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Elektrischer Schiffsantrieb mit Wechselstrommotoren. Die Erfindung
bezieht sich auf eine elektrische Anlage zum Antreiben von Schiffen oder auf ähnliche
Anlagen, die aus einem oder mehreren Wechselstrommotoren bestehen, von denen jeder
mit der Schiffsschraubenwelle verbunden und geeignet ist, mit verschiedenen Charakteristiken
des Drehmoments zu arbeiten. Die neue Anlage ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung,
die in Tätigkeit tritt, wenn die Schlüpfung oder die mechanische Nacheilung in dem
Motor oder in den Motoren einen vorher bestimmten Wert erreicht, und die dazu dient,
selbsttätig die Drehmomente des Motors oder der Motoren zu regeln.
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Die neue Anlage ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Regelervorrichtung
abhängig ist von der Beziehung der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit, der synchronen
Geschwindigkeit des Generators und der erwähnten vorher bestimmten Geschwindigkeit.
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Während des Anfahrens (Anlassens), Anhaltens, Manövrierens und während
der normalen Fahrtbewegung können die die Schiffsschraube antreibenden Motoren als
Induktionsmotoren arbeiten, und die Regelervorrichtung dient gemäß der Erfindung
dazu, die Erregung des die Motoren speisenden Generators zu berichtigen.
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Auf den Zeichnungen ist Abb. i ein Schaltungsschema einer Schiffsantriebsanlage,
in der der Schiffsschraubenmotor als synchroner Generator einstellbar ist, um Bremswirkung
hervorzubringen. Abb.2 stellt eine Schiffsantriebsanlage desselben Typus dar, die
Mittel zur Regelung der Schiffsbewegungen in Übereinstimmung mit dem tatsächlichen
Wert der Schlüpfung des Schiffsschraubenmotors enthält. Abb. 3 ist eine Sonderabbildung
eines von einer Scheibe beeinflußten Relais für die Schaltung nach Abb. 2. Abb.
q. zeigt eine abweichende Ausführung der Regelung für die Anlage nach Abb. a. Abb.
5 stellt die Regelung für gleichmäßige Arbeitsweise des Schiffsschraubenmotors während
dessen synchronen Arbeitsganges dar. Abb.6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel
des Differentialgetriebes in Abb. 5. Abb. 7 ist das !i Schema der Anlage eines Induktionsmotors
für Schiffsantrieb mit Regelung der Maschinen sowohl während der Steuerbewegungen
als auch während der normalen Fahrt. Die Abb. 8 und 9 zeigen abweichende Ausführungsformen
von Differentialgetrieben. Abb. io ist das Schaltungsschema einer Schiffsantriebsanlage
mit mehreren Schiffsschraubenmotoren und mehreren Generatoren. Abb. ix veranschaulicht
eine abweichende Ausführungsform zu Abb. io.
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In Abb, i ist das Schema einer Schiffsantriebsanlage dargestellt,
in der der Schiffsschraubenmotor als ein synchroner Generator zu Bremszwecken arbeiten
kann. Eine Dampfturbine i treibt unmittelbar den Drehfeldanker 2 eines synchronen
Generators, dessen Stator 3 mit dem Stator q. des Schiffsschraubenmotors verbunden
ist, dessen Rotor 15 unmittelbar mit der Schiffsschraube 6 gekuppelt ist. Umschalter
7, 8, 9, io und ii sind zwischen den Statorwicklungen 3 und q. vorgesehen. Beim
Schließen der Schalter 7, 8 und =o wird die Schiffsschraube in der einen Richtung
angetrieben, während beim Schließen der Schalter 7, 9 und ix die Schiffsschraube
umgekehrt gedreht wird. Der Rotor des Schiffsschraubenmotors ist durch ein zweipoliges
Wechselstromdrehfeld dargestellt, dessen Erregerwicklung 12 an die Schleifringe
13 und 14 angeschlossen ist. Der Motor hat im allgemeinen zwischen 6o und So Pole.
Der Rotor ist mit einer Gitterstabwicklung 15 ausgestattet, um ein kräftiges Drehmoment
des Induktionsmotors während der Steuerung hervorzurufen. Ein Erreger 16, der mit
der Feldwicklung 16' versehen ist, erregt den Generator und die Motorfeldwicklungen
2 und 12 entweder unabhängig voneinander oder in Reihenschaltung. Ein Schalter 17
dient zur Kontrolle des Stromkreises der Erregerfeldwicklung 16'. Ferner sind die
Schalter 18, 21, 22 und 23 zur Kontrolle der Erregerstromkreise für die Generator-
und Motorfeldwicklungen
vorgesehen. Sobald der Schalter 18 geschlossen
wird, sind diese Feldwicklungen in Reihenschaltung verbunden. Der Stromkreis führt
von dem einen Pol des Erregers 16 zum Schleifring 13, durch die Motorfeldwicklung
12 zum Schleifring 1q., durch den Schalter 18 zum Schleifring ig, durch die Generatorfeldwicklung
2 zum Schleifring 2o und von dort zum andern Pol des Erregers 16. Wenn der Schalter
18 offen und der Schalter 21 geschlossen ist, so ist der Erreger 16 unmittelbar
mit den Schleifringen 13 und 1q. verbunden, um die volle Spannung des Erregers den
Motorfeldwicklungen zuteil werden zu lassen. Wenn der Schalter 22 allein geschlossen
ist, erhält die Generatorfeldwicklung 2 die volle Spannung des Erregers 16. Ein
Schalter 23 schließt einen Widerstand 24 in dem Stromkreise kurz, der durch den
Schalter 21 zu dem im folgenden erklärten Zweck geschlossen wird. Ferner sind in
den Hauptleitungen, welche die Statorwicklungen 3 und q. miteinander verbinden,
Widerstände 25 vorgesehen, und Schalter 26 sind angeordnet, um diese Widerstände
kurzzuschließen. Gewöhnlich arbeitet der Motor als Synchronmotor, und die Wicklung
3 ist unmittelbar mit der Wicklung q. für eine bestimmte Drehrichtung verbunden,
die davon abhängt, ob die Schalter 7, 8 und g oder die Schalter 7, g und ii geschlossen
sind, wobei die Widerstände 25 durch die Schalter 26 kurzgeschlossen sind. Während
dieser synchronen Arbeitsweise bleibt der Schalter 18 geschlossen, so däß der Erreger-
16 die Motor- und Generatorfeldwicklungen 12 und 2 in Reihenschaltung mit Strom
versorgt. Sobald gefordert wird, das Schiff anzuhalten oder rückwärts zu fahren,
wird der Schalter 18 geöffnet und die Schalter, 21 und 23 geschlossen, so daß die
volle Erregerspannung und -leistung der Motorfeldwicklung zukommt, während die Generatorfeldwicklung
urerregt bleibt. Die Leitungsschalter 7 bis io werden nun bedient, so daß der Phasenumlauf
zwischen den Statorwicklungen 3 und q. umgekehrt wird, und die Schalter 26 werden
geöffnet. Das Beharrungsvermögen des Schiffskörpers bewirkt nun, daß die Schiffsschraube
6 durch das Kielwasser geschleppt wird und den Motor als synchronen Generator arbeiten
läßt, der die Schiffsschraube gegen das Kielwasser abbremst und sie zum Stillstand
bringt. Die von dem Motor aufgenommene Bremsleistung wird in die Magnetkerne des
umlaufenden Generatorfeldes geschickt, wo sie von den darin entwickelten Wirbelströmen
vernichtet wird. Eine Energievernichtung geht auch in den Generator- und Motorfeldwicklungen
vor sich. In dem Maße, , wie die Schiffsschraube infolge der Brems- i wirkurig langsamer
läuft, nimmt die Frequenz der Ströme ab, die zwischen den Statorwicklungen q. und
3 umlaufen. Die Frequenz dieser Ströme ist daher ein Maß für die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motors. - Ein Relais 27 ist so angeordnet, daß es einen Kontakt 28 schließt,
sobald die Frequenz der Bremsströme bis auf einen bestimmten niedrigen Wert herabgemindert
worden ist. Der Kontakt 28 bewirkt* daß der Schalter ä2 geschlossen wird
und die volle Spannung des Erregers 16 auf die Generatorfeldwicklung 2 kommt. Der
Schalter 21 wird geöffnet und die Motorfeldwicklung 12 stromlos gemacht. Mit Hilfe-
des Kontaktes 28 werden die Schalter 26 geschlossen und die Widerstände 26 kurzgeschlossen.
