Einrichtung bei Kraftmaschinen mit Regelorgan. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung bei Kraftmaschinen, wie z. B. Dampfmaschinen, Dampf- und Wasser turbinen, Verbrennungsmotoren und derglei- ehen mit einem Regelorgan zwecks Regelung der Umlaufgeschwindigkeit der Maschine.
Die Einrichtung weist einen von der Ma schine mechanisch getriebenen Mitnehmer auf, dessen Drehgeschwindigkeit von der jenigen der Maschine abhängig ist, und ein zur Betätigung des Regelorganes ausgebil detes, drehbar gelagertes Stellorgan, das min destens bei in der einen Drehrichtung an getriebenem Mitnehmer durch diesen auf elektromagnetischem Weg einem Dreh moment und durch ein weiteres Organ einem entgegenwirkenden Drehmoment ausgesetzt ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der bei den durch den 3Iitnehmer und das Stellorgan gebildeten Teile, von welchen einer gleich- achsig in den andern hineinragt, mit unter- einander kurzgeschlossenen Leitern versehen ist, während der andere Teil aus einem per manenten Magnet besteht.
In der folgenden Beschreibung sind einige geeignete Ausführungsformen von Einrich tungen gemäss der Erfindung mit Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen näher er läutert, wobei Fig. 1 mehr oder weniger schematisch und in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines Reglers veran schaulicht.
Fig. <B>2</B> zeigt in perspektivischer Ansicht eine abgeänderte Einzelheit des Reglers nach Fig. 1.
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstel lung eines weiteren Reglers.
Fig. 4 zeigt Kurven, welche die Verän derung der in einem Regler erzeugten Stell kraft mit der Geschwindigkeit der Kraft maschine andeuten. Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 6 durch eine weitere Ausfüh rungsform eines Reglers.
Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5.
In den verschiedenen Abbildungen sind entsprechende Teile mit denselben Bezugs zeichen versehen. In Fig. 1 bezeichnet 20 eine Welle, deren Umdrehungszahl von der Umdrehungszahl der Treibwelle der Kraft maschine abhängig ist. Die Welle 20 treibt durch die Vermittlung eines Getriebes einen Anker in der Form eines zylindrischen Rin ges 51 aus weichem Eisen mit kurzgeschlos sener, in Fig. 1 nicht dargestellter Wicklung. Der Ring 51 umgibt konzentrisch einen Dauermagneten 50, wobei ein geeigneter Luftspalt zwischen den beiden Elementen vorgesehen ist. Der Magnet 50 besteht zweck mässig aus einem Material grosser magneti scher Energie und ist Erschütterungen und hohen Temperaturen gegenüber unempfind lich.
Zu diesem Zwecke ist zum Beispiel Al-Ni-legierter Stahl gewöhnlichem Kohle stahl vorzuziehen. Bei der Umdrehung des Ringes 51 wird ein Drehmoment am stähler nen Dauermagneten 50 erzeugt, welcher auf einer Welle 52 drehbar angeordnet ist, die mit der Achse des Ankers zusammenfällt. Von der Welle 52 wird dieses Drehmoment entweder unmittelbar auf ein Regelorgan 27, oder aber über eine Vorrichtung übertragen, wie im folgenden näher beschrieben wird. Das Organ<B>227</B> kann ein Drosselventil in einer Leitung 28 zwecks Zufuhr von Treibstoff zu einer Kraftmaschine sein. Eine das beweg liche Organ des Ventils 27 tragende Welle 54 ist. durch ein oder mehrere Lenkstücke 35 mit einer Feder 29 verbunden.
Die Feder 29 wirkt bei in einer Richtung in Drehung versetztem Anker dem durch diesen am Magneten 50 erzeugten Dreh- inoment entgegen. Die Feder 29 ist derart. bemessen, dass Gleichgewicht zwischen der Federspannung und dem Drehmoment in einer Stellung des Ventils 27 zustande gebracht wird, in welcher die Zufuhr von Treibstoff zu der Kraftmaschine der nor- malen Umdrehungszahl bei normaler Be- lastung entspricht.
Erhöht sich die Um drehungszahl der Kraftmaschine, so wird das Drehmoment vergrössert, wobei das Ventil 27 gedrosselt wird, so dass die Zufuhr von Treibstoff vermindert wird und die Kraft maschine wiederum veranlasst wird, sich der ursprünglichen Geschwindigkeit zu nähern. Bei einer Erniedrigung der Geschwindigkeit der Kraftmaschine wird das Drehmoment sinken, wobei die Federspannung überwiegen wird, um das Ventil 27 derart zu öffnen, dass die Zufuhr von Treibstoff gesteigert wird und die Umdrehungszahl der Kraftmaschine sich gegen die normale Umdrehungszahl er höht.
