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Regelungsvorrichtung zur Steuerung eines Servomotors, bei der Hilfsmittel ein Steuer- organ für den Servomotor gegen seine Mittellage drängen.
Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zur Steuerung eines Servomotors, bei der Hilfsmittel ein Steuerorgan für den Servomotor gegen seine Mittellage drängen ; sie i'dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkung der das Steuerorgan gegen die Mittellage zu drängen trachtende Hilfsmittel derart begrenzt ist, dass das Steuerorgan aus seiner Mittellage um einen verhältnismässig geringen Betrag ausgelenkt werden kann, bevor die Hilfsmittel auf dasselbe zur Einwirkung kommen.
Regelungsvorrichtungen zur Steuerung eines Servomotors, bei denen ein Steuerorgan für den Servomotor durch besonders dafür angeordnete Hilfsmittel, z. B. Federn oder Gewichte, beständig gegen die Mittellage gedrängt wird und nur'unter Überwindung des Widerstandes dieser Hilfsmittel aus der Mittellage ausgelenkt werden kann, sind bekannt [PatentNr. 92858]. Bei solchen bereits bekannten Vorrichtungen wird das Steuerorgan durch ein von einem Regler bewegtes Hilfsorgan, z. B. eine Pendelmuffe, unter Vermittlung eines Kataraktes od. dgl., aus seiner Mittellage ausgelenkt.
Durch das Zusammenwirken dieses Kataraktes und der auf das Steuerorgan einwirkenden Hilfsmittel wird dabei erreicht, dass das Steuerorgan nur ausgelenkt wird, wenn und solange sich das vom Regler bewegte Hilfsorgan mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit bewegt, und dass es selbsttätig in seine Mittellage zurückbewegt wird, sobald die Geschwindigkeit des Hilfsorgans unter die erwähnte Mindestgeschwindigkeit sinkt. Das hat zur Folge, dass, wenn es sich z. B. um eine Steuerung eines Servomotors für die Regelung einer Kraftmaschine handelt, jeder Regelungsvorgang selbsttätig unterbrochen wird. sobald die Beschleunigung der Kraftmaschine unter ein gewisses Mass sinkt.
Derartige Vorrichtungen bewirken zwar in sehr vorteilhafter Weise eine Unterbrechung der Servomotorbewegung im erforderlichen und gewollten Augenblick, haben aber den Nachteil, dass durch sie nicht ohne weiteres eine durch den Regler bestimmte eindeutige Lage des beweglichen Teiles des Servomotors bewirkt wird, weil eben die Beeinflussung des Servomotors einzig und allein von der Geschwindigkeit der Bewegung des Hilfsorgans, z. B. der Pendelmuffe, und nicht von dessen Lage abhängig ist. Man hat diesem t1Jelstande dadurch begegnet, dass neben der in der beschriebenen Weise wirkenden Steuerung eine zweite, entsprechend kleiner bemessene Steuerung angeordnet wurde, der die Aufgabe zufällt, die erforderliche oder gewünschte Abhängigkeit der Stellung des beweglichen Teiles des Servomotors von derjenigen des Reglers zu sichern.
Das Hinzukommen einer zweiten Steuerung bedeutet natürlich an sich schon einen Nachteil, wozu noch kommt, dass die zweite Steuerung, weil nur von der Lage des Reglers abhängig, aus bekannten Gründen zu Schwingungen beim-Regelungsvorgang führen kann.
Diesen Nachteilen begegnet eine Vorrichtung nach der Erfindung. Eine beispielsweise Ausführungform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine schematische'Darstellung der gesamten Steuerung, bei der ein hydraulischer Servomotor, der zur Regelung einer Kraftmaschine dient, durch einen Fliehkraftregler beeinflusst wird. Fig. 2 zeigt eine Einzelheit dieser Steuerung in grösserem Massstab und Fig. 3 Diagramme, die die Wirkungsweise der Steuerung veranschaulichen.
1 bezeichnet einen Servomotorzylinder, in dem ein Kolben 2 beweglich ist. Dieser ist durch eine Kolbenstange 3 und Laschen 4 mit einem Hebel 5 verbunden, der die Bewegung des Servomotorkolbens 2 auf eine Hauptregelwelle 6 überträgt, von der aus-in geeigneter Weise die Regelungsorgane der Kraftmaschine, z. B. ein Dampfeinlassventil, bewegliche Leitschaufeln od. dgl., betätigt werden. Die Druck-
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verteilung auf die beiden Seiten des Kolbens 2 wird durch einen Steuerschieber 7 beherrscht, der in einem Gehäuse 8 beweglich angeordnet ist und am Rande Nuten 40 aufweist. Der Schieber 7 bildet das Steuerorgan für den Servomotor 1, 2. Das Gehäuse 8 erhält Druckflüssigkeit durch eine Leitung 9. während Stutzen 10 und 11 zur Ableitung der verbrauchten Druckflüssigkeit dienen.
Im Gehäuse 8 vorgesehene
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Der Steuerschieber 7 ist durch eine Verbindungsstange 16 starr mit dem Gehäuse 17 eines Kataraktes verbunden, dessen Kolben 18 durch eine Stange 19 an das äussere Ende 20 eines Steuerhebels 21 angelenkt ist, der um einen festen Drehzapfen 22 beweglich ist und unter Vermittlung einer Muffe 24 von einem Fliehkraftregler 25 bewegt werden kann. Dieser wird in bekannter, nicht gezeigter Weise von der Kraftmaschine aus angetrieben.
- Die Verbindungsstange 16 besitzt einen abgesetzten Teil 26 (Fig. 2), der an beiden Enden durch die Anschläge 27 und 28 begrenzt ist. Innerhalb der Verengung 26 befinden sich zwei Teller 30 und 31, zwischen denen eine Feder 32 eingepsannt ist. Durch die Spannung dieser Feder 32 werden die Teller 30 und 31 für gewöhnlich gegen Anschlagflächen 33 und 34 am Sieuergchiebergehäuse gepresst. In der Mittelstellung des Steuerschiebers 7 besteht zwischen dem Anschlage 27 und dem Teller 30 einerseits sowie zwischen dem Anschlag 28 und dem Teller 31 anderseits ein geringes Spiel (Fig. 2), um dessen Betrag der Steuerschieber 7 n ? ch oben oder unten bewegt werden kann, ohne dass ein Widerstand der Feder 32 zu überwinden ist.
Im Kataraktgehäuse 17 sind Federn 41, 43 angeordnet, die sich einerseits am oberen bzw. unteren Boden des Gehäuses 17, anderseits an einem Ring 35 bzw. 36 abstützen. Die Ringe 35,36 liegen, wenn der Kolben 18 mit bezug auf das Gehäuse 17 in der Mittelstellung sich befindet, auf durch eine Verengung des Gehäuses 17 gebildeten Anschlägen 42 auf,. so dass der Kataraktkolben 18 in der genannten Mittelstellung gegenüber dem Gehäuse 17 festgehalten wird. Die Spannung dieser Federn 41, 43 ist etwas geringer als diejenige der Feder 32. Im Kataraktkolben 18 ist eine kleine Bohrung 37 vorhanden, durch die die
Kataraktflüssigkeit von einer Seite des Kolbens 18'aui die andere gelangen kann.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung sei nunmehr an Hand der Figuren erklärt.
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getragen. Bis zur Zeit t1 herrsche ein Beharrungszustand mit einer Öffnung 01 der Haupteinlassorgane und der Umlaufzahl nr. Zur Zeit 4 werde dieser Beharrungszustand der Maschine infolge einer Entlastung der letzteren unterbrochen. Es trite infolgedessen augenblicklich eine Beschleunigung der Maschine auf.
Es hebt sich daher die Muffe 24 des Fliehkraftreglers 25 und der Hebel 21 wird angehoben, wobei er sich um seinen Drehzapfen 22 bewegt. Im Beginne der Aufwärtsbewegung des Hebels 21, wobei er vermittels der Stange 19 den Kataraktkolben 18 mitnimmt, wirdinfolge der Spannung der oberen Feder 41 im Katarakt das Kataraktgehäuse j ? y samt dem damit verbundenen Steuerschieber 7 ebenfalls angehoben.
Sobald jedoch der Anschlag 28 am Teller 31 zum Anliegen kommt, kann eine Weiterbewegung des Steuerschiebers 7 nach oben nur unter Überwindung der Spannung der Feder 32 erfolgen, also nur dann, wenn über dem Kataraktkolben 18 ein Druck herrscht, der zusammen mit der Spannung der oberen Feder 41 eine Verstellkraft ergibt, die grösser ist, als der infolge Spannung der Feder 32 entstehende und der Auslenkung des Schiebers 7 entgegenwirkende Widerstand. Nun ist der Druck über dem Kataraktkolben 18 einzig und allein abhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Kolben 18 sich im Gehäuse 17 nach aufwärts bewegt.
Je grösser diese Geschwindigkeit, ein desto höherer Druck ist natürlich erforderlich, um die verdrängte Kataraktflüssigkeit durch die Bohrung 37 im Kolben 18 zu pressen. Sobald die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben 18 aufwärtsbewegt, unter ein gewisses Mass sinkt, wird der Druck über dem Kolben 18 so gering werden, dass der Steuerschieber 7 unter dem Einfluss der Feder 32 nach unten, d. h. gegen seine Mittellage hin, zurückgedrängt wird.
Durch geeignete Wahl der Federspannungen und des Durchmessers der Bohrung 37 im Kolben 18 hat man es in der Hand, dieses Zurückdrängen des Steuerschiebers 7 im gewollten Augenblicke zu bewirken. Zweckmässig wird man die Verhältnisse so wählen, dass der Steuerschieber 7 von der Zeit te bis zur Zeit (Fig. 3) vollständig ausgelenkt bleibt und etwa zur Zeit t2, zu welcher die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 schon wesentlich abgenommen hat, zurückzugehen beginnt und wiederum annähernd in seiner Mittellage ist, wenn der Scheitelpunkt n3 der m-Kurve erreicht ist, was zur Zeit t3 der Fall ist.
Unter dem Einiluss der Steuerung ist während der Zeit von 4 bis t3 Druckflüssigkeit der rechten Seite des Servomotors 1, d. h. dem Raum 11 zugeführt worden, während gleichzeitig der Raum 12 mit dem Ablauf verbunden gewesen ist. Infolgedessen hat sich der Kolben 2 von rechts nach links verschoben und dadurch die Öffnung der Haupteinlassorgane der Maschine vom Betrag 01 auf den Betrag 03 verringert. Zur Zeit t3 findet keine Beschleunigung der Maschine mehr statt und die Maschine läuft, wenigstens unter gewissen Voraussetzungen, mit der richtigen, der neuen Belastung entsprechenden Füllung, doch ist die Umdrehungszahl n derselben augenblicklich noch zu hoch.
Der Steuerschieber 7 ist, wie oben erklärt wurde, beim Aufhören der Beschleunigung der Maschine unter dem Einfluss der Feder 32 nach unten zurückgegangen und die rasche Bewegung des Kolbens 2 nach links ist unterbrochen worden. Der Steuerschieber 7 geht aber unter dem Einfluss der Feder 32 nur
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so weit nach unten zurück, bis der Teller 31 am Anschlag 34 des Gehäuses 7 zum Aufsitzen kommt. Der Steuerschieber 7 bleibt dann unter dem Einfluss der gespannten oberen Feder 41 im Katarakt 17, 18 um den geringen Betrag des Spieles, das in der Mittelstellung des Steuerschiebers 7 zwischen dem Absatz 28 der Verbindungsstange 16 und dem Teller 31 vorhanden ist, nach oben verschoben.
Hiedurch bleiben die am Rande des Steuerschiebers 7 angebrachten Nuten 40 noch in Wirkung und der Kolben 2 wird ganz langsam weiter im Sinne der Verringerung der Maschinenfüllung nach links bewegt. Als Folge hievon ergibt sich ein Abnehmen der Geschwindigkeit, wodurch in durch das österreichische Patent Nr. 74523 bekannter Weise kurz nach dem Überschreiten des Gipfelpunktes M der n-Kurve, z. B. zur Zeit t4. der Steuerschieber 7 auch um den geringen Betrag, den er nach dem Zurückgehen unter dem Einfluss der Feder 32 noch nach oben verschoben war, zurückgestellt, d. h. in seine genaue Mittellage zurückgeführt wird, was die vollständige Unterbrechung der Schliessbewegung des Kolbens 2 bewirkt.
Die Zurückführung auf die Geschwindigkeit n1 erfolgt hierauf in der im genannten Patent beschriebenen Weise.
Wenn die Umlaufzahl der Maschine, z. B. infolge einer Belastungszunahme, abnimmt, vollzieht sich sinngemäss der Regelungsvorgang im umgekehrten Sinne.
Die Regelungsvorrichtung kann in baulicher Hinsicht Veränderungen unterworfen werden, ohne dass dadurch das Wesen der Erfindung berührt wird. So kann z. B. dafür gesorgt werden, dass auf jeden der Teller 30, 31 eine besondere Feder einwirkt, in welchem Falle dann zwischen diesen Tellern ein mit der Verbindungsstange 16 fest verbundenes Glied anzubringen ist.
Die Hauptregelungswelle 6 kann selbstverständlich ganz beliebige Organe beeinflussen, so unter anderem auch solche, die zur Dämpfung schwingender Bewegungen von Körpern, z. B. der Rollbewegungen von Schiffen, dienen.