DE923342C - Geschwindigkeitsregler, insbesondere fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Geschwindigkeitsregler, insbesondere fuer Kraftmaschinen

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DE923342C
DE923342C DEH8600A DEH0008600A DE923342C DE 923342 C DE923342 C DE 923342C DE H8600 A DEH8600 A DE H8600A DE H0008600 A DEH0008600 A DE H0008600A DE 923342 C DE923342 C DE 923342C
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DE
Germany
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liquid
chamber
speed
pressure
changes
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Expired
Application number
DEH8600A
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English (en)
Inventor
Nicolas Worthing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harland Engineering Co Ltd
Original Assignee
Harland Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

  • Geschwindigkeitsregler, insbesondere für Kraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Drehzählregler, insbesondere für Kraftmaschinen, bei dem Änderungen von Geschwindigkeit und Beschleunigung in Druckänderungen einer Flüssigkeit umgeformt und diese Druckänderungen dazu benutzt werden, um eine Steuerwirkung auszuüben.. Insbesondere in Kraftmaschinen wird der durch den Regler gesteuerte Flüssigkeitsdruck durch eine Verbindungsleitung zu einem entfernt liegenden Schalter geleitet, der auf die Druckänderungen anspricht und die Steuerungsmittel der Kraftmaschine in Tätigkeit setzt, um deren Drehzahl zu regeln.
  • Zweck der Erfindung ist die Schaffung solcher Geschwindigkeitsregler einer neuen und verbesserten Konstruktion.
  • Ein Drehzahlregler, bei dem Änderungen von Geschwindigkeit .und Beschleunigung in Druckänderungen einer Flüssigkeit umgesetzt werden, besteht nach der Erfindung aus folgenden Teilen: r. einem rotierenen Glied (Drehglied), das den Geschwindigkeitsänderungen unterworfen ist, 2. einer von diesem Drehglied getragenen Flüssigkeitskammer, 3. Einrichtungen, um dieser Flüssigkeitskammer eine beschränkte Flüssigkeitsmenge unter Druck zuzuführen, 4. einem Flüssigkeitsaustritt aus der Flüssigkeitskammer und zu dessen Steuerung einem Ventilglied, das der Flüssigkeitsdruck in der Kammer, zu öffnen bestrebt ist und das unter der Wirkung der Fliehkraft relativ beweglich ist, wodurch sich seine Abhängigkeit von der Drehzahl ergibt, 5. drehbaren trägen Massen und einer Antriebsverbindung zwischen diesen! und dem er-. wähnten Drehglied, G. einem elastischen Mittel in dieser Antriebsverbindung und einem Zwischenglied, das auf Relativbewegungen zwischen dem Drehglied und den trägen Massen anspricht und dadurch eine weitere Steuerung der über das Ventilglied austretenden Flüssigkeit bewirkt, wodurch sich die Abhängigkeit vom! der Beschleunigung ergibt.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete . Vorrichtung ist speziell anwendbar als Geschwindigkeitsregler für Wasserturbinen u. dgl.; die Änderungen des Öldruckes in der Kammer werden dabei benutzt, um die Schieber im Zuflußrohr durch irgendwelche bekannten Schalter zu betätigen. Ein geeigneter Schalter, der sich zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet, wird weiter unten beschrieben.
  • An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung an beispielsweisen Ausführungen erläutert.
  • Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt durch eine nur geschwindigkeitsbeeinflußte Vorrichtung, mit der Aufgabe, ,di,e Wirkungsweise der Erfindung ohne Berücksichüi@gung des Beschleunigungsfaktors zu erläutern; Fig.2 ist ein ähnlicher schematischer Längsschnitt derselben Ausführungsart, aber vollständiger in Einzelheiten und einschließlich einer Einrichtung zum Ansprechen ,auf Beschleunigung; Fig. 3 Ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 Ist ein Querschnitt einer Abänderung eines Details aus der in Eig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung; Fig. 5 ist ein schematischer Längsschnitt eines Schalters, der durch die geschwindigkei.tsbeeinflußte Vorrichtung betätigt werden kann.
  • In Fig. i besteht das Drehglied, das den Geschwindigkeitsänderungen, auf die die Vorrichtung ansprechen soll, unterworfen ist, aus einem Arm i, der auf die Welle :2 saufgekeilt ist; diese wird von der nichtdargestellten Kraftmaschine angetrieben. Der Arm i trägt in passendem Abstand von der Welle eine Ölkammer 3 mit einer kreisrunden Öffnung gegenüber der Welle. Diese Öffnung wird durch ein frei bewegliches Kugelventil 4 zwischen der Öffnung und der Welle versperrt.
