DE337199C - Regler fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN Al 28. JANUAR 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVl 337199 -KLASSE 60 GRUPPE 6

Albert Vogel in Chemnitz.

Regler für Kraftmaschinen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. Dezember 1919 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf

einen Federregler für Kraftmaschinen, bei welchem als regelnde Kraft der in Richtung der Drehachse hervorgerufene, durch die Fliehkraft wirkende Druck einer umlaufenden Flüssigkeitsmenge dient. Derartige Regler sind an sich bekannt. Der Erfindungsgedanke liegt in einer Anordnung, bei der ein Ringkolben, der mit Überdruck arbeitet, und ein Tellerkolben, der mit Unterdruck arbeitet, beide

gegeneinander oder auch jeder einzeln gegen das Gehäuse durch Federn verspannt sind, und bei der beim Niedergang des Tellerkolbens die unter demselben frei werdende Flüssigkeitsmenge ganz oder zum Teil von dem unter dem Ringkolben liegenden Flüssigkeitsring durch die Bewegung desselben nach oben aufgenommen wird. Hierdurch wird der erforderliche kleine Ungleichförmigkeitsgrad ίο des Reglers erzielt. Diese Reglerbauart hat den Vorteil, daß sie einfach und billig in der Herstellung ist, keiner Schmierung bedarf, keiner Abnutzung unterworfen ist und innere Dämpfung besitzt.

Zur Abkürzung sei hier eingeführt: W₁ untere Winkelgeschwindigkeit und w_z j obere Winkelgeschwindigkeit des Reglers, welche sich aus dem Ungleichförmigkeitsgrad δ des Reglers und der mittleren Winkelgeschwindigkeit ω in bekannter Weise ermitteln lassen. In den Abb. 1 und 3 stellen die horizontal, gestrichelt schraffierten Flächen Schnitte durch die Betriebsflüssigkeit des Reglers dar. An der schematischen Darstellung (Abb. 1) seien zunächst die inneren Vorgänge im einzelnen behandelt. In Abb. 1 bedeutet^ das Reglergehäuse, B einen achsialbeweglichen Ringkolben und C einen achsialbeweglichen Tellerkolben. Die beiden Kolben B und C sind durch die beiden Federn D und E belastet.

Denken wir uns zunächst den Ringkolben B in seiner in Abb. 1 linke Seite strichpunktiert gezeichneten Tief stellung in achsialer Richtung festgehalten, so daß er ganz außer Wirkung kommt und betrachten nun die Wirkungsweise des Tellerkolbens C für sich allein.

