Titel: Ueber Farcot's Dampfmaschinen-Regulator.
Autor: Tresca,
Fundstelle: 1861, Band 160, Nr. LXXII. (S. 243–248)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj160/ar160072

LXXII. Ueber den Dampfmaschinen-Regulator der HHrn. Farcot und Sohn, Mechaniker zu Saint-Ouen; Bericht von Tresca.

Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement, Januar 1861, S. 4.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Der Zweck und die Einrichtung der gewöhnlichen Dampfmaschinen-Regulatoren sind bekannt. Die Wirkung derselben ist indessen nur in sehr geringen Grenzen der Arbeitsveränderung eine sichere und bei gewissen Maschinen, wie z.B. bei Walzwerken, welche im Augenblick der Arbeit nicht selten den Widerstand verzehnfachen, sind sie ganz wirkungslos.

Die HHrn. Farcot und Sohn haben einen Regulator mit Kugeln construirt, welcher das Problem der constanten Geschwindigkeit der Dampfmaschine auch bei dem ungleichsten Kraftverbrauch lösen soll.

Es sey die Normalgeschwindigkeit z.B. 30 Umdrehungen; wird nun weniger Kraft verbraucht, so wird der Gang der Maschine schneller und der Regulator wird die Eintrittsöffnung für den Dampf mehr oder weniger schließen, indem sich die Kugeln schon beim ersten Zunehmen der Geschwindigkeit weiter von einander entfernen. Aber dieses Schließen der Dampföffnung ist dasjenige, welches für die neue Arbeit der Maschine paßt, und es ist nicht möglich, die alte Geschwindigkeit und die neue Arbeit zugleich beizubehalten, weil diese Elemente absolut mit einander verknüpft sind, indem die passende Klappenöffnung nur einer bestimmten Stellung der Kugeln entspricht, während jede Stellung der Kugeln einer verschiedenen Geschwindigkeit zugehört. Damit die neue Arbeitsleistung mit der alten Geschwindigkeit bewerkstelligt werden kann, müßten sich die Kugeln in allen möglichen Entfernungen erhalten können, zugleich aber ihre gewöhnlichen Eigenschaften in Bezug auf Oeffnen und Schließen der Dampfklappe beibehalten.

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Wenn man einen solchen Regulator construiren könnte, so würde jede Vermehrung der Geschwindigkeit ein Schließen der Dampföffnung veranlassen, aber die passende Geschwindigkeit könnte trotz dieses Schließens beibehalten werden.

Dieses Ziel hat man schon durch die parabolischen Regulatoren zu erreichen gesucht, und die HHrn. Farcot haben es wirklich durch ihren neuen gekreuzten Regulator erreicht.

Wenn OC (Fig. 14) die Länge des Pendels oder die Entfernung zwischen dem Aufhängepunkt O und dem Mittelpunkt der Kugel C darstellt, und man die Projection OA durch H, die Entfernung CA durch L und die Geschwindigkeit der Kugel durch V bezeichnet, so ist

V² = gL²/H.

Es sey nun T die Dauer einer Umdrehung, d.h. die Dauer der Bewegung der Kugel durch den Raum 2πL, wenn der in 1'' durchlaufene Raum V ist, so ist

T/2πL = 1''/V, mithin

T = 2πL/V;

