DE5480C - Oscillations-Regulator - Google Patents

Description

1877.

Klasse 60.

KARL ROBERT RUNQVIST in STOCKHOLM. Oscillations-Regulator.

Patentirt im Deutschen Reiche vom it. December 1877 ab. Längste Dauer: 6. Januar 1888.

Der wichtigste Theil des vorliegenden Regulators ist ein Ring oder eine Scheibe oder auch eine ringförmige Verbindung von verschiedenen Körpern, welche mehr oder weniger gleichmäfsig um den gemeinschaftlichen Drehungsmittelpunkt vertheilt sind. _:

Dieser Ring oder diese Scheibe befindet sich in fortwährender Schwingung, nicht in Drehung, oder wenigstens in einer vergleichungsweise nur langsamen, in der Weise, dafs irgend ein Punkt auf der Linie, welche man vom Schwerpunkt des Ringes bezw. der Scheibe rechtwinklig gegen die Ebene desselben zieht, im Raum einen Kreis beschreibt. Diese Linie beschreibt demnach einen Kegel.

Dieser Punkt bestrebt sich dann, sich von dem Mittelpunkt des Kreises zu entfernen, und zwar mit einer Kraft, welche ähnlich wie die Centrifugalkraft berechnet werden kann. Dabei ist zu bemerken, dafs die Masse der Scheibe nur in einer Richtung schwingt. (Würde sie zugleich rotiren, so würde ihre Bewegung aus zwei gleichzeitigen, aber in zu einander senkrechten Richtungen stattfindenden Schwingungen zusammengesetzt sein.)

Fig. ι stellt den Regulator einer Dampfmaschine dar. α ist der Ring mit einem auf demselben befestigten Bügel b, von dessen Mitte der Stift c ausgeht. Die Axe des Stiftes geht durch den Mittelpunkt des Ringes senkrecht gegen dessen Ebene. Der Ring α ist durch eine Art Universalgelenk an der Stütze s befestigt, so dafs er nach allen Richtungen schwingen, aber sich nicht drehen kann.

Der Stift c wird von dem einen Arm des Winkelhebels d umfafst, während dessen anderer Arm den Muff / umschliefst. Der Winkelhebel hat seinen Drehpunkt in einer Stütze e, welche auf der Welle g befestigt ist und sich mit derselben dreht. Die Welle empfängt durch eine Riemscheibe h von der Maschine aus ihre Umdrehung. Der Muff / steht durch den Hebel i mit dem Gewicht r in Verbindung, welches auf denselben einen veränderlichen Zug in der Richtung R ausübt. Dieser Zug nimmt zu oder ab wie der Sinus des Winkels, welchen die Stange i mit der Senkrechten bildet. Von i aus geht eine Stange / nach der Drosselklappe der Dampfmaschine oder nach einem sonstigen, auf die Dampfeinströmung wirkenden Maschinentheil. Die Drosselklappe schliefst sich, wenn der Muff/ in der Richtung R¹ geführt wird.

Mit der Geschwindigkeit der Maschine wächst die der Welle g, und die Centrifugalkraft des Punktes c nimmt zufolge der geschwinderen Schwingung der Scheibe α mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, so dafs das Gewicht r nach der Richtung R' gezogen wird. Die ursprüngliche Neigung mufs dann in der Weise bestimmt sein, dafs der Zug des Gewichts r auf den Muff/ in demselben Verhältnifs zunimmt wie die Schwingungsweite der Scheibe, oder, was dasselbe ist, wie der Radius des Umlaufskreises von c wächst. Der Sinus des Winkels der Stange i gegen die Senkrechte mufs also zunehmen wie der erwähnte Radius.

Nach dem für diese Bewegung und für die Centrifugalkraft gemeinschaftlichen Gesetze, welches hier jedoch umgekehrt genommen werden mufs, ergiebt sich, dafs bei derselben Winkelgeschwindigkeit die Kraft in demselben Verhältnifs wie der Radius wächst. Man erhält daher vollkommen gleich lange dauernde (isochrone) Umdrehungen, die Schwingungen mögen nun grofs oder klein sein, d. h. die Drosselklappe, welche durch die Schwingungen gestellt wird, möge mehr oder weniger geöffnet sein. Die Maschine würde also eine unter allen Umständen gleiche Geschwindigkeit erhalten. Bei gröfseren Veränderungen aber würde dieser Regulator überschlagen. Diesem Uebelstande wird dadurch abgeholfen, dafs man auf zwei einander gegenüber liegenden Punkten auf dem Umfange des Ringes Gewichte anbringt. Werden diese Gewichte richtig angepafst, so kann man eine dem Bedarf entsprechende geschwindere oder langsamere Regulirung erhalten.

