Kreiselmaschine mit verstellbarem Mengenreguherkörper Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kreiselmaschine mit Spiralgehiiiise, auf letzterem aufgesetztem Deckel und ver stellbarem Mengenreg ilierkörper. Maschinen dieser Art sind z. B. in den schweizerischen Patenten Nrn. <B>2</B>7459.5,<B>2</B>8549, 287979 und \_'9ö438 näher besehrieben.
Zweck der Erfindung ist, die Steuerung der Kreiselmasehine mit mögliehst einfa.ehen Mitteln und mit kleinem Raum- und Mate- rialbedarf betriebssicher und billig her--u- stellen.
Die erfinclu.ngsgettiässe Kreiselmasehine ist, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Deckels, des Spiralgehä.uses und .des _Mengen- regttlierkörpers gleichzeitig Teile eines Servo- niotors bilden zur Einstellung des Mengen- regnilierkörpers, welcher Servomotoi# inner halb des vom Spiralgehäuse umsehlossenen Raumes angeordnet ist.
Dadurch entsteht an sieh eine Verringe rung an Materialbedarf und Einzelteilen, Land der Servomotor kommt in unmittelbare Nähe des zu steuernden Mengenregulierkör- pers zti liegen, was umfangreiche Kraftüber- tragungsorgane erübrigt. Bei geeigneter Di mensionierung des Mengenregulierkörpers lasen sieh minimale Regulierkräfte und da tuit kleinstmögliche Servomotoren erreichen.
Die Erfindung eignet. sieh beispielsweise zur Anwendung auf vollbeaufsehlagte Gleieh- drttekturbinen, die für den selbsttätigen Be- trieb der Maschine mit einem Drehzahlregler üblicher Bauart versehen sein können. Die maximalen Geschwindigkeiten der Steuer bewegungen des Servomotorkolbens können durch Drosselstellen in den Steuerleitungen festgelegt werden. Die Steuerung kann auch mit manuell zu betätigenden Ventilen ver sehen sein oder andere Einrichtungen auf weisen, die den Arbeitszustand der Maschine automatisch dem Verbraucher anpassen.
Im folgenden ist die Erfindung beispiels weise in Anwendung auf eine vollbeauf- schla.gte Gleichdruckturbine sowie auf eine Kreiselpumpe mit Führungsmittel für Drall strömungen an Hand der beiliegenden Zeieh- nung näher erläutert; es zeigt:
Fig. 1 einen Axialsehnitt durch eine v oll beaufschlagte Gleichdruekturbine - mit Ver- stellmitteln für den Mengenregulierkörper, Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie r1 in Fig. 1, Fig. 3 in grösserem Massstab einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer Ma:
schine nach der Erfindung im Axialsehnitt, Fig. 4 einen Schnitt analog Fig. 3 durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer vollbeaufschlagten Gleiehdrtaektiirbine mit.
Verstellmitteln für den Mengenregulier- körper, Fig. 5 einen Schnitt analog Fig. 3 durch einen Teil einer weiteren Ausführungsfarm einer vollbeaufsehlagten Gleichdrrickturbine nach der Erfindung,
Fig. 6 einen Schnitt analog Fig. 3 durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer vollbeaufschlagten Gleichdruekturbine mit auf grossem Durchmesser angeordn--tern Servomotor zur Verstellung des Mengenregu- lierkörpers und Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine Krei selpumpe mit Austrittsleitapparat und Mit teln zur Verstellung des Mengenregulierkör- pers.
In den Fig. 1 und 2 ist eine vollbeauf- sehlagte Gleichdrlrckturbine mit Verstellvor- rzchtung für einen Mengenregulierkörper 1 dargestellt, welcher den von der meridio- nalen Weite a abhängig-en Durehfluss be stimmt. 7 sind die festen Leitfläehen der Ma schine, 8 die Einla.ssspirale, 9 die Welle und 10 das Laufrad.
Für die Steuerung der 2la- sehine, das heisst, um den gewünschten Durch fluss .einzustellen, muss der Mengenregulier- körper 1 axial verschoben werden können. Dies geschieht durch einen Servomotor, des sen Kolben durch den koaxial zur Welle 9 angeordnetem -.#lengenregulierkörper 1 mit Kolbenboden 11 gebildet ist, und der in einem zum Teil durch den Masehinendeckel 2 und zum Teil durch einen Wandteil der Einlass spirale 8 gebildeten Zylinder angeordnet ist.
