in eine
entsprechende Bewegung der Verschiebemuffe 16 um. Durch besondere Ausbildung des
Hebels 14, z. B. gerade oder gekrümmte Form, ist es möglich, den Regler in jedem
gewünschten Sinne zu beeinflussen.
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In den Abb. 3 und q wird derselbe Zweck dadurch erreicht, daß am Antriebsrad
io ein Arm 2o befestigt ist, der in der Ebene senkrecht zur Antriebsachse eine schräge
Führungsfläche für die Leitrollen 22 des Übertragungshebels 21 hat. Dieser Übertragungshebel
21 ist gelenkig am Antriebsrad i i befestigt. Verdreht sich nun das Rad io gegenüber
dem Rad i i, so bestimmt die Kurvenform des Armes 2o den Ausschlag des Übertragungshebels
21 und damit der Verschiebemuffe 16, in die der Übertragungshebel 21 mit seinem
anderen Ende eingreift.
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Abb. 4 zeigt in ihrem rechten Teil gestrichelt die Übertragung von
Bewegungsänderungen des Planetenrades i2 auf einen Regler 23. Steht Rad i2 gegenüber
seiner Achse i3 still, so gibt die Drehzahl des Abtriebes 13 um den Getriebemittelpunkt
o die Mittellage des Reglers 23 für diesen Gleichgewichtszustand an. Einem Voreilen
des Rades io entspricht in der Wirkung auf den Regler. ein Nacheilen des Rades i
i und umgekehrt. Eilt Rad io vor, so vergrößert sich der Reglerausschlag. Ein Voreilen
von Rad i i bedingt eine Verkleinerung unter die Mittelstellung, dadurch können
die beiden Antriebe beeinflußt werden.
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Es lassen sich die Antriebe (bzw. Abtriebe im umgekehrten Fall) mit
diesen Relativbewegungen ebenso auf elektrischem Wege steuern. Es wird damit natürlich
nur das Übertragungsmittel geändert.
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Eine Anwendung des stufenlosen Drehzahlüberganges zu Reglungszwecken
bieten folgende Beispiele: In Abb. 5 arbeitet ein Zahnradmotor 30 . mit seiner Abgasturbine
31 über ein Umlaufgetriebe 32 auf dessen Abtrieb 33 von veränderlichem Drehmoment.
Der Druck vor dem Zahnradmotor sei konstant. Das Drehmoment des Zahnradmotors ist
abhängig von der Druckdifferenz p1 p2, das der Turbine vom Überdruck p2 und der
Anzahl und Öffnungen der Düsen. In der dargestellten Schaltung der Maschinen müssen
wieder die Zahndrücke des Zahnradmotors 30 und der Abgasturbine 31 gleich
sein. Erhöht sich nun z. B. das Drehmoment des Abtriebes 33, so müssen im gleichen
Verhältnis die Drehmomente der beiden Antriebsmaschinen wachsen, was zunächst einen
Rückgang der Drehzahl des Zahnradmotors und infolge Veränderung des Druckes p2 auch
ein Absinken der Abgasturbinendrehzahl zur Folge hat. Infolge der nun höheren Druckdifferenzen
p1 p2 wächst aber die Umlaufzahl des Zahnradmotors und damit seine Abgasmenge, die
wieder auf die Turbine drehzahlerhöhend wirkt, bis der neue Gleichgewichtsstand
erreicht ist.
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In Abb. 6 ist durch 36 eine Brennkraftmaschine dargestellt, die von
einem Gebläse 37 mit Luft oder Gas versorgt wird und die auf einen Abtrieb
38 über ein Umlaufgetriebe 39 wirkt. Für diese Anordnung sind die Verhältnisse dadurch
günstig, daß beim Wachsen des Abtriebsmoments sich im gleichen Verhältnis- das Antriebsmoment
für das Gebläse 37 erhöht. Die Gebläsedrehzahl steigt so lange, bis der dem neuen
Antriebsmoment entsprechende Widerstand erreicht ist. Im . selben Verhältnis geht
die Drehzahl des Abtriebes 38 zurück. Es wird also auf einfache Weise die Förderung
des Gebläses 37 der Motorleistung angepaßt.
