-
Selbsttätige Anlaß- und Abstellvorrichtung für Turbodynamos. Die auf
dem Lande zur Versorgung von Einzelhöfen, Mühlen usw. dienenden privaten Wasserkraftwerke
haben einen sehr wechselnden Kraftbedarf. So ist z. B. bei Nacht in der Regel das
ganze letz unbelastet. In dieser Zeit muß also die Turbine nutzlos laufen.
-
Man hat daher für solche Anlagen schon Stromspeicher, z. B. Akkumulatorenbatterien,
angelegt, in welchen der Nachtstrom aufgespeichert wird, um zu Zeiten größeren Bedarfs
wieder nutzbar gemacht zu werden. Diese Anlagen bedürfen jedoch besonders sorgfältiger
fachmännischer Wartung, da sie sehr empfindlich sind. In der Regel verfügen die
Besitzer solcher Anlagen aber nicht über die hierzu erforderlichen Kenntnisse, so
daß die Batterien rasch zugrunde gehen.
-
Es ist nun bekannt, das Abstellen und Anlassen von Turbinen selbsttätig
dadurch zu bewirken, daß man das den Treibmittelzufluß regelnde Organ mittels eines
im Verbraucherstromnetz liegenden Solenoids in geöffneter Stellung festhält und
gleichzeitig auf Schalter einwirken läßt, welche die Verbindung des Verbraucherstromnetzes
mit der von der Turbine getriebenen Dynamomaschine beherrschen, so daß beim Aufhören
des Netzverbrauchs der Treibmittelzufluß zur Turbine geschlossen, bei Einschaltung
einer Verbraucherstelle dagegen wieder geöffnet wird. Auf diesen Einrichtungen aufbauend
besteht die Erfindung darin, daß das die Schalter und den Trcibmittelzufluß steuernde
Organ derart angeordnet und ausgebildet ist, daß es in zwei Grenzstellungen den
Treibmittelzufluß öffnet und in der Mittelstellung schließt, in welche es von der
ersten Grenzstellung aus beim Aufhören des Netzstromes in an sich bekannter Weise
selbsttätig gelangt, und von welcher aus es in die zweite Grenzstellung beim Wiedereinsetzen
der Netzbelastung weiter selbsttätig fällt und mechanisch in Abhängigkeit von einer
bestimmten Drehzahl der Turbine in die erste Betriebsstellung zurückgeführt wird.
Durch diese Anordnung, bei der dem Hilfsstromkreis lediglich die Aufgabe der Auslösung
des die Schalter und den Treibmittelzufluß steuernden Organs in der Mittelstellung
zufällt, ist es möglich, als Hilfsstromquelle ein einfaches Primärelement zu benutzen,
das leicht zu ersetzen ist, während bei den bisherigen Einrichtungen starke Akkumulatorenbatterien
erforderlich waren, die gerade vermieden werden sollen.
-
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß ein bewegliches Steuerorgan, z. B. ein Hebel, welcher mit einer den Wasserzufluß
der Turbine regelnden Vorrichtung, beispielsweise der Rückführung eines Servomotors,
bewegungsschlüssig in Verbindung steht, durch den geschlossenen Netzstrom mittels
eines Magneten in einer Lage festgehalten wird, in welcher der Wasserzufluß von
ihm nicht beeinflüßt wird. Hört der Netzstrom jedoch auf zu fließen, indem sämtliche
angeschlossenen Stromverbrauchstellen ausgeschaltet werden, so gelangt der erwähnte-
Steuerhebel durch
eigene Schwere oder besondere Mittel, z. B. Federkraft,
in eine Lage, in welcher er den Wasserzufluß vollständig abstellt. Wird nun das
Stromnetz an irgendeiner Stelle wieder geschlossen, so wird durch den Hilfsstrom
einer Schwachstromquelle, Element o. dgl., die in dieser Lage des Hebels an das
Netz angeschlossen ist, der Hebel in eine dritte Lage gebracht, in welcher er den
Wasserzufluß wieder freigibt bzw. dem -Servomotor freies Spiel gibt. Eine weitere
Vorrichtung, die Rückholvorrichtung, bringt den Steuerhebel, wenn die zur Stromerzeugung
nötige Umlaufzahl erreicht ist, in seine erste Lage zurück, wobei gleichzeitig die
von der Turbine angetriebene Dynamomaschine an das Netz geschlossen und der Hebel
wiederum durch den Magneten festgehalten wird.