Der Kolben 1, 11, der mit. Dichtungen 12, 13 versehen ist, wird mittels eines Steuer organs 6 gesteuert. Als Steuerflüssigkeit wird beim gezeichneten Beispiel das Be triebsmedium der Kreiselmaschine verwen- det. Anderseits könnte der Servomotor auch an ein separates Steuerfluidumsystem an geschlossen sein.
Die Bewegungen des iMen- genregulierkörpers 1 werden folgendermassen hervorgerufen: In der gezeichneten Mittel lage schliesst das Steuerorgan 6 den über dem Kolbenboden 11 liegenden Ratzen -1 des Servomotors ab, und das Volumen der Steuer flüssigkeit in diesem Raum bleibt, abgesehen von eventuellen kleinen Leckverlasten, kon stant. Damit ist auch die, Stellung des Servo- motorkolbens gegeben, und dieser bleibt in seiner Lage.
Wird der Kolbenschieber 14 des Steuerorgans 6 durch nicht gezeichnete Mit tel nach unten verschoben, kann die Steuer flüssigkeit über die Leitungen 15 und 16 entweichen. Der von unten auf den Men-en- reglllierkörper 1 wirkende Druck des Be triebsmediums drückt in der Folge den Kol ben nach oben, wodurch die Öffnung der Maschine vergrössert wird. Umgekehrt wird für eine Sehliessbewegung der Steuerkolben 14 nach oben verschoben. Dadurch wird dem Arbeitsmedium der Weg von der Spirale 8 über die Leitungen 17 und 15 in den Ar beitsraum 4 des Servomotors geöffnet.
Da die wirksame Fläche des Kolbenbodens 11 grösser ist als die dem von unten wirkenden Druck des Arbeitsmediums ausgesetzte Fläche des Mengenregilierkörpers 1, entsteht eine Kraft nach unten, und der Mengenreggiiier- körp,er 1 bewegt. sieh so lange im Schliess sinne, bis er in seine Endstellung gelangt oder bis der Steuerkolben 1-1 wieder in seine Mittellage gebracht. wird.
Die Bewegungen des Steuerkolbens 1.-1 können von einer automatischen Regulierc or- richtung abhängig gemacht sein. Die Ge- schwindigkeiten der kön nen durch nicht gezeichnete Drosselstellen in den Leitungen 15, 16 und 17 sowie durch die Ausbildung des Steuerorgans 6 in -len gewünschten Grenzen gehalten werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungs form ist der Servomotorkolben 18 als separa tes Stück ausgebildet. und mit. dem Mengen regulierkörper 1 lösbar verbunden. Diese Ausführung kann bei Revision von Vorteil sein, auch die Bearbeitung der genauen Pas sungen von Servonrotorzylinder und Servo- motorkolben 18 und die Abdichtung werden durch die gfgenüber dem Beispiel nach den Fig. 1 und \? kleineren Durchmesser erleich tert.
Der Serv omotorzy linder ist als Teil des Deckels 2 ausgebildet. Bei dieser Ausführung müssen die ruassgebliehen Durchmesser Da, <B><I>Dl,</I></B><I> D2</I> und D?, so aufeinander abgestimmt sein, dass bei durch das Steuerorgan 6 Tiber Leitungen 15 und 16 entlasteten Servorauiu 4 auf den Mengenregulierkörper 1 eine nach oben gerichtete, den Maschinendurchlass öff- nende Kraft K1 wirkt.
Diese Kraft. K1 ent steht als Differenz der durch den Dl-ick ,des Arbeitsmediums auf die Fläche 7/1 <I>(D;,2 - D12)</I> :des Mengenregulierkörpers 1 von unten wirkenden Kraft und der Kraft, welche durch den auf die Fläche z/4 # (D32-D22) von oben wirkenden Druck erzeugt wird. Mittels Kanälen 19 ist dafür gesorgt, class im Raum 20 praktisch derselbe Druck herrscht wie in der Einlassspirale B.
Für Sehliessbewe-ungen des Mengenre;ulier- körpers 1 wird Arbeitsrii.ediuin unter Ar- beitsdruck von der Spirale 8 über die Lei tung 17, das Steuerorgan 6 und die -Leitung 1:i in den Servoraum 4 geleitet.
Der Servo- niotorl:olben 18 ist so dimensioniert, dass der vorhandene Arbeitsdrilek auf die Fläche :r/4 <I>- (D22 -</I> Do2) eine grössere Schliess kraft K" erzeugt als die auf den Men-en- regrilierkörper 1 wirkende grösste Öffnungs kraft K1. An Stelle von Betriebsmedium kann zur Betätigung des Servomotors auch eine andere Druckflüssigkeit, z. B. Öl, verwendet werden.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der llasehine dargestellt, bei welcher die vom Druck des Arbeitsmediums auf den 'Mengen- reguli.erkörper 1 wirkende Kraft K 1 im Schliesssinne wirkt und der Servomotor zum öffnen des Mengenregulierorgans die nötige Gegenkraft K, im Öffnungssinne liefern muss.