  • Ein Ölkanal 5 verbindet die Ölkammer 3 mit einer in der Welle 2 vorgesehenen Höhlung 5a, die zu einer öldicht an die Welle anstoßenden stationären Kammer 6 führt.
  • Öl aus einem Druckbehälter p wird durch ein Rohr 7 über eine Verengung 8 in die stationäre Kammer 6 geleitet und tritt durch die Ver!bi.ndungskanäle in die umlaufende Kammer 3 ein, von wo es durch die von der frei beweglichen Ventilkugel 4 beherrschte Öffnung austritt. Ein Fallen der Kugel nach der Welle hin wird durch die Bauteile verhindert, die dem Ansprechen auf Beschleunigung dienen.
  • Im Betrieb wirken zwei Kräfte an der frei beweglichen Kugel einander entgegen: nach außen die Fliehkraft der Kugel und nach innen die Kraft, die von .dem Öldruck in der umlaufenden Kammer 3 herrührt. Wenn die letztere Kraft überwiegt, so .hebt sich die Kugel ein wenig von ihrem Ventilsitz ab und der sichergebende Ölfluß oder die Zunahme, des Ölflusses .an der Kugel vorbei senkt,den Druck in d er Kammer 3, :da die Verengung 8 zur Wirkung kommt. So nimmt die Kugel .selbsttätig eine Stellung ein, in der die beiden Gegenkräfte im Gleichgewicht sind. Somit ist der Druck .in der Kammer 3 dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional.
  • Der Druck in der stationären Kammer 6 ist gleich dem Druck in der Kammer 3 minus der Fl.iehkrafthöhe der Ölsäule am Radius des Ventilsitzes. Diese Druckhöhle ist ebenfalls dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional. Somit Ist der Druck in der stationären Kammer 6 ebenfalls dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional.
  • Sofern der Druck in der Speiseleitung oberhalb eines vorherbestimmten Wertes erhalten bleibt, wird der Druck in der Kammer 6 durch Druckänderungen -in der Zuleitung nicht beeinflußt werden, .sondern nur von der Geschwindigkeit des Drehgliedes i abhängen. Ein Abzugrohr ig führt das ausgetretene Öl aus dem Gehäuse 2o ab.
  • Ein Rohr 9 überträgt diesen Druck in der Kammer 6 zu einem entfernt gelegenen Schalter, der auf Druckveränderungen ansp,rücht. Ein solcher Schalter kann auf viele Arten konstruiert werden; ein Beispiel eines solchen wird weiter unten beschrieben.
  • In den Fig. 2 und 3 ist ein Schwungrad io mit Wälzlagern i i auf der Welle 2 gelagert. Eine Druckfeder 12 zwischen einem Arm ioa an dem Schwungrad und einem Vorsprung ja am Arm i übt ein Drehmoment aus, das das Schwungrad relativ zur Welle entgegen der im Uhrzeigersinn (von links her ,gesehen) erfolgenden Drehung der Welle zu verdrehen bestrebt ist. Dieses Drehmo.ment wird aufgehoben .durch eine Gegenkraft von der Ventilkugel 4, .die über ein Zwischenglied in Gestalt eines gebogenen Trägers 13 zur Wirkung kommt, dessen eines Ende an einem Vorsprung ib des Armes i drehbar gelagert ist, während- sich das andere Ende an dem Arm ioa abstützt. Die Feder 12 stellt in diesem Falle das obenerwähnte elastische Glied in der Antriebsverbindung für das Schwungrad io dar.
  • Wenn keine Beschleunigung vorhanden ist, so übt der Träger 13 auf die Kugel 4 eine Kraft aus, die nur von :der Feder 1ä bestimmt ist. Diese Kraft .ist bestrebt, den Ölaustritt aus der Kammer 3 zu versperren und erzeugt eine beständige Zunahme des Druckes in den beiden Kammern 3 und 6.
  • Wenn die Kraftmaschine schneller wird, so übt deT Träger 13 auf die frei bewegliche Kugel 4 eine zusätzliche Kraft aus, .die der Beschleunigung und dem Trägheltsmomnen:t des Schwungrades io proportional ist. Diese zusätzliche Kraft erzeugt einen zusätzlichen Druck in den beiden Ölkammern.
