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Drehzahlregler.
Die Erfindung betrifft einen Drehzahlregler für Kraftmaschine mit Fliehkraftpendel oder Dynamomaschine. Das Anwendungsgebiet dieser Regler umfasst im vorliegenden Falle eine Lokomotivhilfsbetriebsanlage, die ausser Dampfkraft die durch eine Luftturbine geleitete Zugluft zum Antrieb verschiedener Nebeneinrichtungen ausnutzt. Der erfindungsgemässe Regler ist auf der Welle dieser Luftturbine angeordnet und zu deren Drehzahlregelung vorgesehen.
Erfindungsgemäss ist der Regler dadurch gekennzeichnet, dass durch Fliehkraftwirkung bei zunehmender Drehzahl ein rotierender Klotz zwecks Abbremsung zu grosser Geschwindigkeit in eine Muffe geschoben wird, die von Hand aus verstellbar feststeht und ein Gestänge stützt, welches von einer mit dem Bremsklotz sich verschiebenden Führung bei abnehmender Drehzahl ein Ventil (83) öffnet, um mit einer Hilfsdampfturbine die Drehzahl zu beschleunigen, so dass die Drehzahl entsprechend der wahlweise geänderten Muffenstellung eine annähernd gleiche bleibt. Ausserdem kann diese Dampfventilsteuerung durch elektrische Hilfseinrichtungen geschehen, deren Überschussenergie auch selbst zum Antrieb der Nebeneinrichtungen verwendet werden kann.
In der Zeichnung ist die Einrichtung schematisch dargestellt.
Die Welle 80 wird von einer Luftturbine 53 angetrieben, für die aushilfsweise noch eine Dampf-
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zur Verfügung stehen. Auf der gleichen Welle sind auch noch Rauchgas-, Frischluft-und Abdampfpumpe der Kesselanlage angebracht. Ihre Drehzahl wird durch einen Fliehkraftregler 99 oder sonstigen Regler D, der womöglich wieder auf derselben Welle sitzt, dadurch annähernd beliebig hoch gehalten, dass bei zu geringer Drehzahl in der Zuleitung zur Hilfsdampfturbine 82 ein Ventil 83 geöffnet wird, wogegen bei zu grosser Drehzahl durch Verschiebung einer Muffe 84 ein Abbremsen durch Reibung erfolgt.
Die willkürlich Festlegung der Drehzahl geschieht vom Führerstand aus durch Verstellung des Bremsklotzes 85, womit gleichzeitig auch das Ventilhebelwerk 86 verstellt wird, dessen Justierung durch eine Verschraubung 87 erfolgen kann. Eine Zeigervorrichtung 88, die auf den Führerstand übersetzt werden kann, zeigt das eingestellte Drebzahlintervall bzw. die Rauchgas-oder Abdampffördermenge, die für jeden Betriebszustand tabellarisch oder durch Rauchgasprüfer bestimmt werden kann.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann mittels Schalter 106 diese rein mechanische Regelung der Drehzahl aber auch mit einer elektrischen Anlage in Verbindung gebracht, weiter ausgebaut und vervollkommnet werden. Zu diesem Zwecke wird auch wieder womöglich direkt auf der Luftturbinenwelle 80 ein elektrischer Generator M aufgesetzt, der nach Art der Eisenbahnwagenbeleuchtung über einen elektrischen Regler Rg sowohl das Lichtnetz als auch eine Batterie Bt speist. Mit der Batterie Bt ist nun ein abstufbarer Reglerwiderstand 89 verbunden, dessen Grösse mit der Lage des Bremsklotzes 85 durch einen mitfolgenden Schleifkontakt 90 auf den rotierenden Stufenlamellen 91 willkürlich eingestellt werden kann.
Ein zweiter Schleifkontakt 92 am andern Ende des Widerstandes sorgt für Strom- durchführung zu einer Reglerspule 93, deren Wirkung elektrisch mittels eines Justierwiderstandes 94, mechanisch mittels verspannbarer Feder oder veränderlichen Gegengewichtes 96 eingestellt werden kann.
Die Reglerspule 93 steuert beispielsweise über Zahnstange 96 und Rad 97 eine Kontaktwalze mit einer Reihe von einstellbaren Kontakträdchen 98 derart, dass direkt von der Stromquelle gespeist die Schaltspulen je nach der Grösse der Verdrehung der Schaltwalze 98, also je nach der Erregung der Reglerspule 93, die wieder nur vom vorgeschalteten Regler Widerstand 89, also einerseits von der willkürlichen Stellung des Bremsklotzes 85 und des damit verbundenen Schleifkontaktes 90 und anderseits von der
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jeweiligen Drehzahl des Fliehkraftreglers 99 abhängig ist, zum Ansprechen gebracht werden können.
