DE114964C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 60.

Um die Verstellungskraft von Fliehkraftpendelreglern zu erhöhen, sind in neuerer Zeit sogenannte Beharrungsregler (vergl. den Aufsatz von Prof. A. Stodola in der Zeitschr. d. Ver. d. Ing., 1899, S. 506 bis 516 und S. 573 bis 579) in den verschiedensten Anordnungen gebaut worden; sie alle haben folgende Bauart und Wirkung gemeinsam:

Irgend ein Fliehkraftpendelregler mit verhältnifsmäfsig geringer Energie (fast immer ein Flachregler) wird mit einer Hülfsschwungmasse verbunden, die entweder mit der Fliehmasse des Pendelreglers zu einem starren Stück vereinigt ist oder um einen besonderen Bolzen (am besten um die Reglerachse) lose drehbar schwingt und an der Bewegung der Fliehmasse vermöge zwangläufiger Verbindung durch Zugstangen u. s. w. theilnimmt. Der Trägheitswiderstand der Hülfsschwungmasse (der sogen. Beharrungsmasse), welcher bei einer Aenderung der Winkelgeschwindigkeit der Reglerspindel wachgerufen wird, überträgt sich durch die unmittelbare, starre bezw. zwangläufige Verbindung auf den eigentlichen Fliehkraftpendelregler und bewirkt hierdurch eine bedeutende Vergröfserung der Verstellkraft. Durch die unten näher beschriebenen Reglerbäuarten soll nun ebenfalls eine erhebliche Vergröfserung der Verstellkraft jedes beliebigen Fliehkraftpendelreglers durch Anwendung einer Beharrungsmasse erzielt werden, wobei jedoch nicht nur der während der Beschleunigungs- und Verzögerungsperiode wachgerufene Massenwiderstand der Beharrungsmasse Verwendung findet, sondern aufserdem länger andauernde Kräfte infolge einer relativen Winkelgeschwindigkeit bezw. relativen Verdrehung der Reglerspindel gegen die Beharrungsmasse erweckt werden, die eine grofse Verstellungskraft liefern.

Zweck der neuen Erfindung ist also, im Gegensatz zu den bisher bekannten Beharrungsreglern behufs Erzielung einer gröfseren Verstellungskraft nicht nur den Beschleunigungsdruck während der Beschleunigungsperiode der Reglerwelle auszunutzen, sondern auch die als Folge der Winkelbeschleunigung oder Verzögerung sich ergebende Relativverdrehung der Beharrungsmasse gegen die Reglerspindel zu verwerthen. Hierin beruht ein bedeutender Fortschritt; denn ein Beharrungsregler bisheriger Bauart kann nur wirken, so lange die Beschleunigung oder Verzögerung der Reglerwelle andauert und mindestens eine solche" Gröfse besitzt, dafs der entsprechende Trägheitswiderstand die nöthige Verstellkraft auszuüben vermag. Wird die Beschleunigung oder Verzögerung kleiner, so kann die Beharrungsmasse nicht zur Wirkung gelangen, auch wenn die Geschwindigkeitsänderung noch so lange anhält, die gesammte Geschwindigkeits-Zu- oder Abnahme also auch noch so grofs ausfällt.

Bei meinen neuen Reglern dagegen ist die durch die Beharrungsmasse ausgeübte Verstellkraft in erster Linie eine Folge der tangentialen Relativverschiebung der Beharrungsmasse gegen die Reglerspindel; noch bei der kleinsten Winkelbeschleunigung oder -Verzögerung ist (genügend grofse Zeitdauer vorausgesetzt) eine, endliche Relativbewegung möglich und somit

die Wirkung der Beharrungsmasse gesichert. Ueberlegt man sich, dafs die Aufgabe eines Kraftmaschinenreglers die ist, bei länger dauernden (und zwar möglichst kleinen) Geschwindigkeitsä'nderungen auf den Kraftzuflufs einzuwirken, dagegen bei kürzeren (selbst viel gröfseren)' Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie sich z. B. aus der periodisch veränderlichen Arbeitsleistung während eines Hubes ergeben, nicht in Thätigkeit zu treten, so erkennt man, dafs diese Grundforderung eigentlich von keinem der bisher bestehenden Regler, weder von den gewöhnlichen Fliehkraftpendelreglern, noch von den Beharrungsreglern, dagegen in der vollkommensten Weise von meinen neuen Reglern erfüllt wird, weil bei ihnen, wie schon oben angegeben, die Wirkung der Beharrungsmasse eintritt, sobald die Geschwindigkeitsänderung genügend lange anhält, wenn diese auch noch so klein ist, während umgekehrt die Beharrungsmasse nicht zur Wirkung gelangt, sobald die Geschwindigkeitsänderung, wie bei den periodischen Geschwindigkeitsschwankungen während eines. Kolbenhubes, nur sehr kurze Zeit andauert, und wenn diese Geschwindigkeitsänderung auch viel gröfser sein sollte.

