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Umlaufender hydraulischer Servomotor.
Im Stammpatent ist ein umlaufender hydraulischer Servomotor beschrieben, bei welchem sowohl der Arbeitsmittelvorrat als auch die das Arbeitsmittel auf Druck bringende Vorrichtung dem umlaufenden System angehören.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verbesserungen dieses Servomotors, welche insbesondere seine Anwendung zum Regulierantrieb grösserer Kaplanturbinen ermöglichen bzw. vorteilhaft gestalten sollen.
Bei diesen Turbinen, die meist mit lotrechter Welle gebaut und direkt mit dem elektrischen Generator gekuppelt sind, erscheint es häufig wünschenswert, den Servomotor möglichst nahe zum Laufrad zu verlegen, etwa zwischen die Kupplungsflanschen der Turbinen-und Generatorwelle. Würde hiebei die Pumpvorrichtung im Innern des Arbeitskolbens liegen, so wäre sie bei allfällig vorkommenden Störungen nur schwer zugänglich, denn es müsste das ganze Laufrad gesenkt werden.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass die Pumpvorrichtung an leicht zugänglicher Stelle mit dem Arbeitszylinder bzw. den mit ihm fest verbundenen Teilen zusammengebaut ist, so dass sie ohne Entfernung schwerer Stücke erreichbar bleibt.
Als vorteilhaft hat sich hiebei erwiesen, die Steuerorgane exzentrisch zur Achse des Servomotors anzuordnen und gegebenenfalls für den Eintritt des Arbeitsmittels in den Zylinder sowie seinen Austritt aus demselben getrennte Steuerorgane zu verwenden. Hiedurch wird einerseits die Ausbildung der Generatorwelle als Hohlwelle-wie dies bisher zur Unterbringung der Steuerung üblich war-überflüssig, anderseits ergibt sich eine gedrängte Bauart des Servomotors.
Hat der Arbeitskolben hohe Regulierkräfte zu überwinden und wird im Ruhezustand des Kolbens die volle Druckmittelmenge im Kreislauf'durch den Servomotor gedrückt, so kann die an den Steuerkanten eintretende Drosselung unerwünschte Temperaturerhöhungen des Arbeitsmittels herbeiführen. Für derlei Fälle sieht die vorliegende Erfindung eine besondere Anordnung vor.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist 1 das zu einem Flansch erweiterte untere Ende der Generatorwelle, 2 das ähnlich ausgebildete obere Ende der Turbinenwelle. Zwischen ihnen sitzt der Arbeitszylinder 3 des Servomotors, in welchem sich der Arbeitskolben 5 verschieben kann, um mittels der Regulierstange 4 die Laufradschaufeln der Kaplanturbine zu verdrehen. Im Flansch der Turbinenwelle 2 ist die Zahnradpumpe 6 untergebracht, u. zw. so, dass sie durch Abnahme des Deckels 10 jederzeit leicht zugänglich ist, um etwaige Störungen rasch beseitigen zu können. Der Antrieb erfolgt über die Welle 7 und das Zahnrad 8, welch letzteres bei Umlauf des Servomotors an dem fesstehenden, innenverzahnten Kranz 9 abrollt.
Zur Steuerung dienen die beiden Steuerschieber 11 und 12, welche den Wellenflansch des Generators durchdringen und mittels der Rollen 13 auf einer Bahn laufen, welche der
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demselben. Durch den Druck im Raum B werden beide Schieber ständig gegen die Muffe 14 gedrückt.
Die Arbeitsweise ist folgende : Beim Umlauf des Servomotors fördert die Pumpe 6 Druck- flüssigkeit durch die Bohrungen 19, 2 () zum Schieber 11. Im Ruhezustand des Arbeitskolbens 5 (Fig. 1) geben beide Steuerkanten 15, 16 den Zutritt des Druckmittels über die Bohrungen 21, 22 in die beiden Zylinderräume B, A frei. Von da gelangt es durch die Bohrungen 23, 24 an den Steuerkanten 18, 17 des Schiebers 12 vorbei in die Bohrungen 25, 26 und durch diese zum Saugraum der Pumpe 6 zurück. Eine Änderung der Lage des Arbeitkolbens 5 findet hiebei nicht statt.
