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Regleranlage für eine Antriebsmaschine, insbesondere für einen Hubschraubermotor
Die Erfindung betrifft eine Regleranlage für eine Antriebsmaschine, insbesondere
für einen Hubschraubermotor, mit einer Eingangswelle, die einen ersten stufenlos
regelbaren.und einen. zweiten stufenlos regelbaren Drehzahlwandler antreibt, von
denen jeder ein Ausgangselement aufweist, das gemäß der Verhältniseinstellung von
jedem Wandler drehbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Regleranlage-
der -obigen Art, die ein stetig differenzierendes stabilisiertes Ausgangssignal
liefert und schneller und genauer anspricht, um Drehzahländerungen einzustellen,
als dies bei bekannten Regleranlagen der Fall ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Ausgangselemente
ein Differential-Ausgangsbauteil betätigen, um die Antriebsmaschinendrehzahl über
eine Differential-Summierungsvorrichtung mit Eingangselementen zu modifizieren,
die von den Ausgangselementen getrieben werden, daß ein von der Antriebsmaschine
angetriebenes Drehzahlfühlelement ein Drehzahlabweichungselement aufweist, das gemäß
der Antriebsmaschinendrebzahl beweglich ist, um einen der Drehzahlwandler zu beeinflussen,
und daß eine Verbindung von dem Ausgang des ersten Drehzahlwandlers den zweiten
Drehzahlwandler gemäß dem Ausgang des ersten Drehzahlwandlers beeinflußt.
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Die Hauptmerkmale der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt,
in der gleiche Bezugszeichen gleichartige Teile bezeichnen. Es zeigt Fig.1 eine
allgemeine Seitenansicht eines Hubschraubers, welche die übliche Anordnung gewisser
Hauptbauelemente zusammen mit einer brauchbaren Plazierung für einen Rotorregler
darstellt,.
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Fig.2 ein Schaltbild einer Befehlsanordnung für einen Hubschrauberregler
und eine Drosselklappe, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt eines Reglers nach
der Erfindung; Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen von verschiedenen Hubschrauberregler-
und Drosselbefehlsanordnungen, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt einer anderen
Regleranordnung, Fig. 7 und B Schaltbilder eines Teiles der Anlagen der Fig. 3 bzw.
6.
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Zur allgemeinen Orientierung kann Bezug auf Fig.1 genommen @@zzde@@.,
in der ein Hubschrauberrumpf durch die Umrißlinie 6 angedeutet ist. Eine senkrechte
Welle 7 wird von einer Antriebsmaschine oder Motor 8 beliebiger Bauart angetrieben
und treibt das Rotor- oder Drehflügelsystem 9. Ein Kraftabnahmeorgan 10 kann eine
Welle 11 antreiben, die zu einem Schwanzrotor führt, der in bekannter Weise zur
Richtungssteuerung verwendet wird. Ein Antriebsmaschinen.- oder Motordrehzahl- und
Leistungsregu-Tierorgan ist mit dem -Bezugszeichen 12 bezeichnet und kann einen
Teil der Kraftstoffregelanlage für die Antriebsmaschine bilden.
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Der Rotor 9 enthält eine in der Technik bekannte Kollektivsteigungseinstellvorrichtung,
die mit dem Rechteck 13 dargestellt ist, und besitzt -auch (nicht dargestellte)
andere Steuerungen oder Regler,- wie etwa die periodische Steigungssteuerung. Die
Kollektivsteigung wird von einer Steuerstange 14 eingestellt, die gelenkig mit einer
Steueranordnung 15 verbunden ist und von einem Hebel 16 für die Kollektivsteigung
von dein Piloten betätigt-wird. Der Hebel trägt einen drehbaren Drosselgriff 17,
der über eine (nicht dargestellte) geeignete Einrichtung antriebsfähig mit einer
an das Regulierorgan oder die Drossel 12 angeschlossenen Steuerstange 18 verbunden
ist. Diese Stange ist ferner so angeordnet, daß sie einen Leistungs- oder Ausgangsarm
19 einer Regiereinheit 20 betätigt oder von diesem Arm betätigt wird. Die Beschreibung
wird nun auf Teile des Reglers nach der Erfindung und auf Befehlsanlagen gerichtet,
mit denen er zusammen verwendet werden kann. Zunächst kann kurz auf Fig. 3 Bezug
genommen, werden, um die Hauptbauelementgruppen zu erörtern.