Als weiterer Vortheil meiner neuen Bauart vor den bisherigen Beharrungsreglern ergiebt sich durch die Möglichkeit einer Relativbewegung der Reglerspindel gegen die Beharrungsmasse eine gewisse Unabhängigkeit der Wirkung des Fliehkraftpendelreglers von der Beharrungsmasse insofern, als das Pendel allein durch die Fliehkraftwirkung, welche durch eine vorhandene, von der der Gleichgewichtslage entsprechenden Umdrehzahl abweichende Umdrehzahl bedingt ist, eine neue Muffenstellung herbeiführen kann, ohne gleichzeitig die Beharrungsmasse in Bewegung setzen zu müssen.

Das neue Mittel zur Erzielung des vorstehend erläuterten Zweckes besteht in der Hauptsache in Folgendem: Die am zweckmäfsigsten als Umdrehungskörper ausgebildete und auf der Reglerspindel frei drehbare Beharrungsmasse wird mit irgend einem Gliede des Fliehkraftpendelreglers durch Federn verbunden, die mit einem Ende an dem Fliehkraftpendelregler, mit dem anderen Ende an der Beharrungsmasse angreifen. Im Gleichgewichtszustande, wenn Spindel und Beharrungsmasse sich gleichförmig drehen, üben diese Verbindungsfedern F zwar auf den eigentlichen Fliehkraftpendelregler Kräftewirkungen aus, die für die einzelnen Muffenstellungen im Allgemeinen verschieden grofs sein und gleichsam als ein Theil der Federbelastung im gewohnten Sinne aufgefafst werden können, nicht aber auf die Beharrungsmasse. Wird die relative Gleichgewichtslage irgendwie gestört, so ändern sich die Federkräfte und ergeben sowohl eine auf den Fliehkraftpendelregler wirkende Componente, die eine verfügbare Verstellungskraft darstellt, als auch eine tangentiale Componente, die die Beharrungsmasse beschleunigt oder verzögert, bis der neue Gleichgewichtszustand hergestellt ist. Fig. ι bis 3 mögen die Durchführung des vorstehenden Erfindungsgedankens als Beispiel bei einem Kegelpendelregler erläutern. Lose drehbar auf der Reglerspindel 5 sitzt die Beharrungsmasse M, die gleichzeitig als Schutzhülse die ganze Bauart einschliefst. Fig. 2 zeigt einen Verticalschnitt, in welchem der eigentliche Fliehkraftpendelregler irgend welcher Bauart sichtbar ist, Fig. 1 bedeutet einen Verticalschnitt, der zu dem in Fig. 2 senkrecht geführt ist und die Verbindungsfedern F zeigt; die letzteren sind in A und B gelenkig mit der Beharrungsmasse M, in C gelenkig mit der Muffe G verbunden. C kann sich also nur parallel zur Spindel bewegen, während die Endpunkte A und B kreisförmige Bahnen in zur Spindel senkrechten Ebenen beschreiben. Um der Abnahme und der Zunahme an Winkelgeschwindigkeit die erforderliche Bewegungsrichtung der Muffe nach unten bezw. nach oben zuzuordnen, sind die Verbindungsfedern F, wie aus Fig. 3 hervorgeht, schräg geführt; eilt z. B. die Beharrungsmasse nach links, so rückt der Punkt C nach oben, wobei eine nach oben gerichtete Verstellungskraft P_v auf die Muffe übertragen wird und umgekehrt: bewegt sich die Beharrungsmasse mit den Federendpunkten A und B nach rechts, so rückt C nach unten, hierbei eine Verstellungskraft P_v nach unten auf die Muffe übertragend. Denn denkt man sich z. B. in der mittleren Gleichgewichtslage (s. Fig. 3) beide Federn AC und BC gleich stark angespannt, etwa gedrückt, so halten sich beide Federkräfte unmittelbar das Gleichgewicht, üben weder eine Tangentialcomponente auf die Beharrungsmasse, noch eine Verticalcomponente auf die Muffe G aus. Wird aber die Winkelgeschwindigkeit der Reglerspindel erhöht, so übt die Beharrungsmasse M einen Beschleunigungsdruck nach links aus, der sich als Horizontalcomponente. auf die Punkte A und B überträgt und durch eine in C¹ angreifende (von der Reglermuffe herrührende) Horizontalkraft im Gleichgewicht gehalten wird. Voraussetzung dabei ist eine Verschiebung des Punktes C nach rechts und, worauf es eben ankommt, eine gleichzeitige Verschiebung von C nach oben unter Ausübung einer nach oben gerichteten Verticalcomponente P_v. Die letztere entsteht wie folgt: Angenommen, der Punkt C in Fig. 3 rücke nach C¹ so, dafs die Federlänge BC unverändert bleibt (BC¹ = BC), dann nimmt die Feder AC an Länge zu (AC¹ > AC) und (Druckfedern als Beispiel vorausgesetzt, die

