Pumpengesteuerter Drehzahlregler. Die Vorteile der hydraulischen Regler send heute allgemein bekannt. Pumpen gesteuerte hydraulische Drehzahlregler sind dagegen biss anhin nur wenige bekannt ge worden; sie .haben den weiteren Vorteil, dass die Pumpe, welche die Regelflüssigkeit för dert, die Funktion des Reglers übernimmt.
Die meisten Regler dieser Art arbeiten nach dem Prinzip der Durchflussregelung und sind stark abhängig von der Temperatur der Re gelflüssigkeit. Durchflussregler benötigen überdies grosse ,Regelflüss:igkeitsmengen, wenn kleine Schliesszeiten der Kraftkolben verlangt werden.
Dem Einfluss der Tempera tur auf die Regelgenauigkeit wurde zum Beispiel bei Verbrennungsmotorenreglern da durch zu umgehen versucht, dass als Regel flüssigkeit ei.n Spezialöl, insbesondere Gasöl, im offenen Kreislauf verwendet wurde, wel ches eine geringe Viskositätsänderung bei sich ändernder Temperatur aufweist.
Dies bedingt aber :einen vom Schmierölsystem vollständig abgetrennten Kreislauf der Re gelflüssigkeit, da Leckverluste der Steuer pumpe unbedingt vom Schmierölkreislauf fernzuhalten sind.
Die vorliegende Erfindung soll die Ver wendung beliebiger Schmieröle als Regel flüssigkeit, und zwar tunlich desselben Öls, das zur Schmierung der zu regelnden Ma schine dient, sowie weitgehende Ausschal tung der Temperatureinflüsse gegenüber den bekannten Durchflussregelungen ermöglichen. Zta diesem Behufe wird erfindungsgemäss ein aus einer räumlich feststehenden Öffnung austretender Regelflüs@sigkeitestrahl verwen det; der in einer Düse aufgefangen wird, und der Staudruck, der in dieser Düse entsteht, wird als Regelimpuls verwendet.
Die Pumpe besteht vornehmlich aus einer Zahnrad pumpe, wobei tunlich die gesamte Förder menge der Pumpe dem Regelsystem zuge führt wird.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes ist in der Zeichnung 'darge- stellt, und zwar zeigt: Fig. 1 .das .Schema des Strahlreglers, Fig. 2, 3 und 4 Details dazu.
Die von der zu regelnden Maschine an getriebene Zahnradpumpe 1 in Fig. 1 fördert eine der Drehzahl der Maschine proportionale Flüssigkeitsmenge, welche aus, dem Gefäss 2 angesaugt und durch die Rohrleitung 3 der eine räumlich feststehende Öffnung bilden den Blende 4 zugeführt wird.
B.enm Austritt aus der Blende 4 vom Querschnitt f entsteht ein Strahl 5, dessen kinetische Energie in der Auffangdüse G durch Ablenkung im rechten Winkel in Druck umgesetzt wird, welch letz terer sich auf die Druckzylinder 8, 14 über- trägt. Dieser sogenannte Staudruck ist ge geben durch die Gleichung<I>p = a</I> w2 yl2g,
wobei die Geschwindigkeit w des Ölstrahls aus der IvIengengleiehung w = V/f bestimmt werden kann. Da das von der Pumpe geför derte Volumen F nur von deren Drehzahl abhängt,
so sst die Geschwindigkeit w im Strahl ausser von der Drehzahl nur noch vom Ausflusskoeffizienten u abhängig. Für kleine Reynoldsche Zahlen aber darf der' Ausfluss- koeffizient . als konstant angenommen wer den.
Der Druck p in den Kraftzylindern 8, 14 -wird -also ausser von der Drehzahl nur vom- spezifischen Gewicht y abhängen. y ist zwar auch temperaturabhängig, doch kann dieser Einfluss durch eine spezielle Kompen- sationsvorrichtung behoben werden.
Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, verschiedene Re gelflüssigkeiten, welche angenähert dieselbe Temperaturausdehnung aufweisen, ohne Än derung der Temperaturkompens,ationsvorrich- tung zu verwenden.
Die als Führungskörper wirkende Glocke 7 sorgt dafür, dass der FZüssigkaitsstrah1 nach der Ablenkung nicht auf der Auffang düse 6 zerplafzt und Luft mit :sich reisst, was das Ergebnis beeinträchtigen würde. Der so gewonnene Druck an der Düse 6 wird in der Anordnung gemäss Fig. 1 den Kraftkolben 8' und 14' mitgeteilt. Es, kann aber auch nur ein Kraftkolben vorhanden sein.
