Hydraulischer Regler. Hydraulisch betätigte Regelvorrichtun- ge11, bei denen der für die Verstellung der Regelorgane benötigte Druck durch ein Flü- 1Irad erzeugt wird, sind bekannt.
Ausfüh rungen, bei denen ein einziges Flügelrad ver- wendet wird, das heisst für den ganzen Re- gulierbereicll eine einzige Stufe vorgesehen ist, eignen sich für sehr grosse Tourenzahlver- ;i e llungen (zum Beispiel im Verhältnis 1 : -1 bis 1<B>:6)</B> und hohe Ansprüche an die C e- nauigkeit der Regelung nicht.
Da die in (#iiiein Flügelrad erzeugte _ Drucksteigerung sich mit dem Quadrat der Tourenzahl än- derl, ist die Drucksteigerung bei kleinen Tou- rcnzalilen sehr klein, während bei hohen Tourenzahlen hohe Regelöldrücke entstehen -iirden. Während Räder mit kleinem Durch iiiesser für höhere Tourenzahlen günstiger sind,
erweisen sich Räder mit grösseren Durch- niessern für niedrige Tourenzahlen voi teil- liafier. Da der Regelöldruck ein bestimmte 3linimum nicht unterschreiten darf, weil .,o11.@t die Steuerung zu unempfindlich würde, das heisst, weil sich die an sich kleine Rei- bun,-- stark bemerkbar machen würde, ist für den Wirkungsbereich eines bestimmten Rades eine Grenze gesetzt.
Überschreitet umge kehrt der Regelöldruck einen gewissen Wert, so ergeben sich ausser der durch die Dimen sionen bedingten grösseren Reibungsarbeit Nachteile für die Bemessung gewisser Organe der Steuerung, zum Beispiel zu harte Federn. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird ge mäss der Erfindung die die Regelflüssigkeit: unter Druck setzende Vorrichtung in Stufen unterteilt.
Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschau lichung des Wirkungsbereiches bekannter Vorrichtungen und zur Erläuterung der Ar beitsweise einer gemäss der Erfindung ge bauten Vorrichtung; Fig. 2 zeigt ein Schema einer nach der Erfindung gebauten zweistufigen Regelvor richtung; Fig. 3 ist ein Schnitt a-a, und Fig. 4 ist ein Schnitt b-b durch die die Stufen zu- bezw. abschaltende, als Hahn aus gebildete Vorrichtung; ' Feg. 5 zeit diesen Hahn in der Stellung, in der nur eine Stufe eingeschaltet ist;
Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Ebene c-c, und Fig. 7 ein Schnitt nach der Linie d-d der Fig. 5; In Fig. 8 ist eine Variante dargestellt, bei welcher die Regelflüssigkeit auf das Steu erorgan eines Servomotors wirkt; Fig. 9 zeigt eine dreistufige Regelvor richtung, bei welcher die Änderung des Re gelöldruckes durch Änderung der Tourenzahl eines Flügelrades erfolgt, in Verbindung mit einer Tourenverstellvarrichtung. Die Ar beitsweise dieser Ausführungsform ist in Fig. 10 erläutert.
Fig. 1 ist ein Diagramm, in welchem der in einem Flügelrad erzeugte Druck p als Funktion der Tourenzahl ra aufgezeichnet ist. Die Kurve A ist auf ein Rad mit grossem, die Kurve B auf ein Rad mit kleinem Durch messer bezogen. Ist p1 der Druck, der aus Gründen der Empfindlichkeit der Regulie rung das. zulässige Minimum darstellt, so zeigt das Diagramm, dass der Regulierbereich für das Rad B erst bei n.R beginnt, und für das Rad A, dessen Regulierbereich schon bei nA beginnt, bei der Tourenzahl nB schon Drücke auftreten, die konstruktiven Schwie rigkeiten rufen.
