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Einrichtung zur Überwachung der Drehzahl einer Maschine, z. B. eines
Fahrzeugmotors Die Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit neuzeitlicher Maschinen
und Motoren zwingt dazu, den kritischen Drehzahlen erhöhte Beachtung zu schenken,
weil Lebensdauer und Sicherheit der Maschine bzw. des Motors durch häufige Entwicklung
der Höchstdrehzahl bzw. der kritischen Drehzahl stark herabgesetzt werden können.
Wenn auch infolge besonderer Umstände, z. B. im Falle der Gefahr, die Inanspruchnahme
der Höchstdrehzahl nicht immer zu vermeiden ist, so sollte doch für gewöhnlich die
Inanspruchnahme von Höchst- bzw. kritischen Drehzahlen nach Möglichkeit vermieden
werden.
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Man hat bereits Einrichtungen zur Überwachung der Drehzahl einer
Maschine bnv. eines Motors geschaffen; bei ihnen wird in der Regel beim Erreichen
oder kurz vor dem Erreichen der zulässigen Drehzahlgrenze der Stromkreis eines dektnschen
Warnsignals mittels eines Fliehkraftschalters geschlossen.
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Bei diesen Einrichtungen besteht aber der Übelstand, daß der Fahrer
z.B. eines mit der Einrichtung ausgestatteten Kraftwagens, ohne es zu merken, die
vorgeschriebene Betriebsdrhzahl der Maschine überschreitet; diese Gefahr besteht
- infolge der Anwendung eines ständig leuchtenden Warnsignals deswegen, weil an
dem Armaturenbrett eines neuzeitlichen Kraftwagens eine ganze Reihe von Lichtsignalen
(Kühlerfernthermometern, Fernlichtsignalen usw.) vorgesehen sind, deretwegen das
Aufleuchten eines weiteren Dauersignals leicht übersehen werden kann.
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Der geschilderte Nachteil wird erfindungsgemäß vermieden, wenn eine
Überwachungseinrichtung verwendet wird, bei der in dem Stromkreis des NVarnsignals
ein abwechselnd, z. B. durch eine Nockensteuerung o.dgl., geöffneter und geschlossener
Unterbrechei-kontakt liegt, der beim Erreichen der höchstzulässigen Maschinendrehzahl
durch einen von einem zweiten fliehkraftgesteuerten Schalter geschlossenen Stromkreis
derart überbrückt wird, daß in diesem Augenblick das Flackersignal zu einem Dauersignal
wird. Dieses
Flackersignal kann aber niemals längere Zeit hindurch
unbeachtet bleiben. Es wird also dem Fahrer auf jeden Fall sinnfällig angezeigt,
daß er mit der Drehzahl der Maschine wieder heruntergehen muß, wenn er nicht weiterhin
die Maschine in dem gefährdeten Drehzahlbereich arbeiten lassen will. Da der Fahrer
also diesen durch das Flackerlicht angezeigten Betriebszustand immer nur in vollem
Bewußtsein seines Handelns durchschreiten kann, genügt es dann, wenn der Zustand
der höchstzulässigen Drehzahl durch ein ständig leuchtendes Signal angezeigt wird.
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Bei Erreichen der unzulässigen Drehzahl ein - Flackerlicht zu verwenden,
wobei ein durch eine Nockensteuerung betriebener Unterbrecherkontakt vorgesehen
ist, ist bereits bekannt, jedoch dient dieses Flackerlicht als Warnsignal für die
stattgefundene Überschreitung der zulässigen Drehzahl, während nach der Erfindung
dieses sinnfällige Zeichen ein Vorsignal bildet, so daß das in die Augen springende
Flackern dazu ausgenutzt ist, es in der Regel überhaupt nicht erst zur Überschreitung
der zulässigen Drehzahl kommen zu lassen.
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Zweckmäßig schließt beim Erreichen der höchstzulässigen Maschinendrehzahl
der fliehkraftgesteuerte Schalter gleichzeitig den Stromkreis eines elektromagnetisch
gesteuerten Zählwerkes, wobei in dem Stromkreis ein durch eine Nockensteuerung in
regelmäßigen Zeitabständen abwechselnd geöffneter und geschlossener Unterbrecherkontakt
liegt.
