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Einrichtung zur selbsttätigen Reglung von Gleichstrommotoren konstanter
Stromstärke in Serienkraftübertragungssystemen. Die Erfindung ist besonders zum
elektrischen Antreiben von Hilfsmaschinen auf Schiffen, wie z. B. Spills, Winden,
Steuergetrieben u. dgl., bestimmt, sie kann aber auch an Land bei Kranen, Aufzügen,
Hebelzeugen, Windegetrieben, Zentrifugaltrockenmaschinen u. dgl. angewandt werden.
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Für die praktische Ausführung der Erfindung wird das wohl bekannte
Gleichstromseriensystem benutzt, bei dem die verschiedenen Antriebsmotoren hintereinander
in einen Stromkreis eingeschaltet sind, der mit Gleichstrom von verhältnismäßig
konstantem Wert, aber von veränderlicher Spannung gespeist wind. Dabei ist jeder
Motor so 1,e-schaffen, daß seine Bürsten normalerweise in der neutralen oder zugkraftlosen
Stellung am Kommutator stehen. Die Zugkraft und die Geschwindigkeit wird in einfacher
und bequemer Weise :durch Verlegen der Bürsten von Hand aus oder auf andere Weise
verändert, wobei die Bürstenbewegung in der einen Richtung den Motor zum Umdrehen
in der einen Richtung und die Bewegung der Bürsten in der entgegengesetzten Richtung
den Motor zum Drehen ebenfalls in der entgegengesetztenRichtung bringt. Dieses Verfahren
zum Steuern von in Reihe verbundenen Motoren ist wohlgekannt und mit dem Fehler
behaftet, @daß, weil die Zugkraft des Motors nur von der Stellung der Bürsten abhängt,
der Motor durchzugehen strebt, sobald die von der Belastung abhängige Zugkraft kleiner
ist als die Zugkraft des Motors. Um nun das Durchgehen zu verhüten, wird der Motor
gemäß der Erfindung mit einer Übergeschwindigkeitsbremsvorrichtung versehen, die
vorzugsweise mit Fliehkraftwirkung arbeitet und dabei so beschaffen .ist, daß sie
bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Tätigkeit trritt. Diese Vorrichtung kann
von hinreichender Größe sein, um den Überschuß an Zugkraft bei irgendwelcher Stellung
der Bürsten aufzubrauchen; aber um unnötigen Kraftverlust zu vermeiden, wird derjenige
Teil der Bremsre, der normalerweise feststeht, und der hier als Gestellglied oder
Trommelglied bezeichnet wenden mag, so ausgeführt, daß er unter der Wirkung ,des
rdrehharen Teils der Bremse, der hier als Zentrifugalbremsglied bezeichnet werden
mang, !drehbar ist, und es wird nun :die Bewegung des Gestengliedes oder Trommelgliedes
benutzt, die Bürsten selbsttätig in eine Stellung von geringerer Zugkraft .umzulegen.
In Fällen, wo es erwünscht ist, @daß der Motor rückwärts läuft, wie z. B. -beim
Betätigen von Zentrifugaltrockenmaschinen, kann eine aus Sperrad und Klinke bestehende
Einrichtung vorgesehen sein, ,die die Bürste zwangsweise in ,die neutrale Stellung
zurückführt, sofern der Motor in rder falschen Richtung angelassen wird. Bei dieser
Einrichtung kafin das Sperrad Zähne haben, die in der :gehörigen Richtung geneigt
sind, und es wird auf dem Rahmenglied oder Trommelglied der Bremsre oder an einem
gleichwertigen Teil angebracht, und eine an dem Zentrifugalglied angebrachte Klinke,
gegebenenfalls mehrere Klinken werden mittels leichter Federn in Eingriff mit dem
Sperrad gehalten. Die Klrinke ist derart beschwert, daß sie bei höheren Geschwindigkeiten
durch die Zentrifugalkraft außer Eingriff mit dem Sperrad gehalten wind. Wenn der
Motor in der richtigen Richtung angelassen wird, so gleitet die Klinke zuerst über
die geneigte Fläche der ,Sperrzähne, und wenn dann :die Geschwindigkeit zunimmt,
so wird sie unter der Wirkung -der Fliehkraft von den Zähnen wegbewegt. Sollte der
Eingriff in die umbekehrte Stellung hinübergelegt werden, um den Motor als stromerzeugende
Bremse zu benutzen, und dann in der betreffenden Stellung belassen werden, so wird
der Motor zuerst stehenblevben und dann bestrebt wein, in der falschen Richtung
auf volle Geschwindigkeit zu gelangen; aber da die Klinke jetzt nicht unter der
Einwirkung der Fliehkraft steht, fällt sie in die Sperradzähne und arbeitet auf
das Rahmenglied oder Trommelglied der Bremse, wodurch die Bürsten in die neutrale
Lage zurückgeführt werden.
