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Aus einem Elektromotor und einer Fliehkraftkupplung bestehende Antriebsgruppe
-Die Erfindung bezweckt, eine aus einem Elektromotor, insbesondere einem Induktionsmotor,
und einerFliehkraftkupplung bestehendeAntrieb.sgruppe so auszubilden, @daß sie für
kraftaufnehmende Maschinen von großem Trägheitsmoment vorteilhaft geeignet ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, Üaß @die Kupplung dieser Antriebsgruppe
unter Verwendung eines pulverförmigen: Übertragungskörpers- so ;auis:gestattet und
(der Elektromotor derart bemessen wird, daß die Kupplung das durch sie vom Motor
aus auf die anzutreitbenrde Maschine übertragene Anzugsmoment auf durch die jeweilige
Motordroohzahl'be@dingte gegebene Höchstwerte beschränkt und das vom Motor entwiekelte@,
mit dessen Drehzahl zunehmende Anzugsmoment zunächst (das normale Wirderstandsmomient
der anzutreibenden Maschine unterschreitet und bei .der Drehzahl, die einem dem
Wiiders.tandsmomentdieser Maschine gleichkommenden Höc stwert des von,der Kupplung
übertragbaren - Anzugsmoments - entspricht, diesen Höchstwert überschreitet.
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Die bei der Antriebsgruppe nach-,der Erfindung vorgesehene Fliehkraftpulverkuppl:ung
besteht vorzugsweise aus zwei Reihen kreisrunder gleichachsiger, mit Abstand paralleler
Scheiben, von denen die eine mit dem Läufer des elektrischen Motors und die andere
mit ider Ansehluißwelle für die anzutreirbende Marschine fest verbunidien ist; und
aus
einem die Scherben umgebenden, mit d er einen Scheibenreihe umlaufenden Gehäiuse
sowie aus einem zwischen den Scheiben in Idas Gehäuse eingeführten kraftübertragenden
Zwischenkörper raus pulverförmigem Stoff, wie z. B. Graphit, Talk oder einem anderen,
die erforderlichen Schmier- und Wärme- sowie Kupplungselgenschaften Stoff. Das von
dieser Fliehkraftpulverkupplung vom Motor aus auf die anzutreibende Maschine übertragbare
Anzugsmoment wird auf einen dem Quadrat der jeweiligen Drehzahl des. Motors- proportionalen
Höchstwert beschränkt.
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Unterschreitet bei einer gegebenen Drehzahl dies vom Motor entwickelte
Antriebsmoment ' den Höchstwert, den idie Kupplung ,beidieser Drehzahl zu übertragen
imstande ist, so verhält sich idie erfindungsgemäß angewendete Fliehkraftpulverknpplung
wie irgendeine -starre cader federnde Kuppl#ung, d. h. sie überträgt das Drehmoment
des Motors, ohne d!aßdabei ein Gleiten mit,den dadurch bedingten Energieverlusten
zwischen den gekuppelten Wellen stattfrnfdet. Überschreitet dagegen das Antriebsmoment
des: Motors das bei ider N5 -
treffenden Drehzahl von der Kupplung als Höchstwert
übertragbare Moment,dann tritt zwischen den beiden Wellen ein entsprechendes Gleiten
ein. Darüber hinaus führt der Motor, da unter @diesen Verhältnissen; ein Gleichgewichtszustand
zwischen treibender und angetriebener Maschine nicht mehr vorhanden ist, eine beschleunigte
Bewegung aus, durch. die seine Drehzahl gesteigert wird. Diese Drehzahlsteigerung
bedingt jedoch. zugleich eine Steigerung des höchsten von der Kupplung übertragbaren
Moments, das schließlich dem Antriebsmoment gleichkommt.
