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Drehzahlregler für Kraftmaschinen mit Druckölhilfsmotor.
Die Erfindung betrifft die selbsttätige Regelung der Drehzahl von Kraftmaschine unter Verwendung von Hilfsmotoren. Einrichtungen für diesen Zweck enthalten immer ein Organ zur Messung der Drehzahl der Kraftmaschine. Meist wird hiefür ein Pendel verwendet, bei welchem die Fliehkraft umlaufender Massen im Gleichgewicht steht mit den Kräften ebenfalls mitumlaufender Federn. Mit Massen und Federn zwangsläufig verbunden ist die Reglermuffe, welche sich ebenfalls mitdreht und bei Störung des Gleichgewichtes sich in axialer Richtung verschiebt. An der Pendelmuffe greift das nicht umlaufende Stellzeug des Reglers an, welches den Schalter für den Hilfsmotor betätigt.
Um stabiles Verhalten der Einrichtung zu erzielen, muss bekanntlich ausserdem eine Rückführung der Bewegungen des Hilfsmotors auf den Hilfsmotorsehalter erfolgen, u. zw. so, dass jeder Stellung des Hilfsmotors eine bestimmte Drehzahl zugeordnet wird und umgekehrt.
Diese Rückführung kann in verschiedener Weise erfolgen, z. B. durch Verschiebung eines Drehpunktes im Stellzeug, wenn dieses als Hebel mit Gelenken ausgeführt ist. Es wird dann jeder Stellung des Hilfsmotors eine bestimmte Stellung der Muffe zugeordnet, damit aber auch eine bestimmte Drehzahl des Pendels und der Kraftmaschine, weil das Pendel statisch ist, d. h. bei jeder Muffenstellung eine andere Gleichgewichtsdrehzahl hat. Es ist ferner möglich, zwischen die Welle der Kraftmaschine und die Spindel des Pendels ein Getriebe mit veränderlicher Übersetzung, z. B. einen Riementrieb mit kegeligen Riemenscheiben einzuschalten und bei jeder Bewegung des Hilfsmotors das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes zwangsläufig zu verändern, etwa in der Weise, dass ein mit dem Hilfsmotor verbundenes Gestänge den Riemen auf den kegeligen Scheiben verschiebt.
Auch auf diese Weise wird jeder Stellung des Hilfsmotors eine bestimmte Drehzahl der Kraftmaschine eindeutig zugeordnet und dadurch stabiles Verhalten erzielt.
Eine dritte Möglichkeit der Rückführung besteht darin, in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Hilfsmotors eine axial gerichtete Kraft von aussen auf die Muffe auszuüben und dadurch das Gleichgewicht zwischen der Fliehkraft der umlaufenden Massen und der Kraft der Pendelfedern zu stören, so dass das Pendel eine andere Gleichgewichtsdrehzahl erhält. Auch auf diese Weise wird der für stabilen Betrieb erforderliche eindeutige Zusammenhang zwischen Hilfsmotorstellung und Drehzahl erzielt.
Diese drei Verfahren sind in bezug auf die angestrebte stabilisierende Wirkung einander gleichwertig, doch bietet das letztgenannte, nach welchem die Rückführung durch eine axial auf die Muffe wirkende Kraft erfolgt, einen besonderen Vorzug in jenen Fällen, in welchen zur Erzielung eines absolut gleichförmigen Ganges ein nachgiebiges Glied in die Rückführung eingeschaltet werden muss. Die Axialkraft, welche meist durch eine Feder erzeugt wird, kann nämlich gleichzeitig dazu dienen, den Kolben der Ölbremse zu belasten und das allmähliche Abschlüpfen herbeizuführen.
Auf diese Weise ist es ferner möglich, die Rückführung nicht durch ein Gestänge, sondern durch ein Rohr zu bewirken, indem der Zylinderraum der Ölbremse künstlich röhrenförmig erweitert wird, so dass er den räumlichen Abstand von Hilfsmotor zum Pendel überbrückt und das Rückführungsgestänge ersetzt. Man erspart somit sowohl die sonst erforderlichen mechanischen Elemente der Isodromeinrichtung als auch das Rückführungsgestänge und vermeidet die mit diesen mechanischen Teilen verbundenen Nachteile nämlich die Reibungswiderstände und die Gelenkspielräume mit ihrem störenden Einfluss auf den, Reguliervorgang.
