DE109415C

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 60: Regler für Kraftmaschinen.

MAX TOLLE in KÖLN a. Rh, Fliehkraftpendelregler.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 17. Juni 1898 ab.

In Fig. ι und 2 sind zwei Anordnungen eines neuen stark statischen Reglers mit sehr grofsem Ungleichförmigkeitsgrade und geringer Eigenreibung dargestellt, bei welchem der Muffenhub proportional mit der Tourenzahl wächst.

Unter den stark statischen Reglern, d. h. den Reglern mit grofsem Ungleichförmigkeitsgrade ist wohl der vom Ingenieur F. J. Weifs in Basel am bekanntesten geworden. Er hat eine Gewichtsbelastung der Hülse, hierdurch constante Energie und erzielt durch passende "Wahl des kleinsten und gröfsten Ausschlagwinkels des Pendels eine Steigerung der Tourenzahl vom niedrigsten Werth bis auf das 3,9 bis 5,6fache. Eine weitere Steigerung nach oben oder eine weitere Abnahme der Tourenzahl nach unten durch Ausdehnung der Grenzen ist praktisch nicht zu erzielen; unterhalb der gewählten Grenze (etwa io° Ausschlagwinkel) sinkt die Tourenzahl derart rapide, dafs schon nach einigen Millimetern Hülsenbewegung abwärts die Umdrehzahl Null erreicht wird; von einer Benutzung dieser unteren Strecke kann also nicht die Rede sein, weil eben kein Hülsenhub, zur Verfügung steht. Umgekehrt verhält sich der Regler in den höchsten Stellungen; über dem gewählten gröfsten Aus-· schlagwinkel von etwa 8o° hinaus nimmt die Umdrehzahl nach wenigen Millimetern Hülsenhub derart rasch zu bis 00, dafs auch hier ein benutzbarer Hülsenhub nicht vorhanden ist. Die Verwendbarkeit in den unteren Hülsenstellungen ist aufserdem noch dadurch nicht unerheblich eingeschränkt, dafs die Eigenreibung hier sehr grofs ausfällt. Während man unter gewöhnlichen Verhältnissen eine Unempfindlichkeit von etwa 4 pCt. zu nehmen pflegt (nützliche Verstellungskraft und Eigenreibung zusammen), zeigt der Weifs'sehe Regulator in der untersten Stellung (io° Ausschlagwinkel) allein durch die Eigenreibung ungefähr 5opCt., bei 20° Ausschlagwinkel immer noch ca. 24pCt. Unempfindlichkeit; hierdurch werden die unteren Stellungen bis über 20⁰ praktisch fast unbrauchbar. Die verwerthbaren Grenzen für die Tourenzahlen rücken um so mehr zusammen, als in den unteren Stellungen die Umdrehungszahl anfangs sehr schnell, erst später langsamer zunimmt. Beschränkt man sich z. B. auf 20° Ausschlagwinkel für die unterste Stellung, so bliebe nur noch eine Steigerung der Tourenzahl auf ungefähr das 3,3 fache.

Mit dem in Fig. 1 und 2 dargestellten neuen stark statischen Regler wird eine beliebige Steigerung der Umdrehungszahl, z. B. auf das 10 fache oder 20fache erzielt, indem die Grenzen dadurch beliebig ausdehnungsfähig gemacht werden, dafs die Tourenzahl fast proportional mit dem Muffenhub anwächst, und zwar weit über die benutzte tiefste und höchste Stellung hinaus. Dieser Erfolg wird vornehmlich erzielt durch eine neue Angriffsweise der Belastungsfedern, die an Stelle einer Gewichtsbelastung Verwendung finden. Wie die Figuren erkennen lassen, ist der eine Endpunkt IV der Federn F an der Spindel fest, das andere Ende greift am Schwungkörper (oder an der mit dem Schwungkörper fest verbundenen Stange) im Punkte V an, welcher eine Curve

Claims

beschreibt, die anfangs IV, V als Normale hat; Federspannung und deren Hebelarm sind anfangs o; bei dem Ausschlag der Schwungkörper nimmt das Moment der Feder, welches dem Momente der Centrifugalkraft das Gleichgewicht zu halten hat, aus zwei Gründen erst langsam und dann immer schneller zu: i. weil die Federspannung erst sehr wenig und dann immer mehr zunimmt und 2. weil der Hebelarm der Federkraft fortgesetzt wächst. ·

Durch passende Wahl der Drehpunkte und der Federdimensionen ist man nun in der Lage, das oben näher begründete Gesetz der proportionalen Zunahme von Hülsenhub und Tourenzahl zu erreichen bezw. falls ein etwas anderes Gesetz gefordert wird, auch dieses durch Anspannen der Feder u. s. w. innerhalb weiter Grenzen zu ermöglichen. Gleichzeitig ergiebt die angewendete Federbelastung eine sehr geringe Eigenreibung (besonders auch in den unteren Stellungen), weil die nach aufsen . gerichtete Centrifugalkraft durch die nach innen wirkende Federkraft fast direct im Gleichgewicht gehalten wird.

