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Fliehkraftsteller
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fliehkraftsteller mit einem rotierenden, vorzugsweise auf eine Welle, Achse od. dgl. aufsteckbaren und mit dieser drehfest zu verbindenden Gehäuse, in dessen Innenraum einander zugekehrte, in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbare Führungsflächen vorgesehen sind, deren axialer Abstand in radialer Richtung nach aussen zu abnimmt und zwischen denen Fliehgewichte, vorzugsweise Kugeln, in Kammern angeordnet sind, die eine Radialbewegung der Fliehgewichte zulassen. Fliehkraftsteller dieser Art führen bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl eine Stellbewegung aus, die zur Steuerung, z. B. eines hydraulischen oder pneumatischen Ventiles, oder auch zur Betätigung von elektrischen Schaltern oder Reglern, beispielsweise zur Drehzahlregelung oder zum Umschalten von Elektromotoren, dienen kann.
Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Art sind im Gehäuse des Fliehkraftstellers sackartige Kammern zur Aufnahme und Führung von je einer als Fliehgewicht dienenden Kugel angeordnet. Die Achsen dieser Kammern sind gegenüber der Achse des Fliehkraftstellers geneigt. In ihrem radial äusseren Teil besitzt jede Kammer einen Längsschlitz, in welchem ein Arm des verschiebbaren Teiles des Gehäuses eingreift. Beim Rotieren des Gehäuses bewegen sich die Kugeln infolge der auf sie einwirkenden Fliehkraft in den Kammern nach aussen, wodurch sie den verschiebbaren Teil des Gehäuses über die in die Kammern hineinragenden Arme desselben in axialer Richtung verschieben.
Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform ist eine grössere Anzahl von Fliehgewichten vorgesehen, die durch in einer der beiden Führungsflächen ausgesparten Nuten in radialer Richtung geführt sind.
Zur Rückbewegung der Fliehgewichte in ihre Ruhestellung ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die die beiden Führungsflächen gegeneinanderdrückt.
Bei den bekannten Ausführungen ist die Drehzahl, bei welcher die Stellbewegung erfolgt, schon durch die Abmessung und den konstruktiven Aufbau des Fliehkraftstellers festgelegt. Eine Verstellung der Drehzahl ist lediglich in engen Grenzen durch Verändern der Rückstellkraft, z. B. durch Austausch der Rückstellfeder möglich. Derartige Fliehkraftsteller sind daher nur für einen begrenzten Drehzahlbereich anwendbar, so dass für jeden dieser Bereiche eine eigene Ausführung des Fliehkraftstellers, z. B. der gleichen Bauform mit jeweils andern Abmessungen, erforderlich ist.
Die Erfindung hat sich die Schaffung eines Fliehkraftstellers zum Ziele gesetzt, der bei gleichem
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einstellbar ist, wobei sowohl die Verstellkraft als auch der Verstellweg dem Verwendungszweck entsprechend beliebig wählbar sind.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass mindestens drei gleichmässig über den Umfang des Gehäuses verteilte Kammern, die durch schmale, etwa radial verlaufende Stege voneinander getrennt sind, in Umfangsrichtung soweit gegenüber dem Kugeldurchmesser ausgedehnt sind, dass jede Kammer wahlweise mit einer oder auch mehr als einer Kugel besetzbar ist. Dieser Fliehkraftsteller kann in einfacher Weise auf eine grosse Anzahl verschiedener Drehzahlen innerhalb eines weiten Bereiches abgestimmt werden, je nachdem, bei welcher Drehzahl die Stellbewegung erfolgen soll. Je mehr Kammern dabei durch Fliehgewichte besetzt sind und je grösser das Gewicht derselben gewählt wird, bei ei-
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ner umso kleineren Drehzahl erfolgt die Stellbewegung.
Die Feineinstellung der gewählten Drehzahl kann dann durch Änderung der Vorspannung der Rückstellfeder vorgenommen werden. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Fliehkraftstellers wird darüber hinaus eine sichere Auflage der Fliehgewichte auf ihren Führungsflächen erreicht, so dass ein Verkanten oder Verklemmen der die Führungsflächen tragenden Teile mit Sicherheit vermieden wird.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Gehäuse des Fliehkraftstellers eine auf der Welle festklemmbare Nabe umfasst, die sich unter Bildung eines ringförmigen Hohlraumes konzentrisch zur Welle erstreckt und an ihrem Ende einen radial verlaufenden Teller trägt, der auf seiner der Nabe zugewandten Seite die Stege und zwischen diesen die Führungsflächen in den Kammern aufweist.