Bei solcher Schaltung wird der Generator übererregt, während der Motor urerregt
bleibt, so daß deshalb der Motor als Induktionsmotor wirkt und ein starkes Umkehrdrehmoment
abgibt, welches die Bewegung der Schiffsschraube umkehrt und sie in dieser umgekehrten
Drehrichtung beschleunigt. Während der Schiffsschraubenmotor auf diese Weise als
Induktionsmotor arbeitet, wird bekanntlich eine Wechselstromspannung von der Frequenz
der Schlüpfung in der Motorfeldwicklung i2 induziert. Sobald die Schlüpfung einen
zuvor bestimmten geringen Wert erreicht hat, tritt ein Relais 29 in Tätigkeit, um
den Kontakt 30 zu schließen, der den Stromkreis der Motorfeldwicklung 12
wieder herstellt. Der Motor wird auf diese Weise mit dem Generator in genauen Synchronismus
gebracht, worauf die Motor- und Generatorfeldwicklungen verbunden werden, um in
Reihenschaltung bei normalem, synchronem Gang in umgekehrter Drehrichtung erregt
zu werden.
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Das Relais 27 ist mit einer Spule 31 versehen, die die Form eines
kleinen Gleichstrommotorankers besitzt, und die von einer Gleichstromquelle gespeist
wird. Eine Relaisfeldwicklung 32 ist ferner in einer der Hauptleitungen angeordnet,
die die Generator- und Motorstatorwicklungen 3 und q. verbinden. Das Relais ist
mit einem Pendel ausgestattet, das ein nachstellbares Gewicht 33 besitzt: Genanntes
Pendel ist bestrebt, den Kontakt 28 geschlossen zu halten. Das Relais wird so eingestellt,
daß es eine Schwingungsperiode von einer Sekunde hat. Eine Spule 35, die mit der
Spule 32 in Reihenschaltung angeordnet ist, sucht den Kontakt 28 offen zu halten.
Das Relais 27 wird daher bei Stromlosigkeit geschlossen bleiben und sich bei hohen
Frequenzzahlen öffnen, wird aber seinen Kontakt 28 periodisch bei Frequenzzahlen
schließen, die sich einer Umdrehung je Sekunde nähern. Das Relais 29 soll dagegen
für gewöhnlich seinen Kontakt 30 geöffnet halten. Die Wicklung 36 des Relais
29 ist
über die Pole- der Motorfeldwicklung 12 durch die Schleifringe
13 und 14 kurzgeschlossen. Ein mit dem Kontakt 21 zwangläufig verbundener
Kontakt 21a ist in der Wicklung 36 vorgesehen. Die Feldspule 37 des Relais 29 ist
an eine Gleichstromquelle anschließbar. Das Relais 29 ist mit einem nachstellbaren
Gewicht 38 versehen, welches bestrebt ist, den Kontakt 30 in Off enstellung
zu erhalten. Dieses Relais ist so eingestellt, daß es eine Schwingungsdauer von
% Sekunde besitzt, d. h. das Pendel macht drei Doppelschwingungen in der Sekunde.
Das Relais bleibt bei Strom'osigkeit offen und schließt sich periodisch bei Frequenzen
von drei Umdrehungen, soll aber offen bleiben, wenn Gleichstrom durch die Spule
36 fließt, was jedesmal stattfindet, wenn die Motorfeldwicklung erregt wird und
der Kontakt 28' geschlossen wird.
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Ein Kontroller 39 mit Schaltscheiben 40 und 41 für Vorwärts- und Rückwärtsgang
ist zur Steuerung der verschiedenen lZontakte und Erregerschalter vorgesehen, und
ein Richtungsrelais 4a arbeitet mit dem Kontroller zusammen, so daß die richtige
Arbeitsweise der Anlage während der Steuerungsbewegungen gesichert ist. Alle Steuerungsbewegungen
können durch bloße Handhabung des Kontrollers bewerkstelligt werden. Das Einstellen
der synchronen Bremsung, der induktionsmotorischen Wirkung und der Synchronisierung
finden zum richtigen Zeitpunkt statt. Das Richtungsrelais besitzt eine Scheibe 43,
die auf der Schiffsschraubenwelle sitzt und den Gelenkhebel 44 in der einen oder
in der anderen Richtung mitnimmt. Der Hebel 44 bedient die Kontakte 45 und 46. Wie
auf der Zeichnung dargestellt, dreht sich die Scheibe 43 entgegengesetzt zum Uhrzeiger,
wenn die Schiffsschraube auf Vorwärtsgang arbeitet, und umgekehrt. Bei Vorwärtsdrehung
wird der Kontakt 45, bei Rückwärtsgang der Kontakt 46 geschlossen. Die Schaltscheiben
40 und 41 des Kontrollers bedienen die Kontakte a, b, c, d. e, f, g,
lt.
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Die Wirkungsweise der in der Abb. i veranschaulichten Anlage spielt
sich folgendermaßen ab: Angenommen, das Schiff fahre vorwärts, so wird die - Schaltscheibe
41 der Kontrollvorrichtung mit den Kontakttasten in Eingriff sein, welche die Schalter
7, 8, 1o sowie 26 und den Erregerschalter 18 geschlossen halten. Der Erreger 16
wird alsdann der Feldwicklung 12 des Motors und der Feldwicklung 2 des Generators
in Reihenschaltung Strom liefern. Jetzt sei angenommen, daß der Bedienungsmann das
Schiff umsteuern I will. Er wird nur den Kontroller 39 aus der vollen Vorwärtsstellung
in die volle Rückwärtsstellung umlegen. Wenn der Kontroller durch die Haltstellung
hindurchgeht, werden alle Stromkreise stromlos und alle Erregungsschalter und Leitungsschalter
offen sein. Wenn die Kontrollvorrichtung in ihre Rückwärtsstellung gelangt, so wird
die Schaltscheibe 40 zuerst die Kontakte b, c, d und e andrücken.
Der Kontakt b ist an eine Kraftquelle angeschlossen. Die Kontakte c und d dienen
zum Schließen der Schalter 7, 9 und 11, um die Phasenumdrehung zwischen Generator-
und Motorstatorwicklungen umzukehren. Der Kontakt e wird keinen Stromkreis schließen,
weil das Richtungsrelais jetzt den Kontakt 46 offen hält. Wenn der Kontroller durch
die Einstellung 2 geht, wird der Kontakt f angedrückt, um den Schalter 17 zu schließen,
der den Erreger 16 in Gang setzt. Der Kontakt f schließt auch einen Stromkreis durch
den zwangläufig mitgenommenen Kontakt 22b des Schalters z2 und den zwangläufig mitgenommenen
Kontakt 18a des Schalters 18, um den Schalter 21 zu schließen. Ferner wird ein Stromkreis
seitens des Kontakts f durch den Kontakt 22a hergestellt, um den Schalter 23 zu
schließen und den Widerstand 24 kurzzuschließen. Die volle Spannung und Leistung
des Erregers 16 wird daher der Motorfeldwicklung 12 zugeführt. Der Motor arbeitet
wie ein synchroner Generator, um die Schiffsschraube anzuhalten. Zu dieser Zeit
sind die Schalter 26 offen, und die Bremsströme fließen durch die Widerstände 25,
die zur Verbesserung des Kraftfaktors und zur Vergrößerung der Bremswirkung vorgesehen
sind. Sobald. die Frequenz der Bremsströme bis auf eine Umdrehung in der Sekunde
gesunken ist, bestrebt sich das Relais 27, den Kontakt 28 periodisch zu schließen,
und die erste Schließung vervollständigt einen Stromkreis des Kontakts g (der jetzt
angedrückt wird, weil der Kontroller in seine dritte und Schließstellung bewegt
worden ist) zu den Spulen der Schalter 26, die infolgedessen die Widerstände 25
kurzschließen. Einer der Schalter 26 ist auch dazu eingerichtet, die Spulen 32 und
35 des Relais 27 kurzzuschließen, welches in Schließstellung verbleibt. Ein zwangläufig
mit dem Schalter 26 verbundener Schalter 26a schließt jetzt einen Stromkreis des
Kontakts f durch den Kontakt 18b, um den Schalter 22 zu schließen. Die volle Spannung
des Erregers 16 wird auf diese Weise in die Generatorfeldwicklung 2 geschickt, und
nach einer Pause, die genügt, um den Strom in der Generatorfeldwicklung zur vollen
Wirkung kommen zu lassen, öffnet sich der Kontakt 22b des Schalters 22, so daß der
Stromkreis der Spule des Schalters 21 unterbrochen wird, welch letzterer sich infolgedessen
öffnet und die Motorfeldwicklung 12 Ftromlos macht. Ein starkes induktionsmotorisches
Moment
wird jetzt ausgeübt, um die Schiffsschraube umgekehrt laufen zu lassen, und um sie
in Richtung der Rückwärtsfahrt auf volle Geschwindigkeit zu bringen. Sobald die
Umkehrung stattfindet, öffnet das Richtungsrelais 42 den Kontakt 45 und schließt
den Kontakt 46. Das Öffnen des Kontakts 45 hat. keine Wirkung, denn der Kontakt
h des Kontrollers ist zu dieser Zeit außer Betrieb, und das - Schließen des Kontakts
46 hat ebenfalls keine Wirkung, weil der durch diesen Kontakt geschlossene Stromkreis
parallel zu dem Stromkreis läuft, der durch den Kontakt 28 des Relais 27 bereits
geschlossen ist. Durch das Öffnen des Schalters 2i wird der Kontakt 2111 geschlossen,
um die Spule 36 des Relais 29 über die Pole der Motorfeldwicklung 12 kurzzuschließen.