Der im Zy- linder.8 wirkende Druck dient zur Betäti gung der Brennstoffregelung des: die Pmnpe 1 antreibenden Verbrennungsmotors mittels Hebel 18 gegen den Druck der Feder 28.
Durch den Servomotor mit Steuerkolben 10, das Handrad 11 und den Rückführhebel 12 kann in bekannter Weise eine Tourenver- stellung bewirkt werden, indem bei 27 dem Servomotorschieber Druckflüssigkeit zuge führt wird. Wird mittels Handrad 11 der Punkt 12a des Hebels 12 nach links ver- schöben,
so wird durch den Schieber 10 01 aus denn. Raum -9 ausgelassen und der Kol ben 29, auf welchen die Druckfeder 28 und der Kolben 8' wirken, geht nach rechts, his der Schieber 10 wieder die gezeigte Mittel lage einnimmt:
Wird umgekehrt das obere Hebelende<I>12a</I> nach rechts verschoben, so lässt der Schieber 10 Drucköl in den Raiun 9 ein, und der Kolben 29 geht nach links,, bis der Schieber 10 in die Mittellage zurück geführt ist. Die Verschiebung des. Kolbens 29 nach links ergibt eine Erhöhung der mitt leren Tourenzahl des Motors, die Verschie- bung nach rechts eine Erniedrigung der selben.
Mit Hilfe des, zweiten Druckzylinders 1:4, der mit dem Kolben 14', der Feder 24 und deni Hebel 15 zusammenarbeitet, kann durch den Staudruck der Düse 6 eine der Drehzahl proportionale Beeinflussung des Motors, z. B. die Zündmomentverstellung bei Verbren nungsmotoren zu Traktionszwecken bewerk stelligt werden.
Wie schon erwähnt, muss dafür gesorgt werden, dass im - Regelflüssigkeitssystem keine Luft mitgerissen wird. So müssen zum Beispiel die Druckzylinder 8 bzw. 14 so an geordnet sein, dass sie entweder durch- die Kolben selbst oder aber, wie in Fig..1, durch die Auffangdüse 6 entlüftet werden.
Das Hauptaugenmerk muss auf die Umgebung des, Flüssigkeitsstrahls gelegt werden, indem der von der Auffangdüse abgelenkte Strahl zufolge :seiner relativ grossen kinetischen Energie leicht Luft mitreisst.
Bei Versuchen hat sich eine Anordnung nach Fig. 2 beson- ders)bewährt. Die luftdichte Glocke 7 ist der art geformt, dass der von der Auffangdüse 6 abgelenkte Strahl 5 als Flüseigkeitsfilm in das Auffanggefäss 17, und zwar unter das Niveau des-selben, geführt wird. Infolge:
des sich unter der Glocke bildenden Unterdruk- kes ist diese mit Regelflüssigkeit angefüllt und verhütet jegliches- Mitreissen von -Luft. Dabei ist der untere Rand der Glocke sä tief unter den Überlauf 16 verlegt" dass das Ni veau 18 niemals unter den Glockenrand 2,5 sinken kann.
Der von der Auffangdüse 6 zu den Druckzylindern führende Kanal 6a ist zum. Teil konisch, also nach Art eines Diffusors, erweitert, damit bei plötzlichen Drehzahl änderungen der Steuerpumpe die Umsetzung der kinetischen Energie des Strahls gefördert wird. Infolge der besonderen Strömungaver- hältuisse im Flüssigkeitsstrahl ist die Blende 4 als- Messblenie ausgebildet,
also auf der Zuströmseite eben ausgeführt; es: sind aber auch andere Blendenformen möglich; auch kann statt der Blende eine düsenartige Aus- strömöffnung vorgesehen sein. Ferner kön- s nen zur Beeinflussung der Strömungsverhalt- hisse in oder vor der Blende 4 Einbauten, z. B, Strömungskörper nach. Art der Regu liernadel bei Pelton-Turbinen-Düsen vorge sehen werden; dadurch wird eine andere Ge schwindigkeitsverteilung im Strahl erreicht.
Als Steuerpumpe 1 kann eine Zahnrad pumpe oder irgendeine Pumpe verwendet werden, deren Fördermenge bzw. Förder- druck sieh mit ihrer Betriebsdrehzahl ändert. Am vorteilhaftesten sind Pumpen, deren Fördermenge proportional zur Drehzahl ist, also zum Beispiel Zahnradpumpen oder auch Schraubenpumpen.