Soll nun eine Reguliervorrichtung zwi schen den Tourenzahlen na und nu, arbeiten können, so wird die Druck erzeugende Vor richtung beispielsweise derart in Stufen un terteilt, dass eine erste Stufe (-das Flügelrad 1) von ua bis ny, eine zweite Stufe von rry bis na arbeitet.
Der Druck der zweiten Steife kann nun entweder durch Zuschaltung eine zweiten Rades, welches den durch das erst: Rad erzeugten Druck erhöht, erzeugt werden, oder durch ein zweites Rad allein, welches entweder mit einer andern Tourenzahl läuft, oder welches anders dimensioniert ist als (las erstere Rad, oder durch Veränderung der Tourenzahl des Rades 1. Die Zuschaltung kann entweder von Hand oder selbsttätig er folgen. Entsprechend dem Regulierbereich können beliebig viele Räder hintereinander geschaltet werden.
In den Fig. 2 und 8 sind 1 und 2 die Flü gelräder, die auf der Reglerwelle 3 befestigt und von einem Gehäuse 4 umschlossen sind. 5 äst ein Schalthahnküken, das in einem Gehäuse 6 drehbar angeordnet, mit Öffnun gen 7 und 8 und mit Muscheln 9 und 10 versehen ist.
Das Regelöl wird gemäss Fig. 2 durch eine Leitung 11 einem Reservoir 12, das mit einem Überlauf 13 versehen ist, zu geführt, und die Leitung 1.1 verbindet das Ölreservoir 12 mit dem Gehäuse 6 des Scha.lt- hahns. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Regelöldruck vor den Flügelrädern bei allen Betriebsverhältnissen unveränderlich bleibt, und zwar gleich der statischen Druckhöhe von der Überfallkante bis Mitte Rad.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Saugraum 15 des Rades 1 durch die Leitung 16 mit dem Gehäuse 6 und der Druckraum des Rades durch die Leitung 1 7 mit dem Druckraum 1.8 des Servomotorkol- bens 19 verbunden. Derselbe ist durch eine Feder 20 belastet. Zum Verändern der Ge schwindigkeit der Maschine ist ein Handrad 21 vorgesehen.
Das Gestänge 80 des Servo- motorkolbens 19 überträgt die Verschiebung von 19 auf die Expansionswelle 22, wodurch der Aufhängepunkt 81 des Hebels 82 derart: eingestellt wird, dass bei unverändertem Er öffnungszeitpunkt des Ventils 85 :der Ma schine 86 der Zeitpunkt des Ventilabschlusses nach Massgabe der Belastung verändert wird. Die Ölabla.ufleitungen sind mit 27 bezeichnet.
Die -die Regelräder einschliessenden Ge häuse sind vorteilhafterweise derart ausge bildet, :dass keine Ölströmungen entstehen. Das 01 in den Übertragungsleitungen besitzt zweckmässig ebenfalls nur geringe Geschwin digkeiten, so dass Wirbelbildungen und Rei bungswiderstände vermieden werden.
Daher erfolgt die Speisung des Regelöl- und Touren verstellsystems in der Nähe der Abblase oder Überlauforgane, :damit eine Ölströmung in den Übertragungsleitungen vermieden.. werden kann, Fig. 3 zeigt das Schalthahnküken 5, das durch einen Handgriff 28 betätigt wird, in der Stellung, in welcher das Rad 2 dem Rad 1 vorgeschaltet ist.
Das Arbeitsöl zirkuliert ,ius dem Gehäuse 6 durch die Leitung 24, das Flügelrad \?, in die Leitung 26, dann durch die Muschel 9, die Leitung 16 und da,-; Flügelrad 1 in die Leitung 17 und hinter den Kolben 19.
In Fig. 5 ist das Hahnküken 5 um 180 gegenüber der Stellung in Fig. 2? gedreht, so dass das Rad 1 allein Öl aus dem Reser voir 1.? erhält und das Rad ? abgeschaltet, niit der Welle leer mitläuft. Der Saugraum ?3, sowie der Druckraum 25 sind durch die Muschel 10 und den Kanal 29 (Fig.7) mit dem an das Hahngehäuse angeschlossenen Ablauf 2 7 verbunden.
Während gemäss Fig. 2 die Regelflüssig keit direkt auf das die Steuerung, bezw. Ex- pansions-velle verstellende Organ wirkt, zeigt Fig. 8 eine Variante, in welcher die Regel- flü.igh cit das Steuerorgan des die Expan- ionswelle ?2 verstellenden,
mit einem Kolben 19 versehenen Servomotors beeinflusst. Der Servomotorkolben 19 und dessen Steuerorgan 31, da. durch eine, der Einfachheit halber nicht gezeichnete sogenannte Unruhe ständig lic.wcti@ -werden kann, sind in einem Gehäuse :;#? untergebracht.
Die von der Reglerwelle 3 ;ingetriebene Pumpe 33 saugt das Druck- mittel aus dem Behälter 30 an und fördert c#, einerseits durch die Leitungen 34 und 35 in den Druckraum 36 des Steuerorgans,
an durch die Leitung 37 und die Dros selstelle 90 unter das Tellerventil 38 der Tourenverstellvorriclitung. Das von der Pumpe 33 im Überschuss geförderte Öl >i rönit durch ein Sicherheitsventil 95 in das Reservoir 30 zurück.
Im Raum 96 unter dem Ventil 38 herrscht ein kleinerer Öl- (lruek als im übrigen von der Pumpe 33 bedienten Drucksystem. Der Öldruck kann durch Spannen der Feder ?0 am Handrad ?1 ein-estellt werden und pflanzt sich durch die Leitung 39 nach dem Raum 40 fort.
Die unt.cre Seite des Betätigungskolbens 41 des ,Steuerorgans 31 steht unter der Wirkung des durch die Flügelräder unter Druck ge setzten Öls, welches durch die Leitung 4? in den Druckraum 43 gepresst wird. 44 ist dass Rückführgestänge des Steuerorgans 31. Der Ablaufraum 45 ist durch die Leitung 46 mit dem Ölbehälter 30 verbunden. Die Pumpe 33 kann natürlich auch für sich allein ange trieben werden. In der Leitung 37 ist ein abschliessbares Drosselorgan 47 vorgesehen.
Die Pumpe 33 kann auch mehrteilig ausge bildet, und die Teilpumpen können derart ge schaltet sein, dass bei kleiner Drehzahl alle Pumpen arbeiten, bei höherer Drehzahl ein zelne Pumpen dagegen ausgeschaltet werden.
Sind mehr als zwei durch Kreiselräder gebildete Stufen vorhanden, so können auch. Mittel vorgesehen werden, durch welche ein Teil der Stufen hintereinander, ein anderer Teil der Stufen ausgeschaltet wird, wobei die Hintereina.nderschaltung bezw. die Aus schaltung der Steifen durch eine selbsttätige Vorrichtung erfolgen kann. Die ausgeschal teten Stufen können mit einem Raum klei neren Druckes verbunden sein, zum Zweck, sie zu entleeren. Die Räder der einzelnen Stufen können auf derselben Welle sitzen und entweder dieselben oder verschieden(- Charakteristiken aufweisen.
In der in Fig. 9 dargestellten Ausfüh- rungsform ist an Stelle des Umschalthahns 5, 6 ein Zahnra.dvorgelege vorgesehen. Die Kurbelwelle 48 einer zu regulierenden Ma- scliine treibt vermittelst der konischen Räder 49 und 51 die Welle 50. Auf der Welle 50 sitzen drei Zahnräder 5?, 53, 54 mit ver schiedenem Durchmesser, welche in Kupp lungsräder 55, 56, 57 eingreifen, die auf der Welle 58 lose umlaufen können. Diese letz tere treibt vermittelst der Schraubenräder 59 die Reglerwelle 3 und damit das Flügel rad 1 an.
Die Einstellung der Drehzahl er folgt durch das Handrad 21, die Schaltung der Stufen durch den Hebel 60. Dieser bildet die Mutter 61 der Handradspindeln 6? und ist in 63 drehbar gelagert. Er bewirkt durch seine Verstellung eine a.chsiale Verschiebung des zentralen, in seiner Längsachse durch bohrten Schiebers 64 und damit ein sinnge- mässes Ein- bezw. Ausrücken der Kupplungen zwischen den Zahnrädern 55, 56 und 57 und der Welle 58. In der Zeichnung ist die zweite Geschwindigkeitsstufe eingeschaltet.
Die Pumpe 33 wird von der Welle 58, mit der der eingeschalteten Kupplung ent sprechenden Geschwindigkeit angetrieben. Dadurch wird erreicht, dass die Pumpe mit annähernd konstanter Drehzahl umläuft und demzufolge angenähert konstante Ölmengen fördert, was für den Betrieb mit ganz kleiner Drehzahl von Bedeutung ist.
Die Arbeitsweise der in den Fig. 2, 8 und 9 dargestellten Vorrichtungen, die beispiels weise für eine im Bereich von 200 T/Min. bis auf 50 T/Min. zu regulierende Maschine verwendet werden sollen, ist die folgende: Zu Fig. 2:
Die Regelung der durch das Handrad 21 eingestellten Tourenzahl wird durch zwei Regelräder bewirkt, von denen das Rad 1 die Regulierung zw rscherr 97W = 200 T/Min. und ny = 92 T/Min. (siehe Fig. 1) übernimmt, während für die Regrzlierung der Tourerizablen von ny <I>=</I> 92 bis ita <I>=</I> 35 T/Min. dem Rad 1 noch das Rad 2 vorge schaltet wird.
Praktisch wird man die Teil bereiche der Reguliergrenzen übereinander- greifen lassen, so dass zum Beispiel das Rad 1 zwischen 210 und 90 T[Min. und die Räder 1. und 2 zusammen zwischen 110 und 35 T/Min. arbeiten.
Läuft nun die Maschine mit einer grö sseren Tourenzahl als 110 T/Min., so befindet sich das Küken 5 des Umstellhahnes in der in Fig. 5 gezeichneten Stellung, das heisst das aus dem Reservoir 12 zuströmende Regel- öl gelangt durch den Kanal 7 und die Leitung 16 in den Saugraum 15 des Rades 1, wäh rend die Saug- und Druckseite des Rades 2 durch die Muschel 10 und den Kanal 29 mit dem Ablauf 27 verbunden sind, so dass das Rad 2 im lufterfüllten Raum reibungslos mitrotiert.
Der durch das Rad 1 erzeugte Druck wird durch die Leitung 1.7 in den Raum 18 hinter -den Kolben 19 geleitet und stellt die Expansionswelle 22 in eine ganz bestimmte Lage ein. Im Beharrungszustand halten sieh das Drucköl im Raum 18 und die Feder 20 das Gleichgewicht. Wenn nun zum Beispiel infolge einer Verkleinerung der Belastung die Tourenzahl einen kleinen Betrag ansteigt, so steigt auch der Druck im Raum 18.
Der Kolben 19 wird nach rechts geschoben und die Expansionswelle 22 verdreht, so dass der Aufhängepunkt 81 des Gestänges 82/83 höher zu liegen kommt und dadurch ein frühere Schliessen des Ventils 85, das heisst eine Ver kleinerung der Füllung der Maschine be wirkt. Wenn bei einer Vergrösserung der Be lastung umgekehrt die Tourenzahl vorüber gehend etwas fällt, so sinkt, da sich auch das Rad 1 mit entsprechend verminderter Tou renzahl dreht, der Druck im Raum 18, die Feder 20 drückt das Gestänge 80 nach linlu, dreht die Expansionswelle 22 zurück, wo durch der Aufhängepunkt 81 in-seiner Lage verschoben und die Füllung der Maschine vergrössert wird.
