Regulātor

Regulātor (lat., »Regler«), Vorrichtung, die den Gang einer Maschine regelmäßig gestaltet, d. h. Gleichgewicht herstellt zwischen den treibenden Kräften und den zu überwindenden Widerständen. Letzteres kann bewirkt werden durch Abänderung des Widerstandes oder der Kraft. Im erstern Falle wird bei eintretendem Kraftüberschuß dieser in einem zusätzlichen Widerstand vernichtet (Widerstandsregulatoren), was einen Verlust an Arbeit bedeutet, oder aber aufgespeichert zum Zwecke der Abgabe bei einem spätern Überwiegen des Widerstandes. Die Vernichtung der überschüssigen Kraft ist nur statthaft, wo die verlorne Arbeit doch nicht wohl nützlich verwendet werden könnte (wie bei den Bremsen an Winden und Kranen zum Niederlassen von Lasten), oder wo auf keine andre Art eine Regulierung zu erzielen ist (Bremsen der Flügelwelle bei Windmühlen entsprechend der Windstärke, Bremsregulatoren an Wasserkraftmaschinen, Flügelräder im Schlagwerk der Uhren und bei Spieluhren, Dämpfung). Eine Kraftaufspeicherung erfolgt durch Akkumulatoren im Betriebe von hydraulischen Hebemaschinen und Pressen, durch Windregulatoren bei Gebläsen und durch Gegengewichte bei Gestängewasserhaltungsmaschinen. Auch kann man durch die zeitweilig frei werdende Kraft irgendwelche Massen beschleunigen und dadurch deren Arbeitsvermögen vergrößern. Bei Verminderung dieses Arbeitsvermögens erfolgt dann eine Arbeitsabgabe. Diesem Zwecke dienen die Schwungräder bei Kraftmaschinen und bei Arbeitsmaschinen mit sehr veränderlichem Arbeitswiderstand. Als Regulatoren kann man auch die Pendel und Unruhen der Uhren betrachten.

Fig. 1. Wattscher Regulator mit direkter Übertragung.

Die Regulatoren der zweiten Hauptgruppe (Regulatoren im engern Sinne) führen einen möglichst regelmäßigen Gang der Maschinen dadurch herbei, daß sie bei Änderung des Arbeitsbedarfs die Kraftabgabe entsprechend beeinflussen. Sie benutzen hierzu meist die Wirkung der Fliehkraft (Zentrifugal oder Fliehkraftregulatoren), vereinzelt auch die Trägheit einer schwingenden Masse (Pendelregulatoren bei kleinen Gasmotoren). Fig. 1 zeigt den Wattschen R. Bei Erhöhung der Tourenzahl der Maschine, also bei Abnahme des Widerstandes, werden die Gewichtshebel oder Pendel a s, die mit der von der Kraftmaschine in Umdrehung versetzten Welle w gelenkig verbunden sind, gehoben. Diese Bewegung pflanzt sich mittels der Stangen v auf die Musse oder Hülfe h fort und wird durch Hebel b auf ein Regulierorgan übertragen. Dieses ist im vorliegenden Falle die Drosselklappe d im Rohre R einer Dampfmaschine, die bei aufwärts gehender Musse mehr geschlossen wird. Bei einer Geschwindigkeitsabnahme tritt das Umgekehrte ein. Anstatt der durch Drosselung erreichten Verminderung der Spannung des Dampfes läßt man bei Dampfmaschinen zweckmäßiger den R. auf eine Expansionsvorrichtung wirken und dadurch die bei jedem Hub zugeführte Dampfmenge verringern (Änderung der Füllung s. Tafel »Dampfmaschinen I«, S. II). Eine direkte Übertragung der Muffenbewegung auf das Regulierorgan wie in Fig. 1 ist nur angebracht, wenn dieses leicht beweglich ist. Bei der indirekten Übertragung benutzt man die Muffenbewegung zur Auslösung einer besondern Hilfskraft, die ihrerseits die Verstellung der Steuerung der Kraftmaschine bewirkt (Servomotor bei Wasser- und Dampfturbinen, elektrische Regulatoren für Dampfmaschinen). In keinem Fall aber läßt sich durch einen R. eine vollständige Gleichförmigkeit des Ganges erreichen, da ein gewisser Widerstand, die Eigenreibung und der Widerstand des Stellzeuges (das sind die Hebel und Stangen, welche die Bewegung der Musse auf das Regulierorgan übertragen), beim Verstellen der Steuerung stets vorhanden ist. Um diesen zu überwinden, muß der R. vor Beginn der Muffenbewegung erst die hierzu nötige Kraft, Verstellkraft, entwickeln. Dies geschieht entweder durch eine Tonrenerhöhung von n auf n₂ oder -Erniedrigung von n auf n₁, je nach der Bewegungsrichtung der Regulatormuffe. Der R. bleibt also innerhalb der Tourenschwankung (n₂-n₁) unempfindlich. Das Verhältnis (n₁-n₂)/n = ε heißt Unempfindlichkeitsgrad, wobei n die mittlere Tourenzahl bedeutet. Vom Unempfindlichkeitsgrad zu unterscheiden ist der Ungleichförmigkeitsgrad (δ), d. h. das Verhältnis der Differenz aus der höchsten n_max und der niedrigsten Tourenzahl des Regulators n_min zur mittlern. Es ist: δ = (n_max - n_min)/n_mittel, wobei n_mittel = (n_max + n_min)/2.

