Zentrifugalschalter für kleine Drehzahlen. Als Zentrifugalschalter bezeichnet man ganz generell Vorrichtungen, bei denen in Abhängigkeit der Tourenzahl Kontakte be tätigt (geöffnet oder geschlossen) werden. Fig. 1 veranschaulicht im Prinzip einen sol chen Schalter üblicher Bauart.
Die wesent lichsten .Bestandteile sind hierbei die um die Achse E drehbare Masse M, die Zugfeder Zf und der Kontakt K. Bei der Drehung des Schalters um die Achse A mit der Winkel geschwindigkeit to wirkt auf die Masse M eine Zentrifugalkraft Z, die in ihrem "dyna- mischen Schwerpunkt" angreift und radial nach aussen gerichtet ist, von der Grösse <I>Z =</I> M.r.co2. Diese Zentrifugalkraft wirkt der Zug kraft Kf der Feder entgegen,
so dass der Kontaktdruck mit zunehmender Tourenzahl abnimmt. Bei der Solltourenzahl wird er 0, die Momente von Z und Kf bezüglich E hal ten sich das Gleichgewicht. Wird die Touren zahl weiter gesteigert, so überwiegt das Zen trifugalmoment. Die Masse dreht sich um ihre Achse E und der Kontakt öffnet sich. Wie aus der obigen Formel ersichtlich, steigt dabei Z proportional zu r an, aber auch Kf wächst linear mit r.
Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden: a) Das Drehmoment von Z wächst stärker als das von Kf. Dies bedeutet, dass mit grösser werdenden r eine Gleichgewichtslage zwi schen den beiden Momenten nicht mehr mög lich ist; nachdem sich die Masse erst einmal in Bewegung gesetzt hat, bewegt sie sich biss zum Anschlag<I>As.</I> Dieser Fall ist im allge meinen anzustreben, da damit eine eindeutige Kontaktbetätigung gewährleistet ist.
b) Das Moment von Z wächst weniger stark als das von gf. In diesem Falle bewegt sich die Masse nur so weit, bis das Gleich gewicht der beiden Drehmomente wieder her gestellt ist. Die Kontaktbetätigung erfolgt schleichend.
Betrachtet man das Anwachsen der Zen trifugalkraft mit der Tourenzahl, das heisst bildet man den Ausdruck
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so sieht man, dass die Änderung der Zentri- fugalkraft proportional ist der Tourenzahl. Bei grösseren Tourenzahlen (einige 1000) ist diese Änderung so gross, dass die Forderung unter a) ohne weiteres erfüllt ist.
Anders liegen die Verhältnisse bei niediz- gen Tourenzahlen (einige 100 Umdr./Min.), wo an der Forderung unter a) festgehalten werden muss. Dabei zeigt es sich aber, dass es im allgemeinen bei der Anordnung entsprechend Fig: 1, die dadurch charakterisiert ist, dass die Federkraft Kf in Richtung der Bewegung ihres Angmiffspunktes P wirkt, gar nicht möglich ist, die Feder auf dem vorgeschrie benen Raum weich genug zu dimensionieren, namentlich auch deshalb nicht, weil gewisse Anforderungen an die Grösse des Kontakt druckes in der Nähe der Solltourenzahl ge stellt werden müssen.
Dieser Mangel wird erfindungsgemäss da durch behoben, dass man die Federkraft der schwenkbar gelagerten Schwungmasse nicht in Richtung der Bewegung ihres Angriffs punktes entgegenwirken lässt, sondern schief dazu. Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel des Schalters nach der Erfindung. Wie ersichtlich, wirkt die Federkraft Tf unter dem spitzen Winkel a gegenüber der Bewegungsrichtung ihres Angriffspunktes P. Auch hier nimmt die Federkraft bei der Be wegung von M mit grösser werdendem r zu.
Gleichzeitig nimmt aber der wirksame Hebel arm h bezüglich des Drehpunktes E der Schwungmasse ab. Durch passende Wahl der verschiedenen Grössen ist es möglich, den An stieg des Federmomentes beliebig klein zii machen. Es ergibt sich sogar die Möglichkeit, das Federmoment mit wachsendem r ab nehmen zu lassen.. Dies wird ohne weiteres klar, wenn man den speziellen Fall betrach tet, bei dem der Massendrehpunkt E auf der Verbindungsgeraden der beiden Einspann stellen der Zugfeder liegt, so dass der für das Federmoment massgebliche Hebelarm h. zu 0 wird.
Es liegt in der Natur der Sache, dass bei Zentrifugalschaltern für kleine Drehzahlen das Verhältnis des Momentes der Zentri fugalkraft zum maximalen Moment der Schwerkraft des Exzenters eines in senkrech ter Ebene sich drehenden Sehalters klein ist. Nimmt man beispielsweise an, bei einer Drehzahl von 6000 Umdr./Min. sei das Mo ment der Zentrifugalkraft 40mal grösser als das Moment der Schwerkraft, so wird bei 300 Umdr./Min. das Moment der Zentrifugal kraft nur noch der zehnte Teil des Momentes der Schwerkraft.
Aus diesem Beispiel ist er sichtlich, da.ss bei Zentrifugalschaltern für kleine Drehzahlen das Moment der Schwer kraft von der gleichen Grössenordnung zvie das Moment der Zentrifugalkraft sein kann. Solange ein solcher Zentrifugalschalter für kleine Drehzahlen in einer horizontalen Ebene umläuft, ist dies ohne Nachteil. In Fällen, wo aus konstruktiven Gründen eine horizon tale Anordnung nicht möglich ist, wirkt sich die Schwerkraft sehr störend aus, indem die Ansprechdrehzahl eine Funktion der Winkellage des Zentrifugalschalters wird.