Soll nun die Maschine mit einer kleineren Tourenzahl (kleiner als 110 T/Min.) arbeiten, so wird das Küken 5 des Umschalthahnes um 180 gedreht und kommt in die in Fig. 2 gezeichnete Lage. Indem das Innere des Hahnes nun durch die Öffnung 8 über die Leitung \?4 mit dem Saugraum 23 des Rades 2 und die Leitung 26 durch die Muschel 9 mit der Leitung 16 verbunden, die Ablaufleitung 27 dagegen geschlossen wird, ist das Rad 2 dem Rad 1 vorgeschaltet.
Der durch die Drehung des Rades 2 erzeugte Druck pflanzt sieh durch die Leitung 26 über die Muschel 9 und die Leitung 16 irr dem Saugraum 15 fort, wird im Rad 1 er höht, so dass trotz der kleineren Tourenzahl der gelle 3 der auf den Kolben 19 wirkende Druck die Verstellung der Welle 22 und des Gestänges 82/83 im Sinne der Verkleinerun- der Füllung und damit der Tourenzahl be- ,virkt. Der in zwei Stufen erzeugte Druck des Regelöls folgt nun statt dem Diagramm des Rades 1 demjenigen der Räder 1 und 2 (Fig. 1)
und gestattet eine genaue Regu lierung im Bereich der untern Tourenzahlen. Der Durchmesser des Rades 1 kann beispiels weise derart gewählt sein, dass der Druck p1 bei 85 T%Min. zirka 0,1 At., bei 200 T/Min. zirka 0,6 At. beträgt, während der Durch rnesser des Rades 2 derart bemessen sein kann, dass bei 'hintereinander geschalteten Rädern der Druck p1 bei 35 TIMin. = 0,1 At. und bei 100 T/Min. = 0,55 At. beträgt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird die in den in gleicher Weise wie im vorigen Beispiel arbeitenden Flügelrädern 1 bezw. 1. und Z erzeugte Druckflüssigkeit zum Ver stellen des Steuerorganes 31 verwendet. Das Steuerorgan 31 befindet sich im Beharrungs zustand der Maschine im Gleichgewicht, wenn sich die Wirkungen der bldrüeke in den Räumen 40 und 43 aufheben. Der Druck im Raum 40 kann durch Spannen der Feder 2(1 vermittelst des Handrades 21 beliebig eingestellt werden, während der Druck im Raum 43 von der jeweiligen Tourenzahl der Maschine (Maschinengeschwindigkeit) ab hängig ist.
Eine Veränderung des Druckes im Raum 40 bewirkt eine Verstellung des Schiebers 31, welcher entweder den Druck raum 36 oder die Ableitung 46 mit dem Kanal 70 verbindet und dadurch die Ver- seliiebung des Servomotorkolbens 19 bewir kend, die Füllung der Maschine beeinflusst. UTenn zufolge einer Belastung die Teuren zahl um einen gewissen Betrag (Regulier- differential) sinkt, so sinkt der im Raum 43 auf den Kolben 41 wirkende Druck.
Der im Raum 40 herrschende Druck bringt . den Schieber 31 zum Sinken und gestattet der durch die Pumpe 33 unter Druck gesetzten, durch die Leitung 35 in den Druckraum 36 (4nströmenden Druckflüssigkeit den Durch tritt durch die Öffnung 70 unter den Kolben 19. Dadurch wird der Servomotorkolben 19 zum Steigen gebracht und verdreht die Ex pansionswelle 22 in dem Sinne, dass grössere Füllung gegeben wird, so dass die Touren zahl wieder steigt. Zu gleicher Zeit bewirkt die Rückführung 44 mit dem Steigen des Kolbens 19 die Rückführung des Steuer organes 31 in die gezeichnete Mittellage.