Ein brauchbarer R. muß stabil sein, d. h. mit einem Wachsen der Tourenzahl muß der Ausschlag der Schwungmassen zunehmen. Stabil sind die sogen. statischen Regulatoren. Astatisch ist ein R., der bei einer bestimmten Tourenzahl alle möglichen Stellungen einnehmen kann. Wird diese Normalgeschwindigkeit nur im geringsten geändert, so geht der R. sofort in die höchste oder tiefste Lage. Derartige Regulatoren sind im indifferenten Gleichgewicht und nur als indirekt wirkende zu gebrauchen, die an den Hubgrenzen eine Hilfskraft einschalten. Man verwendet vorzugsweise pseudoastatische Regulatoren, d. h. solche, die nur in einer bestimmten Stellung astatisch sind und um so mehr den Charakter eines statischen Regulators annehmen, je mehr sie sich von dieser Stellung entfernen.

Bei der gewöhnlichen Anordnung eines Regulators bewegen sich die Schwungmassen um einen festen Drehpunkt an einer meist lotrechten Spindel, und ihre Verschiebung wird auf eine Muffe übertragen (Muffenregler). Dagegen sitzen die Achsenregler oder Flachregler auf der Maschinen- oder Steuerwelle, und ihre Schwungmassen verstellen unmittelbar die äußere Steuerung, meist ein Exzenter. Die Fliehkraft der Schwungmassen wird durch Gewichts- oder Federbelastung im Gleichgewicht gehalten. Zu den Gewichtsregulakoren gehören unter andern die von Watt (Fig. 1), Porter, Kley, Pröll, Buß, Zabel und der Cosinusregulator. Sie unterscheiden sich hauptsächlich nach der Art der Pendelaufhängung und der Bewegungsübertragung auf die Musse. Die Gewichtsregulatoren nehmen infolge der großen Massen bei Änderung der Belastung der Maschine nicht sehr schnell die dem neuen Beharrungszustand entsprechende Gleichgewichtslage ein, sondern schwingen (pendeln) mehrere Male um dieselbe. Letzteres läßt sich zwar durch Einschalten einer Ölbremse vermeiden, doch wird dadurch die Beweglichkeit des Regulators beeinträchtigt und ein Teil der Verstellkraft aufgezehrt.

Fig. 2. Hartung-Regulator.

Vorteilhafter ist die Verringerung der Massen in den Federregulatoren (von Beyer, Trenck, Hartung, Zabel, Tolle u. a.), die man deshalb stets anwendet, wo an die Regulierung einer Maschine die höchsten Anforderungen gestellt werden. Fig. 2 zeigt einen Hartung-R. Innerhalb zweier zylindrisch ausgebohrter Schwunggewichte s, s₁, die senkrecht zur Drehachse ausschlagen, befinden sich zwei Druckfedern, die der Fliehkraft entgegenwirken und durch Mutter m angespannt werden. Die Übertragung der Schwungmassenbewegung auf die Musse h erfolgt durch Winkelhebel ab, a₁b₁, und zwei Stangen (hier nicht gezeichnet).

Fig. 3. Ballregulator.