Die Umdrehungszahl, bei welcher sich das Gleichgewicht zwischen dem Dreh moment des Ankers 50 und dem Moment der Feder 29 einstellt, das heisst die Umdre- bungszahl, auf welche die Kraftmaschine durch den Regler geregelt wird, kann durch Veränderung der Federspannung eingestellt werden.
Eine Kraftmaschine, wie zum Beispiel ein Verbrennungsmotor, kann entweder ab sichtlich oder aber 'unabsichtlich umgesteuert werden. Im Falle einer absichtlichen Um steuerung bezw. des Rücklaufens kann die Welle 52 unmittelbar mit der Welle 54 ver bunden werden. Dabei ist es nur notwendig, die Feder 29 zu veranlassen, dieselbe Span nung in beiden Drehrichtungen des Stell- organes zu ergeben. Unabsichtliche Um- steuerung kann bei Motoren, die lediglich für Umlauf im einen Sinne gebaut sind, z. B.
dadurch einsetzen, dass der Motor unrichtig zusammengebaut ist, so dass frühzeitige Zün dung eintritt. Um eine derartige Maschine bei unabsichtlicher Umsteuerung gegen Durchgehen durch allzu reichliche Treib stoffzufuhr zu schützen, kann man sich eines Drosselorganes 53 bedienen, welches mit dem Regelungsorgane 27 in der Leitung 28 für das Treibmittel eingeschaltet ist.
Der als Stellorgan dienende Dauermagnet 50 ist nicht mit der das Kontrollorgan 27 betäti genden Welle 54, die unter dem Einfluss der Feder 29 steht, unmittelbar verbunden, son- lern das Drehmoment der Welle 52 wird auf die Welle 54 durch einen mit einem Zapfen 58 versehenen Arm 55 sowie durch einen Arm 56 oder dergleichen übertragen, welche mit den betreffenden Wellen fest verbunden sind. Der Arm 55 ist nicht mit dem Arm 56 verbunden, sondern legt sich nur gegen den selben bei normaler Tätigkeit des Reglers an.
Wenn die Kraftmaschine zum Stillstand ge bracht wird, so wird die Feder 29 das Kon trollorgan 27 in seine gänzlich offene Stel lung bewegen, worin dasselbe sich gegen einen festen (nicht gezeigten) Ansatz legt. Das Stellorgan 50, das beim Stillstand kein Drehmoment hat, ist dann frei, um sich da von um einen gewissen Winkel in derselben Richtung weiter zu bewegen, ohne dass das Kontrollorgan 27 dadurch betätigt wird.
Falls der Mitnehmer 51 in entgegengesetzter Richtung zu der für normale Tätigkeit vor gesehenen Richtung angetrieben wird, so wird das Stellorgan einen Moment in dieser Richtung ausgesetzt, welches der Umdre hungsgeschwindigkeit entspricht, wobei der Arm 53 infolgedessen einen andern Arm 59 betätigt, welcher auf einer Welle 60 be festigt ist, die in das Drosselorgan 53 hin eintritt. Dieses in die Leitung 28 eingesetzte Drosselorgan wird somit derart betätigt, dass die Zufuhr von Treibstoff durch genannte Leitung hindurch vermindert oder abgesperrt wird, oder so, dass irgendein anderes Organ betätigt wird, welches die Kraftmaschine zur Geschwindigkeitserniedrigung oder zum Stillstand bringen kann.
Wenn das Sperr organ derart ausgeführt wird, dass es im Ver hältnis zum Drehmoment des Stellorganes 50 leicht zu betätigen ist, so kann eine derartige Betätigung bei einer verhältnismässig niedri gen Umdrehungszahl der Kraftmaschine stattfinden.
Der Stahlmagnet 50 kann auch den Mit nehmer bilden., während der Anker 51 das Stellorgan bildet. In diesem Falle kann der stählerne Dauermagnet als ein Ring aus geführt werden, welcher einen aus weichem Eisen bestehenden Anker mit kurzgeschlos sener Wicklung umgibt. Ferner braucht das äussere Element 51 nicht wie ein einschlie ssender Ring ausgeführt zu werden, und übrigens kann der Magnet wie auch der Anker an sich in beliebiger, aus der Magne- tentechnik bekannter Weise ausgestaltet wer den.
Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Ver wendung bei umsteuerbaren Maschinen. Beim normalen Betrieb der Maschine wirkt die Welle 52 des Stellorganes auf das Regel organ 27 über die Teile 54,<B>5,5,</B> 56 und 58 in der gleichen Weise wie in Fig. 1. Beim Rückwärtsgang dagegen wird das Dreh moment des Stellorganes auf einen Teil 59 übertragen, der seinerseits zum Beispiel über einen Arm 84, einen Stab 85 und einen auf der Welle 54 sitzenden Teil 86 das Regel organ in der gleichen Drehrichtung wie beim normalen Betrieb dreht. In diesem Falle wird somit die erforderliche Regelung der Treib stoffzufuhr durch ein einziges Organ in der Treibstoffleitung 28 bewirkt.
In den oben beschriebenen Ausführungs formen wird das das Stellorgan beeinflus sende Gegendrehmoment durch eine Feder gewährleistet. Der Regler erhält verschiedene Regeleigenschaften, wenn das Gegendreh moment während der Regelbewegung gleich ist, oder wenn es vergrössert oder vermindert wird. Wegen der besonderen Eigenschaften einer Feder hat man nur begrenzte Möglich keiten, um das Moment während des Regel vorganges selbsttätig zu ändern.
Wenn da gegen, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, die Feder durch eine magnetisch oder elek tromagnetisch wirkende Vorrichtung ersetzt wird, können ihre Momentwerte längs jeder gewünschten Kurve gegenüber den entspre chenden Werten des Stellorganes innerhalb erforderlicher Geschwindigkeitsbereiche ver laufen, so dass der Regler innerhalb verschie dener Geschwindigkeitsbereiche stets die ge wünschte Regeleigenschaft in bezug auf Ge schwindigkeit und Empfindlichkeit aufweist. Die genannte Vorrichtung kann aus einem Dauermagneten 61 bestehen, der über eine Welle 62 mit der Welle 52 des Regelorganes 27 bezw, des Stellorganes 50 verbunden ist.
Der 31ag-net a>1 ist von einem zylindriselien Eing 63 umgeben. der über ein Getriebe 61 von de (se lhen Welle 2l1 wie der Anker 51, jedoch entgegengesetzt der Richtung des letz teren, angetrieben wird. Die Torrichtung 61, 63 ist von der gleichen Art wie die Organe 50. <B>5</B>1,
obwohl die von ihnen erzeugten Dreh- inoinente in entgegengesetzter Richtung zu- e:nanrlei- verlaufen.
Eine Regelung der Stärke des Dreh- momentes bei der Anordnung 61. 63 gemäss Fig. 3 kann zum Beispiel dadurch bewirkt weiden, dass die beiden gegeneinander beweg lichen Elemente 61, 63 zum Beispiel axial zueinander verschiebbar sind, wobei die ein ander zugekehrten Flächen konisch aasgebil det sein können, so dass der Luftspalt zwi schen den Elementen bei einer derartigen Verschiebung vergrössert oder vermindert wird. Dies gilt auch für die Teile 50, 51.
Für sämtliche Au.sführnngsformen gilt, dass das durch den Mitnehiner auf (las Stell organ ausgeübte hrehnionient, finit. andern Worten die Stellkraft, iin Verhältnis zur Geschwindigkeit der Kraftmaschine einer Kurve 65 folgt, wie (lies aus Fig. 4 ersieht lieh ist.
In dieser Figur stellt die waag- rechtel-Iioordin@ae die Gescht@-inrligheit und die senkrechte Y-Koordinate das Drelinionient dar. Wie aus Fi,-,. 1 lu@i-vorgelit, ist die Stell hraft gleich Null, -,venn die Ge.scliwindigheit gleich Null ist.
Die Stellkraftkurve 65 steigt von diesem Nullwert an, bis sie bei einer gewissen CTeseliwindigkeit (-in mehr oder weniger ausgeprägtes Knie bei einem Höchst- wert der @tellhraft bildet. um dann bei ver- s(-hiedenen Abmessungen auf verschiedene Weise verlaufen zu können. wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
7.weekmässigerweise wird die Drehgeschwin- digkeit so gewählt, dass die Stehkraft inner halb eines ausreichenden. Drehzahlbereiches der Kraftmaschine mit erhöhter oder vermin derter Geschwindigkeit beträchtlich wächst bezw. sinkt, (las heisst dass derjenige Teil der Stellkraftkurve, der eine genügend steil auf steigende Form hat, zur Verwendung kommt. Dieser Teil kann beispielsweise aus dem Ge- sehwindigkeitsbereich bestehen, der mit a in der Figur bezeichnet ist.
In der Fig. 4 sind drei Linien 80, 81, 82 veranschaulicht, die verschiedene denkbare Möglichkeiten des Verlaufes des Gegendreh momentes bei den betreffenden Geschwindig keiten schematisch darstellen. Es wird an- genominen, dass die Kurven 80 bis 82 die Kurve 65 in einem Punkt 83 innerhalb bezw. in der Mitte des Geschwindigkeitsbereiches a treffen.
