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Fliehkraftregler mit mitdrehendem Schleppkolbenkatarakt Die Stabilität
einer Drehzahlregelung, d. h. die Raschheit, mit der die Schwankungsausschläge der
Drehzahl nach einem Belastungsstoß abnehmen, wird größer, wenn man nach einer gegebenen
Laständerung größere bleibende Drehzahländerungen zuläßt. Das hat aber zur Folge,
daß die Drehzahl der zu regelnden Gruppe stark lastabhängig wird. Um diesen Nachteil
zu vermeiden, ist es üblich, Drehzahlregler so auszubilden, daß die bleibende Drehzahländerung
nachträglich bis auf einen bestimmten, gewollten Rest verschwindet.
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Am einfachsten wird ein solches Verhalten der Regelung erreicht, wenn
ein in einer inkompressiblen F1üSsigkeit gleitender Schleppkolben über ein federndes
Glied mit dem Fliehgewicht verbunden wird. Bei rascher Drehzahländerung weicht dann
der Pendelstift entsprechend der vereinten Federhärten der Pendelfeder und der Kupplungsfeder
aus. Nachher folgt der Schleppkolben der Spannung der Kupplungsfeder, indem er über
eine Umführungsbohrung Flüssigkeit von einer Kolbenseite nach der anderen verdrängt.
Die Kupplungsfeder entspannt sich infolgedessen und der Pendelstift weicht schließlich
in seine endgültige Lage aus, welcher die endgültige bleibende Drehzahlabweichung
entspricht.
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Fliehkraftregler der beschriebenen Art haben sich in der Praxis trotz
ihrer Einfachheit nicht eingeführt. Das rührt daher, daß bis jetzt verschiedene
Zusammenhänge nicht beachtet wurden. So sind die Auslenkungen der Teile des Pendels
im Betriebe im allgemeinen nur klein. Die vom Schleppkolben verdrängten Flüssigkeitsmengen
sind infolgedessen auch klein. Der Schleppkolben muß daher gut dichten, damit die
erforderliche Nachfolgezeit eingehalten werden kann. Gleichzeitig soll er aber in
seiner Führung leicht gleiten, was aber durch die innezuhaltenden kleinen Spiele
erschwert wird. Zudem
sollen ihn die Fliehkräfte nicht beeinflussen.
Eine weitere Forderung, die nicht außer Acht gelassen werden darf, geht dahin, daß
der Raum, in dem sich der Kolben bewegt, keine Lufteinschlüsse enthalten darf, weil
sonst der Kolben schon im ersten Augenblick rasch ausweicht und diese Luft zusammendrückt.
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Die W4rkung des Schleppkolbens auf den Regelvorgang läßt sich natürlich
bei gleichen Kolbenabmessungen verstärken, wenn das Pendel mit einem leichteren
Fliehgewicht und einer entsprechend schwächeren Pendelfeder ausgestattet wird. Es
ist dann aber stärker auf Rückwirkungen empfindlich, die von den gesteuerten Elementen
ausgehen. Den Rückwirkungen, die insbesondere von der gesteuerten Hilfsflüssigkeit
herrühren, läßt sich aber bei zweckentsprechender Pendelkonstruktion leicht ohne
zusätzliche Kosten begegnen.
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Zweck der Erfindung ist nun, einen Fliehkraftregler mit mitdrehendem
Schleppkolbenkatarakt zu schaffen, bei dem der Schleppkolben voll wirksam ist, ohne
daß dieGenauigkeit derDrehzahlerhaltung eine Einbuße erleidet. Erfindungsgemäß wird
das dadurch erreicht, daß der Schleppkolben konzentrisch zur Drehachse des Reglers
angeordnet ist und daß ferner Mittel vorgesehen sind, um den Raum, in dem er sich
bewegt, von außen zwecks Entlüftung mittels einer Flüssigkeit unter Druck zu setzen.
Die Zufuhr dieser Druckflüssigkeit erfolgt zweckmäßig durch den hohl ausgebildeten
Pendelstift. Steuert dieser Stift den Ausfluß aus einer Düse, so kann deren Durchmesser
zwecks Entlastung des Pendelstiftes vom Hilfsflüssigkeitsdruck gleich dem Durchmesser
gewählt werden, mit dem der Stift in den Raum eintritt, in dem sich der Schleppkolben
bewegt.
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Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt die Figur auch eine Anzahl der an das Fliehkraftpendel
und den mitrotierenden Schleppkolbenkatarakt angrenzenden Reglerteile.
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Der in der Figur dargestellte Pendelregler weist einen Körper 12 auf,
dem verschiedene Aufgaben zufallen und der nachstehend der Einfachheit halber kurz
Pendelkörper genannt wird. Mit diesem Pendelkörper 12 ist ein Fußkörper 33 verschraubt.
Das aus den Körpern 12 und 33 gebildete Ganze ist oben in einem Kugellager io und
unten in einer Büchse 34 drehbar gelagert und wird von einer auf der Welle 391 der
zu regelnden, nicht gezeigten Maschine sitzenden Schnecke 39 mittels eines aufgekeilten
Schneckenrades 35 in Drehung versetzt. Im Pendelkörper 12 ist mittels eines Querbolzens
22 ein winkelhebelförmiges Fliehpendel 24 gelagert, an dessen vorwiegend waagerecht
gerichteten Arm zentral mittels eines Bolzens 23 ein hohl ausgebildeter Pendelstift
21 angelenkt ist.
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Eine Druckfeder 26 stößt gegen einen Bund 25 des Pendelstiftes 21
und preßt diesen nach oben. Der untere Teil des Pendelkörpers 12 ist als Schleppkolbenzylinder
ausgebildet, in dem ein Schleppkolben 18 gleitet, welcher mittels eines sternförmigen
Stahllattlellenpaketes 19 mit dem Pendelstift 21 gekuppelt ist. Die Achse des Schleppkolbenzylinders
und somit auch die des Schleppkolbens 18 liegen in der Drehachse des Fliehkraftpendels.
Schleppkolbenzylinder und Schleppkolben bilden zusammen einen mit dem Pendelkörper
12 mitrotierenden Schleppkolbenkatarakt. Der Pendelstift 21 ist durch radial verschiebbare
Dichtungsscheiben 15 und 17 in den Schleppkolbenzylinder eingeführt und durchstößt
den Schleppkolben 18, in welehem er mit geringem Spiel gleitet. 2o bezeichnet eine
zentrisch durchbohrte Mutter, welche auf das untere, mit Gewinde versehene Ende
des Pendelstiftes 21 aufgeschraubt ist und zum Festklemmen des Stahllamellenpaketes
i9 dient. Letzteres greift mit seinen Außenenden in eine entsprechende Rille, im
Schleppkolben 18. Zwischen den Dichtungsscheiben 15 und 17 ist eine radial aufgeschlitzte
Scheibe 28 eingelegt, deren Bohrung etwas größer ist als der Durchmesser des Pendelstiftes
21, so daß um diesen ein Ringraum 281 entsteht. Dieser Raum 281 ist über eine Bohrung
16 im unteren Teil des Pendelkörpers 12 mit dem Raume unter dem Schleppkolben 18
verbunden. Ferner ist auch der Raum über dem Schleppkolben 18 durch eine Bohrung
29 und weitere Bohrungen 30, 34 32 im Pendelkörper 12 mit dem Raume unterhalb dieses
Kolbens verbunden. Die Bohrungen 30, 31, 32 können von außen durch axiales Verschieben
eines am oberen Ende becherförmig ausgebildeten Stempels 36 teilweise verschlossen
werden. Eine in ein Getriebegehäuse 40 eingeführte Verstellschraube hält den Stempel
36 in einer gewollten Höhenlage fest. Die Verstellschraube 38 läßt sich durch eine
Gegenmutter 37 sichern.
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Über dem beschriebenen, sich drehenden Pendelregler ist koaxial ein
Stufenkolben 7 angeordnet, der in einem zylindrischen Gehäuse 43 auf und ab gleitet.
Durch eine Bohrung 8 im Gehäuse 43 wird eine Druckflüssigkeit, vorzugsweise Öl,
zugeführt, die den Raum über der großen Stufe des Kolbens 7 ausfüllt und den letzteren
nach unten zu drücken trachtet. Die Druckflüssigkeit dringt aber auch durch eine
Bohrung 9 im Kolben 7 unter dessen große Stufe und fließt durch einen zentrisch
angeordneten Rohrfortsatz i i nach unten. Die Mündung des Fortsatzes i i wird zunächst
durch den Pendelstift 21 verschlossen. Der Flüssigkeitsstrom wird dadurch gestaut
und es dringt daher Druckflüssigkeit durch eine, Bohrung z7 im Pendelstift 21 unter
den Schleppkolben 18, um von dort durch die Bohrungen 16 und 29 und die Leckspalte
zwischen Kolben 18 und Pendelstift 21 bzw. Pendelkörper 12 hochzusteigen, so daß
der Raum um den Schleppkolben 18 mit einem praktisch inkompressiblen Medium ausgefüllt
wird. Vorher in diesem Raume befindliche Luft wird durch den feinen Spalt zwischen
den Ringen 15 und 17 und dem Pendelstift 21 herausgedrängt.
