DE139112C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Das im folgenden beschriebene Verfahren beruht darauf, daß man die zwischen den Achsen zweier Kraftmaschinen auftretenden Geschwindigkeitsdifferenzen dazu benutzt, um den Zufluß des krafttragenden Mediums der einen Maschine derart zu beeinflussen, daß dieselbe nicht nur in ihrer Umlaufszahl mit der ersten übereinstimmt, sondern auch, daß der Kurbelwinkel zwischen den beiden Maschinen gleichbleibend erhalten wird. Durch diese letztere Eigenschaft wird das Verfahren besonders wertvoll für den Parallelbetrieb von Wechselstrom- und Drehstromdynamos, die mit ihren Kraftmaschinen (speziell Dampf- oder Gasmotoren) gekuppelt sind. Bei diesem Betriebe kommt es bekanntlich darauf an, daß der Kurbelwinkel der Kraftmaschinen genau aufrecht erhalten bleibt, damit die Phasen der Dynamos übereinstimmen. Durch die bisher angewendeten unabhängigen Schwungkugelregulatoren der einzelnen Kraftmaschinen konnte eine solche Übereinstimmung nicht erzielt werden. Sie wurde vielmehr nur durch die elektrische Kupplung selbst erwirkt, indem bei einer eintretenden Phasenverschiebung zwischen den beiden Dynamos Ausgleichströme auftraten, welche bremsend auf die voreilende und beschleunigend auf die zurückbleibende Maschine einwirkten. Die durch diese Ausgleichströme bedingten Stromverluste werden bei dem neuen Verfahren vermieden, bezw. auf ein sehr kleines Maß herabgemindert, indem beim Voreilen oder Zurückbleiben der einen Maschine durch Einwirkung auf ihr Kraftzuführungsorgan ein Zurückkehren in die synchrone Stellung bewirkt wird, und zwar so schnell, daß die größte durch das vorliegende Verfahren zugelassene Veränderung des Kurbelwinkels kleiner ist, als diejenige, bei welcher die elektrische Kupplung zur Wirkung kommen würde. Es wird dadurch dem Strom die Arbeit des Zusammenhaltens der Maschinen abgenommen und ein nahezu vollständiger Kurbelsynchronismus aufrecht erhalten.

Dadurch werden die innerhalb eines Arbeitsspieles der Maschine durch die wechselnde Tangentialkraft bedingten Geschwindigkeitsänderungen in ihrer störenden Wirkung auf das Zusammenarbeiten der Maschinen aufgehoben, da die Beschleunigungen und Verzögerungen immer zu gleichen Zeiten auftreten.

Auf beiliegender Zeichnung zeigen Fig. 1 bis 4 eine Ausführungsform des Verfahrens mittels mechanischer, Fig. 5 bis 7 eine solche mit elektrischer Übertragung.

In der Ausführungsform (Fig. 1 und 2) gelangt ein Wechselgetriebe zur Anwendung, welches derart zwischen die Motorwellen eingeschaltet ist, daß die Achse des Zwischenrades bei gleicher Geschwindigkeit beider Maschinen stillsteht, beim Voreilen oder Zurückbleiben der einen jedoch bewegt wird und dann auf die Steuerung dieser Maschinen einwirkt.

Durch jede der beiden Maschinen wird ein Kegelrad angetrieben, und zwar so, daß sich diese beiden Räder in entgegengesetzter Rieh-

tung drehen. In diese beiden Kegelräder greift ein drittes Kegelrad (Zwischenrad) ein, dessen Achse mit dem Steuerorgan der zu regelnden Maschine in Verbindung steht und in relativer Ruhe verbleiben wird, solange die Maschinen gleich große Tourenzahl haben. Läuft nun die eine oder andere der beiden Kraftmaschinen und damit auch das von dieser angetriebene Kegelrad mit größerer oder geringerer Umlaufszahl als die andere, so wird sich das Zwischenrad auf dem Kegelrade derjenigen Maschine abrollen, deren Bewegung die langsamere ist. Die Achse des Zwischenrades wird also eine Bewegung in einer Vertikalebene ausführen, wodurch das Steuerorgan der einen (zu regelnden) Maschine derart beeinflußt wird, daß es, je nachdem die Maschine zurückblieb oder voreilte, den Zufluß des krafttragenden Mediums vermehrt oder vermindert, bis die zu regelnde Maschine wieder die Umlaufszahl der anderen (regelnden) Maschine erreicht hat. Statt des einen, diese Regulierung bewirkenden Zwischenrades können auch mehrere solcher Kegelräder angewendet werden.

