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Fliehkraftregler.
Bei gewissen Instrumenten der drahtlosen Telegraphie, bei grossen astronomischen Fernrohren, Chronographes und vielen andern Vorrichtungen ist es wichtig, eine äusserst gleichmässige drehende Bewegung zu erhalten. Bei der drahtlosen telegraphischen Bildübertragung z. B. ist ein gleichbleibender Antrieb des Senders und des Empfängers das beste Mittel, um diese Apparate synchron zu betätigen und derart vollkommene Wiedergabe zu erzielen. Bei der Durchführung genauer astronomischer Beobachtungen ist es notwendig, dass das Fernrohr der täglichen Bewegung der Himmelskörper mit äusserster Genauigkeit folge.
Die Erfindung bezweckt, diese Antriebsbedingungen mit grosser Genauigkeit in einfacher und verli8 ! icher Weise zu erfüllen.
Die erwähnten Bewegungen werden am vorteilhaftesten mittels eines Fliehkraftreglers geregelt.
. Doch können hiebei Schwierigkeiten entstehen, da die Antriebsgeschwindigkeit innerhalb sehr enger Grenzen, etwa mit Abweichungen von einem Zehntausendstel oder weniger konstant gehalten werden muss, um die gewünschte Genauigkeit der Regelung zu ergeben. Um diesen Anforderungen zu genügen, ist es wesentlich, 1. dass der Fliehkraftregler innerhalb eines nutzbaren Bereiches astatiseh oder isochron wirkt,
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gewichte gerade befinden, und
2. dass der Ffiehkraftregler ebenso #frei" wie das Sehwingungspendel eines Präzisionsuhrwerkes wirkt, d. h. dass er zur Überwindung der Reibung oder anderer, seine freie Bewegung hindernder Energie absorbierender Widerstände keine Arbeit zu leisten braucht.
Erfindungsgemäss erfolgt die selbsttätige Bewegungsregelung mittels eines labilen Fliehkraftpendels und einer mit diesem verbundenen Stabilisierungsfeder, wobei der Regler die Treibkraft oder das angetriebene Element in der Weise beeinflusst, dass die Geschwindigkeit des letzteren innerhalb sehr enger Grenzen geregelt wird.
Bei einem labilen Regler sind die Schwungmassen während der Drehung im labilen Gleichgewichte oder erlangen dieses Gleichgewicht, wenn sie rascher als mit derjenigen kritischen Drehzahl gedreht werden, bei der sie die Wirkung einer sie zurückhaltenden Kraft überwinden. Ist daher die kritische Drehzahl eines labilen Reglers erreicht, so steigen seine Schwunggwichte sogleich aus ihrer Ruhelage nahe der Drehungsachse bis. zu einer durch Anschläge begrenzten äussersten Stellung und kehren erst, wenn die Geschwindigkeit beträchtlich abgenommen hat, in einem bestimmten Augenblicke in ihre Ruhelage plötzlich vollkommen zurück. Ein solcher Regler ist erfindungsgemäss zur genauen Gesehwindigkeitsregelung der erwähnten Instrumente bestimmt.
Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Die Fig. 1-3 sind schematische Darstellungen verschiedener labiler Fliehkraftregler, die Fig. 4-6 schematische An-
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gezeigt, doch werden gewöhnlich zwei Arme verwendet. In der Ruhelage ist das Pendelron einer Stütze al getragen. Wenn während der Betätigung die Zeit einer vollständigen Umdrehung mi die Achse A-. 4 gleich der ganzen Sehwingungsdauer eines einfachen Schwingungspendels von der länge BC ist, steigt das Pendel von seiner Stütze etwa bis zu der in ununterbrochenen Linien angedeuteten Stellung.
Die Länge BO wird durch Projektion des Massenmittelpunktes M auf die Achse axa und durch Messung des Abstandes des Projektionspunktes C vom Schnittpunkt B des Reglerarmes mit der Achse erhalten.