Soll die Regulierbewegung eingeleitet werden, so wird durch axiale Verschiebung der Muffe 14 eine Verstellung der Schieber 11, 12 um gleiche Beträge und in gleichem Sinne herbeigeführt, z. B. nach abwärts. Dann sperrt die Steuerkante 15 den Kanal 21 und die Steuerkante 17- den Kanal 24. Das Druckmittel wird nunmehr bloss durch die Bohrung 22 in den Raum A gefördert und kann von hier aus nicht mehr entweichen. Es drückt daher den Kolben 5 so lange nach abwärts, bis die ursprüngliche relative Lage zwischen diesem und den Steuerschiebern 11, 12 wieder hergestellt ist und der normale beiderseitige Kreislauf erfolgt. Die Aufwärtsbewegung vollzieht sich in analoger Weise, so dass die nähere Beschreibung überflüssig erscheint.
Falls zum Festhalten des Arbeitskolbens 5 in seiner jeweiligen Stellung grosse Kräfte aufgewendet werden müssen, denen etwa der Flüssigkeitsdruck im Raum A andauernd das Gleichgewicht zu halten hätte, so werden die Steuerkante 15 des Schiebers 11 und die Steuer kante 17 des Schiebers 12. im Ruhezustand des'Kolbens nur sehr enge Spalten freigeben können, durch welche dennoch die volle Fördermenge der Pumpe ss-von Undichtigkeits- verlusten abgesehen-im Kreislauf hindurchströmen muss. Diese Drosselung kann eine. starke Erhitzung des Druckmittels herbeiführen und die Anwendung des im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 benutzten Prinzips bei grossen Turbineneinheiten-zumal bei grösseren Gefällen- weniger vorteilhaft erscheinen lassen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches den erwähnten Nachteil nicht besitzt. In dieser Figur wurden die einzelnen Teile analog mit Fig. 1 bezeichnet. Während beim Ausführungsbeispiel gemäss der letztgenannten Figur die Steuerschieber 11 und 12 in ihrer neutralen Lage mittels der Steuerkanten 15, 16 und 17, 18 Kreisläufe der Arbeitsflüssigkeit durch die Zylinderräume A und B freigeben, sperren sie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 bei neutraler Stellung die Kanäle 21, 22 und 23, 24 vollständig ab und unterbrechen die Verbindung mit den Zylinderräumen A und B.
Die zur Bewegung des Arbeitskolbens 5 betimmte Pumpe 6 wird dauernd angetrieben und fördert während des Arbeitshubes in die Zylinderäume A bzw. B, während des Kolbenstillstandes hingegen bei abgesperrtem Rückschlagventil 43 durch eine Umlaufleitung 38,. 39, wodurch die Pumpe 6 entlastet wird ; Neben der Pumpe 6 ist eine Hilfspumpe 33 vorgesehen, die parallel zur Pumpe 6 geschaltet ist und gleichfalls dauernd angetrieben wird.
Diese Hilfspumpe unterstützt während des Arbeitshubes des Kolbens 5 die Pumpe 6 und fördert bei Stillstand des Kolbens durch eine Umlaufleitung, in die ein regelbares Überströmorgan 40 nach Art eines Sicherheitsventils eingeschaltet ist, welches sich erst dann öffnet, wenn der Förderdruck das Höchstmass des vorkommenden Servomotor-Betriebsdruckes überschreitet. In der Umlaufleitung der Hilfspumpe 33 liegt weiters ein Umsteuerorgan 30, das in Abhängigkeit vom Druck der Umlaufleitung entweder die Hauptpumpe 6 zur Förderung in den Servomotor zwingt oder aber sie entlastet.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt : Angenommen, der Arbeitskolben 5 habe eben seine Bewegung vollendet und damit die beiden Steuerschieber 11, 12 in die neutrale Lage nach Fig. 2 gebracht, wo sie die Kanäle 21, 22 bzw. 23, 24 völlig absperren. Die Hauptpumpe 6 und die Hilfspumpe 33, welche bisher gemeinsam in einen der Zylinderräume A bzw. B gefördert hatten, arbeiten jetzt gegen den geschlossenen Schieber 11, wodurch ein rascher Druckanstieg vor demselben stattfindet. Von dem Überströmorgan 40, dessen Feder 41 durch die Schraube 42 auf einen den höchsten Betriebsdruck in den Räumen ,-B übersteigenden Druck eingestellt wurde, wird das Mass des Druckanstieges abhängig sein.
