Steuerung an Reglern mit hydraulischem Servomotor, insbesondere für Kraftmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung an Reglern mit. hydraulischem Servomotor, insbesondere für Kraftmaschi nen, bei der von einem die zu regelnde Be triebsgrösse messenden Instrument ein Flüs sigkeitsstrom gesteuert wird, welcher-seiner- seits erst die Einstellung eines Hauptsteuer- schiebers für den Servomotor bewirkt,
wäh rend der den Hauptsteuerschieber betätigende Flüssigkeitsstrom von einem in Abhängigkeit von der .Stellung des Messinstrumentes betä tigten Vorsteuerschieber geregelt wird.
Gemäss der Erfindung sind die Stellungen des Hauptsteuerschiebers für den Servomotor und des Vorsteuerschiebers abhängig von der Spannung auf sie einwirkender Federn und dem Druck eines Vorsteuerflüssigkeitsstro- mes, der seinerseits abhängig ist von der Re lativstellung des Vorsteuerschiebers gegen den dazugehörigen Schieberspiegel, der von dem Anker des die zu regelnde Betriebsgrösse messenden Instrumentes getragen wird.
Man kann beide Steuerschieber als Kol ben ausbilden und gegen besondere Federn arbeiten lassen. Die beiden Steuerschieber nehmen dann unter dem Druck der Vor steuerflüssigkeit Stellungen" ein, welche von dem Verhältnis ihres unter Druck stehenden Querschnittes und der Spannung .der auf sie einwirkenden Federn bestimmt wird. Es ist dabei lediglich erforderlich, die beiden Räume, innerhalb der die Vorsteuerflüssig- keit den Druck auf die Steuerschieber aus übt, durch eine Rohrleitung zu verbinden. Im übrigen arbeiten diese Schieber mecha nisch unabhängig voneinander und können deshalb beliebig weit getrennt voneinander angeordnet sein.
Das hat den Vorteil, dass man zum Beispiel den Vorsteuerschieber mit dem dazugehörigen Messinstrument am Schaltbrett anordnen kann, während der Hauptsteuerschieber unmittelbar an ,dem irn Maschinenhaus stehenden Servomotor unter gebracht sein kann. .
Ein Vorteil der Steuerung gemäss dar Erfindung besteht darin, dass die Empfind lichkeit der Steuerung fast beliebig erhöht werden kann. Wenn man gleich grosse Kol benflächen beider S.chieher voraussetzt, dann kann man nämlich durch verschiedene Steif- heit der auf die Kolben einwirkenden Federn erreichen, dass eine bestimmte Erhöhung des Druckes auf die beiden Kolbenflächeil die gegen den Hauptsteuerkolbeil arbeitende Fe der um einen -wesentlich grösseren Betrag zu- saminendrückt, als die auf den Vorsteuer kolben wirkende Feder.
Infolgedessen wird also der Hauptsteuerschieber bei allen Steuer bewegungen einen sehr viel grösseren Weg zurücklegen, als der Vorsteuersehieber. Man Imnn deshalb Messinstrumente mit sehr klei nen Verstellwegen benutzen und trotzdem grosse Ausschläge des Hauptsteuerschiebers damit erreichen.
Anstatt die gegen die Steuersellieber ar beitenden Federn verschieden steif zii ma chen, kann man naturgemäss auch die Kol benfläche verschieden gross machen und die Federn gleichmässig bemessen. Man kann naturgemäss auch beide Möglichkeiten mit einander verbinden.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausfüll- runbsbeispiele gezeigt, bei denen beide Steuerschieber als Kolbens,cliieber ausgebil det sind und gegen Federn arbeiten. In der Fig. 1 ist 1 ein S.chiebergehäuse, in dein die beiden als Schwebekolben 2 und 3 ausgebil deten Steuerschieber gelagert sind. Dieses Schiebergehäuse 1 kann, wie oben schon an gegeben, auch unterteilt werden und die bei den. je einen Schwebekolben enthaltenden Teile können beliebig weit entfernt vonein ander untergebracht sein.
Die die beiden Kolben verbindende Bohrung des Gehäuses 1 wird dann durch eine Rohrleitung ersetzt. Oberhalb der Schwebekolben liegen in dein Gehäuse 1 Räume 4 und 5, die voll der Vor steuerflüssigkeit erfüllt werden und durell eine Bohrung 6 miteinander in Verbindung stehen. Die Vorsteuerflüssigkeit wird durch den Kanal 7 stetig zugeführt.