-
Diese Zurückholvorrichtung besteht beispielsweise aus einer Fliehkraftvorrichtung,
durch welche bei erreichter Betriebsdrehzahl des Turbinengeneratorsatz.es mittels
Verschiebung einer Welle ein Kurbel- oder Exzentergetriebe eingeschaltet . wird,
welches den Steuerhebel in seine Betriebslage zurückführt.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in der beiliegenden
Zeichnung schematisch sowie" in einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
-
Abb. i ist ein Schema der Abstell- und Anlaßvorrichtung der Erfindung
sowie der Stromkreise.
-
Abb: 2 ist eine Vorderansicht derselben mit teilweisem Längsschnitt
der Rückholvorrichtung, wobei der Steuerhebel bei laufender Turbine in Betriebsstellung
steht.
-
Abb. 3 ist eine Unteransicht der Vorrichtung, wobei der Steuerhebel
in Anlaßstellung liegt und die strichpunktierte Stellung der Fliehkraftvorrichtung
deren Lage nach dem Zurückholen des Steuerhebels in Betriebsstellung zeigt.
-
Abb. q. ist eine Seitenansicht .der Vorrichtung, wobei der Steuerhebel
in Betriebsstellung ist, während seine Lage bei Stillstand der Turbine strichpunktiert
gezeichnet ist.
-
Abb. 5 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung, wobei der Steuerhebel
in Anlaßstellung liegt.
-
Gemäß der Erfindung steht der eine Schenkel eines Winkelhebels i bewegungsschlüssig
mittels eines Zwischenhebels 2 und einer Geradführung 3 mit der Rückführung q. eines
schematisch angedeuteten Servomotors in Verbindung. Der andere Schenkel wird während
des Betriebs durch einen in den Stromkreis des von der Turbine getriebenen Stromerzeugers
5 geschalteten Magneten 6 festgehalten (Abb. i, ganz ausgezogene Stellung). Bei
dieser Lage des Steuerhebels i hat der Servomotor freies Spiel bei der Regelung
der Turbine. Der Stromkreis der Dynamo 5 ist durch den Kontakt 7 geschlossen und
dient zur Speisung des Netzes B. Wird nun das Netz 8 dadurch stromlos, daß sämtliche
Stromverbraucher ausgeschaltet werden, so ist auch der Magnet 6 stromlos, so daß
der Steuerhebel i frei wird. Derselbe fällt nun durch sein Eigengewicht oder vermöge
besonderer Vorrichtungen, Federn o. dgl., zurück` in die strichpunktiert gezeichnete
Stellung. In dieser Stellung ist das Gestänge 2, 3 und die Rückführung q. nach .abwärts
gedrückt, so daß der Servomotor den Wasserzufluß zur Turbine schließt und diese
zum Stillstand bringt. Die Größe der Abwärtsbewegung des Gestänges 2, 3 ist dabei
so bemessen, daß der F liehkraftregler 9 de's Servomotors nicht zu öffnen vermag.
Gleichzeitig wird der Dynamostromkreis bei 7 unterbrochen, während durch den Kontakt
io ein Hilfsstromkreis eingeschaltet wird, der von: einer Schwachstromquelle, z.
B. von einem oder einer Anzahl Primärelemente i i gespeist und an das Netz parallel
zur Hauptleitung geschlossen ist. Wird nun an irgendeiner Stelle das Netz 8 durch
Einschaltung eines Stromverbrauchers, z. B. einer Lampe, geschlossen, so wird dadurch
auch der Hilfsstromkreis vollends geschlossen, wobei .dessen Strom ein Relais, z.
B. ein Galvanometer 17" durchfließt, .dessen Anker 13 durch Ablenkung einen Kontakt
14 schließt. Damit ist ein weiterer Schwachstromkreis geschlossen, welcher parallel
zum Stromkreis des Galvanometers 12 geschaltet ist und in den ein Auslösemagnet
15 geschaltet ist, welcher dem Steuerhebel i seinen bisherigen Anschlag r6 entzieht,
so daß derselbe weiter nach abwärts fällt. Die Einschaltung des Relaisgalvanometers
12 ist erforderlich, weil der Schwachstrom infolge. des Netzwiderstandes nicht stark
genug wäre, den Magneten 15 unmittelbar zu erregen.
-
Der Steuerhebel i gelangt nun in die gestrichelt gezeichnete Stellung
der Abb. i, wobei der Hilfsstromkreis über Kontakt io ausgeschaltet und das Gestänge
2, 3 sowie die Rückführung q. wieder angehoben ist und somit der Wasserzufluß zur
Turbine wieder weit geöffnet wird.