Der Tellerkolben C befindet sich dann bei der Winkelgeschwindigkeit Null in der Reglerflüssigkeit ein wenig unter der Flüssigkeitsoberfläche wie in Abb. 1 linke Seite strichpunktiert gezeichnet. Beginnt nun die Drehbewegung, so wird die.Flüssigkeitsoberfläche sich zur Zone eines Rotationsparaboloides ausbilden. Innerhalb der umlaufenden Flüssigkeit verläuft dabei der spezifische Druck, wenn man auf dem Radius von der Rotationsachse aus nach außen fortschreitet und den spezifischen Druck als Funktion der Entfernung von der Rotationsachse aufträgt, nach einer oben offenen Parabel, deren Scheitel auf der Rotationsachse liegt, wie in Abb. 2 gezeichnet. Da nun in dem Berührungskreis r der Paraboloidzone mit dem Tellerkolben Atmosphärendruck herrscht, so muß die Drucklinie von dem Durchstoßpunkt dieses Kreises mit der Bildebene nach der Rotationsachse hin unter dem Atmosphärendruck verlaufen. Es wird also der Tellerkolben C einen Druck nach unten als resultierende Wirkung· der I Zentrifugalkraft und des Luftdruckes erhal-[ ten. Die Rechnung ergibt nun, daß dieser Druck mit dem Quadrate der Winkelgeschwindigkeit wächst, und die Vorspannung der zugehörigen Feder E ist so gewählt, daß sich der Tellerkolben C beim Überschreiten der Winkelgeschwindigkeit W₁ nach unten bewegt. Bei dieser Abwärtsbewegung des Tellerkolbens C beim Überschreiten der Winkelgeschwindigkeit W₁ wird, da das gesamte Flüssigkeitsvolumen imRegler dasselbe bleibt, die durch den Kolben C verdrängte Flüssigkeitsmenge eine Verkleinerung der Radien der Paraboloidzone bedingen. Dadurch wird aber auch der Radius r der Druckfläche verkleinert, was für sich allein zu einer Verminderung der resultierenden Kraft auf. den Tellerkolben C führen würde. Da nun bei ebendieser Abwärtsbewegung die Gegendruckkraft der dazu gehörigen Feder E zunimmt, so kann nur durch ein bedeutendes Anwachsen der Winkelgeschwindigkeit das Gleichgewicht in einer tieferen Stellung erreicht werden, was einem starkstatischen Regler entsprechen würde. Dieser sich ergebende Zuwachs der Winkelgeschwindigkeit bei der Abwärtsbewegung des Tellerkolbens C ist hier durch die diesem Ansprüche zugrunde liegende Erfindung so weit verringert, daß man einen brauchbaren Regler mit kleinem Ungleichförmigkeitsgrad erhält. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäuse^ der Ringkolben B angeordnet, den wir uns jetzt wieder in achsialer Richtung beweglich denken müssen. Dieser Ringkolben erhält durch die Flüssigkeit infolge der Wirkung der Zentrifugalkraft einen achsial nach oben gerichteten Druck, und die zugehörige Feder D ist so gespannt, daß sie von der Winkelgeschwindigkeit u-\ ab zusammengedrückt wird. Beim Überschreiten der Winkelgeschwindigkeit w_t bewegt sich also der Tellerkolben C nach unten, während sich der Ringkolben B nach oben bewegt. Während also der Tellerkolben C bei irgendeiner Steigerung der Winkelgeschwindigkeit innerhalb des Arbeitsgebietes des Reglers Flüssigkeit verdrängt, nimmt der Flüssigkeitsring unter dem Kolben B bei ebendieser Winkelgeschwindigskeitssteigerung an Volumen zu und je nachdem diese Volumenaufnahme kleiner, gleich oder großer wie die bei der gleichen Winkelgeschwindigkeitssteigerung eintretende Verdrängung durch den Kolben C ist, was von der Dimensionierung der beiden Federn D und E abhängt, wird die obenerwähnte Verkleinerung der Radien der Paraboloidzone vermindert, aufgehoben oder in Vergrößerung verkehrt. Dadurch wird aber der Zuwachs der resultierenden Druckkraft auf den Tellerkolben C für eine bestimmte Winkelgeschwin-

digkeitssteigerung wesentlich erhöht oder mit anderen Worten, die für einen brauchbaren Hub und der entsprechenden Abwärtsbewegung des Tellerkolbens C notwendige Steigerung der Winkelgeschwindigkeit wird nur sehr klein zu sein brauchen.

Es kann nun bei dieser Reglerbauart entweder der Tellerkolben C oder auch der Ringkolben B mit der Muffe verbunden sein und

ίο in dieser Weise zur Verstellung des Steuergestänges dienen.

Einen weiteren Fortschritt bedeutet die Verschmelzung der beiden Feder D und E in eine einzige, die 'dann sowohl auf den Ringkolben B wie auch auf den Tellerkolben C einwirkt. Man erhält dann die Bauart nach Abb. 3. In diesem Falle sind natürlich die auf jeden der beiden Kolben wirkenden Federkräfte in jeder Muffenstellung gleich, und

?.o die Rechnung ergibt, daß dann auch die Angriffsflächen der Druckkräfte der rotierenden Flüssigkeit auf die beiden Kolben gleich sein müssen.