Der Kolben \? wird von dem Flüssigkeitsdruck auf seine Fläche 8 und durch den Gegendruck einer Feder 9, und der Kolben 3 durch den Flüs sigkeitsdruck auf seine Fläche 10 und den Gegendruck einer Feder 11 im Gleiehgewiclit gehalten. Zum Austritt der Vorsteuerflüssig- keit dient eine Bohrung 12 in der Verlänge rung des Seliwebekolbens ? mit einer Aus trittsöffnung 13.
Die Offnung 13-kann durch eine bewegliche Hülse 14 ganz oder teilweise geschlossen werden, dü-ren Innenfläche somit den Spiegel des Vorsteuerscliiebers 2 bildet.
Die Hülse 14 ist an dein steuernden Organ, zum Beispiel dein Anker 15 eines Strom- oder Spannungsmessers aufgehängt und zweckmässig voll der Rückwirkung der V or- steuerflüssigkeit entlastet. Der Schwebe kolben 3 dient als Ha.uptsteuerscllieber für den Servomotor. Dem obern Ringkanal 16 wird durch ein Rohr 33 die Druckfliissigkeit von der Pumpe zugeführt.
Aus dem untern Ringkanal 18 kann die Druckflüssigkeit ab fliessen. Der mittlere Ringkanal 17 dient zur Regelung der und -abfuhr für den Servomotor. Der Servo motor besteht aus zwei Zylindern 19 und 20, in denen zwei Kolben 21 und 22 verschiebbar sind, und zwei Zylindern 23 und 24, von etwa doppeltem Querschnitt, in denen zwei Kolben 25 und 26 gelagert sind. Die Zylin der 19 und 20 sind an dem einen Ende durch Offnungen 27 und ?8 mit der Aussenluft . verbunden. Die Zylinder 23 und 24 stehen durch Rohre 29 und 30 mit dem Ringkanal 17 des Schiebergehäuses 1 in Verbindung.
Das andere Ende aller vier Zylinder läuft in einen gemeinsamen Raum 31 aus, der durch ein Rohr 3? mit dem Ringkanal 16 des Schiebergehäuses 1 in Verbindung stellt. In dieses Rohr 32 mündet das Rohr 33, durch das die zur Betätigung des Servomotors er forderliche Druckflüssigkeit zugeführt -wird. Die Zylinder des Servomotors sind so ange ordnet, dass je .ein Zylinder von kleinerem Querschnitt. einem Zylinder voll grösserem Querschnitt.
gegenüberstebt. Die einander ge genüberstehenden Kolben 21 und 26 und \_?? und 25 sind durch Zahnstangen 34 und 35 miteinander verbunden. Diese Zahnstangen greifen in ein Zahnrad 36 ein, voll dem die gewünschte Regelbewegung abgenommen wird.
Der oben beschriebene Servomotor wirkt wie folgt: In der Mittelstellung des Hauptsteuer schiebers 3 ist der Ringkanal 17 abgeschlos-- en. Die Zylinder 2.3 und 24 sind- also mit, einer hach aussen abgeschlossenen Flüssig--. keitsmenge gefüllt, so dass die darin gleiten den Kolben sich nicht bewegen können. Wird nun zum Beispiel der Hauptsteuerkolben 3- angehoben, dann tritt der Ringkanal 1"7 mit dem Ringkanal -18 in Verbindung.
Die in den Zylindern 23 und 24 enthaltene Flüssig keitsmenge kann also in das Freie ausfliessen. Es stehen also alle vier Kolben auf der Au-- ssenflä,che jetzt nur noch unter dem Druck der Atmosphäre. Die an den Raum 31 an grenzenden Innenflächen stehen dagegen un ter dem vollen Flüssigkeitsdruck. Da dieser Druck auf die grösseren Kolben 2 5 und 26 überwiegt, wird die Zahnstange 34 eine Be wegung nach unten und die Zahnstange 35 eine Bewegung nach oben mache--, so dass das Zahnrad 36 rechts herumgedreht wird.
Wird umgekehrt der Hauptsteuerschieber 3 gesenkt, dann tritt der Ringkanal 17 mit dein Ringkanal 16 in Verbindung, so dass die Zy linder 23 und 24 unter dem vollen Druck der Antriebsflüssigkeit stehen. Infolgedessen stehen die Kolben 25 und 26 beiderseits unter dem vollen Flüssigkeitsdruck, \während die Kolben 21 und 22 nur auf der dem Raum' 31 zugekehrten Seite unter dpui vollen Druck stehen.
Es wird also die Zahnstange 34 an gehoben und die Zahnstange 35 gesenkt, so dass das Zahnrad .36 links herumgedreht -wird, das heisst also in entgegengesetztem Sinne wie 'v orlier beschrieben.
Die Steuerung wirkt wie folgt: In der Mittelstellung, bei welcher der Steuerschieber 3 gerade den Ringkanal 17 abschliesst, wird der stetig durch die Öffnung 7 zufliessende Flüssigkeitsstrom an der Aus- strömöffnung 13 durch die Hülse 14 gerade so stark gedrosselt, dass der dadurch in dem Raum 9: und 5 erzeugte Flüssigkeitsdruck den Gegendruck der Federn 9 und 11 auf hebt. Wird nun durch eine Aufwärtsbewe gung der Hülse 14 die Öffnung 13 vergrö ssert, dann sinkt der Flüssigkeitsdruck in den Räumen 4 und 5.
Die Federn 9 und 11 drük- ken die beiden Kolben 2 und 3 nach oben, bis durch die = zunehmende Drosselung- der Öffnung 13 durch -die Hülse 14 ein neuer Gleichgewichtszustand niedrigeren Druckes erreicht ist., Senkt sieh umgekehrt die Hülse 14, so wächst der Flüssigkeitsdruck in ,den .Räumen 4 und 5. Die Kolben werden nach unten gedrückt, bis durch abnehmende Dros selung der Öffnung 13 ein anderer Gleich- gewiclitszusta_nd höheren Druckes- erreicht ist. Abgesehen von, kleinen Relativbewegun gen folgt 'also der Kolben 2 im wesentlichen den Bewegungen der Hülse 14.
Dabei steigt und sinkt der Druck innerhalb des Raumes 4 mit zunehmender b ezw. abnehmender Span nung der Feder 9. - Da die Räume 4 und 5 durch das Rohr 6 miteinander in Verbindung stehen, wird auch der Druck im Raum 5 ebenso wie im Raum 4 sinken. und steigen und deshalb der. Kolben 3 den Bewegungen desKolbens 2 und somit ebenfalls- den Be wegungen der Hülse 14 folgen. Solange das Rohr 6 nicht so:, lang wird,- dass, ein wesent licher Druckfall in ihm auftritt, sind also die Bewegungen des Kolbens<B>-3</B> durch das Rohr 6. mit denen des. Kolbens 2 .gekuppelt.
Man kann nun, wie schon oben gesagt, durch verschiedene Steifheit der Federn oder verschiedene Grösse der gegen die Federn wirkenden Kolbenflächen ausserdem noch jede gewünschte Übersetzung zwischen den Weg längen der beiden Kolben- erzielen, so.dass:die Anordnung, nicht nur eine beliebig weite räumliche Trennung der beiden Steuerschie ber, sondern auch eine beliebige Vergrösse rung der Empfindlichkeit der Steuerung er möglicht.
Wenn man nämlich -zum Beispiel gleiche Kolbenflächen 8 und 10, -voraussetzt und die Feder 9 zehnmal so steif macht wie die Feder 11; dann wird bei einer Druck erhöhung innerhalb der Räume 4 und 5 die Gleichgewichtslage des Kolbens 2 bereits nach dem zehnten Teil desjenigen Weges er reicht, den der Kolben 3 - zur Erlangung- seiner Gleichgewichtslage zurücklegen muss. Mit ausserordentlich kleinen Bewegungen der Hülse 1-4 kann man dann also grosse Aus- Schläge des Ha.uptsteuerschiebers für den Servomotor erreichen.
In den Fig. 2 bis 4 ist der Servomotor der Übersichtlichkeit halber fortgelassen. Er ist an sich in genau ,derselben Ausführungs form wie in der Fig. 1 an genau dieselben Ringkanäle des Hauptschiehergehäuses an geschlossen zu denken.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Aus führungsform ist der Vorsteuerschieber 2 konzentrisch zu dem Hauptsteuerschieber 3 angeordnet. Die Druckräume 4 und 5 der Fig. 1 sind hier in einem einzigen Druck raum 4' vereinigt. Der Hauptsteuerschieber 3 arbeitet gegen die über ihm angeordnete Feder 11 und der Vorsteuerschieber 2 gegen die unten angeordnete Feder 9. Die Kolben fläche 8 des Vorsteuerschiebers 2 ist kleiner als die Kolbenfläche 10 des Hauptsteuerkol- bens 3.
Bei gleicher Steifheit der Federn 9 und 11 würden also die Kolbenwege dem Verhältnis der Kolbenflächen 8 und 10 ent sprechen, das heisst der die Kolbenfläche 8 tragende V orsteuerschieber 2 würde einen kleineren Weg zurücklegen als der Haupt steuerschieber 3. Ausserdem ist noch die Fe der 9 wesentlich steifer als die Feder 11 be messen, so dass der bereits durch die verschie dene Grösse der Kolbenflächen erzielte Er folg noch vervielfacht wird.
Die Wirkungsweise der eben beschriebe nen Vorrichtung entspricht derjenigen der Fig. 1. Wenn zum Beispiel die Steuerhülse 14 gesenkt wird, dann wird die Ausflussöff- nung für den durch die Bohrung 7 in den Raum 4' eintretenden Vorsteuerflüssigkeits- strom verkleinert. Infolgedessen steigt der Druck innerhalb des Raumes 4', so da13 der Schieber 2 entgegen dem Druck der Feder 9 nach unten gedrückt wird.
Infolgedessen wird aber die Öffnung 13 wieder erweitert, und zwar solange, bis ein Gleichgewichtszu stand zwischen dem Druck in dem Raum 4' auf die Kolbenfläche 8 und dem entgegen wirkenden Druck der Feder 9 erreicht ist. Entsprechend -dem neu eingestellten höheren Druck in dem Raum 4' ist aber gleichzeitig auch der Hauptsteuerschieber 3 nach oben gedrückt worden, und zwar um einen wesent lich grösseren Betrag. Es genügen also ebenso wie bei dem in der Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiel. bereits geringe Wege der Steuerhülse 14, um grosse Verstellwege des Hauptsteuerschiebers 3 auszulösen.
Ein we sentlicher Vorteil. gegenüber dem Ausfüh rungsbeispiel gemii.ss F ig. 1 besteht darin, dass die Kolbenfhichen 8 und 10 Begren zungsflächen desselben Raumes 4' bilden. Statt der in der Fig. 1 erforderlichen zwei Druckräume ist also hier nur noch ein ein ziger Druckraum vorhanden.
Naturgemäss ist die Verwendung der eben beschriebenen Ausführungsform nur dort möglich, wo auf eine räumliche Trennung von Hauptsteuerschieber 3 und Vorsteuer schieber 2 kein Wert gelegt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er findung ist in der Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Vor steuerschieber ? und der Hauptsteuerschieber 3 ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 konzentrisch zueinander ange ordnet. Es ist ebenfalls nur ein einziger Druckraum 4' vorhanden. Die Kolbenflächen 8 und 10 bilden Begrenzungsflächen dieses einen gemeinsamen Druckraumes.
Das Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Anordnungen im we sentlichen dadurch, dass die Federn 9 und 11 nicht mehr unab.hä.ngig voneinander gegen je eine Kolbenfläche wirken, sondern dass ihre Wirkung miteinander kombiniert ist. Der Hauptsteuerschieber 3 stützt sich näm lich über beide Federn 11 und 9 gegen einen festen Punkt 38. Die Feder 11 dient gl:eieh- zeitig dazu, um den Steuerschieber 2 gegen den Hauptsteuerkolben 3 abzustützen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Wenn beide Kolbenflächen 8 und<B>1,0</B> gleich gross wären, dann würde die Feder 9 überhaupt nicht belastet werden. Es würden vielmehr die auf die beiden Kolbenflächen 8 und 10 wirkenden Drücke lediglich eine ent sprechende Spannung der Feder 11 hervor- rufen. Da nun aber die Kolbenfläche 8 we sentlich kleiner bemessen ist als die Kolben fläehe 10, so gehen zum Beispiel bei einer I)rucl;stf@igerung folgende Wirkungen neben cinander her. Infolge der Drucksteigerung im Rahm 4' wird der Druck auf die Kolben flächen 10 wachsen. Dieser Druck pflanzt sich zunächst einmal auf die Feder 11 fort. Er wird zum Teil aufgenommen von der mit dem Schieber 2 fest verbundenen Scheibe 37.
Auf die Feder 9 geht nur noch die Differenz des Druckes auf die Kolbenfhichen 1.0 und 8 über. Zur Erklärung dieser Vorgänge sei einmal angenommen, dass die Fläche der Kol ben 8 und 10 sich wie 1 : 2 verhält, dass ferner bei einem Druck von 20 kg die Feder 11 eine Länge von 50 mm hat und bei einem Druck von 10 kg die Feder 9 eine Länge von 10 mm hat. In dem Raum 4' möge ein Druck herrschen, der die Kolbenfläche 10 gerade mit 20 kg und die Kolbenfläche 8 gerade mit 10 kg belastet. Bei den oben unterstellten Annahmen würde das System sich im Ruhe zustande befinden.
Dem Druck der Feder 11 von 20 kg nach oben würde nämlich die Kol benfläche W das Gleichgewicht und dem Druck der Feder 11 auf die Platte 37 ab wärts würde zur einen Hälfte die Kolben fläche 8 und zur andern Hälfte die Feder 9 das Gleichgewicht halten. Unter der Vor aussetzung, dass die Feder 11 bei einer Last von 10 kg um 10 mm verkürzt wird und die Feder 9 bei derselben Last um 1 mm, möge einmal nachgeprüft werden, welche Wege die Schieber 2 und 3 zurücklegen, wenn der Druck innerhalb des Raumes 4' sich auf das Doppelte erhöht. In diesem Fall wirkt auf die Kolbenfläche 10 ein Druck von 40 -kg.
Infolgedessen erfährt die Feder 11 eine der 2Zehrbelastung von 20 kg entsprechende Zu- sammendrückung von 20 mm. Da. von der Mehrbelastung von 20 kg auf die Platte 37 die Hälfte von der Kolbenfläche 8 aufge nommen wird, erhält die Feder 9 nur eine Mehrbelastung von 10 kg, das heisst sie er fährt eine Verkürzung \von 1 mm. Die Summe der Verkürzungen beider Federn, das heisst 21 mm ist der Weg, welchen der Haupt- steuers,chieber 3 nach abwärts zurücklegt.
Die Verkürzung der Feder 9, das heisst 1 mm ist der Weg, den der Vorsteuerschieber 2 nach unten zurücklegt. Die Weglängen bei der Schieber verhalten sich in diesem Falle also wie 21 : 1.
In der Fig. 4 ist gezeigt, dass man die Kolbenfläche 8 des Vorsteuerschiebers auch ganz fortlassen kann. Der Druck der Vor steuerflüssigkeit wirkt in diesem Fall nur noch ,auf die Fläche 10 des Hauptsteuer schiebers. Dieser stützt sich über die beiden Federn 9 und 11 gegen einen festen Punkt 38 ab. Zwischen den beiden Federn 9 und 11 ist eine Platte 37 angeordnet, die mit dem Vorsteuerschieber fest verbunden ist. Das Übersetzungsverhältnis der Weglängen bei der Schieber ist in diesem Falle lediglich durch die Steifheit der Federn 9 und 11 be stimmt.
Wenn zum Beispiel die Feder 9 zehnmal so steif ist wie die Feder 11, dann wird bei einer Abwärtsbewegung des Ilaupt- steüerschiebers 3 um 11 mm die Feder 11 um 10 mm, und die Feder 9 um 1 mm verkürzt, so @dass der Vorsteuersahieber 2 nur einen Weg von 1 mm macht.
Am einfachsten kann man sich eine Vorstellung von dem durch die beiden Federn 9 und 11 erzielten Überset zungsverhältnis dadurch machen, dass! man sich. beide Federn durch eine einzige Feder ersetzt denkt, über die der Hauptsteuerschie- ber 3 geben. den festen Punkt 38 abgestützt wird.
Dann, kann man nämlich das Über setzungsverhältnis zwischen dem Wege des Hauptsteuerkolbens 3 und dem des stangen- förmigen Vorsteuerschiebers 2 dädürch be liebig einstellen, dass man den Vorsteuer schieber 2 mit einer beliebigen Stelle dieser einen einzigen Feder verbindet. Hat die Fe der 20 Windungen und verbindet man den Vorsteuersclhieber mit der zweiten Windung der Feder vom festen Stützpunkte 38 .aus. ge rechnet, dann werden die Hübe des Haupt steuerschiebers und Vorsteuerschiebers in dem Verhältnis von 10 : 1 stehen.
In der Pra:is wird man mit Rücksicht auf die un bequeme Befestigung des Vorsteuerschiebers an einer .glatt durchlaufenden Spiralfeder diese Spiralfeder in der Regel unterteilen und zwischen beide Teile eine Scheibe an ordnen, mit welcher der Vorsteuerschieber verbunden ist. Dabei kann inan dann die un bequem grosse Länge der zwischen dieser Scheibe und dem Ha.uptsteuerkolben liegen den Feder dadurch verringern, dass man sie an sich steifer macht, als den zwischen dem Stützpunkt 38 und der Scheibe liegenden Teil.
Die Anorrdnunb "gemäss Fi". a hat deii Vorteil, dass nur noch ein Sehielier als Kol ben ausgebildet zu werden braucht, während der zweite Schieber als dünne Stange ausge bildet werden kann, die lediglich dick genug sein muss, um die zur Fortleitung der Druch- flüssigheit dienende Bohrung 12 aufzu nehmen.