Dabei ist es an sich nicht wesentlich, ob beide Führungsflächen des Führungsflächenpaares mit einer Schräge versehen sind, oder nur eine der beiden. Wesentlich ist jedoch, dass sich der Raum, in dem sich die als Fliehgewichte wirkenden Kugeln od. dgl. befinden, radial nach aussen verengt, so dass die Fliehgewichte, entgegen der Wirkung einer entsprechenden Feder, die die Führungsflächen tragenden Teile bei Erreichen einer kritischen Drehzahl in axialer Richtung auseinanderdrücken.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine die Nabe und den
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Auf diese Weise wird die axial verschiebbare Kapsel von den Kugeln in axialer Richtung abgestützt bzw., sobald diese sich radial auswärts bewegen, von diesen gegenüber der Nabe verschoben.
Grundsätzlich kann die Abfederung der Kapsel gegenüber der Nabe auf verschiedene Weise erfolgen.
Vorzugsweise wird jedoch vorgeschlagen, dass in dem Ringraum zwischen Welle und Nabe eine Schraubendruckfeder vorgesehen ist, die sich einerseits an dem Radialteil der Nabe, anderseits an der axial verschiebbaren Kapsel, insbesondere an deren Deckel, abstützt und damit die Kugeln über den andern Radialteil der Kapsel fest gegen die Führungsflächen des Tellers drückt. Durch diese Ausbildung des Federmittels wird eine gute Zentrierung erreicht und ein Verkanten der beweglichen Teile des Fliehkraftstellers schräg zur Drehachse mit Sicherheit vermieden.
Vorzugsweise kann der vorgenannten Schraubendruckfeder durch eine entsprechende Feineinstelleinrichtung eine gewisse Vorspannung erteilt werden. Durch eine solche Vorspanneinrichtung kann die kritische Drehzahl, bei der die Fliehgewichte nach aussen treten, sehr genau und fein eingestellt werden.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorspanneinrichtung einen im Ringraum axial frei verschiebbar angeordneten Stützring und diesen abstützende, achsparallel durch entsprechende Gewindebohrungen in der Nabe geschraubte Justierschrauben umfasst. Vorzugsweise werden dabei drei gleichmässig über den Umfang verteilte Justierschrauben verwendet, die beim Verstellen selbstverständlich gleichzeitig und in gleichem Ausmass verstellt werden müssen.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass im Gehäuse mehrere Paare, vorzugsweise zwei Paare einander zugekehrter und in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbarer Führungsflächen vorgesehen sind, zwischen denen sich jeweils mindestens drei wahlweise je einfach oder mehrfach mit Kugeln besetzbare Kammern befinden. Hiedurch kann die Gesamtanzahl der Fliehgewichte bei gleichen radialen Abmessungen des Fliehkraftstellers vervielfacht werden. Der Drehzahlbereich des Fliehkraftstellers erfährt dadurch eine erhebliche Erweiterung, da bei gleichbleibender Verstellkraft der Schaltvorgang infolge der Vervielfachung der Fliehkräfte schon bei wesentlich niedrigeren Drehzahlen ausgelöst werden kann.
In gleicher Weise kann aber auch bei unveränderter Schaltdrehzahl die Verstellkraft des Fliehkraftstellers vervielfacht werden, so dass auch Verstellbewegungen, die einen grösseren Kräfteaufwand erfordern, ausführbar sind.
Erfindungsgemäss ist weiterhin vorgesehen, dass bei Anordnung mehrere Paare Führungsflächen die schrägen Teile des einen Paares eine andere Neigung zur Achse haben als die schrägen Teile des andern Paares. Hiedurch lässt sich der Schaltvorgang in mehrere Schaltstufen unterteilen, wobei jeder einzelnen Schaltstufe eine bestimmte kritische Drehzahl zugeordnet ist. Diese Ausführung eignet sich daher besonders zur Betätigung von mehrstufigen Schaltern.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die schrägen Teile der Führungsflächenpaare auf einem auf der Nabe verschiebbar geführten Zwischenteller angeordnet sind, während der an der Nabe fest angeordnete Teller vorzugsweise radial verlaufende Führungsflächen besitzt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. l einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Fliehkraftstelle ! : mit drei Kammern, de-
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ren jede wahlweise mit einer, zwei oder drei Kugeln besetzt werden kann ; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 ; Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zwei Paaren von Führungsflächen in zwei übereinanderliegenden Kammergruppen.
Der Fliehkraftsteller nach Fig. 1 und 2 besteht aus einer Nabe 1 und einem relativ zur Nabe verschiebbaren Gehäuse 2. Die Nabe 1 sitzt auf einer Welle 3, mit der sie durch Klemmschrauben 4 drehfest verbunden ist, und weist einen radialen Ansatz in Form eines Tellers 5 auf, der durch Stege 18 in drei Kammern 6 unterteilt ist. Die Kammern 6 sind mit je einem Fliehgewicht 7 besetzt, gestatten je- doch auch die Aufnahme'weiterer Fliehgewichte 7' (strichpunktiert dargestellt) bzw. 7" (punktiert dargestellt). Die Fliehgewichte 7, 7', T sind dabei über den Umfang des Gehäuses gleichmässig verteilt, so dass der Fliehkraftsteller vollkommen ausgewuchtet ist.
