DE24677C - Wasserrad-Regulator - Google Patents

Description

KAISERLICHES

f~.

PATENTAMT

KLASSE 88: . Wind- und

Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung bezweckt, dafs das Wasserrad sich mit einem Theil des Zuflufsgerinnes etc. während des Betriebes dem steigenden oder fallenden Unterwasserspiegel entsprechend hebt oder senkt.

Blatt I enthält: 1. Längenschnitt, 2. Grundrifs, 3. Querschnitt, 4. Schnitte, betreffend die Details für den Abschlufs zwischen dem festen und beweglichen Theile des Gerinnes. Der Antrieb der in Bewegung zu setzenden Maschinen erfolgt hier durch Stirnräder.

Blatt II enthält: 1. Seitenansicht, 2. Hinteransicht, 3. den vorderen, stromaufwärts belegenen Theil eines der Träger der Wasserrad welle u. s. w., 4. den durch A-B gehenden Schnitt dieser Figur, 5. eine mit einem Schwimmer in Verbindung stehende Hebelvorrichtung. Ferner vier Querschnitte einer aus zwei Theilen bestehenden Welle, deren Länge nach Bedürfhifs veränderlich ist, mit zwei Universalkupplungen, durch welche der Antrieb auf eine fest gelagerte Welle vermittelt wird.

Blatt III enthält die Darstellung, wie die constante Entfernung der Achsen von den in Blatt I angeordneten Stirnrädern auszuführen ist; ferner eine andere Art des Gerinneabschlusses und die Aufsicht der auf dem Radhause befindlichen Räder etc.

Der vorliegende Entwurf bezieht sich auf Verhältnisse, wie sie bei lebhaft fliefsenden Gewässern mit durch die Terrainconfiguration bedingten niedrigen Stauwerken und sehr variablem Wasserstande häufig vorkommen, und ist als Beispiel ein im Brahefiufs vorhandenes Wasserverhältnifs benutzt worden. Das Gefalle ist hier ca. 1,6 m, das jedoch weit über diese Grenze vorhandene Aufschlagwässer zu 1,56 cbm angenommen.

Das Wasserrad ist ein Poncelet'sches, von 5 m Durchmesser, welches 25P₁ S. ausüben kann, und macht 11 Touren pro Minute.

Die Wasserspiegel, sowohl der obere als der untere, deren Differenz constant bleibt, können bis zu circa 1 m verschiedene Wasserstände zeigen.

Construction.

Auf zwei gufseisernen Trägern, die an vier 60 mm starken Schraubenspindeln mit 9 mm Ganghöhe aufgehängt sind, ist die AVasserradwelle gelagert. An diesen Trägern ist gleichzeitig das Radgerinne und ein Theil des Hauptgerinnes aufgehängt; Die Wasserradschütze befindet sich in diesem beweglichen Theile des Gerinnes. Die Abdichtung beider Gerinnetheile ist in den betreffenden Zeichnungen, Blatt I und III, ersichtlich gemacht.

Das Arbeitsgerinne endet in einen nach innen vorspringenden, in senkrechter Ebene liegenden Rand, welcher an den Seiten 10 bis 12 cm Breite, nach unten 1 m Tiefe hat. An diesem Rande kann eine schützenartige Platte P, welche eine dem beweglichen Theile des Arbeitsgerinnes entsprechende Oeffnung hat und mit diesem fest verbunden ist, aufwärts und abwärts bewegt werden.

Nach Blatt I erfolgt die Abdichtung in folgender Weise:

Es bewegt sich eine eiserne Platte P gegen drei in einer entsprechenden Zahl eiserner Falze enthaltenen Korkleisten, die an den vorspringenden drei Rändern des festen Gerinnes befestigt sind.

Nach Blatt III, indem eine eiserne, mit Holz verkleidete Platte ebenfalls gegen drei Korkleisten, die aber direct mit gelochten eisernen Stäben, zwischen welchen die Korkleisten hervortreten, an dem verticalen Vorsprung befestigt sind, beweglich ist.