In der schematischen Zeichnung (Fig. 1 und 2) werde Rad e auf Welle α von der Kurbelachse der einen Maschine A in dem einen Sinne, Rad h auf Welle a¹ von der Kurbelachse der Maschine A' in dem anderen Sinne gedreht, und zwar so, daß die Umlaufszahlen der Räder e und /2 denen ihrer Antriebskurbelachsen gleich sind. Rad i ist das auf die Steuerung von A wirkende Zwischenrad.
Soweit enthält die Anordnung nichts Neues.

Während aber bei der bisher bekannten Einrichtung lediglich gleiche Umlaufszahl beider Motoren ohne Rücksicht auf die relative Kurbelstellung erstrebt wurde, erzielt die vorliegende Neuerung Kurbelsynchronismus.

Wie dieser Zweck erreicht wird, geht aus der folgenden Erläuterung hervor.

Nehmen wir an, es handelt sich um die Zusammenschaltung von Viertaktgasmotoren, deren Perioden erst nach zwei vollen Umdrehungen wiederkehren. Hat man dann beim Zusammenbauen der Vorrichtung darauf geachtet, daß bei der gleichen Kurbelstellung und bei der gleichen Periode des Viertaktes die Achse i vertikal nach oben steht, so nimmt sie bei synchroner Stellung der Kurbel diese Lage immer wieder ein und gibt bei nicht synchroner Stellung ein Maß für den Winkel zwischen den beiden Kurbeln, indem dieser gleich dem doppelten Winkel ist, welchen die Achse mit der Vertikalen bildet.

Um nun den Gang der zu regelnden Maschine A mit demjenigen der unabhängigen Maschine A' in Einklang zu bringen, muß die Achse i durch geeignete Übertragungsmittel, in diesem Falle Hebel η", das Regulierorgan 0 der Maschine A verstellen. In Fig. 1 ist angenommen, daß vollkommener Synchronismus herrscht, und daß die Gasnockenhülse ihre Mittelstellung — entsprechend mittlerer Belastung der Maschine A — einnimmt. Wenn nun infolge abnehmender Belastung die Maschine A voreilt, so daß im Verlaufe eines Arbeitsspieles die Achse i in die abgelenkte Lage der Fig. 3 anlangt, so wird infolge Verstellung der Hülse ο beim nächsten Arbeitshube eine bestimmte geringere Füllung gegeben , dadurch wird sich die Umlaufszahl der Maschine auf ein bestimmtes Maß verlangsamen. Beträgt diese Verlangsamung soviel, daß bei der neuen Hülsenstellung die Maschine A wieder die Umlaufzsahl von A' erreicht hat, so wird bei dieser Stellung der Organe (Fig. 3) ein Beharrungszustand eintreten; im anderen Falle wird bei weiterem Voreilen von A eine weitere Verminderung und bei Zurückbleiben von A eine Vermehrung der Zufuhr des krafttragenden Mediums stattfinden, bis der Beharrunsszustand gefunden ist. I

Die Verhältnisse sind so zu wählen, daß bei der stärksten Belastungsänderung der Maschine A (von Maximalbelastung auf Leergang) der Ausschlag der Achse i innerhalb eines Arbeitsspieles nicht größer ist, als der Verstellung der Hülse A' von Vollgang auf Leergang entspricht. Unter diesen Umständen kann ein Auseinanderreißen der Maschinen nur eintreten, wenn entweder Maschine A oder A' trotz geöffnetem Steuerorgan keine oder zu geringe Kraftzufuhr erhält, oder wenn die eine oder andere Maschine überlastet ist; also nur in Fällen, in denen die Schwungkugelregulatoren bezw. die elektrische Kupplung ebenfalls den gleichmäßigen Gang der Maschinen nicht mehr aufrecht erhalten können. Für diese Fälle muß die Einrichtung getroffen sein, daß die Achse i nach Verstellung des Regulierorganes in seine äußerste Lage auf dieses nicht weiter einwirkt und die Einwirkung erst dann wieder beginnt, wenn der Synchronismus wieder hergestellt ist. Fig. 4 zeigt, wie dies in dem Ausführungsbeispiel erreicht wird. Hier steht die Regulierhülse bereits auf Maximalfüllung. Bleibt nun bei dieser Hülsenstellung trotzdem die Maschine A zurück, so läuft die Achse i weiter nach links um, tritt dadurch außer den Bereich des Hebels n" und läßt diesen auf Maximalfüllung stehen. Tritt nun infolge Entlastung der Maschine wieder eine Beschleunigung derselben ein, bevor die Achse i eine volle Kreisdrehung ausgeführt hat, so kehrt sie wieder von der linken Seite in ihre Eingriffstellung zurück, wenn die Maschinen nahezu wieder den Synchronismus erreicht haben, womit die Regulierfähigkeit von neuem beginnt. Dauert aber die Überlastung der Maschine länger an,