-
Die schon erwähnte Rückholvorrichtung bewirkt, daß der Steuerhebel
i bei erreichter voller Tourenzahl der Turbine wieder in seine anfängliche Betriebsstellung
zurückgebracht wird, wobei durch Kontakt 7 der Stromkreis der Dynamo 5 geschlossen
wird, so daß das Netz 8 wieder Kraftstrom erhält und der Magnet 6 den Steuerhebel
i wieder festhält.
-
Der Steuerhebel i trägt am oberen Ende seines freien Schenkels einen
Quersteg 17 (Abb. q.), welcher durch sein Gewicht das Fallen des Hebels i bewirkt,
und die Vorrichtung zum Festhalten erfolgt nicht unmittelbar
durch
den Magneten 6, sondern mittelbar. Wird der Steuerhebel i durch die Rückholvorrichtung
wieder in die Betriebsstellung gebracht, so eilt demselben nämlich ein an dem Quersteg
17 befestigter Arm 18 vor, welcher an das untere Ende i9 (Abb. 4, 5) einer drehbar
auf der Achse 2o befestigten Klappe 2i stößt, so daß dieselbe gegen den Magneten
6 bewegt und dort magnetisch festgehalten wird. Dabei legt sich eine Nase 22 der
Klappe über das freie Ende eines Hebels 23, welcher bei 24 drehbar aufgehängt ist
und an seinem Drehpunkt im Sinne einer Aufwärtsbewegung seines freien Endes zwangläufig
mit einer federnden Klappe 25 verbunden ist. Diese Klappe 25 kann sich für den Durchgang
eines Hakens 26 am Quersteg des Steuerhebels i federnd nach rückwärts bewegen, wobei
.der Hebel 23 mit seinem freien Ende sich auf die Achse 2o auflegt. Sobald der Haken
26 hinter die Klappe 25 getreten ist, schnellt dieselbe federnd wieder hoch und
hält den Haken 26 und damit auch den Steuerhebel i in der Betriebsstellung fest,
solange die Nase 22 den Hebel 23 am Hochklappen verhindert.
-
Um ein zu heftiges Zurückprallen des Steuerhebels i und damit ein
Losreißen der Klappe von dem erst in diesem Augenblick erregten Magneten 6 zu verhindern,
ist ein weiterer Fanghaken 27 vorgesehen, der an einem Seitenblech 28 (Abb. 2) drehbar
gelagert ist. Derselbe ist als Winkelhebel ausgebildet und hat an seiner Unterseite
einen Ansatz 29, gegen welchen der Quersteg 17 des Steuerhebels i schlägt, wodurch
der Fanghaken 27 zum Übergreifen des Quersteges i veranlaßt wird. Er hält diesen
kurz fest, bis er durch seine eigene Schwere zurücksinkt, indessen der Haken. 26
an der Federklappe 25 des Hebels 23 eingehakt hat.
-
Wird der Magnet 6 infolge Ausschalten des Netzes stromlos, so fällt
die Klappe 2i von dem Magneten 6 ab, wobei ihre Nase 22 den Hebel 23 freigibt, welcher
nun nach oben kippt und seinerseits den Haken 26 losläßt.
-
Nun ist der Steuerhebel i frei und fällt seinem Eigengewicht folgend
nach rückwärts, bis er von einem Anschlag aufgehalten wird, wobei er (las Gestänge
2, 3 im Sinne des Schließens betätigt und den Dynamostrom durch Lösen des zwangläufig
mit ihm verbundenen Schalthebels 30 (Abb. 2) aus dem Kontakt 7 ausschaltet.
-
Gleichzeitig schaltet er bei Kontakt i o den Hilfsstromkreis ein.
Wird dieser durch das Netz geschlossen, so fließt der Hilfsstrom zunächst durch
das als Relais dienende Galvanometer 12 (Abb. 2) und bringt dort einen Anker 31
zum Ausschlag. Die beiden Schenkel 32 desselben dienen als Kontakte für einen zwischen
ihnen liegenden federnden Kontakt-Stift 33, gegen welchen sie sich beim Auschlag
des Ankers legen und dadurch den Stromkreis für deil Magneten 15 (Abb. 4,
2) schließen.