Das Gehäuse 2 ist an der der Nabe 1 abgekehrten Seite durch einen Deckel 17 abgeschlossen, wel- cher mittels Schrauben 10, die Aussparungen 11 des Tellers 5 mit Spiel durchsetzen, mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Auf diese Weise wird gleichzeitig das Gehäuse 2 mit der Nabe 1 drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden. Die Innenwand des Gehäuses 2 bildet an ihrer Stirnseite eine ringförmige Füh- rungsfläche 8 für die Fliehgewichte 7.
Im Inneren der Nabe 1 ist zwischen dieser und der Welle 3 ein ringförmiger Hohlraum 12 vorgesehen, in welchem eine Schraubendruckfeder 13 angeordnet ist, die sich mit ihrem einen Ende an der Nabe 1 und mit ihrem andern Ende am Deckel 17 des Gehäuses 2 abstützt. Beide Enden der Schraubendruckfeder 13 sind dabei in radialer Richtung unverschiebbar gehalten. Zu diesem Zweck weist der Dekkel 17 einen ringförmigen Ansatz 14 auf, auf den das eine Ende der Schraubendruckfeder 13 aufgesetzt ist, wogegen am andern Ende der Feder 13 ein Stützring 15 vorgesehen ist, der einen Sitz für die Feder 13 bildet und mit der Nabe 1 in radialer Richtung unverschiebbar verbunden ist.
In über den Umfang der Nabe 1 gleichmässig verteilten axialen Gewindebohrungen sind Wurmschrauben 16 eingeschraubt, die an der Stirnfläche des Stützringes 15 angreifen und mit welchen dieser in axialer Richtung verschoben werden kann. Auf diese Weise kann die Vorspannung der Schraubendruckfeder 13 jeweils in einem kleinen Bereich verändert werden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Tiefe der Kammern 6 so gewählt, dass ein Überwechseln der Fliehgewichte aus einer in eine andere Kammer 6 auch bei maximaler Relativverschiebung der Führungsfläche 8 des Gehäuses 2 zu der dieser gegenüberliegenden Führungsfläche 9 des'Tellers 5 ausgeschlossen ist.
Der freie Abstand zwischen den beiden Führungsflächen 8 und 9 ist dabei auch bei maximaler Relativverschiebung kleiner als der Durchmesser der Fliehgewichte 7, 7*, 7".
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besitzt die Nabe 1 einen flachen radialen Ansatz in Form eines Tellers 5", dessen Stirnfläche als Führungsfläche 8'für die Fliehgewichte 7 dient. Daran anschlie- ssend ist ein beiderseits mit Führungsflächen 9, 9' versehener ringförmiger Teller 5'auf die Nabe 1 mit Spiel aufgeschoben, wobei im Raum zwischen der Führungsfläche 9 des Tellers 5'und der Führungsfläche 8 des Gehäuses weitere Fliehgewichte 7 angeordnet sind. Die Räume zwischen den beiden Führungsflächenpaaren 8', 9'bzw. 8, 9 sind durch Stege 18', 18 in je drei Kammern 6'bzw. 6 unterteilt.
Die Führungsflächen 9, 9' der Teller 5, 5' in den Fig. 1 - 3 weisen einen ebenen und einen geneigten Bereich auf. Die Übergangsstelle vom ebenen zum geneigten Bereich ist dabei so gewählt, dass die Fliehgewichte 7 eine geringe radiale Beweglichkeit erhalten.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Fliehkraftsteller nach der Erfindung ist folgende : Sobald die Welle 3 und somit das Gehäuse 2 in Drehung versetzt werden, beginnt auf die Fliehgewichte 7 eine Fliehkraft einzuwirken, die bestrebt ist, diese in radialer Richtung nach aussen zu bewegen. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1-3 erfolgt beim Anlaufen des Fliehkraftstellers zunächst eine Ordnungsbewegung der Fliehgewichte 7,7', 7", indem diese zufolge ihrer Trägheit innerhalb ihrer Kammern 6, 6' der Drehung gegenüber zurückbleiben und sich an die Stege 18, 18' anlegen.
Gleichzeitig wandern die Fliehgewichte bis zu der Übergangsstelle vom ebenen zum geneigten Bcreich der Führungsflächen 9, 9' radial nach aussen, so dass der Fliehkraftsteller auch bei teilweiser Besetzung der Kammern unmittelbar nach dem Anlaufen vollständig ausgerichtet und ausgewuchtet ist. Da der Abstand jeweils zweier Führungsflä- chen 8, 9 bzw. 8', 9'in radialer Richtung nach aussen zu abnimmt, ist eine weitere Bewegung der Fliehgewichte nach aussen erst nach Überwindung der an den Berührungsstellen zwischen den Fliehgewichten und den Führungsflächen wirksamen Radialkomponente der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 13 möglich.