In Abb. 3 ist wiederum A das Gehäuse,

B der nur achsial bewegliche Rimgkolben, C der nur achsial bewegliche Tellenkolben. Die beiden Kolben werden durch eine oder mehrere Federn D unter Mitwirkung der Zugstange / und des Federtellers G bei den Win-

kelgeschwindigkeiten 0 bis W₁ mit den Kanten J? zusammengepreßt. In dieser Stellung sitzt der Kolben B mit seinen Mitnehmerwänden W, welche am Kolben und im Gehäuse angebracht, zur gezwungenem Mit-

nähme der Reglerflüssigkeit dienen, unten im Gehäuse^ auf. In das ReglergehäuseA ist nun so viel Flüssigkeit gegeben, daß dieselbe bei Ruhestellung (Winkelgeschwindigkeit gleich Null) bis an die. Kante F heranreicht,

wie in Abb. 3 linke Seite gezeichnet. Es wird nun nach dem früher Erläuterten auf den Kolben B ein nach oben gerichteter Druck und auf den Kolben C ein nach unten gerichteter Druck infolge der Zentrifugalkraft erzeugt werden. Die Federn D sind so vorgespannt, daß bei der Winkelgeschwindigkeit W₁ ihre Zusammendrückung und damit die Auseinanderbewegung der Kolben B und C beginnt. Zwischen den beiden Kolben bildet sich nun wiederum die Zone eines Rotationsparaboloids (s. Abb. 3 rechte Seite). Die Federn sind in bezug auf ihre Steifigkeit so bemessen, daß die Kolben bei der Winkelgeschwindigkeit CO₂ ihre äußersten Stellungen einnehmen. Die Muffe kann, wie schon früher gesagt, auch hier entweder durch den Tellerkolben C (wie gezeichnet) oder auch durch den Ringkolben B angetrieben werden.

Bei sehr großen Winkelgeschwindigkeiten wird die Wirkung der Zentrifugalkraft so groß, daß die Drucklinie in Abb. 2 auf ihrem Verlauf nach der Rotationsachse hin die Nullachse des absoluten Druckes schneidet. In diesem Fall wird sich in der Mitte ein luftleerer Raum bilden, aber auch dies würde die Anwendung der Erfindung nicht unmöglich machen. Die Wirkungsweise des Reglers wäre auch dann noch genau die oben beschriebene. Die durch die Dichtungsstelle des Kolbens B leckende Flüssigkeit wird durch die mit der Muffe verbundenen, also nicht mit rotierenden Rohre M an der Peripherie des Gehäuses A abgestreift, nach der Rotationsachse hingeführt und läuft, nachdem sie das Drucklager N der Muffe geschmiert hat, durch die Löcher O und die am Federteller G und am Tellerkolben C angebrachten Fallrohre nach unten, wird durch die öffnungen P nach außen geschleudert und damit der Hauptflüssigkeitsmenge durch den Ringspalt zwischen den Kanten F wieder zugeführt. Es muß natürlich vermieden werden, daß der Regler während des Betriebes von außen Flüssigkeit zugeführt erhält. Daher ist der an der Muffe angreifende Schwinghebel 5 mit Manschetten T versehen. Die Geschwindigkeitskurve für die Muffe des in Abb. 3 dargestellten Reglers ist in Abb. 4 aufgezeichnet.

Claims (1)

1. "Patent-Anspruch:

   Regler für Kraftmaschinen, bei welchem als regelnde Kraft die Kraft verwendet wird, welche eine umlaufende Flüssigkeitsmenge in Richtung der Rotationsachse infolge der Zentrifugalkraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkolben (B), der mit Überdruck arbeitet, und ein Tellerkolben (C), der mit Unterdruck arbeitet, beide gegeneinander oder auch jeder einzeln gegen das Gehäuse durch Federn (D, E) verspannt sind, und daß beim Niedergang des Tellerkolbens (C) die unter demselben frei werdende Flüssigkeitsmenge ganz oder zum Teil von dem unter dem Ringkolben (B) liegenden Flüssigkeitsring durch die Bewegung desselben nach oben aufgenommen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.