-
Dieser Magnet 15 .dient dazu, dem Steuerhebel i den ihn in seiner
Mittellage festhaltenden Anschlag zu entziehen. Dieser Anschlag besteht wierler
aus einer Klappe 34, welche auf einem Zapfen 35 drehbar gelagert ist. Die Klappe
34 kann rechtsdrehend nach oben federnd ausweichen, während ihr unteres Ende sich
unter dem Einfluß der Feder 36 fest gegen die Nase 37 eines gleichfalls um den Zapfen
35 drehbaren Hebels 38 legt, so daß sie auf Linksdrehung starr mit diesem verbunden
ist, dessen freier Arm auf einem festen Anschlag 39 aufliegt. Das Ende des Hebels
38, das sich natürlich unter der Hebelwirkung der durch den Steuerhebel i belasteten
Klappe 34 hochzuheben sucht, wird von einem mit einem Haken 4o versehenen Anker
41 festgehalten. Der Anker 41 wird durch eine Feder 42 von dem Magneten 15 entfernt
gehalten und dadurch zum Eingriff mit dem Hebel 38 gebracht. Wird nun der
Magnet 15 durch den von dem Galvanometer 12 eingeschalteten Schwachstrom erregt,
so zieht er den Hammer 41 an, dessen Haken 4o den Hebel 38 losläßt, so daß dieser
Hebel 38 sich anheben kann. Dadurch gleitet der Steuerhebel i über die Klappe
34 ab und fällt in seine unterste Grenzstellung, wo er von der Rückholung aufgefangen
wird (Abb. 5).
-
In dieser untersten Stellung ist die Turbine von keinem der Stromkreise
abhängig und arbeitet so lange, bis die Rückholvorrichtung den Steuerhebel i in
die Betriebsstellung zurückgebracht hat. Auch ist der Stromkreis der Dynamo noch
nicht an das Netz geschlossen, um die Turbine nicht schon beim Anlaufen zu belasten.
-
Die Turbine wird also frei anlaufen, nachdem der Steuerhebel i in
der unteren Grenzstellung den Wasserzufluß geöffnet hat, und setzt dabei eine Riemenscheibe
43 (Abb. 2, 3, 5) in Bewegung. Diese Riemenscheibe 43 trägt das zylindrische Schutzgehäuse
44 einer Fliehkraftvorrichtung, deren Pendelzapfen 45 durch Arme 46 starr mit der
Welle 47 der Riemenscheibe 43 verbunden sind. Die Schwungmassen 48 der Fliehkraftvorrichtung
sind mittels Winkelhebeln49 um die Zapfen45 drehbar gelagert, wobei die freien Schenkel
5o dieser Hebel 49 mit einer die hohle Welle 47 durchdringenden und in ihr gelagerten
Achse 51 bewegungsschlüssig verbunden sind. Die Schwungmassen 48 suchen sich infolge
der Fliehkraft von der Achse zu entfernen, wobei die Achse 51 von den Winkelhebeln
49 achsial verschoben wird, gegen die Wirkung einer Feder 52. Die Spannung dieser
Feder 52 ist
so gewählt, daß die Schwungmassen dieselbe erst dann
zu überwinden vermögen, wenn die Turbine ihre volle Umlaufzahl erreicht hat, dann
aber erfolgt die achsiale Verschiebung der Achse 51 ruckartig, wobei ein Trieb 53
am Ende der Achse 51 zum Eingriff mit -einem Zahnrad 54 gebracht wird. Die
Welle 55 dieses Zahnrades ist zwischen ihren Endlagern 56 zu einer Kurbel abgekröpft,
auf deren Zapfen 57 eine Rolle 58 drehbar gelagert ist. Auf dieser Rolle 58 liegt
zwischen. den Kurbelarmen 59 der Steuerhebel i in seiner untersten Grenzstellung.
-
Wird nun die Kurbelwelle 55 mittels des durch die Fliehkraftvorrichtung
eingeschalteten Triebes 53 von der Riemenscheibe 43 aus angetrieben, so wird der
Steuerhebel von der Kurbel rasch angehoben und in seine Betriebsstellung geschleudert,
wo er in der beschriebenen Weise festgehalten. wird.
-
Damit die Kurbelwelle 55 nicht dauernd weiterdreht, ist eine Vorrichtung
vorgesehen, durch welche die Rückholvorrichtung ausgeschaltet wird, sobald der Steuerhebel
i in seiner Betriebsstellung angelangt ist. Zu diesem Zweck ist die ganze bisher
beschriebene Rückholvorrichtung achsial verschieblich gelagert, so daß der Trieb
53 auch dann außer Eingriff mit dem Zahnrad 54 gebracht werden kann, wenn er durch
die Fliehkraftvorrichtung zum Eingriff vorgeschoben ist.