Wird das Pendel durch die Fliehkraft in die mit unterbrochenen Linien angedeutete Stellung gehoben, ergeben sich ein neuer Schnittpunkt Bj und eine neue Projektion Cl des Massenmitt'lpunktes Mj. Wenn nun die Teile so bemessen sind, dass in der neuen Stellung die Entfernung Bj-C, glösser ist als der Abstand BC, ist das Pendel labil und für die Vorrichtung nach der Erfindung anwendbar, da die Sehwin- gungsdauer des mit dem Reglerpendel korrespondierenden Pendels mit der Reglerdrehzahl nicht übereinstimmt, sondern das Reglerpendel das Bestreben hat, bei der geringsten Zunahme der Drehzahl über
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teile des Reglers kann die Grösse seiner kritischen Drehzahl festgelegt werden,
beispielsweise ist der Radialabstand des Aufhängepunktes X von der Achse A-A ungefähr gleich dem des Massenmittelpunktes M von dieser Achse, wobei der in Ruhe befindliche Regler einen Winkel von 40'mit der Achse A-A einschliesst.
Bei der Konstruktion des in Fig. 1 schematisch dargestellten Reglers ist der Regterarm g (Fig. 4) über den Aufhängepunkt X verlängert und der Fortsatz gl mit einem einstellbaren Brem3stift b versehen, der auf einem festen Bremsring bl aufliegt. Um diesen Regler praktisch anwenden zu können, ist er mit einem elastischen Element, der Stabilisierungsfeder, zu versehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen den Arm g und seinen Fortsatz g1 geschaltet ist. Der Arm g ist derart in einen oberen und einen unteren Teil geteilt, welche Teile durch die Blattfeder s verbunden sind. Die wirksame Länge der Feder s ist mittels Klemmschrauben verstellbar, die von einem Halter d getragen werden, der am unteren Teile des Armes g mittels Schrauben und Schlitzen einstellbar angebracht ist.
Der mit dem Bremsstifte als Reibungsteil in Berührung stehende Bremsring bl muss sehr genau eingestellt sein und eine sehr genau bearbeitete, ebene Oberfläche aufweisen. Es ist wesentlich, dass der Stift b auf dem Ringe bl aufliegt, wenn sich der Regler in Ruhe befindet, wobei der Druck des Stiftes gegen den Ring beliebig schwach sein kann. Die Stabilisierungsfeder tritt daher beim Aufwärtssteigen der Schwungmasse M sofort in Wirksamkeit. Wäre zwischen dem Stifte b und dem Ring bl ein raum vorhanden, dann könnte sieh das Pendel sofort nach Beginn der Umdrehung so bewegen, Hass der Regler am Anfange seiner Bewegung als labiler Regler wirken und in mehr oder weniger heftige Schwingung geraten würde.
Die Grobeinstellung des astatischen oder isochronen Reglerzustandes wird durch die Wahl einer Stabilisierungsfeder geeigneter Stärke und Breite, die notwendige Feineinstellung durch Änderung der wirksamen Federlänge durch Längseinstellung des Halters d und der Klemme e erreicht.
Der Fliehkraftregler nach Fig. 2 weist zwei Schwungmassen oder Gewichte Mg und Me auf. Das
Gewicht Me wird vom Ende eines Winkelhebelarmes getragen, der senkrecht steht, wenn der Regler in Ruhe ist. Das Gewicht Mg ist am Ende des andern Hebelarmes angeordnet, der sich bei Ruhelage des Reglers in waagrechter Lage befindet und auf einem Anschlag aufliegt.
Ist der Regler in Ruhelage (in Fig. 2 mit vollen Linien gezeichnet), so wird die Schwungmasse M1 ! -
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Me auswärts bewegt und die Schwungmasse Mg gehoben wird (in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien angedeutet), ist die Masse Me ausser der zunehmenden Fliehkraft auch der Schwerkraft ausgesetzt (Kraftlinien in Fig. 2). Wenn sich die Reglergewichte aus ihrer Ruhelage zu bewegen beginnen, tritt daher ein unstabiler Zustand ein, der Fliehkraftregler entwickelt einen Kraftüberschuss, der zur Betätigung einer starken Stabilisierungsfeder ausgenützt wird. Die Bemessung der Reglerteile für eine bestimmte Drehzahl kann durch Versuche leicht erfolgen, wobei die Schwungmassen Me, Mg, ihre Armlängen oder beide Grössen so lange geändert werden, bis sich die gewünschte Wirkung ergibt.
Es ist hiebei vorteilhaft, von der schematischenForm auszugehen und die beiden Gewichte. Me und Mg mit ihren Armen in einem winkelförmigen, mit einem Gelenk versehenen Stücke zu vereinigen.
