DE3881453T2

DE3881453T2 - Regelungsanordnung für rotierende vorrichtung.

Info

Publication number: DE3881453T2
Application number: DE88904004T
Authority: DE
Inventors: Lynn M Davis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2008-03-02
Also published as: EP0305511A4; WO1988006676A1; CA1294838C; EP0305511A1; EP0305511B1; JPH01503079A; DE3881453D1; JPH0557401B2; US4776752A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung zum Steuern des Hindurchströmens eines unter Druck stehenden Fluids und auf eine drehzahlgeregelte Drehvorrichtung, die die Ventilvorrichtung zum Steuern der Drehgeschwindigkeit eines Turbinenrotors benutzt.
Eine fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist in den US-A-2 473 948, 2 674 254 und 3 326 195 beschrieben. In den US-A-2 473 948 und 2 674 254 hat das ringförmige Dichtteil normalerweise Abstand von der Auslaßöffnung im Bereich der gesamten Umfangsausdehnung derselben. Unter Zentrifugalbelastung wird der Durchmesser des ringförmigen Dichtteils vergrößert, und es weitet sich nach außen auf, bis es die Auslaßöffnung verschließt. In der US-A-3 326 195 hat ein flexibles Drehteil Vorsprünge, die normalerweise Abstand von einer inneren Gehäuseoberfläche haben, in der eine Auslaßöffnung vorgesehen ist. Unter Zentrifugalbelastung bewegen sich die Vorsprünge nach außen, um sich gegen die innere Gehäuseoberfläche zu legen und die Auslaßöffnung fortschreitend zu verschließen.
Eine drehzahlgeregelte Drehvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 8 ist in der US-A-4 087 198 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung hat einen flexiblen Turbinenrotor. Eine fliehkraftbetätigte Ventileinrichtung ist zwischen einer ersten und zweiten Rotorkammer vorgesehen und weist trennbare Elemente auf, die während der Drehung des Rotors durch den Einlaßdruck des Fluids auseinandergehalten werden. Bei Annäherung an die Maximaldrehzahl bewirken Fliehkräfte, die auf Segmente des Rotors einwirken, daß sich die Ventilelemente aufeinander zubewegen und die Hindurchströmung von Luft drosseln. Diese bekannte Drehvorrichtung erfordert demgemäß einen flexiblen Rotor von relativ komplexer Gestalt oder Form.
Bezug wird auch auf die US-A-3 578 872 genommen, die eine Drehzahl- und Drehmomentregelung für eine chirurgische Turbine betrifft, welche einen elastischen Dichtring aufweist, der durch ein ringförmiges Teil gehaltert und durch Fliehkraft gegen eine einwärts gewandte Oberfläche des Ringteils nach außen bewegbar ist. Der Dichtring wird durch Impulskraft des Luftstroms zu Auslaßöffnungen hingedrängt, die in der Seitenwand des ringförmigen Teils vorgesehen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung zu schaffen, die im Betrieb zuverlässiger ist und durch Fluiddruckdifferenzen, welche an der auf Fliehkraft ansprechenden Dichteinrichtung wirken, im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, sowie eine einfache, wirtschaftliche drehzahlgeregelte Drehvorrichtung, die eine ausfallsichere fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung hat, welche die Funktion eines Überdrehzahlreglers erfüllen kann, der sehr empfindliche Regelvorgänge bewirkt.
Um das zu erreichen schafft die Erfindung eine fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung mit einem drehbaren Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Fluiddruckeinlaßeinrichtung und eine Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung zum Leiten von Fluid durch das Gehäuse aufweist, einem elastischen, ringförmigen Dichtteil, das in dem Gehäuse angeordnet und mit demselben drehbar ist, wobei das Gehäuse eine innere Oberflächeneinrichtung hat, die radial außerhalb des elastischen, ringförmigen Dichtteils zur Berührung durch das Dichtteil angeordnet ist, und wobei die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung in der inneren Oberflächeneinrichtung radial außerhalb des elastischen, ringförmigen Dichtteils gebildet ist, wobei auf das Dichtteil die Fliehkraft einwirkt, um seine Konfiguration elastisch zu verformen, indem es radial nach außen gegen die innere Oberflächeneinrichtung gedrückt wird, um die Fluidströmung durch die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung zu drosseln oder zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische, ringförmige Dichtteil mit seinem äußeren Umfang in Berührung mit der inneren Oberflächeneinrichtung angeordnet ist und daß die innere Oberflächeneinrichtung oder das ringförmige Dichtteil mit einer normalerweise offenen Strömungsdurchlaßeinrichtung versehen ist, die eine Fluidverbindung zwischen der Fluiddruckeinlaßeinrichtung und der Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung herstellt, welche die Berührung zwischen der inneren Oberflächeneinrichtung des Gehäuses und dem ringförmigen Dichtteil überbrückt, wobei die elastische Verformung des ringförmigen Dichtteils bewirkt, daß der Durchflußquerschnitt der Strömungsdurchlaßeinrichtung gedrosselt oder verschlossen wird.