Um, besonders bei Maschinen mit starken und plötzlichen Belastungsschwankungen, sofortige energische Einwirkung des Regulators zu erzielen, wird als Kraft zur Verstellung des Regulierorgans der Trägheitswiderstand sich drehender Massen benutzt. Die hierauf beruhenden Regulatoren (Beharrungsregler, Inertieregulatoren) werden vorwiegend als Achsenregler ausgeführt. Fig. 3 zeigt den amerikanischen Ballregulator. Die Schwunggewichte c₁, c₂ bilden die Beharrungsmassen, die ihren Schwerpunkt in g, ihren Drehpunkt in s haben. An deren Verbindungsstück greift eine an einem Radarm befestigte Feder f an. o ist der Wellenmittelpunkt. Bei eintretender Geschwindigkeitsänderung bewirkt die Trägheitskraft der Beharrungsmasse, angreifend in g, eine Drehung um s und dadurch eine Verdrehung des Exzenters e gegen die Welle. Bei uns finden reine Beharrungsregler wenig Anwendung. Häufiger ist Fliehkraft und Beharrungswirkung vereinigt.

Im modernen Motorenbau fordert man vom R. auch die Möglichkeit der Tourenveränderung der Maschine. Eine dahingehende Einstellung geschieht bei Gewichtsregulatoren durch Änderung der Muffenbelastung, indem man auf den Stellhebel ein Gewicht von veränderlicher Größe einwirken läßt oder ein konstantes Gewicht verschiebbar anordnet, so daß dessen Hebelarm verschieden groß gemacht werden kann. Bei den Federregulatoren wird der gleiche Zweck erreicht durch Änderung der Federspannung (Anbringen von Federwagen, Längenänderung der Feder).

Die meisten Regulatoren sind Geschwindigkeitsregulatoren, d. h. sie halten bei wechselnder Belastung der Maschine eine nahezu bestimmte Tourenzahl fest, was z. B. bei Dampfmaschinen durch Änderung der Füllung geschieht. Bei Pumpen und Kompressoren ist nun infolge der unveränderlichen Druckhöhe der Widerstand für die einzelne Umdrehung konstant, was eine konstante Füllung des Dampfzylinders zur Folge hat. Die Tourenzahl hingegen will man je nach Bedarf an Wasser- oder Luftmenge in weiten Grenzen verändern können. Dieie Aufgabe, Veränderung der Leistung durch Veränderung der Tourenzahl bei konstanter Füllung, erfüllen die statischen Leistungsregulatoren, bei denen man durch einfache Verlängerung oder Verkürzung der Regulatorstellzeug und Steuerhebel verbindenden Stange irgendeine beliebige Stellung ihres Hubes der Gleichgewichtsfüllung entsprechen lassen kann (Leistungsregulator Patent Weiß, System Stumpf).

Regulatoren an Schiffsmaschinen sollen bei plötzlichem Übergang der Maschine von Vollbelastung in Leerlauf, was beim Austauchen der Schraube aus dem Wasser bei bewegter See eintreten kann, ein Durchgehen verhindern. Sie treten entweder wie die Regulatoren der stationären Maschinen durch die Geschwindigkeitsänderung der Schraubenwelle in Tätigkeit, oder aber ihre Wirkung beruht auf der Veränderung der Schiffslage oder der Wassersäulenhöhe am Heck des Schiffes. Die erstern wirken erst nach erfolgter Geschwindigkeitsänderung, während die letztern eine solche überhaupt verhindern und daher schneller regulieren. Zu den letztern gehört der Dunlop-Regler, der in der deutschen und englischen Marine vielfach Anwendung gefunden hat. Vgl. Laskus und Lang, Schwungräder und Zentrifugalpendel-Regulatoren (2. Aufl., Leipz. 1884); Wust, Theorie der Zentrifugalregulatoren (Stuttg. 1871); Lynen, Berechnung der Zentrifugalregulatoren (Berl. 1895); Tolle, Die Regelung der Kraftmaschinen (das. 1905).

Bei Lokomotiven heißt R. der Schieber, der das Dampfzuströmungsrohr mehr oder weniger öffnet und mittels des am Führerstand angebrachten Regulatorhebels bewegt wird. – In der Weberei nennt man R. die Vorrichtung, mittels der das Zeug in demselben Maß, als es fertig gewebt ist, auf den Zeugbaum aufgewickelt wird. – Regulatoren heißen ferner Apparate, welche die Temperatur in einem geschlossenen Raum auf gleicher Höhe erhalten sollen, und andre Apparate, die den Gaszufluß in Gasleitungen regeln sollen. – Auch eine besondere Art sehr regelmäßig gehender Uhren.