als einer vollen Kreisdrehung der Achse i entspricht, so muß sie am Hebel vorbeigeführt werden, ohne dessen Stellung zu ändern. Es ist zu diesem Zwecke der Teil der Achse, welcher für gewöhnlich in den Hebel eingreift, axial verschiebbar gedacht; wenn er daher von rechts an die Ablenkfläche des Hebels n" tritt (Fig. 4), wird er zurückgedrängt werden und schnellt erst nach Passieren des Hebels wieder

vor.

Aus vorstehendem erhellt, daß jeder Belastung der Maschine A eine andere Stellung der Achse i, also auch ein anderer Winkel zwischen den beiden Kurbeln entspricht, so daß der Ausdruck Synchronismus nur insofern zu verstehen ist, als die Kurbeln nicht über einen gewissen Winkel hinaus voneinander abweichen können. Wie groß dieser Winkel ist, hängt in erster Linie von den Schwungmassen ab; er entspricht demjenigen Winkelweg, den das Schwungrad während eines vollen Arbeitsspieles bei mittlerer Belastung, also auch mittlerer Füllung, vorläuft, wenn die Maschine

. plötzlich MaximalfUllung erhält oder zurückbleibt, wenn die Maschine plötzlich geringste, d. h. gar keine Füllung erhält.

Bleibt die Belastung der Maschine A eine gewisse Zeit geringer als normal, aber konstant, so würde die Achse i während dieser ganzen Zeit die in Fig. 3 a voll ausgezogene Lage einnehmen , welche aber einer gewissen Abweichung der Kurbeln von der synchronen Stellung, freilich innerhalb der zugelassenen Grenze entspricht. Der Synchronismus wäre also so lange nicht vollkommen, bis die Belastung der Maschine A wieder normal geworden ist.

Um auch selbst während dieser Zeit vollkommenen Synchronismus zu erreichen, kann man, sobald dieser geringere als normale, aber konstante Belastungszustand eintritt, die Abweichung der Achse i durch äußere Einwirkung (von Hand) verschwinden machen. Es geschieht dies dadurch, daß man den verstellbar abgeordneten Drehpunkt des Hebels n" (Fig. 3 a) nach links verschiebt. Hierbei wird sich zunächst Hebel n" um i drehen und somit sich die Hülse 0 mit nach links bewegen, wodurch aber der Maschine eine geringere Ladung zugeführt wird als ihrer Belastung entspricht. Die Maschine wird infolgedessen langsamer laufen und das Zwischenrad des Wechselgetriebes samt der Achse i werden sich nach links zurückbewegen, d. h. die Achse i nähert sich ihrer vertikalen Lage, bei welcher vollkommener Synchronismus herrscht. Da aber die Maschine nur bei der vor der Verschiebung des Hebeldrehpunktes innegehabten Stellung der Hülse im Beharrungszustande ist, so wird letztere in jene Lage wieder zurückkehren, während der neue Drehpunkt des Hebels n" fest bleibt.

Die Verschiebung des Drehpunktes durch äußere Einwirkung wird so lange fortgesetzt, bis die Achse i bei der dem Belastungszustande entsprechenden Stellung der Hülse 0 die vertikale Lage einnimmt, wie es in Fig. 3 a punktiert angedeutet ist, womit der vollständige Synchronismus erreicht ist.