Weiter schafft die Erfindung eine drehzahlgeregelte Drehvorrichtung mit einem Turbinenrotor, der eine Drehachse hat, einer Einrichtung zum Befestigen des Turbinenrotors zur Drehung um die Drehachse, wobei der Turbinenrotor eine erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung enthält, eine Einrichtung zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung, wobei der Turbinenrotor eine zweite Kammereinrichtung hat, die benachbart zu der ersten Kammereinrichtung angeordnet ist, eine Düseneinrichtung, welche das Innere der zweiten Kammereinrichtung mit dem Äußeren der zweiten Kammereinrichtung verbindet, um ein unter Druck stehendes Fluid daraus zu leiten und den Turbinenrotor in Drehung zu versetzen, und einer Turbinendrehzahlsteuereinrichtung mit einer Ventileinrichtung, welche durch Zentrifugalkraft betätigt wird, um die Fluidströmung aus der ersten in die zweite Kammereinrichtung zu drosseln oder zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand zwischen der ersten Kammereinrichtung und der zweiten Kammereinrichtung angeordnet ist, wobei die Wand eine Öffnungseinrichtung aufweist, welche die erste Kammereinrichtung mit der zweiten Kammereinrichtung verbindet, um ein unter Druck stehendes Fluid zwischen denselben zu übertragen, und daß die Ventileinrichtung eine elastische Dichteinrichtung aufweist, die in der ersten Kammereinrichtung angeordnet ist, wobei die Öffnungseinrichtung in der radial inneren Oberflächeneinrichtung der Wand gebildet ist, wobei die innere Oberflächeneinrichtung und die Öffnungen radial außerhalb der elastischen Dichteinrichtung angeordnet sind, wobei die Dichteinrichtung aus einem ringförmigen Dichtteil besteht, das mit seinem äußeren Umfang in Berührung mit der inneren Oberflächeneinrichtung der Wand angeordnet ist, und daß die inneren Oberflächeneinrichtung oder das Dichtteil eine Strömungsdurchlaßeinrichtung hat, welche die Einrichtung zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung in Fluidverbindung mit der Öffnungseinrichtung bringt, die die Berührung zwischen der inneren Oberflächeneinrichtung und dem ringförmigen Dichtteil überbrückt, wobei auf das ringförmige Dichtteil, während es durch die inneren Oberflächeneinrichtung radial positioniert ist, die Fliehkraft einwirkt, um dessen Konfiguration elastisch zu verformen, indem es radial gegen die inneren Oberflächeneinrichtung gedrückt wird, wodurch ein Drosseln oder Verschließen des Durchflußquerschnitts der Strömungsdurchlaßeinrichtung bewirkt wird, um die durch sie und durch die Öffnungseinrichtung hindurchgehende Fluidströmung zu drosseln oder zu unterbrechen.
Mit der neuen drehzahlgeregelten Drehvorrichtung kann die Empfindlichkeit des Regelvorgangs so gesteuert werden, daß der Regelvorgang über einer gewünschten Spanne der Drehgeschwindigkeit stattfindet.
Die drehzahlgeregelte Drehvorrichtung wird durch Verunreinigungen in einer Druckfluidzufuhr nicht nachteilig beeinflußt. Teilchenförmige Verunreinigungen werden die Regelvorgänge nicht stark nachteilig beeinflussen, weil das elastische Material in der Lage ist, sich körperlich um sie zu verformen.
Der Regler ist zu einer relativ präzisen Drehzahlregelung in der Lage und ist außerdem in der Lage, das Druckfluid vollständig abzusperren, wenn die Drehvorrichtung aus irgendeinem Grund eine Solldrehzahl überschreitet. Bei richtiger Konstruktion und Auswahl der Materialien wird diese Ventilvorrichtung keine gefährlichen Ausfallbetriebsarten haben.
Weitere bevorzugte Merkmale der Ventilvorrichtung und der Drehvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer turbinengetriebenen Hochgeschwindigkeitshanddrehschleifmaschine ist, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, die einen Querschnitt des Turbinenantriebs zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1 ist, die das fliehkraftbetätigte Ventil in einer Position zeigt, in welcher der elastische Ventilring durch Fliehkraft unbeeinflußt ist;
