DE3713353A1 - Fliehkraftbetaetigtes, federbelastetes schaltglied - Google Patents
Fliehkraftbetaetigtes, federbelastetes schaltgliedInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein fliehkraftbetätigtes,
federbelastetes Schaltglied, mit einem Auslösebolzen, der
koaxial zueinander einen Auslösekopf, einen Schaft, einen
als Federabstützung dienenden Bund und einen Führungszapfen
aufweist, wobei der Auslösebolzen mit seinem Auslösekopf und
dem Führungszapfen in zwei radialen Führungen einer Welle
verschieblich gelagert ist und durch eine zwischen einer wellen
festen Auflagefläche und dem Bund der Federabstützung des
Auslösebolzens eingespannte Schraubenfeder radial einwärts
belastet ist.
Schaltglieder dieser Art findet man z.B. in Drehzahlwächtern
von Gas- und Dampfturbinen, welche die Aufgabe haben, bei
einer vorbestimmten Ueberschreitung der zulässigen Betriebs
drehzahl die Brennstoff- bzw. Dampfzufuhr zu drosseln oder
abzustellen, um die Drehzahl auf den zulässigen Wert zurückzu
führen oder die Maschine ganz stillzusetzen. Bei Erreichen
der vorbestimmten Drehzahl wird der Auslösebolzen durch die
Fliehkraft gegen den Widerstand einer vorgespannten Schrauben
feder aus der Begrenzung der Welle herausgedrückt und betätigt
dadurch eine Klinke, die auf ein Regelgerät einwirkt, das
in der Folge wie erwähnt die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer
oder die Dampfzufuhr drosselt oder absperrt.
Bei der Rotation der Drehzahlwächterwelle wirkt auf die beiden,
gleich langen Federhälften auf entgegengesetzten Seiten der
Wellenachse eine gleich grosse, entgegengesetzt radial nach
aussen wirkende Fliehkraft. Das eine Federende stützt sich
dabei auf eine wellenfeste Auflagefläche ab, das andere auf
einen starr mit dem Auslösebolzen verbundenen Federteller,
der sich im Ruhezustand und bis zum Erreichen der Drehzahl,
bei der die Fliehkraft auf den Auslösebolzen die Federkraft
überwiegt, ebenfalls auf eine wellenfeste Auflagefläche ab
stützt. Sobald jene Drehzahl erreicht ist, hebt sich der Feder
teller von seiner wellenfesten Auflagefläche ab und das dortige
Federende wird mit ihm radial einwärts gezogen. Der Auslöse
bolzen tritt jetzt aus der Begrenzung der Drehzahlwächterwelle
heraus und betätigt die Klinke, durch die dann in weiterer
Folge ein Regeleingriff oder ein Abstellen der Maschine ausge
löst wird.
Idealerweise sollte die Vorspannkraft der Feder bis zum Errei
chen der Auslösedrehzahl konstant bleiben. Bei bekannter Feder
charakteristik liesse sich die erforderliche Vorspannungs
kraft durch die bekannte zugehörige Zusammendrückung der Feder
beim Einbau genügend genau einstellen. Diese Vorspannkraft
wird jedoch bei der bekannten Ausführung bei rotierender Dreh
zahlwächterwelle durch die von der Drehzahl abhängige Fliehkraft
der Feder vergrössert. Damit daher die für eine bestimmte
Auslösedrehzahl erforderliche Vorspannkraft bei dieser Drehzahl
tatsächlich erhalten bleibt, muss sie im Ruhezustand um so
viel kleiner sein wie die Feder durch ihre Fliehkraft bei
der Auslösedrehzahl dazu beiträgt.
Der Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, dass
für jede Einstellung auf eine andere Auslösedrehzahl dieser
Anteil der Federfliehkraft neu ermittelt werden muss, um die
für diese neue Auslösedrehzahl erforderliche Ruhevorspannkraft
zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabe, Mittel
zu finden, die den Einfluss der mit der Drehzahl veränderlichen
Federfliehkraft auf die Vorspannkraft der Feder ausschalten.
Bei einem solchen Schaltglied bleibt die Ruhevorspannkraft
über den ganzen Drehzahlbereich konstant gleich in der für
den Auslösevorgang erforderlichen Grösse und bei einer Neuein
stellung auf einen anderen Auslösewert braucht die Federflieh
kraft nicht berücksichtigt zu werden.