Dieses Prinzip hat den grossen Vorteil, dass beim Ausbleiben oder bei mangelndem Diaiek der Steuerflüssigkeit die Maschine automatisch schliesst, was aus Sieherheits- gründen sehr erwünscht ist. Auch hier ist ein Teil des Servomotorzylinders durch einen Teil des Maschinendeckels 2 gebildet. Bei dieser Anordnung ist es ferner möglich, den Servomotor ohne Demontage des Ma- sehinen.deekels zugänglich zu machen, was Revision und Unterhalt erleichtert.
Die Steuerung dieser Verstellvorriehtung funktioniert wie folgt,: Die, verlangte, auf den lblengenregulierkörper 1 wirkende Schliess kraft K1 entsteht durch den über die Ka näle 19 in den Raum 20 gelangenden und auf die Fläche 7t/4. (D32-Do2) von oben wirkenden Druck des Arbeitsmediums, ab züglich die Kraft durch den auf die Fläche -z/4 # (D32 - Die) von unten wirkenden Druck.
Die Durchmesser Dl und Do müssen so abgestimmt sein, dass .die Schliesskraft KI in allen Stellungen des Mengenregulierkör- pers 1 in mindestens der verlangten Grösse auftritt. Für stationären Zustand oder Öff nungsbewegungen muss eine öffnende Kraft K, ,erzeugt werden, die den entgegengesetzt gleichen resp. einen grösseren Wert als I'1 hat.
Diese Öffnungskraft wird vom Servo- kolben 18 erzeugt, der über Leitung 15 durch das Steuerorgan 6 mit. der Leitung 17 ver bunden werden kann. Leitung 17 entnimmt die unter Druck stehende Steuerflüssigkeit wie gezeichnet aus der Spirale 8 oder aus einer nicht gezeichneten separaten Druck quelle. Für Schliessbewegungen wird der Servoraum 3 über die Leitung 15, Steuer organ 6 und Leitung 16 entlastet. Es kön nen zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen vor gesehen sein, die z.
B. bei einer gewissen Überdrehzahl der Maschine ansprechen und den Servoraum 3 durch eine nicht gezeich nete, separate Leitung entlasten, was nach dem oben Dargelegten zwangläufig zu einem Schliessen der Maschine führt.
Die in diesem Beispiel verlangte, ständig vorhandene Schliesskraft K1 kann auch min destens teilweise durch andere als die oben dargelegten Mittel erzeugt werden, z. B. durch auf den Mengenreg ilierkörper wir kende Federn.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungs- form einer Gleichdruckturbine mit Verstell- vorrichtiung für das Mengenreggulierorgan, bei welcher mit minimalen Verstellkräften und daher mit kleinstmöglichem Servomotor gearbeitet werden kann.
Durch entsprechende Abstimmung des Durchmessers Do auf die Durchmesser Dl und D3 unter Berücksiehti- gung des im Raum 20 herrschenden und des auf die Fläche 21 wirkenden Druckes kann erreicht werden, da.ss der Mengenregulierkör- per 1 praktisch im Gleichgewicht ist, das heisst, dass sieh diej auf ihn wirkenden Kräfte im Durchschnitt aufheben, Der Servomotor mit dem lösbar am Mengenregulierkörl)er be festigten Kolben 18,
dessen Zylinder c.eil- weise durch einen Teil des Deckels 2 der Maschine gebildet ist, muss also nur mehr die durch die Reibung bedingten Verstell krä.ft.e und eventuelle kleine Korrekturkräfte aufbringen. Kleine Korrekturkräfte sind nö tig, weil sich die Kräfte auf den Mengen regulierkörper 1 wohl im Durchschnitt, nicht aber in allen Stellungen aufzuheben brau- ehen. Der Servomotor muss daher auch in beiden Richtungen wirken können, was durch die Sehaffiuig der beiden Druckräume 3 und 4 beidseits des Kolbens 18 ermöglicht ist.
Die Betätigung des Servomotors erfolgt durch ein Steuerorgan 6, dem über die Leitung 17 unter Druck stehende Steuerflüssigkeit zu geführt wird. Mittels des Steuerorgans 6 kann durch die Leitung 15 oder 22 Dilie@i- flüssigkeit in den Raum 4 bzw. 3 geleitet werden, was eine Verschiebung des Se_rvo- motorkolbens 18 in der einen oder andern Richtung bewirkt.
Das Steuerorgan 6 be wirkt auch, dass die nicht unter Diaeck ste hende Leitung 22 bzw. 15 mit der z. B. zu einem Sammler führenden Leitung 16 ver bunden wird, so dass die verdrängte Steuer flüssigkeit aus dem nicht beanspruchten Servoraum 3 bzw. 4 ungehindert abfliessen kann. In den Räumen 23 und 24 wird die aus dem Servomotor leckende Dritekflüäsig- keit gefass.t und durch Leitungen 25 und 26 z. B. einem Sammelbehälter zugeführt.
Als Steuerflüssigkeit kann das Arbeitsmedüim der Maschine oder ein in .einem separaten Druckfluidu.msystem geführtes Medium ver wendet werden.
In<U>Für.</U> 6 ist eine Ausführungsform Jer Maschinen dargestellt, die bei grossem Platz bedarf in Achsnähe der Maschine, z. B. für die Lagerung der W elle, von Vorteil sein kann. Der Servomotorkolben 18 ist mit. dem lZengenregulierkörper 1 fest verbunden und begrenzt mit dem Maschinendeckel 2, der einen Teil des Servomotorzylinders bildet, und der Spirale 8 den Raum 4.
Der Rahm 4 mit der wirksamen Kolbenfläche @r/4 # (D-12-Do2) ist durch Bohrungen 19 stets mit unter Ar beitsdruck stehendem Arbeitsmedium der lIa- sehine gefüllt.
Bei entlastetem Seiv oraum 3 wirkt auf den Mengenregulierkörper 1 cti,e Kraft des Servomotorkolbens 18 nach amen und diese muss grösser sein als die durch den Druck des Arbeitsmediums auf die Fläche ;r/4 # (D32-D12) hervorgerufene Kraft nach oben, so dass eine resultierende Kraft K1 im Schliesssinne entsteht.
Der auf grossem Durchmesser angeordnete Servoraum 3 ist so dimensioniert, dass der wirksame Druck der Steuerflüssigkeit auf die Fläche .7/4 # (D42 <I>-</I> D32) eine Kraft Iss erzeugt, die grösser ist. als die Schliesskraft K i und damit eine öf f nungsbewegung ermö;
-lieht. Die Einstellung der gewünschten Durchlassöffnung der Ma schine wird mittels des Steuerorgans 6 er reicht, das durch die Leitung 15 mit dem Servoraum 3 in V erbindung steht und die sem Druckflüssigkeit aus der Leitung 17 zuführen oder den Serv ora.uni über die I ei tung 16 entlasten kann.
Statt. den Servoraum 4 über die Bohrring 19 mit Arbeitsmedium zu beaufschlagen, könnte diesem auch mittels eines nicht ge zeichneten Steuerorgans und einer nicht ge zeichneten Leitung eine andere unter Druck stehende Steuerflüssigkeit zugeführt werden.
Fig. 7 stellt den Axia.lsehnitt durch eine Kreiselpumpe dar, die mit einem Austritts- leit.a.pparat ausgerüstet ist. Zum Zwecke der Regelung der Fördermenge ist ein ringför miger Mengenregulierkörper 1 vorgesehen, der mit entsprechenden Aussehnitt.en für die Leitflächen 7 versehen ist und am Austritt des Pumpenlaufrades 32 über die Leitf!ii- ehen 7 axial verschoben werden kann.
Die axiale öffnungsweite a. bestimmt. die För dermenge der Pumpe. Die Be-,vegung des Mengenren ilierkörTers 1 geschieht durch ei nen Servomotor, dessen eine Zylindeiivan- dung und dessen Zylinderdeckel durch den Maschinendeckel 2 gebildet wird.
Die Aus trittsspirale 8 bildet die andere Zplinde;'waii- dung. Der Servomotorkolben besteht aus Men- geni@egulierkörper 1 und Kolbenboden 11 und begrenzt mit. dem Ser v omotorzy linder den Servoraum 4. Dieser wird durch die Leitung 1, über das Steuerorgan 6 und die Druck leitung 17 mit .einer nicht gezeichneten 1)i-tlekquelle verbunden oder über die Lei tung 15, das Steuerorgan 6 und die Lei tung 16 entlastet.
Der bei den Leitsehaufein 7 wirkende Druck des Arbeitsmediums be wirkt dabei stets eine öffnende Kraft auf den hlengenregulierkörper und durch Ein lassen bzw. Ablassen von Steuerdruckflüssig- keit in den Servoraum 4 kann die gewünaelite Lage des Mengenregulierkörpers 1 eingestellt werden.