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Sobald alle Luft aus den erwähnten Räumen ausgetrieben worden ist,
entsteht, da die feinen Spalte zwischen den gleitenden Teilen den Abfluß der Flüssigkeit
sehr stark hemmen, in den Räumen
unterhalb des Stufenkolbens 7,
in die Druckflüssigkeit gelangen kann, ein Flüssigkeitsdruck, der ein Anheben des
Stufenkolbens 7 bewirkt. Es entsteht zwischen dem oberen Ende des Pendelstiftes
21 und der Mündung des Rohrfortsatzes i i, die nachstehend Düse genannt wird, ein
kleiner Spalt, der sich so lange vergrößert, bis der Druck unter dem Stufenkolben
7 dem von oben auf die große Stufenfläche wirkenden, vollen Flüssigkeitsdruck das
Gleichgewicht hält.
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Am Stufenkolben 7 ist mittels eines Bolzens 3 ein Hebel i angelenkt,
der mit Hilfe einer Lasches und Bolzen 4, 6 gelciikig mit dem schon erwähnten Gehäuse
43 verbunden ist. Mittels eines Bolzens 2 können die nicht gezeigten Einlaßorgane
der zu regelnden -Maschine mit (lern Hebel i verbunden werden.
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In der Figur sind einfachheitshalber nicht alle konstruktiven Möglichkeiten,
die zur Erreichung hoher Regelempfindlichkeit und guter Abdichtung der Druckflüssigkeitsräume
in Frage kommen können, dargestellt.
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So wird man insbesondere die Lagerstellen 22 und 23 mit Vorteil als
Schneiden bzw. Kugellager ausbilden. Ferner können die Dichtungsscheiben 15 und
17 zwecks besserer Abdichtung durch ein ganzes Paket übereinandergeschichteter Scheiben
ersetzt werden. Solche Pakete können auch bei der Durchführung des Pendelstiftes
21 durch den Schleppkolben 18 sowie am äußeren Umfange des Kolbens 18 als Abdichtung
eingebaut werden. An Stelle der drei Bohrungen 30, 31, 32 kann natürlich eine größere
Anzahl solcher oder auch eine andere Drosselvorrichtung vorgesehen werden.
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Der beschriebene Fliehkraftregler arbeitet wie folgt: Wird das stationäre
Gleichgewicht, das sich bei konstanter Drehzahl und Last einstellt, durch eine Drehzahlerhöhung
gestört, so schwingt das Fliehpendel 24 wegen der vergrößerten Fliehkraft nach außen
und bewegt den Pendelstift 21 nach abwärts. Der Schleppkolben 18 folgt dieser Bewegung
zunächst nicht, so daß die Stahllamellen i9 durchgebögen werden. Die dadurch erzeugte
elastische Rückstellkraft wirkt zusätzlich zur gesteigerten elastischen Rückstellkraft
der Pendelfeder 26, so daß die Schwingbewegung des Fliehpendels 24 vorzeitig aufhört.
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Da sich bei der erwähnten Schwingbewegung der Pendelstift 21 von der
Düse, also vom Rohrfortsatz i i, entfernt, sinkt der Flüssigkeitsdruck unter dem
Stufenkolben 7, so daß dieser durch den von oben auf ihn wirkenden Flüssigkeitsdruck
so lange nach unten gestoßen wird, bis die Düse wieder gleich nahe an (las Ende
des Stiftes 21 herangerückt ist wie vor der Störung. Der Stufenkolben 7 schiebt
daher den Hebel i nach unten, wodurch z. B. nicht gezeigte Ventile, welche dieTreibflüssigkeit
zu der zu regelnden Turbine zulassen, etwas geschlossen werden, worauf der Drehzahlanstieg
abklingt.
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Nachträglich drängt der unter dem Druck der gespannten Federlamellen
i9 stehende Schleppkolben 18 Druckflüssigkeit von seiner Oberseite durch die Bohrung
29 und mindestens eine der Bohrungen 30, 31, 32 auf,seine Unterseite. Die zusätzlich
von den Federlamellen i9 auf den Pendel-Stift 21 ausgeübte Kraft verschwindet daher,
das Fliehpendel 24 des Pendelreglers schwingt weiter nach außen und der Stufenkolben
7 setzt die Schließbewegung der Einlaßventile der zu regelnden Kraftmaschine weiter
fort, bis die anfänglich noch vorhandene, zu große Drehzahlabweichung verschwunden
ist.
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Ganz analog, aber in entgegengesetzter Richtung verlaufen die Bewegungsvorgänge,
wenn an Stelle einer Drehzahlsteigerung ein Drehzahlabfall auf den Regler einwirkt.