in der Mittelstellung AC CB gleich stark gespannt sind) verliert dadurch an Spannung; aufserdem erhält ^4C¹ eine gröfsere Neigung gegen die Verticale, EC¹ aber eine geringere Neigung; aus all diesen Gründen entsteht im Punkt C¹ eine bedeutende Verticalcomponente Ργ aus den beiden Federspannungen. Bei einer höheren oder tieferen Lage des Punktes C¹ wird diese Componente kleiner oder gröfser, stets aber ist eine solche (innerhalb gewisser Grenzen für die Lage des Punktes C¹) vorhanden, denn die Strecke BC verlängert sich weniger als AC, daher verliert unbedingt die Druckfeder AC mehr an Spannung als die Druckfeder BC, und es überwiegt stets die nach oben gerichtete Verticalcomponente der Federspannung von BC¹ über die nach unten gerichtete Verticalcomponente der Federspannung von AC¹. Diese nach oben gerichtete Kraft Py kann allerdings nicht vollkommen als Verstellkraft ausgenutzt werden, da ein Theil als Federbelastung des Fliehkraftreglers aufgefafst werden mufs. Diese Notwendigkeit erhellt aus nachstehender Ueberlegung: Sobald der Gleichgewichtszustand für die neue Muffenstellung, etwa einer Höhenlage h des Punktes C in Fig. 7 entsprechend, eingetreten ist, darf auf die Beharrungsmasse keine Tangentialkraft mehr übertragen werden; die Resultirende aus den beiden Federspannungen in der Gleichgewichtslage C₂ des Punktes C mufs also eine Horizontalcomponente = Null haben, d. h. mufs vertical gerichtet sein. Man erkennt aus Fig. y, dafs C₂ von C₁ aus nach links zu gelegen ist, und dafs in C₂ eine kleinere Verticalkraft entsteht als in C₁. Die in C₂ noch vorhandene, hier nach oben gerichtete Verticalkraft ist nun offenbar als Theil der Hülsenbelastung des Fliehkraftpendelreglers aufzufassen und demnach als Verstellungskraft nicht in Rechnung zu ziehen, wohl aber bei der Construction des eigentlichen Fliehkraftpendelreglers zu berücksichtigen; insbesondere ist darauf zu achten, dafs der Ungleichförmigkeitsgrad des Fhehkraftpendelreglers die erwünschte Gröfse unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Verticalkräfte erhält.

In derselben Weise kann man sich überzeugen, dafs eine Verschiebung der Beharrungsmasse nach rechts stets eine nach unten gerichtete Verstellungskraft zur Folge hat.

Es sei noch angedeutet, dafs die Schräglage der Verbindungsfedern F, wenn auch wohl die einfachste, doch natürlich nicht die einzige Möglichkeit ist, den entgegengesetzten Tangentialverschiebungen der Beharrungsmasse die entgegengesetzten Muffenbewegungen und entgegengesetzt gerichteten Verstellungskräfte zuzuordnen. Man könnte z. B., wie in Fig. 6 schematisch skizzirt, die Endpunkte A und B der parallel zur Drehachse gestellten Federn F in Schlitzen S₁ und S₂ der Beharrungsmasse M verschiebbar lagern, so dafs bei Verschiebung des Punktes C nach rechts sich nur die obere Feder schräg einstellt, deshalb ihre Länge mehr zunimmt als die der unteren Feder, und somit eine nach oben gerichtete Verstellungskraft frei wird. Rückt C nach links, so tritt das Umgekehrte ein.