Das erfindungsgemässe fliehkraftbetätigte, federbelastete
Schaltglied ist gekennzeichnet durch eine den Auslösebolzen
koaxial umgebende Kompensierbüchse mit einem bezüglich der
Achse der Welle auf der Seite des Auslösekopfes befindlichen
Kompensierring, einem auf der entgegengesetzten Seite der
Welle befindlichen Federteller, der sich auf den Bund abstützt,
und einem den Kompensierring mit dem Federteller verbindenden
Nabenrohr, wobei der Schwerpunkt der Kompensierbüchse auf
der Seite des Auslösekopfes liegt und die Schraubenfeder zwischen
dem Federteller und der erwähnten wellenfesten Auflagefläche
eingespannt ist und je zur Hälfte beidseits der Wellenachse
liegt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Schaltgliedes
sind Mittel zur Einstellung der Federvorspannkraft vorgesehen,
beispielsweise ein verschraubbarer Federteller oder Scheiben,
die zwischen den Federteller und den zu seiner Abstützung
dienenden Bund eingesetzt werden.
Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Welle eines Dreh
zahlwächters in Höhe der Achse des Auslösebolzens.
In der Welle 1 befindet sich eine diametral verlaufende, abge
stufte Bohrung, welche den Auslösebolzen 2, eine Schraubenfeder
3 und eine Kompensierbüchse 4 aufnimmt. Die abgestufte Bohrung
setzt sich zusammen aus einer Führung 5 für den Auslösekopf 6
des Auslösebolzens 2, einem Federraum 7 und einer Führung 8
für einen Führungszapfen 9 des Auslösebolzens 2. Dieser weist
ferner einen Schaft 10, einen Zentrieransatz 11 und einen
Bund 12 auf, wobei der Zentrieransatz 11 zur koaxialen Fixierung
der Kompensierbüchse 4 gegenüber der Achse des Auslösebolzens 2
und der Bund 12 als Abstützung für einen Federteller 13 der
Kompensierbüchse 4 dient.
Wenn man sich beim bisher beschriebenen Aufbau die Kompensier
büchse 4 wegdenkt und den Bund 11 im Durchmesser soweit ver
grössert, dass er als Federteller für die Feder 3 fungieren
kann, so entspricht diese Einrichtung der eingangs beschriebenen
bekannten Bauart, deren Nachteile mit der vorliegenden Erfindung
behoben werden sollen.
Demnach verkörpert die Kompensierbüchse 4 das erfinderische
Merkmal des neuen Schaltgliedes. Der Federteller 13 der Kompen
sierbüchse 4 ist über ein dünnwandiges Nabenrohr 14 mit einem
Kompensierring 15 verbunden, dessen Aufgabe darin besteht,
die bei rotierender Welle 1 auf die rechte Federhälfte wirkende
Fliehkraft im Gleichgewicht zu halten, da diese sonst, wie
erwähnt, die auf die Ueberdrehzahl im Ruhezustand eingestellte
Vorspannkraft der Feder 3 erhöhen und der Auslösebolzen 2
erst bei einer höheren als der vom Drehzahlwächter zu ver
hindernden Ueberdrehzahl aus seiner Führung heraustreten würde,
um die zu überwachende Maschine zu drosseln oder abzuschalten.
Um eine Kompensation der Federfliehkraft zu erreichen, muß
die Gleichgewichtsbedingung m Kb r Kb l²=m F/2 r F/2 ω² erfüllt
sein, d. h. also vereinfacht, m Kb r Kb =m F/2 r F/2, worin m Kb
und r Kb die Masse der Kompensierbüchse 4 bzw. den Abstand
ihres Schwerpunktes S Kb von der Drehachse der Welle 1, m F/2
und r F/2 die Masse bzw. den Abstand des Schwerpunktes S F/2
der rechten Federhälfte von der Drehachse und die Winkelge
schwindigkeit der Welle 1 bedeuten. Die vereinfachte Gleichge
wichtsbedingung zeigt, dass das Gleichgewicht zwischen der
rechten halben Federmasse und der Kompensierbüchse 4 von der
Winkelgeschwindigkeit ω unabhängig ist, also für den ganzen
Drehzahlbereich gilt.
