-
System zur Geschwindigkeitsregelung Die vorliegende Erfindung betrifft
mechanische Anordnungen mit einem einzigen Elektromotor, der sowohl Organe antreibt,
die eine genau geregelte Drehgeschwindigkeit benötigen, wie auch andere Organe,
die erhebliche Geschwindigkeitsabweichungen vertragen können.
-
Es sind bereits derartige mechanische Anordnungen bekannt, bei welchen
der Elektromotor alle Orgahe:.mit derselben Geschwindigkeit antreibt. Die Drehgeschwindigkeit
der Gesamtanordnung wird durch..einen einzigen Regler bestimmt, der im allgemeinen
ein auf den Speisestrom des Motors einwirkender Kontaktregler ist. Eine derartige
Anordnung weist zählreiche Fehler auf. Da die Drehgeschwindigkeit für die Gesamtheit
des Apparates festgelegt wird, unterliegen die Organe, welche eine genau konstante
Geschwindigkeit benötigen, dem Einfluß aller plötzlichen und oftmals bedeutenden
Schwankungen des Widerstandsmomentes, wobei die Schwankungen von den Organen herrühren
können, welche ihrerseits Geschwindigkeitsabweichungen vertragen können. Man bekämpft
im allgemeinen diese Wirkung, indem man den Motor reichlich bemißt, was die Apparatur
schwer macht und den Gestehungspreis sowie die Stromkosten erhöht. Ferner kann man
unabhängig von der Art des Speisestromes nur Kollektormotore benutzen, während es
bei Vorhandensein von Weehselstrom, was meist der Fall ist, vorteilhaft wäre, kollektorloseMotoren
zubenutzen. Schließlich bewirken die Kontakte des elektrischen Reglers starke Störungen
für den. Rundfunkempfang
und benachbarte elektronische "Schaltungen,
und ihre Abnutzung bewirkt eine Veränderung der Geschwindigkeitseinstellung, wodurch
eine häufige Nachprüfung erforderlich wird.
-
Die Erfindung bezweckt den Antrieb der genannten Anordnungen durch
einen einzigen Elektromotor mit wenig veränderlicher Geschwindigkeit, z. B. einen
Nebenschluß= oder Kompoundmotor mit konstanter Geschwindigkeit für Gleichstrom,
einen synchronisierten oder nichtsynchronisierten Asynchronmotor für Wechselstrom,
wobei die Organe, welche die normalerweise für diese Motorarten zugelassenen Geschwindigkeitsabweichungen
vertragen, unmittelbar angetrieben werden, während die Organe, welche eine genau
konstante Geschwindigkeit benötigen, 'über eine Regelvorrichtung angetrieben werden,
die ein konstantes Moment ausübt und auf der Antriebsseite einen Geschwindigkeitsunterschied
zuläßt,, z. B. -eine Reibungsvorrichtung, wobei die Geschwindigkeit der über die
Reibungsvorrichtung angetriebenen Organe durch ein genau arbeitendes Reglersystem
geregelt wird, und zwar vorzugsweise durch einen mechanischen Regler, welcher durch
Reibung die verfügbare überschüssige Energie vernichtet.
-
Bekanntlich ist das Reibungsmoment von der gegenseitigen Geschwindigkeit
der miteinander in Verbindung stehenden Teile unabhängig, sobald ein noch so kleiner
Schlupf auftritt. Der Motor muß sich daher unter den ungünstigsten Bedingungen mit
einer Geschwindigkeit drehen, die merklich größer als die der geregelten Welle ist.
Bei Erfüllung dieser Bedingung empfängt die geregelte Welle dauernd von dem Elektromotor
ein merklich konstantes Antriebsmoment. -Man erhält jedoch auf diese Weise nur ein
angenähert konstantes Antriebsmoment. Der Reibungskoeffizient ist nämlich nur mit
geringer Genauigkeit bestimmt und schwankt mit der Zeit in Abhängigkeit von der
Temperatur und dem Zustand der einander berührenden Flächen. Andererseits kann sich.das
von der geregelten Welle herrührende- entgegengesetzte Widerstandsmoment ändern,
sei es, daß das Widerstandsmoment der angetriebenen Wellen aus konstruktiven Gründen
veränderlich ist, sei es, daß es ebenfalls von Reibungen abhängt. Wenn man daher
eine genaue Konstanz der Geschwindigkeit erhalten will, ist es nötig, daß der Regler
isochron ist, d. h. daß er durch das sich zwischen der von der Fliehkraft erzeugten
Kraft und den dieser entgegenwirkenden Federspannungen einstellende Gleichgewicht
eine Leistung vernichten kann, die schwanken -kann, ohne daß die Geschwindigkeit
des Reglers selbst sich ändert. Es sind bereits isachrone Reibungsregler- bekannt;
diese sind jedoch im allgemeinen umfangreich und schwach. Manche von ihnen weisen
nur ein der Fliehkraft ausgesetztes Fliehgewicht auf. Unter der Einwirkung der Drehung
entfernt sich dieses Fliehgewicht von seiner Drehachse, wodurch der Apparat störende
Erschütterungen erleidet.