Es sei ferner erwähnt, dafs es sich empfehlen dürfte, die Tangentialkraft,. die von der Reglerspindel aus auf die Beharrungsmasse zu übertragen ist, nicht durch die Muffe einzuleiten, weil sonst durch den wegen des kleinen Hebelarmes (= dem Spindelhalbmesser) ziemlich grofsen Tangentialdruck zwischen Muffe und Spindel bei der Verschiebung der Muffe ein zu grofser. Reibungswiderstand zu überwinden wäre, der die gewonnene Verstellungskraft zum Theil wieder aufzehrte.

Statt dessen wird man zweckmäfsig eine besondere Nabe Q (s. Fig. 4 und 5) auf der Spindel fest aufkeilen und durch Hebel R die Mitnahme des Punktes C durch die Spindel in tangentialer Richtung ermöglichen, wobei C Gelegenheit hat, auf- oder abwärts zu schwingen. Diese Verticalbewegung wird dann durch ein Gestänge Z auf die Reglermuffe G übertragen.

Endlich sei noch angeführt, dafs sich der Erfindungsgedanke in der allereinfachsten Weise auch auf Flachregler übertragen läfst, wie man aus Fig. 8 erkennt. CDm sei das Fliehkraftpendel, dessen Drehpunkt D mit der Welle W fest verbunden ist; die Beharrungsmasse M, welche wieder am besten als Umdrehungskörper ausgebildet ist, sitzt auf der Welle W drehbar und ist durch die Verbindungsfeder AC mit dem Fliehkraftpendelregler federnd verbunden. In der Gleichgewichtslage für irgend eine Stellung des Pendels CDm steht die Feder CA radial, äufsert also auf die Beharrungsmasse keine tangentiale Kraftwirkung, wohl aber wird auf CDm ein Moment ausgeübt, das als ganze Federbelastung oder als ein Theil derselben aufgefafst werden kann, und durch das Moment der Fliehkraft der Masse m im Gleichgewicht gehalten wird. Wird der Gleichgewichtszustand gestört, tritt z. B. eine Winkelbeschleunigung der Welle ein, so bleibt die Beharrungsmasse M zurück, bewegt sich relativ nach links, A kommt nach A₁, wodurch der Hebelarm der Federkraft, also auch deren Moment bezogen auf das Fliehkraftpendel, abnimmt. Hierdurch erfährt die Federbelastung des Pendelreglers eine Verminderung, was gleichbedeutend ist mit der Erzeugung einer Verstellungskraft von solcher Richtung, dafs die Verschiebung des Pendels nach aufsen unterstützt wird.

Eilt bei vorhandener Winkelverzögerung die Beharrungsmasse nach rechts vor, so wird der Hebelarm der Feder vergröfsert, hierdurch das

Belastungsmoment des Pendelreglers vergröfsert
und somit eine nach innen gerichtete Verstellungskraft erweckt.

Claims (2)

1. Pa tent-Ansprüche:

   ι . Beharrungsregler, gekennzeichnet durch
   federnde Verbindung einer Beharrungsmasse
   mit einem Fliehkraftpendelregler durch
   Federn (F), welche als theilweise Federbelastung des Fliehkraftpendelreglers dienen
   und bei Relativverdrehung der Reglerwelle
   gegen die Beharrungsmasse aufserdem Kräfte
   wachrufen, die im Sinne der Verschiebung
   der Reglermuffe wirken, also Verstellungskräfte ergeben.
2. 2. Ausführungsform des Reglers nach Anspruch ι für Kegelpendelregler, dadurch
   gekennzeichnet, dafs die Verbindungsfedern (F) behufs richtiger Zuordnung der

   Relativbewegung zwischen Beharrungsmasse und Pendelregler zur Muffenbewegung schräg zur Spindel angeordnet sind. Ausführungform des Reglers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafs die Verbindungsfedern (F) senkrecht angeordnet und mit je einem Endpunkt tangential nur nach einer Richtung gestützt sind, nach der anderen Richtung aber ausweichen können. Ausführungsform des Reglers nach Anspruch ι für Flachregler, dadurch gekennzeichnet, dafs die Verbindungsfedern (F) an dem Fliehkraftpendel unter veränderlicher Richtung angreifen, um bei Relativverdrehungen der Beharrungsmasse gegen die Reglerwelle das auf das Fliehkraftpendel ausgeübte Moment der Federkräfte ab- oder zunehmen zu lassen, je nachdem das Fliehkraftpendel nach aufsen oder innen zu schwingt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

   BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI.