DE1056876B - Drehzahlregler fuer durch Stroemungsmittel angetriebene Motoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlregler für durch ein Strömungsmittel, beispielsweise Preßluft, angetriebene Motore.

Bei derartigen Motoren ist es bekannt, die Drehzahl des Motors durch einen Fliehkraftregler in Verbindung mit einem den Durchfluß des Strömungsmittels regelnden Ventil zu steuern. So ist es beispielsweise üblich, die von den Fliehgewichten erzeugte Zentrifugalkraft gegen eine Feder oder gegen die Schwerkraft oder gegen beide wirken zu lassen. Hierbei wird das Drosselventil derart ausgebildet, daß es nur eine Reibungsbelastung für die Regelvorrichtung darstellt.

Diese Art der Regelung neigt bei nicht genügender Dämpfung zum Pendeln oder Tanzen, arbeitet aber auch ungenau, wenn eine starke Dämpfung vorgesehen wird. Außerdem läßt sie eine schnelle Beschleunigung aus dem Stillstand zu einer bestimmten Drehzahl nicht zu. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es bekanntgeworden, federbelastete Ventile durch vom Strömungsmittel beeinflußte Schieberventile zu ersetzen. Ein derartiges Schieberventil ist mit einem einseitig offenen Hohlkolben ausgebildet, wobei die offene Seite dem Druckmittel zugekehrt ist und die zylindrische Oberfläche einen Schlitz für den Durchlaß des Strömungsmittels steuert.

Bei dieser bekannten Anordnung werden die auf den Hohlkolben wirkenden Kräfte infolge mehrfacher Umlenkung des Strömungsmittels stark herabgesetzt, zumal durch die wiederholten Umlenkungen Wirbelungen entstehen, deren Einfluß nicht mit Sicherheit festliegt, so daß die Strömungskräfte nicht als Steuerkräfte ausgenutzt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahlregler zu schaffen, bei dem sowohl die Schwierigkeiten der federbelasteten Ventile als auch die Schwierigkeiten behoben werden, die bei Verwendung von Hohlkolben vorhanden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher vorgeschlagen, daß bei einem von einem Strömungsmittel angetriebenen Motor, in dessen Strömungsmitteleinlaßkanal ein Ventil angeordnet ist, dieses Ventil mit einem Ventilschaft axial verschiebbar in einer der Ausflußöffnung des Einlaßkanals zugekehrten Bohrung vorgesehen ist und einen Ventilteller besitzt, der in einem gegebenen Abstande von dieser Ausflußöffnung angeordnet ist.

Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß dynamische Kräfte durch den Strömungsmittelfluß an dem Ventilteller, wenn das Strömungsmittel bei seinem Austritt aus dem koaxialen Auslaßende des Kanals auf den Ventilteller auf trifft, und Druckkräfte, die durch das Strömungsmittel auf die Stirnfläche des Ventiltellers ausgeübt werden, erzeugt werden. Diese Kräfte ändern sich bei Verschiebungen des Ventils in verschiedene Drehzahlregler für durch Strömungsmittel angetriebene Motoren

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 7. März 1955

William Groen, Northridge, Calif., und Douglas Mackay Longyear jun., Pasadena, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Richtungen, und zwar ist die Druckkraft höher, wenn das Ventil geschlossen ist, während die dynamische Kraft zunimmt, wenn das Ventil öffnet. Hierdurch wird an dem Ventil eine resultierende Kraft entwickelt, die zu einer sehr genauen Steuerung führt.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung der Ventilschaft mit einem Längskanal versehen, durch den der Strömungsmitteldruck, der auf die dem Einlaßkanal zugewandte Seite des Ventiltellers wirkt, auf die in der Bohrung befindliche Fläche des Ventilschaftes geleitet wird.

Hierbei ist die wirksame Fläche des Ventils größer als die beeinflußte Fläche des Ventilschaftes, so daß die auf das Einlaßventil wirkenden Kräfte des Strömungsmittels keine Einbuße erleiden.

Der in dem Ventilschaft vorgesehene Kanal weist gemäß der Erfindung eine Drosselstelle auf, wodurch der Motor beim Anlaufen schneller hochfährt, da der auf die Fläche des Ventilschaftes einwirkende Druck nicht gleich zur Geltung kommt.

Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Ausflußöffnung des Einlaßkanals in einem axial einstellbaren Schraubstück angeordnet ist. Durch dieses Schraubstück kann die Entfernung vom Ventilteller bis zum Auslaßende dieses Schraubstückes eingestellt werden, und zwar durch eine von außen bedienbare Einstellvorrichtung. Hierdurch kann also

909 509/24

je nach dem verwendeten StförnUngsinit.tel und der gewünschten Drehzahl des Motors der ÖfFnungsspalt zwischen dem Schraubstück und dem Ventilteller eingestellt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Preßluftrnotor, der eine die Drehzahl· regelnde Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung aufweist,

Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene H-II der Fig. 1, :

Fig. 3 einen Querschnitt iii der Ebene III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des rechten Endes der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung im Längsschnitt und in der gleichen Ebene wie Fig. 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Charakteristik eines Preßluftmotors wiedergibt, der mit einem erfindungsgemäßen Drehzahlregler versehen ist.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Preßluftmotor üblicher Bauart; in der von einem.Gehäuse 10 umschlossenen zylindrischen Kammer 11 ist ein Läufer 12 exzentrisch angebracht. Ein in der rechten. Begrenzungsfläche 14 der Kammer 11 angebrachtes Kugellager 13 trägt das rechte Ende des Läufers, und ein gleiches Lager befindet sich an der linken Begrenzungswand 15 der Kammer 11. Der in der Figi'-l "gezeigte Rotor hat eine Welle 16, welche durch die linke Begrenzungswand 15 durchgeführt ist, um eine andere Vorrichtung anzutreiben.

Die Kammer 11 hat eine Zuflußöffnung 17 und eine Ausflußöffnung 18. Der Läufer 12 zeigt radial gleitende Flügel 19, welche abdichtend gegen die Wand der Kammer 11 anliegen. Bei Zufuhr eines unter Druck befindlichen Strömungsmittels durch den Zufluß 17 fließt dieses zwischen dem Läufer 12 und der Kammer 11 durch, übt einen Druck gegen die Flügel 19 aus und dreht den Läufer entgegen der Uhrzeigerrichtung. Diese bis hierher beschriebene Ausführung eines Motors ist bekannt und betrifft nicht die Erfindung.

Am rechten Ende der den Motor begrenzenden Fläche 14 hat das Gehäuse 10 einen Abschlußteil 20, welcher mit der Begrenzungsfläche 14 des Motors eine Kammer 21 bildet. Die Kammer 21, in welcher die erfindungsgemäße Regelvorrichtung untergebracht ist, ist durch eine in dem Unterteil des Gehäuses 10 befindliche Leitung 22 mit der Zuflußöffnung 17 des Motors verbunden. Die Druckluftversorgung für die Kammer 21 erfolgt durch irgendeine entsprechende Vorratsquelle über eine Zuflußleitung 23, deren Ausflußöffnung 23 α koaxial mit dem Läufer 12 verläuft. Der von der Leitung 23 erfolgende Durchfluß des Strömungsmittels wird von dem Ventilteller 24a eines Ventils geregelt, welches einen Ventilschaft 24 besitzt. Dieser Ventilschaft und damit das Ventil oder der Ventilteller kann sich in axialer Richtung auf die Ausflußöffnung 23a der Zuflußleitung hin bewegen oder sich von ihr entfernen. Diese Ausflußöffnung wird durch ein Schraubstück 25 gebildet, das in eine mit einem Gewinde versehenen Bohrung 26 geschraubt ist, die in einem dafür vorgesehenen Ende des Abschlußteils 20 liegt. ,-; '

Um eine Verstellung des die Ausflußöffnung bilden den Schraubstückes 25 vorzunehmen, ist dieses an seiner Stirnseite mit einer Quernut 25α versehen. In diese Quernut kann die Zunge 27 a, die sich am Ende einer Stellvorrichtung 27 befindet, eingreifen. Diese Stellvorrichtung 27 ist drehbar in eine Bohrung 20a eingepaßt, die sich durch das rechte Ende des Ab- , schlüßtefls. 20 erstreckt. Die Stellvorrichtung 27 hat einen Flansch 27 b, der verhindert, daß die Stellvorrichtung durch den in demAbschluß.xerdul befindlichen Druck herausgeblasen wird; weithin bildet sich an dieser Stellvorrichtung ein Di^tn§||*2*b, der Undichtigkeiten an dieser Stelle ij^rtifnaaP] soll. Der außen befindliche Kopf 27 d der ^§Sgffforrichtung 27 kann zur Verstellung des Schraubstückes 25 mit einem Schlüssel gedreht werden. Nach Verstellung des