Sobald -der Schiffsschraubenmotor annähernd seine volle Geschwindigkeit in der Rückwärtsrichtung
erreicht hat, schließt das Relais 29, welches zu arbeiten beginnt, sobald die Schlüpfung
einen Wert von drei Umdrehungen pro Sekunde erreicht hat, den Kontakt 3o. Dadurch
wird ein Strom geschlossen, der vom Kontakt f zur Spule 47 führt, die die Kontakte
q.711, 47b und 47° bewegt. Die Kontakte 47a und 47b schließen sich sofort; ersterer
schließt dabei einen Stromkreis für die Spule 47, unabhängig vom Kontakt 30. Der
Kontakt 47b vervollständigt einen Stromkreis durch den Kontakt i811, um den Schalter
21 zu schließen. Hierdurch erhält die Feldwicklung i2 des Motors Strom, um ihn mit
dem Generator in synchronen Gang zu bringen. Nach einer Pause, die genügt, um den
Strom der Motorfeldwicklung zur Wirkung kommen zu lassen, schließt sich der Kontakt
47°, um die Schließspule des Schalters 17 mit Strom zu versorgen. In diesem Augenblick
schließt sich der Schalter 18, der zwangläufig mitgenommene Schalter i811 öffnet
den Schalter 2,1, und der zwangläufig mitgenommene Schalter 18b öffnet den Schalter
22. Während einer kleinen Pause sind die Schalter 18, 21 und 22 geschlossen, und
der Widerstand 24 verhütet einen Kurzschluß am Erreger 16. Dieser Kurzschluß würde
von einem Pol des Erregers durch die Schalter 22, 18 und 21 zum andern Pol des Erregers
führen. Normale Schaltungen für synchrone Arbeitsweise sind nun zur Rückwärtsfahrt
hergestellt, wobei die Feldwicklungen 2 und 12 in Reihenschaltung durch den Schalter
18 verbunden sind. Die Wirkungsweise des Kontakts 2i11 im Stromkreis der Spule 36
des Relais 29 zielt dahin, das Relais 29 daran zu hindern, den Kontakt 3o in dem
Augenblick zu schließen, in welchem der Schalter 21 sich öffnet, um die Motorfeldwicklung
i2 am Ende der synchronen Bremstätigkeit stromlos zu machen. Das Relais 29 hält
unter dem Einfluß eines Gleichstroms den Kontakt 3o offen. Bei dieser Anordnung
wird beim Unterbrechen des Motorfeldstromkreises ein Induktionsstromstoß erzeugt,
der den Kontakt 3o zu schließen sucht. Der Kontakt 2i11 ist deshalb zwangläufig
mit dem Schalter 2i verbunden, so daß der Stromkreis der Spule 36 nur so lange geschlossen
wird, als der Schalter 2i sich in Offenstellung befindet.
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Die erste Einstellung des Kontrollers auf beiden Seiten der »Halt«-Stellung
stellt die synchrone Bremsschaltung her. Synchrone Bremsung wird stets verlangt,
wenn das Schiff schnell angehalten werden soll, auch wenn man nicht rückwärts fahren
will. Dies wird erzielt durch Umlegen des Steuerhebels in die Umkehrstellung und
hierauf erst in die »Halt«-Stellung. Wenn jedoch, während das Schiff noch in Vorwärtsfahrt
beharrt, der Maschinist den - Befehl »Volle Fahrt voraus« ausführen will, so ist
ein synchrones Bremsen unnötig und unerwünscht. Das Richtungsrelais 42 ist dazu
bestimmt, die synchrone Bremsung unter diesen Umständen auszuschalten. Wenn der
Steuerhebel während der Rückwärtsbewegung in die »Halt«-Stellung gebracht und .darin
stehengelassen wird, wird das Schiff in Rückwärtsfahrt beharren. Wenn nun der Befehl
»Volle Fahrt rückwärts« gegeben wird, braucht der Maschinist den Steuerhebel nur
in die Volldampfrückwärtsstellung umzulegen. Die Kontakte c und d des Kontrollers
schließen die Schalter 7, g und ii im Sinne der Rückwärtsbewegung, und der Kontakt
c des Kontrollers wird einen Stromkreis durch den Kontakt 46 des Relais 42 schließen.
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Die in Abb. 2 dargestellte Schaltung zeigt eine Dreileiteranlage zur
Erregung der Feldwicklungen, die geeignet ist, die Generator-und Motorfeldwicklungen
sowohl für normale als auch für doppelte Erregung zu schalten.
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Die verschiedenen Teile sind in den Stellungen gezeigt, die sie während
ihrer Einstellung für Rückwärtsfahrt einnehmen; wobei die Schalter 7, g und ix und
die Schalter 51:
und 52 geschlossen sind, um die Generator-und Motorfeldwicklungen
normal zu erregen.
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Die Schaltung nach Abb. 2 unterscheidet sich ferner von der in Abb.
i dadurch, daß die Erregerstromkreise nach Maßgabe der tatsächlichen Schlüpfung
im Antriebsmotor 4 geregelt werden. Die hierzu dienende Vorrichtung umfaßt drei
von Kreisscheiben beeinflußte Relais A, B und C. Das Relais A ist ein Richtungsrelais,
das mit dem Relais 42 in Abb. i zusammenarbeitet. Die Bauart des Relais B ist in
Abb. 3 angegeben, in welcher die Arme 69' und 7o' in solchem Abstande voneinander
eingestellt sind, daß der Vorübergang von zwei Nocken der Kreisscheibe
erforderlich
ist, um eine vollständige Wirkung der Relaiskontakte hervorzurufen. In Abb. 2 wird
z. B. eine dem Uhrzeiger entgegengesetzt gerichtete Umdrehung der Kreisscheibe 71
verursachen, daß der erste Nocken den Arm 69 anfaßt, um den Gelenkhebel 68 zum Bewegen
der Stellstange 72 zu veranlassen, wodurch die Kontakte Bi und B3 geschlossen werden.
Die Kontakte B2 und B¢ bleiben indessen noch offen, und zwar infolge der Wirkung
der Federn 62. Der nächste Nocken der Kreisscheibe 71 erfaßt den Arm 7o, um die
Stellstange 7a um ein weiteres Stück zu bewegen, welches hinreicht, um die Kontakte
B2 und B4 zu öffnen. Der Zwischenraum der Nocken an der Kreisscheibe 71 und die
Geschwindigkeit der Bewegung der Kreisscheibe sind so groß, daß die Pause, während
welcher beide Kontaktgruppen geschlossen bleiben, hinreicht, um den Strom in der
Generatorfeldwicklung auf seinen vollen Wert kommen zu lassen. Das durch die Kreisscheibe
73 bediente Relais C ist mit den Kontakten Cl, C2, C3 und C4 ausgestattet, die in
derselben Weise wie die entsprechenden Kontakte der Relais A und B wirksam sind.
Die Umlaufsrichtung der Kreisscheibe 6o des Relais A entspricht derjenigen der Schiffsschraube
6. Die Richtung und Umlaufsgeschwindigkeit der Kreisscheibe 71 des Relais B hängt
von der algebraischen Summe der Umdrehungsgeschwindigkeiten des auf der Welle 75
sitzenden Kegelrades 74 ab, welche Welle die Kreisscheibe 6o trägt, und der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Kegelrades 76, das durch den Motor 77 mittels der Schnecke 78 und des Schneckenrades
79 gedreht wird. Die Drehungsrichtung und Umlaufsgeschwindigkeit der Kreisscheibe
73 des Relais C ist von der algebraischen Summe der Umdrehungsgeschwindigkeiten
des Kegelrades 8o abhängig, welches auf der die Kreisscheibe 71 tragenden Welle
81 sitzt, ferner abhängig von dem Kegelrad 82, welches vom Motor 83 mittels der
Schnecke 84 und des Schneckenrades 85 getrieben wird. Die Kreisscheibe 71 wird von
dem Planetengetriebe 86 des Differentialgetriebes gehalten, welches die Kegelräder
74 und 75 besitzt. Die Kreisscheibe 73 wird von dem Planetengetriebe 87 des Differentialgetriebes
gehalten, zu dem die Kegelräder 8o und 82 gehören. Der mit der Feldwicklung 77'
versehene Motor 77 ist ein Gleichstrommotor von konstanter Geschwindigkeit. Die
einzelnen Teile sind in der Stellung gezeichnet, die sie während der Rückwärtsbewegung
einnehmen. Um die Bewegungen der Relais A, B und C zu erläutern, sei angenommen,
daß während der normalen Fahrt in Rückwärtsrichtung die Kreisscheibe 6o und das
Kegelrad 74 sich im Sinne des Uhrzeigers mit einer Geschwindigkeit von Zoo Umdrehungen
in der Minute drehen. Der Motor 77 bewegt das Kegelrad 76 im Sinne des Uhrzeigers
mijL einer Geschwindigkeit 'von 1o Umdrehungen in der Minute. Die Kreisscheibe 71
und das Kegelrad 8o drehen sich daher im Sinne des Uhrzeigers mit einer Geschwindigkeit
von 105 Umdrehungen in der Minute. Der Motor 93 treibt das Zahnrad 82 entgegen dem
Uhrzeiger mit einer Geschwindigkeit von roo Umdrehungen in der Minute an. Die Kreisscheibe
73 arbeitet daher im Sinne des Uhrzeigers mit einer Geschwindigkeit von 212 Umdrehungen
in der Minute. Die Kreisscheiben 6o, 71 und 73 bewegen sich deshalb im Sinne des
Uhrzeigers, und die Relais A, B und C sind daher in ihrer unteren Stellung.
