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Hydraulische Regeleinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Regeleinrichtung für einen Wellenantrieb, bei der ein verbessertes Reglersystem unter Verwendung hydraulischer Servowirkung vorgesehen ist, die im we- sentlichen, jedoch nicht ausschliesslich zur Verwendung in Verbindung mit einer Antriebsvorrichtung mit konstanter Drehzahl bestimmt ist, bei der die Drehzahlschwankungen des Hauptantriebes mittels eines durch ein Differentialgetriebe angekuppelten Druckluftmotors ausgeglichen werden.
Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung ist ausgestattet mit einem Servomotor zum Einstellen der
Antriebsleistung für die Welle und mit einem Kolben, auf den ein Druck einwirkt, der vom Flüssigkeits- strom einer gleichmässig fördernden Quelle mittels einer Öffnung von in Abhängigkeit von der Wellen- drehzahl veränderlichem Querschnitt abgeleitet ist, wobei der Flüssigkeitsstrom in zwei Äste aufgeteilt ist, die beide zu einer gemeinsamen Stelle niedrigen Druckes führen, und einer der Äste nur eine Öffnung festen Querschnittes aufweist, wogegen der andere Ast eine Öffnung veränderlichen Querschnittes in Reihe mit einer zweiten Öffnung aufweist, deren Querschnitt von der Wellendrehzahl unabhängig ist.
Nach der Erfindung ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Differentialkolben ausgebildet ist und die Druckverbindungen zum Kolben so angeordnet sind, dass der Druck zwischen den beiden in Reihe liegenden Öffnungen auf eine der Kolbenflächen, der Druck beim Eingang zu den beiden Ästen auf die andere Kolbenseite mit kleinerem Querschnitt einwirkt.
Wenn die Drehzahl, die konstant gehalten werden soll, ansteigt, vergrössert sich die veränderliche Öffnung (oder sie verkleinert sich, wenn die veränderliche Öffnung zwischen der zweiten Öffnung und der Stelle niedrigen Druckes angeordnet ist), so dass sich der auf die grössere Kolbenfläche wirkende Druck im Vergleich zu dem auf die kleinere Kolbenfläche wirkenden Druck erhöht und den Kolben veranlasst, sich in Richtung seiner kleineren Oberfläche hin zu bewegen, bis die Steuerwirkung des Kolbens die vorbestimmte Wellendrehzahl wiederhergestellt hat und die Wirkung der beiden Drücke auf den Differentialkolben so wieder ausgeglichen ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung gekennzeichnet durch ein unter Fliehkraft wirkendes Element, das den Querschnitt der veränderlichen Öffnung regelt ; nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die veränderliche Öffnung zwischen der Druckquelle und der zweiten der in Reihe miteinander verbundenen Öffnungen angeordnet.
Mit der bis jetzt beschriebenen Einrichtung ist der Regler nicht stabil, d. h. jede Abweichung von der normalen Drehzahl bewirkt, dass der Kolben sich zu dem einen oder andern Ende seines Hubes bewegt, wenn nicht die Drehzahl zum Normalwert zurückgekehrt ist, bevor er ein solches Ende erreicht hat. Falls erforderlich, kann daher nach der Erfindung eine Feder oder es können Federn vorgesehen sein, die den Kolben gegen eine Normalstellung hin vorspannen, um die Anordnung stabil zu erhalten. In diesem Fall bewirkt eine vorbestimmte Abweichung von der normalen Drehzahl, dass der Kolben sich um ein vorbestimmtes Stück aus seiner Normalstellung bewegt und so erlaubt, dass die Drehzahl bei einem von der normalen Drehzahl in Abhängigkeit von der Grösse des störenden Einflusses abweichenden Wert stabilisiert wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass das unter Fliehkraft wirksame Element das Ventil eines an sich bekannten Reglers der Art bildet, bei der das Ventil unter Feder-
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wirkung eine radiale Öffnung einer hohlen Reglerwelle verschliesst, zu deren Innerem Flüssigkeit von einer Pumpe geliefert wird, wobei die Fliehkraft den Ventilkörper zusammen mit jener von Halte- bzw.
Befestigungsgliedern das Ventil gegen die Federwirkung öffnen lässt, wenn die vorgesehene Wellendreh- zahl überschritten wird. Die Einrichtung kann nach der Erfindung aber auch so ausgebildet sein, dass die in Reihe mit der Öffnung veränderlichen Querschnittes liegende Öffnung ein auf einen vorbestimmten
Druck eingestelltes Hilfsventil ist und die Feder, die der Fliehkraftwirkung auf das Element entgegenwirkt, so ausgelegt ist, dass bei Ansteigen der Wellendrehzahl der Druck an der Öffnung veränderlichen Quer- schnittes trotz des wachsenden Flusses durch dieselbe sinkt.
Die Erfindung wird im folgenden für zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen beschrie- ben. Fig. l ist eine schematische Ansicht der Regeleinrichtung nach der Erfindung, wogegen Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform darstellt.