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Ausser den Teilen : Pendel, Hilfsmotorschalter und Rückführung wird bei den meisten Drehzahlreglern noch eine Einrichtung zur willkürlichen Verstellung der Drehzahl während des Betriebes angebaut. Diese kann, ebenso wie die Rückführung am Stellzeug angreifen, d. h. einen Hebeldrehpunkt verschieben oder die Länge einer Stange verändern, oder sie kann auf ein Getriebe mit veränderlicher Übersetzung einwirken, durch welches die Pendelspindel von der Hauptwelle der Kraftmaschine aus angetrieben wird.
Es ist aber auch möglich, die Drehzahl durch Einwirkung einer axial gerichteten Kraft auf die Muffe zu verstellen, d. h. das Gleichgewicht zwischen der Fliehkraft der umlaufenden Massen und der Kraft der Pendelfedern durch eine äussere Kraft auf die Muffe zu stören und dadurch eine andere Gleichgewichtsdrehzahl herzustellen.
Bekanntlich gibt es eine grosse Anzahl von Fliehkraftpendelkonstruktionen, bei denen der kinemaische Zusammenhang zwischen den Umlaufmassen, den Federn und der Muffe durch Gelenke, Schneiden, Wälzbogen oder Rollen hergestellt wird. Alle derartigen Konstruktionen haben die Eigenschaft, dass, wenn von aussen axiale Kräfte auf die Muffe wirken, in den Gelenken, Schneiden od. dgl.
Reibungen entstehen, welche die Empfindlichkeit des Reglers vermindern und den Reguliervorgang verschlechtern. Es sind aber auch vollständig gelenklose Regler bekannt, z. B. das in der Zeichnung dargestellte Flachfederpendel- !, welches nur aus einigen Bandfedern besteht, die gleichzeitig als Um- laufmassen als Federn und als kinematische Bindeglieder zur Muffe 2 dienen. Pendel dieser Art sind daher besonders dazu geeignet, axiale Kräfte an der Muffe aufzunehmen, weil sie durch beliebig grosse derartige Kräfte nicht unempfindlich werden können. Auch das infolge der Muffenbelastung auf- I tretende Reibungsdrehmoment macht den Regler nicht unempfindlich, wenn die Bandfedern gegen
Drehung genügend steif ausgeführt werden, so dass für die Mitnahme im Drehsinn keine Nuten und
Federn od. dgl. erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, dass als Drehzahlmesser ein derartiges, gelenkloses
Flachfederpendel verwendet wird und dass sowohl die Rückführung als auch die Drehzahlverstellung durch Kräfte erfolgt, welche in axialer Richtung auf die Pendelmuffe wirken. Hiedurch wird gegen- über den bisher bekannten Konstruktionen der Vorteil erreicht, dass an der ganzen Einrichtung kein einziges Gelenk od. dgl. erforderlich ist, so dass jede Reibung, sowie auch der geringste Spielraum ver- mieden wird. Die Präzision der Regelung ist daher besser als bei den bekannten Konstruktionen, die alle entweder im Pendel selbst, im Stellzeug, in der Rückführung oder in der Drehzahlverstellvorric1J- tung Gelenke, Schneiden od. dgl. aufweisen.
Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes.
1 ist das Flachfederpendel, welches des einfachen Antriebes wegen vorteilhaft mit liegender
Achse angeordnet wird, 2 seine Muffe. Über dem Bügel 11 ist die Muffe 2 mit dem Steuerschieber 3 verbunden, der den Schalter für den hydraulischen Hilfsmotor 4 darstellt. Zu-und Abfluss des Druck- öles beim Steuerschieber 3 erfolgt im Sinne der eingezeichneten Pfeile.
Mit der Kolbenstange des Hilfsmotors 4 ist einerseits der Kegel des Regulierventil 5 fest ver- bunden, welcher den Zufluss des Treibmittels zu der nicht dargestellten Kraftmaschine regelt. Ander- seits trägt die Kolbenstange einen : Hilfskolben, der sich in demZylinderraumss dicht schliessend bewegt und die Rückführung auf folgende Weise bewirkt : Die Räume 6 und 8 sowie das Verbindungsrohr 7 sind ganz mit Öl gefüllt, so dass jede Verschiebung des Kolbens 4 eine entsprechende Verschiebung des Rückführkolbens 9 zur Folge hat. Zwischen dem Kolben 9 und dem Bügel 11 ist die Rückführ- feder 10 eingespannt.