-
Das Ende der Hohlwelle 47 ist zu dem Zwecke mit seinem Kugellager
6o in einem um vertikale Zapfen 61 drehbaren Lagergehäuse 62 gelagert, dessen Konsolplatte
63 gleichfalls mittels vertikaler Wandzäpfen 64 um ihre Befestigungsstellen an der
Wandplatte 65 drehbar ist. Gleichzeitig ist das dem Trieb 53 zunächst gelegene vordere
Kugellager 66 achsial verschieblich in das feste Lagergehäuse 67 eingepaßt, so daß
also durch Verschwenken des hinteren Konsollagers um seine Wandzapfen 64 eine a_
chsiale Verschiebung der Hohlwelle 47 samt Kugellager 66 und Trieb 53, der dabei
zum Teil in das Lagergehäuse 67 tritt, bewirkt werden kann (Abb. a).
-
Diese Verschwenkung der Konsolplatte 63 bewirkt ein Stellhebel 68,
welcher durch einen auf seiner Achse 69 befestigten l\,Zitnehmerhebel 70, welcher
sich- gegen den einen Schenkel eines Winkelhebels 71 -legt, ;mit der Konsolplatte
zeitweise bewegungsschlüssig verbunden ist, indem der andere Schenkel des Winkelhebels
71 mit einer an der Konsolplatte 63 angelenkten Schubstange 72 gelenkig verbunden
ist.
-
Der Stellhebel 68 hat an, seinem freien Ende einen Mitnehmer 73, welcher
gelenkig und federnd derart mit ihm verbunden ist, daß der Mitnehmer im- Sinn einer
Aufwärtsbewegung starr mit dem Stellhebel verbunden ist,. indem er sich gegen einen
Ansatz 74 des Nebels legt, während er .umgekehrt einer entgegengesetzt wirkenden
Kraft federnd ausweicht. Dieser Stellhebel 68 wird vermöge seines Mitnehmers 73
von dem Steuerhebel i bei seiner Aufwärtsbewegung von der :unteren Grenzstellung
in die Betriebsstellung mitgerissen, wobei er eine Feder 75 spannt. Der 'Drehpunkt
des Stellhebels 68 ist so gewählt, daß die Bahn seines Mitnehmers 73 bis kurz vor
der obersten Stellung mit der des Steuerhebels zusammenfällt. Hier aber gleitet
der Steuerhebel i über den Mitnehmer 73 hinweg, so daß der Stellhebel 68 teils unter
dem Einfluß des Gewichtes 76, teils unter der Einwirkung der Feder 75 zurückgeschleudert
wird und in seine tiefste Stellung fällt, wobei er durch den Mitnehmerhebel 7o den
Winkelhebel 71 um seinen Drehzapfen verschwenkt und durch die Schubstange 7a die
Verschiebung der Hochwelle 47 samt Riemenscheibe 43, Fliehkraftvorrichtung und Trieb
53 bewirkt (Abb.2 und 4). Die Spannung einer Feder 77, welche einerseits an der
beweglichen Konsolplatte 63, anderseits mit einem festen Teil der Grundplatte 65
verbunden ist, begrenzt diese achsiale Verschiebung.
-
Inzwischen ist der eine Schenkel des Winkelhebels 71 hinter einen
federnden Anschlag 78 getreten, so daß die Rückholvorrichtung in der achsial zurückgeschobenen
Lage festgehalten wird.
-
Fällt später der Steuerhebel s aus seiner Mittelstellung in die unterste
Grenzstellung entsprechend Abb.5, so wird durch einen Hebel 79 auf der Achse 8o
des Steuerhebels i der federnde Anschlag 78 zurückgedrängt, sodaß der Winkelhebel
71 unter dem Einfluß der Feder 77 in seine ursprüngliche Lage vorschnellen kann.
Dabei wird der Stellhebel 68 durch den Hebel 7o aufgerichtet und die bewegliche
Könsolplatte 63 mit der Hohlwelle 47, der Fliehkraftvorrichtung und dem Trieb 53
achsial verschoben und so weit vorgeholt, daß die Beyvegaung der nunmehr notierenden
Tliehkraftvorrichtung den Trieb 53 zum Eingriff mit dem Zahnrad 54 zu bringen vermag,
worauf das Arbeitsspiel des Steuer- und Stellhebels von neuem beginnt.
-
Diese Ausführungsformen und Anordnung der Einzelteile sind jedoch
nur als Ausführungsbeispiel anzusehen und können in vielem verändert werden, ohne
den in den Patentansprüchen niedergelegten Grundgedanken zu verlassen.