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In dem Augenblick, wo dies ,geschieht, ist die Drehzahl der angetriebenen
Wellte im allgemeinen kleiner als die Geschwindigkeit der Antriebswelle, d. h. es
findet ein Gleiten der Kupplung statt, und das übertragbare Drehmomenrantriebsmoment
ist dem Widerstandsmoment der angetriebenen Maschine überlegen. Deshalb ergebt sich
in der Folge zwar ein Gleichgrewichtiszu@staind bei der Antriebsmaschine, aber nicht
beiderangetriebenen Maschine, die daher ihren Gang ibeschleunigt, um auf idie Drehzahl
ider antreibenden Welle zu kommen. Das Gleiten setzt bei Erreichen dieserDrehzahl
,aus, die während __ dieser Phase unverändert bleibt. Ist einmal das Gleiten beseitigt,
so beschleunigen die antreibende und die angetriebene Maschine zusammen ihren Gang
und nehmen gleichzeitig jene Drehzahl an, bei der zwischen Antriebs- und Widergtandsmoment
Gleichgewicht :unabhängig von rdem Vorhandensein, ,der Fliehkraftkupplun:g herrscht,
deren Verhalten jetzt der Wirkungsweise einer beliebigen starren oder federnden
Kupplung gleich ist. Die Fliehkraftkupplumg kann somit nur gelegentlich, d. h. wenn
Gleiten von Vorteil ist, zum Gleiten kommen.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine erfindungsgemäß ausgebildete Antriebsigruppe
sowohl in ihrer Wirkungsweise wie auch in baulichen Ausführungsbeispielen. Fig.
i läßt im Kurvenbild die, die Abhängigkeit von der Motordrehzahl wiedergebenden
Linien für den Ankerstrom und !das Anzuggsmoment eines normalen Drehstromiasynohronniotors
mit Kurzschlußanker und:das. konstant gedachte Widerstandsmoment der anzutreibenden
Maschine sowie für das höchste, seitens der Fli@ehkraftk .upplung übertragbare Moment
erkennen. Für diesen Asynchronmotor und diese Kupplung zeigt Fig. 2 unter den in
Fig. i für die Drehmomente angenommenen Verhältnissen den zeitlichen Verlauf ,des
Anlaßvonganges-. Fig. 3, q. und 5 veranschaulichen im schematischen Längsschnitt
drei Ausführungsformen einer nach ider Erfindung aus seiner Fliehkraftpulverkupplung
und einem elektrischen Motor bestehenden_ Antriebsgruppe.
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Im Kurvenbild .der Fig. i stellt idie Linie Ml das Antriebsmoment
eines Drehstromasymchronmotors mit KurzseJhlußanlceer in Abhängigkeit von der Drehzahl
der, während idie Gerade M2 (das. von (der Drehzahl unabhängiiggedachte Widerstandsmoment
einer anzutreibenden Maschine wiedergibt. Die Kurve 12 zeugt in Abhängigkeit von
der Drehzahl den Strom in den Ankerwicklungen und die Linie Mg,das höchste, durch
;die Fliehkraftkupplung bei der jeweiligen Motordrehzahl imAugenblick-des Glieitens
bzw. des Gleitbeginns übertragbare Moment. Punkt A -entspricht normalen ' Betriebsverhältnssen,
bei denen zwischen Antriebs- und Widerstandsmoment Gleichgewicht herrscht. Für den
angenommenen Wert des Widerstandsmoments ist ein Anlassen ides Motors ohne Fliehkraftkupplung
unmöglich, da das Anzugsmoment bei ruhendem Motor, wie Fig. z zeigt, d. h. im Punkt
B der Kurve M1 kleiner als das. Widerstandsmoment l112 ist. Weiterhin ist aus Fig.
i ersichtlich., @daß :der Strom 12 in den Ankerwicklungen- dem Strom IA unter normalen
Betriebsverhältnissen bei weitem überlegen ist.
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Nach der Erfinfdumg sind idie beeiden zur Z,u sammenanbeit beim Aid@aßvorgang
bestimmten Teile, nämlich der aufs Läufer und Ständer bestehende elektrische Motor
und @die vorzugsweise idurch zwei gleichachsige Scheibenreihen mit d em Motorläufer
bzw. .der Anschlußwelle für die anzutreibende Maschine verbundene :und= einen kraftübertragenden
pulverförmigen Zwischenkörper zwischen Iden Scheiben @aufwei:sende Flnehkraftkupplung
so aus-_geführt, daß die charakteristischen Eigenschaften :des einen idurch jene
dies anderen Teiles streng bedingt sind, d. h. d aß die Kupplungsabmessungen in
engstem Zusammenhang mit den kennzeichnenden Merkmalen (des elektrischen Teiles
Idos. Motors stehen, der (dabei je@dbch erfindungsgemäß eine Funktion zu erfüllen
hat, die von der Wirkungsweise eines normalen elektrischen. Motors stark abweicht.