Der Kontakt g wird angedrückt, um einen Stromkreis durch die Kontakte A4 und C4
zu schließen, der die Leitung 89 speist. Die Motorfeldwicklung erhält normale Erregung.
Ferner wird der Generator normal erregt. Wenn der Befehl »Volle Fahrt voraus« gegeben
wird, so wird der Kontroller 57 in die volle Vorwärtslage gebracht, und in dem Augenblick,
wenn er durch die »Halt«-Stellung hindurchgeht, werden alle Erregungsschalter und
Leitungsschalter wieder in die Stellung nach Abb. 1 zurückgehen. Die Schaltscheibe
58 des Kontrollers versieht alsdann die Kontakte a und c mit Strom, um die Schalter
7, 8 und io zu schließen und die Umdrehung von Generator und Motor umzukehren, und
schickt gleichzeitig Strom durch den Kontakt e, der die Drehung des mit konstanter
Geschwindigkeit laufenden Motors 77 umkehrt. Die Kreisscheibe 71 des Relais B kommt
daher von 1o5 auf 95 Umdrehungen in der Minute. Die Kreisscheibe 76 des Relais C
kehrt ihre Drehrichtung um und bewegt das Relais C in seine obere Stellung. Wenn
die Schaltscheibe 58 des Kontrollers den Kontakt h mit Strom versorgt, kommt kein
Stromkreis zustande, weil der Kontakt B3 offen steht. In der Endstellung der Schaltscheibe
58 des Kontrollers sind die Kontakte i und j unter Strom. Der Kontakt
i vervollständigt keinen Stromkreis, weil der Kontakt a1 offen ist. Der Kontakt
i schließt einen Stromkreis durch den Kon takt B4 und durch den zwangläufig bewegten
Kontakt 51a des Schalters 51, um den Schalter 54 zu schließen. Dadurch wird die
Motorfeldwicklung übererregt; der Mdtor arbeitet als synchroner Generator, um die
Schiffsschraube gegen das Kielwasser abzubremsen, und um sie möglichst schnell zu
verlangsamen. Jetzt erhält der Motor 83 durch den Umformer 88 Strom und läuft mit
einer Geschwindigkeit um, die von der Frequenz der Bremsströme abhängig ist. Dieser
Motor verlangsamt sich daher gemeinschaftlich mit der
Schiffsschraube,
aber die Kreisscheibe 73 des Relais C -fährt fort, in einer dem Uhrzeiger entgegengesetzt
gerichteten Drehung umzulaufen, und zwar mit einer konstanten Geschwindigkeit von
21/2 Umdrehungen in der Minute so lange, als die Kreisscheibe 71 des Relais B fortfährt,
im Sinne des Uhrzeigers umzulaufen. Sobald das Kegelrad 74 die Geschwindigkeit von
io Umdrehungen in der Minute im Sinne des Uhrzeigers erreicht, bleibt die Kreisscheibe
71: stehen. Die Schiffsschraube 6 wird dann mit nur 5 Prozent ihrer normalen Geschwindigkeit
mit normaler Generatorfrequenz umlaufen, und das Drehmoment, welches erforderlich
ist, um die Schiffsschraube anzuhalten und im entgegengesetzten Sinne zu drehen,
wird innerhalb der Leistungsfähigkeit des Schiffsschraubenmotors liegen, der dann
als Induktionsmotor arbeitet. Sobald die Schiffsschraube noch langsamer läuft, kehrt
die Kreisscheibe 71: des Relais B um, und der Vorübergang des ersten Nockens der
Kreisscheibe schließt die Kontakte B1 und B3. Die Schließung des Kontakts BI hat
keine Wirkung, weil die Kontrolltaste k zu dieser Zeit nicht unter Strom liegt.
Die Schließung des Kontakts B3 dagegen vervollständigt einen Stromkreis von der
Kontrolltaste h durch den Kontakt A2 und den zwangläufig bewegten Kontakt 52a des
Schalters 52, um den Schalter 53 zu schließen und der Generatorwicklung Übererregung
zukommen zu lassen. Die Kreisscheibe 71 des Relais B läuft zu dieser Zeit langsam,
und der Generatorfeldstrom hat Zeit, seinen vollen Wert zu erreichen, bevor der
zweite Nocken der Kreisscheibe 71: die Kontakte B2 und B4 Zum Öffnen bringt. Das
Öffnen des Kontakts B2 hat keine Wirkung, weil die Kontrolltaste i zu dieser Zeit
stromlos ist. Das Öffnen des Kontakts B4 dagegen unterbricht den Stromkreis, der
vom Kontakt i durch den zwangläufigen Kontakt 5ia zum Schalter 54 hinführt. Letzterer
öffnet sich daher und macht die Motorfeldwicklung stromlos. Die Anlage arbeitet
jetzt mit Übererregung im Generator und mit keinem Feld im Motor, so daß starke
induktionsmotorische Wirkung ausgeübt wird, um die Schiffsschraube umzulenken und
sie in der Vorwärtsrichtung zu beschleunigen. Sobald die Induktionsmotorschaltung
hergestellt ist, wird der Motor 83 umgesteuert und fällt mit dem Generator in Synchronismus.
Da die Kreisscheibe 71 beinahe stillsteht, kehrt die Kreisscheibe 73 sofort wieder
um, indem sie jetzt im Sinne des Uhrzeigers mit einer Geschwindigkeit von etwa 5o
Umdrehungen in der Minute umläuft. Wenn die Schiffsschraube ihren Stillstand erreicht,
wird die Kreisscheibe 71 des Relais B gegen den Uhrzeiger mit 5 Umdrehungen in der
Minute und die Kreisscheibe 73 des Relais C im Sinne des Uhrzeigers mit einer Geschwindigkeit
von 471/2 Umdrehungen in der Minute umlaufen. Sobald die Schiffsschraube umkehrt,
bewegt sich das Relais A in seine obere Stellung. Die Kreisscheiben 6o und
71: der Relais A und B drehen sich jetzt gegen den Uhrzeiger, während die
Kreisscheibe 73 des Relais C im Sinne. des Uhrzeigers umläuft. Mit einer Primärfrequenz
von 6o Umdrehungen wird die Kreisscheibe 6o entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung
mit igo Umdrehungen in der Minute umlaufen, wenn die Schlüpfung einen Wert von 3
Umdrehungen erreicht. Die Kreisscheibe 71 wird entgegengesetzt dem Uhrzeiger mit
einer Geschwindigkeit von ioo Umdrehungen in der Minute umlaufen, und die Kreisscheibe
73 wird stillstehen. Da die Schiffsschraube schneller läuft, als einer Schlüpfungsgeschwindigkeit
von 3 Umdrehungen entspricht, beginnt die Kreisscheibe 73 des Relais C, gegen den
Uhrzeiger umzulaufen. Da der Schalter 54 offen steht, wird normale Erregung des
Motors herbeigeführt, der mit dem Generator in Gleichschritt kommt. Eine Übererregung
wird im Generator noch mit Hilfe des Schalters 53 aufrechterhalten, der von dem
Kontakt h durch die Kontakte B3, C2 und 52a Strom erhält. Wenn der Kontakt C2 sich
öffnet, wird auch der Schalter 53 geöffnet, jedoch bleibt der Erregerstromkreis
des Generators durch den Widerstand 56 und den Schalter 55 geschlossen. Das Öffnen
des Schalters 53 veranlaßt die Schließung des Kontakts 53a, der sofort den
Schalter 52 schließt, um dem Generator normale Erregung zuzuführen. Das Schließen
des Schalters 52 veranlaßt das Öffnen des Kontakts 52b und des Schalters 55. Die
Anlage befindet sich jetzt in normaler Wirkungsweise bei Vorwärtsdrehung der Kreisscheiben
6o, 7i und 73 der Relais A, B und C, die entgegengesetzt dem Uhrzeiger umlaufen.