hieraus folgt, wenn für V dessen Werth eingesetzt wird,

Textabbildung Bd. 160, S. 244

Aus dieser Formel folgt, daß die Dauer einer Umdrehung für einen gegebenen Ort nur von der Höhe H abhängt; und wenn es möglich wäre, durch eine besondere Einrichtung diese Höhe constant zu machen, so würde das Pendel die Regulirung bewirken, welches auch seine Stellung wäre. Die Curve aber, welche dieser Bedingung entspricht, ist eine Parabel, welche immer leicht zu construiren ist, wenn man a priori OA = H setzt. Bekanntlich ist ja in dieser Curve die Subnormale gleich dem doppelten Parameter oder der doppelten Entfernung zwischen dem Scheitel und dem Focus der Curve. Wenn der Scheitel S der Curve (Fig. 15) gegeben ist und wir nehmen SF = OA/2, so erhalten wir den Focus in F und können folglich jeden Punkt der Curve finden. Man nimmt nämlich ST = SF und zeichnet die Directrice DE, zieht eine beliebige Linie vom Focus nach dieser, z.B. FP, errichtet in der Mitte das Loth MN, welches bei N die in P auf DE errichtete Senkrechte schneidet, und |245| erhält so einen Punkt N der Parabel. Alle so construirten Punkte besitzen alsdann die Eigenschaft, daß wenn man eine beliebige Normale RV zieht und aus R die Senkrechte RU auf SF fällt, VU = 2FS = OA wird.

Nach diesem Princip waren die parabolischen Regulatoren construirt, deren Kugeln in Folge gehörig angebrachter kleiner Rollen nie von der Parabel NSR abweichen konnten. Die durch diese Rollen hervorgebrachte Reibung war die Veranlassung dieses System zu verlassen, und jetzt realisiren die HHrn. Farcot approximativ dasselbe Princip, indem sie die Parabel durch einen derselben sich möglichst nähernden Kreisbogen ersetzen, wozu erforderlich ist, daß sein Mittelpunkt irgendwo bei X außerhalb der Umdrehungsachse sich befindet. Ist dieser Rotationsmittelpunkt des einen Pendels bestimmt, so befindet sich derjenige des andern symmetrisch bei X' und die beiden Regulatoren sind also gekreuzt, wie es Fig. 17 andeutet.

Die HHrn. Farcot geben eine andere Construction der ersten Curve an, und zwar wie folgt:

Nach Annahme der Linie SV = OA (Fig. 16) zieht man die Horizontalen 0, 1, 2, 3, 4 etc. in gleichen Entfernungen von einander und vom Scheitel S der Curve anfangend. Hierauf bezeichnet man vom Punkt V aus die gleich weit von einander entfernten Punkte 0', 1', 2', 3', 4' etc. und beschreibt alsdann die Kreisbogen 0–1, 1–2, 2–3, 3–4 etc., deren Mittelpunkte 0', a, b, c, d etc. so gewählt sind, daß wenn man aus einem derselben, z.B. b, den Kreisbogen 2–3 beschreibt und diesen von der Horizontalen 3 aus beginnen läßt, der Halbmesser 3b durch die Theilung 3' der obern Scala geht. Farcot nennt diese Curve die Entwickelnde in Bezug auf die innere Curve 0' abcd, welche durch die einzelnen als Tangenten betrachteten Halbmesser gebildet wird. Sie ist aber in Wirklichkeit die Parabel, deren Construction wir oben angeführt haben, und diese Parabel wird nach Farcot durch einen Kreisbogen ersetzt, der in den Grenzen der Regulatorbewegung möglichst wenig davon abweicht.

Die Bewegung um einen Mittelpunkt herum kann das Problem nur annäherungsweise lösen. Der Umkreis hat nothwendig einen kleineren Krümmungshalbmesser als die eingeschlossene Parabel und ist mithin stärker gekrümmt. Die Bewegung wird also so eingerichtet, daß sie gegen die Mitte des Bogens über die Parabel hinaustritt, aber gegen die Enden des Bogens innerhalb derselben bleibt. Hieraus folgt, daß für die äußersten Stellungen die Höhe H zu klein ist, und daß mithin die Normalbewegung des Pendels sich zu beschleunigen trachten müßte; es ist aber |246| eine besondere Einrichtung getroffen, um diese geringe Störung zu vermeiden.

Die Verbindung des Regulators mit der Dampfklappe ist die gewöhnliche. Am unteren Ende des auf den Dampfzufluß wirkenden senkrechten Stabes befindet sich eine Leitrolle, welche auf einen beweglichen, mit einem Gegengewichte versehenen Hebel drückt. Hiedurch wird das Gewicht des Stabes aufgehoben und zugleich der Gang des Apparates regelmäßiger gemacht. Gibt man dem Hebelarm, worauf die Leitrolle drückt, eine zweckmäßige Krümmung, so kann man leicht bewirken, daß der Druck des Gegengewichtes für die äußersten Regulatorstellungen weniger groß ist, und daß also die oben bezeichnete Beschleunigung in Folge der Verminderung von H eine Gegenwirkung erhält.

