DE286561C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVs 286561 KLASSE 60. GRUPPE

Styling. ISAK ISAACHSEN in KRISTIANIA.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Januar 1914 ab.

Hydraulische Bremsregler für Kraftmaschinen, bei welchen ein Pumpwerk als Bremse dient und Flüssigkeitsströmungen vom Pumpwerk erzeugt und durch eine Drosselvorrichtung mehr oder weniger gehemmt werden, sind bekannt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Vereinfachung dieser bekannten Bremsregler dadurch, daß der von der hydraulischen

ίο Bremse selbst erzeugte Flüssigkeitsdruck zum Verstellen des Drosselorgans benutzt wird.

Eine Verstellung des Drosselorgans einer rotierenden Pumpe durch den von der Pumpe selbst erzeugten Flüssigkeitsdruck ist an und für sich bekannt, aber für eine andere Regelungsmethode, wo die Pumpe zur Erzeugung von Flüssigkeitsdruck für die Verstellung einer Krafteinschaltersteuerung,· nicht als Bremsregler dient.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι stellt einen Schnitt durch einen Bremsregler dar. Ein Kapselräderpaar a b wird von der zu regelnden Maschine angetrieben und erzeugt einen durch Pfeile angedeuteten Flüssigkeitsstrom, der durch einen Kolbenschieber c gedrosselt wird.

Denkt man sich jetzt bei unveränderter Umdrehungszahl der Kapselräderpumpe den Kolbenschieber c in verschiedenen Stellungen festgehalten, so wird jeder Schieberstellung ein ganz bestimmter Druckunterschied zwischen den Räumen e und g entsprechen. Es läßt sich nun erreichen, daß die dadurch auf den Kolbenschieber ausgeübten Kräfte in allen Stellungen durch eine Feder f aufgenommen werden. Die Kräfte, welche eine Feder aufnimmt, sind im allgemeinen der Zusammendrückung der letzteren proportional, während die Zunahme des Flüssigkeitsdruckes durch das allmähliche Schließen des Ringkanals h bei einem einfach zylindrischen Schieber erst langsam und dann immer rascher erfolgt. Aber es gibt ja verschiedene bekannte Mittel, um trotzdem in jeder Schieberstellung Gleichgewicht zwischen Flüssigkeitsdruck und Federkraft zu erzielen. Man kann die Feder mit verschiedener Ganghöhe in den verschiedenen Windungen ausführen, so daß sich die Windungen der Reihe nach aneinanderlegen und die Feder beim Zusammendrücken immer steifer wird; oder man kann, wie in Fig. 1 angedeutet, die Erzeugende des Kolbenschiebers in demjenigen Teil desselben, der zum Verengen des Ringkanals h dient, kurvenförmig ausführen, so daß die Druckzunahme dem Verschiebungsweg proportional ist, den widerstehenden Kräften einer gewöhnlichen Feder entsprechend.

Man kann also auf diese Weise erreichen, daß der Schieber in neutralem Gleichgewicht stehenbleiben würde an jeder beliebigen Stelle, wo man ihn hinschiebt.

Macht man jetzt die Feder eine Kleinigkeit steifer, als diesem neutralen Gleichgewichtszustand entsprechend, z. B. so, daß zum Verschieben des Schiebers von ganz geöffnetem Kanal h bis zu der stärksten in Frage kommenden Verengung des letzteren eine Zunahme der Umdrehungszahl der Kapselräderpumpe um 5 Prozent notwendig ist, so ist damit erreicht, daß jeder zwischenliegenden

Drehzahl eine ganz bestimmte Schieberstellung und damit ein ganz bestimmter Bremswiderstand der Kapselräder entspricht.

Der Apparat ist in dieser Form also vollständig geeignet, als Bremsregler zu dienen, ohne daß ein Tachometer oder Reglerpendel notwendig wäre.

Anstatt den Kolbenschieber mit einer kurvenförmigen Erzeugenden auszuführen, kann

ίο man natürlich auch das Schiebergehäuse mit kurvenförmigem Längsprofil ausführen, wie in Fig. 2 angedeutet, oder Schieber und Gehäuse ein kurvenförmiges Längsprofil geben.

