DE118373C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Eingewichtsbeharrungsregler, bei welchem die Schwungmasse derart angeordnet ist, dafs die Dämpfung der bei plötzlichen Belastungsänderungen entstehenden schwingenden Bewegungen der Schwungmasse und hiermit auch der regelnden Theile durch die Wirkung der Momente der tangentialen Trägheitskräfte erfolgt.

Hierdurch wird gegenüber den bis jetzt bekannten Bauarten der grofse Vortheil erreicht, dafs die Dämpfung nicht durch besondere Vorrichtungen, Oelbremse, Reibscheiben oder gar durch die Reibung zu erfolgen hat, und schliefst eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung des Reglers in sich.

Die vom Professor Stodola in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure in der Nummer vom 6. Mai 1899, Seite 508, veröffentlichte Theorie behandelt lediglich diejenigen Trägheitsmomente, welche durch Aenderung der Winkelgeschwindigkeit entstehen; die Gleichung des Momentes der tangentialen Trägheitskräfte

M_g = J₀ w> + Mr₀ w' χ _Fo

ist nur für den Fall aufgestellt, wenn die Schwungmasse sich in Bezug auf O₁ in Ruhe befindet, d. h. eine reine Drehbewegung um O ausführt.

Dreht sich jedoch die Schwungmasse um O₁, abgesehen von der Drehung um O, so ändern sich die Entfernungen der Massenelemente von der Drehachse O, und es treten weitere Momente der tangentialen Trägheitskräfte auf. Es können nun diese Kräfte, welche theils beschleunigende, theils verzögernde Momente hervorrufen, je nachdem sie in gleicher oder entgegengesetzter Richtung wie die früher erwähnten Trägheitskräfte wirken, dazu benutzt werden, die Dämpfung der Schwingungen zu bewirken.

Diese Kräfte, die passend als Bahnbeschleunigüngsdrücke bezeichnet werden mögen, entstehen dadurch, dafs die Entfernungen r der Massenelemente von der Drehachse O sich ändern, wodurch auch die Bahnen derselben andere werden. Nimmt man die Winkelgeschwindigkeit w für das Zeitelement als constant :an —=— — O und r als wachsend von r dt

auf r + dr, so bekommt man die tangentiale Trägheitskraft (Fig. 1) G" = Δ m w —3—, welche

in der Richtung, von G fällt, wobei G die tangentiale Trägheitskraft, welche durch die Beschleunigung der Winkelgeschwindigkeit ω um

O, d. h. —j— hervorgerufen wird. Es sei p"

die Länge des Lothes von O¹ auf G bezw. G", dann erhält man:

dr

Mg = J₀

Mr_o

das dritte Glied Σ Amp"·

Σ Amp" dr

dt

dt ' hängt direct

von der Winkelgeschwindigkeit um die Drehachse O, sowie um den Zapfen O¹ ab. Da

diese Integration für einen unregelmäfsigen Körper als Schwungmasse besondere Schwierigkeiten bietet, so benutzt Erfinder die graphische Methode.

Man zieht den Kreis OaO¹ (Fig. 2). OPa ist ein beliebiger Strahl durch O. Die Gröfse der tangentialen Beschleunigungsdrücke eines Punktes auf dem Strahl O α ist für die Drehung um Winkelelemente άη innerhalb der Zeit dt direct proportional der Länge des Lothes a O₁ auf diesen Strahl. Der Hebelarm, mit welchem diese Kraft um O₁ ein Moment erzeugt, ist gleich a P (Fig. 2). Infolge dessen ist das Moment proportional dem Inhalt des Dreieckes a O¹ P.

