DE578289C - Fliehkraftregler zur Konstanthaltung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere bei stark schwankender Spannung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
12. JUNI 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 59

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. November 1929 ab

Bei Elektromotoren, die innerhalb weiter Spannungschwankungen konstante Drehzahl haben sollen, verwendet man Fliehkraftkontaktregler, die aus einer einseitig eingespannten Blattfeder bestehen, an deren freiem Ende ein Kontakt angebracht ist, welcher gegen einen festen Kontakt anschlägt, wenn die verlangte Drehzahl überschritten wird und dadurch einen in Reihe mit der Erregerwickhing liegenden Widerstand kurzschließt.

Diesen Reglern haftet der Nachteil an, daß bei Stillstand der Schwerpunktsabstand r der Masse der schwingenden Blattfeder vom Achsmittel nicht -Null ist bzw. nicht auf Null

ig eingestellt werden kann, wie dies notwendig ist, wenn sich der Regler bei Lauf im indifferenten Gleichgewicht befinden soll. Je nach Konstruktion dieser Regler befindet er sich entweder im labilen oder stabilen Gleichgewicht, je nachdem der Schwerpunktsabstand von der Achsmitte in der Ruhelage der Feder kleiner oder größer als Null ist.

Die Erfindung vermeidet nun diesen Übelstand dadurch, daß keine durch Fliehkraft

as und wechselnde Schwerkraft auf Biegung beanspruchte Blattfeder zur Verwendung kommt, deren Bewegungsrichtung senkrecht zur Umlauf achse des Reglers liegt und dadurch labil oder stabil ist, sondern ein umlaufender Körper, der unter der Einwirkung der Fliehkraft um eine senkrecht zur Umlaufachse liegende, durch den Schwerpunkt des Körpers laufende Drehachse entgegen der Kraft einer Feder schwingt. Dies kann durch eine fest eingespannte oder gegen Verdrehung gesicherte Feder geschehen, die durch die Fliehkraft eines umlaufenden Körpers bei Lauf des Motors auf Verdrehung beansprucht wird, derart, daß in der beanspruchungslosen Ruhelage der Feder der Schwerpunktsabstand des umlaufenden Körpers von der Achsmitte auf Null eingestellt werden kann, seine Schwerpunktsachse also in Richtung seiner Umlaufachse zu liegen kommt und sein Schwerpunktsabstand r gleich Null ist.

Zur Erklärung diene folgendes Beispiel.

Auf einer isolierten Platte α (Abb. 1) ist eine Feder F gegen Verdrehung gesichert, fest in Klemmstücke b eingespannt, so däß sie auf Verdrehung beansprucht werden kann, g₀ ohne ihre Verdrehungskraft zu verändern. Die Feder F kann eine Schraubenfeder, wie in Abb. ι gezeigt, oder eine Spiral- oder auch eine Blattfeder sein. In der Mitte der Feder F sind als umlaufender Körper Fliehgewichte g in einem bestimmten Abstand von dieser befestigt. · An einem der Gewichte g oder auch an allen beiden ist der Kontakt^ angebracht, der bei Überschreitung der vorgeschriebenen Drehzahl mit dem festen Kontakt K in Berührung kommt (Abb. 2).

Die Fliehgewichte g üben bei Lauf mit

ihrer Befestigung c auf die Feder F ein VerdrehungsMomeiit aus ,und sind statisch und dynamisch im Gleichgewicht und ausgewuchtet, so daß bei Lauf ein vollkommen gleichmäßiges Drehmoment auf die Feder F ausgeübt wird, ohne daß die wechselnde und zu sätzliche Wirkung der Schwerkraft auf die Kontaktdauer von Einfluß ist.

In der Ruhelage der Feder F befinden sich ίο die Gewichte g mit ihrer Befestigung c in der punktiert gezeichneten Lage (Abb. 2) derart, daß der Schwerpunktsabstarid r von der Umlaufachsmitte χ gleich Null ist. Die Schwerpunktsachse y des umlaufenden Körpers ist mit seiner Umlaufachse χ also gleichgerichtet. In dieser Stellung ist die Feder F in den Klemmstücken b fest verspannt und auf Verdrehung nicht beansprucht. Es ist also die Vorbedingung einwandfrei erfüllt, die den Regler bei Lauf im indifferenten Gleichgewicht arbeiten läßt. :