Die praktische Ausbildung der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsform ist aus Fig. 5 ersichtlich. Am Arme des Gewichtes Me ist eine einstellbare Klemmvorrichtung e angebracht, an der das obere Ende einer Stabilisierungsblattfeder Sl befestigt ist. Am unteren Ende dieser Feder ist ein kleiner Arm f mit einer ein hohles Ende aufweisenden Einstellschraube 7t angeschlossen (Fig. 5 a). In das hohle
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Wie zuvor wird die Grobeinstellung des synchronen Zustandes der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung durch Wahl einer Stabilisierungsfeder entsprechender Dicke und Breite erreicht, während die Feineinstellung dadurch bewirkt wird, dass die Stabilisierungsfeder mittels der Klemmvorrichtung e
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höher oder tiefer gestellt und dadurch der wirksame Hebelarm, mit dem der Bremsstift b, am Gelenk des Winkelhebels angreift, geändert wird.
Wenn die Feineinstellung so durchgeführt wurde, dass die kritische Drehzahl des Reglers ebenso gross wie die gewünschte Drehzahl der Vorrichtung ist, so bewirkt die kleinste Geschwindigkeitszunahme, dass sich das Schwunggewicht Mi'auswärts bewegt, dadurch
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der Kraftübersehuss so verbraucht wurde, nimmt der Regler seine unwirksame Lage infolge der gleichzeitigen Wirkung der Stabilisierungsfeder mit grosser Schnelligkeit wieder ein. Für die vorliegende Konstruktion ist es wesentlich, dass sich die Bremsstifte b2 selbst einstellen können, da sonst der wirksame Hebelarm der Bremsstifte unbestimmt und, je nach der senkrechten Breite der Reibungsfläehen der Bremsstifte, veränderlich wäre.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform reichen die Reglerarme aufwärts und abwärts und sind oberhalb der Gelenke mit Gewichten aft, unterhalb mit Gewichten M, versehen. Die Gewichte jedes der so gebildeten zweiarmigen Hebel sind so angeordnet, dass sie bezüglich der Gelenke X, Xi in Gleichgewicht sind. Die Gelenke sind von Armen a getragen, die von der Drehachse A#A beiderseits entsprechend weit vorstehen. Jeder Arm a trägt einen oberen Anschlag k und einen unteren Anschlag 1, wobei die Anschläge k von der Achse A#A weiter abstehen als die Anschläge 1.
Die oberen Teile der Reglerarme sind miteinander mittels einer Zugfeder 82 verbunden, welche sie gegen die Anschläge k drückt, dank deren Anordnung die Reglerarme in der Ruhelage nach unten konvergieren, die Gewichte M, daher
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die Gewichte M1, falls die Anschläge k nicht vorhanden wären. näher zur Achse A-A gezogen würden, als die Gewichte M2.
Diese Ausführungsform des Reglers ist vollständig labil, denn, wenn die durch die Zugfeder verursachte Regelung der Bewegung der Gewichte nicht vorläge, würden die Gewichte-Mi bereits am Anfange der Umdrehung um die Achse Ara so weit als möglich auswärts fliegen, da sie mit zunehmender Entfernung der oberen Arme von der durch die Anschläge k bestimmten Ruhelage immer stärker aus-
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begrenzen, sind so bemessen und angeordnet, dass die grösste Winkelbewegung der Reglerarme um ihre Gelenke mässig ist. Die richtige Einstellung der Feder s, kann versuchsweise durch Änderung der die Labilität des Reglers bestimmenden Federlänge und der die kritische Reglerdrehzahl beeinflussenden Federstärke gefunden werden.
Die praktische Ausbildung des Reglers nach Fig. 3 ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser werden die oberen Arme des Reglers nicht allein durch eine sie verbindende Zugfeder 82'sondern auch durch sehr schwache Federn 83 beeinflusst, welche die Arme mit einer auf der Achswelle A gleitenden Muffe 84 verbinden. Doch sind natürlich auch andere Federkonstruktionen für den gleichen Zweck anwendbar.
Kleine Bremshebel m sind um mit den Zapfen der Reglerarme koaxiale Zapfen in den Armel < a gelagert. Blattfedern 85 sind mit einem ihrer Enden an den Naben der Bremshebel m befestigt und liegen, parallel zu den Reglerarmen verlaufend, Messerscheiden n an, die an den Reglerarmel1 einstellbar angeordnet sind. Die Bremsstifte b sind in den Bremshebeln ni einstellbar und stützen sieh, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungen auf einen festen Bremsring b,. Die Feineinstellung des Reglers als Isochron-
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und die Bremswirkung hervorrufen indem die Messerschneiden n gegen die mit den Bremshebeln verbundenen Federn 85 drücken.