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Wenn, während die Anlage nach Abb. 2 mit voller Geschwindigkeit vorwärts
arbeitet, ein freies Treiben des Schiffes gewünscht wird, so braucht die Kontrollvorrichtung
57 nur in die »Halt«-Stellung umgelegt zu werden, um die 'Erregerstromkreise zu
unterbrechen und die Schalter zu öffnen. Die Motoren 77 und 83 werden dann sofort
anhalten und die Kegelräder 76 und 82 zum Stillstand bringen. Die Schiffsschraube
6 wird durch das Wasser geschleppt werden, und das Kegelrad 74 wird allmählich langsamer
laufen in demselben Maße, wie die Schiffsgeschwindigkeit herabsinkt.
-
Der Zweck der Anordnung der Kontakte der Relais B und C ist, die Entstehung
eines Kraftfeldes zu ermöglichen, bevor das andere Kraftfeld versclwuncten ist;
)Bekanntlich
braucht ein Strom eine nennenswerte Zeit, um in einer
Feldwicklung auf seinen normalen Wert zu kommen, und während dieser Zeit würde die
Schiffsschraube fortschlüpfen, weil das synchrone Moment nicht genügend groß ist,
um den Motor mit dem Generator in Tritt zu bringen.
-
Zum Zwecke der Steuerung von Hand ist nur notwendig, die Leitungs-
und Erregungsschalter derart zwangläufig miteinander zu verbinden, daß die Schaltung
nur vorgenommen werden kann, wenn die Erregungsstromkreise unterbrochen sind. Auch
ist es klar, daß Umschalter vorgesehen sein können, um den selbsttätigen Mechanismus
zu teilen, der die Relais A, B und C umfaßt.
-
In Abb. q. ist eine Schaltung dargestellt, die eine große Vereinfachung
der Schaltung der durch Kreisscheiben bedienten Relais gestattet. Der Motor 92 von
konstanter Geschwindigkeit ist hier so angeordnet, daß er mit jeder Einstellung
der Kontrollvorrichtung 93 in gleicher Richtung läuft. Zu diesem Zweck werden
sowohl sein Kraftfeld als auch seine Anker durch den Kontakt c betätigt. Die Welle
75, auf der das Kegelrad 74 sitzt, wird von einem umkehrbaren Motor 94 angetrieben,
der durch einen kleinen synchronen Generator 95 auf der Schiffsschraubenwelle mit
Strom versorgt wird.
-
Die Wirkungsweise der Relais A', B' und C
der Abb. q.
ist nach den früheren Erklärungen aus der Zeichnung zu entnehmen.
-
In dieser Schaltung besitzen die Kreisscheiben 6o, 71 und 73 dieselbe
Umdrehungsrichtung für synchronen Gang in der Vorwärtsfahrt, wie sie für synchronen
Gang in der Rückwärtsfahrt besaßen. Wenn man jetzt annimmt, daß während der synchronen
Wirkungsweise in der Vorwärtsrichtung der Kontroller in die »Halt«-Stellung bewegt
wird, so wird das Schiff frei treiben. Die Motoren 92,
9q. und io2 werden
anhalten, und die Kreisscheiben 60, 71 und 73 werden zum Stillstand kommen. Wird
nun der Befehl »Volle Fahrt vorauscc gegeben, so wird der Kontroller in die Vorwärtsstellung
umgelegt, und der Motor 9q. wird die Kreisscheibe 6o im Sinne des Uhrzeigers mit
einer Geschwindigkeit drehen, die der Geschwindigkeit der Schiffsschraube entspricht.
Die Kreisscheibe 71 wird sich im Sinne des Uhrzeigers drehen. Sobald die Schaltscheibe
des Kontrollers 1o5 den Kontakt r betätigt, wird ein Stromkreis durch den Kontakt
B'1 durch den zwan- gläufigen Kontakt 5i'z und durch den zwangläufigen Kontakt 52z
geschlossen, um den Schalter 53 sofort zu schließen, so daß dem Generator Übererregung
zwecks induktionsmotorischer Wirkungsweise gegeben wird. Wenn der Kontakt 51'z ausgelassen
würde, so würde durch , den Kontakt v zu dieser Zeit kein Stromkreis geschlossen
werden, weil die Kontakte A'i und C'1 offen sind. Bei dieser Anordnung der Einzelteile
würde der Kontakt g einen Stromkreis durch die Kontakte A'2 und C'= zur Leitung
89 herstellen, um sowohl den Motor als auch den Generator normal zu erregen,
trotzdem die Schlüpfung zur Herstellung der Schaltung für synchrone Wirkungsweise
zu groß ist. Infolge der Anordnung des Kontakts 51'a ist indessen der Schalter 53
geschlossen worden, und der Motor 102 wird die Kreisscheibe 73 umkehren, damit das
Relais C in dessen obere Stellung bewegt wird, bevor der Kontakt g betätigt
wird. Infolgedessen hat die Betätigung des Kontakts g keine Wirkung. Die Betätigung
des Kontakts s hat aus dem Grunde keine Wirkung, weil der Kontakt B'2 offen ist.
Sobald die Schlüpfung entsprechend gesunken ist, wird die Kreisscheibe 73 umkehren,
um im Sinne des Uhrzeigers zu laufen und das Relais C in seine untere Stellung
zu bewegen, wodurch eine synchronisierende Schaltung ebenso hergestellt wird, wie
es bei dem Übergang von »Volle Fahrt rückwärts« zu »Volle Fahrt vorwärts« der Fall
war.
-
Das in Abb. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere
Vereinfachung des mittels Kreisscheibe betätigten Relaismechanismus und gibt schematisch
den Zusammenhang zwischen dem Kontroller und den Turbinensteuerungsorganen an. Abb.
5 veranschaulicht außerdem schematisch Mittel zur selbsttätigen Erhöhung der Stabilität
des normalen synchronen Betriebes. In dieser Anordnung kann der Motor 1o2', welcher
dem Motor io2 in Abb. ¢ entspricht, die Welle 82 nicht rückwärts treiben, oder,
wie hier angenommen wird, im Sinne des Uhrzeigers. Abb. 5 zeigt ein Sperrad 1o6
und eine Sperrklinke 107 zur Verhinderung der Umkehr des Motors 1o2', so daß auf
diese Weise auch die Umkehr der Welle 82 verhindert wird. Die Abb. 5 betrifft die
Ausschaltung des synchronen Bremsens, wenn dieses nicht wünschenswert und unnötig
ist. Die beiden übrigbleibenden Relais, welche von den Kreisscheiben 71 und 73 betätigt
werden, sind in Abb. 5 mit B" und C" bezeichnet. Nachstellbare Widerstände 1o8 und
log sind in den Stromkreisen der Motor- und Generatorfeldwicklungen vorgesehen,
um die Erregerstromkreise in jedem Maße regelbar zu machen. Zur Erhöhung der Stabilität
des synchronen Betriebes dient eine Vorrichtung iio, die einen Ring iii besitzt,
der mit isolierten Einsätzen 1i2 versehen ist und mit den Bürsten 113 und 14 zusammenarbeitet.
Der Ring 11i ist auf dem Planetengetriebe eines Differentialgetriebes angebracht,
welches aus einer Welle 115 besteht, die von der Welle 75
des. Motors
g4. getrieben wird. Das Differentialetriebe besitzt- ferner eine Welle 116; dip
von der Motorwelle zog' angetrieben wird. Während des normalen synchronen Ganges
sollen die Wellen 115 und 116 in umgekehrten Richtungen umlaufen, so daß der Ring
1x1 stillsteht. Während des normalen synchronen Betriebes der Anlage wird das umlaufende
Element 5 des Schiffsschraubenmotors seine Stellung zu derjenigen des rotierenden
Elementes des Generators bei Veränderung der Belastung ändern. Das umlaufende Element
des Motors 9q. wird in seiner Stellung sich ändern, da der Motor g¢ vom Generator
95
gespeist wird, der ja auf der Schiffsschraubenwelle sitzt. Das umlaufende
Element des Motors 1o2' wird aber seine Stellung zu dem rotierenden Element des
Generators beibehalten. Jede Veränderung in der Belastung des Schiffsschraubenmotors;
der sein umlaufendes Element gegenüber demjenigen des Generators zurückbleiben läßt,
bewirkt eine entsprechende Änderung in der Umdrehung der Welle 115 in bezug auf
die Welle 116. Die Vorrichtung i 1o ist derart eingerichtet, daß während normalen
synchronen Betriebes mit stabiler Beanspruchung die Bürsten 113 und rzq. auf den
isolierenden Einsätzen 112 bleiben. Die Bürsten vervollständigen mit dem Ring 11r
einen 'Stromkreis von der Kontrolltaste c durch die Spule 117 und die zwangläufigen
Kontakte 51d und 52d, um die Kontakte 11711 und i=7b zu schließen und die Widerstände
log und io8 kurzzuschließen. Dies vergrößert die Feldstärken des Motors und des
Generators, wodurch die stabile Wirkungsweise hergestellt wird. Ein Kontaktarm 116
wird durch den Ring 11r derart benutzt, daß ein Stromkreis von der Kontrolltaste
c zu Lampen oder anderen Vorrichtungen rig und mo geschlossen wird, um -eine optische
oder andere Anzeige über den Augenblickszustand bezüglich der Stabilität der Wirkungsweise
der Anlage abzugeben.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung beim Anlassen und hei synchroner
Arbeitsweise bei Vor- und Rückwärtsfahrt sowie beim Übergang von Wolle Fahrt voraus«
zu »Volle Fahrt rückwärts« ist aus Abb. 5 zu entnehmen.
