Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 147552. Umlaufender hydraulischer Servomotor. Im Hauptpatent ist ein umlaufender hy draulischer Servomotor beschrieben, bei wel-. chem für jede Verschiebungsrichtung des Arbeitskolbens je eine in das umlaufende System eingebaute Druckmittelpumpe vor gesehen ist. Zwecks Verschiebung des Kol bens arbeitet jeweils nur eine der Pumpen auf Druck, während die andere entlastet läuft. Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Arbeitskolbens ist der Förderleistung der Pumpe proportional. Wird daher eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors ge fordert, so muss durch reichliche Bemessung der Pumpen für eine entsprechend grosse Förderleistung vorgesorgt werden.
Dies bringt jedoch Nachteile insbesondere dann mit sich, wenn der Servomotorkolben dauernd durch grosse äussere Kräfte belastet ist, die ihn zu verschieben trachten. Um den Kol ben in einer gegebenen Lage festzuhalten, muss diese grosse Fördermenge der Pumpe zwecks Aufbringung des Haltedruckes in dauerndem Kreislauf durch den engen Spalt hindurchgetrieben werden, welchen die Steuerkante freigibt. Die hierbei auftreten den Drosselverluste bewirken einerseits einen erheblichen Leistungsverbrauch des Servo motors, anderseits rufen sie eine starke Er hitzung des Arbeitsmittels hervor.
Während sonach im Hinblick auf hohe Arbeits geschwindigkeiten des Servomotors eine möglichst grosse Förderleistung der Pumpen erwünscht ist, verlangt die Rücksichtnahme auf die beim Kolbenstillstand auftretenden Drosselverluste eine möglichst kleine Förder- leistung.
Die vorliegende Erfindung erfüllt diese widersprechenden Forderungen dadurch, dass bei Verstellungen des Steuerorganes unter halb einer gegebenen Grenze jeweils nur eine Pumpe bezw. Pumpengruppe den Servo- motorkolben durch Förderung von Druck mittel verstellt, während die andere entlastet läuft, wogegen bei Verstellungen des Steuer- organes über die gegebene Grenze hinaus beide Pumpen bezw. Pumpengruppen ge meinsam den Servomotorkolben durch Förde rung von Druckmittel verstellen.
Gegenüber der bisher bekannten Anordnung kann hier durch ohne Erhöhung der Drosselverluste bei Kolbenstillstand die Arbeitsgeschwindig keit des .Servomotors verdoppelt werden. Die konstruktive Durchbildung des Servomotors wird hierbei vorteilhaft so gewählt, dass min destens bei einer der beiden Pumpen bezw. Pumpengruppen in die Druckleitung eine Hilfssteuervorrichtung eingeschaltet ist, die zugleich mit der Hauptsteuervorrichtung be tätigt wird und bei deren Verstellung über ein gegebenes Mass hinaus die Druckleitung mit dem gleichen Zylinderraum in Verbin dung bringt, in welchen zur selben Zeit die zweite Pumpe bezw. Pumpengruppe fördert.
Die Erfindung soll anhand der Abbil dung näher erläutert werden. Diese stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel dar, wie es bei der Laufschaufelregulierung von Ka- planturbinen vorteilhaft Anwendung findet. Bei diesen Turbinen ist neben der Lauf schaufelregulierung auch noch eine Leit- schaufelregulierung vorgesehen. Tritt im Betriebe plötzlich eine Entlastung ein und soll demgemäss der Wasserdurchfluss durch die Turbine rasch verringert werden, so ge nügt es, wenn zunächst die Leitschaufelregu- lierung mit entsprechender Geschwindigkeit geschlossen wird.
Die Laufschaufeln können ihre neue, dem verringerten Wasserdurchfluss entsprechende Lage erheblich langsamer ein nehmen. Steigt jedoch plötzlich der Lei stungsbedarf, so genügt ein rasches Offnen der Leitschaufelregulierung allein nicht mehr, um sofort die erforderliche Leistungs zunahme zu bewirken, da die geschlossenen Laufschaufeln noch auf kleine Leistung ein gestellt sind. Erst entsprechend ihrer Öff nungsbewegung kann die Leistung zuneh men.