Das seitens des Motors zu entwickelnde Ruhemoment -soll nur größer als das zur Überwindung
der Trägheit umfd,der Anfangsreibung ides Läufers erforderliche Moment sein, indem
bei Ruhelage und bei geringer Geschwindigkeit vom Motor aus kein Drehmoment auf
@die anzutretende Welle übertragen wenden soll. Es kann dann idie Läuferwicklung
.des Motors, auch bei Hochleitung, aus einer Ku.rzschluß- bzw. einer Käfigwicklung
mit
minimalem Läuferwiderstand bestehen, wodurch sich eine Besserung
des Wi,rkungsgradieis und des Leistungsfaktors des Motors erzielen läßt.
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Diese charakteristischen Eigenschaften des Motors entsprechen naturgemäß
nicht dem Aufdhdaui eines normalen elektrischen Motors, und @die Anwendungsmöglichkeiten
dieser für die Erfindung kennzeichnenden Ausführung sind für einen Motor üblioher
Art nur theoretisch. Der elektrische Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Motors
stimmt daher nicht mit dem elektrischen Teil einfies normalen Motorfis überein,
vielmehr ruß ihm eine Berechnung und Ausarbeitung unterlegt werden, die auf den
charakteristischen Eigenschaften lies durch die Fldiebkraftkupplung ge@gebenenkinetischen
Teiles beruht, der seinerseits wiederum im Zusammenhang mit dem Motor selbst steht.
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Das Verhalten (des Motors. nach rder Erfiedundg ist durch die Linnen
lU g und M1 in Fig. i veranschau;-licbt. Der Anlaßvorgang erscheint dabei
ohne weiteres gesichert und verläuft in der Zeit nach den in Fig. 2 wiedergegebenen
Kurven, welche @die Abhängi.gkeit der Drehzahl' :n von der Zeit t darstellen. Anfangs
werden gemäß der Kurve n1 der Fig. 2 nur der Motor und der mit ihm verbundene Teil
der Fliehkraftkupplung in Bewegung gesetzt. Wenn die Drehzahl den Odem Punkt C in
Fig. i entsprechenden Wert n, erreicht hat, wird auch (die anzutreibende Maschine
nach der Kurve n2 rder Fig. 2 in Bewegung gesetzt, während der Motor seinen beschleunigten
Gang ungestört fortsetzt, in @dessen. Verlauf die Drehzahl eich asymptotisch dem
zu dem Punkt D der Fiig. i gehörigen Wert nD nähert. Der Motor wartet also gewissermaßen,
nachdem er die Drehzahl nD angenommen hat, rdaß die anzutreibende Maschine auf dieselbe
Drehzahl kommt, wonach er mit dieser zusammen die Geschwindigkeit beschileunigt
und gemäß der Kurve n" -I- n2,der Fig. 2 die dem Punkt A (der Fidg. i entsprechende
Drehzahl nA .und damit (die stationären, Betriebsbedingungen des Antriebs erreicht.
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Wenn auch der in Fig. i zum Punkt B, d. h. zu dem ruhenden Motor gehörige
Strom I2 viel größer als der für den Punkt A, d. h. die stationären Laufbedingunge:n,
gültige Stromwert IA ist, so erlangt jedoch der Motor auf Grund (des Vorhandenseins
oder Fliehkraftkupplung, ,deren Drehmoment anfangs ziemlich klein ist, und infolge
des Umstandes, xiaß die Trägheit der angetriebenen Maschine zuerst nicht wirksam
ist, in ganz kurzer Zeit (vgl. Kurve n1 in Fig. 2) eine höhere Drehzahl, der ein
schwächerer Strom entspricht, sowie bei der außerdem eine vorteilhafte Kühlung gesichert
ist. Steigt nun aber der Anilaßstrom trotz der gegebenen günstigen Bedingungen auf
einen (die Sicherheit des Speisenetzes gefährdenden oder sonst unzulässig hohen
Wert, was bei Hochlei(stungsmotoren nicht selten der Fall ist, so mudß @diese Stromstärker
durch Herabsetzung rder den Ständer speisenden Spannung beschränkt werden. In @diesem
Fall kann man eine weitere wesentliche Verminderung des Anfangsmoments wahrnehmen.
Dessenungeachtet gestattet die Anwendung einer Fliehkraftkupplung, die bei Ruhelage
ein Drehmoment 'gleich Null gemäß der Linie Mg in Fig, i überträgt, einen von der
Art des anzutreibenden Kraftaufnehmers vollkommen unabhängigen Anlaßvorgang zu erzielen.