Dafs in der That nur eine solche Zunahme der Centrifugalkraft, bei der anfangs die Steigerung sehr langsam, später immer schneller erfolgt, die mit dem Hülsenhub proportionale Zunahme der Touren bei möglichst constanter Energie herbeiführen kann, erhellt aus folgender Rechnung.

Es bedeute:

Q. die Energie,

C die Centrifugalkraft, wenn die Schwungmassen M einen Abstand χ von der Spindel und eine Winkelgeschwindigkeit w haben,

s den Hülsenhub,

U)₀, S₀ und x₀ die entsprechenden Werthe für die tiefste Stellung, und gefordert werde:

w = s ■ a

(α eine Proportionalitätsconstante), dann ist nach dem Satz von der mechanischen Arbeit:

ferner ist

also

oder

d. h.

Q-ds = Cdx;

C =

dw

du> Ma

χ ■ dx

X d X,

Ma x² —x² ₀

ω ω

oder

und

ι Ma

X* X'

Mx

Ma

^ Χ^Δ

Trägt man, nach dieser Formel berechnet, die Abstände χ der Schwungmassen von der Spindel als Abscissen und die zugehörigen Centrifugalkräfte C als Ordinaten auf, so läfst diese Curve deutlich das oben genannte anfänglich sehr langsame und später schnellere Anwachsen der Centrifugalkräfte erkennen.

In Fig. 3 ist eine solche Darstellung der Centrifugalkräfte für ein bestimmtes Zahlenbeispiel durchgeführt. Nach der obigen Formel die Werthe C berechnet, findet sich die Curve ι ; die punktirte Linie 3 giebt in ihren Ordinaten diejenigen Centrifugalkräfte an, welche in den einzelnen Stellungen dem Gewicht der Schwungmassen das Gleichgewicht halten würden, und die Curve 2 hat als Ordinaten die Centrifugalkräfte, welche den Belastungsfedern das Gleichgewicht halten. Die Ordinaten von den Curven 2 und 3 liefern in ihrer Summe die ganze Centrifugalkraft für die einzelnen Stellungen; man sieht in Fig. 3, dafs diese Summen gerade bis zur Linie 1 reichen, dafs also der beschriebene Regulator in der That die oben behauptete Eigenschaft der proportionalen Zunahme von Muffenhub und Tourenzahl, welche durch den richtigen Verlauf der Curve ι in Fig. 3 bedingt ist, besitzt.

Es macht keinen wesentlichen Unterschied, und nach Bedarf soll die eine oder andere Art Verwendung finden, ob wie in Fig. 1 ein Schubkurbelgetriebe mit umgekehrter Aufhängung oder wie in Fig. 2 ein solches mit directer Aufhängung benutzt wird. Nur ist es nöthig, um auch unter Berücksichtigung der Gewichtswirkung der Schwungmassen proportionale Zunahme von Hülsenhub und Tourenzahl beizubehalten, dafs Massenmittelpunkt M, Angriffspunkt II der Lenkstange und bei umgekehrter Aufhängung (Fig. 1) der gerade geführte Punkt III oder bei directer Aufhängung (Fig. 2) der feste Drehpunkt 1 ein Dreieck bilden, dessen Spitze II von der geraden Verbindungslinie M-III (in Fig. 1) bezw. Ai-I (in Fig. 2) nach innen zu liegt.

Paτent-Anspruch:

Ein Fliehkraftpendelregler für sehr grofse Umdrehungsdifferenzen zwischen höchster und tiefster Stellung mit proportionaler Zunahme

von Hülsenhub und Tourenzahl und mit geringer Eigenreibung, gekennzeichnet durch ein Schubkurbelgetriebe mit indirecter oder directer Aufhängung, bei welchem der Angriffspunkt (II) der Lenkstange, der Massenmittelpunkt (M) und der Zapfen (I bezw. III) ein Dreieck bilden, dessen Spitze (M) nach aufsen hin gerichtet ist, und bei welchem die Belastung durch Federn gebildet wird, deren eines Ende gelenkig an der Spindel befestigt ist, während das andere Ende an den Schwungkörpern oder den mit denselben starr verbundenen Pendelstangen so angreift, dafs dieser Angriffspunkt in der untersten Hülsenstellung eine Bahn beschreibt, deren Normale durch den festen Drehpunkt des anderen Federendes geht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.