Zum Liefern des für die Einrichtung erforderlichen
Stromes wird eine Gleichstromdynamomaschine konstanter Stromstärke f enutzt. Um
zu verhüten, daß Energie an die Antriebsmaschine zurückgeliefert wird, was eintreten
kann, wenn einer (der Motoren oder mehrere von ihnen Energie an Idas Netz zurückgeben,
so kann der Stromerzeuger .mit einer Übergeschwindigkeitsbremsvorrichtung versehen
werden, wie es oben bereits in bezug auf den Motor beschrieben worden ist, und diese
Bremsvorrichtung hat in Tätigkeit zu treten, wenn die Geschwindigkeit des ,Stromerzeugers
einen vorbestimmten Wert übersteigt. Diese Bremsvorrichtung kann am ersten Rahmenglied
oder Trommelglied vorgesehen sein, so daß sie eben als einfache Bremse wirkt, oder
das Rahmenglied oder Trommelglied kann :beweglich und mit einem Reglungsgetriebe
von geeigneter Ausführung für den erwähnten Zweck versehen sein. Wahlweise kann
auch eine polarisierte elektrische Vorrichtung verwendet werdeA, die in Tätigkeit
tritt bei der Spannungsumkehrung, die in ,dem Anker des Stromerzeugers auftritt,
wenn idieser als Motor wirkt. Die genannte Vorrichtung kann adann zum Steuern einer
Bremse oder zum Betätigen von Regelvorriehtungen benutzt werden.
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Anstatt die Bremsvorrichtung zum Umlegender Bürsten gegen den neutralen
Punkt hin zu bewegen, kann sie auch zum Verlegen des neutralen Punktes gegen die
Bürsten benutzt werden, indem nämlich Idas Magnetgehäuse beweglich gemacht und mittels
einer geeigneten Übertragung oder Gliedverbindungen mit denn Rahmengestell oder
dem Trommelgestell der Bremse verbunden wird. Um die Stellung ides Magnetgehäuses
und der Magnete oder wahlweise der Bürsten zu steuern, wenn idiese vorn ider Einwirkung
der Bremse frei sind, können Federn oder Gewichte verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispielder Erfindung ist in Iden Ab b. i bis
8'. veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch -die Maschine.
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Abib. 2 ist ein Querschnitt durch Abb. i in der Linie A-A.
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Abib. 3 und 4 zeigen Einzelheiten einer abgeänderten Bauart.
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Abb. 5 und 6 entsprechenden Abb. i und 2, zeigen. aber ebenfalls,
eine Abänderung. Weitere Abänderungen sind in Abb. 7, 7a und 8 dargestellt.
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Was zunächst die in .den Aibb. i und. 2 veranschanlichte.Bauart betrifft,
so ist F der Anker, 2 die Feldwicklungen, 3. das Magnetgelnäuse und 4 der Kommutator
eines Ulektromotors, der in eine n7: Gleirhstromseriensystem. konstanter Stromstärke
arbeiten soll. Die Bürsten 5 werden von .einer Schwinge io getragen, anderen Rückseite
ein Rad 6 oder auch ein Quadrant angebracht ist, das bz-,v. der mit einem Zahntrieb
8 in Eingriff ist, der starr mit einem gleichachsigen Zahntrieb 9 zusammenhängt.