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Bei den in den Abb. 2, q. und 5 behandelten Schaltungen stören Änderungen
der Generatorfrequenz und. Generatorspannung die Wirkungsweise des Mechanismus nicht,
der stets seine Bewegungen bei,-der zuvor bestimmten Anzahl von Schlüpfungsumdrehungen
ausführt.
-
Abb. 6 zeigt eine Ausführungsform des Differentialgetriebes nach Abb:
29 q. und 5. Die Welle 13o ist die Hauptwelle des Differentialgetriebes, auf die
das Richtungsrelais :6o aufgesetzt ist, ebenso wie das Kegelrad 74 und das Kegelrad
131. Die Welle i3o kann entweder unmittelbar von der Schiffsschraubenwelle -angetrieben
sein, wie in Abb. 2, oder sie kann, wie in Abb. q. und 5, motorisch betätigt werden.
Das Schneckenrad 79, welches das Kegelrad 76 trägt, steckt lose auf der Welle
13o. Das Planetengetriebe 86 ist an dem Zahnrad 8o befestigt, welches lose auf der
Welle 13o sitzt. Das Planetengetriebe 86 trägt die Kreisscheibe 7r. Das Kegelrad
82, das am Schneckenrad 85 befestigt ist, sitzt lose auf der Welle 13o. Das Planetengetriebe
87 trägt die Kreisscheibe 73. Die Welle 132 des Motors 83, auf der das Schneckenrad
84 sitzt, ist entsprechend verlängert, um das Kegelrad 116 anzutreiben. Letzteres
gehört zu dem Differential - Stabilitäts - Kontrollmechanismus, dessen anderes Kegelrad
1r5 in der dem Rade 116 entgegengesetzten Richtung seitens des Kegelrades r31 mittels
des Kegelrades 133 und der Stirnräder 13q. und 135 angetrieben wird. Der Ring 136
entspricht dem Ring rii der Vorrichtung iro aus Abb. 5.
-
Abb. 7 stellt die Schaltung einer Schiffsantriebsanlage dar, bei welcher
der synchrone Generator 3- den Induktionsmotor 137 speist, der unmittelbar mit der
Schiffsschraube 6 verbunden ist. Schleifringe 138 gestatten das Einschalten von
Widerständen 1.39 im Sekundärstromkreis des Motors zum Zwecke des Anlaufens und
Umkehrens. Schalfer iqo sind zum Kurzschließen der Widerstände 139 angeordnet. Die
Turbine i ist mit einem nachstellbaren Geschwindigkeitsregler 141 ausgestattet.
-
Nach dem Anlassen der Turbine wird sich die Arbeitsweise der in Abb.
7 dargestellten Anlage folgendermassen abspielen, wenn aus dem Ruhezustande in Vorwärtsbewegung
übergegangen werden soll. In der ersten Einstellung betätigen die Schaltscheiben
174 und 175 der Kontrollvorrichtung die Kontakte m', n', o', P', um die Wicklung
169 des Motors i7o mit einer bestimmten Umdrehungsrichtung anzuschließen. Die Schaltscheibe
198 betätigt dann gleichzeitig die Kontakte a und c, um die Schalter 7, 8 und o
zwecks Vorwärtsbewegung zu schließen. Die Schaltscheibe 198 betätigt außerdem den
Kontakt w, um die Feldwicklungen 1q.3', 161' und 178' der drei Steuerungsmotoren
und die Feldwicklung 171 des Motors 17o zu erregen. Die Schaltscheibe rgg überbrückt
ferner die Kontakte x und y, um x negativ zu betätigen. Die nächste Einstellung
des Kontrollers betätigt die- Kontakte z, um den Schalter 158 zu schließen, der
die Generatorfeldwicklung an den Erreger 157 anschließt. Der Generator 3 liefert
jetzt Strom und treibt den Schiffsschraubenmotor 137 in der Vorwärtsrichtung, und
da die Widerstände 139 in den Stromkreis eingeschaltet sind, entsteht in
bekannter Weise ein starkes
Drehmoment. Da die Schlüpfung hoch
ist, arbeitet der Motor i7o mit einer hohen Umdrehungszahl und hält die Differentialgetriebe
D und E in der einer hohen Schlüpfung entsprechenden Stellung. In der Endstellung
des Kontrollers wird der Kontakt aa betätigt, um den Motor 178 im Sinne des Uhrzeigers
umlaufen zu lassen. Da der Kontakt 181 des Differentialgetriebes D bei niedriger
Einstellung geschlossen ist, wird ein Stromkreis des negativen Kontakts x durch
den Kontakt 181 und durch den>chalter ie4. vervollständigt, so daß der Steuerungsmotor
i61 den Widerstand 16o ausschaltet und die Stärke der Generatorfeldwicklung wachsen
läßt. Sobald das Feld des Generators seine größte Stärke erreicht hat, öffnet der
Hebel 16a den Kontakt 16q., um den Steuerungsmotor i6i anzuhalten, und bewegt den
Kontakt 166 in dessen obere Stellung, um einen Stromkreis zu schließen, der von
dem positiven Kontakt w durch den Schalter 150 zum Steuerungsmotor 1q.3 läuft, der
die Turbinengeschwindigkeit auf einen Minimalwert herabmindert. Sobald die Minimalgeschwindigkeit
erreicht worden ist, wird der Schalter z5o durch den Zapfen 15r geöffnet, und der
Steuerungsmotor 143 wird angehalten. Sobald der Motor 137 so weit beschleunigt ist,
dsß eine Schlüpfung eintritt, bei welcher das treibende Drehmoment mit den Widerständen
im Stromkreise ebenso groß ist wie das Drehmoment bei Ausschaltung dieser Widerstände,
schließt das Differentialgetriebe E den Kontakt 194 und einen Stromkreis, der von
dem Kontakt aa durch den Kontakt 194 geht und die Schalter 14o. schließt, so daß
die Widerstände 139 kurzgeschlossen werden. Gleichzeitig mit der Schließung des
Kontakts 10,5 werden die Kontakte 196 und 197 geschlossen, jedoch hat dies keine
Wirkung, weil die Kontakte bb und cc zu dieser Zeit unbetätigt sind. Eine weitere
Erhöhung der Geschwindigkeit bringt den Motor 137 über seinen Punkt des Maximaldrehmomentes
hinaus in den Bereich stabiler Arbeitsweise. Jetzt wird das Differentialgetriebe
umkehren und den Kontakt 18i in seine obere Einstellung bringen, -wodurch ein Stromkreis
von dem positiven Kontakt w durch den Schalter 165 geschlossen wird, um ; durch
den Steuerungsmotor i61 in den Feldstromkreis des Generators Widerstand einzuschalten
und auf diese Weise die Generatorfeldstärke herabzusetzen. Die erste Bewegung in
dieser Richtung läßt den Kontakt 166 in seine untere Stellung gehen. Ein Stromkreis
von dem negativen Kontakt x durch den Kontakt 166 und den Schalter 149 wird geschlossen,
um die Turbinengeschwindigkeit zu steigern. Dies verursacht eine Zunahme der Schlüpfung,
die das Differentialgetriebe D in die neutrale Stellung zurückbringt, wodurch eine
weitere Bewegung des Steuermotors i6t verhindert wird. Der Steuerungsmotor 1q:3
arbeitet weiter, bis die Turbine die Geschwindigkeit erreicht hat, die durch die
Einstellung des Hebels 42 bestimmt ist, bei der der Schalter 149 geöffnet und der
Steuerungsmotor 143 angehalten wird. Wenn die Beschleunigung der. Turbine aufgehört
hat, fällt die Schlüpfung wieder unter den vorbestimmten Wert, und das- Differentialgetriebe
D bewegt wieder- den Kontakt 181 in dessen obere Stellung, die - den positiven Stromkreis
durch den Schalter 165 wieder schließt, um den Steuerungsmotor i61 zu weiterer Einschränkung
der Generatorfelderregung zu veranlassen. Diese Einschränkung in der Erregung dauert
bis zum Erreichen des dauernd zulässigen Drehmomentes des Hauptmotors. Um diese