Fig. 3 veranschaulicht eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemässen Gegen standes, bei dem der Schwereeinfluss durch Anwendung von zwei Massen M1 und 1V1 be seitigt wird. Diese sind über die Zahnräder Z1, Z@ und Z<I>;,</I> so miteinander gekoppelt, dass bezüglich der Schwerkraft eine Kompensa tion erreicht wird, während sich ihre Flieh kräfte addieren.
Mit der Einstellschraube Sb, kann der Angriffspunkt der Zugfeder Zf innerhalb bestimmter Grenzen verlagert wer den, womit eine Veränderung des Verlaufes des Federkraftmomentes innerhalb bestimm ter Grenzen erreicht wird. Die Einstell schraube SF)_ dient zur Regulierung der Fe derspannung, wodurch die Ansprechtouren- zahl des Schalters innerhalb bestimmter Grenzen verändert bezw. eingestellt werden kann. Sb" dient zur Einstellung der Grösse der Kontaktöffnung.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist es ohne weiteres möglich, das Zahnrad Z,; so zu la gern, dass in der Mitte ein Loch für eine durch gehende Welle vorgesehen werden kann, so da.ss der Schalter nicht nur auf ein Wellen ende, sondern irgendwo auf einer Achse auf gesetzt werden. kann.
Centrifugal switch for low speeds. A centrifugal switch is a general term for devices in which contacts are made (opened or closed) depending on the number of revolutions. Fig. 1 illustrates in principle a sol chen switch of conventional design.
The essential components here are the mass M rotatable around the axis E, the tension spring Zf and the contact K. When the switch is rotated around the axis A at the angular velocity to, a centrifugal force Z acts on the mass M, which in its "dynamic center of gravity" attacks and is directed radially outwards, of the size <I> Z = </I> Mrco2. This centrifugal force counteracts the tensile force Kf of the spring,
so that the contact pressure decreases with increasing number of revolutions. At the target number of revolutions it becomes 0, the moments of Z and Kf with respect to E keep the equilibrium. If the number of tours is increased further, the centrifugal moment prevails. The mass rotates around its axis E and the contact opens. As can be seen from the above formula, Z increases proportionally to r, but Kf also increases linearly with r.
A distinction must be made between two cases: a) The torque of Z increases more than that of Kf. This means that as r increases, an equilibrium position between the two moments is no longer possible; once the mass has set in motion, it moves as far as the stop <I> As. </I> This case is generally to be aimed for, as this ensures that the contact is clearly actuated.
b) The moment of Z grows less strongly than that of gf. In this case, the mass only moves until the equilibrium of the two torques is restored. The contact is activated slowly.
If one looks at the increase in the centrifugal force with the number of revolutions, that is, one forms the expression
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so you can see that the change in centrifugal force is proportional to the number of revolutions. In the case of larger numbers of tours (some 1000), this change is so great that the requirement under a) is easily met.
The situation is different in the case of low numbers of revolutions (a few 100 revolutions per minute), where the requirement under a) must be adhered to. It turns out, however, that in general with the arrangement according to FIG. 1, which is characterized in that the spring force Kf acts in the direction of the movement of its point of engagement P, it is not possible at all for the spring to be soft enough in the prescribed space not to be dimensioned, in particular because certain requirements must be placed on the size of the contact pressure close to the target number of revolutions.
According to the invention, this deficiency is remedied by not allowing the spring force of the pivotably mounted centrifugal mass to counteract in the direction of the movement of its point of attack, but rather at an angle to it. Fig. 2 schematically illustrates an example of the switch according to the invention. As can be seen, the spring force Tf acts at the acute angle a with respect to the direction of movement of its point of application P. Here, too, the spring force increases with the movement of M with increasing r.
At the same time, however, the effective lever arm h decreases with respect to the pivot point E of the flywheel. By choosing the right size, it is possible to increase the spring torque as small as you want. There is even the possibility to let the spring moment decrease with increasing r .. This becomes immediately clear if one considers the special case in which the center of mass rotation E lies on the straight line connecting the two clamping points of the tension spring, so that the lever arm relevant for the spring moment h. becomes 0.
It is in the nature of things that with centrifugal switches for low speeds, the ratio of the moment of the centrifugal force to the maximum moment of gravity of the eccentric of a holder rotating in the vertical plane is small. Assuming, for example, at a speed of 6000 rev / min. if the moment of centrifugal force is 40 times greater than the moment of gravity, at 300 rev./min. the moment of centrifugal force is only the tenth part of the moment of gravity.
From this example it is clear that with centrifugal switches for low speeds the moment of gravity can be of the same order of magnitude as the moment of centrifugal force. As long as such a centrifugal switch rotates in a horizontal plane for low speeds, this is without disadvantage. In cases where a horizontal arrangement is not possible for structural reasons, the force of gravity has a very disruptive effect in that the response speed is a function of the angular position of the centrifugal switch.
Fig. 3 illustrates an example of the embodiment of the inventive subject matter in which the influence of gravity is eliminated by using two masses M1 and 1V1. These are coupled with one another via the gears Z1, Z @ and Z <I>;, </I> in such a way that a compensation is achieved with regard to gravity, while their centrifugal forces add up.
With the adjusting screw Sb, the point of application of the tension spring Zf can be shifted within certain limits, whereby a change in the course of the spring force torque is achieved within certain limits. The adjustment screw SF) _ is used to regulate the spring tension, whereby the response speed of the switch changes or changes within certain limits. can be adjusted. Sb "is used to set the size of the contact opening.
As can be seen from Fig. 3, it is easily possible, the gear Z ,; In such a way that a hole can be provided in the middle for a continuous shaft, so that the switch is not only placed on one shaft end, but somewhere on an axis. can.