Die kritische Drehzahl, bei welcher diese radiale Schaltbewegung der Fliehgewichte 7, 7', 7" eintritt, hängt dabei unter anderem vom Gesamtgewicht der Fliehgewichte, von der Stärke und Vorspannung der Feder 13 und vom Neigungswinkel. der Führungsfläche 9 bzw. 9'ab.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ergibt sich bei gleicher maximaler Relativverschiebung des Gehäuses
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2 gegenüber der Nabe 1 infolge der Anordnung eines zweiten Kranzes von Fliehgewichten 7, 7', 7"bei gleichen Drehzahlverhältnissen eine Verdoppelung der gesamten Fliehkräfte. Dadurch kann entweder eine Verdoppelung der Verstellkräfte an der Nabe 1 erreicht oder die den Schaltvorgang auslösende Drehzahl im Verhältnis 1 : 1, 41 herabgesetzt werden. Bei voller Besetzung sämtlicher Kammern 6 bzw. 6'mit Fliehgewichten 7, 7', 7"mit grösstmöglichem Einzelgewicht können ausserordentlich niedrige Schaltdrehzahlen erreicht werden.
Gegebenenfalls kann aber die Aufteilung und Bemessung der Fliehgewichte auch derart erfolgen, dass beispielsweise das Gesamtgewicht der in den Kammern 6'untergebrachten Fliehgewichte geringer ist als das Gesamtgewicht der in den Kammern 6 vorgesehenen Fliehgewichte. Bei steigender Drehzahl des Fliehkraftstellers überwiegt daher die Gesamtfliehkraft der in den Kammern 6 angeordneten Fliehgewichte gegenüber der Gesamtfliehkraft der Fliehgewichte in den Kammern 6'. Sobald die Gesamtfliehkraft der Fliehgewichte in den Kammern 6 die an deren Berührungspunkten mit der Führungsfläche 9 wirksamen Radialkomponenten der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 13 überwindet, bewegen sich diese Fliehgewichte radial nach aussen, wobei das Gehäuse 2 um eine der Neigung der Führungsfläche 9 entsprechende Strecke relativ zur Nabe 1 axial verschoben wird.
Der ringförmige Teller 5'erfährt dabei je-. doch keine Verschiebung, da er sich mit seiner Führungsfläche 9'auf den Fliehgewichten der Kammer 6', die ihre ursprüngliche Lage noch beibehalten haben, axial abstützt. Erst bei weiterer Drehzahlsteigerung bewegen sich auch die Fliehgewichte in den Kammern 6'radial nach aussen, wobei der ringförmige Teller 5'in einem der Neigung der Führungsfläche 9'entsprechenden Mass axial verschoben wird. Diese Verschiebung des Tellers 5'überträgt sich über die Führungsflächen 9, 8 und die dazwischen befindlichen Fliehgewichte auf das Gehäuse 2, welches dadurch eine weitere relative Verschiebung zur Nabe 1 ausführt. Ein Fliehkraftsteller dieser Bauart gestattet somit die Auslösung abgestufter Schaltvorgänge.
Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die genannten Ausführungsbeispiele. So ist z. B. auch eine vielstufige Ausführung der Fliehkraftsteller durch Zwischenschaltung mehrerer Teller ohne weiteres möglich. Beliebige Kombinationen lassen sich durch eine abweichende Gestaltung der Führungsflächen, durch unterschiedliche Besetzung der Kammern und Verwendung von Fliehgewichten verschiedenen Einzelgewichtes, aber auch durch Verändern der Rückstellkraft, beispielsweise durch Verwendung einer progressiv wirkenden Schraubendruckfeder, herstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fliehkraftsteller mit einem rotierenden, vorzugsweise auf eine Welle od. dgl. aufsteckbaren und mit dieser drehfest zu verbindenden Gehäuse, in dessen Innenraum einander zugekehrte, in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbare Führungsflächen vorgesehen sind, deren axialer Abstand in radialer Richtung nach aussen hin abnimmt und zwischen denen Fliehgewichte, insbesondere Kugeln, in Kammern angeordnet sind, die eine Radialbewegung der Fliehgewichte zulassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei gleichmässig über den Umfang des Gehäuses verteilte Kammern (6), die durch schmale, etwa radial verlaufende Stege (18) voneinander getrennt sind, in Umfangsrichtung soweit gegenüber dem Kugeldurchmesser ausgedehnt sind, dass jede Kammer wahlweise mit einer oder auch mehr als einer Kugel (7) besetzbar ist.