Gemäss Fig. l ist eine Welle 1, die auf einer vorgegebenen normalen Drehzahl gehalten werden soll, einerseits mit einer Zahnradpumpe 2 und anderseits mit einer hohlen Reglerwelle 3 gekuppelt, die zweck- mässigerweise entweder von der Welle 1 gebildet oder koaxial mit ihr und bzw. oder mit einer der Wel- len der Zahnradpumpe 2 angeordnet ist. Die Pumpe 2 fördert Flüssigkeit in einer im wesentlichen konstanten Menge zu einer Druckleitung 4, von der eine vom Druck in dieser Leitung abhängige Menge zum
Pumpeneinlassstutzen 45 durch eine erste Drosselöffnung (metering aperture) 6 zurückfliessen kann.
Der innere Teil der hohlen Reglerwelle 3 steht durch eine Abschlusskammer 17 und eine Öffnung 8 mit der Druckleitung 4 in Verbindung und lässt die Druckflüssigkeit zur veränderbaren Öffnung gelangen, die einen Ventilstutzen 5 und ein damit zusammenarbeitendes Ventilelement 16 bildet. Das Ventilelement 16 ist an der Welle 3 mittels einer Feder 7 so befestigt, dass es mit der Welle rotiert und öffnet, wenn die auf das Ventilelement 16 selbst und die Feder 7 einwirkende Zentrifugalkraft sowie die Differenzwirkung der Drücke am Ventilstutzen 5 und in einer geschlossenen Kammer 9, in der der Regler untergebracht ist, gemeinsam die Wirkung der Feder 7 übersteigen.
Die Kammer 9 steht mit einer Kammer 10 an der Seite der grösseren Oberfläche des Differentialkolbens 11 in Verbindung, wogegen eine ähnliche Kammer 12 an der Seite der kleineren Oberfläche des Kolbens 11 mit der Druckleitung 4 in Verbindung steht. Eine zweite Drosselöffnung (metering aperture) 13 gestattet der Flüssigkeit, von den Kammern 9 und 10 zum Pumpeneinlassstutzen 45 in einer durch die in den Kammern 9 und 10 herrschenden Drücke bestimmten Menge zurückzukehren. Falls erforderlich, können zwei Federn 14 und 15 zwischen dem Kolben 11 und den äusseren Enden der Kammern 10 bzw. 12 angebracht sein, um die Stabilität der Apparatur zu gewährleisten.
Wenn von der Drehzahl "null" weg angelassen wird, herrscht, solange die Drehzahl der Welle 1 niedriger ist als die, bei der das Ventil 16 zu öffnen beginnt, in den Kammern 9 und 10 im wesentlichen der gleiche Druck wie am Pumpeneinlassstutzen, wogegen der Druck in der Kammer 12 dem Pumpenförderdruck gleich ist. Infolgedessen wird der Kolben 11 gegen die Seite seiner grösseren Oberfläche hin bewegt, und wird unabhängig davon, ob die Feder 14 vorgesehen ist oder nicht, das Ende seines Hubes erreichen, wenn das Ventil 16 geschlossen bleibt.
Sobald das Ventil 16 zu öffnen beginnt, entwickelt sich ein vom Verhältnis der durch das Ventil 16 gegebenen Öffnung zur Drosselöffnung 13 abhängiger Druck in den Kammern 9 und 10 und der Kolben 11 kommt zur Ruhe, sobald die resultierende Druckkraft auf der Seite der grösseren Oberfläche des Kolbens gemeinsam mit der Wirkung der zusammengedrückten Feder 14 (falls vorgesehen) die Wirkung der gegebenenfalls vorgesehenen Feder 15 und des in der Kammer 12 wirkenden höheren Druckes auf die kleinere Oberfläche auf der andern Seite des Kolbens 11 ausgleicht. Wenn keine Federn 14,15 vorgesehen sind, kann dieser Ausgleich nur erreicht werden, wenn die Welle 1 genau ihre normale Drehzahl wieder erlangt hat, wogegen der Ausgleich - wenn die Federn 14 und 15 vorgesehen sind-nicht nur bei der normalen Drehzahl erzielt wird.
In diesem Fall kommt der Kolben 11 in der dargestellten Mittelstellung zur Ruhe, aber auch bei Drehzahlen um ein Geringes höher oder niedriger als die normale Drehzahl kommt der Kolben in diesem Falle in einem Abstand von der Mittelstellung zur Ruhe, der von der Grösse der Drehzahlabweichung abhängt, u. zw. auf der einen oder andern Seite der dargestellten Mittelstellung, je nachdem, ob die Drehzahl höher oder niedriger als die normale ist. Dabei wurde angenommen, dass das Ventil 16 nicht vollkommen schliesst, bis der Kolben 11 die extreme Stellung bei niedriger Drehzahl erreicht hat.