Uebrigens ist das Gegengewicht an dem Hebelarm beweglich, so daß die Regulatorkugeln jede mögliche Stellung für die verschiedenen beabsichtigten Geschwindigkeiten einnehmen können.

Die Bewegung der Kugeln wird auf die Gleithülse stets durch zwei Stangen übertragen, welche auf dem resp. Regulatorarm beweglich befestigt sind. Diese Stangen sind gekreuzt und greifen an ebensoweit von der Rotationsachse entfernten Punkten an, wie die Aufhängepunkte der Pendel es sind. Hiedurch erreicht man den Zweck, daß die Wirkungen des Gegengewichtes und der Kugeln stets proportional bleiben.

Wir haben bisher den Einfluß der Centrifugalkraft der Kugeln außer Betracht gelassen. Es ist indessen zu bemerken, daß derjenige Theil der Kugelträger, welcher bei der niedrigsten Stellung rechts von der Achse befindlich ist, bei der höchsten Stellung auf die linke Seite kommt, und daß also ihr Gewicht, welches anfangs in umgekehrtem Sinne von dem der Kugeln selbst wirkte, in dieser letzteren Stellung sich damit vereinigt; es würde also die Centrifugalkraft vorzugsweise bei den höchsten Kugelstellungen einwirken, und sie wird daher von Farcot dadurch compensirt, daß eine Feder auf die Leitungshülse wirkt, welche um so mehr gespannt ist, je höher diese Hülse steht.

In Folge der sorgfältigen Vermeidung aller Störungsursachen arbeitet denn auch dieser Regulator mit der größten Genauigkeit.

Es ist im Vorhergehenden stets angenommen worden, daß der Regulator auf eine Dampfklappe wirke; man kann ihn aber eben so vortheilhaft bei Maschinen mit veränderlicher Expansion mit der Dampfabsperrung verbinden, indem dadurch der Dampfverbrauch in Bezug auf die Größe der Maschine so weit als möglich vermindert wird.

Die HHrn. Farcot haben uns das Verzeichniß von 25 Fabriken vorgelegt, in denen ihr Regulator in Gebrauch ist; in diesen Fabriken |247| finden sehr beträchtliche Veränderungen der verbrauchten Kraft statt und unter diesen Verhältnissen könnte der Regulator am sichersten beurtheilt werden. Indessen haben wir nur in einer Fabrik, welche sich in der Nähe von Paris befindet, den Regulator im Betrieb beobachten können. Dieß geschah in derjenigen von Mad. Erard in la Vilette, wo es die Oertlichkeit gestattete, die Wirkung des Außerbetriebsetzens der einzelnen Werkzeugmaschinen unmittelbar zu notiren.

Ein Punktirzähler wurde direct an der Bleuelstange angebracht, so daß man die verschiedenen Kolbenzüge während einer ganzen Minute auf dem Papier verzeichnet erhielt. Wurden nun in der Mitte dieser Zeit zwei oder drei Sägen ausgelöst, so konnte man noch lange genug den Einfluß auf den Gang der Maschine wahrnehmen.

Bei mehrfach wiederholten Versuchen haben wir keinerlei Unterschied in den Abständen der Punkte wahrnehmen können, welche auf angegebene Weise markirt wurden, während doch die Zeigernadel der Expansion zwischen 2,5 und 4 Grad wechselte; die erstere Zahl entspricht einer Dampfzulassung von 4 Millim. oder 1/200 des Cylinderraums, die letztere einer solchen von 40 Millim. Unter diesen Umständen änderte sich die Kraft der Maschine plötzlich von 3 auf 20 Pferdekräfte, ohne daß die Geschwindigkeit im geringsten gewechselt hätte. Das Problem ist also in der befriedigendsten Weise gelöst. Der in Rede stehende Regulator ist daher allen Fabriken, deren Kraftbedarf größeren Veränderungen unterworfen ist, als sehr zuverlässig bestens zu empfehlen.