An Stelle eines Schiebers kann man ein Ventil anwenden, wie in Fig. 3 angedeutet.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann auch die Ventilfeder selbst als Ventil oder Drosselorgan ausgebildet sein, indem sie sich bei wachsendem Flüssigkeitsdruck mit einem immer größer werdenden Bruchteil ihrer ganzen Länge auf den Ventilsitz auflegt.

Anstatt eben, wie in Fig. 4, kann der Ventilsitz z. B. auch zylindrisch sein, wie in Fig. 5 dargestellt.

An Stelle der Kapselräderpumpe kann auch jede andere Pumpe oder Bremse, die durch Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung einen Widerstand hervorruft, benutzt werden. Fig. 6 und 7 zeigen, wie die Anordnung getroffen werden kann, wenn ■ als widerstanderzeugende Vorrichtung eine Wirbelbremse verwendet wird, die nach Art einer Turbopumpe Flüssigkeitsströmungen erzeugt.

Das Laufrad i (Fig. 6) ist auf der Welle k der zu regelnden Maschine fest aufgekeilt. Durch die Schaufeln I des Laufrades und diejenigen m des feststehenden Leitapparatgehäuses η wird in bekannter Weise ein Flüssigkeitsstrom, wie durch die Pfeile angedeutet, hervorgerufen. Da die ganze in das umlaufende Laufrad i durch die Welle k hin-

• eingebrachte Arbeit verwendet wird, um Strömungsenergie in der Flüssigkeit zu erzeugen, die ihrerseits wieder durch die Umlenkungen in den Schaufeln eine widerstehende Umfangskraft am Laufrad hervorrufen, so ist es klar, daß die bremsende Wirkung des Apparates um so stärker ist, je stärker der Kreislauf der Flüssigkeit ist. Will man also die bremsende Wirkung verkleinern, so braucht man nur den Widerstand, den die Flüssigkeit in ihrem Kreislauf zu überwinden hat, zu vergrößern, und dies kann z. B. durch einen Ringschieber 0 im Spalt zwischen Lauf- und Leitrad erreicht werden. Je weiter dieser Ringschieber in den Kreislaufkanal hineingeschoben wird, desto mehr wird der Kreislauf gehemmt, desto geringer die bremsende Wirkung des Laufrades.

Die Verstellung des Schiebers kann nun ebenfalls durch den Flüssigkeitsdruck selbst bewirkt werden. Da die Schaufeln m außen radial gerichtet, innen am Spalt aber einen großen Winkel gegen den Radius bilden, so ist ohne weiteres klar, daß der Gesamt querschnitt des Flüssigkeitsstromes außen erheblich größer als am Spalt ist. Die Strömungsenergie, die im Spalt vorhanden ist, setzt sich daher beim Übergang in den Raum p zum großen Teil in Druckenergie um, und dieser Druck kann durch öffnungen q auf bewegliche Zylinderböden r übertragen werden, die mit dem Ringschieber 0 fest verbunden sind. Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 kann der Flüssigkeitsdruck wieder durch Federn s aufgenommen werden, und zwar, wie schon ausführlich erläutert, in der Weise, daß die Federn etwas steifer sind, als um bei unveränderter Umdrehungszahl neutrales Gleichgewicht hervorzurufen. In ähnlicher Weise, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, können die Unterschiede in den Druckzunahmegesetzen der Flüssigkeit und der Federn dadurch ausgeglichen werden, daß entweder die Federwindungen sich allmählich aneinanderlegen, so daß die Federn beim Zusammendrücken immer steifer werden, oder dadurch, daß "der Rand des Ringschiebers gezackt oder gewellt wird, wie in Fig. 8 angedeutet, so daß dessen drosselnde Wirkung, die bei einer ebenen Kante nicht einem solchen Gesetze folgt, daß der Flüssigkeitsdruck bei den Öffnungen q dem Verschiebungswege, also auch dem Federdruck proportional sich ändert, dem gewünschten Gesetze folgt. .

