Titel: Elektrische Regulatoren für Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316 (S. 373–376)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/ar316083

Elektrische Regulatoren für Dampfmaschinen.

Von Fr. Freytag, Chemnitz.

Die Möglichkeit, elektrische Leitungen aus Kupferdraht leicht und ohne grosse Kosten nach beliebigen Punkten irgend einer Maschine hinführen und unter Zwischenschaltung elektromagnetischer Vorrichtungen wichtige Einzelteile derselben schnell, ja fast augenblicklich bedienen zu können, lässt sie zur Bethätigung der zum Regeln der Geschwindigkeit von Dampfmaschinen angeordneten Regulatoren besonders geeignet erscheinen. Bei derartigen Anlagen sind jedoch den elektrischen Leitungen anhaftende Uebelstände, wie grosse Empfindlichkeit gewisser Teile derselben, schnelle Aenderung ihrer Leitungsfähigkeit infolge der heissen, zumeist auch feuchten Atmosphäre der Räume, in denen die Dampfmaschinen Aufstellung finden, nicht ausser acht zu lassen. Es ist, um Betriebsstörungen zu vermeiden, auf die Isolierung dieser Leitungen grosse Sorgfalt zu verwenden.

Selbstverständlich kommen elektrische Regulatoren hauptsächlich da in Anwendung, wo die betreffenden Motoren schon an und für sich zur elektrischen Stromerzeugung bestimmt sind: es kann der erforderliche Strom aber auch einer besonderen Kraftquelle entnommen werden.

In dem Nachstehenden sind eine Anzahl elektrische Regulatoren, wie sie in dem letzten Jahrzehnt häufiger Anwendung gefunden haben, nach Revue de Mécanique, Heft 3 vom 31. März ds. Js., beschrieben.

Der Fig. 1 und 2 ersichtliche Apparat zum Regeln der Geschwindigkeit von Dampfmaschinen setzt sich aus zwei Teilen – einem Geschwindigkeitsmesser und dem eigentlichen elektrischen Regulator – zusammen.

Der Geschwindigkeitsmesser besteht aus einem nach Entfernung einer im Deckel c0 befindlichen Schraube mit einer Flüssigkeit – Glycerin – angefüllten Behälter a0, in dem gusseiserne Schaufeln m mittels einer Schnurscheibe p in Umdrehungen versetzt werden. Zwischen denselben liegen andere leichtere Schaufeln n, die je mittels eines Stiftes auf der stehenden Welle a befestigt sind. Diese wird zufolge der in Bewegung befindlichen Flüssigkeit so lange eine mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Schaufeln m anwachsende Verdrehung erleiden, bis ihr durch den Widerstand der im oberen Teile des Apparates untergebrachten Spiralfeder r Gleichgewicht gehalten wird. Ein über einer Teilscheibe c beweglicher Zeiger e der Welle a gibt die jeweilige Geschwindigkeit des Apparates an.

Der elektrische Regulator trägt zwei Drahtspulen c0 und c1, in denen sich zwei durch Gegengewichte pp1 ausbalanzierte Cylinder d0d1 aus weichem Eisen bewegen können; dieselben sind an den unteren Enden als Stangen tt1 ausgebildet, und letztere mit zwei um den mittels der Schubstange b0 von der Maschine aus in beständiger Umdrehunggehaltenen Zapfen o beweglichen Klinken c1c2 gelenkig verbunden. Diesen liegen zwei mit Sperrzähnen versehene, auf der Welle für den Verteilungsmechanismus befestigte Räder r1r2 gegenüber. Bei normaler Geschwindigkeit der Dampfmaschine sind die Klinken durch die Gegengewichte pp1 angehoben. Sobald aber die Geschwindigkeit sich um einen noch so geringen Betrag ändert, wird mittels eines auf dem Zeiger e des Geschwindigkeitmessers befestigten Teiles g ein elektrischer Kontakt mit dem einen der beiden auf der Teilscheibe liegenden metallischen Sektoren ii1 hergestellt. Sogleich wird eine der Drahtspulen c0c1 von dem elektrischen Strom einer Batterie durchflössen, der zugehörige weiche Eisenkern angezogen und die betreffende Klinke kommt mit einem der Sperrräder r1r2 in Eingriff.

