Pneumatische Regeleinrichtung zur wahlweisen Einstellung und zur Konstanthaltung der Abtriebsdrehzahl von Kraftmaschinen und regelbaren Getrieben bei veränderlicher Abtriebs- leistung Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur wahlweisen Einstellung und zur Konstanthaltung der Abtrieb,sdrehzahl von Kraftmaschinen und regelbaren Getrieben bei veränderlicher Abtriebsleistung.
Es sind Regeleinrichtungen dieser Gattung mit hydraulisch betätigten Steuerorganen bekanntgewor den, zu denen ein hydraulischer, drehzahlabhängiger Druckgeber (Messpumpe) gehört. Hydraulische Mess- pumpen liefern aber keine verlässlichen Druckwerte, weil diese von der jeweiligen Viskosität der Druck flüssigkeit abhängen und die Viskosität sich mit der Temperatur ändert. Insofern ergibt sich der Nach teil hydraulischer Anlagen, dass ihr Steuereffekt grö sseren Schwankungen unterliegt.
Ferner sind Regeleinrichtungen der Gattung be kannt, die mit vorwiegend elektrischen Steuerorga nen ausgerüstet sind, wobei z. B. die drehzahlabhän gige Messgrösse von einem elektrischen Generator erzeugt wird. Einrichtungen dieser Art sind kompli ziert und teuer.
Die Erfindung vermeidet die angeführten Nach teile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Energie zufuhr zu Kraftmaschinen oder das Abtriebsdreh- moment regelbarer Getriebe mittels ausschliesslich pneumatisch arbeitender Steuereinrichtungen so zu regeln, dass einstellbare Abtriebsdrehzahlen auch bei veränderlichen Abtrieb,sleistungen konstant bleiben. Für diese Aufgabe ist die Mitwirkung eines pneu matischen, drehzahlabhängigen Druckgebers nach einem älteren Vorschlag bedeutsam, weil von der Genauigkeit seiner abgegebenen Druckwerte und ihrer Relation zu den Drehzahlen die exakte Wirkungs weise der gesamten Einrichtung wesentlich abhängt.
Die Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, dass durch ein über eine Leitung an einen Luft vorratsbehälter angeschlossenes Regelorgan ein mit tels einer handbetätigten Gewindespindel oder mit tels einer pneumatischen Wegsteuerung erzeugter Ini tialdruck über eine Leitung auf den Steuerkolben eines Regelgerätes wirksam ist, wobei dem zugeord neten Weg des Steuerkolbens eine Maximalleistung der gesteuerten Kraftmaschine oder des gesteuerten regelbaren Getriebes entspricht, und dass von der Kraftmaschine oder dem regelbaren Getriebe ein drehzahlabhängiger Druckgeber angetrieben ist,
der über eine Leitung an den Luftvorratsbehälter an geschlossen und dessen drehzahlabhängiger Druck über eine Leitung derart im Regelorgan auf den den Steuerkolben betätigenden Initialdruck korrigie rend wirksam ist, dass durch ein bestimmtes Zu sammenspiel zwischen der wegabhängigen Steuerung des Initialdruckes und des drehzahlabhängigen Steuerdruckes eine zur Wegsteuerung proportionale Konstanthaltung der Abtrieb,sdrehzahl auch bei ver änderlicher Abtriebsleistung gewährleistet ist.
Zweckmässig ist die Regeleinrichtung derart aus gebildet, dass sich der Einlassventilsitz des Regel organs in einem Kolben befindet, der von der hand betätigten Gewindespindel oder von einer gleich sinnig arbeitenden pneumatischen Einrichtung weg gesteuert ist, dass der Auslassventilsitz vom offenen Ende des kleineren Kolbens eines nicht entlasteten oder entlasteten Stufenkolbens gebildet wird, während dessen grösserer Kolben einerseits von einer Druck feder, anderseits vom Steuerdruck des drehzahl abhängigen Druckgebers beaufschlagt ist,
und dass der vom Ein- und Auslassventil in eine Steuerkammer eingesteuerte Druck dem Steuerkolben des Regel gerätes zugeführt ist.
Zweckmässig ist das Regelorgan so angeordnet, dass der druckaufbauende Steuerdruck auf den grossen Kolben des Stufenkolbens, und zwar auf der dem Auslassventil zugewendeten Seite, die Druckfeder je doch auf der entgegengesetzten Seite wirksam ist, und dass der druckabbauende Steuerdruck auf den selben Kolben, und zwar auf der dem Auslassventil abgewendeten Seite, die Druckfeder jedoch auf der entgegengesetzten Seite wirksam ist, und dass in bei den Fällen die die Druckfeder enthaltende Kammer der Entlüftungsraum ist.
Ferner kann dem Regelorgan in baulicher Ein heit ein mittels eines Feinregelventils weggesteuerter Kolben derart hinzugefügt sein, dessen Wege durch einen in einem gemeinsamen Gehäuse um eine Achse schwenkbaren Kipphebel auf den Einlassventilkolben übertragen werden oder anstelle des Kolbens und des Feinregelventils für die gleiche Wegsteuerung auch ein Mehrstellungs-, z.
B. 15-Stellungs-Regel- gerät hinzugeführt sein, dessen Kolben durch eine gleiche Anzahl elektropneumatischer Ventile nach einem Programm beaufschlagbar .sind, wobei das Programm den elektropneumatischen Ventilen ent weder mittels einer handgesteuerten Walzenschaltung oder bei Fernsteuerung mittels Funk übermittelbar ist.
Schliesslich können dem Regelorgan in bauli cher Einheit der weggesteuerte Kolben oder das Mehrstellungs-Regelgerät in koaxialer Anordnung zum Einlassventilkolben derart hinzugefügt sein, dass deren Wege unter Fortlassung des Kipphebels un mittelbar auf den Einlassventilkolben übertragen wer den.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispiels weiser Ausführung dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemässe Anordnung.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Regelorgan 1. Fig. 3 gibt in schematischer Weise einen Mittel- Längsschnitt durch das handbetätigte Regelorgan un ter Verwendung eines druckaufbauenden drehzahl abhängigen Druckgebers wieder, während Fig. 4 das gleiche Regelorgan wie die Fig. 3 zeigt, jedoch unter Verwendung eines druckabbauen den, drehzahlabhängigen Druckgebers.
Fig. 5 zeigt ein Regelorgan wie die Fig. 3, jedoch in baulicher Einheit mit einem weggesteuerten Ein stellkolben, während in Fig. 6 an die Stelle des weggesteuerten Einstell kolbens in Fig. 5 ein Mehrstellungs-Steuergerät ge treten ist.
In der Fig. 1 soll 1 das Regelorgan darstellen, das, einer vorgesehenen Möglichkeit entsprechend, mit der handbetätigten Gewindespindel 2 wegge steuert wird. Der Steuerweg ist mit Hilfe eines Zei gers 3 und einer Skala 4 (Fig. 2) bestimmbar. Die Skala entspricht den einstellbaren Solldrehzahlen. Auf die innere Beschaffenheit des Regelorganes 1 wird später eingegangen werden.
Es ist mit der Leitung 5 an einen Luftvorratsbehälter 6 angeschlossen, der unter konstantem Luftdruck gehalten wird. über die Leitung 7 wird der Kolben 8 eines Regelgerätes 9 mit dem vom Regelorgan 1 gesteuerten Initialdruck beaufschlagt. Mit dem gestrichelten Rechteck 10 ist eine Kraftmaschine (Motor, Dampfmaschine) an gedeutet, deren Energiezufuhr vom Regelgerät 9 gesteuert wird. Bei dem Rechteck 10 kann es sich jedoch auch um ein regelbares Getriebe, z. B. ein hydrodynamisches Getriebe, handeln. In diesem Falle steuert das Regelgrät 9 dessen Abtriebsdrehmoment.
Die Drehzahlen der einen oder der anderen Ma schine werden auf einen mit ihnen verbundenen pneu matischen, drehzahlabhängigen Druckgeber 11 über tragen. Er empfängt den konstanten Luftbehälter druck durch die Leitung 12 und gibt den von ihm erzeugten drehzahlabhängigen Steuerdruck über die Leitung 13 in das Regelorgan 1. Es können hierbei zwei Arten von drehzahlabhängigen Druckgebern ver wendet werden; solche, die mit zunehmender Dreh zahl einen aufbauenden und solche, die mit zuneh mender Drehzahl einen abbauenden Steuerdruck in der Leitung 13 erzeugen.
Das in Fig. 3 dargestellte Regelorgan 1 ist für die Verwendung eines mit steigender Drehzahl druck aufbauenden pneumatischen Druckgebers 11 ein gerichtet. Es enthält einen durch die Feder 14 be lasteten, dichtend geführten Einlassventilkolben 15 mit dem Einlassventilsitz 16 und dem Doppelventil körper 17. Das Einlassventil hat über die Kammer 18 und die Leitung 5 ständige Verbindung mit dem Luftvorratsbehälter 6. Mit der handbetätigten Ge windespindel 2 wird der Einlassventilkolben 15 weg gesteuert. In gleichachsiger Anordnung ist ferner ein mit der Druckfeder 19 belasteter und unabhängig vom Kolben 15 beweglicher Stufenkolben 20, 20a vorhanden.
Sein kleinerer Kolben 20a ist hohl und ragt dichtend in die Steuerdruckkammer 21 hinein, und sein Kopf bildet den Auslassventilsitz 22. Der grössere Kolben 20 des Stufenkolbens unterteilt sei nen Zylinder in eine druckdichte Kammer 23 und die Entlüftungskammer 24.
Die Wirkungsweise der Anordnung und des Steuerorgans 1 nach der Erfindung, die sich im Prin zip auch bei den noch zu beschreibenden Ausgestal tungen nicht ändert, soll hier unter weiterer Erläu terung der Fig. 3 dargelegt werden. Als Beispiel sei angenommen, das Regelgerät 9 habe die Brennstoff zufuhr eines Dieselmotors 10 (Fig. 1) zu steuern. Nach der Skala 4 (Fig. 2) wird die handbetätigte Gewindespindel 2 auf eine gewünschte Drehzahl ein gestellt, wobei sie sich abwärts bewegt und den Ein lassventilkolben 15 um einen bestimmten Weg nieder drückt. Dabei wird das Auslassventil 22 geschlossen und das Einlassventil 16 je nach der Wegvorgabe mehr oder minder geöffnet.
Der Stufenkolben 20, 20a steht in seiner oberen Anschlagstellung. Nach der Öffnung des Einlassventils 16 empfängt die Steuerkammer 21 aus der Kammer 18 den vollen Behälterdruck, den Initialdruck, der über die Lei- tung 7 auch den Kolben 8 des Regelgerätes 9 beauf- schlagt, wodurch eine hohe Brennstoffzufuhr bewirkt wird. Sie führt zu einer Drehzahlsteigerung des Mo tors und des mit ihm verbundenen drehzahlabhängi gen Druckgebers 11. Letzterer steuert mit steigender Drehzahl auch einen steigenden Druck über die Lei tung 13 in die Kammer 23 ein.
Nun unterliegt der Stufenkolben 20, 20a beider seits auf ihn einwirkenden Kräften, von denen die eine durch die Druckfeder 19 ausgeübt wird, während die entgegengesetzte Kraft sich aus dem auf die Ringfläche des grossen Kolbens 20 wirkenden Druck der Kammer 23 plus derjenigen, die sich durch den Druck in der Steuerkammer 21 auf den Stirnquer schnitt des kleineren Kolbens 20a ergibt. Übersteigt die Summe der letzteren Kräfte diejenige der Feder kraft 19, so bewegt sich der Stufenkolben so lange abwärts, bis das Einlassventil 16 schliesst und das Auslassventil 22 öffnet. Hierdurch fällt der Druck in der Steuerkammer 21 und in der Leitung 7, worauf das Regelgerät mit einer Drosselung der Brennstoffzufuhr reagiert.
Da jeder Drehzahl ein ganz bestimmter Druck des Druckgebers in Leitung 13 und Kammer 23 entspricht, bewegt sich der Stufenkolben 20, 20a überwiegend in Abhängigkeit von der Drehzahl, wenn er wie gezeichnet, d. h. nicht druckentlastet aus geführt ist. Bei druckentlasteter Ausführung ist jene Abhängigkeit vollständig; sie ist jedoch meist nicht erforderlich.
Diese Abhängigkeit bewirkt bei erhöhter Lei stungsanforderung an den Motor und damit leichtem Absinken seiner Drehzahl sofort eine Minderung des Druckgeber-Druckes in Kammer 23, hierdurch eine Aufwärtsbewegung des Stufenkolbens 20, 20a und als Folge eine Öffnung des Einlassventils 16, Druck erhöhung in Kammer 21, Leitung 7 und damit hö here Brennstoffzufuhr. Die Drehzahl .steigt wieder auf den Sollwert.
Die Soll-Drehzahl wird von den Wegen bestimmt, um die der Einlassventilkolben 15 mittels der hand betätigten Gewindespindel 2 abwärts bewegt wird. Sie ist diesen Wegen proportional unter der Voraus setzung, dass die Charakteristik des Druckgebers und die Charakteristik der Druckfeder 19, d. h. ihre pro gressive Kraftzunahme auf jene Wege abgestimmt sind. Dann hat nämlich der um einen grösseren Weg abwärts bewegte Einlassventilkolben 15 eine zunächst grössere Öffnung des Einlassventils 16 zur Folge.
Der Initialdruck in der Steuerkammer 21 kann erst nach einer entsprechend grösseren Abwärtsbewegung des Stufenkolbens 20, 20a korrigiert werden, d. h. nach einer stärkeren Zusammenpressung der Druckfeder 19. Diese aber erfordert einen höheren, in die Kam mer 23 eingespeisten Druck des Druckgebers 11, mithin eine höhere Drehzahl.
Durch das Zusammenwirken des dem Einlass- ventilsitz 16 vorgegebenen Weges mit dem dreh zahlabhängigen Steuerdruck in Kammer 23 einer seits und der Charakteristik der Druckfeder 19 an- derseits ergibt sich die Proportionalität zwischen dem Steuerweg der handbetätigten Gewindespindel 2 und der Solldrehzahl des Motors. Hierbei wird der in die Steuerkammer 21 zunächst einschliessende Ini tialdruck durch das Ein- und Auslassventil so korri giert, dass der Steuerkolben 8 des Regelgerätes 9 stets von der Druckhöhe beaufschlagt wird, die zur Konstanthaltung der Drehzahl erforderlich ist.
Die Abtriebsleistung des Motors kann also trotz kon stanter Drehzahl schwanken.
Eine sinngemässe Anwendung der Anordnung und des Regelorganes 1 ist auch bei anderen Kraft maschinen möglich. Ebenso können regelbare Ge triebe auf die gleiche Weise gesteuert werden, wo bei dann das Regelgerät 9 das Abtriebsdrehmoment beeinflusst.
Die in Fig. 4 dargestellte Abwandlung des Re- gelorganes 1 ergibt sich aus der Verwendung eines mit steigender Drehzahl druckabbauenden, drehzahl abhängigen Druckgebers 11a. Dementsprechend sind hier die Entlüftungskammer 23a und die Druck feder 19a oberhalb, also auf der dem Auslassventil- sitz 22a zugewendeten Seite des grossen Kolbens 20 angeordnet. Seine entgegengesetzte Seite wird vom Druck des Druckgebers 25 beaufschlagt. Die Wir kungsweise ist jedoch die gleiche wie die der Aus bildung nach Fig. 3.
Mit steigender Drehzahl ver ringert sich der Druck in der Kammer 23a, und der Stufenkolben 20, 20a bewegt sich wiederum ab wärts.
In der Fig. 5 ist eine Abwandlung des Regel- organes 1 gezeigt, die sich lediglich auf die Betäti gungsart für die Wegsteuerung des Einlassventilkol- bens 15 bezieht. In baulicher Einheit sind dem Regel organ 1 ein Zylinder 26 und ein Kolben 27 hin zugefügt, dessen Kolbenstange 28 den Kolbenweg über einen Kipphebel 29 auf den Einlassventilkolben 15 überträgt. Der Kipphebel ist um die Achse 30 schwenkbar.
Mittels eines Feinregelventils 31 wird der Kolben 27 mit bemessbaren Wegen aufwärts gedrückt, und der Einlassventilkolben 15 entspre chend abwärts. Die handbetätigte Gewindespindel 2 kann als zweite Steuerung beibehalten werden.
Eine weitere Ausbildung der Wegsteuerung ist in Fig. 6 wiederum in baulicher Einheit mit dem Regelorgan 1 vorgesehen. Auf den gleichen Kipp- hebel 29 wird die Kolbenstange 32 eines Mehr- stellungs-, z. B. 15-Stellungs-Regelgerätes 33.
Die Wegsteuerung des letzteren kann in bekannter Weise durch eine entsprechende Anzahl von Magnetventi len 34. erfolgen, welche durch eine nicht dargestellte elektrische Walzenschaltung nach einem vorgegebe nen Programm zu steuern sind. Auch eine Fernsteue rung der Magnetventile 34 durch Funk über eine entsprechende Zahl von Kanälen ist möglich, wenn ein dafür eingerichteter Empfänger 35 vorgesehen ist.
Der Zylinder 26, Kolben 27 mit Kolbenstange 28 nach Fig. 5 sowie das Mehrstellungsregelgerät 33 nach Fig. 6 können mit dem Regelorgan 1 aber auch in der Weise eine bauliche, nicht dargestellte Einheit bilden, dass die Kolbenstangen der erwähnten Geräte gleichachsig zum Einlassventilkolben 15 angeordnet sind. In diesem Falle berühren die oberen Stirn flächen der Kolbenstangen 28 und 32 die obere Stirnfläche des Einlassventilkolbens 15, und der Kipp- hebel 29 sowie die handbetätigte Gewindespindel 2 entfallen.
Die Anordnung und das Regelorgan nach der Erfindung arbeiten pneumatisch. Sie haben gegenüber hydraulischen Anlagen den wesentlichen Vorteil, dass sie völlig frei sind von Fehlerquellen aus Viskosi- tätsschwankungen und Luftblasen im flüssigen Druck mittel und dass sie daher immer genau und auch feinfühlig arbeiten. Hierzu trägt auch die Verwendung eines pneumatisch arbeitenden drehzahlabhängigen Druckgebers bei. Gegenüber elektrischen Anlagen der Gattung ist die pneumatische wesentlich billiger und einfacher.