Diese Feder übt, je nach der Stellung des Kolbens 9, eine bestimmte Kraft auf den Bügel 11 und damit auf die Muffe 2 aus, wodurch die Gleichgewiehtsdrehzahl des Pendels beein- flusst wird, u. zw. in Abhängigkeit von der Stellung des Hilfsmotors 4. Der Kolben 9 hat in seinem
Boden eine kleine Durchflussöffnung 14, welche bewirkt, dass die Spannung der Feder 10 während und nach jedem Reguliervorgang allmählich verschwindet, so dass der Regler stets wieder genau zu der ursprünglichen Drehzahl zurüekkehrt. Der ganze Raum 12 ist mit Öl gefüllt und zwischen dem Rückführzylinder und der Pendelmuffe steht eine Scheidewand 13, welche das Abfliessen des Öles verhindert und dadurch die Gefahr beseitigt,
dass bei Abwärtsbewegung des Kolbens 4 atmosphärische
Luft durch die Öffnung 14 in den Raum 8 und in das Rohr 7 eingesaugt wird, wodurch das hydraulische
Gestänge unstarr werden könnte.
An dem Bügel 11 ist weiter die Drehzahlfeder 15 befestigt, deren rechtes Ende mit dem Feder- teller 16 fest verbunden ist. Durch die Spindel 17 und die Mutter 18 kann die Spannung der Feder 15 entsprechend der gewünschten Drehzahl eingestellt werden. Die Feder 15 ist sowohl am Federteller 16 wie am Bügel 11 gegen Verdrehung gesichert und verhindert dadurch jede Drehung des Bügels 11 mit der Muffe 2 um die Achse des Pendels. An der Muffe 2 entsteht nämlich, weil sich das Pendel 1 dreht und die Muffe 2 stillsteht, ein Reibungsdrehmoment, dessen Grösse von den jeweils ausgeübten Kräften der beiden Federn 10 und 15 abhängt.
Dieses Drehmoment sucht die Muffe 2 samt dem Bügel 11 um die Pendelachse zu drehen und um eine derartige Verdrehung zu verhindern, ist die Feder 15 an ihren beiden Enden gegen Verdrehung so gesichert, dass sie das Reibungsdrehmoment vom Bügel 11 auf den Federteller 16 übertragen muss. Dieses Reibungsdrehmoment, welches dadurch entsteht, dass sowohl die Rückführung als auch die Drehzahlverstellung durch Kräfte erfolgen, welche in axialer
Richtung auf die Pendelmuffe wirken, wird somit einerseits durch die Steifheit der Bandfedern des
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Pendels 1 auf die Antriebswelle übertragen, anderseits durch die gegen Verdrehung gesicherte Feder 15 auf den Federteller 16.
Beide Abstützungen erfolgen somit in solcher Weise, dass keine Reibungen entstehen können, welche die Bewegung der Muffe in axialer Richtung hindern könnten. Die Belastung der Muffe kann somit beliebig hoch gewählt werden, ohne die Empfindlichkeit des Reglers zu verschlechtern. Wird beispielsweise durch Drehung der Spindel 17 der Federteller 16 nach links verschoben, so entsteht an der Reglermuffe 2 eine ebenfalls nach links gerichtete Kraft, welche die Gleichgewichtsdrehzahl des Reglers erniedrigt. Die Anordnung kann so getroffen bzw. die Feder 15 so stark gewählt werden, dass die im ungespannten Zustand geraden Bandfedern des Pendels 1 auch bei Stillstand der Maschine in die gezeichnete Gleichgewiehtsstellung gebracht werden können, in welcher die Kanten des Steuerschiebers 3 sich decken.
Es ist somit bei dieser Anordnung möglich, die Drehzahl von ihrem höchsten Wert bis herab zum Stillstand vollkommen stetig einzustellen und die Kraftmaschine bei jeder beliebigen Drehzahl zwischen Stillstand und Höchstwert mit selbsttätiger Regelung zu betreiben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehzahlregler für Kraftmaschine mit Druckölhilfsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahlmesser ein gelenkloses Flachfederpendel angeordnet ist und dass sowohl die Rückführung der Hilfsmotorbewegung als auch die Drehzahlverstellung durch Kräfte erfolgt, welche in axialer Richtung auf die Pendelmuffe wirken.