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Die Einrichtung ist also mit einer Warn-und zweckmäßig auch mit einer
Zählvorrichtung versehen; sie gibt die Möglichkeit, unzulässige Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitszustände
weitgehend zu vermeiden, ohne daß dabei an den sonstigen Betnebsverhältnissen der
Maschine, z. B. an der Zündung oder der Gemischzufuhr des Motors, in irgendeiner
Weise etwas geändert wird. Dies hat den Vorteil, daß die gesamte Motorleistung im
entscheidenden Augenblick jederzeit unbeschränkt verfügbar ist. Eine Leistungsininderung
durch Versagen irgendwelcher mit der neuen Einrichtung zusammenarbeitender Teile
kann dabei niemals eintreten.
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Bei oder vor Erreichen der unzulässigen Drehzahl gibt die Einrichtung
eine sinnfällige Warnung, da das Warnsignal, beispielsweise eine aufleuchtende Lampe,
intermittierend in Wirkung tritt, z. B. flackernd aufleuchtet. An Stelle des Lichtsignals
oder auch zusammen mit ihm kann ein akustisches Warnsignal zur Anwendung gelangen.
Das Herannahen der unzulässigen Drehzahl wird also dem die Maschine Bedienenden,
z. B. dem Führer des Kraftfabrzeuges, in nicht zu übersehender Weise so rechtzeitig
bekanntgegeben, daß wirksame Maßnahmen getroffen werden können, um ein weiteres
Steigen der Drehzahl zu verhindern. Geschieht dies nicht, erreicht die Drehzahl
also tatsächlich den unzulässigen Höchstwert. so wird das Zählwerk betätigt, das
nachträglich noch erkennen läßt, wie lange die Maschine, z. B. der Fahrzeugmotor,
mit Überdrehzahl betrieben worden ist. Während der Überdrehzahl arbeitet das Warn
signal ununterbrochen, d. h. das Flackerlicht verschwindet, und die Signallampe
brennt ununterbrochen so lange, wie das Zählwerk arbeitet, bzw. an Stelle des intermittierenden
akustischen Signals tritt ein ununterbrochenes Summerzeichen 0. dgl.
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Infolge der Anwendung des als Vorzeichen wirkenden Warnsignals ist
ein Erreichen oder Überschreiten der höchstzulässigen Maschinengeschwindigkeit bei
an sich nicht außergewöhnlichen Betriebsverhältnissen mit großer Sicherheit vermieden;
denn das Bewußtsein, daß jede unsachgemäße Behandlung der Ma-Maschine durch Üllerdrehen
im Zählwerk verzeichnet wird, hält den die Maschine Bedienenden davon ab, sie rücksichtslos
zu behandeln. Die neue Einrichtung erfüllt somit durch ihr bloßes Vorhandensein
den gewünschten Zweck, sichert also eine schonende Behandlung der Maschine, ohne
daß es irgendwelcher verwickelter und damit störungsanfälliger Vorrichtungen zur
zwangsläufigen Leistungsbeschränkung durch Zündungs- oder Gemischbeeinflussung bedarf.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung
schematisch veranschaulicht.
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Abb. 1 zeigt die Einrichtung in Seitenansicht und teilweise im Schnitt.
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Abb. 2 veranschaulicht die Einrichtung im Grundriß.
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Eine in einem Halter 1 gelagerte Welle 2 wird von der zu überwachenden
Maschine in Umlauf gesetzt und trägt eine Scheibe 3, auf der zwei astatische Pendel
4 und 5 gelagert sind, die um zwei von der Scheibe 3 getragene Zapfen 6, 7 schwenkbar
sind. Der Hub der Pendel 4 und 5 ist durch Anschläge 8, 8' und 9, 9' begrenzt. Auf
beide Pendel wirkt je eine Felder 10, 11 ein, die mit ihrem einen Ende an dem zugehörigen
Pendel und mit dem anderen Ende an je einem von der Scheibe 3 getragenen Zapfen
befestigt sind.
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Unter dem Einfluß der Rückstellkraft dieser Federn I0, II legen sich
die Pendel 4, ; für gewöhnlich gegen die ihren Hub innen begrenzenden Zapfen 9,
9'. Beide Pendel 4 und; sind vornehmlich über ihre Drehzapfen 6 und ; mit der Trägerscheibe
3 elektrisch leitend verbunden.
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Das Pendel 4 trägt den einen Kontakt z eines Schalters I2, dessen
anderer Kontakt b
in der Rnhestellung des Pendels in einem Abstand
von dem ersten Kontakt gehalten wird.