Man kann auch die Zunahme des Flüssigkeitsdruckes an den Zylinderböden r dem Schieberwege proportional gestalten, so daß die Drücke ohne weiteres von Federn aufgenommen werden können, indem man nicht den ganzen Druck im Räume p, sondern je nach der Stellung des Ringschiebers einen . verschieden großen Bruchteil des Druckes gegen die Zylinder boden r wirken läßt. Fig. 9 zeigt als Beispiel eine Anordnung, die zu diesem Zwecke angewandt werden kann. Die öffnung q (siehe auch Fig. 6 und 7) ist zu einem Loch q' zusammengezogen, und am Zylinderboden r sitzt ein Rotationskörper r', der das Loch q' in den verschiedenen Lagen des Bodens r verschieden stark verengt. Da nun der Flüssigkeitsdruck auf den Boden r bei gegebener Spaltgröße bei ν um so größer wird, je größer der frei bleibende Teil des Loches q' ist, so hat man es in der Hand, durch die Formgebung des Körpers / das erwünschte Druckzunahmegesetz für den Boden r herzustellen.

Wenn mit Ölfüllung der Bremse gearbeitet wird, kann es vorteilhaft sein, den Ringschieber 0 durch eine Gelenkgeradführung zu führen. Eine für diesen Zweck brauchbare

Gelenkgeradführung ist in Fig. io und i.i in zwei Ansichten dargestellt. Die beiden Teile β und J₁ die gegeneinander geradlinig geführt werden sollen, sind durch zweimal zwei Lenker verbunden. Die beiden Lenker A B und B C bilden ein dreigelenkiges Scharnier, die beiden Lenker D E und E F ein zweites solches, dessen Drehachsen einen Winkel, in der Figur 90 °, gegen diejenigen des ersten bilden.

Wird nicht mit ölfüllung, sondern mit Wasser in der Bremse gearbeitet, so empfiehlt es sich, die Geradführung des Ringschiebers nicht mit Hilfe von Gelenken zu bewirken, weil letztere schwierig zu schmieren wären und im Wasser leiden würden, sondern man kann die Lenker durch starr miteinander verbundene Blattfedern ersetzen, wie in Fig. 12, 13 und 14 angedeutet.

Fig. 12 ist ein Längsschnitt, in welchem der Deutlichkeit halber die Projektionen der Federgruppen 8,. 7 und 5 weggelassen sind, diejenige der Gruppe 6 in die Papierebene hineingeklappt und vom Winkelring 9 nur der Querschnitt gezeichnet ist, während Fig. 14 eine Abwicklung des Ringes 9, von innen gesehen, darstellt. Fig. 13 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-II.

Die Geradführung besteht hier aus zwei Systemen von Blattfedern, jedes aus vier Gruppen, 1, 3, 5, 7 bzw. 2, 4, 6, 8, zusammengesetzt, die wieder je vier einzelne Blattfedern enthalten. Das System i, 3, 5, 7 ist gegen das System 2, 4, 6, 8 um eine gewisse Strecke verschoben, wie im Längsschnitt Fig. 12 gezeigt. Der zickzackförmige steife Ring 9 verbindet die beiden Systeme in der Mitte.

Als Anwendungsgebiet kommt die Geschwindigkeitsregelung von Kraftmaschinen, besonders Wasserturbinen, Windmühlen und Schiffsmaschinen in Frage, außerdem aber auch die Geschwindigkeitsregelung beim Senken von Lasten, Aufzügen usw. und beim Bremsen von Eisenbahnwagen, Automobilen u. dgl. während lang andauernder Talfahrten. Die Verwendung für diese verschiedenen Zwecke wird aus den obigen Auseinandersetzungen ohne weiteres klar sein, nur für Schiffsmaschinen soll noch folgendes hervorgehoben werden.

Bei hohem Seegang treten bei einer Schiffsmaschine, die nicht geregelt wird, außerordentlich große Geschwindigkeitsschwankungen ein; denn wenn der Propeller aus dem Wasser herausgehoben wird, sinkt der Maschinenwiderstand fast auf Null. Das Regeln des Ganges von Hand ist natürlich ein sehr primitives Mittel, und die automatischen Regler, die bis jetzt verwendet werden, besitzen einen wesentlichen Nachteil. Sie wirken bei Dampfmaschinen nur durch Drosseln oder Absperren der Zu- und Ableitung des Dampfes. Da aber in Rohrleitungen, Schiebergehäusen, Zylindern und Zwischenbehältern verhältnismäßig große Dampfmengen aufgespeichert sind, die eine Weile weiterarbeiten, nachdem die Dampfzufuhr und die Dampf abströmung nach dem Kondensator abgesperrt sind, so können, selbst bei der raschesten Verstellung der Drosselapparate, immer noch große Geschwindigkeitsschwankungen entstehen. Denn einerseits be- sitzen die Schiffsmaschinen verhältnismäßig bedeutend geringere* rotierende Massen als die Landdampfmaschinen mit ihren schweren Schwungrädern, und anderseits können die Drosselvorrichtungen erst anfangen zu wirken, nachdem der Propeller schon teilweise aus dem Wasser ausgetaucht ist, weil nur eine schon eingetretene Änderung der Geschwindigkeit oder des Wasserdruckes am Hintersteven zur automatischen Verstellung der Drosselapparate benutzt werden kann.

Wird aber irgendeine der oben beschriebenen Reglerbremsen, z. B. nach Fig. 6 und 7, auf der Propellerwelle angebracht und so eingestellt, daß bei normaler Umdrehungszahl der Ringschieber 0 den Kreisstrom vollständig verhindert, so verzehrt die Bremse, die dann also leer läuft, nur einen unbedeutenden Teil der Nutzleistung der Maschine. Sobald aber der Propeller aus dem Wasser tritt und die Geschwindigkeit etwas zunimmt, öffnet der Schieber 0 den Kreislaufkanal, und in außerordentlich kurzer Zeit wächst der Widerstand der Bremse auf einen solchen Betrag, daß die Geschwindigkeit nicht mehr zunimmt. Die großen Verstellkräfte, die man zur Verfügung hat, und die Kleinheit der Schiebermasse und des Schieberweges bewirken, daß man es hier mit äußerst kurzen Verstellzeiten zu tun hat, und da außerdem keine aufgespeicherten Energiemengen in Frage kommen, die nachträglich schädliche Wirkungen ausüben wie die Dampfmengen in der Maschine bei der alten Regelungsart, so können die Geschwindigkeitsschwankungen durch einen solchen selbsttätigen Bremsregler zwischen beliebig kleinen Grenzen gehalten werden.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Hydraulischer Bremsregler für Kraftmaschinen, Fahr-, Transport- und Hebezeuge, bei welchem ein Pumpwerk als Bremse dient und Flüssigkeitsströmungen vom Pumpwerk erzeugt und durch eine Drosselvorrichtung mehr oder weniger gehemmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (c, Fig. 1) durch den von der Bremse selbst erzeugten Flüssigkeitsdruck verstellt wird.

2. Hydraulischer Bremsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur

Verstellung des drosselnden Organes ein veränderlicher Bruchteil des von der Bremse erzeugten Flüssigkeitsdruckes zur Wirkung gelangt, indem die Zuführung gedrosselt und das Querschnittsverhältnis zwischen Zu- und Abführung der verstellenden Flüssigkeit von der Stellung des drosselnden Organes abhängig ist.

3. Hydraulischer Bremsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das drosselnde Organ durch eine Gelenkgeradführung geführt wird, bestehend aus zwei Lenkergruppen (Fig. 10 und 11) mit je zwei Lenkern und drei um parallele Achsen drehbaren Gelenken.

4. Hydraulischer Bremsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das drosselnde Organ durch eine aus Blattfedern (Fig. 12, 13 und 14) gebildete Geradführung geführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.