Auf der Wasserradwelle sitzen zu beiden Seiten eines der Lager zwei eiserne konische Frictionsräder F, zwischen welchen sich auf einer stehenden Welle, deren Länge im vorliegenden Falle um einen Meter veränderlich sein mufs und deren Construction der auf Blatt II gezeichneten Kupplungs- bezw. Zwischen welle im Princip gleicht, ein hölzernes Frictionsrad befindet. Die Welle ist oben an dem Gebälke des Radhauses, unten in einem Hebel H gelagert. Wenn das Wasserrad sich im richtigen Höhenverhältnifs zum Unterwasser befindet, so ist der Abstand des hölzernen Frictionsrades von jedem der eisernen = 7,5 mm.

Wenn das Wasser steigt oder fällt, so wird das hölzerne Frictionsrad vermittelst des Schwimmers durch den Hebel H an eins oder das andere der eisernen Frictionsräder geprefst und bewirkt, dafs sich vermittelst einer Combination der Räder r_ü R₀ ; R₁ r, und r₂ R₂ ! R₁ r₃ und T₁ R₃ ; R₃ r₅ und r_s R^, Blatt III, von welchen R₀ und 1 Ji₂ Ji₃ und i?₄ mit Schraubenmuttergewinde versehen sind, bei gleichzeitiger und gleichmäfsig drehender Bewegung die vier Schraubenspindeln ,S¹ und somit auch das Wasserrad u. s. w. heben oder senken.

Der Hebel H wird an seinem gabelförmigen Arm vermittelst des Schwimmers bewegt und kann infolge der Anordnung von drei Einsattelungen in dem Hebellager in Gestalt von Viertelkreisen nur drei Lagen annehmen. Bei der Lage des Hebels in der mittleren Einsattelung befindet sich der Regulirapparat im Zustande der Ruhe, während, wenn der Hebel sich in einer der seitlichen Einsattelungen befindet, eine mit der Berührung je eines der Frictionsräder entsprechende Bewegung erfolgen mufs.

Da bei dem ersten Bewegungselement des Hebels H_x ein Neigungswinkel von 45⁰ zu überwinden ist, so müssen auch die Functionen dieses Winkels in die folgende Rechnung eingeführt werden.

Von der Bewegung des Schwimmers ausgehend, sind die Verhältnisse der einzelnen Constructionstheile behufs Ausübung der regulirenden Bewegung folgende:

1. der zweiarmige Winkelhebel H₁ 30 und 20 cm,

2. der einarmige Hebel H 296 und 53 cm,

3. der Durchmesser der eisernen Frictionsräder Ft= 50, des hölzernen 60 cm,

4. die Stirnräder r₀ und Ji₀ 48 und 197 Zähne.

Das Wasserrad macht mit den treibenden Frictionsrädern 11 Touren pro Minute. Hierdurch ist die Anzahl der Touren der Schraubenräder pro Minute gegeben.

Die Ji₁ bis R₁ erhalten 60,08 cm Durchmesser bei 143 Zähnen und die Räder r_t bis r_s 119 Zähne bei 50 cm Durchmesser.

Jedes der vier als Schraubenmuttern dienenden

11 ·50 · 48

konischen Räder macht pro Minute ■

60 · 197

= 2,234 oder pro Secunde

2,234
60

0,037 Touren.

Demgemäfs wird das Wasserrad, bei 9 mm Ganghöhe der Schrauben, pro Secunde um 9 · 0,037 = <Vi)7 rot. 0,3 mm gehoben bezw. ge· senkt.

Die ganze zu hebende Last beträgt in vorliegendem Falle ca. 12000 kg.

Der Nutzeffect der Schrauben etc. ist bei mittelmäfsig guter Unterhaltung zu 30 pCt. anzunehmen. Es ist demgemäfs zur Bewegung des Regulators eine Kraft von

3 100

12 000 · ^:— · = i2secund.Meterkg.