Fig. 2 zeigt einen Reibungsregulator für Laufwerke, welche mittelst Gewichten oder Federn getrieben werden, α ist die Scheibe, welche an die Stütze ί vermittelst eines Universalgelenks wie in Fig. 1 befestigt ist, um frei nach allen Richtungen schwingen zu können. Dies Gelenk besteht in der Zeichnung aus dem Ring b und den durch b gehenden vier Schrauben d, von denen zwei gegenüber stehende mit ihren

konischen Spitzen in dem Ring a, die beiden anderen mit ihren konischen Spitzen in der Stütze ί ihre Lagerung finden. Die Stütze ί ist mittelst ihrer Verlängerung,. der Schraube h, an dem feststehenden Arm k befestigt. Die Scheibe a wird, wenn sie in Ruhe ist, in eine gegen den Arm k geneigte Lage in folgender Weise gedrückt. In der Verlängerungslinie der Stütze s h liegt eine Welle //, auf deren Ende gegen die Scheibe hin der Dreifufs fff aufgeschraubt ist. An den Enden der drei Füfse sind Schrauben mit Reibungsrollen g g g angebracht. Die Schrauben sind so gestellt, dafs durch die Reibungsrollen eine zur Welle // geneigte Ebene gelegt werden kann.

Anstatt der drei Reibungsrollen g, Fig. 2, kann man auch, wie in Fig. 4, Reibungsknöpfe anbringen, oder auch anstatt der Arme eine kreisförmige, innen etwas hohle Scheibe, welche an den Ring α angedrückt wird. Das Andrücken dieser kreisförmigen Scheibe oder der drei Schrauben mit Reibungsrollen oder Knöpfen geschieht durch das Gewicht r, welches an der Stange/ aufgehängt ist. Zu diesem Zweck wird vermittelst der Schraube q die Stange p bezw. deren Äufhängungspunkt links geschraubt, bis sie eine passende Neigung gegen die Verticale erhält, die am besten durch Versuche in jedem Fall gefunden wird.

Das Triebrad m auf der Axe / ist so breit, dafs es bei der Verschiebung der Welle doch im Eingriff mit den Zähnen des Rades 0 bleibt, welches letztere die Welle / in Umdrehung versetzt. Diese Verschiebung wird durch die Ansätze η η der Welle begrenzt.

Der Gang der Vorrichtung ist folgender. Bei gröfseren Schwingungen der Scheibe α werden die Schrauben g und mit ihnen die Arme / nebst der Axe / weiter nach rechts gedrückt, so dafs die letztere vermittelst der Schraube t der Stange p eine stärkere Neigung gegen die . Verticale giebt. Ist p von Anfang an in di& richtige Neigung eingestellt, so nimmt der Druck, welchen das Gewicht r auf die Welle / ausübt, in demselben Verhältnifs zu wie die Schwingungsweite, d. h. der Druck .wächst mit dem Sinus des Neigungswinkels der Stange/. In eben demselben Verhältnifs wächst der durch die gleichdauernden (isochronen) Schwingungen hervorgebrachte Druck gegen die Schrauben g. Dieser Druck ist also beständig im Gleichgewicht mit dem Gegendruck, welchen das Gewicht r ausübt, die Schwingungen mögen grofs oder klein sein. In demselben Verhältnifs wie die Schwingung nimmt auch die Reibung zwischen der Scheibe α und den Rollen g oder den Knöpfen zu. Wenn man daher eine gröfsere Kraft auf die Maschine wirken läfst, so wird die Folge sein, dafs die Weite der gleichzeitigen Schwingung der Scheibe vergröfsert wird, bis der dadurch vergröfserte Druck dem Druck des Gewichts r das Gleichgewicht hält, aber nicht weiter. Versuche, welche mit diesem Regulator gemacht worden sind, haben ergeben, dafs eine völlig gleich grofse Geschwindigkeit für Kräfte stattfand, welche von der Stärke 1 bis 3 wechselten.