Fig. 4 eine Teilansicht eines Teils von Fig. 3 ist, die das fliehkraftbetätigte Ventil in einer Position zeigt, in der der elastische Ventilring durch Fliehkraft beeinflußt und so positioniert ist, daß er die Fluidströmung steuert;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 4 ist, die den elastischen Ventilring in einer Position unter der Einwirkung der Fliehkraft zum Steuern der Fluidströmung durch den Turbinenrotor zeigt;
Fig. 6 eine Teilansicht ähnlich der in Fig. 4 von einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, die einen modifizierten elastischen Ventilring zeigt;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht nach der Linie 7-7 in Fig. 6 ist, die den modifizierten elastischen Ventilring in einer durch Fliehkraft unbeeinflußten Position zeigt; und
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht ähnlich der in Fig. 7 ist, die den modifizierten elastischen Ventilring in einer Position unter dem Einfluß der Fliehkraft zum Steuern der Fluidströmung durch den Turbinenrotor zeigt.
In der Ausführungsform, die in den Fig. 1, 3, 4 und 5 gezeigt ist, weist die Drehvorrichtung 10 vier Hauptteile auf:
(1) ein langgestrecktes vorderes Gehäuse 11;
(2) ein hinteres Gehäuse 16;
(3) einen Turbinenrotor 20 und
(4) eine drehbare Antriebswelleneinrichtung 12.
Das langgestreckte vordere Gehäuse 11 weist einen langen, zylindrischen, vorderen Teil 22 mit einem kurzen, vergrößerten, zylindrischen Abschnitt 24 auf, der an dem hinteren Ende desselben durch einen sich nach außen erstreckenden konischen Flanschteil 26 befestigt ist. Das hintere Gehäuse 16 hat einen kurzen, zylindrischen Druckfluideinlaßteil 28 mit einem sich nach außen erstreckenden Flanschteil 30, der an dem vorderen Ende desselben befestigt ist. Das vordere Ende hat einen festen Dichtring 29, der für einen im folgenden beschriebenen Zweck in dasselbe eingesetzt ist. Der äußere Rand des Flanschteils 30 hat einen sich nach vorn erstreckenden zylindrischen Flansch 32, der so ausgebildet ist, daß er mit der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 24 zusammenpaßt. Die äußere Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 24 ist mit Außengewinde versehen, und die innere Oberfläche des zylindrischen Flansches 32 ist mit Innengewinde versehen, die ineinander eingreifen, um das hintere Gehäuse 16 an dem langgestreckten vorderen Gehäuse 11 zu befestigen, wobei eine vergrößerte zylindrische Kammer 34 zwischen ihnen gebildet ist.
Eine drehbare Antriebswelleneinrichtung 12 ist in dem langgestreckten vorderen Gehäuse 11 durch eine hintere Kugellagervorrichtung 18 und eine vordere Kugellagervorrichtung 36 drehbar befestigt. Jeder äußere Laufring jeder Kugellagervorrichtung 18 und 36 ist in einem ringförmigen, versenkten Teil in jedem Ende des langen zylindrischen Vorderteils 22 des langgestreckten vorderen Gehäuses 11 angeordnet, wogegen jeder innere Laufring auf der drehbaren Antriebswelleneinrichtung 12 angeordnet ist. Die drehbare Antriebswelleneinrichtung 12 steht mit ihrem hinteren Ende in die vergrößerte kreisförmige Kammer 34 vor, und ein Turbinenrotorkoppler 38 ist an ihr befestigt. Das vordere Ende des Turbinenrotorkopplers 38 berührt das Ende des inneren Laufringes der hinteren Kugellagervorrichtung 18, und eine Haltemutter 39 ist in das vordere Ende des langen, zylindrischen Vorderteils 22 eingeschraubt, um den äußeren Laufring der vorderen Kugellagervorrichtung 36 zu berühren und ihn in seiner Lage festzuhalten. Dichteinrichtungen sind zwischen der Haltemutter 39 und der drehbaren Antriebswelleneinrichtung 12 angeordnet. Der Turbinenrotorkoppler 38 ist als ein zylindrisches Teil ausgebildet, das einen ersten, vorderen Bohrungsteil hat, der über das hintere Ende der drehbaren Antriebswelleneinrichtung 12 paßt und dieses aufnimmt, einen zweiten, in der Mitte gelegenen Senkbohrungsteil und einen dritten, hinteren Senkbohrungsteil, der sich durch das hintere Ende des Turbinenrotorkopplers 38 erstreckt. Der zweite, in der Mitte gelegene Senkbohrungsteil hat diametral entgegengesetzte radiale Durchgangsöffnungen 40, die zur Außenseite des Turbinenrotorkopplers 38 führen. Das hintere Ende des Turbinenrotorkopplers 38 hat einen sich nach hinten erstreckenden ringförmigen Dichtflansch um die dritte, hintere Senkbohrung zur Abdichtung mit dem Dichtring 29, der in das vordere Ende des kurzen, zylindrischen Teils 28A eingesetzt ist. Diese Dichtungsanordnung sorgt für eine Strömung eines Druckfluids durch den kurzen, zylindrischen Druckfluideinlaßteil 28A in den Turbinenrotorkoppler 38 zu den diametral entgegengesetzten, radialen Öffnungen 40. Der Turbinenrotorkoppler 38 ist von seinem hinteren Ende aus bis zu einer Stelle an seinem vorderen Ende, wo eine ringförmige Schulter 42 gebildet ist, mit Außengewinde versehen.
