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Drehzahlregler für Turbinen und Motoren Die Erfindung betrifft die
selbsttätige Regelung der Drehzahl von Turbinen und Motoren unter Anwendung von
hydraulis-cchen Verstärkern. Der Dnehzahlmegler nach der Erfindung hält die Umdrehungszahl
der von ihm geregelten. Kraftmaschine mit großer Genauigkeit und bei allen Belastungen.
der Kraftmaschine konstant. Er ist °in seinem Aufbau im Vergleich mit anderen Reglern
besonders. klein, rund daher sparsam sowohl im Baustoffverbrauch als im Platzbedarf.
Er läßt sich daher mit Vorteil für gedrängt ;gebaute Kraftmaschinen von Schiffen
und anderen Fahrzeugen verwenden. Er ist so, ,gebaut, daß seine empfindlichen Teile
durch TorsonsscUwingungen der Antriebswelle nicht zerstört oder beschädigt werden
könne.
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Es ist bekannt, zur Drehzahlregelung von Kraftmaschinen ein Flachfederp;endel
zu benutzen und .mit diesem einen - Sroeuerschireher zu verbinden, welcher die Druckflüssigkeit
auf die Zylinderseiten des hy&aulischen Verstärkers schaltet. Eis ist ferner.
bekannt, zur Vermeidung von Reibungswiderständen, welche die Regelgenauigkeit vermindern
würden, den Steuerschieber in einer sich langsam drehenden Büchse zu führen, so
daß niemals der Zustand der ruhenden Reibung zwischen Steuerschieber und Büchse
,eintreten kann.
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Ferner sind Anordnungen vorgeschlagen worden, bei welchen, im Reglerantrieh
eine elastische Kupplung und eine Reibungskupplung parallel nebeneinander :eingebaut
sind, um das Reglerpendel gegen- harte Stöße zu schützen. Diese Antriebe haben jedoch
die Eigenschaft, alle Schwankungen des Drehmamentes, welche geringer sind als das
Rutschmoment der Reibungskupplung, unverändert ;auf das Reglerpendel zu übertragen.
Wenn das Reglerpendel ein zu Drehschwingungen befähigtes System bildet, besteht
bei diesen bekannten Anordnungen die Gefahr, daß @es durch unruhigen Antrieb in
Resonanz kommt. Dadurch können unzulässige, periodische Steuerbewegungen sowie Ermüdungsbrüche
an den Reglerteilen entstehen. Diese
Anordnungen sind nicht für
die Verwendung des sehr einfachen, präzise arbeitenden und gedrängt gebauten Flachfederpendels
geeignet, weil dieses zu Drehschwingungen befähigt ist und weil fast alle Kraftmaschinen
periodische Unruhen im Antrieb haben.
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Nach der Erfindung werden zum Antrieb des Flachfederpendels ein dünner
Torsionsstab und eine elastische Kupplung hintereinandergeschaltet und die beiden
Elastizitäten so gewählt, daß ,eine parallel dazu wirkende Reibungskupplung nicht
erforderlich ist. Auf diese Weisse ergibt sich ein sicherer Schutz des Pendels sowohl
gegen periodische Steuierbewegungen als auch gegen Ermüdung der Flachfedern.
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Nach der Erfindung wird ferner der Torsionsstab durch den hohlen Steuerschieber
hindurchgeführt und dadurch die Anordnung räumlich so gedrängt, wie dies bisher
nur bei direkt wirkenden Reglern möglich war, bei Reglern mit hydraulischen Verstärkern
aber nicht erreicht werden konnte.
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Fig. i der Zeichnung zeigt in kleinem Maßstab eine Gesamtanordnung,
wobei der Regler i im Vergleich zu der Turbine 2 übertrieben groß dargestellt ist.