Diese Regulatoren verschaffen Telegraphen- und anderen Apparaten einen grofsen Vortheil dadurch, dafs ihre Geschwindigkeit nach Belieben vermehrt oder vermindert werden kann. Dazu kommt noch, dafs sie für ungleiche Belastung der Maschine einen völlig sicheren und isochronen Gang verursachen. Zur Vereinfachung der Hugh'sehen Typendruck-Telegraphenapparate würden diese Regulatoren sehr bedeutend beitragen.

Die hier vorgeführte Construction der Regulatoren ist auch geeignet, bei Dampfmaschinen angewendet zu werden, wo sie entweder auf eine Drosselklappe wirken oder auf die Expansion. Sowohl die Geschwindigkeit des Regulators als auch das Gewicht der Scheibe müssen sich dabei nach den Verhältnissen der Geschwindigkeit und Gröfse der Maschine richten.

a, 'Fig. 3, 4 und 5, ist die Schwingungsscheibe, welche mittelst des in Fig. 2 dargestellten Universalgelenks auf der Stütze ί befestigt ist. Durch letztere hindurch geht die Triebwelle c.

Nimmt die treibende Kraft zu, so werden die Schwingungen der Scheibe oder des Ringes gröfser, die Arme / werden daher nach rechts gedrückt. Der Widerstand, welchen die Feder r, die hier das in Fig. 1 angewendete Gewicht ersetzt, der Scheibe entgegensetzt, wächst in dem gleichen Verhältnifs mit der Weite der Schwingungen. Die Folge hiervon wird sein, dafs der Reibungswiderstand wie die Weite der Schwingung wächst, während jedoch die Geschwindigkeit der letzteren nach Angabe des Erfinders unveränderlich bleibt.

Die Umdrehung der Welle c geschieht in folgender Weise. Die Riemscheibe η ist auf der Büchse i aufgekeilt, auf welcher auch das konische Rad h festsitzt. Die Welle c dreht sich lose in der Büchse, letztere in dem Lager k. Es wird daher die Drehung der Welle c durch Vermittelung der konischen Räder h e d bewirkt, welch letzteres auf der Welle c festsitzt. Das konische Rad e dreht sich auf einem Zapfen 0, welcher auf einer auf die Welle geschobenen Büchse befestigt ist, und welchem gegenüber das Gegengewicht p angegossen ist. Das Rad e kann, da die Büchse, worauf sein Drehzapfen sitzt, lose auf der Welle läuft, als ein Planetenrad die beiden anderen Räder umkreisen, sobald ihm diese Bewegung gestattet ist. An letzterer Bewegung wird jedoch das Rad e verhindert, da die Verzahnung g der Büchse in ein Zahnradsegment t eingreift. Das Zahnradsegment t ist an einem Winkelhebel u u befestigt, der mit einem Gewicht 10 belastet ist. Das Gewicht p wirkt dem Gewicht w entgegen.

Wird inzwischen die Geschwindigkeit der Maschine gröfser als die des Regulators, so folgt daraus, dafs das Gegengewicht w, welches für den mittleren Reibungswiderstand des Re-

gulators bei mittelgrofsen Schwingungen abgepafst worden ist, in die Höhe gehoben wird.

Diese Bewegung des Hebels u u wird vermittelst einer Stange χ einer Drosselklappe oder dem Expansionsmechanismus der Dampfmaschine mitgetheilt. Es wird hierdurch so lange weniger Dampf auf den Kolben gegeben, bis die Maschine wieder ebenso geschwind wie der Regulator geht.