Ein besonderes Merkmal der zuletzt beschriebenen Reglerart ist, dass hier die Reglerachse nicht senkrecht stehen muss, da die gleiche Wirkung infolge des Gewiehtsausgleiches der Gewiehte M M bei beliebiger Neigung der Achse A-A erzielt wird.
Die Regler können erfindungsgemäss ausser den beschriebenen Stabilisierungsfedern beliebige andere Federanordnungen aufweisen. Ebenso sind beliebige Formen der Bremse zulässig, insbesondere ist es gleichgültig, ob die Bremsstifte auf ebenen, zylindrischen oder konischen Flächen, auf der Innenoder Aussenfläche eines Ringes oder auf einem andern Bremsgliede aufliegen. Wenn die Bremsstifte oder Blöcke auf einer ebenen Fläche sitzen, kann die kritische Geschwindigkeit des Reglers z. B. durch Heben oder Senken der vertikalen Regleraehse oder durch Höhenänderung der erwähnten ebenen Fläche bewirkt werden.
Es ist aber schwierig, die Einstellung genügend fein und unabhängig von Temperaturschwankungen vorzunehmen, falls jene Genauigkeit erreicht werden soll, mit der Reglervorrichtungen nach der Erfindung arbeiten können. Es ist daher eine zylindrische oder schwach konische Bremsfläche zur Berührung mit den Bremsstiften oder -klötzen im allgemeinen vorzuziehen. Wird eine konische Bremsfläche benützt, so wird die durch relatives Heben oder Senken der Roglerachsr bewirkte Ein-
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geregelt werden, dass man die Reglergewichte mittels einer mit einer Verschlussmutter versehenen Schraube einstellbar anordnet (Fig. 4). Eine noch feinere Einstellung ist möglich, wenn man einen einstellbaren Teil in oder an den Gewichten, z.
B. einen im Gewichte Me quer zu dessen Tragarm einstellbaren Pfropfen p vorsieht (Fig. 5). Für geringe Drehzahländerungen während des Ganges der Maschine ist es vorteilhaft, eine äusserst feine Feder zu benützen, z. B. die Feder 83 bei der Anordnung nach Fig. 6. Durch Ver-
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armes wird die Spannung der Feder 83 geändert und die gewünschte Einstellung erreicht.
Die beschriebenen Regler sind Geschwindigkeitsregler und wirken durch Vernichtung des Energie- Überschusses der Maschine, deren Gang von ihnen unmittelbar geregelt wird und sind insbesondere geeignet, wenn kleine Energiemengen zur Wirkung gelangen. Diese Regler sind aber auch als Leistungsregler ausführbar. So kann der in den Fig. 4-6 dargestellte Brems-oder Reibungsring umlaufend statt feststehend gelagert sein uhd mit den zur Leistungsregelung vorgesehenen Mitteln verbunden werden.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform z. B. ist der Brems- oder Reibungsring b10 am Rande einer tellerförmigen Scheibe oder eines Rades 6] j ausgebildet, dessen Nabe um die Achswelle des Reglers drehbar ist und ein Zahnrad bs oder ein anderes Getriebe aufweist, das mit einem Rade oder mit einer Zahnstange in Eingriff steht, für die eine wirksame Verbindung mit einem Maschinenventil, dem Schalter eines elektrischen Motors oder mit einem Rheostat vorgesehen ist. Eine Feder oder eine durch die Schwerkraft oder durch Flüssigkeitsdruck wirkende Vorrichtung führt das Rad & , i und die mit ihm verbundenen Teile in die normale Stellung zurück, sobald die Reglervorrichtung aufhört, den Bremsstift b gegen den Reibungsring zu drücken und ihn zu drehen.
Um höchste Genauigkeit zu erzielen, ist es ratsam, die gewöhnlichen Gelenkstifte od. dgl. durch harte Schneiden in gehärteten, V-förmigen Lagern zu ersetzen. Diese Ausbildung der Stützen gelangt bei der in den Fig. 9-12 dargestellten Ausführung zur Anwendung. In manchen Fällen ist es ferner ratsam, eine Dämpfung vorzusehen, um rasche Schwingungen des Reglers zu verhindern. Eine solche Dämpfung ist gleichfalls bei der in den Fig. 9-12 dargestellten Ausführung angewendet. Endlich ist es vorteilhaft, eine leichte Gelenkverbindung für die auf entgegengesetzten Seiten der Reglerachse angeordneten Reglerarme anzuordnen, um gleichzeitige und gleichartige Bewegungen beider Arme trotz etwaiger Unterschiede der Einstellung oder Wirkung der einzelnen Teile zu sichern.
