DE35880C - Pseudoastatischer Regulator mit Federbelastung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Alle Regulatoren, bei denen die der Centrifugalkraft entgegenwirkende Schwerkraft eines die Hülse belastenden Gewichtes ohne Weiteres durch die Spannkraft einer Feder ersetzt ist, haben" nachweislich eine stark statische Wirkung , eine Folge der mit wachsendem Ausschlage der Pendel zunehmenden Belastung durch die Feder. Um das Mafs des Ueberschusses dieser Belastung über eine constante Gewichtsbelastung mufs die Umdrehungszahl des Regulators gesteigert werden, und resultirt hieraus eine im allgemeinen bedeutende Differenz der der tiefsten und höchsten Lage der Hülse entsprechenden Umdrehungszahlen, also die schon erwähnte stark statische Wirkung.

Regulatoren mit Federbelastung haben gegenüber denjenigen mit Gewichtsbelastung den bedeutenden Vortheil, dafs bei ihnen die Gröfse der in Schwebe befindlichen Massen beträchtlich reducirt ist, somit auch das durch diese entstehende und bei vollkommener Regulirung nur durch eine Luft- oder Flüssigkeitsbremse zu paralysirende Trägheitsvermögen, welches bekanntlich sehr oft Veranlassung zu periodischen Schwankungen des Regulators ist. Aufserdem haben Regulatoren mit Federbelastung bei gleich grofser Energie ein bedeutend geringeres Eigengewicht, und ist es bei ihnen angänglich, dafs unter gewissen Verhältnissen, z. B. auf schwankenden Schiffen, die Rotationsachse ihre verticale Stellung verläfst, ohne dafs dadurch die gute Wirkung des Regulators im wesentlichen beeinträchtigt wird.

Regulatoren mit Federbelastung und einer derartigen Aufhängung der Pendel und Einwirkung der Federspannung auf diese, dafs eine den Gewichtsregulatoren bester Construction gleichstehende angenähert astatische (pseudoastatische) Wirkung resultirt, sind meines Wissens bis jetzt nicht construirt worden, und ist dieser Umstand wohl hauptsächlich den Schwierigkeiten zuzuschreiben, welche der Berechnung derartiger Regulatoren bis jetzt im Wege standen.

Bei dem auf der Zeichnung dargestellten Regulator ist in die an und für sich allgemein gehaltene Gelenkverbindung eine bestimmte Bedingung eingeführt, welche für die Construction charakteristisch ist und die erwähnte Schwierigkeit in der Berechnung behebt.

Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich ausschliefslich auf Regulatoren mit sogen, umgekehrter Aufhängung, bei denen, wie die beiliegende Zeichnung darstellt, ein mit einer Schwungmasse versehenes Pendel in zweien seiner Punkte zwangläufig geführt ist, einerseits durch eine an der Rotationsachse auf- und abgleitende Hülse H, andererseits durch drehbaren Anschlufs an einen an der Regulatorachse drehbar aufgehängten Arm L, der mit dem Pendel B bei der üblichen doppelseitigen symmetrischen Ausführung ein Gelenkviereck bildet. Es ist hierbei gleichgültig, wo sich das mittlere Scharnier S am Pendel B befindet und welche Gestalt das letztere hat. Die beiden Seiten der Figur zeigen verschiedene Lagen ' des Scharniers S entweder aufserhalb der Mittellinie des Pendels oder auf derselben.

Bekanntlich genügt es, für die Herleitung der Gleichgewichtsbedingung an einem Regulator die Momentengleichung für die zur Wirkung gelangenden Kräfte um das sogen. Momentan-

centrum (Pol des zwangläufig bewegten Systems) anzusetzen, wobei nur die am oberen Hebelarm angreifenden Kräfte durch gleichwerthige, im Drehpunkt S wirkende Kräfte zu ersetzen sind.

Machen wir die übliche Annahme, dafs die Kräfte in gewissen Punkten als concentrirt angreifend gedacht werden können, und dafs eine oder mehrere Federn in irgend einer Weise auf Verdrehung des Hängearmes L um seinen Aufhängepunkt Z wirken, wie beispielsweise in der Figur auf beiden Seiten der Rotationsachse verschieden dargestellt, so wird bei verticaler Stellung der Rotationsachse allgemein die Gleichung:

Ta

P +. Pp = Cc

bestehen, in welcher bedeutet:

T der halbe, auf die eine Regulatorhälfte zur Wirkung gelangende Federdruck,

al und ρ die in der Zeichnung eingeschriebenen Hebelarme (die Indices ο und ι beziehen sich auf die beiden Grenzlagen des Mechanismus),

P das Gewicht der Schwungmasse des Pendels, in deren Schwerpunkt eingreifend,

ρ der zugehörige Hebelarm in Bezug auf den Pol <p, und endlich

C c das resultirende Moment sämmtlicher in den Massentheilchen des Pendels angreifenden Centrifugalkräfte um den Pol *p.

