DE3713353C2

DE3713353C2 - Fliehkraftbetätigtes, federbelastetes Schaltglied

Info

Publication number: DE3713353C2
Application number: DE3713353A
Authority: DE
Inventors: Rico Plangger; Kamil Prochazka
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2007-04-22
Also published as: JP2587085B2; FR2614449A1; FR2614449B1; JPS63273117A; CH674270A5; DE3713353A1; US4812602A

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, wobei die Schraubenfeder je zur Hälfte beiderseits der Achse der Welle liegt.

STAND DER TECHNIK

Schaltglieder dieser Art findet man z. B. in Drehzahlwächtern von Gas- und Dampfturbinen, welche die Aufgabe haben, bei einer vorbestimmten Überschreitung 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.

Beispielhaft für ein bekanntes fliehkraftbetätigtes Schaltglied wird auf die DE AS 10 49 392 verwiesen. Hier wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der ein Fliehkörper durch zwei Tellerfedern und eine Schraubenfeder gehalten wird, wobei die Federn beiderseits einer rotierenden Welle angeordnet sind. Idealerweise sollte die Vorspannkraft aller verwendeten Federn bis zum Erreichen der Auslösedrehzahl konstant bleiben. Die Vorspannkraft der Federn ändert sich jedoch bei rotierender Drehzahlwächterwelle durch den Beitrag den die Fliehkraft auf die Federn ausübt.

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.

AUFGABE DER ERFINDUNG

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 gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 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.

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.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

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 vergrößert, 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 Überdrehzahl im Ruhezustand eingestellte Vorspannkraft der Feder 3 erhöhen und der Auslösebolzen 2 erst bei einer höheren als der vom Drehzahlwächter zu ver hindernden Überdrehzahl 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_Kbr_Kbω² = m_F/2r_F/2ω² erfüllt sein, d. h. also vereinfacht, m_Kbr_Kb = m_F/2r_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 ω 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 Schwerpunkts abstand r_Kb der Kompensierbüchse 4 und daher ihre Fliehkraft größer und der Schwerpunktsabstand r_F/2 der rechten Federhälfte sowie ihre Fliehkraft entsprechend kleiner, so daß nach Er reichen der Auslösedrehzahl der daraus resultierende Fliehkraftüberschuß 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 Drehzahlwächterwelle 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 Änderung 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 Änderung 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

1. Fliehkraftbetätigtes, federbelastetes Schaltglied, mit einem Auslösebolzen (2), der koaxial zueinander einen Auslösekopf (6), einen Schaft (10), einen als Federab stützung dienenden Bund (12) und einen Führungszapfen (9) aufweist, wobei der Auslösebolzen (2) mit seinem Auslöse kopf (6) und dem Führungszapfen (9) in zwei radialen Führungen (5 bzw. 8) einer Welle (1) verschieblich gela gert ist und durch eine zwischen einer wellenfesten Auf lagefläche und dem Bund (12) der Federabstützung des Aus lösebolzens (2) eingespannten Schraubenfeder (3) radial einwärts belastet ist, wobei die Schraubenfeder (3) je zur Hälfte beiderseits der Achse der Welle (1) liegt, gekennzeichnet durch eine den Auslösebolzen (2) koaxial umgebende Kompensier büchse (4) mit einem bezüglich der Achse der Welle (1) auf der Seite des Auslösekopfes (6) befindlichen Kompen sierring (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 wel lenfesten Auflagefläche eingespannt ist.

2. Schaltglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösebolzen (2) einen Zentrieransatz (11) 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).