Erregung ohne unnötiges Nebenschließen des Steuerungsmotors i61 aufrechtzuerhalten,
ist der- Kontakt 182 vorgesehen. Dieser schaltet einen kleinen Widerstand Zoo in
Reihenschaltung mit der Feldwicklung 178' des - Steuerungsmotors 178; sobald der
Kontakt 181 in seiner Mittelstellung ist. Das Kurzschließen dieses Widerstandes
verhindert die Geschwindigkeit des Steuerungsmotors 178 ein wenig, so daß, wenn
der Gleichgewichtszustand erreicht ist, die Schlüpfung des Hauptmotors 137 mehr
geändert werden muß, als dem durch den Widerstand ßoo hervorgerufenen Geschwindigkeitsunterschied
entspricht, bevor der Kontakt 181 entweder in der oberen oder in der unteren Stellung
schließt. Gemäß dieser Anordnung wird der .Motor 178 bezüglich- seiner Geschwindigkeit
vorlaufen, wie es das Öffnen und Schließen des Kontakts 182 mit sich bringt, jedoch
wird ein Durchgehen des Motors i 6t verhütet. Alle Veränderungen in den Fahrtverhältnissen
des Schiffes durch den Wellengang, die Ruderbewegungen, oder aus anderen Gründen,
werden bestrebt sein, eine Veränderung in der Schlüpfung des Schiffsschraubenmotors
hervorzurufen. Sie verursachen sofort eine Veränderung der Erregung durch das Differentialgetriebe
D bis zu einem Wert, der für den stabilen Gang nötig ist. Wenn z. B. Sturmeinflüsse
sich geltend machen, die ein größeres antreibendes Drehmoment erfordern, wird der
Steuerungsmotor i61 dahin wirken, den Widerstand 16o auszuschalten, bis die Generatorfelderreung
ihren Maximalwert erreicht hat. Wenn die Schlüpfung noch größer ist als die vorbestimmte
Anzahl von Umdrehungen in der Sekunde, wird der Arm 162 des Steuerungsmotors i61
den Kontakt 166 in dessen obere Stellung bewegen, wodurch der Steuerungsmotor 143
in Gang kommt, die Turbinengeschwindigkeit berabmindert und verhindert wird, daß
der Motor 137 aus dem Schritt fällt. Uin das Schiff aus dem Stillstande in
Bewegung'
zu bringen, ist es daher nur erforderlich, die Koritrollvorri.chtung in die »Volle
Fahrt voraus«-StEllung :zu.bewegen, woraufhin das Differentialgetriebe : -den Sekundärstromkreis
des Motors, den .Genpratorfeldstrom und die Turbinengeschwindigkeit beeinflußt,
um die Beschleunigung des Motors zu sichern und ebenso die normale Bewegung des
Schiffes innezuhalten,' nachdem dasselbe mit Hilfe des Hebels 142 -auf eine beliebige
Geschwindigkeit gebracht woiden@ ist. Bei jeder, gegebenen Einstellung des Hebels
r-42 wird der Apparat die Erregung auf dem niedrigst zulässigen Wert für stabile
Wirkungsweise bei jener Geschwindigkeit erhalten. ' . -Um von »Volle Fahrt vorauscc
in »Volle Fahrt rückwärts« .iiit der in Abb. 7 dargestellten Anlage überzugehen,
ist es nur erförderlich, den Kontroller aus der Vorwärtseinstellurig in die Rückwärtseinstellung
umzulegen. Der - Kontakt z muß so angeordnet sein, daß er den Schalter
158 öffnet, um die Generatorfeldwicklung . stromlos zu machen, bevor die-Schalter
7,bis zi betätigt werden. - Die Sdhaltung nach Abb. 7 zeigt den Er-Satz eines Differentialgetriebes
durch ein gleichwertiges elektrisches- Mittel, das Generator-und Motorbeschleunigung
vereinigt: Der Motor i7ö läuft mit einer Geschwindigkeit, die der Frequenz der Schlüpfung
entspricht; und :die resultierende Wirkung der Geschwindigkeiten der Motoren 170
und 178 ist unabhängig von Veränderungen in der Generatorfrequenz.
-
Abb. 8 zeigt eine abweichende Anordnung für ein Differentialgetriebe,
welches in der in Abb. 7 gezeigten Anlage benutzt werden könnte. In Abb. 8 läßt
sich die Welle 2o5 -,in einer Richtung -= durch den Hauptantriebsmotor drehen,
während die Welle 2Q6 in der umgekehrten Richtung von einem kleinen .Synchronmotor
getrieben werden kann.> Durch .den Zahnkranz 207 wird die Schlüpfungsgeschwindigkeit
übertragen, und mit diesem stehen. die Kegelräder 2o8 in Verbindung. Das, sich daran
anschließende'Zahnrad 209 ist- mit dem Kegelrad 2io eines zweiten Differentialgetriebes
verbünden. Die Welle ?ii kann mit der gewünschten gleichförmigen Geschwindigkeit
derart angetrieben werden, daß der Ring 212, der die umtreibenden : Zahnräder 2i3
trägt; seine Richtung umkehrt, sobald der Antriebsmotor - die vorgesehene . kritische
Schlüpfungs geschwindigkeit überschreitet oder unter-: -schreitet. Abb.g ist ein
weiteres Ausführungsbeispiel: f für die in Abb.8 dargestellte Vorrichtung. Hierbei
wird bei einem gewissen Wert der Schlüpfung eine Anzahl von Tätigkeiten ausgeführt,
während bei einem andernWert der Sehlüpfung eine gewisse andere Reihe von Tätigkeiteä
ausgeführt, wird, . -wie es bei der in Abb. 7 - dargestellten Anlage gezeigt ist.
In Abb. g ist das. Zahnrad Zog' mit den Zahnrädern 2io und 214 verbunden, welches
letzteres zu einem dritten Differentialgetriebe gehört, dessen Ring 215 die sich
abwälzenden Kegelräder 216 trägt. Die gleichförmig -umlaufende Welle 2ri kann die
Welle 217 mit höherer Geschwindigkeit umlaufen lassen als die Welle@@2i8. Bei dieser
Anordnung ist es klar, daß der Ring 212 bei einem höheren Schlüpfungswert ortsfest
sein wird, als es der Ring 215 sein würde..
-
Die Anordnung nach Abb. 7 bezieht sich auf . eine einzelne Turbowechselstromdynamo,
die einen einzelnen Schiffsschi'aubenmotor speist: - Man, kann aber. auch eine ähnliche
Anlage für den Antrieb von Schlachtkreuzern bauen, in welcher vier Turboaggregate
und vier Schiffsschrauben vorhanden sind, von denen jede Schiffsschraube durch zwei
gemeinschaftlich auf einer Welle angeordnete Motoren betrieben werden. Jeder dieser
Motoren kann mit zwei Geschwindigkeiten betrieben werden, . und der Wechsel in den
Geschwindigkeiten wird - durch Polumschalter bewerkstelligt. Die Anlage umfaßt ferner
Mittel zur Veränderung der inneren Schaltung des Motors, so daß ein hoher sekundärer
Widerstand zum Anlaufen und Umkehren und ein niedriger Widerstand für normalen Gang
verfügbar ist. Die Motoren können zusammen von jeder einzelnen der Wechselstromdynamos
gespeist werden, oder es kann .jede Dynamo einen einzelnen Motor speisen.
-
Abb. io zeigt die Schaltung einer Anlage, in. der . nur zwei Turboaggregate
und zwei Schiffsschrauben benutzt werden, deren jede mit einem . einzelnen Antriebsmotor
versehen ist. Die Turbine i treibt die Dynamo 3, die i durch. den Ausschalter Zig
und den Umschalter 22o sowie durch den Polumschalter 221 mit dem Stator des Motors
222 verbunden ist, dessen Rotor die Schiffsschraube 6 antreibt. Differentialgetriebe
D und E sind zur Betätigung der Kontakte iSi, 182, 195, 196 und 197
vorgesehen,
die die Verbindungen der Steuerungsmotoren 143, i61 und des Motors 178 regeln, genau
wie es in der Anordnung nach Abb. 7 der Fall war: Die Kontakte sind allein dargestellt,
weil die Anordnung der -Schalt-Scheiben des Kontrollers dieselbe wie in Abb. 7 ist.