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in Fig. 4 dargestellten Bauart bei allen Reglern möglich. So wird z.
B. die in Fig. 7 schematisch dargestellte winkelförmige Pendelvorrichtung von einer Blattfeder y getragen, die in der Nähe des Bremshebels befestigt ist.
Die Fig. 9-12 zeigen eine praktische Ausführung des Reglers nach den Fig. 2 und 5. Die Reglergewichte 1 sind winkelig gestaltet und weisen je eine grössere Durchbohrung 2 auf. Bei dieser Ausführung ist eine Schwungmasse 3 am oberen Ende eines senkrechten Armes und eine Masse 4 am inneren Ende eines waagrechten Armes gebildet. Wenn die V orrichtunglnichtin Tätigkeit ist, ruhen die waagrechten Arme
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in Berührung steht. Diese besondere Motorgattung wird, als nicht zur Erfindung gehörig, hier nicht näher beschrieben. Das obere Ende der Achswelle 6 ist als zahnradförmige Teil 28 ausgebildet, der in das Gehäuse 9 reicht und mit einer beliebigen Transmission oder einem Bestandteile einer zu betätigenden Vorrichtung in Eingriff stehen kann.
Durch die Schwungmassen 3 reichen einstellbare horizontale Schraubenpfropfen 29, die eine Feineinstellung dieser Massen ermöglichen.
Zur Betätigung der Vorrichtung wird der Motor in den Stromkreis eingeschaltet. Die Regler- gewichte bleiben bis zur vorherbestimmten kritischen Drehzahl infolge des durch die Schwerkraft der
Gewichte verursachten Widerstandes in der in den Fig. 9 und 10 veranschaulichten Stellung. Ist diese Drehzahl überschritten, so überwiegt die Fliehkraftwirkung der Massen 3 die Schwerkraftwirkung der Massen 4, so dass die Schwungmassen 3 nach aussen fliehen und die Reglergewichte um ihre messerschneideförmigen Stützen 11 drehen. Wie schon bei Besprechung der Fig. 2 und 5 erwähnt, macht diese Bewegung die Massen 4 als Schwungmassen wirksam und verringert ihre Schwerkraftwirkung, während die Massen gleichzeitig Schwerkraftwirkung erhalten.
Die vereinte Wirkung besteht darin, dass der Regler fähig wird, die Federn 17 ohne empfindliche Geschwindigkeitszunahme abzubiegen, so dass die Bremsen der Stabilisierungsfedern 17 mit genügender Kraft gegen die zylindrische Fläche 22 gedrückt werden und ein Energieüberschuss des Motors augenblicklich verbraucht wird. Unmittelbar nach ihrer Wirkung kehren die Reglergewichte mit der gleichen Geschwindigkeit in ihre Ruhelage zurück, mit der sie dieselbe unter dem Einfluss des Kraftüberschusses verliessen.
Öffnungen, die in das Gehäuseinnere der Vorrichtung führen, können durch Zylinderverschlüsse 30 geschlossen werden (Fig. 12), damit der Regler nicht unter äusseren Einflüssen leide. Wenn der Regler ausser Tätigkeit gesetzt werden soll, wird der an der Achswelle 6 mittels der Schraube 32 geklemmte Ring 31 auf die Masse 4 gesenkt und in dieser Stellung durch Wiederanziehen der Schraube 32 gesichert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Fliehkraftregler zur Drehzahlregelung, insbesondere für wissenschaftliche Instrumente, Vorrichtungen zur Bildübertragung usw., mit labilen Fliehkraftpendeln, einer auf diese wirkenden Stabilisierungsfeder und einer Reibungsbremse, die von der Stabilisierungsfeder unmittelbar betätigt wird, sobald die Drehzahl der Vorrichtung eine bestimmte Grösse überschreitet und so die Drehzahl der Vorrichtung herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass am Pendelstützpunkt ein Fortsatz oder Arm vorgesehen ist, dessen Bewegung mit der durch die Fliehkraft verursachten Pendelbewegung übereinstimmt und der durch den Drehungswiderstand des Pendelträgers mittels eines einstellbaren Reibungsteiles, z. B. eines Bremsstiftes, auf eine nahe dem Pendelstützpunkt angeordneten Widerstandsbahn oder einen Ring wirkt.