Naturgemäß darf sich bei Stillstand des Motors die Feder F nicht in ihrer verdrehungslosen Ruhelage befinden. Der umlaufende Körper muß, damit er überhaupt bei Lauf des Motors ausschwingt, schon bei Stillstand in eine Stellung gebracht werden, wie in Abb. 2 ausgezogen dargestellt ist, er bildet also mit seiner Schwerpunktsachse y und seiner eigenen Umlauf achse χ einen Winkel α, d.h. der Schwerpunktsabstand ist auf einen bestimmten Wert r gebracht, und die Feder F ist aus ihrer verdrehungslosen Ruhelage heraus bis zu einem gewissen Grade schon auf Verdrehung beansprucht. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungen, bei welchen sich die eingespannte Feder bei Stillstand des Motors unbeansprucht in Ruhelage befindet.

Die Arbeitsweise ist daher bei der Erfindung grundsätzlich anders. Während die bisher bekannten Regler nur in horizontaler Lage der Achse χ arbeiten konnten, arbeitet der Regler nach der Erfindung gleich gut in waagerechter wie in senkrechter Richtung der Achse .1-. Der umlaufende Körper g steht auch nicht wie bisher unter dem Einfluß der Fliehkraft und der wechselnden zusätzlichen Schwerkraft des Federgewichtes, sondern infolge des vollkommenen Gleichgewichts des umlaufenden Körpers nur unter dem Einfluß der Fliehkraft.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Weg ζ (Abb. 3), den das Gewicht g bei Drehzahlveränderung zurücklegt, eine Funktion des cos des Winkels α ist, den die Schwergewichtsachse y und die Umlaufachse χ einschließt. Die Bewegung des umlaufenden Körpers setzt sich also zusammen aus der Wirkung der Fliehkraft in Richtung f und Richtung s. Diese letztere ist größer als f und abhängig vom cos des Winkels a. Man kann diesen Umstand erfindungsgemäß weiterhin dazu benutzen, um bei ganz kleinen Veränderungen der Gewichtslage g in Richtung der Fliehkraft/ einen sehr großen Weg ^₁ zu erreichen, wenn man den umlaufenden Körper g auf einen .ungleicharmigen Hebel C₁ drücken läßt (Abb. 4).

Die in der Beschreibung dargelegte Wirkungsweise des Reglers ist an einem Beispiel gezeigt, wo der umlaufende Körper (die Fliehgewichte g mit der Befestigung c an der Feder F) als gleicharmiger Hebel ausgebildet ist. Die Gewichte g können zur genauen Einstellung ihres Schwerpunktsabstandes von dem Mittelpunkt der Feder F veränderlich eingerichtet sein. Man braucht nun nicht einen Hebel c als Befestigung von Gewichten g zu wählen, sondern kann auch ein kreisrundes Gewicht g, als Scheibe oder Ring ausgebildet, als Umlaufkörper (Abb. 5) verwenden, wobei die Wirkungsweise die gleiche bleibt. Die Feder F bildet dann den Durchmesser des Umlaufkörpers, damit eine vollkommene Auswuchtung der beiden Gewichtshälften der Scheibe oder des Ringes erfolgt.

Die Wirkungsweise des neuen Fliehkraftreglers ist an Hand einer auf Verdrehung beanspruchten Feder erläutert worden und diese Befestigungsart ist wohl als ideale Ausführung zu betrachten, da eine reibungslose Bewegung des umlaufenden Körpers gewährleistet ist. Man kann aber auch eine Ausführung wählen, bei welcher der umlaufende Körper in Zapfen D drehbar gelagert ist und durch Druck oder Zugfedern so gehalten ist, daß wiederum das Kennzeichen und Merkmal der Erfindung vorhanden ist, nämlich daß ein in beliebiger Ebene umlaufender Körper sich unter Einwirkung der Fliehkraft in Richtung seiner Umlaufachse bewegt und bei Stillstand des Motors die Schwerpunktsachse y des iunlaufenden Körpers mit der Umlaufachse χ einen Winkel einschließt, während in der Ruhelage der Federn Schwerpunktsachse y und Umlaufachse χ in eine Richtung fallen (Abb. 6).

Das Wesen und der Fortschritt der Erfindung liegt darin, daß der Regler nicht nur in vertikaler, sondern in jeder Ebene gleich gut arbeitet, der umlaufende Körper nur unter Einwirkung der Fliehkraft steht, die durch die Fliehkraft bewirkte Bewegung des umlaufenden Körpers aber in Richtung der eigenen Umlaufachse erfolgt, also eine Funktion des cos des Winkels α ist, den Schwergewichtsachse y und Umlaufachse χ bei Stillstand des Motors einschließen, wodurch die Bewegung selbst größer wird, als wenn sie durch die Fliehkraft allein in „ senkrechter Richtung zur Umlaufachse erfolgen würde.