  • Während der Verzögerung wird die, von der Feder i2 verursachte beständige Druckzunahme durch einen der Verzögerung proportionalen Betrag vermindert.
  • In Fig. 4 sind der Träger 13 und der VorsprUng ib weggelassen. Das neben der Kugel 4 austretende Öl wird in einer Kammer 14 aufgefangen, die eine Öffnung 15 in einer radialen Ebene hat, Ein Zwischenglied in Gestalt eines Ventilarmes iol am Schwungrad ist unter der Wirkung der Feder 12 bestrebt, diese Öffnung 15 zu verschließen, und schafft so einen konstanten Druck in.der Kammer 1d., der durch seine Wirkung auf den Ventilarm iob .das Drehmoment von der Feder 12 her aufhebt. Der Druck in der Kammer 14 drückt die Kugel q. nach außen und vergrößert den Druck in den Kammern 3 und 6 um denselben Betrag.
  • Während der Beschleunigung steigt der Druck in der Kammer 14 um einen zusätzlichen Betrag, der der Beschleunigung und dem Trägheitsmoment des Schwungrades io proportional ist. Drieser zusätzliche Druck erzeugt einen zusätzlichen Druck in den Kammern 3 und 6.
  • Währ iend der Verzögerung wird der Druck in der Kammer 1.4 um einen der Verzögerung proportionalen Betrag vermindert.
  • In der Fig. 5 tritt der eingeregelte Druck aus der Kammer 6 des Reglerorgans durch :das Rohr 9 in den Steuerzylii der ioi .ein. Der Steuerkolben i02 bildet mit dem entlasteten Zweiwegkolbensch.i@eber 102a und .dem Bund io2b ein Ganzes. Die Kraft am Steuerkolben wird durch die Kraft der auf den Bund 102U wirkenden Feder 103 aufgehoben, so daß bei richtiger Geschwindigkeit der Kolbenschieber in der Mittelstellung ,steht. Das andere Ende der Feder 103 .drückt gegen einen Bund io4b am Ende der Welle i04, die in Lagern 105 läuft. Das Stirnrad 1od.a steht im Eingriff mit einem Ritzel i06 auf der Welle einer kleinen Ölturbine oder eines Elektromotors, wodurch die Welle io.i in Drehung versetzt wird. Die Feder 103 überträgt :die Drehung auf den Steuerkolb@enschieber i02; .durch die Drehung des Steuerkolbens wird die Wirkung der Reibung vermindert und die, Genauigkeit erhöht.
  • Wenn die Geschwindigkeit der Kraftmaschine zu hoch ist, so steigt der Druck im Steuerzylinder ioi über Aden normalen Stand. Der Steuerschieber io2a wird nach links verschoben und läß.t Öl aus dem Vorratsbehälter p' in den Zylinder i i i eintreten, während der Zylinder 112 nach dem Auslaß d' geöffnet wird. Der Relaiskolben i09 setzt sich in Bewegung und verschiebt den entlasteten Zweiwegrelaiss:chieber nach rechts. Gleichzeitig verschiebt Ader mit dem Relaiskolben i09 ein Ganzes bildende Bund iogb .das untere Ende des Hebels i08 nach rechts herüber. Der Hebel i08 hat seinen Drehpunkt bei A; :daher bewegen sich der Punkt B, das Längslager 107 und die Welle i0.4 nach rechts. Dies drückt die Feder 103 zusammen, so daß der Steuerschieber i02 wieder in seine Mittelstellung zurückgeht und eine weitere Bewegung des Relaisschiebers zum Stillstand bringt. Auf diese Weise wird der Relaisschieber um eiinen Betrag, Ader der Abweichung in der Geschwindigkeit proportional -ist, aus seiner Lage gebracht. Diese Verschiebung läßt Öl aus der Druckzuleitung p" in den rechten Teil des Servomotors 114 eintreten, der Kolben 115 mit der Kolbenstange I ,5b bewegt sich nach links und treibt die Steuerungsmittel Ader Kraftmaschine an, um die Geschwindigkeit herabzusetzen.
  • Die Einstellung auf eine bestimmte Geschwindigkeit erfolgt durch Verschiebung des Drehpunktes A für .den Hebel i08. Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, muß das Ende C der Stange 116 nach rechts verlegt werden.