Der Turbinenrotor 20 hat eine zentrale Durchgangsöffnung, die zum Erfassen des Außengewindes an dem Turbinenrotorkoppler 38 mit Innengewinde versehen ist. Der Turbinenrotor 20 besteht aus zwei Hälften 21 und 23, die aneinander befestigt sind, und hat eine erste ringförmige Kammer 44, die sich von der mit Gewinde versehenen zentralen Durchgangsöffnung radial nach außen erstreckt, und eine zweite, äußere ringförmige Kammer 46. Die erste und zweite ringförmige Kammer sind durch eine ringförmige Wand 48 getrennt und haben eine vordere und hintere Wand, die gegenseitig beabstandet sind. Eine äußere Wand 50 des Turbinenrotors 20 ist an dem äußeren Umfang der zweiten äußeren ringförmigen Kammer 46 angeordnet und hat zwei Düsen 52, die den Rotor auf bekannte Weise in Drehung versetzen (vgl. US-A-3 708 240 und 4 087 198). Wenn der Turbinenrotor 20 durch Aufschrauben auf dem Turbinenrotorkoppler 38 befestigt ist, wobei sein vorderes Ende an einer ringförmigen Schulter 42 anliegt, ist das innere Ende der ersten ringförmigen Kammer 44 zu den beiden diametral entgegengesetzten radialen Öffnungen 40 hin offen, um eine Druckströmung daraus zu empfangen.
Die ringförmige Wand 48 hat eine Vielzahl von radialen Löchern 54, welche die erste ringförmige Kammer 44 mit der zweiten äußeren ringförmigen Kammer 46 verbinden, und der Flanschteil 30 des hinteren Gehäuses 16 hat eine Vielzahl von Austrittsdurchgangsöffnungen 56 für den Strömungsaustritt aus den Düsen 52. Das innere Ende jedes der radialen Löcher 54 in der ringförmigen Wand 48 hat eine halbkreisförmige Nut 58, die sie durchquert und axial auf der inneren Oberfläche der ringförmigen Wand 48 angeordnet ist. Jede Nut 58 ist zwar im Querschnitt im wesentlichen kreisförmig, andere bogenförmige und konturierte Formen können jedoch benutzt werden, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen. Ein elastischer Ventilring 60 ist in der ersten ringförmigen Kammer 44 angeordnet, wobei sein äußerer Umfang die inneren Oberflächenteile der Wand 48 zwischen den Nuten 58 berührt, wobei die vordere und hintere Wand der ersten ringförmigen Kammer 44 gegenseitigen Abstand haben, um Druckfluid zu gestatten, an dem elastischen Ventilring 60 vorbei durch die Nuten 58 zu strömen, welche sich quer zu der Umfangsausdehnung des Ventilringes 60 über die Breite desselben hinaus zu der vorderen und hinteren Wand der Kammer 44 erstrecken.
Die drehbare Antriebswelleneinrichtung 12 steht mit ihrem vorderen Ende nach vorn über die Haltemutter 39 und die Dichteinrichtung vor. Dieses vordere Ende weist eine Einrichtung 41 zum Befestigen von Drehwerkzeugen auf. Viele bekannte Werkzeughalteeinrichtungen können bei Bedarf benutzt werden. Ein Schleifrad 13 ist gezeigt, das eine Welle 15 hat, die sich in die drehbare Antriebswelle 12 erstreckt und in dieser Position durch eine Befestigungseinrichtung 41 festgelegt ist.
Ein Dämpfungsgehäuse 70 ist über dem vergrößerten zylindrischen Abschnitt 24 und dem sich nach außen erstreckenden konischen Flanschteil 26 des langgestreckten vorderen Gehäuses 11 angeordnet und erstreckt sich als ein zylindrisches Teil 72 über dem hinteren Gehäuse 16 nach hinten. Dieses zylindrische Teil 72 erstreckt sich nach hinten, um Dämpfungsmaterial 74 wie Filz auf zunehmen. Eine hintere Halteplatte 76, die Öffnungen 77 hat, ist hinter dem zylindrischen Teil 72 angeordnet, um das Dämpfungsmaterial 74 aufzunehmen, und das zylindrische Teil 72 ist umgebogen und hat einen sich nach innen erstreckenden ringförmigen Flansch 78, der den äußeren Umfang der Halteplatte 76 berührt. Das Zentrum der Halteplatte 76 hat einen zylindrischen Vorsprung 79 zum Aufnehmen eines Einlaßadapters 80. Der Einlaßadapter 80 erstreckt sich durch den zylindrischen Vorsprung 79 und hat eine Gewindeverbindung mit dem mit Innengewinde versehenen zylindrischen Druckfluideinlaßteil 28, um die Halteplatte 76 in ihrer Lage festzuhalten. Das Dämpfungsgehäuse 70 kann als eine Gummihaube ausgebildet sein.