Auf @diese Weise kann der einfache, wirtschaftliche, sichere Asynchronmotor mit
Kurzsch:lußdanker durch -die Anordnung und Mitwidrkung einer Flichkdraftkupplung
nach der Erfindung eine allgemein vorteilhafte Anwendung finden.
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Bei den drei in Fig. 3, q. und 5 beispielsweise wiedergegebenen Ausführungsformen
von erfinddungsge-mäß mit einer Fliehkraftpulverkupplung vereinigten elektrischen
Motoren isst .innerhalb des Ständers A oder Läufer B drehbar angeordnet
und zwischen; diesem und der zum Ansohliuß der .anzutreübenden Maschine ddienenden
Welle D (die Fliehkraftkupplung C eingebaut. Nach Fig. 3 besteht :die Kupplung C
aus einem Gehäuse io, das mit dein einen Ende dies Läufers B fest verbunden ist
und- in seinem Innern eine oder mehrere kreisrunde, von seiner Wandung ausgehende
und mit Abstand; parallele Scheiben 12, enthält, zwischen denen auf oder sie frei
@durohquerendken Welle D weitere zueinander parallele Scheiben 14. unter Einllialtung
von Zwischenräumen aufgekeidlt sind. Zwischen rden gegeneinander drehbaren Scheiben
ist ein in Fig. 3 nicht (dardgestellter pulverförmiger Zwischenkörper z. B. aus,
Graphit, Talk oder einem ähnlichen Stoff vorgesehen, der (das Drehmoment vorn Läufer
B auf die Welle D unter der Einwirkung der Fliehkraft beim Betrieb
des Motors. überträgt. Der Läufer B ist @an dem oder Kupplung iabgekehrten Ende
mit eignem Wellenstumpf r6 versehen, .der in einem am Ständer A befestigten Lagerschild
geführt ist, während das Kupplungsgehäuse io ,und Idas nut ihm verbundene Läuferende
mittels Lagerbüchdsen an (der Welle D drehbar abgestützt sind', die ihrerseits in
einem vom Ständer A ausgehenden: Laarnerscbilrd umläuft und über dieses hinausragt.
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Der in Rig. q. dargestellte elektrische Motor weicht von der Ausführungsform
nach Fidg. 3 .dadurch ab, daß ddie Welle D den Läufer B raxidal @durchquert
und an beiden Eiiden je in einem mit dem Ständer A verbundenen Lager.schiIdgeführtÜt
unddie aus (den Scheiben i2Q, iq.a und dem Gehäuse ioa sowie einem pulverförmigen
Zwischenkörper bestehende Fliehkraftkuppl:ung C sich an der von dem vorstehenden
Ende: der Welle D abgewendeten Seite des Läufers B
befindet. Fig. 5
bringt eine Weüterbidldung der Bauart nach Fig. q., die darin besteht, (ddaß (die
Fliehkraftkuppl.ung C innerhalb dies. von der Welle D durchsetzten Läufers B angeordnet
isst, indem ,das an beiden Endgen (drehbar auf der Welle D abgestützte Kuppldundgsigehäüse
Job, das die- teils mit ihm und telLs, mit der Welle D verbundenen, Scheiben J2b
und iqP und des nicht dargestellten pulverförmigen Zwischenkörpers umschließt, auf
seiner zylindrischen Umfläche den Läufer B trägt.
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Die Erfindung ist nicht nur bei As.ynchronmotoren, sondern auch bei
anderen elektrischen Motoren., z. B. bei, G1eiehstrom- oder bei Kollektorwechselstrommotoren,
mit Vorteil verwendbar, in-
,dem es stets idu.rch eine erfindungsgemäß
erfolgende Vereinigung und Ausbilidunb von Motor und( Flieh kraftkupplung gelingt,
@dive Steuerung -des Anlaßwiderstandes und (diesen selbst sowie ,auch die zugehörigen
elektrischen Ausrüstungen wesentlich zu vereinfachen und den ganzen Anlaßvorgang
zu erleichtern. Diese Vorzüge sind sowohl für den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen
im ,allgemeinen wie auch im .besonderen für Straßen- und Eisenbahnbetrieb außerordentlich
wertvoll, wo (die An-1@reniclung von Kaskadenelektromotoren mit Reihenschlußerregungoder
vonEinphasenkollekto.rmotoren beimAnlassen ziemlich umständliche Einrichtungen verlangt,
(die nach der Erfindung teilweise erübrigt und größtenteils vereinfacht werden können.