Nehmen wir an, eine Maschine mache sechszig Umdrehungen in der Minute, und sie sei mit einem Schwingungsregulator versehen, welcher 300 Umdrehungen pro Minute macht und eine Scheibe oder einen Ring von 5 kg besitzt. Der Erfinder findet, dafs dessen Druck bis zu beinahe 7 kg geht, und mit einem Reibungscoefficienten von z. B. 0,07 giebt dieser, da der Radius des Zahnrades 9 '/₅ von dem Radius der Arme ist, eine Hebekraft von 5 kg, welche bis ι ο kg vermehrt wird, im Falle die Schwingungsweite aufs doppelte wächst. Ist der Widerstand im Ventil 2,5 kg, so übt also nach Berechnung des Erfinders der Regulator mit 5 kg Ringgewicht hinreichend Kraft aus, um das Ventil zu öffnen und zu schliefsen.

Wenn man nun annimmt, dafs sich die Geschwindigkeit der Dampfmaschine in der Minute nur um eine halbe Umdrehung vermehrt, so würde dies verursachen, dafs die Riemscheibe des Regulators in derselben Zeit 5 X 60,5 = 302,5 Umdrehungen macht, während der Regulator, wie der Erfinder angiebt, unveränderlich seine 300 Umdrehungen beibehält. Betrachtet man aber den Regulator, Fig. 3, 4, 5 und 6, so ersieht man, dafs nur eine halbe Umdrehung Differenz zwischen der Geschwindigkeit der Riemscheibe η und der des Regulatorringes zu bestehen braucht, um das Zahnradsegment ganz herüber zu drehen bezw. die Drosselklappe ganz zu schliefsen. Es würde also in einer Fünftelminute oder in zwölf Secunden der Dampf gänzlich abgesperrt werden. Lange vorher, ehe dies geschehen, mufs doch die Maschine ihre normale Geschwindigkeit wiedergewonnen haben.

Sollte diese Regulirimg für zu rasch angesehen werden, so braucht man nur die Differentialtriebräder auf eine andere Axe zu setzen, welche von der Maschine getrieben wird, aber langsamer läuft als die Axe des Regulators, auf welche die Kraft mittelst Uebersetzung von der ersteren Axe aus übertragen wird. In diesem Fall erhält man eine um so viel gröfsere Regulirungskraft, als die erstere Welle langsamer als letztere läuft.

Auf der Zeichnung ist ein Regulator für Schiffsmaschinen dargestellt.

Anstatt eines Differentialrades, welches auch durch gewöhnliche Planetenräder ersetzt werden kann, kann man einen sehr steilen Schraubengang α anwenden, Fig. 7. Durch diesen wird die Büchse c hin- und hergeschoben, je nachdem die Geschwindigkeit der Maschine im Vergleich zum Regulator vergröfsert oder verkleinert wird.

Die Büchse c ist auf der Welle c verschiebbar. Dasselbe ist der Fall mit der Büchse b, an welcher die drei Arme ff/ befestigt sind oder mit ihr ein Stück bilden. Der Schwingungsring ist auf der durchbohrten Lagerbüchse j mit dem früher beschriebenen Universalgelenk befestigt. Dem Schwingungsdruck wirkt eine Schraubenfeder oder ein Gewicht g an einem pendelartigen Hebel entgegen, dessen Aufhängungspunkt durch eine Schraubenspindel verschoben wird, wodurch die Neigung des Hebels nach Bedürfnifs geregelt werden kann. Wenn die Maschine schneller als der Regulator geht, so verändert sich die Lage der Büchse mit dem Schraubengang a, und die Spitze von c wird gegen den kurzen Arm d des Winkelhebels gedruckt. Von d aus geht eine Stange nach dem Drosselventil. Man kann auch durch eine Kette zwei Arme, den einen auf der Welle der Maschine, verbinden und durch diese Kette und mit Hülfe eines Gegengewichts das Dampfeinströmungsventil öffnen oder schliefsen.

Claims (1)

1. Pate nt-An sp ruch:

   Die Anwendung eines geschlossenen Ringes oder einer Scheibe oder mehrerer zu einem Ringe oder einer Scheibe vereinigter oder ringförmig angeordneter Massen, welche mittelst eines Universalgelenks von der beschriebenen Art an einer festen Stütze angebracht sind, welche Massen in eine fortschreitende Schwingung versetzt \verden, zur Regulirung des Ganges einer Maschine, bei welcher eine mehr oder weniger constante Kraft auf eine veränderliche Belastung wirkt, oder bei welcher die Geschwindigkeit ohne Regulator gröfseren oder kleineren Veränderungen unterworfen ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.