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Für besondere Anforderungen, z. B. gleichbleibende Drehzahl des Abtriebes
38 oder des Motors 36 können durch entsprechende Regler, z. B. Drehzahlregler, außer
Luft auch noch der Brennstoff oder die Abtriebsbedingungen beeinflußt werden. Das
gilt insbesondere für den Leerlauf bei abgekuppeltem Abtrieb 38, da hier die Gebläsewirküng
aufhören würde und z. B. bei Dieselmotoren sich der nötige Kompressionsdruck unter
Umständen nicht einstellen könnte. Durch Einschalten von Bremsen elektrischer, hydraulischer
usw. Art in den Abtrieb bis zu seiner Blockierung oder Umschaltung des Gebläses
37 vom Umlaufgetriebe 39 auf die Brennkraftmaschine 36 läßt sich neben anderen Abhilfe
schaffen. Es kann z. B. das Gebläse 37 durch ein Gestänge 40 mit der Brennkraftmasehine
36 in Bewegungszusammenhang gebracht werden, falls der Abtrieb 38 abgeschaltet wird.
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Gemäß Abb. 7 arbeitet eine Brennkraftmaschine 45 mit einer Abgasturbine
46 auf den Abtrieb 48. Letzterer steht mit der Kraftmaschine 45 und der Abgasturbine
46 durch ein Umlaufgetriebe 49 in Verbindung. Die Abgasturbine 46 ist mit einem
Gebläse 47 direkt gekuppelt. Es wird `also die Gebläseleistung von der Gasturbine
gedeckt. Die Anordnung ist wieder so gewählt, daß eine Änderung des Abtriebsmoments
sich auf beide Antriebsmomente gleichmäßig verteilt.
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Bedeutet z. B. 48 den Propeller eines Flugzeuges für den Höhenflug,
der also in wechselnd dichter Luft arbeiten muß, so würde die Anlage bei bekannter
Kupplung der Maschinen 45 bis 47 mit dem Propeller 48
über einen
gewöhnlichen Zahntrieb in allen Höhenlagen nicht voll ausgenutzt sein. Ist der Maschinensatz
für den Höhenflug entworfen, so arbeiten die Einzelmaschinen in tieferen Lagen ungünstig
und beim Entwurf für die tieferen Lagen läßt die Leistung beim Hochflug nach.
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Dieser Machteil soll durch eine Anordnung gemäß Abb. 7 vermieden «-erden.
Dazu muh die Brennkraftmaschine 45 in allen Höhen bei voller Drehzahl auch das Drehmoment
voll behalten, d.li. bei gleichem Brennstoffverbrauch muß das Gebläse 47 in allen
Lagen gleiche Luftgewichte fördern und der Gegendruck an der Brennkraftmaschine45
ebenfalls gleich sein. ,Z un ist bei gleichbleibender Drehzahl die Leistung am Propeller
48 und Gebläse 47 der Höhenlage, der die Luftdichte entspricht, umgekehrt verhältnisgleich,
während an der Turbine 46 mit wachsender Höbe auch die Leistung zunimmt, da infolge
gleicher Leistung am 1lotOr 45 auch gleiche Abgasmengen einen gleichen Treibgasdruck
vor der Turbine .I6 erzeugen, während der Gegendruck am Austritt nachläßt. Dieser
Leistungsunterschied zwischen Arbeits- und Kraftmaschine wirkt sich in einer Drehzahlerhöhung
der Maschinen 46, _.7 und 48 aus, wodurch die Luftmenge für die Brennkraftmaschine
4.5 gesichert bleibt. Für die Abgasturbine 46 ist natürlich auch eine zusätzliche
Regelung, z. B. ähnlich der in Abb. 4, möglich.
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Die --#,bb.8 zeigt zwei Maschinen 51 und 52, von denen die erste an
ein Gebläse 5o angeschlossen ist. Die Maschinen 5o, 51 und 5Z sind über zwei Umlaufgetriebe
54, 55 mit dem Abtrieb, z. B. einer Arbeitsmaschine 53, verbunden.
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Es lassen sich natürlich je nach der Aufgabe noch mehr Maschinen zusammensetzen,
ebenso wie man je nach den Arbeitsverhältnissen für die Einzelmaschinen eine andere
Gruppierung wählen kann.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist natürlich auch auf reine
Strömungsmaschinen, z. B. Dampf- und Wasserturbinen, Pumpen usw., möglich.