Der ganze Vorgang spielt sich so ab, als ob -der Hebel n" nicht um den Angriffspunkt der Achse i, sondern um den Angriffspunkt der Hülse gedreht würde.

Dieses Verfahren entspricht völlig dem Belasten und Entlasten der Regulatoren von Dampf- oder Gasmaschinen in Lichtstationen, wenn diese infolge Änderung ihres Belastungszustandes ihre Umlaufszahl geändert haben.

Das Gleiche läßt sich erzielen, wenn man, statt den Drehpunkt des Hebels zu verschieben, den Winkel zwischen seinen beiden Hebelarmen verstellt oder sonst irgendwie die Lage der Hülse zu der Achse i verändert.

Will man nicht zwei Gasmotoren, wie bisher angenommen, sondern zwei Dampfmaschinen synchron laufen lassen, so ist zu bemerken, daß die synchronen Stellungen der beiden Kurbeln nach je i8o° statt wie beim Viertaktgasmotor nach je 720⁰ wiederkehren; man hätte daher statt des einen Rades i vier solcher Räder oder wenigstens vier Steuerstifte in 90⁰ Abständen anzuwenden. Durch weitere Veränderung der Zahl der Steuerstifte bezw. durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Kurbelachsen und den Antriebsrädern des Wechselgetriebes lassen sich weitere Variationen in der Anzahl der synchronen Stellungen vornehmen.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine elektrische Regulierung zur Erreichung des Kurbelsynchronismus. Die eine Kurbelachse α trägt eine Nockenscheibe b mit Nocken c und d\ die andere Kurbelachse a' eine Scheibe e, an welcher einerseits ein von dem Nocken gesteuerter Hebel/, andererseits drei Kontaktfedern g_l g₂ g_s gelagert sind; die beiden Nocken sind nahezu um die ganze Scheibe geführt, sie lassen nur einen kleinen Spielraum frei. Steht die Rolle in diesem Spielraum (wie es die Zeichnung darstellt), so herrscht zwischen den Kurbeln Synchronismus. Die Rolle wird durch eine Feder/' vertikal auf die Nockenscheibe, durch eine zweite Feder /" horizontal an den Rand der Nockenscheibe gedruckt, an welchem der Nocken c zunächst befestigt ist. Wenn daher die Nockenscheibe sich gegen die Rolle in der Pfeilrichtung I dreht, so läuft diese auf dem Nocken c auf und verbleibt auf demselben, bis sie nach einer nahezu vollen Umdrehung von ihm abspringt und gleich wieder auf ihn

aufläuft. Dreht sich aber die Nockenscheibe in entgegengesetzter Richtung, so läuft die Rolle auf den Nocken d auf, weil der Nocken c auf seiner Ablaufseite (rechts) mit einer Ab-Weisung versehen ist.

Solange die Rolle zwischen den beiden Nocken stehen bleibt, also Synchronismus herrscht, rindet keine Einwirkung auf das Regulierorgan der Maschine A statt; dasselbe bebefindet sich alsdann in seiner Mittelstellung. Eilt aber die Welle α vor, so bewegt sich die Nockenscheibe in der Pfeilrichtung I; indem nun die Rolle auf den Nocken c aufläuft, wird durch Berühren des Hebels f mit der Kontaktfeder g₁ ein Stromkreis geschlossen, welcher, von der Elektrizitätsquelle -\- I ausgehend, durch die Widerstände mn weiter durch It₁ g₁ f c i in das Solenoid k und zur Elektrizitätsquelle— / zurückfließt. Das Solenoid verstellt die Drosselklappe ο für den Zufluß des krafttragenden Mediums, so daß dessen Zustrom verringert wird. Wird hierdurch die Geschwindigkeit der Maschine A noch nicht genügend ermäßigt, so wird beim weiteren Voreilen der Welle α der Hebel durch weiteres Ansteigen auf dem Nocken den zweiten Kontakt g.₂ schließen; der Strom geht dann nur durch einen Widerstand m, und das Solenoid wird seinen Eisenkern entsprechend mehr einziehen und dadurch stärker drosseln. Bei noch weiterem Vorlaufen der Welle α würde die Rolle auf die Höhe des Nockens kommen und damit den dritten Kontakt g_s schließen, wodurch der Strom unter Umgehung der Widerstände in das Solenoid fließt und die stärkste Drosselung hervorbringt. Dementsprechend wird beim Zurückbleiben der Maschine A hinter der Maschine A' die Rolle statt auf den Nocken c auf den Nocken d auflaufen; der Strom wird dann durch -f- Im η g_l i' k' — / geschlossen und durch Erregung des Solenoides k' die Drosselklappe in entgegengesetztem Sinne verstellt. Es wird durch diese Anordnung sich der Belastung der Maschine entsprechend ein Beharrungszustand durch dauerndes Schließen eines Kontaktes oder durch Pendeln zwischen zwei Kontakten auf der einen oder anderen Seite einstellen und dabei der Synchronismus erhalten bleiben.

Beim Überlasten der Maschine, also dauernder Durchbrechung des Synchronismus, wird die Scheibe d andauernd in der Pfeilrichtung II gegen den Hebel _/ verdreht; dieser bleibt daher auf dem Nocken d, indem er durch Solenoid k' dauernd Maximalfüllungen einstellt; nur in der (gezeichneten) Nullinie ist der Strom einen Augenblick unterbrochen, wird aber gleich darauf durch abermaliges Auflaufen auf den Nocken d wieder in gleicher Weise geschlossen.

Wenn aber die Maschine sich allmählich wieder beschleunigt, so wird der Hebel / so lange auf dem Nocken d zurücklaufen, bis er in die Mittellage kommt, also Synchronismus hergestellt ist, und alsdann durch Auflaufen auf den Nocken c wieder mit der Regulierung beginnen.

Claims (4)

Patent-Ansprüche :

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung gleicher Umlaufszahlen zweier Kraftmaschinen, bei welchen durch das Voreilen oder Zurückbleiben der einen (abhängigen) Maschine deren Reglerorgan auf Herstellung gleicher Umlaufszahl beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erreichung von Kurbelsynchronismus innerhalb gewisser Grenzen das Reglerorgan nur bei einer gewissen zugelassenen Abweichung von der synchronen Stellung der Kurbeln proportional dieser Abweichung beeinflußt wird, während beim Voreilen oder Zurückbleiben der abhängigen Maschine über diese Grenze hinaus diese durch Verharren des Reglerorgans in der einen oder anderen Grenzstellung die (abhängige) Maschine so lange verzögert oder beschleunigt wird, bis die Kurbeln sich wieder der synchronen Stellung innerhalb der zugelassenen Abweichung genähert haben.

2. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Achse (i) des Zwischenrades eines von den Kurbelachsen (a) und (a'J angetriebenen Wechselgetriebes beim Voreilen oder Zurückbleiben der einen Welle gegen die andere eine Drehung erteilt wird, welche bis zu einem gewissen Ausschlage auf das den Kraftzufluß steuernde Organ (o) übertragen wird, während bei Überschreitung dieses Ausschlages, selbst bis zu einer vollen Kreisdrehung der Achse (i) und noch darüber hinaus das Reglerorgan (0) so lange in seiner äußersten Stellung verharrt, bis die Achse (i) von der Seite, nach welcher der Ausschlag erfolgt, in die synchrone Stellung innerhalb der zulässigen Grenzen zurückgekehrt ist.

3. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Voreilen oder Zurückbleiben der einen abhängigen Maschine ein elektrischer Strom geschlossen wird, welcher mittels Elektromagnete (k und k'J auf das Reglerorgan (o) so einwirkt, daß der Kraftzufluß zur (abhängigen) Maschine so

j lange verringert oder vergrößert wird, bis der Synchronismus wieder erreicht ist.

4. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ! zeichnet, daß die mit Änderung der Be-

lastung der (abhängigen) Maschine sich ändernde Abweichung der Achsen von der synchronen Stellung durch äußere Einwirkung auf das Regelgetriebe aufgehoben werden kann, indem man die Stellung des das krafttragende Medium steuernden Organes (s. Fig. ι bis 4) gegen den von den Relativbewegungen der Achsen beeinflußten Maschinenteil (i) so ändert, daß dieser in der Stellung sich befindet, bei welcher vollkommener Synchronismus herrscht, während das Reglerorgan die dem Belastungszustand der Maschine entsprechende Lage einnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.