Die Kurve 80 steigt mit der Ge schwindigkeit, und der senkrechte Y- Ab stand zwischen dieser Kurve und der Kurve 65 entspricht bei verschiedenen Geschwin digkeiten an beiden Seiten des Punktes 83 der Grösse der resultierenden Stellkraft, die das Stellorgan auf das Regelorgan ausübt. Es sei angenommen, dass die Kurve 81 par allel zur X-Koordinate verläuft. Die senk rechten Abstände., das heisst die Stehkräfte. wachsen offenbar schneller in diesem Falle. wenn die Geschwindigkeit der Kraftmaschine sich von Punkt 83 entfernt.
Da die Kurve 82 mit erhöhter Geschwindigkeit sinkt, müs sen die Stellkräfte bei einer gewissen Ge schwindigkeitsänderung noch grösser als in den beiden andern Fällen -erden. Die Kurve 80 entspricht etwa der Zugkraft bezw. dem Drehmoment einer Feder. Wenn dieser Feder hinreichende Länge gegeben wird, kann man sich der Kurve 81 nähern. Durch eine Aus gleichvorrichtung gemäss Fig. 3 können Dreh momentkurven 80, 81 erzeugt werden, und es ist sogar möglich, eine Kurve 82 zu erzielen, wodurch die Möglichkeit besteht, erforder liche. Stellkräfte schon bei sehr kleinen Ge- ,chwindigkeitsänderungen zu erhalten.
Fig. 5 und 6 zeigen schliesslich eine bau liche Ausführung eines Reglers. Die An triebswelle 20 des Reglers ist im Regler gehäuse mittels Kugellagern 66, 67 oder der gleichen gelagert. Ein auf der Welle 20 festsitzendes Zahnrad 68 treibt ein Zahnrad 69 aus nichtmagnetischem Material, wie Mes sing, an. Dieses Zahnrad 69 ist über ein Lager 70 auf einer festen Hülse 71 gelagert. Das Zahnrad 69 trägt einen Anker 51 in Form eines zylindrischen Ringes aus wei- chem Eisen. Der Ring 51 wird an seiner andern Seite von einem nichtmagnetischen Element 72 getragen, das über ein Lager 73 in. einer festen Hülse 74 gelagert ist.
Ein permanenter Stahlmagnet 50 ist innerhalb des Ringes 51 und zwischen den Teilen 69 und 72 angebracht, wobei der Magnet nebst Welle 52 in Lagern 75, 76 drehbar gelagert ist. Die Welle 52 steht ihrerseits in der glei chen Weise, wie oben beschrieben, mit einem Rsgelorgan 27 und einer Feder 29 oder mit einer magnetischen bezw. elektromagneti schen Vorrichtung nach Fig. 3 in Verbin dung.
Das Organ 51 aus weichem Eisen ist mit einer kurzgeschlossenen Wicklung versehen, u. a. um der Stellkraftkurve 65 (Fix. 4) eine geeignete Form beizubringen. In Fig. 5, 6 besteht diese Wicklung aus Kupferstäben 79, die sich achsial durch den Anker 51 erstrek- ken und mit den Messingringen 69, 72 in elektrisch leitender Verbindung stehen.
Es ist auch von. grösserer Bedeutung, dass das Organ 50 gleichachsig in das Organ 51 hineinragt, wie oben angegeben. Hierdurch kann nämlich der Luftspalt zwischen ihnen eine grosse achsiale Länge erhalten, so- dass die Stellkraft gross wird, während gleichzei tig der Durchmesser des innern Organes klein gemacht werden kann, was seinerseits eine günstige Einwirkung auf die Eigenschaften des Reglers hat.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben dargestellten Ausführungsbei spiele beschränkt, sondern kann in mannig- fachster Weise verwirklicht werden. Es kommt vor, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Maschine während einer Umdrehung schwankt, und um zu verhindern, dass das Regelorgan bei solchen Geschwindigkeits änderungen unerwünscht in Betrieb gesetzt wird, können Gewichte oder dergleichen an der mit dem Stellorgan verbundenen Welle angebracht werden, die eine Dämpfung der Bewegungen des Organes bewirken.
Ein Regler gemäss der Erfindung kann in Ver bindung mit einem Sicherheitsregler gegen Durchgehen verwendet werden, der die Mo- torzylinder öffnet, so dass keine Rompression eintreten kann. Ein derartiger Sicherheits regler ist bei jeder Art von Reglern für Motoren erforderlich, die unabsichtlich auf andere Weise als durch den gewöhnlichen Treibstoff, beispielsweise durch das Schmier öl bei gewissen Arten von Explosionsmoto ren, angetrieben werden können.