Im Betrieb ist in der in den Fig. 1, 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungsform der Druckfluidströmungsweg in den Einlaßadapter 80 gerichtet von einem flexiblen Schlauch 82 aus über den Einlaßadapter 80, den angeschlossenen zylindrischen Druckfluideinlaßteil 28 und den Dichtring 29 in die dritte hintere Senkbohrung am hinteren Ende des Turbinenrotorkopplers 38. Die Strömung geht dann radial nach außen von dem zweiten, in der Mitte gelegenen Senkbohrungsteil des Turbinenrotorkopplers 38 aus durch die diametral entgegengesetzten radialen Öffnungen 40. Hier geht die Druckströmung aus der ersten ringförmigen Kammer 44 um den elastischen Ventilring 60 hinaus und durch die Nuten 58 zu den radialen Löchern 54 in die zweite ringförmige Kammer 46, wo sie durch Düsen 52 geleitet wird, wodurch die drehbare Antriebswelleneinrichtung 12 und das Schleifrad 13 in Drehung versetzt werden. Das Druckfluid gelangt dann in die zylindrische Kammer 34, wo es über die Austrittsöffnung 56 in dem sich nach außen erstreckenden Flanschteil 30 des hinteren Gehäuses 16 austritt, in das Dämpfungsgehäuse 70, wo das Austrittsgeräusch gedämpft wird, woraufhin die Austrittsströmung über die Öffnungen 77 in der hinteren Halteplatte 76 in die Atmosphäre austritt.
Wenn ein unter Druck stehendes Fluid, wie z. B. Druckluft, mit einem ausgewählten Druck in den Einlaßadapter 80 geleitet wird, nimmt die Drehung auf eine vorgewähltes Maximum zu; Fliehkräfte, die auf den elastischen Ventilring 60 einwirken, sind bestrebt, eine radiale Aufweitung dieses Ringes 60 zu bewirken. Die innere Oberfläche der ringförmigen Wand 48 stützt jedoch den Ventilring 60 ab, ausgenommen im Bereich der Nuten 58. Das ermöglicht, daß die radiale Aufweitung der Ventilringe 60 in die Nuten 58 gerichtet wird, so daß eine gesteuerte elastische Verformung des Ventilringes 60 verursacht wird, wie es ungefähr in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Durch diese Konstruktion kann die Strömung im wesentlichen ungedrosselt sein, bis der Ventilring 60 in relativ enge Nähe zu den radialen Löchern 54 kommt. Durch diese Konstruktion haben Kräfte, die auf das elastische Material einwirken, eine ausreichende Größe, um zu bewirken, daß eine Druckdifferenz zwischen den radialen Löchern 54 und der ersten ringförmigen Kammer 44 für den Betrieb relativ unbedeutend ist, was einen gleichmäßigen Betrieb gestattet.
Im Betrieb nähert sich der elastische Ventilring 60, wenn er sich verformt, den Enden der radialen Löcher 54. Wenn sich der Abstand ausreichend verengt, wird die Fluidströmung durch die radialen Löcher 54 gedrosselt, und die Drehkräfte werden reduziert. Wenn Strömungswiderstandskräfte, die auf das System einwirken, und Drehkräfte ein Gleichgewicht erreichen, werden die Kräfte, die auf den elastischen Ventilring 60 einwirken, nämlich Fliehkräfte, Zentripetalkräfte, Druckdifferenzkräfte an dem Ring und die elastischen Kräfte, die versuchen, das elastische Material in seine ursprüngliche Konfiguration zurückzubringen, ebenfalls in einem Gleichgewicht sein. Das führt zu einer konstanten Drehgeschwindigkeit. Wenn die Strömungswiderstandskräfte zunehmen, würde das Gleichgewicht unterbrochen, und die elastischen Kräfte des elastischen Ventilringes 60 werden den Ventilring 60 aus seiner engsten Nähe zu den radialen Löchern 54 zurückziehen, was eine zusätzliche Fluidströmung gestattet, bis ein weiteres Gleichgewicht hergestellt ist.
Wenn aus irgendeinem Grund die Turbine die geregelte Solldrehzahl übersteigen sollte, wird sich der elastische Ventilring 60 bewegen, um die Druckfluidströmung noch weiter zu drosseln, bis eine ausreichende Übergeschwindigkeit bewirkt, daß sämtliche Strömung gestoppt wird, wodurch eine Überdrehzahlsicherheit geschaffen wird.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist die Drehvorrichtung 10A dieselben vier Hauptteile wie die Drehvorrichtung 10 nach Fig. 1 auf. Tatsächlich gelten die Darstellungen in den Fig. 3, 4 und 5, die Schnitte von Fig. 1 sind, auch für Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Drehvorrichtung 10A ohne das zylindrische Teil 72 des Dämpfungsgehäuses dargestellt ist. Die Differenz in den beiden Modifikationen besteht darin, daß die Druckströmung in Fig. 1 radial nach außen geht und daß die Druckströmung in Fig. 2 radial nach innen geht.
Die Drehvorrichtung 10A hat ein anderes hinteres Gehäuse 16A mit einem vergrößerten Teil 27A an dem Flanschteil 30A zum Schaffen eines versetzten Druckfluideinlaßdurchlasses 82A von seiner Außenseite zu der vergrößerten zylindrischen Kammer 34A. Ein Einlaßadapter 80A ist mit dem äußeren Ende des Einlaßdurchlasses 82A verbunden. Der Turbinenrotorkoppler 38A unterscheidet sich von dem Turbinenrotorkoppler 38 dahingehend, daß er eine Dichtanordnung an dem vorderen Ende ähnlich der Dichtanordnung an dem hinteren Ende hat; ein ringförmiger Dichtflansch erstreckt sich von jedem Ende aus und paßt mit einem Dichtring 29A an dem hinteren Ende und einem Dichtring 31A an dem vorderen Ende zusammen. Der Dichtring 31A ist in dem hinteren Ende des langen, zylindrischen Vorderteils 22A des vorderen Gehäuses 11A an dem inneren Laufring der hinteren Kugellagervorrichtung 18A befestigt.