-
Erfindungsgemäß treibt die geregelte Welle einen ausgewuchteten Regler
mit doppeltem- Fliehgewicht an, bei welchem das Reiborgan nicht - eine bestimmte
Stellung einnimmt, sondern der Einwirkung einer Feder ausgesetzt .ist, deren Reaktion-
in das Gleichgewicht der auf dieses Fliehgewicht ausgeübten Kräfte eingeht. Dieser
Regler kann infolgedessen zu einem .tadellosen Isochionismus gebracht werden.
-
Die Erfindung besteht somit ganz allgemein in der Kombination eines
Elektromotors mit wenig veränder-:licher Geschwindigkeit mit einer Vorrichtung zum
Reibungsantrieb einer Welle mit einer Geschwindigkeit, welche durch einen Regler
begrenzt wird, welcher den verfügbaren Leistungsüberschuß vernichtet, wobei die
so geregelte Welle ihrerseits eine oder mehrere Wellen mit genau bestimmter Geschwindigkeit
antreiben kann, wobei die Kenngrößen des Motors so bestimmt sind, daß er sich unter
den ungünstigsten Umständen mit "einer@Geschwindigkeit dreht, die größer als die
der geregelten Welle ist.
-
Die Erfindung besteht, genauer ausgedrückt, in der Kombination eines
Nebenschluß- oder Kompoundelektrom.otors mit konstanter Geschwindigkeit für Gleichstrom
oder auch eines synchronisierten oder nicht synchronisierten Asynchronmotors für
Wechselstrom .-mit.- einer Reibungsvorrichtung, welche mit Schlupf eine" Welle antreibt,
-welche ihrerseits einen Regler antreibt; der aus zwei gleichen Armen besteht, die
durch eine Verzahnung so miteinander verbunden sind, daß sie stets zu der Drehachse
dieses Reglers symmetrisch stehen und gegeneinander durch eine Regelfeder gezogen
werden, wobei jeder dieser beiden Arme zwei Fliehgewichte trägt und durch einen
Lenker die Verschiebung einer kreisförmigen Platte längs der Reglerwelle steuert,
welche mit einem Reiborgan in Berührung kommen kann, wobei die Befestigungspunkte
der Fliehgewichte und der Regelfeder an jedem Arm auf einer durch den Schwenkpunkt
dieses Armes gehenden Geraden liegt,während derBefestigungspunkt dieses Lenkers
auf einer zu dieser Geraden senkrechten, durch den Schwenkpunkt dieses Armes gehenden
Geraden liegt, wobei das Reiborgan gegen die bewegliche Scheibe durch eine Feder
mit der- Anfangsspannung Null gedrückt wird, welche so eingestellt ist, daß die
auf diese Scheibe ausgeübte Kraft Null ist, wenn sich der Regler in Ruhe befindet.
-
Das Verständnis der Erfindung wird jedenfalls durch die ergänzende
nachstehende Beschreibung und die Zeichnung erleichtert werden, welche hautsächlich
ein beispielshalber angegebenes Schema ist.
-
Allgemeinanordnung: Gemäß einer auf der einzigen Abbildung der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform der Erfindung treibt der Elektromotor i entweder unmittelbar
oder über eine Übersetzung oder Untersetzung,-z. B. eine Schnecke 2 und ein Schneckenrad
3, die Nutzwellen 4 an, von denen eine einzige dargestellt ist, an welchen die nicht
dargestellten Organe angebracht sind, welche erhebliche Geschwindigkeitsänderungen
vertragen können.
-
An der Motorwelle g ist ferner eine Antriebsscheibe 6 angebracht,
welche eine oder mehrere Antriebsklauen 7 trägt, welche eine durch eire Feder g
zwischen einer Reibungsscheibe io und einer Scheibe ii eingepreßte Scheibe 8 antreiben.