ίο Schraubstückes wird dieses gegen Drehung durch eine Sperrschraube 28, welche einen Stift 28 a aus verhältnismäßig weichem Material gegen die Gewindeoberfläche des Schraubstückes 25 pressen kann, gesichert» Der Ventilschaft 24 ist axial verschiebbar in einer Bohrung 30 eines Zentrifugalrahmens 31 angebracht. Der mit dem Läufer 12 verbundene und sich somit mit diesem drehende Zentrifugalrahmen 31 trägt zwei einander gegenüberliegende Kniehebel 32, deren eines Ende je ein Fliehgewicht 32α und deren anderes Ende je einen Daumen 32 b aufweist. Diese Daumen greifen in eine ringförmige Nut24 c des Ventilschaftes 24 ein. Es ist offensichtlich, daß auf Grund der Drehung des Läufers 12 und des mit ihm verbundenen Zentrifugalrahmens 31 die Fliehgewichte nach außen gepreßt werden, und daß diese Bewegung nach außen die Daumen 32 b veranlaßt, den Ventilschaft 24 nach rechts zu schieben. Hierdurch wird der Ventilteller 24 a näher an die Ausfiußöffnung 23 α gebracht und das aus dieser Richtung kommende Strömungsmittel abgedrosselt. Ein derartiges Drosseln vermindert natürlich die Drehzahl des Läufers 12, und bei einer bestimmten Drehzahl wird ein Gleichgewicht erreicht, so daß die durch die Fliehgewichte entwickelten Kräfte gerade die Kräfte ausgleichen, die auf den Ventilteller 24 a durch den Strömungsmitteldruck wirken.

Die Drehzahl kann innerhalb gewisser Grenzen verändert werden, indem man das Schraubstück 25 näher an den Ventilteller 24 a heranbringt, wodurch die Drehzahl verringert wird, während sich bei einer Entfernung dieser Teile die Drehzahl vergrößert.

Bei normaler Betriebsdrehzahl wird die Regelung gänzlich durch die beschriebene Drosselvorrichtung ausgeübt. Wird jedoch der Motor zuerst angelassen und beschleunigt er sehr schnell, so würde er dazu neigen, die normale Arbeitsdrehzahl erheblich zu überschreiten. Es ist deshalb eine Bremse vorgesehen, welche nur dann in Aktion tritt, wenn der Motor seine normale Drehzahl überschreitet. Diese Bremse besteht aus einer Bremstrommel 35 und befindet sich in dem äußeren Abschlußteil 20, sie umgibt die Fliehgewichte 32 a und kann mit den auf den letzteren befindlichen Bremsflächen 32 c in Eingriff gelangen.

Diese Vorrichtung ist vorzugsweise so eingestellt, daß die Oberflächen 32 c bei der gewünschten Drehzahl ganz in der Nähe der Bremstrommel stehen, so daß ein geringer Anstieg über die gewünschte Drehzahl hinaus die Oberfläche 32 c mit der Trommel in Berührung bringt, eine Brems- oder Reibungskraft auf den Motor ausgeübt und eine weitere Drehzahlerhöhung verhindert wird. Im Anschluß daran regelt die Drosselvorrichtung wieder die Motordrehzahl.

Es ist verständlich, daß der beschriebene Motor nur bei einer konstanten Drehzahl läuft, wenn das treibende Strömungsmittel unter konstantem Druck zugeliefert wird. Derartige Motoren werden im allgemeinen über ein Druckreduzierventil von einer Quelle versorgt, die unter einem höheren Druck steht, als es dem Betriebsdruck des Motors entspricht. Manchmal verursacht der Druck und die Geschwindigkeit des gegen den Ventilteller 24 a von der Zuflußleitung 23