Mit zunehmender Drehzahl wird sich das Ventil 83 zur Dampfturbine 82 immer mehr schliessen, die Muffe 84 sieh immer mehr dem Bremsklotz 85 nähern und zugleich die Stufenlamellen 91 immer mehr in einer solchen Weise verschieben, dass der Reglerwiderstand 89 immer kleiner und der Strom für die Erregerspule 93 immer grösser wird. Diese Wirkungen können aber durch Verstellung des Bremsklotzes 85 beschleunigt oder verzögert werden. Es liegt demnach in der Hand des Führers, das Intervall der Drehzahl der Rauchgaspumpe 13 und der Abdampfpumpe 81 festzulegen.
Bei zu geringer Windstärke und daher Unterschreiten der unteren Grenze der verlangten Rauchgas-und Abdampfförderung durch die Luftturbine 53 wird die Hilfsdampfturbine 82 eingeschaltet werden, bei Überschreiten der oberen Grenze dagegen ein Abbremsen erfolgen, so dass das Intervall auf jeden Fall eingehalten werden muss. Ein Strombzw. Widerstandmesser A, der in den Reglerstromkreis eingeschaltet ist, gestattet dem Führer, die jeweils bestehende Drehzahl bzw. Rauchgas-und Abdampffordermenge abzulesen und entsprechend einzugreifen.
Dieses Strommessgerät A (in Fig. 1) ist ein gewöhnlicher elektrischer Strommesser, der gleichlaufend mit der Amperemasseinteilung oder an ihrer Statt eine Einteilung für Fördermengen von Abdampf und Verbrennungsluft oder für Abgase haben kann, da die als Kreiselpumpen oder wie gewöhnliche Lüfter (Luftpumpen) arbeitende und ähnlich wie die Luftturbine 53 oder die Dampfturbine 82 auf der Welle 80 angebrachten Abdampf-oder Rauchgaspumpen jeweils die gleichen Drehzahlen haben wie der das Messgerät A mit Strom versorgende Stromerzeuger D. Der dem Messgerät A vorgeschaltete, geeichte Widerstand 111 wird aber den Messstrom mittels Schaltkurbel 152 beeinflussen,
so dass die Amperezahl erst mit Rücksicht auf die Kurbelstellung-die Abdampf-oder Abgasmenge errechnen bzw. aus Parallelskalen am Gerät oder aus Tabellen ablesen lässt. Die Vorschaltwiderstandstufen 117 sind notwendig, um am Messgerät A mit einem kleinen Messbereich das Auslangen finden und genauere Ablesungen machen zu können.
Bei entsprechender Wahl der Einzelwiderstände kann der Bedienungsmann das Erreichen der mittels Schaltkurbel M2 und dem Reglerwiderstand 115 einzustellenden erwünschten Drehzahl der Hilfsgeräte (in Fig. 3) mit einem Blick feststellen, da dabei der Zeiger des Messgerätes A eine bestimmte Lage einzunehmen hätte, etwa in einer Nullstellung, wogegen bei minderer oder höherer als der erwünschten Drehzahl der Zeiger im ersten Falle etwa links, im andern Falle rechts bzw. - oder + ausschlagen würde.
Diee lektrisehe Reglereinrichtung wird erst nach einer bestimmten, jeweils einstellbaren Drehzahl zur Wirkung kommen und bezweckt mit seiner zuerst erregten Schaltspule 100, die Dampfzufuhr zur Dampfturbine 82 zu unterbrechen und gleichzeitig die elektrische Maschine M als (Reihenschluss-) Motor-umzuschalten, der von der Batterie Bt gespeist wird. Die früher aus der überschüssigen Windenergie über den elektrischen Generator M in der Batterie Bt aufgespeicherte elektrische Energie wird nun bei zu geringer Windenergie als elektrische Zusatzleistung zur Erhöhung der Pumpendrehzahl ausgenutzt.
Erhöht sich die Drehzahl infolge Wind-oder elektrischer Leistung über ein gewisses gewünschtes Mass, dann nimmt die Erregung der Reglerspule 93 und die Verdrehung der Schaltwalze 98 weiter zu und es wird dadurch die nächste Schaltspule 101 zur Batterie Bt Kontakt bekommen und ansprechen, ohne dass damit die erste Schaltspule-MO beeinflusst würde.
Es werden nun die Stromkreise, welche früher von den durch die Bewegung des Magnetkernes der ersten Sehaltspule 100 mitgenommenen Hilfskontakten geschlossen wurden, durch die Hilfskontakt der zweiten Spule 101 derart geändert, dass der (Reihenschluss-) Motor M wieder als (Nebenschluss-) Generator M umgeschaltet und die überschüssige Windleistung wieder als elektrische Netzleistung verbraucht und mit dem Rest in der Batterie Bt aufgespeichert wird. Die Windturbine wird durch diese Zusatzleistung eine Mehrbelastung und in ihrer Geschwindigkeit eine Abbremsung erfahren.
Nimmt sie aber trotzdem weiter zu, dann wird auch noch die dritte Schaltspule 102 erregt werden, welche die elektrische Nebenschlussmaschine M zu einem fremderregten Bremsgenerator M macht.