Hierdurch erhält man eine Reihe unendlich vieler Lagen, deren Dreiecke bezw. Dämpfungsmomente gleichwerthig sind um O¹. Eine solche Linie räumlich dargestellt, wäre eine Art Niveaufläche gleichwerthiger Massenelemente. In Fig. 3 ist nun ein Netz solcher Curven von gleichwerthigen Dämpfungsmomenten dargestellt, wobei die Dämpfungsvermögen proportional sind den Ziffern, mit welchen die Curven bezeichnet werden. Durch Einzeichnung der Vertheilungsart der Massen in verschiedenen Lagen um einen gegebenen Schwerpunkt erhält man einen Ueberblick über die zweckmäfsigste Anordnung ' der Schwungmasse in Bezug auf ihr Dämpfungsvermögen. Dies ist aus dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm, bei welchem das Dämpfungsvermögen bezw. das Schleuderungsvermögen der Momente der tangentialen Trägheitskräfte durch die schraffirten Flächen dargestellt ist, ersichtlich. Das Diagramm (Fig. 4) erhält man aus dem in Fig. 3 dargestellten Netz der Dämpfungsvermögen in folgender Weise:

Es sei die Lage des Schwerpunktes S der Schwungmassen bei bestimmter Drehrichtung (Uhrzeigersinn) gegeben und es sei die Schwungmasse aus zwei ungefähr gleichen Gewichten an gegenüber liegenden gewichtslosen Armen befestigt gedacht, und zwar von untergeordneter Gröfse, so dafs man dieselben ohne Fehler in dem Schwerpunkt vereinigt denken kann; angenommen ferner sei O ^J ein Zapfen, um welchen sich die Schwungmasse dreht, und O der Drehpunkt der Welle, d. h. des ganzen Systems, sowie S S₁ = S S₂ = 5 mal O O¹, so kann man mittelst des Netzes (Fig. 3) für jede Lage der Schwungmasse um den Schwerpunkt S den entsprechenden,. Betrag der Dämpfung bezw. Schleuderung ermitteln, indem man denselben unmittelbar aus den an den Curven stehenden Ziffern ablesen kann. Man zieht z. B. durch den Schwerpunkt 5 unter verschiedenen Winkeln Radien, welche den Kreis mit dem Durchmesser S₁ S₂ schneiden, und sieht nach, zwischen welche Curven des Netzes (Fig. 3) diese Schnittpunkte fallen. In dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm sind die Punkte für die Radien, welche unter 45⁰ geneigt sind, bestimmt. Die Schnittpunkte des Radius S₁ S.₂ liegen auf den Curven minus 13,4 und plus 15,1, die Schnittpunkte des unter go° zu demselben stehenden Radius liegen auf den Curven minus 17 und plus 11,2. Man bildet nun aus den Werthen der Schnittpunkte eines Radius mit dem Kreis . die algebraische Summe, bei dem angeführten Beispiel erhält man (s. Fig. 4)

(— ^r3>4) + !δ,¹' =1,7-

(— ¹I) ■+' 11,2 = — 5,8.

Die so erhaltenen Werthe, welche den Betrag des Dämpfungsvermögens bezw. Schleuderungsvermögens der Massenelemente in den entsprechenden Lagen darstellen, trägt man nach einem entsprechenden Maisstab auf dem Umfange des Kreises um S auf. Führt man dies für eine mehr oder weniger gröfse Anzahl von Lagen der Schwungmassen um den Schwerpunkt S aus und berücksichtigt man dabei, dafs je nach dem Vorzeichen diese Werthe nach innen oder nach aufsen auf den Kreis aufgetragen werden, so erhält man eine zusammenhängende Curve, welche den Kreis in vier Punkten schneidet, wobei jeweils die Fläche zwischen der Curve und dem Kreis die Differenz der Trägheitsmomente zu Gunsten der Dämpfung bezw. der Schleuderung für die verschiedenen Lagen der Schwungmasse um den Schwerpunkt S darstellen, wobei jedoch bemerkt werden mufs, dafs das Diagramm symmetrisch aufgetragen ist und es bei irgend einer Ablesung gleichgültig ist, auf welcher Seite man abliest. Man erhält stets die Differenz der Trägheitsmomente. Dies giebt ein übersichtliches Bild für die Wahl der günstigsten Lage der Schwungmasse um den Schwerpunkt 5 für die Dämpfung. Man hat daher durch dieses Verfahren ein bequemes Mittel an der Hand, die Schwungmasse so anzuordnen, dafs die nöthige Dämpfung der harmonischen Schwingungen durch die Wirkung des Momentes der tangentialen Trägheitskräfte selbst erfolgt, was bisher nicht erreicht worden ist.