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Wichtig ist, daß bei jeder auftretenden Drehzahländerung der Schleppkolben
18 zu Beginn der Bewegung des Pendelstiftes 21 stehenbleibt, da nur dann in den
Stahllamellen i9 eine Spannung erzeugt wird. Der Kolben 18 bleibt aber nur dann
stehen, wenn auf mindestens einer Kolbenseite ein praktisch inkompressibles Flüssigkeitspolster
vorhanden ist. Im Schleppkolbenraum vorhandene Lufteinschlüsse werden am sichersten
aus diesem Rauine ausgetrieben, wenn letzterer unter Flüssigkeitsdruck gesetzt wird.
Der Entlüftungsvorgang wird dabei, da der Schleppkolben 18 koaxial zur Pendelreglerachse
angeordnet ist, durch die Fliehkräfte wesentlich unterstützt, da sich Lufteinschlüsse
sofort zentral oben bei der Pendelstiftdurchführung 17 ansammeln und durch den hier
vorhandenen Dichtungsspalt nach außen entweichen. Der Raum über dem Kolben 18 ist
daher sicher vollständig entlüftet. Unterhalb des Schleppkolbens 18 befindliche
Luft entweicht durch den Spalt zwischen Pendelstift 21 und Schleppkolben 18 in den
Raum oberhalb des Kolbens 18. Da durch die Bohrung 27 im Pendelstift 21 keine Luft
gegen den Leckflüssigkeitsstrom aufsteigt, ensteht unter dem Schleppkolben 18 ein
parabolischer Luftbecher, dessen Öffnung dem Durchmesser des Stiftes 2i gleich ist
und in der Höhe von Querbohrungen 5o im Stift 21 liegt. Dieser Luftbecher wird am
besten mit festem Material ausgefüllt, wozu die weiter oben erwähnte Mutter 2o dient.
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Bei sehr rasch laufenden Pendeln wird der Luftbecher sehr tief; die
Luft muß dann durch ein in die Bohrung 27 zentral eingestecktes, nicht dargestelltes
Kapillarröhrchen, welches oben in eine Querbohrung des Pendelstiftes mündet, ins
Freie entlüftet werden.
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Da die Druckfliissigk@it unter den Schleppkolben 18 geführt wird,
würde, wenn aus dem Raume über demselben Flüssigkeit wegleckt, der Kolben 18 aus
seiner neutralen Lage ausgelenkt, so daß die Lamellen i 9 ständig gespannt wären,
was zu falschen Pendelstifthüben führen @viirde. Die von den Scheiben 15 und 17
gebildete Dichtungsdurchführung des Pendelstiftes 21 ist daher in zwei Teile aufgeteilt.
Der erste Teil, das heißt die Dichtungsscheibe 17, sperrt den Raum über (lern Kolben
i8 gegen den Raum unter demselben ab. Der zweite Teil, das heißt die Scheibe 15,
(lichtet den Raum unter dein Kolben 18 nach atißc,i ab. Auf diese
Weise
ist eine Dauerleckage. aus dem oberen Raum verunmöglicht, da der Raum zwischen den
Scheiben 1 5 und 17 mit dem Inneren des Schleppkolbenzylinders verbunden ist. Die
Dauer der Wirkung des Schleppkolbens 18 kann durch Verstellen des Stempels 36 verändert
werden. Dieser Stempel 36 wird durch den im Schleppkolbenraum wirkenden Flüssigkeitsdruck
nach unten gegen die Schraube 38 gepreßt. Letztere kann im Betrieb von außen verstellt
und mit der Gegenmutter 37 gesichert werden.
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Infolge der koaxialen Anordnung des Schleppkolbens 18 heben sich die
auf diesen wirkenden Fliehkräfte gegenseitig auf, so daß keine zusätzlichen Reaktionsdrücke
auf denselben wirken und keine zusätzlichen Reibungskomponenten entstehen. Der Kolben
18 gleitet daher trotz kleinen Spieles sehr leicht. Infolge der Kreiselwirkung stellt
er sich ferner von selbst in die ricihtige Achsrichtung ein, sofern er nicht schon
durch das Lamellenpaket i9 in diese Richtung gedrängt wird. Er muß daher nicht besonders
geführt werden, was wiederum eine kurze, reibungsfreie Bauweise ermöglicht.
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In der Figur ist der Pendelstift in entlasteter Ausführung veranschaulicht,
indem auf seine untere und auf seine obere, der Düsenfläche gegenüberliegende Stirnfläche
der gleiche totale Flüssigkeitsdruck wirkt. In gewissen Fällen wird die Druckflüssigkeit
besser gesondert von unten und nicht durch den hohl ausgebildeten Pendelstift in
den Raum des Schleppkolbens eingeführt, indem die spezielle Art der Zuführung der
Druckflüssigkeit auf die Entlüftung des Schleppkolbenraumes und das reibungsfreie
Gleiten des Schleppkolbens ohne Einfluß ist.