DE1712C - Astatischer bezw. pseudoastatischer Regulator ; für Motoren. j - Google Patents

Description

1877.

Klasse 60.

HEINRICH MÜHLRAD in BUCKAU bei MAGDEBURG. Asiatischer bezw. pseudo-astatischer Regulator für Motoren.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. Juli 1877 ab.

Wird ein einfaches Schwungkugel-Pendel um seine Axe in Rotation versetzt und verhindert man durch eine Kraft, die von der Schwungkugel nach der Axe gerichtet ist, dafs das Pendel ausschlagen kann; so ist bei derselben Umdrehungszahl der Axe die Zugkraft, die man anwenden mufs, um das Pendel festzuhalten, bei verschiedenen Ausschlagswinkeln α verschieden. Sie ist bei a = 0 ,am kleinsten, nimmt bis zu einem gewissen gröfseren a, welches mit a' bezeichnet sei, zu, dann wieder ab, bis zu einem gewissen a, welches mit a² bezeichnet sei, die Zugkraft = 0 wird. Das Pendel hat also ein variables Arbeitsvermögen von a = ο bis α² bei einer angenommenen Umdrehungszahl der Axe.

Verbindet man fest mit dem einfachen Pendel über den Drehpunkt 0 hinaus einen Gegenlenker, so entsteht ein Winkelhebel mit dem Drehpunkt 0 im Knie. Der von den Schenkeln eingeschlossene Winkel sei beliebig; für die Construction des vorliegenden Regulators ist er vortheilhaft zwischen 80° und iio° zu wählen. Belastet man den oberen Schenkel durch ein Gewicht B, welches auf der Axe in ihrer Richtung verschiebbar ist, so wird sich das Gewicht heben und senken, wenn das Pendel seinen Ausschlag macht. Richtet man es nun so ein, dafs das variable Arbeitsvermögen des Pendels in jedem Moment des Ausschlages immer gleich ist der Arbeit, die das Belastungsgewicht B in demselben Moment verrichtet, so erhält man einen vollkommenen astatischen Regulator, d. h. der Regulator wird bei einer der Berechnung zu Grunde gelegten Umdrehungszahl in jeder Stellung des Pendels im Gleichgewichte sein und bei einer Zu- oder Abnahme in der Umdrehungszahl sich ganz heben oder ganz senken. Diese Bedingung wird erreicht, wenn der Gegenlenker auf einer Curvenbahn des Belastungsgewichtes B gleitet, welche eine ganz bestimmte Krümmung erhält, die abhängig ist von nachfolgenden, vorher beliebig anzunehmenden Gröfsen: 1. Länge des Pendelarmes; 2. Gewicht der Kugel A; 3. Umdrehungszahl der Axe; 4. Entfernung des Drehpunktes des Pendels von der Axe; 5. Länge des Gegenlenkers; 6. Schenkelwinkel zwischen Gegenlenker und Pendel. Das Product aus Belastungsgewicht B und seinem Hub ist, wenn die anderen Gröfsen angenommen sind, ein bestimmtes und zwar gleich dem ganzen Arbeitsvermögen des Pendels, doch kann in diesem Product ein Factor innerhalb der Grenze des Productes beliebig angenommen werden.

Zur Verminderung der Abnutzung und Reibung giebt man dem Gegenlenker eine Rolle, die auf · einer Curvenbahn des Belastimgsgewichtes B rollt. Der Einfachheit halber wird die Curve für den Endpunkt des Gegenlenkers bestimmt, und dann nimmt man eine zu ihr parallele Curve im Abstande des Radius der Rolle.

Unter Arbeitsvermögen des Pendels ist das resultirende Arbeitsvermögen der Pendelkugel A mit ihrer Stange / und dem Gegenlenker g mit der Rolle verstanden.

Nachfolgender Weg führt auf sehr einfache Weise zur Construction der Curvenbahn: Alle wirkenden Schwungmassen, wie Kugel, Pendelstange, Gegenlenker und Rolle mit ihrem Bolzen, werden auf den Schwungkugelmittelpunkt für einen mittleren Ausschlag des Pendels reducirt, und diese Reduction wird für alle Stellungen des Pendels ohne gröfsen Fehler alls gültig angenojnmen. Die Reduction erfolgt mit plus oder minus, je nachdem die einzelnen Schwungmassen im Sinne der Schwungkugel oder entgegengesetzt wirken. Dann berechnet man von 5 ° zu 5 ° das auf den Drehpunkt bezogene resultirende Moment. Angenommen, bei io° Ausschlag sei die Componente der Resultirenden aller wirkenden Kräfte, senkrecht zur Pendelstange, mit Cio° bezeichnet, und eine ebensolche Componente für 15 "Ausschlag mit Ci 5 "und nimmt man an, dafs der Bogenweg zwischen io⁰undi5° von einer constanten Kraft zurückgelegt wird, die gleich ist dem arithmetischen Mittel zwischen Cio° und C15⁰, also von einer Kraft, die = % (Cio° -f- Cis°) ist; ^s0 wird der Fehler, den man hierbei macht, ein verschwindender sein. Durch Multipliciren dieser Kraft '/, ( Ci ο ° -f Cr 5 °) mit dem Bogenwege von 5⁰ erhält man ein Arbeitselement des Pendels. Ist nun das Belastungsgewicht in seiner Gröfse angenommen, so findet man den Weg, um den es sich heben mufs, während das Pendel das obige Arbeitselement verrichtet, durch Gleichsetzung der beiden Arbeiten. Wird diese Rechnung für je 5 ° Ausschlagsweg ausgeführt, so findet man die vom Belastungsgewicht zurückzulegenden Wege

für die verschiedenen Stellungen des Gegenlenkers.