10000 30

erforderlich.

Der Reibungscoefficient der Frictionsräder ist zu 0,3 zu setzen.

Das Kraftmoment in den Frictionsrädern be-

60
trägt 12 · = rot. 42 kg. Der erforder-

0,5 ·7Γ· II

liehe Andruck zur Bewegung des hölzernen Fric-42 . 50

tionsrades beträgt-

■ = rot. 117 kg.

60 · 0,3

Im Hinblick darauf, dafs durch das hölzerne Frictionsrad bis zur Grenze des Erforderlichen ein beliebig starker verticaler Druck auf die eisernen Frictionsräder ausgeübt werden kann, ist die Kegelform derselben nicht in Rechnung gezogen worden. Der Hebel H soll an seinem beweglichen Ende auf die mit Einsattelungen versehene Unterlage einen Druck von ca. 35 kg, der event, durch ein auf dem Hebel verschiebbares Gewicht zu regeln ist, ausüben. Daher ist, um den Hebel aus einer der Einsattelungen hinauszuwerfen, eine Kraft von 35 (tg 45° + 0,3) = 35 · 1,3 = 45>s kg erforderlich, und der Schwimmer mufs bei Berücksichtigung des Andrucks und der Hebelverhältnisse

"7 · 53

+ 45»!

= rot. 45 kg

\ 296
ausüben.

Der Schwimmer soll eine Länge von 1,25, eine Breite von 0,6 und eine Höhe von 0,3 m erhalten; er wird daher bei einer Actions-

bewegung von '

( 15 V =

y 1,25 · 0,6 · 1000 J

0,06
ι 000 '

Der Abstand der kann

,25 · 0,6

zur Wirksamkeit gelangen.
Wasserradachse vom Unterwasserspiegel
daher nur um 6 cm differiren. Der Schwimmer ist am besten aus Zinkblech herzustellen, mit einem Gewicht von ca. 45 kg zu belasten und gegen Wellenschlag zu schützen. Der Antrieb der Maschine u. s. w., zu welcher die Kraft des Wasserstandes ausgenutzt werden soll, kann auf mehrfache Weise erfolgen; es sind hier zwei Constructionen zur Anschauung gebracht worden.

i. In Blatt I durch Stirnräder. Die Summe der Radien ist hier gleich 3,15 m. Wenn die beiden Räder in richtigem Eingriff bleiben sollen, so mufs eine der Wellen horizontal verschiebbar sein; es ist dies die Vorgelegewelle. Diese Verschiebung beträgt 3,15 (1 — cos 9⁰ 8')

. ι — cos ^c
= rot. 4 cm. Ferner ist 3,15

(i — cos 9⁰ 8' \

= 3,15 (1 — cos 6° 28'); d. h. wenn die Wasserradachse über die horizontale Ebene der Vorgelegewelle um 3,1s sin 6° 28' = rot. 0,353 m steigt oder sinkt, mufs die Vorgelegewelle rechtwinklig zur Ebene der Theilkreise der Stirnräder liegen. Erreicht die Wasserradwelle die höchste oder niedrigste Stellung, so wird die Vorgelegewelle mit dem Lager 2 cm stromabwärts, und wenn die Wasserradwelle mit der Vorgelegewelle in einer horizontalen Ebene liegt, 2 cm stromaufwärts gerückt, was durch eine horizontale Verbindungsstange, welche die beiden Lager in constanter Entfernung erhält, bewirkt wird. Wenn die Vorgelegewelle, die, nur wenn sie in der Nähe der festen Lagerung zur Uebertragung einer Bewegung auf andere Maschinentheile benutzt werden kann, sonst aber sich, ihrer Beweglichkeit wegen, nicht zum directen Antrieb anderer Maschinentheile eignet, mit der eigentlichen Betriebswelle durch eine bewegliche Kupplung verbunden werden mufs, so wird allgemein die Betriebswelle mit der Vorgelegewelle nicht gemeinsame Winkelgeschwindigkeit haben, es wird also ein Fehler entstehen. Zum Beweise aber, dafs dieser Fehler ein verschwindend kleiner ist, diene folgende Rechnung, bei welcher die Länge der beweglichen Welle zu 2 m angenommen und demgemäfs das Maximum der fehlerhaften Lage durch die