Die Besitzer zweier Walzwerke zu Saint-Dizier, welche mit 80, resp. 160 Pferdekräften arbeiten, bezeugen, daß man sich seit Anwendung des neuen Regulators um die Geschwindigkeit der Dampfmaschine gar nicht mehr zu kümmern brauche.

Beschreibung der Abbildungen.

Fig. 14, 15 und 16 Constructionsfiguren für die beschriebene Ausführung.

Fig. 17 und 18 Durchschnittsansichten des Regulators nach zwei auf einander senkrechten Ebenen.

Die Buchstaben in Fig. 17 und 18 haben keinerlei Bezug auf die gleichen in Fig. 14, 15 und 16.

A, A' Kugeln des Regulators, B, B' gekreuzte Arme desselben,

C, C' Rotationsmittelpunkte der Kugeln.

D, D' gekreuzte, oben an die Arme B, B', unten an der Leitungshülse I beweglich befestigte Stäbe; die Längen BC, B'C' sind gleich |248| denen der entsprechenden Stäbe, und in jeder Stellung des Centrifugalapparates gehen die aus den Mittelpunkten C, C' gefällten Senkrechten durch die unteren Befestigungspunkte der entsprechenden Stäbe.

E, F, G, H Winkelräder zur Uebertragung der Bewegung der Dampfmaschine auf die Achse des Regulators und mithin auf die Kugeln desselben.

I' zweite bewegliche Leitungshülse, mit der ersteren I im Innern der Achse verbunden; sie regelt die Dampfzulassung.

J Hebel mit ungleichen Armen, um den Punkt K beweglich; einerseits faßt er mittelst einer Gabel die Hülse I', andererseits ist er an die Stange L befestigt; der kleinere Hebelarm besteht aus zwei in einander verschiebbaren Stücken, um sich nach Bedürfniß verlängern zu können.

M ist ein Arm, welcher an einer der Säulen der über dem Dampfcylinder befindlichen gußeisernen Arkade befestigt ist und der Drehungsachse des Hebels J als Stütze dient.

L Stange zur Dampfregulirung; sie wirkt mittelst einer endlosen Schraube auf das Zahnrad N; da die Stange bloß eine oscillirende Bewegung hat, so wirkt die Schraube nur als Zahnstange.

N Rad mit Zähnen an seinem halben Umfang; es ist auf eine Achse aufgezogen, welche direct die Dampfvertheilung bewirkt. Ein getheilter Bogen an diesem Rade mit festem Zeiger in der Mitte gibt die Weite der bewirkten Bewegungen an. Wenn die Maschine in Gang gesetzt werden soll, so stellt man durch Drehen der Scheibe O die endlose Schraube so, daß die Oscillationen im Verhältniß zur Arbeit eingetheilt werden.

P Hülse, welche mit einem Arme an der Dampfkammer befestigt ist und durch welche die Schraube hindurchgeht; durch eine passende Oeffnung kommt diese mit den Zähnen von N in Berührung; auch trägt diese Hülse die Zeigernadel.

Q Gegengewicht zur Regulirung des Ganges und zur Ausgleichung des Gewichtes der Stange L.

R beweglicher Hebel, dessen einer gerader Arm das mittelst einer Schraube an beliebiger Stelle zu befestigende Gewicht Q trägt, und dessen anderer gebogener Arm mittelst einer Leitrolle den Stab L trägt. Dieser Theil des Regulators befindet sich in einer Kammer unter dem Boden der Maschine.

S (Fig. 14) Spiralfeder, deren oberes Ende unbeweglich ist, während sie nach unten direct auf die Hülse I' und so der Störung durch die vermehrte Centrifugalkraft der Kugeln entgegenwirkt, indem ihre Spannung mit dem Steigen der Kugeln zunimmt.

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