Die Fremderregung besorgt die Batterie Bt über einen Stufenwiderstand 103, der, weil er von der Schaltwalze 98 geschaltet wird, mit zunehmender Drehzahl abnimmt, damit aber im selben Verhältnis die Maschinenerregung und-leistung stärkt. Die auf solche Art erzeugte Bremsleistung wird in einem gewöhnlichen Heizgitter 104 in Wärmeenergie umgesetzt und zum Vorwärmen der hier durchströmenden Verbrennungsluft ausgenützt. Diese Bremsleistung kann so hoch gesteigert werden, dass auch die allergrössten Windstärken die Drehzahlen der Turbinen und Pumpen nicht über die jederzeit vom Maschinenführer willkürlich einstellbare Grenze zu treiben vermögen.
Die Gleichmässigkeit der Drehzahl wird auch bei den unterschiedlichsten Windstärken durch die rotierenden Massen der Pumpen und Turbinen usw. begünstigt, kann aber auch noch durch Anbringung besonderer Schwingmassen gefördert werden.
Die mechanische und die elektrische Reglereinrichtung sind sowohl gemeinsam als auch getrennt für sich allein verwendbar. Während der mechanische Regler durch die Höchststellùng des Bremsklotzes 85 ausgeschaltet werden kann, genügt für den elektrischen Regler das Öffnen eines Schalters 106.
Eine den mechanischen Regler entbehrende Bauart ist gleichfalls in der Zeichnung, u. zw. in deren linken Teil, veranschaulicht. Als Ersatz des Reglers 99 dient eine kleine elektrische Dynamomaschine D,
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welche auf der Turbinenwelle 80 läuft oder von ihr angetrieben wird. Ihre Leistung nimmt somit mit der Turbinendrehzahl zu. Sie speist über einen Doppelrheostaten R am Führerstand vier Schaltspulen jC-j-3, deren zweite 111 mit einem vorgeschalteten Widerstand die elektrische Maschine als Reihenschlussmotor schaltet, der von der Batterie Bt gespeist wird.
Zugleich schaltet ein Hilfskontakt der zweiten Spule auch die erste Spule 110 ein, die dadurch das Dampfturbinenventil j ! jM schliesst und ausserdem zwecks ungeänderter Stromverteilung einen Parallelkreis mit einem Widerstand, der dem der ersten Spule 110 gleich ist, öffnet. Die dritte Sehaltspule 112 wird wegen ihres grösseren Vorschaltwiderstandes erst bei weiterer Erhöhung der Turbinendrehzahl ansprechen und den Reihenschluss- motor M als Nebenschlussgenerator M umschalten. Die vierte Schaltspule 118 mit dem grössten Vorschaltwiderstand wird den gleichen Generatorstrom über einen Widerstand 104 leiten, der mit zunehmender Turbinendrehzahl bzw. Spulenerregung grösser wird und zur Vorwärmung der Verbrennungluft ausgenutzt wird.
Mit dem Schalthebel 152 des Doppelrheostaten R werden zwei Parallelkreise geschaltet, deren erster nur über den äusseren Reglerwiderstand 115 durch die Schleifschiene 116 zu den Spulen geht, deren zweite über einen Justierregelwiderstand 117 durch ein Stromnetzgerät A fliesst, welches die Ablesung der jeweiligen Turbinendrehzahl bzw. Rauchgas-und Abdampffördermenge gestattet. Mit der Rheostatschaltung ist demnach dem Führer auf die allerbequemste Art ein Mittel in die Hand gegeben, Intensität und Ökonomie der Feuerung jedem Betriebszustand rasches anzupassen. Wie ersichtlich, ist mit den beiden Dampfleitungshähnen 118 und 107 am Führerstand bei etwaigem Versagen der selbsttätigen elektrischen Reglereinrichtung jederzeit auch ein Notbetrieb möglich.
Die beschriebene Reglereinrichtung ermöglicht, dass bei Lokomotiven, gleichgültig ob im Stillstand oder während der Fahrt, immer nach Bedarf einstellbar annähernd gleiche Mengen Frischluft zugeführt und Rauchgase wie Abdampf abbefördert werden, wobei die aus Windkraft gewonnene überschlüssige Energie durch einen elektrischen Generator in einer Batterie aufgespeichert wird, um dann von hier aus, z. B. beim Anheizen, falls die erforderliche Windleistung oder Aushilfe einer Dampfturbine nicht vorhanden ist, die Lokomotivgasfördereinrichtung mit derselben Maschine elektrisch anzutreiben, mit der zuvor die Batterie aufgeladen und die Lokomotivbeleuehtung besorgt wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehzahlregler, dadurch gekennzeichnet, dass durch Fliehkraftwirkung bei zunehmender Drehzahl ein rotierender Klotz zwecks Abbremsung zu grosser Geschwindigkeit in eine Muffe geschoben wird, die von Hand aus verstellbar feststeht und ein Gestänge stützt, welches von einer mit dem Bremsklotz sich verschiebenden Führung bei abnehmender Drehzahl ein Ventil (83) öffnet, um mit einer Hilfsdampfturbine die Drehzahl zu beschleunigen, so dass die Drehzahl entsprechend der wahlweise geänderten Muffenstellung eine annähernd gleiche bleibt.