Weiterhin ist erreicht, daß in der Ruhelage der Feder die Schwerpunktsachse y und die Umlaufachse χ gleichgerichtet sind, der Schwerpunktsabstand also Null ist, als Grundbedingung einer indifferenten Reglung. Um nun den Widerstand, welcher in Reihe mit der Nebenschlußwicklung des Motors liegt und welcher durch den Regler bei Berührung der Kontakte k und k_t kurzgeschlossen wird, in mehreren Stufen kurzzuschließen, kann gemäß der Erfindung der feste Kontakt k_t nach Art eines Klinkenschalters zerlegt werden. Abb. 7 zeigt die schematische Anordnung. Darin sind zwischen die einzelnen Federkontakte O₁, O₂, O_x, die gegenseitig isoliert sind, Widerstände W₁, W₂, W_x geschaltet, die durch den umlaufenden Körper g nacheinander kurzgeschlossen werden. Die Widerstände W₁, W₂, W_x können mit dem Regler umlaufen oder aber auch in bekannter Weise mit Schleifringen über Bürsten in Verbindung stehen.

Um das Erregerfeld des Motors in dauernder Veränderung zu halten, kann ein Schleifring oder auch alle mit Unterbrechungen versehen sein, derart, daß der Kontaktstrom periodisch bei jeder Umdrehung des Motors an den Schleifringen unterbrochen wird. Das auf die Feder F ausgeübte Verdrehungsmoment wird gleichmäßig von der ganzen Feder aufgenommen, wenn sie als Schrauben- oder Spiralfeder ausgebildet ist, beiderseits der Schwerpunktsachse in verschiedenem Drehsinn gewickelt ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Fliehkraftregler zur Konstanthaltung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere bei stark schwankender Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein in beliebiger Ebene umlaufender Körper (g) unter der Einwirkung der Fliehkraft um eine senkrecht zur Umlaufachse

(x) liegende, durch den Schwerpunkt des Körpers laufende Drehachse entgegen der Kraft einer Feder (F") schwingt und dabei ein oder mehrere Kontakte steuert.

2. Fliehkraftregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunktsachse (y) des umlaufenden Körpers (g) mit seiner Umlaufachse (x) bei Stillstand oder Lauf des Motors einen Winkel (α) bildet, während bei beanspruchsloser Ruhelage der Feder (F) Schwerpunktsachse (y) und Umlaufachse (x) in Richtung und Abstand zusammen- oder nahezu zusammenfallen.

3. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (g) eine senkrecht zur Umlaufachse (%) liegende Feder (F) auf Verdrehung beansprucht, welche gleichzeitig auch als Drehpunkt und Lagerung dienen kann.

4. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (g) senkrecht zu seiner Umlaufachse (x) in Zapfen drehbar gelagert ist und eine oder mehrere Federn in beliebiger Weise beansprucht.

5. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (g) statisch und dynamisch in Richtung seiner Umlaufachse (x) und seiner Schwergewichtsachse (y) ausgewuchtet ist.

6. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem festen Kontakt (^₁) und dem durch den umlaufenden Körper (g) gesteuerten Kontakt (k) des Reglers ein oder mehrere Federkontakte (0) angeordnet sind, zwischen welche Widerstände (w) geschaltet sind (Abb. 7).

7. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (g) auf den kürzeren Arm eines ungleicharmigen Hebels (C₁) drückt, an dessen längerem Arm der bewegliche Kontakt (k) sitzt (Abb. 4).

8. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (g) in Form eines Ringes (Abb. 5) oder einer kreisrunden Scheibe ausgeführt ist oder aus einem gleicharmigen Hebel (c) besteht, an dessen beiden Enden verstellbare Gewichte angebracht sind.

9. Fliehkraftregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (F) bei Ausführung als auf Verdrehung beanspruchte Schrauben- oder Spiralfeder beiderseits der Schwerpunktsachse (y) des umlaufenden Körpers im verschiedenen Drehsinn gewickelt ist.

10. Fliehkraftregler nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Stromzuführung dienenden Schleifringe ein- oder mehrmals unterbrochen sind, zum Zwecke einer periodischen Stromunterbrechung des Kontaktstromes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen