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Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw. -überwachung Zusatz zum Patent
91& 391 Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw.
-überwachung, insbesondere für Kraftmaschinen. Bei dieser Vorrichtung wird der Durchfluß
einer Druckflüssigkeit mittels einer im Vorrichtungsgehäuse angeordneten Leitung
drehzahlabhängig gesteuert, indem in an sich bekannter Weise an einer umlaufenden
Welle und in deren Achse eine stabförmige Biegungsfeder befestigt ist. Diese Bicgungsfed@er
ist so angeordnet, daß ihr als Verschlußkörper ausgebildetes Ende einer nicht mit
der Welle umlaufenden Austrittsöffnung der gesteuerten Leitung gegenübersteht, so
daß der gesteuerte Druckflüssigkeitsausfluß zwischen der sich nicht drehenden Austrittsöffnung
.einerseits, und dem sich drehenden Verschlußkörper andererseitserfolgt. Diese Vorrichtung
wird nun in der Weise verbessert und ergänzt, daß die Schaltvorrichtung mittels
.des Flüssigkeits;schaltstromes die Maschine anlaufen läßt und sie bei Überschreitung
einer bestimmten "Drehzahl abschaltet, wobei die Abschaltung in einer solchen Weise
erfolgt, daß. die Maschine erst nach einer besonderen zusätzlichen mechanischen
Betätigung wieder anfahren kann. Zu diesem Zweck wird ein die undrehbare Austrittsöffnung
der gesteuerten Leitung tragender Schaltzapfen .durch einen bei Überschreiten einer
vorbestimmten Grenzlage der stabförmigen Biegungsfeder entstehenden Unterdruck in
eine Stellung gebracht, die einen ungehinderten Druckmittelausfluß. auch bei Stillstand
der Welle gewährleistet. Solange sich also der die Austrittsöffnung tragende
Schaltzapfen
in seiner Betriebslage befindet, wird der Betriebsdruck cler ' D@YÜCkflüssigkeit
aufrechterhalten; er bewirkt dann :entweder den Anlauf der Maschine oder :das Weiterlaufen
der Maschine. Ist jedoch infolge,eirner Überschreitung der vorgegebenen Drehzahl
der Schaltzapfen in die Ruhestellung verbracht, so kann .das Druckmittel ungehindert
ausfließen, so .daß die Druckflüssigkeit nicht eine erneute Inbetriebnahme der Maschine
bewirken kann.
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Zweckmäßig ist in .dem den Schaltzapfen. umgebenden Gehäuse wenigstens
ein Ringraum . angeordnet, der :einerseits über eine kalibrierte; im Schaltzapfen
vorgesehene Bobrung an die Flüssigkeitszufuhr und andererseits an die Austirittsöffnung
angeschlossen ist, welche einen gräl3,eren Querschnitt hat als ;die kalibrierte
Bohrung. Im Zusammenhang hiermit ist ferner- zweckmäßig .dieser Ringraum über eine
Verbindungsleitung an die Steuervorrichtung für :das Arbeitsmittel angeschlossen.
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Damit die Druckflüssigkeit auf den Schaltzapfen einen ihn bewegenden
Druck ausüben .kann, ist vorteilhaft an dem die Austrittsöffnung enthaltenden Teil
:dieses Schaltzapfens eine dem Ringraum zugewendete Schulter vorgesehen. .
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Die Wirkung wird verstärkt, wenn die Aueflußöffnung im Schaltzapfen
sich in Strömlmgsrichtung :erweitert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsb-espiel für_den Gegenstand der
Erfindung im Längsschnitt dargestellt, lind zwar zeigt Fig. i :die Stellung der
Schaltteile in der Betriebslage und Fig.2 die Stellung eines Teiles der Schaltteile
in der Stillstandsteilung der Vorrichtung.
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In -einer Längsbohning der Drehwelle 14 einer Kraftmaschine, z. B.
einer Dampfturbine, ist eine Flachfeder 13 mit ihrem nicht dargestellten, links
liegenden Ende eingespannt, während das freie, rechts liegende Ende dieser Flachfeder
13 eine Unwucht-Masse 15 trägt. Durch einen gegebenenfalls verstellbar ausgebildeten
Anschlag 22, der in die Bohrung der Drehwelle 14 vorsteht, erhält die Feder 13 in
ihrer Ruhestellung eine bestimmte Vorspazmung. Die rechts liegende axiale Endfläche
der Unwucht-Masse 15 steht dem inneren Ende einer Bohrung 23 so gegenübler, dadß
zwischen diesen beiden Teilen in der Ruhestellung der Feder i 3 gemäß. Fig. i nur
ein dümmer Spalt 24 verbleibt..
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Die Bohrung 23 ist in :einen Schaltzapfen 25 eingearbeitet, der in
einem Ansatz 26 des Gehäuses 27 axial gleitfähig gelagert ist und einen Knopf 20
od. dgl. trägt. Durch eine Leitung 28 wird dem Inneren :des Ansatzes 26 Drucköl
zugeführt. Dieses Drucköl tritt zunächst innerhalb .des Ansatzes 26 m einen. Ringraum
29 ein. Von dort gelangt es durch im Schaltzapfen 25 vorgesehene radiale Bohrungen
3o in .den Innenrauen 31 des Schaltzapfens 2 5, wobei dieser Innenraum im vorliegenden
Fall eine axiale Bohrung darstellt; welche auf der rechten. Seite durch: den Knopf
2o verschlossen wird. Von .dem Innenraum 31 .aus geht die Druckflüssigkeit-durch
eine kalibr ,fierte Rxoseelbohrung 32 und @eine"Qüerbohxung-g3, .ri@ den"Ringi"auän
34 de: Ansatzes 26. Aus :der Querbohrung 33 kann die Flüssigkeit durch die Längsbohrung
23 mm Spalt 24 gelangen. Bei. der in. Fig. i gezeigten Ruhelage der Feder 13 ist
der Spalt 24 nur sehr eng. Infolgedessen kann durch diesen Spalt nur weniger Drucköl
austreten, als .die Leitung 28 zuzuführen vermag. Infolgedessen wird das Drucköl
aus. dein Ringraum 34 teilweise in die hier angeschlossene zusätzliche Leitung 35
eintreten und in das Gehäuse 36 gelangen. In @diesem Gehäuse 36 ist ein Kolben 9
angeordnet, der durch eine Feder 37 belastet ist. Die Kolbenstange io dieses Kolbens
9 steuert beispielsweise das- Dampfventil der Turbine.
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Beim -Beginn der Arbeit steht der Kolben 9 infolge des Fehlens eines
Flüssigkeitsdruckes unter dem Einfluß der Feder 37 in seiner tiefsten Stellung 7nneThalb
des Gehäuses 36, wie dies durch die gestrichelte' Linie 9" angedeutet ist. Wird
nunmehr bei 28 Drucköl in :einer Menge zugeführt, die den Abflug bei 24 übersteigt,
so gelangt Drucköl durch die Leitung 35 in das Gehäuse 36 und hebt den Kolben 9
um das Maß h an. Dabei öffnet der Kolben über die Kolbenstange i o das nicht dargestellte
Dampfventil der Turbine. In der dann eingenommenen, mit vollen. Linien gezeichneten
Stellung bleiben .die beweglichen Teile 13, 25, 9 und i o so lange, -wie
die Turbine mit der ordnungsgemäßen Drehzahl. läuft. Wenn der Kolben 9 von dem Drucköl
in seine obere Stellung gebracht ist, so ruht das; Drucköl in der Leitung 3 5. In
den Ringräumen 29 und 34 des Ansatzes 26 herrscht infolge der Enge des Spaltes 24
.nahezu der gleiche statische Druck, .da die geringe, durch den Spalt 24 .abfließende
Ölmenge im Kreislauf in die L@itumg 28 zurückgebracht wird. Der Flüssigkeitsdruck
innerhalb der Rngkammex 34 drückt gegen die Schulter 38 des Schaltzapfens 25 und
preßt infolgedessen diesen Schaltzapfen 25 mit seinen Gleitlageransätzen 17 fest
gegen. das rechte Stirnende der Drehwelle 14.
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Wenn die Drehzahl der Welle 14 die vorher bestimmte Grenze, die meist
etwa i ö bis i 5 % über der Betriebsdrehzahl liegt, erreicht, so überwiegt die Fliehkraft
der Massei 5 die Vorspannung der Feder 13. Diese Feder biegt sich daher nun nach
der vorbestimmten Richtung hin -durch und erreicht :die in Fig. 2 dargestellte Stellung.
Dadurch vergrößert sich schlagartig der Spalt zwischen der freien axialen Fläche
der Masse 15 und der innenliegenden Ausmündungsfläche der Bohrung 23, so
ddaß das Drucköl aufs dem Ringraum 34 schnell herausströmt. Da nun aber .die kalibrierte
Drosselbohrung 32, welche aus dem Ringrauen 29 bzw. aus ,der Leitung 28 gespeist
wird, nur langsam Öl nachfließen läßt, sinkt der Druck in dem Ringraum 34 plötzlich
ab. Dieses plötzliche Absinken des Druckes in .dem Raum34 hat zwei Wirkungen. Zunächst
kann nunmehr .das Öl aus dem- Gehäuse 36 ungehindert durch die Leitung.35 abtrömen
und dem aus der Bohrung 23 ausströmenden Öl folgen. Infolggedessen kann, jetzt die
-Feder 37 den Kolben g nach unten in die bei 9" gestrichelt ang-ddeuitete
Stellung
bringen. und mittels der Kolbenstange i o das Dampfventil der Turbine schließen.
Außerdem verursacht aber der Untexdruck in dem Ringraum 34 eine schlagartige Bewegung
.des Schaltzapfens 25 nach rechts in die in Fig. 2 dargestellte Stellung. Der Flüssigkeitsdruck
wirkt innerhalb des beweglicher Schaltbolzens einerseits auf die Bodenfläche .des
Knopfes 20, andererseits auf den Boden des Irmenraum,es 31. Dieser Boden des Innenraumes
3 i ist aber .durchbohrt, so daß hier die vom Druck beaufschlagte Fläche kleiner
ist als die Bodenfläche des Knopfes 2o. Solange sich der Druck gegen die Schulter
38 zu .dem Druck gegen den Boden des Innenraumes 31 addiert, überwiegt der nach
links gerichtete, den Schaltzapfen. mit den Gleitlageransätzen 17 gegen die Welle
14 pressende Flüssigkeitsdruck; in dem beschriebenen Augenblick jedoch, in welchem
innerhalb des Ringraumes 34 ein Unterdruck auftritt, 'überwiegt der nach rechts
gerichtete Druck und reißt den Schaltzapfen nach rechts. Diese Wirkung wird noch
dadurch verstärkt, daß sich die Bohrung 23 in Richtung auf die Ausströmöffnung diffusorartig
.erweitert.
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Wenn .die in Richtung des PfeilesA der Fig.2 erfolgte Abschaltbewegung
.des Schaltzapfens durchgeführt ist, .dann sind Veränderungen der Lage .der Feder
13 und einer Unwucht 15 praktisch ohne Wirkung. Infolge des Absinkens das Druckes,
im Ringraum 34 hat die Kolbenstange io die Turbine stillgelegt. Die Feder 13 wird
daher nunmehr in die in Fig.2 gestrichelt angedeutete Stellung zurückgehen. Dabei
steht ihre rechts liegende axiale Endfläche zwar der Austrittsöffnung der axialen
Bohrung 23 gegenüber, doch besteht zwischen beiden nunmehr der sehr breite Spalt
39, durch welchen die Druckflüssigkeit ungehindert abfließen kann. Der Unter-druck
in dem Raum 34 wird also aufrechterhalten. Es ist daher nicht möglich, durch Druckölzufuhr
bei 28 nunmehr eine Druckölströmung innerhalb der Leitung 3 5 im Sinne des Pfeiles
B der Fig. i und damit ein Anheben des Kolbens 9 zu .erzwingen. Auf diese Weise
ist also dafür gesorgt, daß der Kolben 9 nicht wieder angehoben und das Dampfventil
der Turbine nicht wieder geöffnet werden kann.
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Um die Maschine wieder in Gang zu setzen, ruß zunächst der Schaltzapfen
25 z. B. von Hand wieder entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles A (Fig.2) in die
Stellung der Fig. i gebracht werden. Stellt man nunmehr den Flüssigkeitsdruck wieder
her, so hebt sich der Kolben g im Gehäuse g6 und schaltet dadurch die Turbine wieder
an.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung kann auch bei anderen Arten
von Maschinen und Kraftmaschinen in gleicher oder ähnlicher Form angewandt werden.
Der Schaltzapfen 25 kann auch ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Welle 14 im Bedarfsfall
herausgezogen werden, um die Maschine stillzusetzen.