Will man den Einfluss der Änderung des spezifischen Gewichtes y zufolge Erwärmung der Regelflüssigkeit beseitigen, ,so kann eine Kühlung derselben vorgesehen werden, damit deren Temperatur nur innert geringer Gren zen schwankt. Verwendet man als Regelflüs sigkeit zum Beispiel Schmieröl Bim geschlos senen Kreislauf, so ist eine Steigerung der Temperatur in relativ weiten Grenzen ohne Kühlung unvermeidbar.
In diesem Fall kann man zum Beispiel, wie eingangs erwähnt, eine Temperaturkompensationsvorrichtung vorsehen, wie in Fig. 3 angedeutet, in der 1, 2, 3 und 4 die gleichen Teile wie in Fig. 1 bezeichnen.
Die Wärmedehnungsunterschiede zweier aus verschiedenen Metallen hergestell ter Teile 19, 20, von denen 19 einen Teil des Rohrstranges 3 bildet und voni Flüssigkeits strom erwärmt werden kann, werden zur Steuerung des Durchflusses einer Überlauf leitung 23 verwendet, welche einen Teil der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit in den Saugbehälter 2 zurückfliessen lässt. Zur Steuerung ist ein mit einer Öffnung 22 ver sehener Schieber 21 vorgesehen.
Dehnt sich zum Beispiel hei Erwärmung des Öls in der Leitung 3 der Teil 19 stärker ausi als der Teil 20, so verkleinert sich der Durchlass des Schiebers 21 mit steigender Temperatur, so dass die Abnahme von y durch eine Zunahme der Strahlgeschwindigkeit w ausgeglichen wird.
Je nach der Profilierung der Öffnung 2 2 oder des Schiebers 21 können beliebige Kompensationsgesetze erfüllt werden. 28 ver bindet den Druckstrang 3 mit dem Ans@aug- strang 1a.
Eine raumsparende Anordnung kann nach Fig. 4 dadurch erreicht werden, dass zum Bei spiel Teil 19 nicht als Teil des Rohres 3, sondern als besonderes., innerhalb der Lei tung 3 im Flüssigkeitsstrom liegendes Rohr und Teil 20 als konzentrisch darin eingebau ter Stab ausgebildet werden. Der Stab 20 kann dabei eine grosse Oberfläche "aufweisen und Rippen tragen,.
Bei dieser Einrichtung ist Teil 19 am Rohr 3 an seinem einen Ende 30 befestigt, während es an seinem andern Ende 31 den Stab 20 trägt; die Dehnungs- differenz beider Teile kann ähnlich wie bei Fig. 3 zur Steuerung einer Schlitzblende 21, 22 in der Wand des Rohres 3 verwendet wer den; der Teil 19 kann dabei zum Betspiel aus Messing und der Teil 20 aus Stahl bestehen.
Leckverluste der Steuerpumpe können in irgendeiner Weise in das System 3 nachge speist werden, und zwar sind solche Nach speisevorrichtungen für geschlossene, Sy steme, die einen Behälter aufweisen können oder nicht, bekannt.
Die Kraftkolben 8', 14' können zur Ver hinderung des Festsitzens, sei es durch Un- reinigkeiten,einseitig wirkende hydr. Kräfte usw., mit Nuten versehen, oder aber als schwimmende Kolben ausgeführt werden:
Zur Behebung der ersterwähnten Ursache kann ein Regelflüssigkeitsbehälter in den Saugstrang eingeschaltet werden, dessen Fas sungsvermögen ein Mehrfaches, der Füllung des eigentlichen Regelsystems beträgt. In diesem Behälter können sich Unreinigkeiten absetzen, und durch die Vergrösserung der umlaufenden Menge werden die Alterungs- erseheinungen der Regelflüssigkeit vermin dert.
Messungen haben gezeigt, dass der grösste Druckrückgewinn in der Düse 6 erzielt wird, wenn ,ein Öffnungsverhältnis von Auffang düse 6 zu Blende 4 gleich ungefähr 0,7, das heisst also die Düsenöffnung kleiner als die Blendenöffnung gewählt wird. - Statt den Staudruck mittels .der Kolben 8', 14' direkt auf das zu regelnde Organ. 13 bzw.
15 wirken zu lassen, kann derselbe nur zur Bewegung eines zur Vorsteuerung die nenden Organes, das ein federbelasteter Steuerkolben sein kann, benutzt werden, z. B. den Steuerschieber eines Servomotors, dessen Kraftkolben mit dem zu regelnden Organ verbunden ist.