Textabbildung Bd. 316, S. 373

Dieses erhält eine Drehbewegung, und der Verteilungsmechanismus bleibt so lange in Thätigkeit, bis bei abnehmender Geschwindigkeit des Motors der Zeiger in seine ursprüngliche Lage, in der der Teil g desselben auf keinen der beiden Sektoren einwirkt, zurückgelangt |374| ist. Behufs Aenderung der Geschwindigkeit – auch beim Gange des Motors – lassen sich die beiden Sektoren von Hand derart einstellen, dass ihre Teilfuge h irgend einem Teilstrich der Scheibe c gegenüber zu liegen kommt. Mittels einer besonderen Vorrichtung können Spannungsänderungen der Spiralfeder r0 vorgenommen werden. Ruskin Allen bewirkt mittels der Fig. 3 ersichtlichen Vorrichtungen die elektrische Regelung des Ganges von Dampfmaschinen mit Hahnsteuerungen.

Textabbildung Bd. 316, S. 374
Textabbildung Bd. 316, S. 374

Eine in der gewöhnlichen Weise von einem Exzenter b in Schwingungen versetzte Scheibe a bethätigt unter Zwischenschaltung der Solenoiden c, die, sobald sie in einem gewissen Augenblicke vom elektrischen Strome durchströmt werden, mittels der Eisenkerne d das Auslösen federnder Hebel f bewirken, die Dampfverteilungsorgane der Maschine. Der zufolge Fliehkraft eines Kugelregulators entsprechend eingestellte Regulatormuff besteht aus einer Anzahl von isolierten, auf der Antriebswelle des Regulators befestigten, längs dieser aber verschiebbaren Scheiben g,auf denen schraubenförmige Metallbänder h befestigt sind, die, sobald sie mit festliegenden Federn i früher oder später in Berührung kommen, mittels anschliessender Leitungen Strom den Solenoiden c zuführen.

Behufs elektrischer Regelung von Ventilmaschinen, Bauart Sulzer, wird nach Angabe von Décombe jedes Einlassventil c in der gewöhnlichen Weise mittels eines Hebels angehoben. Hierbei kommt ein Anker e (Fig. 4) der Ventilspindel d mit den Polen des Elektromagneten a in Berührung und das Ventil bleibt von seinem Sitze entfernt, so lange die Drahtspulen des Magneten a vom elektrischen Strom durchströmt werden. Dieses erfolgt nach Berührung einer Rolle mit einem aus zwei halbkreisförmigen Metallscheiben gebildeten, mittels einer Hartgummischicht gegenseitig isoliertem Umschalter u (Fig. 5), und zwar dreht sich die Rolle beständig um die Achse des vom Regulator eingestellten Umschalters. Der Strom wird unterbrochen und das Ventil fällt augenblicklich auf seinen Sitz zurück, wenn die Rolle vor die genannte Isolierschicht zu liegen kommt. Indem der Regulator dieselbe mehr oder weniger verstellt, wird die Dauer der Dampf ein Strömung in den Cylinder geregelt. Die beiden halbkreisförmigen Metallscheiben des Umschalters stehen, wie Fig. 5 erkennen lässt, durch Leitungen mit den Einlassventilen des Cylinders in Verbindung.

Textabbildung Bd. 316, S. 374

Bei dem elektrischen Regulator von Wilson finden wir eine interessante Anwendung der nach dem Erfinder benannten Foucault-Ströme.

Textabbildung Bd. 316, S. 374

Wie Fig. 6 und 7 erkennen lassen, erhält die mit der Welle s verbundene Metallscheibe d mittels einer Riemscheibe p eine Drehbewegung; sie gleitet hierbei zwischen den Schenkeln mehrerer Elektromagnete m, die an einer um die Welle s frei beweglichen und durch eine Feder c im Gleichgewicht gehaltenen Holzscheibe f befestigt sind. |375| Die bei der Drehbewegung der Metallscheibe d erzeugten Ströme wirken auf das magnetische Feld zurück und verursachen eine Stellungsänderung der Holzscheibe f. Die Bewegungen der letzteren werden auf eine vertikale Stange t übertragen und zur Steuerung des Einlassventils benutzt. Der Erfinder bemerkt noch, dass in Fällen, wo elektrische Energie zur Verfügung steht, die Kraftäusserung durch Anordnung eines Uebertragers (Relais) erheblich gesteigert werden kann. Die Bewegungen der Metallscheibe würden dann nur dazu dienen, die Wirkung des Hilfstromes zu verstärken, d.h. man hätte dann mit einem indirekt wirkenden elektrischen Regulator zu thun.

Einen elektrischen Schiffsmaschinenregulator von Smith zeigen Fig. 8 und 9.

Textabbildung Bd. 316, S. 375

Der negative Pol einer in beständiger Umdrehung befindlichen Dynamo steht mit der Metallmasse des Schiffes und demzufolge mit dem Seewasser, der positive Pol derselben durch zwei verschiedene Drähte s1s2 mit zwei vertikalen Metallstangen p und q in Verbindung, die, gegenseitig isoliert und mittels isolierter Klammern an einem Behälter m befestigt sind. Dieser trägt an seinem unteren Teile ein nach dem Seewasser hin geöffnetes Rohr t, während das Röhrchen s am oberen Teile des Behälters mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht, derart, dass je nach den Schwankungen des Schiffes das Seewasser in den Behälter m ein- und austritt. Auf der nach oben verlängerten Stange eines in dem Behälter untergebrachten Schwimmers sitzt ein horizontaler Metallhebel p1, der beim Steigen und Fallen des Schwimmers abwechselnd mit der einen oder anderen Stange pq in Berührung kommt und diese unter Vermittelung der metallischen Wandungen des Behälters m und des Schwimmers mit dem Seewasser in elektrische Verbindung bringt. Sobald die Isolation der einen oder anderen Stange aufhört, wird der Draht s1 bezw. s2 vom Strom der Dynamo durchflössen. Vorausgesetzt der Strom trete in die Leitung s1. In diese ist ein um eine vertikale Achse drehbarer Elektromagnet e eingeschaltet, der, sobald er vom Strom durchflössen wird, zufolge ablenkender Wirkung des magnetischen Feldes der Dynamo mittels eines Umschalters k in eine rotierende Bewegung gelangt. Diese wird auf ein Getriebe f, von diesem auf ein Zahnrad g übertragen, welches letztere mittels eines Armes h auf das Einlassventil der Dampfmaschine entsprechend einwirkt.

Tritt Strom anstatt in die Leitung s1 in diejenige s2, so kommt der Elektromagnet e ausser Thätigkeit, dagegen ein anderer, in die Leitung s2 eingeschalteter Elektromagnet c1 in Drehbewegung; diese wird mittels eines Getriebes f1 derart auf das Zahnrad g übertragen, dass es sich im entgegengesetzten Sinne wie vordem bewegt.

In eigenartiger Weise wird der Widerstand, den das Wasser bei der Bewegung des Schiffes einer längs desselben gelagerten Scheibe entgegensetzt, zur Bethätigung des von Maddison erfundenen elektrischen Regulators für Schiffsmaschinen benutzt.

Textabbildung Bd. 316, S. 375

Eine am äusseren Ende der parallel zur Schiffsachse gelagerten langen Welle i (Fig. 10) befestigte, etwas unter der Wasserlinie eintauchende Scheibe e wird zufolge des Widerstandes, den sie bei der Bewegung des Schiffes im Wasser zu überwinden hat, entgegengesetzt der Wirkung einer kräftigen Schraubenfeder m, nach rückwärts gedrängt. Die Grösse des Wasserwiderstandes ist von der Schiffsgeschwindigkeit abhängig. Nimmt diese ab, so wird durch die Spannkraft der Feder m die Scheibe e mitsamt der Welle i nach vorwärts bewegt und letztere trifft hierbei auf einen festen Teil n, wodurch elektrischer Strom durch die Leitung o dem Elektromagneten p zugeführt wird. Dieser zieht den Stangenkopf eines kleinen Schiebers k an, so dass Dampf in den Cylinder v eintreten kann, der zufolge Wirkung auf den Kolben b0 das Einlassventil der Maschine entsprechend einstellt. Bei Unterbrechung des Stromes bringt eine kleine Feder den Schieber k in seine ursprüngliche Lage zurück. Die Länge der Stange i. lässt sich je nach Bedürfnis mittels der Mutter i1 regeln.

In den meisten Fällen werden zur Geschwindigkeitsänderung der Motoren dienende Regulatoren durch Aenderung der Spannung oder Stromstärke in elektrischen Leitungsnetzen in Thätigkeit gesetzt. Die Wirkung derartiger Regulatoren kann direkt oder indirekt sein.

Der direkt wirkende Regulator von Willans zeichnet sich durch grosse Einfachheit aus.

Textabbildung Bd. 316, S. 375

In einer vom Strom durchflössen en Drahtspule a (Fig. 11) bewegt sich ein aus weichem Eisen hergestellter, durch eine mittels Mutter d nachstellbare Feder c getragener Hohlcylinder b, dessen Stange e das Einströmventil f direkt bethätigt Um konstante Spannungen zu erhalten, verwendet man zur Herstellung der Spule a einen in Nebenschluss mit den Hauptleitern stehenden verhältnismässig dünnen Draht von grosser Länge. Handelt es sich um Erzielung konstanter Stromstärke, so ersetzt man den langen und dünnen Draht durch einen kurzen, stärkeren Draht, der vom Hauptstrom durchflössen wird.

Der Raum g, in dem sich der Cylinder b bewegt, ist mit Wasser angefüllt. Dasselbe verhütet stossende Bewegungen des letzteren und gestattet die zur Verbindung desselben mit dem Ventil f dienende Stange e ohne Verwendung |376| von Stopfbüchsen, demnach ohne wahrnehmbare Reibung, in einem einfachen Rohre zu führen.

Textabbildung Bd. 316, S. 376

Dem vorbesprochenen ähnlich ist der direkt wirkende Regulator von Richardson. In dem Gehäuse a (Fig. 12) liegen zwei Solenoide zum Anziehen der Eisenkerne b, die auf einer gemeinsamen Platte d befestigt sind. Letztere steht durch Hebel c und Spindel h mit dem als Doppelsitzventil ausgebildeten Einlassorgan v in Verbindung. Eine einfache Vorrichtung verhütet die Gefahr eines Durchgehens der Dampfmaschine bei etwaigen Stromunterbrechungen. Zu dem Zwecke wird ein eisernes Gegengewicht m mittels der vom Strom durchflossenen Doppelspule l angezogen. Sobald eine Stromunterbrechung eintritt, fällt das Gewicht m nach abwärts und drückt auf den Kopf der Spindel h, wodurch das Ventil v geschlossen wird.

Marié erhielt nachstehende Ergebnisse mit den elektrischen Regulatoren der Bauart Richardson.

1. Spannungsregler.

Anzahl der Lampen
im Nebenschluss

Spannung in Volt
Minutliche Umdrehungs-
zahl des Motors
90 53 130
30 53 126
7 53 125
1 53 125

2. Stromstärkeregler.

Anzahl der Lampen
im Hauptstromkreise
Stromstärke
in Ampère
Minutliche Umdrehungs-
zahl des Motors
17 10,2 146
11 10,1 107
5 10,0 70

Ein indirekt wirkender elektrischer Regulator ist derjenige von Porte-Manville mit doppelter Sperrklinkensteuerung (Fig. 13). Der elektrische Strom dient hier dazu, eine der beiden Klinken in Eingriff mit einem der Sperrräder zu bringen, die, durch einen Hebel in schwingende Bewegung versetzt, auf das Einlassorgan einwirken. Für gewöhnlich werden die Klinken durch entsprechend gehaltene Federn ausser Eingriff mit den Sperrrädern gehalten.Ein elektrischer Regulator bethätigt bei Aenderung der Spannung oder der Stromstärke in den Leitungsnetzen einen der am Klinkengestell befestigten Elektromagneten und, indem durch die Anziehung desselben der Widerstand der betreffenden Feder überwunden wird, kommt die Klinke mit dem zugehörigen Sperrrad in Eingriff.

Textabbildung Bd. 316, S. 376

Willans hat mehrere Typen von indirekten elektrischen Regulatoren erfunden.

In dem einen von diesen (Fig. 14) wird das Einlassorgan mit Hilfe von Druckwasser in Bewegung gebracht. Der in der Drahtspule a bewegliche, mittels Feder c getragene Eisenkern b steht durch die Stange r mit einem kleinen Kolbenschieber p in Verbindung, der im Inneren des Wasserkolbens p1 hin und her gleitet. Dieser trägt eine Stange f, welche mit dem im Gehäuse t untergebrachten Einlassorgan verbunden ist. Das Druckwasser tritt durch die Leitung S in einen den Kolben p1 umgebenden ringförmigen Raum m, von da durch einen in der Abbildung durch punktierte Linien angegebenen Kanal in den zwischen den beiden Kolben des Schiebers p gebildeten Raum. Dieser schliesst für gewöhnlich die zur weiteren Führung des Druckwassers dienenden, ober- bezw. unterhalb des Kolbens p1 ausmündenden Kanäle kk1 ab.

Textabbildung Bd. 316, S. 376

Bei Stromzunahme bewegt sich der Schieber nach abwärts und öffnet den Kanal k; das nunmehr über den Kolben p1 tretende Kraftmittel drückt denselben nach unten, wodurch das Einlassorgan allmählich auf seinen Sitz zurückgelangt. Gleichzeitig öffnet der Schieber den Kanal k1 für das bei der Abwärtsbewegung des Kolbens p1 aus dem unteren Raume des Wassercylinders in den Hohlraum n, von hier ins Freie tretende Wasser. Die Bewegung des Kolbens wird unterbrochen, wenn derselbe diejenige Stellung erreicht hat, in der die Oeffnungen kk1 durch den Schieber von neuem geschlossen werden. Infolge der Unzusammendrückbarkeit des Wassers erfolgt der Stillstand nahezu augenblicklich.

(Fortsetzung folgt.)

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