In dem speciellen Falle, dafs die Schwungmasse des Pendels eine Kugel und alle übrige Masse desselben und der Verbindungstheile gegenüber dieser als ohne gröfseren Einflufs vernachlässigt werden kann, fällt bekanntlich der Massenschwerpunkt M mit dem Angriffspunkt der Resultante sämmtlicher Centrifugalkräfte zusammen und ρ und c sind die vom Pol ?3 auf die durch M gehenden Kraftrichtungen gefällten Lothe.

Bezeichnet man mit P das Gewicht der Schwungkugel, mit g die Beschleunigung der Schwere, mit r den Abstand des Massenmittelpunktes M von der Rotationsachse und mit w die Winkelgeschwindigkeit um die Achse, so geht die Gleichung über in:

—-—

ρ +_ Pp = w"¹ r c.

Diese Gleichung nimmt eine vereinfachte Gestalt an, wenn man die Aufhängung des Pendels und die Placirung des Massenmittelpunktes M in dem Gelenkmechanismus des Regulators so vornimmt, dafs die Schwerrichtung von M für einen bestimmten, dem praktischen Bedürfnifs genügenden Ausschlag des Pendels genau durch den Pol ^p oder sehr nahe an demselben vorbeigeht, so dafs es erlaubt ist, das Schwermoment von M als verschwindend klein zu betrachten und dasselbe ganz und gar zu vernachlässigen.

In diesem speciellen Falle geht die Gleichung 2) über in:

Ta P * _A

ρ = wⁱ r c oder

Ta I

.S

r c

Der Quotient

r c

ist sehr leicht graphisch

zu construiren:

Man trage auf der Horizontalen durch den Pol *P die Strecke D E = ρ ab und ziehe durch F, dem Schnittpunkt der Centrifugalkraft mit der Rotationsachse, und Punkt E eine Gerade. Dieselbe schneidet auf der Schwerrichtung durch Af eine Strecke MG = X

ab, wobei, wie leicht einzusehen, χ =

ist'. Die Gleichung 3) nimmt somit die einfache Form:

Ta P

4) —— = — ν²«

In dieser Gleichung ist unter Voraussetzung vollkommener Astasie [w"¹ = Const.) und der als sehr gering vernachlässigbaren Veränderlichkeit des Hebelarmes α die Federspannung Tals Function der geometrischen Gröfsex gegeben.

T ändert sich proportional x. Eine diese Bedingung erfüllende und die zur Erreichung einer pseudoastatischen Wirkung nothwendige, an sich geringe Abweichung von der vollkommenen Astasie berücksichtigende Construction schafft einen Regulator, der sowohl in Bezug auf Energie, Beweglichkeit, als auch Kleinheit des von ihm eingenommenen Volumens den Regulatoren bester Construction mit constanter Gewichtsbelastung gleichzustellen ist.

Die eingeführte Bedingung, dafs das Schwermoment Pp vernachlässigt werden kann, ist übrigens identisch mit der Forderung, dafs sich der Massenmittelpunkt M auf einer horizontalen Geraden oder bei der Rotation auf einer horizontalen Fläche bewegt. Auch in dem Falle einer zur Verticalen geneigten Lage der Rotationsachse, die, wie vorhin behauptet, die Wirkung des Regulators nicht alterirt, trifft die Bedingung zu. Denn wenn auch (eine Ausführung des Regulators symmetrisch zur Mittelachse als selbstverständlich vorausgesetzt) durch die Schiefstellung der Achse auf der einen Seite ein positives Schwermoment erzeugt wird, so steht dem gegenüber auf der anderen Seite ein gleich grofses negatives Moment, so dafs für die Gesammtwirkung der Einflufs der Schwere auch in diesem Falle gleich Null zu setzen ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Regulator von umgekehrter Aufhängung, bei welchem das die Hülse belastende Gewicht durch eine oder mehrere Federn ersetzt ist, welche auf Drehung der oberen Hängearme um deren Aufhä'ngepunkte wirken und sich mit der Centrifugalkraft der Schwungmassen ins Gleichgewicht setzen, und bei welchem gleichzeitig der Massenmittelpunkt des Pendels gezwungen ist, sich genau oder sehr angenähert bei der Rotation in einer zur Rotationsachse senkrechten ebenen Fläche zu bewegen, so dafs das Schwermoment um den augenblicklichenDrehpunktdesPendelsystems vernachlässigt und die in der Beschreibung hergeleitete Gleichung 4) zur Berechnung des Regulators verwendet werden kann.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.