Steigt umgekehrt die Tourenzahl der Ma sehine infolge einer Entlastung und damit diejenige der Flügelräder 1 bezw. 1 und 2, so steigt der Druck im Raum 43, hebt das Steuerorgan 31 und gibt die Öffnung 70 frei, durch welche Druckflüssigkeit in die Leitung < 16 und den Behälter 3(1 abfliesst. Der Servo- motorkolben 19 sinkt, verkleinert die Füllung und verursacht ein Sinken der Tourenzahl. Zu gleicher Zeit bewirkt der Kolben 19 die Rückführung des Steuerorganes 31 in seine Mittellage.
Während in den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Tourenverstell.- vorrichtung 21 und der Schalthahn 5, 6 ge trennt voneinander betätigt werden, gestattet die in Fig. 9 -dargestellte Vorrichtung das gleichzeitige Bedienen dieser beiden Organe, und zwar derart, dass sich beim Umschalt vorgang einer Stufe auf eine andere die Tourenzahl der Maschine nicht ändert.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, soll die erste Stufe die Regelung zwischen 200 und 100 T/Min., die zweite Stufe die Regelung im Bereich von 130 und 80 und die dritte Stufe zwischen 80 und 50 T/Min. über nehmen. Es werde beispielsweise von der Maschine eine Tourenzahl von 80 T/Min. ver langt. Da dies im Bereich der zweiten Stufe liegt, wird der Hebel 60, wie gezeichnet, in die Stellung II gebracht, wodurch Druck- öl durch die Leitung 65 in das Innere des Schiebers 64 und durch die Öffnung 66 in den Raum 67 strömt.
Dieses 01 presst ent gegen der Wirkung der Feder 68 den auf der Welle 58 achsial verschiebbaren, gegen Drehung durch die Feder 9.1 festgehaltenen Kupplungskonus 92 in die Nabe des Zahn rades 56, wodurch 56 und 58 fest verbunden werden und die Einschaltung der zweiten Stufe bewirkt ist.
Das Flügelrad 1 weist nun eine der Kurve II in Fig. 10 entsprechende Charakteristik auf, und das durch die Leitung 42 mit dem Sten- erorgan 31 in Verbindung stehende Druck mittel übt einen bestimmten Druck auf das selbe aus, dem eine bestimmte Stellung des Servomotorkolbens 19 und der Expansions welle 22 entspricht. Wird nun zum Beispiel infolge einer Belastungsänderung die Touren zahl kleiner, so überwiegt der auf die obere Seite des Kolbens 41 wirkende, durch das Handrad 21 eingestellte Druck.
Der Schieber 31 sinkt und lässt durch die Leitung 35 und die Öffnung 70 Drucköl unter den Kolben 19 eintreten, welcher gehoben wird und durch Drehung der Welle 22 eine der grösseren Be lastung entsprechende grössere Füllung ein stellt. Die Rückführung bringt den Steuer schieber 31 wieder in die Mittellage zurück. Der analoge Vorgang erfolgt zum Beispiel bei einer durch Belastungsverminderung her vorgerufenen Tourenzahlerhöhung.
Soll nun die Maschine mit einer höheren Tourenzahl als 130 laufen, so kommt für die Regelung die erste Stufe (Kurve I) in Be tracht. Der Hebel 60 wird in die Stellung I gebracht, dadurch der Schieber 64 gesenkt, das Rad 56 entkuppelt, das Rad 55 gekuppelt und so die Tourenzahl der Welle 3 herab gesetzt, so dass das Flügelrad nach dem Ge setz I arbeitet. Mit der Verstellung des He bels 60 wird zugleich die Feder 20 entspannt und damit der Oldruck im Raum 40 derart verkleinert, dass der Druckabfall der Pumpe dem durch die Entspannung der Feder 20 erzeugten Druckabfall entspricht, so dass die Drehzahl der Hauptmaschine während des Umschaltvorganges unverändert bleibt.
Die Regelvorrichtung kann natürlich ebensogut für die Regelung von Kalben maschinen wie von Rotationsmaschinen ver wendet werden.