DE360866C - Beschleunigungsregler fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Beschleunigungsregler für Kraftmaschinen, bei dem eine sich bei Geschwindigkeitsänderungen relativ zu der zu regelnden Welle verstellende Beharrungsmasse die Regelung auslöst. Gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung zum Einstellen der Geschwindigkeit der zu regelnden Welle durch ein elektrisches Kontaktglied gesteuert, das mit der Welle umläuft, aber to sowohl ihr gegenüber wie gegenüber der Beharrungsmasse beweglich ist, und zwar ist seine Stellung lediglich abhängig von der Relativlage der Beharrungsmasse zur Welle. Ein solches elektrisches Kontaktglied läßt sich mit der Welle und der Masse so verbinden, daß es schon bei kleiner Relativbewegung dieser beiden erhebliche Regelwege zurücklegt, und trotzdem läßt es sich so leicht bauen, daß seine Bewegung und seine Lagerung nur verschwindend kleine Widerstände bietet.

Bei der Beweglichkeit und Feinfühligkeit, die dieses Kontaktglied haben muß, ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten daraus, daß es ebenso wie alle mit ihm verbundenen Glieder dauernd der Zentrifugalwirkung unterliegt und außerdem bei auftretenden Beschleunigungen mehr oder weniger starke tangentiale Stöße erleidet. Da zur Erzielung großer Feinfühligkeit große Übersetzungen angewendet werden müssen, so machen sich alle diese Einflüsse in entsprechend verstärktem Maße geltend. j

Alle diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung durch besondere Mittel überwunden, die an Hand des Ausführungsbeispiels nach Abb. 1 beschrieben werden sollen. Die träge Masse α ist an dfer Welle b mittels der die Welle durchsetzenden sich kreuzen- j den Blattfedern c und d befestigt. Diese ' Federn ermöglichen eine reibungsfreie Bewe- j gung der tragen Masse α gegenüber der Welle b unter genauer Einhaltung der konzentrischen Lage beider und geben gleichzeitig eine Direktionskraft für die Rückführung der tragen Masse in ihre Nullage.

Auf der Schwungmasse α sind zwei Hebel symmetrisch angeordnet, die um die gegebenenfalls auch durch Kreuzfedern herstellbaren Drehpunkte e und f drehbar sind. An dem kleinen Hebelarm greifen mittels bieg-■ samer Verbindungsorgane g und h zwei Zap- ^! fen i und k an, die mit der Welle b fest verbunden sind. Die Enden der langen Hebelarme sind durch einen Faden I miteinander verbunden, der über die den Arm η tragende Rolle m läuft, derart, daß bei einer Verschie- ■ bung des Fadens die Rolle m und der Arm 11 mitgenommen werden. Die Lager der Drehachse der Rolle» werden irgendwie von der Welle b getragen, bewegen sich also unverrückbar mit dieser Welle. Der an der Rolle ni befestigte Arm η ist das elektrische Kontaktglied. Bei der Bewegung kommt der Arm η mit einem -elektrischen Kontakt 0 oder p in Berührung, wodurch die Geschwindigkeit erhöht bzw. herabgesetzt wird. Die Kontakte 0, p bewegen sich ebenfalls unverrückbar mit der Welle b. Der Faden I wird mit den beiden Hebeln zweckmäßig mittels Federn q und r verbunden, die ihn dauernd unter einer gewissen Spannung halten und gleichzeitig Stöße und Zerrungen aufnehmen. Durch die Verwendung des Fadens werden nicht nur die mit dem langen Hebelarm verbundenen Massen aufs äußerste vermindert; es wird vielmehr auch die Reibung auf ein Mindestmaß zurückgeführt und j eder Spielraum vermieden, wie -er beispielsweise bei gelenkigen Verbindungen unvermeidlich wäre. Dadurch werden sowohl bei sinkender wie bei steigender Geschwindigkeit eindeutige Einstellungen des Armes?! in Abhängigkeit von den Relativverschiebungen zwischen Schwungmasse und Welle gewährleistet.

Eine weitere Schwierigkeit bestellt darin, daß beim Überschreiten einer gewissen Beschleunigung bzw. einer gewissen Relativbewegung der Schwungmasse gegen die Welle Kräfte auftreten, die zur Zerstörung der leicht beweglichen und äußerst feinen Teile führen können. Es ist daher die Anordnung so getroffen, daß zvl große Ausschläge durch Anschläge verhindert werden, und daß anderseits die sämtlichen Massen des ganzen Mechanismus, die eine Relativbewegung gegeneinander ausführen können, rechtzeitig und möglichst stetig abgebremst werden, wenn die gegenseitigen Beschleunigungen eine gewisse Größe erreicht haben. Dies geschieht dadurch, daß eine stetig anwachsende Puffer-

*\ Von'dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Gerdien, Berlin-Gruneivald.

und Bremskraft zu beiden Seiten einer jeden Masse, die durch die Beschleunigungen gefährdet werden könnte, angebracht wird. Eine solche -stetig wirkende und längs des Bremsweges anwachsende Bremskraft wind beispielsweise dargestellt durch eine Keilfeder, die mit einem Schieber zusammenwirkt, derart, daß der Schieber allmählich in die Keilfeder hineingepreßt wird. Es kann hierdurch gleichzeitig die wichtige Bedingung erfüllt werden, daß beim Hineinpressen in die Keilfeder eine allmählich wachsende Energiemenge vernichtet wird, und daß die Loslösung aus der Keilfeder nach erfolgter Abbremsung ohne Energieaufwand geschieht, und ohne daß die Keilfedern an den Schiebern bzw. an das abgebremste Organ bei seiner Loslösung Bewegungsenergie abgeben. Um diese Wirkung zu erzielen, kann man die Neigung der beiden Federn des Keilfedersystems gegen den Schieber ungefähr dem Reibungswinkel gleichmachen.

Eine Anordnung dieser Art ist in Abb. 2 schematisch dargestellt, j und t sind zwei Federn, die unter einem gewissen Winkel auseinanderweicihen. Zwischen diese Federn schiebt sich bei der Bremsung der Schieber u. Er findet auf seinem Wege einen allmählich wachsenden Widerstand. Bei richtiger Bemessung des Neigungswinkels und der Stärke der Federn kann erreicht werden, daß sich der Schieber bei seiner Rückwärtsbewegung eben gerade mit leichtem Spiel loslöst, ohne daß von den Federn Bewegungsenergie auf ihn zurück übertragen wird. Das Keilfederpaar s, t wird mit dem einen, der Schieber u mit dem anderen der beiden Teile des Mechanismus verbunden, die die gefährliche Relativbewegung gegeneinander ausführen könnten. Die Kontakte 0, p dienen zur Betätigung von Relais, die durch Ein- oder Ausschalten von Widerständen die Geschwindigkeit eines die Welle antreibenden Elektromotors beeinflussen. Die Vorrichtung arbeitet noch vollkommener, wenn statt 'nur je eines Kontaktes 0, p auf jeder Seite mehrere Kontakte vorgesehen sind, durch welche die Einstellvorrichtungen je nach dem Grade der auftretenden Beschleunigung verschieden stark beeinflußt werden. Das elektrische Kontaktglied η wird dazu als Schleifkontakt ausgebildet, der sich über eine Mehrzahl nebeneinanderliegender Kontaktstücke bewegt. Hierbei ist jedoch die Schwierigkeit zu überwinden, daß die Reibung auf die Empfindlichkeit der ganzen Vorrichtung einen um so größeren störenden Einfluß ausüben wird, je größer das Übersetzungsverhältnis der Hebel und der Rolle in ist. Erfindungsgemäß wird deshalb ein sehr leichter Kontaktarm verwendet, der in der Richtung der Bahn, in der er nachein- j ander über die verschiedenen Kontakte geführt wird, möglichst starr, in der Richtung senkrecht zu der Bahn dagegen möglichst nachgiebig ist, so daß^ er nur mit geringstem Aufla^;edruck die Kontaktbahn berührt. Bei solchem geringen Auflagedruck würde aber ein sicherer Stromübergang im allgemeinen r.'icht mehr erzielbar sein, zumal wenn für den elektrischen Hilfsstromkreis die geringen ■ Spannungen verwendet werden, die für die Betätigung von Relais im allgemeinen in Betracht kommen. Es wird deshalb für die Betätigung der Relais eine so hohe Spannung verwendet, daß durch sie mit Sicherheit der Kontakt überbrückt wird. Es genügt hier-■ für in praktischen Fällen zumeist seihon eine t Spannung von etwa 220 Volt, wobei natürlieh entsprechend hoher Widerstand in den Stromkreis gelegt werden muß.

Statt dessen sind auch Anordnungen möglieh, bei denen der Kontaktschließer dauernd oder periodisch Schwingungen ausführt, die ihn für einen Moment in kräftigere Berührung mit dem Kontakt bringen.

Um nun die Kontakte, die unter Umständen während längerer Dauer an dem Kontaktarm liegen, sowie auch den Kontaktarm selbst möglichst zu schonen und insbesondere ein Verbrennen der Kontakte und ein F'estfritten des Kontaktarmes am Kontakt zu verhüten, werden die Relais so ausgebildet, daß sie nach erfolgtem Stromschluß den Strom sofort wieder unterbrechen, sich aber gleichzeitig selbsttätig so lange geschlossen halten, bis der Kontaktarm ein anderes Relais betätigt.

In Verbindung hiermit kann nun die Anordnung so getroffen werden, daß in den Kontaktstromkreis eine Kapazität eingefügt wird, die sich während der Dauer der Unterbrechung durch die Kontaktstromquelle aufladet. Sobald der Kontaktarm einen folgenden Kontakt nur leise berührt oder auch nur in dessen unmittelbare Nähe kommt, ohne ihn noch ganz zu berühren, wird ein Stromschluß durch die Entladung der Kapazität vermittelt, wobei die elektrostatische Anziehung den Kontakt noch unterstützt. Diese elektrostatische Wirkung tritt dagegen nicht ein, solange der Kontaktschließer noch über dem ausgeschalteten Kontakt schwebt, da dieser dasselbe Potential hat. ,

L^Tm mit einer Regelvorrichtung, die so empfindlich und leicht beweglich ist und mit ¹¹S so großer Übersetzung arbeitet wie die beschriebene, einen ruhigen und sicheren Regelungsvorgang zu erzielen, ist die Vermeidung von Pendelungen von ganz besonderer Wichtigkeit. Dazu wird erfindungsgemäß eine ^lao Dämpfung verwendet, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der umlaufenden

Massen wirkt. Es kann dabei sowohl Luftdämpfung wie auch Flüssigkeitsdämpfung oder elektromagnetische Dämpfung verwendet werden. „

Um störende Pendelungen der Schwungmasse zu vermeiden, genügt aber die Dämpfung· an und für sich nicht ohne weiteres. Es muß auch dafür Sorge getragen werden, daß die einzelnen Regelimpulse, die durch den ίο Regler ausgelöst werden, keine zu großen Beschleunigungen erzeugen. Am besten ist es, wenn die Regelimpulse so abgestuft werden, daß sie unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze des Reglers liegen, so daß er auf den Regelimpuls selbst im allgemeinen überhaupt nicht mehr anspricht. Oberhalb der Empfindlichkeitsgrenze wirkt ein Regler der hier beschriebenen Art wie eine unendlich große Masse, indem er jede ihm entzogene Energie sofort selbsttätig wieder ersetzt.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Direktionskraft für die Rückführung der tragen Masse in die Nullage durch, die Kreuzfedern c und d gegeben. Um dagegen eine Direktionskraft zu gewinnen, die um so größer ist, je größer die Umlaufgeschwindigkeit ist, kann man eine exzentrisch gelagerte Hilfsschwunginasse verwenden, die an zwei Drehzapfen angelenkt ist, deren einer mit der tragen Masse verbunden ist, während der andere mit der Welle verbunden ist. Diese Hilfsschwungmasse wird sich mit einer von der Umlaufsgeschwindigkeit abhängigen Kraft in radialer Richtung zu entfernen streben. Sie ist so anzuordnen, daß sie bei einer Bewegung der tragen Masse aus ihrer Nullage heraus im einen oder anderen Sinne jedesmal der Umlaufsachse, genähert wird. Sie liefert alsdann eine mit der "Umlaufsgeschwindigkeit wachsende Direktionskraft, deren Größe durch geeignete Bemessung der Hilfsmasse und ihrer Verbindungsglieder mit den Drehzapfen jede gewünschte Größe erhalten kann. Bei der Anordnung dieser Hilfsmasse ist — wie in entsprechender Weise überall bei der Durchbildung des Apparates — dafür Sorge zu tragen, daß durch symmetrische Anordnung mehrerer Schwungmassen eine möglichst vollständige Kompensierung des Einflusses der Masse und ihrer Lagenänderungen auf das ganze System bewirkt wird.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   r. Beschleunigungsregler für Kraftmaschinen, bei dem eine sich bei Geschwindigkeitsänderungen relativ zu der zu regelnden Welle verstellende Beharrungsmasse die Regelung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einstellen der Geschwindigkeit der zu regelnden Welle (b) durch ein mit der Welle (b) umlaufendes, der Beharrungsmasse (a) gegenüber bewegliches elektrisches Kontaktglied («) gesteuert wird, dessen Steuerstellung lediglich abhängig ist von der Lage der Beharrungsmasse" (a) relativ zur Welle (b).
2. 2. Beschleunigungsregler nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied (n) mit der Beharrungsmasse (α.) durch zwei symmetrisch gelagerte Hebel (e, f) und ein Zugorgan (I) verbunden ist.
3. 3. Beschleunigungsregler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Federn (q, r), welche das Zugorgan (I) dauernd unter Spannung halten und gegen Überdehnen und Zerreißen sichern.
4. 4. Beschleunigungsregler' nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den gegeneinander beweglichen Teilen nachgiebige Anschläge (Federn s, t in Abb. 2) angebracht sind, deren Spannungsenengie bei der Umkehr der Bewegung nicht in Bewegungsenergie, sondern in Reibung o. dgl. umgesetzt wird.
5. 5. Beschleunigungsregler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Anschläge, die aus Keilfedern (s, t) bestehen und mit Schiebern (u) zusammenwirken, wobei

   ■ der Neigungswinkel der Keilfedern (s, f) zur Bewegungsrichtung so gewählt ist, daß er annähernd dem Reibungswinkel entspricht (Abb. 2).
6. 6. Beschleunigungsregler nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche elektrische Kontaktglied als Kontaktzunge ausgebildet ist, die sich über eine Reihe einzelner Kontaktstücke bewegt.
7. 7. Beschleunigungsregler nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine exzentrisch gelagerte Hilfsschwungmasse (3 in Abb. 3), die mit der tragen Masse (2) und der Welle (1) so verbunden ist; daß sie die träge Masse in ihrer Mittellage zu halten sucht.
8. 8. Beschleunigungsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschwungmasse (3 in Abb. 3) an zwei no Drehzapfen (4, 5) angelenkt ist, deren einer (5) mit der trägen Masse (2), deren anderer (4) mit der Welle (1) verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.