Winkel α = I sin a = I = o° 34' 22" aus-

\ 200 J

zudrücken ist. Das Verhältnifs der Winkelgeschwindigkeiten WW₁, zweier durch bewegliche Kupplungen verbundenen Wellen, deren Achsen einen Winkel α (hier o° 34' 22") bilden,

dw-L cos α

ist allgemein — = _:— ^-

dw ι — sm V · sin 'w

Hieraus ergiebt sich, dafs das Maximum der Voreilung bei ω = 90 und 270⁰ und das der Verzögerung bei w = ο und i8o° liegt; es wird dann

9o.coso°34'22"

⁰ 59' 28"

180 -cos o° 34' 22" = 179⁰ 59' 28".

Demnach beträgt die Fehlersumme 31 -|- 32 63 ι

: 63" oder den

360 · 60 · 60 20524

Kreisumfanges, ein Fehler, welcher als verschwindend bezeichnet werden mufs, da er selbst bei einem Rade von 4 m Durchmesser nur ca. Yi₀ mm beträgt. Dieser Antrieb wird sich überall da empfehlen, wo es sich darum handelt, der Vorgelegewelle eine grofse Umdrehungszahl zu ertheilen.

In Blatt I ist die Vorgelegewelle stromaufwärts angeordnet, es wird aber in den meisten Fällen besser sein, dieselbe stromabwärts zu legen, wobei der Wasserbau (Gerinne) bedeutend kürzer werden kann und die Aeste an den Trägern zur Aufnahme der Schützenwelle vermieden werden.

2. Auf Blatt II ist eine Zwischenwelle mit Universalgelenken angewendet. Die Vorgelegewelle und die Wasserradwelle liegen symmetrisch zu einander, aus welchem Grunde dieselben trotz der Verbindung durch die genannte Zwischenwelle immer gleiche Winkelgeschwindigkeit haben müssen.

Die Achsenreibung in den Universalgelenken ist gering; abgesehen davon, dafs die Achsenin den Gelenken nur Y₂ des Wellendurchmessers haben, beträgt die Maximaldrehung

bei jedem Umgange nur

4.9-

360

■=rot.

einer Wellenumdrehung, die Minimal drehung Null. Da infolge der senkrechten Auf- und Niederbewegung der Wasserradwelle die Länge der Zwischenwelle nicht constant sein kann, so ist diese Welle so construirt, dafs nach Bedürfnifs eine Längenveränderung eintreten kann. Die Construction ist aus der Zeichnung, Blatt II, deutlich ersichtlich. Dieser Antrieb wird sich vornehmlich da eignen, wo stehende Vorgelege angewendet werden sollen.

Claims (1)

1. Patent-AnSpruch:

   Ein Wasserrad-Regulator, welcher gleichzeitig mit den Lagern der Wasserradwelle den vorderen Theil des Gerinnes hebt, bestehend aus dem durch einen Schwimmer im Unterwasser

   bewegten Winkelhebel H_x , welcher den Hebel H in eine der drei Einsattelungen des Gestelles legt, so dafs derselbe die Kupplung von je zweien der drei Frictionsräder F entsprechend herstellt und mittelst der ihrer Länge nach regulirbaren Welle W und der Räderübersetzung r₀ H₀ bis r₄ i?₄ die Muttern der vier Hebelstangen »S in die geeignete Drehung versetzt. Dabei kann die constante Achsenentfernung der Wasserradwelle und der Vorgelegewelle entweder durch die Kuppelstange ef mit dem beweglichen Lager V, Blatt I und III, oder durch eine in ihrer Länge regulirbare Kupplimgswelle, Blatt II, hergestellt werden.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.