Ist demnach für die Schliessbewegung der Laufradschaufeln unbedenklich eine ge ringe Arbeitsgeschwindigkeit des Servo motors zulässig, so verlangt die Einhaltung kurzer Regulierzeiten doch eine erhöhte Ar beitsgeschwindigkeit bei der Öffnungsbewe- gung. Entsprechend dieser Forderung ist der in der Abbildung dargestellte Servomotor so ausgebildet, dass für die Schliessbewegung (Aufwärtsgang des Kolbens) stets nur eine einzige Pumpe das Druckmittel liefert, wäh rend für die Öffnungsbewegung (Abwärts- ö*ang des Kolbens) je nach der Grösse der Steuerbewegung entweder nur eint:
Pumpe auf Druck arbeitet oder aber beide Pumpen gemeinsam zur Druckmittellieferung heran gezogen werden.
In der Abbildung stellt 1 den Zylinder des Servomotors dar, welcher als Erweite rung der Turbinenwelle 2 ausgebildet ist. Der Arbeitskolben 3, welcher mit der Tur binenwelle umläuft, ist mit einer Kolben stange 4 versehen, die zur Verstellvorrieh- tung der drehbaren Laufradschaufeln führt. Im Kolben 3 sind die beiden Zahnradpum pen 5 und 5' untergebracht. Sie greifen in das Zahnrad 6 ein, welches mit dem Rohr 7 a.us einem Stück besteht und unverdrehbar, jedoch in axialer Richtung verschieblich, ge lagert ist.
Diese Art der Lagerung wird durch die feste Führung 9 und den Keil 8 gewährleistet. Im Innern des Rohres 7 ist gleitbar und gegebenenfalls auch drehbar der ,Steuerschieber 10 geführt. Er bildet mit seinen Steuerkanten 12, 1.3 die Hauptsteuer vorrichtung, während seine Steuerkanten 11, 14 und die Umlaufleitung 22 die Hilfssteuer vorrichtung darstellen.
Wird der Zylinder 1 samt Welle 2 und Kolben 3 in Drehung versetzt, so rollen die Pumpenräder 5 und 5' auf dem stillstehen den Zahnrad 6 ab. Die Pumpe 5 saugt aus dem gemeinsamen Saugraum 15 durch Ka nal 18 Arbeitsflüssigkeit an und drückt sie durch Kanal 19 in die Kammer 20, von da weiter in die Kammer 25 und an den Steuer kanten 14, 13 vorbei zurück in den Saug raum 15, womit der Kreislauf geschlossen ist.
Zur gleichen Zeit saugt die Pumpe 5' Arbeitsflüssigkeit aus dem Saugraum 15 durch Kanal 16, drückt sie durch Kanal 17 in die Kammer 24 und an der .Steuerkante 12 vorbei in den Saugraum 15 zurück. Diese Kreisläufe bringen keine Änderung in der Lage des Arbeitskolbens 3 hervor. Ist der Kolben durch äussere Kräfte unbelastet, also zu seinem Festhalten in der gezeichneten Stellung kein erheblicher Flüssigkeitsdruck in den Räumen Ki bezw. K2 erforderlich, so benötigt die Aufrechthaltung der beiden Kreisläufe nur ganz geringe Energiemengen, die Pumpen laufen leer.
Wäre hingegen der Kolben 3 durch eine äussere Kraft ständig belastet, die ihn etwa nach aufwärts drückt, so würde er sich bei gleicher Lage des Steuerschiebers 10 ein wenig nach aufwärts bewegen, bis der Spalt an der Steuerkante 7 2 so weit verengt ist, dass der Haltedruck im Zylinderraum K2, der durch die Bohrung 23 mit der Kammer 2.1 in Verbindung steht, der Kolbenbelastung das Gleichgewicht hält. n diesem Falle müsste daher auch bei Kol benstillstand die Pumpe 5' auf Druck arbei ten und nur die Pumpe 5 würde auch wei terhin entlastet laufen.
