METALLUS Kundenmodelle

Dampfmaschine mit Fliehkraftregler

Hans-Gerd Finke

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Eckdaten zum Modell:

LÃ¤nge:	51 cm
Breite:	21 cm
HÃ¶he:	20,5 cm
Gewicht:	2,2 kg

Bericht:

Die Idee dazu lieferte eine Vorlage aus einem der ganz alten Anleitungshefte. Da dieses Modell jedoch nicht eigenstÃ¤ndig funktioniert, wurde es grundlegend modifiziert. In den groÃŸzÃ¼gig dimensionierten Zylinder war zunÃ¤chst eine MÃ„RKLIN-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 beeintrÃ¤chtigte. Der nÃ¤chste Versuch wurde mit hintereinander montierten Spulen durchgefÃ¼hrt, 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. 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 gleichmÃ¤ÃŸigerer Rundlauf resultiert. AuÃŸerdem entspricht dieses Verhalten der Funktion einer richtigen Dampfmaschine. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, dass 2 Kontakte erforderlich und die Reibungsverluste dadurch geringfÃ¼gig hÃ¶her sind. Die Pleuelstange hat eine LÃ¤nge von 14 Loch; ein Flachband aus Stahl hÃ¤tte also schon ein relativ hohes Gewicht. Da diese Masse nicht zur Erhaltung der Drehbewegung beitrÃ¤gt, wurde die Pleuelstange aus Aluminium-FlachbÃ¤ndern zusammengeschraubt. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Schwungrad nur mit einem kleinen Gegengewicht auszustatten ist, welches die MassentrÃ¤gheit nicht wesentlich erhÃ¶ht. Als Nabe fÃ¼r das Schwungrad wurde ein MEKANIK-Zahnrad mit 40 ZÃ¤hnen verwendet, welches eine 60-Grad-Teilung ohne weiteres zulÃ¤sst. Als Schwungrad dient der groÃŸe MÃ„RKLIN-Ring, welcher durch die Ã¼berwiegend auÃŸen drehende Masse im Vergleich zu den anderen Metallbaukasten-RÃ¤dern ein groÃŸes TrÃ¤gheitsmoment hat. Auf der anderen Seite der Maschine war der Antrieb fÃ¼r den Fliehkraftregler zu installieren. Um den Regler mÃ¶glichst niedrig zu halten, war der Kraftfluss noch in eine andere Ebene zu Ã¼bertragen. Das gesamte ÃœbersetzungsverhÃ¤ltnis muss selbstverstÃ¤ndlich ganzzahlig sein und wurde der Einfachheit halber hier zu 1:1 gewÃ¤hlt. Die Konstruktion des Fliekraftreglers wurde in Anlehnung an vorliegende Bauanleitungen durchgefÃ¼hrt. Auch hier wurden einige Teile aus Aluminium verwendet, damit die Fliehgewichte schon bei mÃ¶glichst niedriger Drehzahl arbeiten kÃ¶nnen. An der unteren, auf der Welle verschiebbaren (selbstgebauten) FÃ¼hrung 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 Mit zunehmender Drehzahl hebt der Schleifkontakt ab und verhindert dadurch eine weitere ErhÃ¶hung; dies entspricht der Funktion einer klassischen Drehzahlregelung. Die Drehzahl wird durch die voreingestellte HÃ¶he der Fliehgewichte bestimmt: Je niedriger die Fliehgewichte im Ruhezustand hÃ¤ngen, 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 VertrÃ¤glichkeit) verwendet werden. Die Wand des Zylinders wurde aus Wellpappe hergestellt, die sich zu diesem Zweck hervorragend eignet. Der vordere Zylinderdeckel kann durch LÃ¶sen einer einzigen Schraube entfernt und dadurch das Innenleben des Zylinders freigelgt werden. Wie sich im Nachhinein zeigte, hÃ¤tte zum Antrieb eine Spule vermutlich ausgereicht. 2 Spulen bieten allerdings den Vorteil einer groÃŸzÃ¼gigen 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. WÃ¤rme erhÃ¶ht den ohmschen Widerstand der Spulen, dadurch sinkt der Strom und ebenfalls die magnetische FeldstÃ¤rke; in der Praxis lÃ¤uft die Maschine mit kalten Spulen tatsÃ¤chlich besser. Wird die Maschine mit hÃ¶herer Spannung betrieben, dann bleibt die Drehzahl konstant, und bei Belastung der Maschine wird diese Drehzahl innerhalb eines bestimmten Bereiches auch konstant gehalten - hieran lÃ¤sst sich die Funktion der Regelung sehr gut demonstrieren.