Die durch die Feder g; die Reibungsscheibe io -und die Scheibe ii gebildete Anordnung
ist mit der Welle z2 starr verbunden, welche über Übersetzungs- oder -Untersetzungsorgane
mit konstantem
Übersetzungsverhältnis, z. B. die Schnecken 13 und
14 und die Schneckenräder 15 und 16 einerseits die Nutzwellen 17, von denen nur
eine dargestellt ist, an welcher die nicht dargestellten Organe angebracht sind,
die. eine genau konstante Drehgeschwindigkeit erfordern, und andererseits eine Welle
18 antreibt, welche ihrerseits, vorzugsweise durch ein Schneckenrad i9 über eine
Schnecke 2o, einen Geschwindigkeitsregler 21 antreibt.
-
Es ist klar, daß bei einer derartigen Anordnung sich der Elektromotor
i mit der Geschwindigkeit dreht, welche sich aus seinen elektrischen Kenngrößen,.
der Speisespannung und den Widerstandsmomenten ergibt, welche von den unmittelbar
angetriebenen Nutzwellen 4 einerseits und der Reibung bei 8 andererseits herrühren.
Die Gesamtheit der Wellen 12, 17 und 18 dreht sich mit der Geschwindigkeit des.
Motors, solange diese kleiner als die Geschwindigkeit ist, bei welcher der Regler
21 anspricht, und mit.der durch diesen erzwungenen Geschwindigkeit, wenn der Motor
die Regelgeschwindigkeit überschreitet, da dann ein Schlupf zwischen der Scheibe
8 einerseits und den Scheiben io und ii andererseits auftritt. Es genügt, daß die
Kenngrößen des benutzen Motors so gewählt sind, daß seine Geschwindigkeit stets
größer als die Regelgeschwindigkeit ist,. damit die Anordnung 12, 17 und 18 mit
einem konstanten Moment angetrieben wird, welches dem durch die Reibung bei.8 übertragenen
entspricht.
-
Der Regler weist zwei Arme 22 und 23 auf, welche um Achsen 24 und
25 schwenkbar sind, die an dem von der Welle 27 getragenen Teil 26 befestigt sind.
Jeder der Arme 22 und 23 trägt zwei Fliehgewichte 28 und 29 bzw. 30 und 31. Sie
werden durch eine Feder 32 gegeneinandergezogen und stehen miteinander über Zahnsektoren
33 und 34 im Innern des in, der Welle 27 angebrachten Schlitzes im Eingriff. Wenn
sich die Welle 27 in Ruhe befindet, liegen sie mit den Nasen 36 und 37 aneinander
an.
-
Die Arme 22 und 23 tragen Schwenkzapfen 38 und 39, welche über die
Lenker 40 und 41 die von der Fliehkraft erzeugte Kraft auf die Scheibe 42 übertragen,
welche durch. die Drehung der Welle 27 angetrieben wird und längs dieser Welle gleiten
kann. Die Scheibe 42 drückt bei der Spreizung der Arme 22 und 23 auf ein Reiborgan
43, welches mit einer Feder 44 belastet ist.
-
Man sieht, daß sich die über die Zahnsektoren 33 und 34 miteinander
im Eingriff stehenden Arme 22 und 23 stets um denselben Winkel von ihrer Ruhestellung
entfernen. Wenn sie in dieser Lage zu der .Achse 27 symmetrische Stellungen einnehmen,
bleiben sie zu dieser Achse während ihrer Bewegungen symmetrisch Wenn daher die
Fliehgewichte 28 und 29 den Fliehgewichten 3o bzw. 31 gleich sind, ist der Regler
in -allen seinen Bewegungen ausgewuchtet.
-
Ferner sind die Fliehgewichte 28 und 29, die Schwenkachse 24 und das
Loch-45 zur Befestigung der Feder 32 auf einer Geraden angeordnet. Der Schwenkzapfen
38 liegt auf einer durch 24 gehenden, zu dieser Geraden senkrechten Geraden und
überträgt die von ihm empfangene Kraft sehr genau senkrecht auf die Scheibe 42.
Ebenso liegen die Fliehgewichte3o und 31, die Schwenkachse 25 und das Loch 46 zur
Befestigung der Feder 32 auf einer Geraden, während der Schwenkzapfen 39 auf einer
bei 25 auf dieser Geraden senkrecht stehenden Geraden liegt und die empfangene Kraft
ziemlich genau senkrecht auf die Scheibe 42 überträgt. Es ist leicht einzusehen,
daß unter diesen Bedingungen die Gesetzmäßigkeiten der von der auf die Fliehgewichte
ausgeübten Fliehkraft herrührenden Kräfte einerseits, und der durch die Feder.44
ausgeübten Kraft -andererseits linear auf die Punkte 45 und 46 übertragen werden,
welche unmittelbar die ebenfalls. lineare Zugkraft erfahren, welche von der Feder
32 herrühren. Es ist somit möglich, durch eine geeignete Berechnung der einanderentgegenwirkenderiElemente
dieBedingungen eines vollständigen Isochronismus des Reglers für alle Stellungen
der Arme 22 und 23 herzustellen.