Die Turbine i' treibt die Dynamo,:3',_ die durch den Ausschalter 2ig', Umschalter
22o' und durch den Polumschalter 221' , mit dem Stator-222' verbunden ist, dessen
zugehöriger Rotor die Schiffsschraube 6' antreibt.
-
Da der Schiffsschraubenmotor ein Motor mit zwei Geschwindigkeiten
ist, erweist es sich als notwendig, in dem Stromkreis des Gene-. rators:234 einen
Polumschalter 238 anzuordnen, um den. Motor 23b . mit der Schlüpfungsfre
quenz
beider Polzahlen laufen zu lassen. Es ist ferner nötig, gleichzeitig die Geschwindigkeit
des Motors i78 zu ändern, und um dies zu erreichen, kann durch einen Schalter 239
ein Nebenschlußstromkreis über einen regelbaren Widerstand 240 innerhalb des Feldstromkreises
des Motors 178 geregelt werden. Der Schalter 2q.3 ist zur Verbindung .der Differentialgetriebe
D und D' für den Fall vorgesehen, daß beide Motoren von einem einzigen
Generator bedient werden, und zum Getrennthalten dieser Getriebe, wenn jeder Generator
seinen eigenen Motor speist. Wenn der Verbindungsschalter 242 geschlossen ist, muß
der Schalter 243 die Kontakte der Differentialgetriebe D und D' derart verbinden,
daß die Erregung der Wechselstrommaschine nur dann anwächst, wenn die Schlüpfung
bei den Motoren unterhalb des vorbestimmten Wertes ble:bt, und daß die Erregung
vergrößert wird, sobald die Schlüpfung eines der Schiffsschraubenmotoren über den
zuvor bestimmten Wert hinausgeht. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Kontakte
181 und 181' in Reihenschaltung arbeiten, um die Generatorfeldstärke zu vermindern
und in Parallelschaltung arbeiten, wenn die Generatorfeldstärken verstärkt werden
sollen. Die Schalter 247 und 247' sind Ausschalter für die Steuerungsmotoren.
-
Die Wirkungsweise der in Abb. io dargestellten Schaltung soll für
den Fall beschrieben werden, daß der Verbindungsschalter 242 offen ist, und daß
der Schalter 243 sich infolgedessen in seiner rechts befindlichen Stellung hält.
Die Schalter 2q:7 und 247' werden zwecks Inbetriebsetzung geschlossen, und der Kontroller,
der zu einer jeden Gruppe von Kontakten gehört, wird wie in Abb. 7 bedient. In *den
Gitterstabswicklungen 223 und 223' wird ein Anlaufdrehmoment der Motoren von hohem
Widerstande erzeugt. Bei einer bestimmten Schlüpfung werden die Differentialgetriebe
E und E' die Kontakte 195 und 195' schließen, um die Schalter 2z9 und 229' zu schließen,
so daß die Rotorwindungen von bestimmtem, niedrigem Widerstande unter Strom gesetzt
werden, genau wie die Schalter i4o in Abb. 7 arbeiten, um die Widerstände 139 kurzzuschließen.
In seiner oberen Einstellung bewegt das Differentialgetriebe D, wie es durch einen
Pfeil angegeben ist, den Kontakt 181, um einen Stromkreis von. dem negativen Kontakt
x durch den Kontakt 164 zu schließen, so daß der Steuerungsmotor ift den Widerstand
i6o aus dem Stromkreise ausschaltet. In seiner hinteren Einstellung schließt der
Kontakt ift den Kontakt 245 und den Kontakt 165 zum Ingangsetzen des Steuerungsmotors
ift in einer Richtung, die den Widerstand i6o einschaltet. In seiner oberen Einstellung
bewegt das Diffe~entialge-I triebe D' den Kontakt 181' in der Richtung des Pfeiles,
um einen Stromkreis zu schließen, der von dem negativen Kontakt x' durch den Kontakt
16q.' fließt, um den Steuerungsmotor 161" so zu betätigen, daß der Widerstand 16o'
ausgeschaltet wird. In seiner tiefen-Einstellung schließt der Schalter 181' einen
Stroms kreis von dem positiven Kontakt w' durch den Kontakt 246, den Kontakt i81',
den i Schalter 248 und durch den Kontakt z65', so daß der Steuerungsmotor 161" in
einer Richtung in Gang gesetzt wird, die den Wider-` stand 16o' einschaltet. Infolgedessen
arbeiten die Kontakte 245 und 246 mit den Kontakten 181 und 181' zusammen, um dieselbe
Wirkungsweise zu erreichen, wie sie in der Anordnung nach Abb. 7 stattfindet. Die
Betätigung eines jeden Differentialgetriebes ist hierbei unabhängig von derjenigen
auf der anderen Seite des Schiffes. Wenn beide Motoren von dem Generator 3 betätigt
werden sollen, so wird der Schalter 2q.7' geöffnet, um die Motoren 143" und 161"
stillzusetzen. Der Verbindungsschalter 242 wird geschlossen und der Schalter 243
infolgedessen in seine Linksstellung gebracht. Beide Kontroller werden in
d rtogewünschten Richtung betätigt, und 0 ren 178, x78", 236 und 236'
werden in Gang gesetzt. Die Differentialmechanismen E und E' arbeiten unabhängig
voneinander im Sinne einer Schließung der Kontakte ig5 und 195', um die Schalter
229 und 229' zu betätigen, so daß die Motorwicklungen von niedrigem Widerstande
Strom erhalten Sobald die Schlüpfung in jedem Motor über den zuvor bestimmten Wert
hinausgeht, wird der Motor ift bestrebt sein, in einer Richtung zu arbeiten, die
auf Ausschaltung des Widerstandes i6o hinwirkt, und wenn nötig, die Turbinengeschwindigkeit
herabmindert.- Wenn z. B. das Differentialgetriebe D sich in seine hohe Einstellung
bewegt, so wird es einen regativen Stromkreis schließen von dem Kontakt x durch
den Kontakt 181 und den Grenzschalter 164 zum Steuerungsmotor i6i. Wenn das Differentialgetriebe
D' sich in seiner oberen Einstellung befindet, so wird es einen gleichen negativen
Stromkreis schließen von dem Kontakt x' durch den Kontakt i81', den Kontakt 244
und den Schalter 164 zum Steuerungsmotor 161. Wenn das Differentialgetriebe D sich
nur bis zu seiner unteren Einstellung bewegt, so wird kein Stromkreis geschlossen;
aber wenn das Differentialgetriebe D' ebenfalls in seine untere Einstellung übergeht,
so wird ein Stromkreis geschlossen von dem Kontakt w durch den Kontakt i81, den
Kontakt 245, den Kontakt r81', den Schalter 249, den Kontakt 246 und durch den 12
Schalter 165, um den Steuerungsmotor i61 in ler umgekehrten Richtung umzuschalten
und
den Widerstand 16o einzuschalten. Es ist zu beachten, daß zu
diesem Zeitpunkt beide Differentialgetriebe D und D' mit dem Kontakt
w zusammenarbeiten, wobei der Stromkreis des Kontakts w' beim Schalter 246 offen
ist.
-
Der eine Motor kann in der einen Richtung und der andere Motor in
der anderen Richtung betrieben werden, um das Schiff umzuwenden, und diese Tätigkeit
kann ebensogut stattfinden, wenn beide Motoren von einem einzigen Generator gespeist
werden, als wenn jeder Generator an seinen zugehörigen Motor angeschlossen ist.
-
Zum Zwecke des Antriebes der Schiffsschraube 6' durch die Turbine
r, wenn die Kontrollvorrichtung die Kontakte betätigt hält, wird sie in ihrer »Halt«-Stellung
gelassen, und das Differentialgetriebe D' wird daher in .dessen obere Einstellung
gebracht werden, jedoch wird der Kontakt 181' wirkungslos sein, solange der Kontakt
x' nicht losgelassen ist. Der Verbindungsschalter 242 wird natürlich geschlossen
sein und der Schalter 243 sich in der Linksstellung befinden. Der Schalter 248 wird
ebenfalls in die andere Einstellung bewegt, die derjenigen in der Zeichnung entgegengesetzt
ist.
-
Abb. ii stellt eine Anordnung dar, die an Stelle der Polumschaltung
für den Hilfsgenerator 234 nach Abb. io benutzt werden kann. In Abb. ii werden zwei
kleine synchrone Generatoren 25o und 251 benutzt, die mit zwei doppelpoligen Schaltern
2q.2 in einem Stromkreise liegen, der durch den Umschalter 241 zum Motor 236 führt.
-
Die Generatoren 250 und 251 erzeugen verschiedene Frequenzen,
und der Schalter 252 wird mit dem Polumschalter 22i bedient. Ein doppelpoliger Schalter
253 kann plötzlich mittels des Schalters 252 umgelegt werden, um den Feldstromkreis
entweder vom Generator 25o oder dem Generator 251 mit Strom zu versorgen.