Die constructive Darstellung der Curve ist dann eine ganz einfache: Angenommen, der Gegenlenker bilde den Winkel γ mit der Horizontalen, wenn α des Pendels gleich Null ist, d. h. wenn das Pendel senkrecht herabhängt. Denkt man sich um den Drehpunkt des Pendels einen Kreisbogen mit einer Zirkelöffnung gleich der Länge des Gegenlenkers geschlagen, und soll dieser Kreisbogen am Belastungsgewicht die Bahn des Endpunktes des Gegenlenkers darstellen, so wird beim Ausschlagen des Pendels gär keine Bewegung des Belastungsgewichts erfolgen. Abgesehen von Reibungswiderständen wäre das Pendel in der Wirkungsweise gleich einem einfachen Pendel ohne Belastung. Hat das Pendel den Winkel α zurückgelegt, so wird der Gegenlenker jetzt mit der Horizontalen den Winkel (α -\- γ) bilden. Zieht man nun am Endpunkt des Gegenlenkers eine Verticale nach unten und macht dieselbe gleich der berechneten Hebung des Belastungsgewichtes unter der Voraussetzung, dafs die verrichtete Arbeit des Pendels gleich der geleisteten Arbeit des Belastungsgewichtes sein soll, so ist ihr unterer Endpunkt ein Punkt der Curvenbahn. Bestimmt man auf diese Weise für a = 5⁰, a = ίο⁰, α — ig⁰ u. s. w. die einzelnen Punkte, so bekommt man die Curvenbahn sehr genau.

Nimmt man bei den verschiedenen Ausschlägen des Pendels nicht eine constante Umdrehungszahl, sondern wächst diese von Winkel α gleich Null bis Winkel α gleich α², ζ. B. um 2 pCt., 3 pCt. u. s. w., so erhält man eine Curve, wodurch der Regulator pseudo-astatisch wird. Die Pseudoastasie wird auch erreicht, wenn die Curve genau astatisch für eine bestimmte Rollengröfse construirt ist, und man eine Rolle mit etwas gröfserem Durchmesser anwendet, indem die astatische Curvenbahn der kleineren Rolle für die gröfsere Rolle eine etwas gröfsere Krümmung hat, als sie haben müfste, um für sie astatisch zu sein. Dieses Mittel, einen vollkommen astatischen Regulator mit beliebigem Procentsatz pseudo-astatisch zu machen, ist für die Praxis äufserst bequem.

Weicht man zuletzt noch von der astatischen Curve so weit ab, dafs den Enden derselben, die der höchsten und tiefsten Stellung des Pendels entsprechen, noch etwas mehr Steigung gegeben wird, so erreicht man dadurch, dafs der Regulator, bei plötzlicher Ab- oder Zunahme der Maschinenbelastung, nicht das lästige Anschlagen in seiner Hubbegrenzung hervorbringt; er wirkt so, als wenn er in den beiden Hubbegrenzungen Luftbuffer hätte.

Unter Festhaltung des Princips der oben angegebenen Regulator - Anordnung lassen sich mehrfach verschiedene Constructionen des Regulators machen. Die zwei wesentlichsten sind in Fig. ι und 2 dargestellt. Bei Fig. 1 sind die Drehpunkte 0 fest, die Curvenbahn ist am Belastungsgewicht B und kann sich in der Richtung der Axe gleichzeitig mit dem Belastungsgewicht B verschieben. Bei Fig. 2 sind die Pendelaxen ο am Belastungsgewicht B angebracht und verschieben sich gleichzeitig mit diesem in der Richtung der Axe, während die Rollen des Gegenlenkers sich auf einer festen Bahn bewegen. In diesem Falle gehören die Pendel mit zum Belastungsgewicht, was bei der Berechnung berücksichtigt werden mufs, da sie eine doppelte Bewegung machen: einen Ausschlag und eine Hebung. ,Die Construction der festen Curvenbahn ist dieselbe, wie. für die Regulator-Anordnung in Fig. i.

Bei den beiden Regulatoren Fig. 1 und 2 wird die Bewegung des Belastungsgewichtes B durch eine Mittelstange ί auf ein Regulirungs-Ventil übertragen. Fig. 3 stellt denselben Regulator wie Fig. 2 dar, nur dafs er zur Bewegung einer Drosselklappe eingerichtet ist.

Das wesentlich Neue des vorliegenden Regulators ist Folgendes:

Ein einfaches Pendel wirkt durch einen Gegenlenker so auf ein Belastungsgewicht, dafs die vom Pendel geleistete Arbeit in jedem Moment gleich (astatisch) oder beliebig abweichend (pseudo-astatisch) von der zu leistenden Arbeit des Belastungsgewichtes ist. Hierbei kann die Axe des Pendels fest und die Curvenbahn mit dem Belastungsgewicht verschiebbar sein, oder die Curvenbahn ist fest und die Axe des Pendels ist mit dem Belastungsgewicht verschiebbar.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.