Bis zum Erreichen der Auslösedrehzahl presst die Feder 3 den
Bund 12 des Auslösebolzens 2 an die hintere Wand des Feder
raumes 7. Bis dahin hält die Fliehkraft der Kompensierbüchse 4
der Fliehkraft auf die rechte Federhälfte das Gleichgewicht,
so dass auf den Auslösebolzen 2 neben der Fliehkraft nur die
von der Zusammendrückung der Feder 3 abhängige Vorspannkraft
der Feder wirkt. Bei der Auslösedrehzahl wird die Feder vom
Auslösebolzen zusammengedrückt und dabei wandern die Schwer
punkte S Kp und S F/2 der Kompensierbüchse 4 bzw. der rechten
Federhälfte in die gleiche Richtung nach links wie der Schwer
punkt S Ab des Auslösebolzens 2. Dabei wird der Schwerpunkt
abstand r Kb der Kompensierbüchse 4 und daher ihre Fliehkraft
grösser und der Schwerpunktabstand r F/2 der rechten Federhälfte
sowie ihre Fliehkraft entsprechend kleiner, so dass nach Er
reichen der Auslösedrehzahl der daraus resultierende Flieh
kraftüberschuss der Kompensierbüchse 4 die auf den Auslösebolzen
2 wirkende Kraft unterstützt. Die Kompensierbüchse 4 hat also
zwei vorteilhafte Wirkungen, indem sie erstens unterhalb der
Auslösedrehzahl die Federfliehkraft aufhebt und dadurch ihren
verfälschenden Einfluss auf die Auslösedrehzahl ausschaltet,
und zweitens nach Erreichen der Auslösedrehzahl das Ausschieben
des Auslösebolzens 2 mit seinem Führungsteil 16 und dem halb
kugeligen Kopf 17 aus der Begrenzung der Drezahlwächterwelle
unterstützt.
Die Figur zeigt schematisch nur das Prinzip dieses Schaltglieds
ohne die für einen Einbau in die Welle erforderlichen Elemente.
Bei praktischen Ausführungen könnten auch Elemente für die
Aenderung der Federvorspannkraft vorgesehen werden. Z.B. könnte
der Federteller 13 auf dem Nabenrohr 14 verschraubbar sein,
wobei zur Sicherung seiner Position eine Kontermutter oder
ein radialer Gewindestift vorzusehen wäre. Zur Aenderung der
Federvorspannkraft könnten auch Scheiben verschiedener Stärken
oder in verschiedener Anzahl zwischen dem festen Federteller 13
und dem Bund 12 des Auslösebolzens 2 angebracht werden. Radiale
Schlitze in solchen Scheiben von der Breite entsprechend dem
Durchmesser des Zentrieransatzes 11 würden ein seitliches
Einschieben solcher Scheiben zwischen den Federteller 13 und
den Bund 12 ermöglichen.
Claims (3)
1. Fliehkraftbetätigtes, federbelastetes Schaltglied, mit einem
Auslösebolzen (2), der koaxial zueinander einen Auslösekopf
(6), einen Schaft (10), einen als Federabstützung dienenden
Bund (12) und einen Führungszapfen (9) aufweist, wobei
der Auslösebolzen (2) mit seinem Auslösekopf (6) und dem
Führungszapfen (9) in zwei radialen Führungen (5 bzw. 8)
einer Welle (1) verschieblich gelagert ist und durch eine
zwischen einer wellenfesten Auflagefläche und dem Bund
(12) der Federabstützung des Auslösebolzens (2) eingespannten
Schraubenfeder (3) radial einwärts belastet ist, gekenn
zeichnet durch eine den Auslösebolzen (2) koaxial umgebende
Kompensierbüchse (4) mit einem bezüglich der Achse der
Welle (1) auf der Seite des Auslösekopfes (6) befindlichen
Kompensierring (15), einem auf der entgegengesetzten Seite
der Welle (1) befindlichen Federteller (13), der sich auf
den Bund (12) abstützt, und einem den Kompensierring (15)
mit dem Federteller (13) verbindenden Nabenrohr (14), wobei
der Schwerpunkt (S Kb ) der Kompensierbüchse (4) auf der
Seite des Auslösekopfes (6) liegt und die Schraubenfeder
(3) zwischen dem Federteller (13) und der erwähnten wellen
festen Auflagefläche eingespannt ist und je zur Hälfte
beidseits der Wellenachse liegt.
2. Schaltglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslösebolzen (2) einen Zentrieransatz (1) zur Führung
des Federtellers (13) der Kompensierbüchse (4) aufweist.
3. Schaltglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
auf dem Nabenrohr (14) verschraubbaren Federteller zur
Einstellung der Vorspannkraft der Schraubenfeder (3).
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