  • In solchen Fällen, wo die K:raftmas hine nur einen relativ klieinen Servomotor zur Betätigung ihrer Steuerungsmittel braucht, kann der mit Drucköl betriebene Servomotor unmittelbar dumch den Steuerschieber betätigt werden; der Relaisschieber und der Hebel i08 sind dann entbehrlich.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Geschwindigkeitsregler, insbesondere für Kraftmaschinen, bei dem Änderungen von Geschwindigkeit und Beschleunigung in Druckänderungen einer Flüssigkeit umgeformt werden, gekennzeichnet,durch i. ein den Drehzahländerungen unterworfenes rotierendes Glied (Drehglied 1, 2), 2. eine von dem Drehglied getragene Flüssigkeitskammer (3), 3. Einrichtungen (5, 6), um dieser Kammer eine beschränkte Menge Flüssigkeit unter Druck zuzuführen, d.. einen Flüssigkeitsaustritt aus der Kammer und zu dessen Steuerung ein Ventilglii-ed (d.), das .der Druck in der Kammer zu öffnen .strebt und das unter der Wirkung der Fliehkraft relativ beweglich ist, wodurch sich d :ie Abhängigkeit von der Drehzahl ergibt, 5. drehbare träge Massen (io) und eine Antriebsverbindung zwischen diesen und dem Drehglied (1, 2), 6. ein elastisches Mittel (12) in dieser Antriebsverbindung und ein Zw Ischenglied (13), das auf Ralativbewegungen zwischen dem Drehglied und den trägen Massen anspricht und dadurch eine weitere Steuerung der über das Ventilglied (q.) austretenden Flüssngkeit bewirkt, wodurch sich die Abhängigkeit von der Beschleunigung ergibt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß -der Austritt der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer (3) gegen die Drehachse, gerichtet ist und als Ventilglied eine frei bewegliche Kugel (q.) dient, die unter der Wirkung der Fliehkraft den Flüssigkeitsaustritt entgegen .dem Druck in der Flüssigkeitskammer (3) zusperren bestrebt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch :gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (3) durch eine drosselnde Einrichtung (8) mit einer beschränkten Menge Flüssigkeit unter Druck gespeist wird. d..
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bi,s 3, dadurch gekennzeichnet, d,aß das Drehglied aus einer den Geschwindigkeitsänderungen unterworfenen Welle (2) und einem .damit verbundenen, die Flüssigkeitskammer (3) tragenden Arm (i) besteht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (3) die Flüssigkei: tdurch eine an .die Welle (2) sich öldicht anschließende stationäre Kammer (6) und einen Kanal (5, 5a) in Welle (2) und Arm (i) zugeführt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als drehbare träge Masse ein von dem Drehglied (i, 2) angetriebenes Schwungrad (io) ,dient.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, .daß als elastisches Mittel :.in der Antriebsverbindung der drehbaren trägen Massen eine Feder (12) dient, die zwischen Teilen des Drehgliedes (i, 2) einerseits und der trägen Masse (io) andererseits angeordnet ist. B. Vorrichtung nach einem :der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenglied ein Träger (13) dient, .der auf -das Ventilglied (4) einzuwirken ,geeignet ist, wobei das eine Ende des Trägers (bei ib) an dem Drehglied (i) angelenkt ist, während das andere Ende (bei ioa) durch diedrehbare träge Masse (zo) bewegt werden kann. g. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 7; dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenglied ein Ventilarm (iob) dient, dar von der drehbaren trägen Masse (io) getragen wird und so angeordnet ist, daß er dicht an einer Öffnung (15) anliegt, .die sich in einem ans der Flüssigkeitskammer (3) führenden Kanal auf der :dem Ventilglied (q.) entgegengesetzten Seite befindet. i o. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis g, @gekennzeichnet .durch die Kombination .des Geschwindigkeitsreglers m.it einem an sich bekannten '-hydraulischen Schalter (Eig. 5), .dem eine ,durch den Geschwi.ndigkeitsvegler gesteuerte Flü.ssi,gkeitsmenge zugeführt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1233269B (de) * 1961-09-07 1967-01-26 Hans Kalb Hydraulischer Drehzahlregler

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1233269B (de) * 1961-09-07 1967-01-26 Hans Kalb Hydraulischer Drehzahlregler

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