In Fig. 4 ist schematisch ein Regler dargestellt. O ist der Wellenmittelpunkt, O¹ der Aufhängepunkt des Excenters, O² der Excentermittelpunkt, S der Schwerpunkt der Trägheitsmasse, welcher, wie aus Fig. 4 ersichtlich, in eine für die Dämpfung ungünstige Lage kommt; bei dieser durch die Bauart bedingten ungünstigen Lage des Schwerpunktes und bei den gewählten Längenverhältnissen 5 ^l S'² — io O¹O ist die gewählte Lage der Hauptachse der Trägheitsmasse — also ca. 45⁰ von der Verbindungslinie 0^Ύ-0 — die einzig mögliche, bei welcher eine gröfste Differenz zu Gunsten der Dämpfung

erzielt wird. Bei den bekannten Bauarten wurde bisher die Hauptsache der Trägheitsmassen stets parallel oder normal zur Richtung O¹ O genommen.

In der beiliegenden Zeichnung ist Fig. 5 ein Grundrifs eines Eingewichtsbeharrungsreglers, bei welchem die Schwungmasse so angeordnet ist, dafs dieselbe eine selbstthätige dämpfende Wirkung hervorbringt. Fig. 6 zeigt einen Schnitt im Seitenrifs. Fig. 7 zeigt die Schwunggewichte nebst Excenter in gröfserem Mafsstab.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, besteht der Regler aus einer zugleich als Schwungrad ausgebildeten Scheibe a, welche auf der Welle b aufgekeilt ist. In der Nabe dieser Scheibe a ist der Bolzen c, in dessen vorderem Ende d das Excenter e in einem Stück mit den Schwunggewichten fg aufgehängt ist, befestigt. An dem Exenter e greift seitlich von dem BIz en d die Feder h an, welche das Excenter und die Schwunggewichte f g in einer Lage zu halten sucht. Die Schwungmasse f g ist nun bei dem Regler so angeordnet, dafs dieselbe von der Stellung ii bis zur Stellung // stets innerhalb des Gebietes sich befindet, in welchem die tangentialen Kräfte derselben eine dämpfende Wirkung ausüben. Es ist dabei die Stellung k k so gewählt, dafs nach der eingangs erwähnten Theorie, sowie nach dem in Fig. 5 ebenfalls dargestellten Diagramm, bei welchem das Dämpfungsvermögen bezw. das Schleuderungsvermögen der Momente der tangentialen Trägheitskräfte durch die schraffirten Flächen veranschaulicht sind, bei derselben die gröfstmögliche Dämpfung eintritt. Der Hub der Schwungmasse^/^-, d.h. der Bogen, innerhalb welchem dieselbe ihre Lagen ändern kann, ist dabei so abgegrenzt, das sämmtliche Stellungen sich noch innerhalb des Gebietes, in welchem ein Dämpfungsvermögen eintritt, befinden.

Es wird daher durch diese Anordnung der Schwungmasse das Entstehen von harmonischen Schwingungen vermieden, wodurch ein ruhiger Gang des Reglers erzielt wird. Der Regler arbeitet daher genau in derselben Weise, als es bis jetzt bei Anwendung einer Oelbremse u. s. w. der Fall war.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Beharrungsregler mit nur einem Schwunggewicht (f g)i dessen Masse mit dem Excenter bezw. Antriebszapfen der Steuerung (e) fest verbunden ist oder aus einem Stück besteht, das um den Zapfen (d) an der Nabe des Schwungrades (a) schwingt und von der Feder (h) in seiner Lage gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dafs die Hauptachse der Schwungmasse einen solchen Winkel mit der Verbindungslinie zwischen dem Zapfen (O¹J und Wellenmittelpunkt (O) einschliefst, dafs die Momente der tangentialen Trägheitskräfte eine gröfste dämpfende Wirkung auf die entstehenden harmonischen Schwingungen der Schwungmasse zwischen den Stellungen (I I i i) (Fig. 5) ausüben,· wodurch die Anwendung eines weiteren dämpfenden Hülfsmittels (z. B. Oelbremse) unnöthig gemacht wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.