-
Wenn diese Bedingungen hergestellt sind und wenn aus irgendeinem Grund
die an der Welle 27 verfügbare Kraft zunimmt, spreizen sich die Arme 22 und - 23,
wodurch die Spannung der Feder 44 und infolgedessen der durch die Reibung hervorgerufene
Widerstand zunimmt, bis ein neues Gleichgewicht zwischen diesem und der an der Welle
27 verfügbaren Kraft auftritt, ohne daß sich die Regelgeschwindigkeit ändert.
-
Es ist zweckmäßig, daß die Feder 44 keine Anfangsspannung hat und
so geregelt ist, daß die in der Ruhestellung auf die Scheibe 42 ausgeübte Kraft
Null ist um nicht das Anlassen des Apparates zu behindern und die größtmögliche
Veränderung der von dem Regler aufgenommenen Kraft zu gewährleisten: Die Feder 32
kann so berechnet werden, daß die Isochronismusbedingungen für alle Stellungen des
Reglers verwirklicht werden.
-
Es ist leicht einzusehen, daß,. wenn die Isochronismusbedingungen
für bestimmte. Werte der Fliehgewichte hergestellt sind, bei einer Belastung der
Fliehgewichte 28 und 30, bei gleichzeitiger entsprechender Entlastung der Fliehgewichte
29 und 31,_ die Regelgeschwindigkeit für die Stellung ges Reglers die gleiche bleibt,
in welcher die Arme 22 und 23 zu der Achse 27 parallel liegen. Die Regelgeschwindigkeit
nimmt jedoch ab, wenn sich die Arme einander nähern, und nimmt zu, wenn sie sich
spreizen.- Umgekehrt bleibt bei einer. Entlastung der Fliehgewichte 28 und 3o und
bei einer gleichen Belastung der Fliehgewichte 29 und 31 die Geschwindigkeit des
Gleichgewichts der Kräfte für die Stellung des Reglers, in welcher die Arme 22 und
23 zu der Welle 27 parallel stehen, die gleiche, aber nimmt zu, wenn sich die Arme
einander nähern, und nimmt ab, wenn sie sich spreizen.
-
In diesem Fall ergibt der Regler bekanntlich eine labile Geschwindigkeit,
welche zwischen zwei Grenzwerten schwankt, ohne einen festen Wert anzunehmen.
-
Wenn man daher nach dem* Zusammenbau des Reglers feststellt,
daß die Regelgeschwindigkeit zunimmt, wenn sich die Arme spreizen, braucht man nur
die Fliehgewichte 28 und 30 zu verkleinern und die Fliehgewichte 29 und 31
zu vergrößern, um zu den Isochronismusbedingungen zurückzukommen. Umgekehrt, wenn
die Regelgeschwindigkeit labil ist, braucht man nur die Fliehgewichte 29 und 31
zu verkleinern und die Fliehgewichte 28 und 30 zu vergrößern, um zu den Isochronismusbedingungen
zurückzukommen.
-
Man erhält so eine große Genauigkeit und eine große Stabilität der
Regelgeschwindigkeit, und zwar unabhängig
von den Schwankungen
der Antriebskraft, welche von Veränderungen des Reibungsmomentes oder des von den
Nutzwellen 17 herrührenden Widerstandsmomentes oder von den möglichen Änderungen
des Reibungsmomentes des Reiborgans 43 herrühren.
-
Wenn man eine wenig stabile, abernurinbestimmten Grenzen veränderliche
Geschwindigkeit benötigt, braucht man nur die Feder 44 durch einen regelbaren Anschlag
zu ersetzen, der auf eine beliebige Entfernung von der Scheibe 42 eingestellt werden
kann. In diesem Fall nimmt die Regelgeschwindigkeit bekanntlich zu, wenn das an
der Welle 27 verfügbare Moment zunimmt. Sie ist somit weniger stabil und weniger
genau, kann jedoch durch einfache Verstellung des Anschlags verändert werden.
-
Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenenAusführungsformen
beschränkt, sondern umfaßt im Gegenteil auch alle Abwandlungen, insbesondere die,
bei welcher zur Übertragung des Momentes von der Welle 5 auf die Welle iz eine andere
als die beschriebene Vorrichtung benutzt wird, welche das gleiche Ergebnis liefert,
insbesondere ein Stapel von Scheiben, welche durch eine einzige Feder gegeneinandergedrückt
werden und abwechselnd mit der Welle 5 durch Kupplungsklauen 7 und mit der Welle
12,
starr verbunden sind.