Der Antrieb des Reglers erfolgt von der Turbinenwelle aus über das Räderpaar 3 durch
die Welle q. und die elastische Kupplung5. Dturch das Rohr 6 tritt die Druckflüssigkeit,
z. B. Druck-.öl, in den Regler ein, und dieser verteilt es je nach der Drehzahl
der Turbine über die beiden Rohre 7 und 8 auf die beiden Zylinderseiten des Servomotors
9. Dadurch wird das Ventil io bewegt und so der Treibmittelzufluß selbsttätig der
jeweiligen Belastung der Kraftmaschine ang epaßt, so daß die Drehzahl konstant bleibt.
Wenn sich der Se rvomotorkolben bewegt, wird in dem kleinen Zylinderraum i i Druckflüssigkeit
verdrängt und über das Rohr 12 zum Regler gedrückt oder von dort her angesaugt.
Auf diese Weise wird im Regler eine Rückführung der Servomotorbewegung auf den Steuerschieber
bewirkt, und so ist bekannterweise die Neigung des Systems zu Pe!ndelungen unterdrückt.
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Fig.2 der Zeichnung zeigt oben den ,erfindungsgemäßen Drehzahlregler
im senkrechten Durchschnitt und darunter einen Querschnitt durch die elastische
Kupplung 5.
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Für die selbsttätige Drehzahlregelung ist das . bekannte Flachfederpendel
deswegen vorteilhaft, weil es keine Gelenke oder Schneiden hat und deshalb vollkommen
ohne Reibung arbeitet. Es kann daher auch kleinste Drehzahländerungen anzeigen und
somit die Kraftmaschine sehr genau steuern. Es ist aufgebaut aus den atts mehreren
dünnen Stahlbändern bestehenden Flachfedern 13 und den daran befestigten - Gewichten
14.. Das obere Ende der Flachfedern ist an der Federfassung i 5 befestigt, welche
durch den dünnen Torsionsstab 16 in axialer Richtung festgehalten und unter Vermittlung
der elastischen Kupplung 5 von der Kraftmaschine aus in rasche Umdrehung versetzt
wird.
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Das untere Ende der Flachfedern ist mit der Muffe 33 fest verbunden,
-welche sich durch Vermittlung der Flachfedern ebenfalls mit großer Geschwindigkeit
umdreht, aber in axialer Richtung frei beweglich ist. Mit der Muffe 33 ist der Steuerschieber
17 so verbunden, daß er zwar die axiale Bewegung genau mitmachen muß, dagegen aber
nicht an der Umdrehung um die Achse teilnimmt. An dieser Umdrehung hindert ihn die
Torsionsfestigkeit der Feder 18, welche aus kräftigem Bandstahl hochkantig gewunden
und oben an der Schraubenmutter i9 festgenietet ist. Die in dieser Mutter festsitzenden
Stifte 2o können sich sowohl senkrecht in Schlitzen des Gehäuses 2 i bewegen, verhindern
,aber, daß sich die Mutter i9 dreht. Dreht man somit von Hand die Kappe 22, so dreht
sich auch deren Gewindeansatz 23, und es wird dadurch die Feder i8 mehr oder weniger
gespannt. Hierdurch kann die Drehzahl, auf welche der Regler die Kraftmaschine steuert,
in weiten Grenzen verstellt -werden.
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Bei Änderungen der Drehzahl durch Belastungsänderungen oder der Drehzahleinstellung
durch Drehung der-Kappe 22 verschiebt sich der Steuerschieber in axialer Richtung
in der Büchse 24 und schaltet damit in bekannter Weise die Druckflüssigkeit auf
die beiden Rohre 7 und B. Wenn sodann eine Bewegung des Kraftkolbens 9 eintritt,
u-ird über das Rohr 12 der kleine Rückführkolben i 25 bewegt und dadurch die Rückführfeder
26 mehr oder weniger" gezogen oder gedrückt, je nachdem wie groß und in welcher
Richtung die Bewegung des Kraftkolbens 9 war. Die Rückführfeder 26 übt daher eine
bestimmte Kraft auf die Muffe 33 ,aus und stabilisiert dadurch den Regelvorgang.
Der Rückführkolben 25 ist durchbohrt, so daß nach einer gewissen Zeit die Spannung
der Rückführfeder 26 wieder verschwindet, worauf der Regler genau die ursprüngliche
Drehzahl wieder herstellt.
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Von der Nabe der elastischen Kupplung 5 aus -wird die Büchse 24 über
die beiden Zahnräder 27 und 28 in langsame Umdrehung versetzt, so daß zwischen dem
Steuerschieber 17 und der Innenfläche der Büchse 2.1 niemals der Zustand der ruhenden
Reibung eintreten kann, so daß die Steuerung immer empfindlich anspricht.
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Die elastische Kupplung ist unten noch im Querschnitt dargestellt.
Der Torsionsstab
16 trägt an :seinem unteren Ende das Querstück
29. Daneben sind zwei Gummikörper 30 eingesetzt, welche durch die Bolzen
3 i im Kupplungsgehäuse festgehalten sind.
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Der dünne Torsionsstab 16 treibt durch den hohlgebohrten Steuerschieber
17 (welcher sich nicht dreht) hindurch. die Federfassung 15 und damit
das Flachfederpendel an. Es sind dadurch zwei besondere Vorteile erreicht worden,
und zwar: I. Schutz" der auf Schwingungen empfindlichen Flachfedern gegen Beschädigung,
-2. außerordentlich gedrängte Bauart des Reglers.
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Wenn, die l@raftmaschine eine Kolbenmaschine ist, rnuß unbedingt mit
starker Unruhe im Lauf aller Wellen gerechnet werden, entsprechend den periodischen
Arbeitsverfahren dieser Maschinen. Auch bei Turbinen kommen Torsionsschwingungen
in den Antrieben. vor, und zwar meistens herrüh2@end, von den Zähnradtmtersetzungsgetriehen.
Solche und ähnliche Torsionsschwingungen würden bei starrem Antrieb: des Flachfederpendels
bald zur Ermüdung des Federmaterials und zum Bruch der Flachfedern führen.
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Die Masse der Federfassung 15 bildet zusammen mit der Torsionselastizitätdes
Torsionsstabes 16 ein Drehschwingungssystem. Dieses System wird bei der Konstruktion
so abgestimmt, daß es eine bedeutend niiedrigeze Eigens,chwingumgszahlerhält als
die Dreheigenschwingungen der Flachfedern 13 mit den Gewichten 14 und der
Muffe 33. Drehschwinb ngen von gefährlicher Frequenz können daher nicht bis zum
Flachfederplendel, gelangen.
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Die elastische Kupplung 5 wird dagegen wesentlich weicher abgestimmt,
und zwar so, daß sie zea mm en mit den Massen dies Flachfederpendelseine Figenschwinguaigszah1
er-,gibt, welche bedeutend niedriger Hegt als die Eigenschwingungszahl des Steuerschiebers
17 in senkrechter Richtung. Diese ist durch die Elastizitäten -der Federn
1.3, 18 und 26 und aller in senkrechter Richtung beweglichen Massen zusammen, bedingt.
Es wird hierdurch erreicht, da ß auch langsamere Drehschwingungen, welche den Regler
zu pieriodischen Steuerbewegungen veranlassen könnten, nicht bis an das Flachfederpendel
kommen.
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Der Torsionsstab 16 ist in der Nabe 32 der elastischen Kupplung 5
leicht drehbar geführt, damit sich die Gummikörper 3o bei unruhigem Antrieb verformen
können. Das Zahnrad 27 wird nicht von dem Torsilonsstab 16, sondern von der
Nabe 32 aus angetrieben. Der Antrieb für die Büchse 24 wird somit nicht durch die
Gummikörper 3o hindurchgeführt, sondern direkt vorm Kupplungsgehäuse aus.- Es wird
dadurch vermieden, daß bei unruhigem Gang der Büchse 24 über die Elastizität der
Kupplung 5 das Flachfederpendel beunruhigt wird.
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Die Anordnung nasch -der Erfindung schützt somit die Flaachfedern
gegen Ermüdung und Bruch und weiter auch den Regler gegen periodische Bewegungen
infolge Unruhe im Antrieb.