Dieser kämmt seinerseits mit e'nem Zahnraid 7, das am- Rücken .eines: Rahmengliedes
oder einer Bremstrommel i i befestigt ist. Diese Trommel und die,Schwinge io lagern
.beweglich auf einem nahenartigen Teil des Deckels 16. Auf der Welle 17 des Motors
ist -eine Scheibe 12 'angebracht, die mit Reibungsgliedern oder Bremsschuhen 13
versehen ist, welche sowohl .unter Fliehkraftwirkung als .auch unter der Wirkung
von Federn 14 stehen und mittels Stiften rg geführt werden. Ein Handgriff
15 kann unmittelbar an der Bremstrommel i iangebracht werden, wie dies die
Abbildungen zeigen, oder der Griff kann sieh an der Schwinge io befinden und .dann
durch Vermittlung von Getriebeteilen, Verbindungsgliedern o.,digl. von außen bewegt
'werden.
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Beim Arbeitendes Motors wenden die Bürsten normalerweise .in der -neutralen
oder zugkraftlosen ;Stellring erhalten. Beim Bewegen des Handgriffes 15 in
ider -Richtung x (Ab. z). werden die Bürsten in der Richtung y bewegt, so @daß in
dem Anker eine Zugkraft auftritt, die ihn in Richtungydrehen will. Die so herbeigeführte
Zugkraft verändert sich mit der Stellung des Griffes 15 sowie der Bürsten 5 relativ
zu !der neutralen Lage und wird verhältnismäßig größer oder kleiner, je nachdem
die Bewegung des Griffes 15 von der neutralen sStellung weg kleiner oder größer
ist; die Veränderung geht bis zu derjenigen Maximalzugkraft, für. die ,die Maschine
entwerfen ist. Sollte der Griff zu weit bewegt werden, vorausgesetzt, daß idie Zugkraft
des Ankers größer sein sollte als die durch die Last erforderte Zugkraft, so wird
die iGeschwindikest des Ankers zunehmen. Sobald aber die =Geschwindigkeit #da#s
vorbestimmte Höchstmaß überschreitet, bewegen sich die Bremsschuhe 13 (Ahb.
2). unter der. Wirkung der.Fliehkraft auswärts entgegen der Wirkung der Federn 14
und reiben an der Bremstrommel i i mit einem: Druck, der ausreicht, .den Griff i
5, -der an der Trommel befestigt ist, sowie idie Bürsten 5 rückwärts in die neutrale
Stellung zu bewegen.
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Es ist oiffenbar, idaß diese Arbeitsweise umkehrbar ist und daß, sofern
die Gesehwnndig keit unter der Höchstgrenze gehalten wird, die Zugkraft und: die
Drehungssichtung des Ankers durch einfaches Bewegen ödes Griffes 1,5 geregelt werden
kann.
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Inn Fällen, wo, es unerwünscht ist, denn Motor zu gestatten, die volle
Geschwindigkeit in rückwärtiger Richtung zu erlangen., und wo
der
Griff in die rückwärtige Stellung bewegt werden muß, um stromerzeugendes Bremsen
herbeizuführen, kann die in den A,bb. 3 und 4 gezeigte Anordnung oder eine gleichwertige
Einrichtung verwendet werden.
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Wie aus diesen Abbildungen hervorgeht, ist an der Trommel i i oder
deren Äquivalent eine Reihe« Sperrzähne 18 vorgesehen, und an der Scheibe i2 oder
deren Äquivalent Lefindet sich ein Arm 2o mit einer in die Zähne 18 greifenden Klinke
1g. Diese wird in normaler Weise mittels einer leichten Feder 22 in Eingriff mit
den Zähnen 1$ gehalten, ater der überhängende Teil ,der Klinke ist so schwer ausgeführt,
daß, wenn .die Scheibe 12 bis auf eine gewisse Geschwindigkeit gelangt, die auftretende
Fliehkraft die Klinke aus den Zähnen hinauswirft.
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Die Arbeitsweise ist wie folgt: Beim Bewegen ödes Griffes 15 in der
Richtung x (Abb. q.) geht der Anker an, und somit wird die Scheibe 12 in der Richtung
y gedreht. Bei der niedrigsten Geschwindigkeit gleitet die Klinke über die geneigte
Fläche der Zähne 18, und bei höheren Geschwindigkeiten tritt sie unter der Wirkung
der Fliehkraft aus den Zähnen heraus. Wenn die Belastung z. B. aus einer Zentrifugaltrockenm-aschinebesteht,
oder wenn eine sonstige Belastung von großem Beharrungsvermögen vorhanden ist, so
mag es als zweckmäßig gefunden werden, .die Maschine dadurch auszuschalten, daß
man den Motor als stromerzeugende Bremse benutzt. Um dies zu tun, wird der Griff
15 über die neutrale Stellung hinaus in der Richtung y bewegt. Wenn der Anker sich
nun in eben dieser Richtung dreht, wobei aber die Bürsten für Drehung in der Richtung
x eingestellt sind, so wird er Kraft von der Belastung entnehmen und sie an die
Linie zurückgeben. Unter dieser Bremswirkung wird die Motorgeschwindigkeit gemindert,
und schließlich steht der Anker still. Wenn der Griff 15 nun in dieser Stellung
belassen wird, so würde der Motor in der entgegengesetzten Richtung, nämlich in
der Richtung x, angehen. Da die Scheibe 12 aber nicht stillsteht, befindet sich
die Klinke ig unter der Wirkung der Feder 22 in Eingriff mit dem Zahn 1$, und jede
in entgegengesetzter Richtung auftretende Zugkraft, !die von dem Motor dadurch ausgeht,
daß dieser in der anderen Richtung angelassen wird, hat die Wirkung, den Griff 15,
die Trommel i r und -die Bürsten 5 zurück in die neutrale Stellung zu bringen, wodurch
:die in der anderen Richtung -wirkende Zugkraft abgeschnitten wird.
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Ein anderes Verfahren zum Bewegen der Bürsten ist in den Abb. 5 und
6 veranschaulicht.
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Bei dieser Abänderung ist das Magnetgehäuse 3 um seine Achse drehbar,
wie in Abb. 5 gezeigt, und wird von zwei Stützen 27 getragen. Federn 29, von denen
je eine auf j e einer Seite des Motorgehäuses angeordnet ist, beherrschen
dieses und legen seine neutrale oder zugkraftlose Stellung fest. Der Griff 15 ist
unmittelbar an der Federschwinge io befestigt oder an sie angeschlossen. An der
Bremstrommel .i i ist ein Quadrant 26 angebracht, der mit einem Quadranten 25 in
Eingriff ist, welcher auf der Spindel eines Zahntriebes 23 sitzt. Dieser ist seinerseits
mit einem Quadranten 24 in Eingriff, der am Magnetgehäuse 3 befestigt ist. Die Trommel
i i und die Schwinge io sind auch in diesem Fall beweglich auf dein Enddeckel 16
befestigt und gegen achsiale Bewegung durch Dichtungsteile 28 gehindert. In diesem
Fall besteht keine unmittelbare Verbindung zwischen der Trommel r i und der Schwinge
i o.
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Die Arbeitsweise ist wie folgt: Beim Bewegen des Handgriffes 15 in
der Richtung y (Abb. 6) kommen der Anker i und die Scheibe 12 ebenfalls in der Richtung
y in Bewegung. Die so entstehende und auf das Magnetgehäuse 3 wirkende Zugkraft
bringt dieses Gehäuse zum Drehen um -seine Achse entgegen der Wirkung der Federn
29, nämlich in der Richtung x, wodurch die Voreilung der Bürsten und somit @die
Zugkraft vergrößert wird. Diese Tätigkeit setzt -sich fort, bis die Ankerreaktionszugkraft
durch den Zug der Feder 29 ausgeglichen wird. Bei dieser Stellung hängt die von
dem Anker entwickelte Zugkraft von der Bürstenvoreilung ab, die teilweise aus der
Vorwärtsbewegung des Griffes 15 und teilweise aus der Rückwärtsbe-,vegung des Magnetgehäuses
3 und .der Pole 2 resultiert. Sollte diese Zugkraft zu groß für die -Belastung werden,
so nimmt die Geschwindigkeit der Maschine zu, und die mit der Trommel i i in Berührung
kommenden Bremsschuhe 13 zwingen durch Vermittlung des Getriebes 25, 26, 23, 24
,das Magnetgehäuse, sich in der Richtung y zu drehen, wodurch die Voreilung der
Bürsten vermindert wird, indem die Magnetpole vorwärts gegen die Bürsten gedreht
werden, anstatt diese gegen die Pole, wie in dem in Abb. i und 2 dargestellten Fall,
zu drehen. In diesem Fall ist also die wirkliche neutrale oder zugkraftlose Stellung,'
wenn der Motor arbeitet, veränderlich und hängt von der schließlieben Stellung ab,
die das Magnetgehäuse unter den zu der ge- i gebenen Zeit herrschenden Zuständen
einnimmt.
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Um stoßfreies Arbeiten -der verschiedenen Teile herbeizuführen, können
in bekannter Weise Bremstöpfe oder gleichwertige Vorrich- i tungen benutzt werden.
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Bei Windearbeit ist es üblich, schwere
Lasten mit
geringerer Geschwindigkeit als leichte Lasten zu heben, und wo es erwünscht ist,
daß demgemäß verfahren werden söll, können Mittel nach Art der in Iden Abb. 7 und
8 gezeigten verwendet werden, um die Höchstgeschwindigkeit, bis auf die die Maschine
gelangen kann, gemäß der Stellung des Handgriffes zu begrenzen. Je weiter @dieser
Griff von der neutralen oder zugkraftlosen Zone entfernt ist, desto größer ist die
Zugkraft und,dernzufalge auch die Last, die gehoben werden kann.
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Um dies herbeizuführen, sollte, j e weiter der Griff von der neutralen
Stellung entfernt ist, desto :geringer die Geschwindigkeitsgrenze sein, bei der
die Bremsvorrichtung in Tätigkeit tritt.
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In Abb. 7 sind, ebenso wie oben, i .i und 1.2 das Rahmenglied oder
Trommelglied und das Zentrifugalbremsglied. Das Rahmenglied ni ist nicht nur einer
Drehbewegung fähig, sondern es kann ihm von' idem Griff 15 aus auch eine achsiale
Verschiebung erteilt werden. Diese Bewegung wird mittels eines Stiftes 30 geregelt,
der am Deckel 1,6 angebracht ist und in .einem Schlitz 31 in dem Nabenteil .des
Rahmengliedes i i arbeitet. Dieser .Schlitz ist spiralig geschnitten, so daß bei
einer Bewegung des Griffes 15 weg von der neutralen oder zugkraftlosen Zone
entweder in der Richtung x oder in ider Richtung y (Abt. 2) das Rahmenglied i i
achsial in der Richtung w (Aibb.7) bewegt wind und es dann die in Abb. 7a gezeigte
Stellung einnimmt. Die Bremsflächen verlaufen bei dieser Ausführung nicht parallel
zur Achse; sondern sind kegelförmig ausgebildet, so idaß .bei Bewegung des Rahmengliedes
i i in der Richtung w der freie Raum 3,2 zwischen den Gliedern ri und 13
vermindert wird. Das Zentrifugalglied 13 kann also mit der Trommel m in Eingriff
kommen, wenn das Glied i2 mit geringerer Geschwindigkeit gedreht wird, und wenn
die Bürsten in eine Stellung für geringere Drehkraft gelangen, so kann mittels der
beschriebenen Einrichtung verhütet werden, daß die Geschwindigkeit über idiej enige
steigt, welche als höchste für die gegebene Belastung vorbestimmt worden ist.
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Für leichte Lasten braucht der Griff 15 nur um einen geringen Betrag
bewegt zu werden, um die erforderliche Zugkraft zum Heben der Last zu ergeben, und
da der freie Raum 32 dann größer ist, kann die Maschine eine entsprechend höhere
Geschwindigkeit annehmen.
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Der Zahntrieb, 9 ist hier etwas verlängert, um auch bei der achsialen
Verschiebung des Rahmengliedes i i in gehörigen Eingriff mit der Innenverzahnung
des Rades 7 zu bleiben.
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In Abb..8 ist dass Rahmenglied ii in äußerer Ansicht veranschaulicht,
und man sieht hier deutlicher den Schlitz 34 aber ohne den Stift 30, der um größerer
Klarheit willen weggelassen worden isst.