Bei der Einrichtung nach Fig. 2 fördert eine von einer Reglerwelle 22 angetriebene Zahnradpumpe 21 Öl oder eine andere Flüssigkeit von einem Einlassstutzen 23 zu einem Auslass 24, der zwei Abzweigungen 25 und 26 besitzt. Ein Zweig 25 führt zu einer Austrittsöffnung 27, die durch eine Drosselöffnung, gebildet durch ein einstellbares Auslassventil 28, gesteuert wird, wogegen der andere Zweig 26 über einen Regler 29 zu einer zweiten Auslassöffnung 31 führt.
Der federbelastete Regler 29 ist ähnlich gebaut wie jener nach Fig. 1. Es kann Flüssigkeit aus der Lei-
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tung 26 über eine Ringkammer 40 zu einem Durchlass 41 in der Reglerwelle 22 fliessen. Dieser Durchlass führt zu einem Ventilsitz, der mit einem halbkugelförmigen Ventilelement 38 zusammenwirkt, wobei eine Blattfeder 39 der Fliehkraft des Ventilkörpers entgegenwirkt und Flüssigkeit beim Öffnen des Venti- les 38 vom Durchlass 41 in eine Gehäusekammer 42 fliesst, die den das Ventilelement 38 enthaltenden
Teil der Welle 22 umschliesst.
Die Auslassöffnung 31 wird derart durch ein federbelastetes, einstellbares Rückschlagventil 30 ge- steuert, dass der Druck in einer Leitung 32, die von der Kammer 42 des Reglers 29 zum Rückschlagven- til 30 führt, im wesentlichen konstant bleibt.
Ein Differentialkolben 33, der zur Steuerung des Druckluftservomotors eines Antriebes mit konstanter
Drehzahl der oben erwähnten Art verwendet werden kann, ist in einem Zylinder 34 angeordnet, dessen der grösseren Oberfläche des Kolbens 33 anliegender Zylinderraum 35 mit der Leitung 32 in Verbindung steht und so einem konstanten Druck ausgesetzt ist, wogegen der der kleineren Oberfläche des Differen- tialkolbens 33 anliegende Zylinderraum 36 durch die Abzweigungsleitung 25 mit der Pumpe verbunden ist, so dass im Zylinderraum 36 der Pumpenförderdruck herrscht, der höher ist als der zufolge des Feder- reglers 29 in der Leitung 32 herrschende Druck.
Der Zylinderraum 36 enthält weiters eine Feder 37, mit- tels welcher der Kolben 33 an einer vorbestimmten Stelle im Zylinder innerhalb eines vorbestimmten Be- reiches für eine beliebige Differenz der auf die zwei Seiten des Kolbens wirkenden hydraulischen Kräfte stabilisiert ist. Unter der Annahme, dass der Kolben 33 sich in der Mitte des Zylinders 34 im Gleichgewicht befindet, wenn die Welle 22 mit der geforderten Drehzahl läuft, wird eine Herabsetzung der Dreh- zahl der Welle 22 durch Minderung der Fliehkraft des Ventiles 38, die dem wirksamen Druck der Feder entgegenwirkt, den Druck am Federregler 29 erhöhen.
Dabei erhöht sich der Druck im Zylinderraum 36 und bewirkt, dass der Kolben 33 von der Mittelstellung nach der Seite seiner grösseren Oberfläche verscho ben wird, wodurch sich die Kraft der Feder 37 vermindert, bis das Gleichgewicht der Kräfte wiederhergestellt ist. Umgekehrt erniedrigt ein Ansteigen der Drehzahl der Welle 22 den Druck am Federreglel29 und bewirkt dadurch eine Verschiebung des Kolbens nach der Seite seiner kleineren Oberfläche, bis die erhöhte Kraft der Feder 37 den erniedrigten Druck im Zylinderraum 36 wieder wettmacht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Regeleinrichtung für einen Wellentrieb, mit einem Servomotor zum Einstellen der Antriebsleistung für die Welle und mit einem Kolben, auf den ein Druck einwirkt, der vom Flüssigkeitsstrom einer gleichmässig fördernden Quelle mittels einer Öffnung von in Abhängigkeit von der Wellendrehzahl veränderlichem Querschnitt abgeleitet ist, wobei der Flüssigkeitsstrom in zwei Äste aufgeteilt ist, die beide zu einer gemeinsamen Stelle niedrigen Druckes führen, und einer der Äste nur eine Öffnung festen Querschnittes aufweist, wogegen der andere Ast eine Öffnung veränderlichen Querschnittes in Reihe mit einer zweiten Öffnung aufweist, deren Querschnitt von der Wellendrehzahl unabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Differentialkolben (11,33)
ausgebildet ist und die Druckverbindungen zum Kolben so angeordnet sind, dass der Druck zwischen den beiden in Reihe liegenden Öffnungen (5,13 bzw. 41,31) auf eine der Kolbenflächen, der Druck beim Eingang zu den beiden Ästen auf die andere Kolbenseite mit kleinerem Querschnitt einwirkt.