Nunmehr sei vorausgesetzt, dass der Steuerschieber 10, zwecks Einleitung einer Kolbenbewegung, nach abwärts verschoben werde, und zwar zunächst nur um ein so kleines Stück, dass die Steuerkante 11 noch immer in Überdeckung bleibt, das heisst, die Kammer 2.1 nach oben absperrt. Dann saugt die Pumpe 5' durch Kanal 16 aus dem Saug raum 15, drückt durch Kanal 17 in die Kam mer 24 und, da jetzt der Durchgangsquer schnitt an der Steuerkante 12 abgesperrt oder zumindest verengt ist, so steigt der Druck in der Kammer 24 und die Flüssig keit wird durch Bohrung 23 in den Zylin derraum K2 gedrückt. Der Kolben 3 bewegt sich nach abwärts, bis wieder die frühere relative Lage zwischen ihm und dem Steuer schieber 10 hergestellt ist.
Die Pumpe 5 hat zur gleichen Zeit den Kreislauf über Saug- raum 15, Kanal 18, Pumpe 5, Kanal 19, Kammer 20, Steuerkante 14, Kammer 25, Steuerkante 13, Saugraum 15 aufrecht er halten. Infolge der Abwärtsbewegung des Kolbens 3 ist gleichzeitig aus dem Zylinder raum Ki Flüssigkeit verdrängt worden und durch Bohrung 21 und Kammer 25 über Steuerkante 13 in den Saugraum 15 über getreten. Lediglich Pumpe 5' hat auf Druck gearbeitet, Pumpe 5 war entlastet. Die Ver schiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 3 war durch die Förderleistung der Pumpe 5' bestimmt.
Anschliessend sei der Fall betrachtet, dass der Steuerschieber 10 um ein grösseres Stück als bisher nach abwärts verschoben werde, derart, dass Steuerkante 11 die Kammer 2-1 oben öffnet, Steuerkante 12 sie unten schliesst und Steuerkante 14 die Kammer 25 unten äbsperrt. Dann arbeitet die Pumpe 5' so wie früher auf Druck, und zwar erfolgt die Förderung aus Saugraum 15 über Kanal 16, Pumpe 5', Kanal 17, Kammer 24, Boh rung 23 in Zylinderraum K2. Aber auch die Pumpe 5 arbeitet jetzt auf Druck, da die Steuerkante 14 den Durchfluss in die Kammer 25 sperrt.
Die Pumpe saugt aus dem Saugraum 15, durch Kanal 18, drückt durch Kanal 19 in die Kammer 20, von da durch die Bohrung 22 des Schiebers 10 an der .Steuerkante 11 vorbei in die Kammer 24 und durch die Bohrung 23 in den Zylinder rauen K2. Da somit beide Pumpen 5 und 5' gemeinsam in den Zylinderraum K2 fördern, vollzieht sich die Arbeitsbewegung des Kol bens 3 mit der doppelten Geschwindigkeit wie früher. Diese rasche Kolbenbewegung, welche nur bei grösseren Verstellungen des Steuerschiebers 10, eintritt, dauert so lange, bis der die Bewegung des Steuerschiebers 10 kopierende Kolben 3 die Überdeckung an der Steuerkante 14 aufhebt.
In diesem Augenblick hört die Pumpe 5 auf, Druck flüssigkeit in den Raum K2 zu fördern, allein die Pumpe 5' arbeitet noch auf Druck, bis nach Erreichen der neutralen Lage auch diese entlastet wird, es sei denn, dass sie bei belastetem Kolben dauernd den Haltedruck aufzubringen hat.
Bei der Aufwärtsbewegung des Steuer schiebers 10 ist es gleichgültig, ob derselbe um ein grösseres oder kleineres Stück ver schoben wird. Stets wird nur die Pumpe 5 allein Druckmittel in den Zylinderraum Ki fördern, die Pumpe 5' wird entlastet laufen. Selbstverständlich wäre es ohne weiteres möglich, auch die Steuerung für den Auf wärtsgang des Arbeitskolbens derart einzu- richten, wie dies für den Abwärtsgang ge schehen ist.
Die Schaltung der Pumpen auf Parallel- bezw. Einzelbetrieb braucht nicht unbedingt durch die beschriebene, beispielsweise Aus führung des Steuerschiebers zu erfolgen, son dern es können hierzu andere geeignete Steuerorgane an sieh bekannter Art, zum Beispiel Drehschieber oder Ventile, Verwen dung finden.