gepreßten Luftstromes eine Kraft, die sehr viel mehr Masse der Fliehgewichte32 α erfordert, um bei der gewünschten Drehzahl zu arbeiten. In diesen Fällen können trotzdem Fliehgewichte 32 a geringerer Masse verwendet werden, wenn man einen Teil des auf den Ventilteller 24 a wirkenden Druckes durch einen auf das linke Ende 24 b des Ventilschaftes wirkenden Druck ausgleicht. Dieses wird bewirkt, indem ein Längskanal 24βί in. <kmVetitUsch&it24 angebracht ist. Mindestens ein Teil dieses Kanals 24^ ist sehr eng, um die Menge des durchfließenden Strömungsmittels zu begrenzen, und um den Druck am linken Ende 24 & des Ventilschaftes 24 beim Starten der Maschine langsam ansteigen zu lassen. Hierdurch wird bewirkt, daß sich das Ventil im Verhältnis zu dem entgegenwirkenden Druck weit öffnet und eine schnelle Beschleunigung aus stehender Stellung entsteht. Der Kanal 24 d sollte jedoch groß genug sein, um die Drücke an den beiden Enden des Ventils auszugleichen, bevor die Beschleunigungsperiode beendet ist, damit der Fliehgewichtregler, um ein Überschreiten der Grenzdrehzahl zu vermeiden, vollständig wirksam werden kann. Da beim Laufen des Motors bei einer bestimmten Drehzahl ein Druck vorhanden sein muß, welcher das Ventil zu öffnen bestrebt ist und gegen den die Kraft des Reglers wirkt, welcher bestrebt ist, es zu schließen, muß die Fläche des Ventiltellers größer als die des Schaftendes 24 b sein. Die tatsächliche Ventilfläche ist, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, durch einen ringförmigen Steg begrenzt, welcher gegen den flachen Bereich des Schraubstückes 25 anliegen kann und die in dieser befindliche Ausflußöffnung 23 a umgrenzt. Ein Motor, dessen Ventilfläche annähernd 5O°/o größer war als die Fläche des Ventilschaftes, zeigte gute Ergebnisse, jedoch ist dieses Verhältnis kein kritisches. Der Durchmesser der Verengung des Kanals 24 d ist im allgemeinen in der Größenordnung von 0,25 mm, jedoch hängt die genaue Größe desselben von dem Durchmesser des Ventilschaftes, dem Arbeitsdruck und der Beschleunigungszeit des Motors ab. Um einen Durchtritt von Luft oder Strömungsmittel aus der Bohrung 30 entlang der Außenseite des Ventilschaftes zu verhindern, ist ein Dichtring 24 e auf dem Ventilschaft vorgesehen. Ist die Leitung 24 d nicht vorhanden, so ist eine Abdichtung des Ventilschaf tes nicht notwendig oder nicht erwünscht.

Es ist manchmal wünschenswert, ein Ventil in die Luftversorgungsleitung zu legen, um Drehzahleinstellungen zu ermöglichen. Deshalb ist in dem Gehäuse 20 ein Drosselventil 40 angebracht, das in den Einlaßkanal 23 hineinragt und ihn verstellbar sperren kann. Fertigt man das Drosselventil aus einem Material mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten als derjenige des Gehäuses 20, so können Drehzahländerungen, welche durch einen Temperaturwechsel hervorgerufen werden, verringert werden. Da ein Kühlen des Motors die Größe der Luftleitungen und somit die Drehzahl verringert, wird bei Benutzung eines Drosselventils 40, das sich bei Kühlung mehr zusammenzieht, diese Sperrwirkung verkleinert.

Beispielsweise kann das Gehäuse 20 aus Stahl gefertigt sein, während das Drosselventil 40 aus Aluminium besteht.

Aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 ist zu ersehen, daß der erfindungsgemäße Motor äußerst schnell auf die gewünschte Drehzahl beschleunigt werden kann und anschließend diese Drehzahl innerhalb derartig enger Grenzen einhält, daß Abweichungen auf einer graphischen Darstellung des gezeigten Maßstabes nicht ersichtlich sind.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehzahlregler für einen durch Strömungsmittel angetriebenen Motor mit einem drehbaren Element, das von dem durch einen Einlaßkanal zugeführten Antriebsströmungsmittel angetrieben wird, der ein in dem Einlaßkanal angeordnetes Einlaßventil aufweist, auf das in Schließrichtung durch das drehbare Element angetriebene Flieh-

ao kfaftgewichte und in Öffnungsrichtung Kräfte des Strömungsmittels wirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit einem Ventilschaft (24) axial verschiebbar in einer der Atisflußöffnung (23 a) des Einlaßkanals (23) zugekehrten Bohrung (30) vorgesehen ist und einen Ventilteller (24 a) besitzt, der in einem gegebenen Abstand vor dieser Ausflußöffnung (23 a) angeordnet ist.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (24) mit einem Längskanal (24 d) versehen ist, durch den der Strömungsmitteldruck, der auf die dem Einlaßkanal (23) zugewandte Seite des Ventiltellers (24α) wirkt, auf die in der Bohrung (30) befindliche Fläche (24 b) des Ventilschaftes (24) geleitet wird.

3. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Ventilschaft (24) vorgesehene Längskanal (24 d) eine Drosselstelle aufweist.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (24) einen Dichtring (24 g) trägt.

5. Drehzahlregler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung (23 a) des Einlaßkanals (23) in einem axial einstellbaren Schraubstück (25) angeordnet ist.

6. Drehzahlregler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres einstellbares Drosselventil (40) in dem Einlaßkanal (23) angeordnet ist.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (40) aus einem Werkstoff mit einem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, der verschieden von dem des Reglergehäuses (20) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 830 440;

französische Patentschrift Nr. 989 068;

USA.-Patentschriften Nr. 1 462 087, 2 246 910,
2 461772.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 509/24 4.59