Der Rotor 20A ist derselbe wie der Turbinenrotor 20, wobei die Richtung der Druckfluidströmung der einzige Unterschied in den beiden Ausführungsformen ist. Diese Anordnung macht die dritte hintere Senkbohrung des Rotorkopplers 38A zur Austrittsöffnung zu der Öffnung in dem Dichtring 29A, die mit dem Auslaß 84A verbunden ist.
Im Betrieb ist in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ein Druckfluidströmungsweg von einem flexiblen Schlauch 85A aus in den Einlaßadapter 80A und über den Einlaßadapter 80A in die vergrößerte zylindrische Kammer 34A gerichtet. Aus der Kammer 34A geht dann die Strömung durch die Düsen 52A in die zweite ringförmige Kammer 46A, wo sie durch die radialen Löcher 54A hindurch in die erste ringförmige Kammer 44A geht; die Strömung durch die Düsen 52A kann die drehbare Antriebswelleneinrichtung 12A in Drehung versetzen. Das Druckfluid gelangt dann um den elastischen Ventilring 60A in die diametral entgegengesetzten radialen Öffnungen 40A und in den zweiten Mittelpunktssenkbohrungsteil des Turbinenrotorkopplers 38A, wo die Strömung durch die dritte hintere Senkbohrung über den Dichtring 29A in den Auslaß 84A des hinteren Gehäuses 16A geleitet wird. Die Elemente der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform reagieren auf Drehung und Fliehkraft auf dieselbe Weise wie die Ausführungsform nach Fig. 1.
In der in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsform liegt der Unterschied in dem elastischen Ventilring 60B, der einen rechteckigen Querschnitt hat (vgl. Fig. 7) und in dem äußeren Umfang der ersten ringförmigen Kammer 44B angeordnet ist, wobei seine Seitenwände die vordere und hintere Wand der ersten ringförmigen Kammer 44B berühren und wobei seine äußere zylindrische Oberfläche die zylindrische innere Oberfläche der Wand 48B berührt. Der elastische Ventilring 60B hat radiale Löcher 90B, von denen eines mit jedem radialen Loch 54B in der ringförmigen Wand 48B ausgerichtet ist. Auf den elastischen Ventilring 60B wirkt die Zentrifugalkraft auf dieselbe Weise wie auf den elastischen Ventilring. 60 ein; in dieser Ausführungsform wird jedoch die Verformung so gesteuert, daß bewirkt wird, daß die radialen Löcher 90B verengt werden, wodurch die hindurchgehende Fluidströmung gedrosselt wird (vgl. Fig. 8). Die Druckfluidströmung bleibt dieselbe wie die oben für die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 beschriebene, wenn der elastische Ventilring 60B benutzt wird.
Manche Eigenschaften dieser Ventilvorrichtung sind besonders erwünscht, wenn sie als ein Überdrehzahlregler benutzt wird. Weil Druckfluidkrafteinflüsse in den bevorzugten Ausführungsformen relativ geringfügig sind, wird der Regler nicht ohne weiteres auf Versorgungsdruckschwankungen ansprechen, sondern wird eine im wesentlichen stabile Drehzahl über einem breiten Druckbereich aufrechterhalten.
Im Aufbau ist der elastische Ventilring 60 groß genug, um eine Bewegung über die radialen Löcher 54 zu verhindern, selbst wenn der elastische Ventilring 60 bricht, wodurch in diesem Fall eine Überdrehzahl verhindert wird.
Verschleiß an den Kontaktbereichen des elastischen Ventilringes 60 wird eine leichtere Bewegung des Ventilringes zu den Durchlässen hin gestatten, wodurch die Drehgeschwindigkeit reduziert wird, was eine langsame Ausfallbetriebsart und eine reduzierte Drehgeschwindigkeit schafft.
Durch Auswählen von Materialien für den elastischen Ventilring 60, die eine chemische Zersetzung vermeiden, gibt es keine Ausfallbetriebsarten, die eine gefährliche Überdrehzahl gestatten würden. Mit richtigen Materialien würde die Zersetzung zu einem weicheren Material mit weniger elastischen Kräften führen und dadurch die Drehgeschwindigkeit verringern.
Wenn man in Betracht zieht, daß der Turbinenrotor 20 einschließlich der ringförmigen Kammern 44 und 46 mit einem zweiteiligen geformten Aufbau hergestellt wird, ist klar, daß durch Einführen des elastischen Ventilringes 60 und anschließendes Verbinden der beiden Teile ein sehr billiger, sicherer und zuverlässiger Motor und Überdrehzahlregler erzielt würde. Es ist zwar ein durchgehender elastischer Dichtring 60 gezeigt worden, es könnten jedoch Ringsegmente benutzt werden.
Es ist klar, daß dies eine brauchbare fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung ist, die besonders brauchbar ist, wenn sie als Überdrehzahlregler benutzt wird.