Die Druckerhöhung pflanzt sich auch in den Raum 31 des Umsteuerorgans 30 fort und verschiebt dasselbe entgegen der Wirkung der Feder 32 nach rechts, so dass die Steuerkante 27 die Umlaufleitung 28, 29 der Hauptpumpe freigibt, welche dadurch entlastet wird. Das Rückschlagventil 43 schliesst sich und verhindert eine Absenkung des Druckes vor dem Steuerschieber 11.
Inzwischen arbeitet die Hilspumpe 33 dauernd auf den durch das Überströmorgan 40 eingestellten erhöhten Druck. Sie wird zweckmässig so bemessen, dass sie eben hinreicht, die
Undichtigkeitsverluste zu decken und sicherheitshalber noch eine Mfine Fliissigkeitsmenge im Kreislauf durch das Überströmorgan 40 zu fördern.
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Werden nunmehr zur Einleitung des Arbeitshubes die Steuerschieber 11. 12 verstellt, so gelangt der Raum vor dem Steuerschieber 11 mit einem der Zylinderräume A, B in Verbindung. Da in diesen Räumen ein geringerer Druck herrscht als der durch das Überströmorgan 40 eingestellte, so sinkt augenblicklich der Druck vor dem Schieber 11 und somit auch jener im Raum 31 des Umsteuerorgan 30. Dieses geht unter dem Einfluss seiner entsprechend eingestellten Feder 32 nach links und die Kante 27 schliesst die Umlaufleitung 28, 29 der Hauptpumpe 6. Hiedurch wird letztere gezwungen, unter Öffnung des Rückschlagventils 43 in die Leitung 19 und von da in einen der Zylinderräume A, B zwecks Durchführung des Arbeitshubes zu fördern.
Auch die Hilfspumpe 33 arbeitet jetzt nur mehr auf den normalen Betriebsdruck, das Überströmorgan 40 bleibt geschlossen.
Der Deutlichkeit halber seien nachstehend die Kreisläufe noch ausdrücklich angeführt : a) Arbeitskolben 5 in Bewegung.
Hauptpumpe 6 : Leitung 19 über Rückschlagventil 43, Bohrung 20, Steuerschieber 11,
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Bohrung 25, Leitung 26, Pumpe 6.
Hilfspumpe 33 : Leitung 34, 35, Bohrung 20, Servomotor wie bei Hauptpumpe beschrieben, Bohrung 25, Leitung 26, 36, Hilfspumpe 33. b) Arbeitskolben 5 in Ruhe.
Hauptpumpe 6 : Umlaufleitung 28, 29.
Hilfspumpe 33 : Leitung 34,37, Raum 31 des Umsteuerorgans, Leitung 38, Überströmorgan 40, Leitung 39, 26, 36, Hilfspumpe 33.
Da bei der beschriebenen Anordnung im Ruhezustand des Arbeitskolbens 5 nur die geringe Fördermenge der Hilfspumpe 33 unter Druck in Umlauf bleibt, hingegen die Hauptpumpe 6 völlig entlastet läuft, so ist eine Erhitzung des Druckmittels auch bei hoch belastetem Servomotor nicht zu befürchten.
Sämtliche Teile des Servomotors werden zweckmässig mit dem umlaufenden System zusammengebaut, um die Überleitung von Druckflüssigkeit von stillstehenden in umlaufende Teile zu umgehen. Es ist selbstverständlich, dass die Einzelheiten der Konstruktion im Rahmen der Erfindung weitgehend geändert werden können. So sei nur darauf verwiesen, dass an Stelle der im Ausführungsbeispiel vorausgesetzten Zahnradpumpen auch Kolbenpumpen, Kapselpumpen u. dgl. in derselben oder verschiedener Anzahl Anwendung finden könnten. Ebenso sind auch die Bauart der Steuerteile, des Umsteuerorgan und des Überströmorgans auf das Wesen der Erfindung ohne Einfluss.
Mit dem Servomotor könnte auch zu dem bei Regulierungen üblichen Zwecke ein Windkessel verbunden werden, der etwa an die Leitung 19 (Fig. 2) vor dem Steuerschieber 11 anzuschiessen wäre. Schliesslich müssten auch die Pumpen nicht dauernd angetrieben werden, sondern nur dann, wenn die Förderung von Arheilsfüssigkeil zwecks Verstellung des Servomotorkolbens erforderlich ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Umlaufender hydraulischer Servomotor nach dem Patente Nr. 124. 617, dadurch gekennzeichnet, dass die das Arbeitsmittel auf Druck bringende Vorrichtung (6) an leicht zu-
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zusammengebaut ist.