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Der Schalter ist also in der Ruhelage des Pendels geöffnet.
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Ähnlich trägt auch das zweite Pendel 5 den einen Kontakt c - eines
Doppelschalters 13, dessen beide anderen Kontakte und e vom Kontakt c und voneinander
im Abstand liegen, solange das Pendel 5 die in Abt.2 veranschaulichte Ruhelage einnimmt.
Der Schalter 13 ist also gleichfalls für gewöhnlich geöffnet.
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Oberhalb der Trägerscheibe 3 weist die Welle 2 drei voneinander isolierte
Schleifringe I4, 15, r6 auf. Der untere Schleifring 14 steht über die Leitung 17
mit dem Kontakt b des Schalters 12 in Verbindung, der mittlere Schleifring 15 ist
mit dem Kontakt d des Schalters 13 und der obere Schleifring 16 mit dem äußeren
Kontakt e des Schalters 13 durch die Leitungen 18 bzw. 19 verbunden.
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Auf dem Halter 1 sind zwei federnde Unterbrecherkontakte 20 und 21
angeordnet, die, wie in Abt.1 veranschaulicht ist, für gewöhnlich geöffnet sind.
Auf die Unterbrecherkontakte 20 und 21 können Nocken 22 und 23 zur Einwirkung kommen,
die auf einer Welle 24 vorgesehen sind; diese Welle ist in Ansätzen des Halters
1 gelagert und unter Vermittlung einer Schnecke 25 und eines Schneckenrades 26 von
der Welle 2 antreibbar. Beim Umlaufen der Welle 24 treffen die Nocken 22 und 23
auf die federnden Unterbrecherkontakte 20 und 21 und bewirken auf diese Weise ein
abwechselndes Öffnen und Schließen dieser Kontakte. Durch ein auf der Zeichnung
nicht veranschaulichtes Zwischengetriebe ist dafür gesorgt, daß der Unterbrecherkontakt
20 beim Umlaufen des Nokkens 22 z. B. zweimal in der Sekunde geschlossen wird, während
der Unterbrecherkontakt 21 in der gleichen Zeit nur einmal geschlossen wird.
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In einem besonderen, z. B. am Instrumentenbrett des Fahrzeugs anzubringenden
Gehäuse 27 ist eine Signallampe 28 und ein elektromagnetisch gesteuertes Zählwerk
29 unter gebracht. Beide Teile stehen über leine Leitung 30 mit einer Batterie 31
in Verbindung, deren anderer Pol über die Leitung 32 mit der Masse des Halterkörpers
1 verbunden ist.
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Von dem Zählwerk 29 führt eine Leitung 33 über den Unterbrecherkontakt
21 zu einer Schleifbürste 34, die mit dem mittleren Schleifring 25 zusammenwirkt.
Die Lampe 28 steht anderseits über die Leitung 35 mit einer Schleifbürste 36 in
leitender Verbindung, die mit dem obersten Schleifring 16 zusammenwirkt. Außerdem
ist aber die Lampe 28 auch noch vermittels der Leitung 37 über den Unterbrecherkontakt
20 mit einer Bürste 38 verbunden,- die sich gegen den unteren Schleifring 14 legt.
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Die auf die Pendel 4 und 5 einwirkenden Federn 10, II sind ungleich
stark, so daß die Pendelmasse 4, auf die die schwächere Feder 10 einwirkt, beim
Drehen der Trägerscheibe 3 früher aus schwingt als die Pendelmasse 5.
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Da bei einem astatischen Fliehpendel die Fliehkraft nach einem quadratischen
Gesetz zunimmt, wächst von einer bestimmten Drehzahl an die Fliehkraft schneller
als die Kraft der rückstellenden Federn 10 bzw. ii. Beim Erreichen dieser Drehzahl
fliegen die Pendel gewichte 4, 5 also schnell in ihre äußeren, durch die Anschläge
8, 8' begrenzten Endlagen. Infolge der geringen Reibung der Pendel auf ihren Drehzapfen
6, 7 erfolgt das Ausschwingen der Pendelmassen und beim Unterschreiten einer bestimmten
Drehzahl das Zurückschwingen der Massen unter der Einwirkung der Rückstellkraft
der Federn 10 bzw. außerordentlich genau und schnell.
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Sollen bei der zu überwachenden Maschine 3000 Umläufe in der Minute
nicht erreicht bzw. nicht überschritten werden, so wird die Einrichtung so eingestellt
bzw. die Kraft der Rückstellfedern Io, 11 so bemessen, daß bei etwa 2800 Umläufen
in der Minute das Pender 4 und bei 3000 Umläufen in der Minute das Pendel 5 aus
schwingt.
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Erreicht also die Drehzahl der zu überwachenden Maschine 2800 Umläufe
in der Minute, so wird mittels des Pendels 4 der Schalter 12 geschlossen, d. h.
die beiden Kontaktea und b berühren einander. Es kann dann der Strom von der Batterie
31 über die Leitung 32 durch die Masse der Welle2, der Trägerscheibe 3 und des Pendels
4 über die LeittmgsI7, den Schleifring I4, den Schleifkontakt 38 sowie über die
Leitung 37 der Lampe 28 zufließen, jedoch immer nur dann, wenn der Nocken 22 den
im Leitungsstrang 37 liegenden Unterbrecherkontakt 20 schließt. Dies geschieht,
wie schon erwähnt, zweimal in der Sekunde, so daß die Lampe 28 ein auffallendes
Flackerlicht erzeugt, auf das z. B. der Führer eines Kraftfahrzeuges aufmerksam
wird, auch ohne ständig das Instrumentenbrett zu überwachen. Um dieses die Annäherung
an die höchstzulässige Drehzahl anzeigende Vorsignal noch wirksamer zu gestalten,
kann gegebenenfalls außer der Lampe 28 noch eine akustische Warnvorrichtung, z.
B. ein Summer, vorgesehen werden.
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Wird ungeachtet dieser Warnung durch das Vorsignal die Drehzahl der
Maschine noch weiter gesteigert, so fliegt bei 3000 Umläufen in der Minute das zweite
Pendel 5 unter Spannung der Feder ei nach außen und schließt dabei den Schalter
13 derart, daß die Kontakte
c, d und e einander berühren. Nunmehr
erhält der Zähler 29 aus der Batterie 31 über die Leitungen 18 und 33 Strom, und
zwar jeweils einen Impuls in der Sekunde, da der Nocken 23, wie weiter oben erwähnt,
den Unterbrecherkontaht 21 jeweils einmal in der Sekunde schließt. Das Zählwerk
79 wird also in jeder Sekunde um eine Zahl weiter geschaltet, so daß an dem Zählerstand
die Zeitdauer abgelesen werden kann, innerhalb welcher die Maschine mit Überdrehzahl
betrieben wurde.
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Gleichzeitig mit der Einschaltung des Zählwerkes 29 wird der im Stromkreis
der Lampe 28 liegende Unterbrecherkontakt 20 durch die Leitungen 19, 35 überbrückt,
so daß die Lampe nunmehr aufhört zu flackern und ununterbrochen so lange brennt,
wie der unzulässige Betriebszustand andauert.
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Fällt die Drehzahl wieder unter 3000 Umläufe in der Minute, so überwindet
die Rückstellkraft der Feder 1 1 die auf das Pendel 5 einwirkende Fliehkraft, d.
h. der Schalter 13 wird wieder geöffnet, so daß die Fortschaltung des Zählers 29
aufhört und das Flackerlicht der Lampe 28 wieder erscheint. Damit wird also angezeigt,
daß die Drehzahl wieder in den zwischen 2800 und 3000 Umläufen in der Minute liegenden
Bereich abgesunken ist. Wird die Drehzahl der Maschine weiter verringert, so daß
2800 Umläufe in der Minute unterschritten werden, so erlischt auch die Lampe 28,
da der Schalter 12 dann auch durch die Rückstellkraft der auf das Pendel 4 einwirkenden
Feder 10 wieder geöffnet wird.
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Der Kraftbedarf für den Antrieb dieser kleinen Überwachungseinrichtung
ist sehr gering, desgleichen auch der elektrische Leistungsbedarf, so daß die Einrichtung
ohne Bedenken bei jeder beliebigen Maschinenanlage zur Anwendung gelangen kann.
Der Nutzen der Einrichtung ist sehr groß, weil durch sie eine schonende Behandlung
der wertvollen Maschine erreicht wird, ohne daß die ständige volle Betriebsbereitschaft
der Maschine beeinträchtigt zu werden braucht; vielmehr, steht die gesamte Maschinenleistung
z. B. für den Fall einer Gefahr jederzeit zur Verfügung.