Claims

1. Fliehkraftbetätigte Ventilvorrichtung mit einem drehbaren Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Fluiddruckeinlaßeinrichtung (40) und eine Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) zum Leiten von Fluid durch das Gehäuse aufweist, einem elastischen, ringförmigen Dichtteil (60; 60A; 60B), das in dem Gehäuse angeordnet und mit demselben drehbar ist, wobei das Gehäuse eine innere Oberflächeneinrichtung hat, die radial außerhalb des elastischen, ringförmigen Dichtteils (60; 60A; 60B) zur Berührung durch das Dichtteil angeordnet ist, und wobei die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) in der inneren Oberflächeneinrichtung radial außerhalb des elastischen, ringförmigen Dichtteils (60; 60A; 60B) gebildet ist, wobei auf das Dichtteil die Fliehkraft einwirkt, um seine Konfiguration elastisch zu verformen, indem es radial nach außen gegen die innere Oberflächeneinrichtung gedruckt wird, um die Fluidströmung durch die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung zu drosseln oder zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische, ringförmige Dichtteil (60; 60A; 60B) mit seinem äußeren Umfang in Berührung mit der inneren Oberflächeneinrichtung angeordnet ist und daß die innere Oberflächeneinrichtung oder das ringförmige Dichtteil (60; 60A; 60B) mit einer normalerweise offenen Strömungsdurchlaßeinrichtung versehen ist, die eine Fluidverbindung zwischen der Fluiddruckeinlaßeinrichtung (40) und der Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) herstellt, welche die Berührung zwischen der inneren Oberflächeneinrichtung des Gehäuses und dem ringförmigen Dichtteil (60; 60A; 60B) überbrückt, wobei die elastische Verformung des ringförmigen Dichtteils (60; 60A; 60B) bewirkt, daß der Durchflußquerschnitt der Strömungsdurchlaßeinrichtung gedrosselt oder verschlossen wird.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdurchlaßeinrichtung Nuten (58) in der inneren Oberflächeneinrichtung aufweist, wobei die Nuten (58) die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54; 54A) schneiden und eine Verbindung zwischen der Fluiddruckeinlaßeinrichtung und der Auslaßöffnungseinrichtung (54; 54A) um das ringförmige Dichtteil (60; 60A) herstellen, wobei der äußere Umfang des ringförmigen Dichtteils (60; 60A) die inneren Oberflächeneinrichtung zwischen den Nuten (58) berührt und wobei das ringförmige Dichtteil (60; 60A) in die Nuten (58) hinein elastisch verformbar ist.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine vordere und hintere innere Wand hat, die Abstand von dem ringförmigen Dichtteil (60; 60A) haben, wobei sich die Nuten (58) quer zu der Umfangsausdehnung des ringförmigen Dichtteils (60; 60A) über dessen Breite hinaus erstrecken.

4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (58) halbkreisförmig sind.

5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdurchlaßeinrichtung eine Öffnungseinrichtung (90B) aufweist, die in dem ringförmigen Dichtteil (60B) gebildet und mit der Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54B) ausgerichtet ist, wobei die Verformung des ringförmigen Dichtteils (60B) durch Fliehkraft bewirkt, daß die durch es hindurchführende Öffnungseinrichtung (90B) schmaler gemacht wird.

6. Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine vordere und hintere innere Wand hat, wobei das ringförmige Dichtteil (60B) Seitenwände hat, welche die vordere und hintere Wand des Gehäuses berühren.

7. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluiddruckmotor zur Drehung mit dem drehbaren Gehäuse angeschlossen ist, wobei die Fluiddruckauslaßöffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) dem Fluiddruckmotor Druckfluid liefert und dadurch als eine Regelvorrichtung fungiert.

8. Drehzahlgeregelte Drehvorrichtung mit einem Turbinenrotor (20; 20A), der eine Drehachse hat, einer Einrichtung zum Befestigen des Turbinenrotors (20; 20A) zur Drehung um die Drehachse, wobei der Turbinenrotor (20; 20A) eine erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) enthält, eine Einrichtung zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44; 44A; 44B), wobei der Turbinenrotor (20; 20A) eine zweite Kammereinrichtung (46; 46A) hat, die benachbart zu der ersten Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) angeordnet ist, eine Düseneinrichtung (52; 52A; 52B), welche das Innere der zweiten Kammereinrichtung (46; 46A) mit dem Äußeren der zweiten Kammereinrichtung (46; 46A) verbindet, um ein unter Druck stehendes Fluid daraus zu leiten und den Turbinenrotor (20; 20A) in Drehung zu versetzen, und einer Turbinendrehzahlsteuereinrichtung mit einer Ventileinrichtung, welche durch Zentrifugalkraft betätigt wird, um die Fluidströmung aus der ersten in die zweite Kammereinrichtung (44; 44A; 44B; 46; 46A) zu drosseln oder zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (48; 48B) zwischen der ersten Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) und der zweiten Kammereinrichtung (46; 46A) angeordnet ist, wobei die Wand (48; 48B) eine Öffnungseinrichtung (54; 54A; 54H) aufweist, welche die erste Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) mit der zweiten Kammereinrichtung (46; 46A) verbindet, um ein unter Druck stehendes Fluid zwischen denselben zu übertragen, und daß die Ventileinrichtung eine elastische Dichteinrichtung (60; 60A; 60H) aufweist, die in der ersten Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) angeordnet ist, wobei die Öffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) in der radial inneren Oberflächeneinrichtung der Wand (48; 48H) gebildet ist, wobei die innere Oberflächeneinrichtung und die Öffnungen (54; 54A; 54B) radial außerhalb der elastischen Dichteinrichtung (60; 60A; 60B) angeordnet sind, wobei die Dichteinrichtung (60; 60A; 60B) aus einem ringförmigen Dichtteil (60; 60A; 60B) besteht, das mit seinem äußeren Umfang in Berührung mit der inneren Oberflächeneinrichtung der Wand (48; 48B) angeordnet ist, und daß die inneren Oberflächeneinrichtung oder das Dichtteil (60; 60A; 60B) eine Strömungsdurchlaßeinrichtung hat, welche die Einrichtung zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44; 44A; 44B) in Fluidverbindung mit der Öffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) bringt, die die Berührung zwischen der inneren Oberflächeneinrichtung und dem ringförmigen Dichtteil (60; 60A; 60B) überbrückt, wobei auf das ringförmige Dichtteil (60; 60A; 60B), während es durch die inneren Oberflächeneinrichtung radial positioniert ist, die Fliehkraft einwirkt, um dessen Konfiguration elastisch zu verformen, indem es radial gegen die inneren Oberflächeneinrichtung gedrückt wird, wodurch ein Drosseln oder Verschließen des Durchflußquerschnitts der Strömungsdurchlaßeinrichtung bewirkt wird, um die durch sie und durch die Öffnungseinrichtung (54; 54A; 54B) hindurchgehende Fluidströmung zu drosseln oder zu unterbrechen.

9. Drehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdurchlaßeinrichtung Nuten (58) in der radial inneren Oberflächeneinrichtung der Wand (48) aufweist, wobei die Nuten (58) die Öffnungseinrichtung (54; 54A) schneiden und eine Verbindung zwischen der Einrichtung zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44; 44A) und der Öffnungseinrichtung (54; 54A) um das ringförmige Dichtteil (60; 60A) herstellen, wobei der äußere Umfang des ringförmigen Dichtteils (60; 60A) die radial inneren Oberflächeneinrichtung der Wand (48) zwischen den Nuten (58) berührt und wobei das ringförmige Dichtteil (60; 60A) in die Nuten (58) hinein elastisch verformbar ist.

10. Drehvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44; 44A) eine vordere und hintere innere Wand mit Abstand von dem ringförmigen Dichtteil (60; 60A) hat, wobei sich die Nuten (58) quer zu der Umfangsausdehnung des ringförmigen Dichtteils (60; 60A) über die Breite desselben hinaus erstrecken.

11. Drehvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (58) halbkreisförmig sind.

12. Drehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdurchlaßeinrichtung eine Öffnungseinrichtung (90B) aufweist, welche durch das ringförmige Dichtteil (60B) hindurch gebildet und mit der Öffnungseinrichtung (54B), welche durch die inneren Oberflächeneinrichtung der Wand (48B) hindurch gebildet ist, ausgerichtet ist, wobei die Verformung des ringförmigen Dichtteils (60B) durch Fliehkraft bewirkt, daß die Öffnungseinrichtung (90B) in dem ringförmigen Dichtteil (60B) verengt wird.

13. Drehvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste sich radial erstreckende Kammereinrichtung (44B) eine vordere und hintere innere Wand hat, wobei das ringförmige Dichtteil (60B) Seitenwände hat, welche die vordere und hintere Wand der ersten Kammereinrichtung (44B) berühren.