Watt-governor, de eerste cruise control

Een uitvinding die klein lijkt, maar werkelijk groots was voor de ontwikkeling van de industrie: De Watt-governor. James Watt vond deze voorganger van de cruise controll uit. Maar hoe werkt een Watt-governor nou werkelijk en wat is zijn doel?

Wat is de Watt-governor?

Watt-governor is de Engelse naam voor een centrifugaalregelaar van Watt. Een centrifugaalregelaar zorgt ervoor dat de snelheid waarmee een machine draait, constant blijft. Omdat het woord Watt-governor korter is dan het woord centrifugaalregelaar van Watt, zullen wij in de rest van het verslag spreken over de Watt-governor.

De geschiedenis van de Watt-governor

De Watt-governor is, zoals de naam al doet vermoeden, uitgevonden door James Watt. Dit gebeurde in het jaar 1788. Het doel van het apparaat was de snelheid van stoommachines te regelen en constant te houden. De uitvinding van de Watt-governor wordt nu één van de oorzaken van de industriële revolutie genoemd. De uitvinding heeft dus zeker invloed gehad op de wereld.

Waarom was een uitvinding als de Watt-governor nodig?

In de tijd waarin Watt leefde begonnen er steeds meer fabrieken te komen. Deze fabrieken hadden machines die door stoommotoren aangedreven werden. Stoommotoren bleven draaien met behulp van stoom. Die stoom werd gemaakt door water in een drukvat te verhitten ( stoomketel). Dat verhitten gebeurde meestal met steenkool. Kolen werden met grote scheppen in de ovens geworpen. Natuurlijk kan een stoker er niet voor zorgen dat er elke keer exact dezelfde hoeveelheid kolen onder de ketel zit. Omdat er daarom de ene keer meer en de andere keer minder kolen verbrand werden, werd er ook de ene keer meer stoom geproduceerd dan de andere keer en dat zorgt ervoor dat de stoommotoren elke keer op een andere snelheid draaien. Voor het functioneren van de machines in een fabriek is het essentieel dat hun toerental constant blijft, anders krijg je heel vreemde taferelen. Natuurlijk wisten mensen dit heel goed en daarom werden er meters op de stoomketels geplaatst waarvan je de druk kon aflezen. Kinderen werden vervolgens bij deze meterts gestationeerd en zij moesten dan kijken of het wijzertje wel in het midden bleef staan. Deze kinderen moesten de hoofdstoomkraan die tussen de stoomketel en de stoommachine zat, draaien zodat de druk gelijk bleef. Deze methode werkte redelijk, maar had toch een aantal nadelen. De kinderen maakten lange dagen en konden gemakkelijk fouten maken. Bovendien moesten deze kinderen betaald worden en dat was voor de fabrikant uitermate ongunstig. Daarom moest er een vervanger komen voor de kinderen: de Watt-governor.

Hoe werkt de Watt-Governor?

Een stoommachine drijft een vliegwiel aan. De bedoeling is om dat vliegwiel een zo constant mogelijke snelheid te geven. De snelheid van het vliegwiel wordt bepaald door de druk van de stoomketel. De druk van de stoomketel wordt bepaald door de temperatuur aan de ene kant en de hoeveelheid water in de ketel aan de andere kant. Die wisselen alle twee. Het is dus moeilijk om dat vliegwiel op hetzelfde toerental te houden. Daarom is er een aftakking gemaakt op het vliegwiel, vaak met een soort snaartje, die een verticale as aan het draaien brengt. Aan die as zit een constructie met daaraan scharnierende staven met aan het uiteinde daarvan een bal. Zoals te verwachten is zal door het draaien de middelpuntzoekende kracht ervoor zorgen dat de ballen naar buiten willen bewegen. De middelpuntzoekende kracht is nou juist precies dat waarop de werking van de Watt-governor gebaseerd is. Door het kiezen van het juiste gewicht van de ballen of door het inzetten van een veersysteem kan een snelheid gekozen worden zodat de ballen van de Watt-governor een juiste hoek bereiken. Die hoek hangt samen met de snelheid van de stoommachine. Als aan het mechaniek van de ballen van de Watt-governor een mechanisme wordt gemaakt waardoor de stoomkraan tussen de stoomketel en de stoommachine geregeld wordt, kan daarmee een zeer effectieve cruise-control worden gemaakt. Daardoor is de Watt-governor de eerste cruise-control, ofwel terugkoppelingsmechanisme, een systeem wat we tot vandaag de dag in allerlei situaties gebruiken.

Op het moment dat de druk in de stoomketel te hoog is, gaat de machine te snel. De Watt-governor wordt regelt dan dat de snelheid weer constant wordt. Omdat de er teveel druk is draait het vliegwiel sneller en dat zorgt ervoor dat de ballen van de Watt-governor ver uit elkaar gaan staan. Als de ballen van de Watt-governor ver uit elkaar gaan staan door middel van middelpuntzoekende kracht, dan sluit hij de stoomkraan waardoor er minder stoom naar de stoommachine gaat en het geheel dus weer langzamer gaat draaien. Als de machine echter zijn toerental niet haalt, omdat hij te traag is, dan gaan de ballen dichter naar elkaar toe en opent de stoomtoevoer zich. De Watt-governor controleert zich zelf de hele tijd en zo blijft hij dus constant draaien.