Metallbaukasten

 
Dampfmaschine mit Fliehkraftregler

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  Nach dem aufwändigen 1½-Deck-Bus des vergangenen Jahres wurde 2005 wieder ein einfacheres Modell gebaut: Eine Dampfmaschine mit Fliehkraft-Regler.

Die Idee dazu lieferte eine Vorlage aus einem der ganz alten Anleitungshefte.
Da dieses Modell jedoch nicht eigenständig funktioniert, wurde es grundlegend modifiziert.
Vorlage der Dampfmaschine mit 
Fliehkraftregler
Die Vorlage


In den großzügig dimensionierten Zylinder war zunächst eine MÄRKLIN-Spule als Antrieb einzubauen; im Hinblick auf den geplanten Fliehkraftregler und die Vielzahl der damit verbundenen rotierenden Teile wurden von vornherein 2 Spulen vorgesehen.

Die ersten Versuche erfolgten mit nebeneinander geschraubten Spulen, welche gleichzeitig angesteuert und deren Eisenkerne mittels eines Flachbandes verbunden wurden. Das Gewicht dieser Konstruktion verursachte bei herausgezogenen Kernen allerdings ein hohes Kippmoment, welches die Funktion infolge von Reibung stark beeinträchtigte.
Der nächste Versuch wurde mit hintereinander montierten Spulen durchgeführt, welche ebenfalls gleichzeitig angesteuert wurden und deren Kerne mittels einer Gewindestange gekoppelt waren. Durch diese Konstruktion wird der Kern insgesamt sehr lang, und das Kippmoment verursacht keine nennenswerte Reibungsverluste mehr.


Der geöffnete Zylinder
Der geöffnete Zylinder
Das beste Ergebnis wurde mit hintereinander montierten Spulen erzielt, welche abwechselnd angesteuert werden und deren Kerne gegeneinander arbeiten.
Hierdurch entsteht eine Kraftwirkung in beiden Richtungen, woraus ein gleichmäßigerer Rundlauf resultiert. Außerdem entspricht dieses Verhalten der Funktion einer richtigen Dampfmaschine.
Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, dass 2 Kontakte erforderlich und die Reibungsverluste dadurch geringfügig höher sind.


Die Pleuelstange hat eine Länge von 14 Loch; ein Flachband aus Stahl hätte also schon ein relativ hohes Gewicht.
Da diese Masse nicht zur Erhaltung der Drehbewegung beiträgt, wurde die Pleuelstange aus Aluminium-Flachbändern zusammengeschraubt. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Schwungrad nur mit einem kleinen Gegengewicht auszustatten ist, welches die Massenträgheit nicht wesentlich erhöht.


Als Nabe für das Schwungrad wurde ein MEKANIK-Zahnrad mit 40 Zähnen verwendet, welches eine 60-Grad-Teilung ohne weiteres zulässt.
Als Schwungrad dient der große MÄRKLIN-Ring, welcher durch die überwiegend außen drehende Masse im Vergleich zu den anderen Metallbaukasten-Rädern ein großes Trägheitsmoment hat.
Pleuelstange und Schwungrad
Pleuelstange und Schwungrad


Antrieb des Fliehkraftreglers
Der Antrieb des Fliehkraftreglers
Auf der anderen Seite der Maschine war der Antrieb für den Fliehkraftregler zu installieren.
Um den Regler möglichst niedrig zu halten, war der Kraftfluss noch in eine andere Ebene zu übertragen. Das gesamte Übersetzungsverhältnis muss selbstverständlich ganzzahlig sein und wurde der Einfachheit halber hier zu 1:1 gewählt.


Die Konstruktion des Fliekraftreglers wurde in Anlehnung an vorliegende Bauanleitungen durchgeführt. Auch hier wurden einige Teile aus Aluminium verwendet, damit die Fliehgewichte schon bei möglichst niedriger Drehzahl arbeiten können.

An der unteren, auf der Welle verschiebbaren (selbstgebauten) Führung des Reglers ist der Schleifkontakt zur Steuerung der Spulen angebracht. Darunter befinden sich um 180 Grad versetzt die beiden Bronzefedern, mit welcher jeweils eine Spule verbunden ist.
Wird der Kontakt geschlossen, dann wird die Spule gegen Masse geschaltet und magnetisiert den Eisenkern.
Fliehkraftregler
Der Fliehkraftregler


Mit zunehmender Drehzahl hebt der Schleifkontakt ab und verhindert dadurch eine weitere Erhöhung; dies entspricht der Funktion einer klassischen Drehzahlregelung.
Die Drehzahl wird durch die voreingestellte Höhe der Fliehgewichte bestimmt:
Je niedriger die Fliehgewichte im Ruhezustand hängen, desto eher werden sie bei Rotation ausgelenkt und desto niedriger ist die Drehzahl der Maschine.

Bei den Bronzekontakten handelt es sich um weiche Federn, wie sie in der EMV-Technik (elektromagnetische Verträglichkeit) verwendet werden.


Dampfmaschine mit 
Fliehkraftregler
Gesamtansicht der Maschine
Die Wand des Zylinders wurde aus Wellpappe hergestellt, die sich zu diesem Zweck hervorragend eignet.
Der vordere Zylinderdeckel kann durch Lösen einer einzigen Schraube entfernt und dadurch das Innenleben des Zylinders freigelgt werden.


Wie sich im Nachhinein zeigte, hätte zum Antrieb eine Spule vermutlich ausgereicht.
2 Spulen bieten allerdings den Vorteil einer großzügigen Leistungsreserve mit der Folge, dass die eingestellte Drehzahl von ca. 150 Umdrehungen/Minute schon bei einer Spannung von 8 Volt erreicht wird und dadurch die Spulen nicht so warm werden. Wärme erhöht den ohmschen Widerstand der Spulen, dadurch sinkt der Strom und ebenfalls die magnetische Feldstärke; in der Praxis läuft die Maschine mit kalten Spulen tatsächlich besser.
Wird die Maschine mit höherer Spannung betrieben, dann bleibt die Drehzahl konstant, und bei Belastung der Maschine wird diese Drehzahl innerhalb eines bestimmten Bereiches auch konstant gehalten - hieran lässt sich die Funktion der Regelung sehr gut demonstrieren.


Die Ausgabe 3/2006 (April/Mai 2006) der Zeitschrift Maschinen im Modellbau enthält einen umfassenden Beitrag über die Dampfmaschine mit Fliehkraftregler.
Die Abbildung der Titelseite dieses Heftes sowie der ersten Seite des Beitrags erfolgt mit freundlicher Genehmigung der Zeitschrift Maschinen im Modellbau


Maschinen im Modellbau 3/2006
Titelseite der Ausgabe 3/2006
 
Seite 58 der Ausgabe 3/2006
Seite 58 der Ausgabe 3/2006


Und abschließend noch ein Video der Dampfmaschine mit Fliehkraftregler (10s / 3,7MB).


Daten der Dampfmaschine mit Fliehkraftregler:

Länge:51cm
Breite:21cm
Höhe:20,5cm
Gewicht:2,2kg
Anzahl der Bauteile:noch nicht ermittelt

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