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Der Regler enthält eine Eingangswelle 22, die von der Antriebsmaschine
mit festem Drehzahlverhältnis
angetrieben wird. Diese treibt einen
Integraldrehzahlwandler 26 und einen Proportionaldrehzahlwandler 24 sowie einen
Kugellaufabschnitt 28 über eine Scheibe 30 und, einen Antriebskäfig
32 an. Die Wirkung des Reglers versetzt ein Ausgangszahnrad 34 über ein Kugeldifferential
36 in Umdrehung, das aus zwei getriebenen. Ringen 38 und 40, einem Reaktionsring
42 und einem Kugelkäfig 44 besteht, der an dem Zahnrad 34 befestigt ist. Das Ausgangszahnrad
34 treibt ein Ritzel 46, das an einer Welle 47 befestigt ist, die in einem Lager
48 über einen kleinen Drehwinkel in Drehschwingbewegung versetzt werden kann. Diese
Welle trägt zwei Schnecken 50 und 51, von denen die erstgenannte in ein Rad 53 und
die letztgenannte in ein Rad 54 eingreifen kann. Durch Verschieben der Welle 47
durch einen von einem Handregler 58 betätigten Kippkniehebelmechanismus 56 wird
die Schnecke 50 in das Zahnrad 53 oder die Schnecke 51 in das Rad 54 eingerückt.
Die erstgenannte Schaltung ist die »selbsttätige« oder Reglersteuerschaltung, bei
welcher die Reglerausgangswelle 47 die Motordrossel über die Stange 18 antreibt,
um die Motordrehzahl auf dem Wert zu erhalten, auf den der Regler eingestellt ist.
Die letztgenannte Schaltung ist die »handbetätigte« Steuerschaltung, bei welcher
die Drosselstange von Hand betätigt wird, während die Reglerdrehzahleinstellung
der tatsächlichen Drehzahl des Motors folgen kann. Das Rad 54 stellt die Reglerdrehzahleinstellung
ein, und wie man erkennt, kann eine zusätzliche Handeinstellvorrichtung in Verbindung
mit dem Einstellrad 54 verwendet werden oder dieses ersetzen.
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Nun kann auf Fig: 2 Bezug genommen werden, die eine gegenwärtig bevorzugte
Befehlsanordnung für den Regler darstellt. Der Regler 20 wird von einem Triebwerk
8 über eine mechanische Antriebsverbindung 62 angetrieben. Der Drehgriff 17 des
Hebels 16 ist über ein Getriebe 64 und die Stange 18 mit dem Reglerausgangshebel
19 und der Motordrossel 12 verbunden. Der Regler ist mit einer Magnetspule 66 versehen,
die auf einen Anker 67 wirkt, der mit dem Reglerwähler 58 für Handbetätigung oder
automatischen Betrieb gelenkig verbunden ist. Ein Stromkreis für die Magnetspule
66 enthält eine Energiequelle 68, einen Hauptschalter 69 und einen Druckknopf 70,
der am oberen Ende des Drosselgriffs 17 angeordnet ist. Dieser Knopfschalter kann
so ausgebildet sein, daß er normalerweise den Stromkreis der Magnetspule 66 schließt
und beim Drücken den Stromkreis öffnet. Der Stromkreis ist vorzugsweise so angeordnet,
daß zum Schließen der Hebel 58 in die »selbsttätige« Einstellung und zum Öffnen
in die »handbetätigte« Einstellung bewegt wird. Dadurch wird die Anordnung gegen
Versagen gesichert im Falle einer elektrischen Betriebsstörung, wie noch beschrieben
wird. Eine Knopfsperrklinke oder -niederhältung kann vorgesehen werden, um die Anlage
in dem »Hand«-Regelungszustand zu erhalten.
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Wenn der Stromkreis geschlossen ist, ist der Regler so geschaltet,
daß er die Motordrossel betätigt. Der Griff 17 folgt der durch den Regler betätigten
Drosseleinstellung, so daß der Pilot jederzeit die Richtung der Drosselwirkung wahrnehmen
kann. Wenn der Stromkreis offen ist, wird die Reglersteuerung der Drossel abgeschaltet,
und die Drossel wird direkt durch den Griff 17 gehandhabt. Während der Handbetätigung
der Drossel wird der Reglerhebel 19 so bewegt, daß die Reglerdrehzahleinstellung
auf die Motordrehzahl zurückgestellt wird, die sich aus der dann vorhandenen strombedingten
Drosseleinstellung ergibt. Wenn von, Handbetrieb auf Automatik umge schaltet wird,
ist somit keine plötzliche Anforderung für eine sehr starke Drehzahländerung vorhanden.
Beispielsweise werde angenommen, daß sich die Anlage in dem »selbsttätigen Zustand«
befindet und eine Änderung von der Drehzahl A auf die Drehzahl
B gewünscht wird. Der Pilot schaltet von »selbsttätig« bei der Drehzahl A
auf »handbetätigt« um und stellt den Drosselgriff 17 so ein, daß die Drehzahl B
erhalten wird. Während des handbetätigten Drehzahlüberganges folgt die vom Regler
gewünschte Drehzahleinstellung der tatsächlichen Drehzahl, so daß der neue selbsttätige
Betrieb bei der Drehzahl B erfolgt, wenn wieder von Handbetätigung auf selbsttätigen
Betriebumgeschaltet wird.
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In dem Regler ist ein Element 72 (Fig. 2) vorgesehen, das sich gemäß
der augenblicklichen Motordrehzahl bewegt. Dieses Element schließt, wenn eine gewünschte
Maximaldrehzahl erreicht werden kann, einen Schalter 73, der parallel zu dem Schalter
70 liegt, wobei der Regler auf »Automatik« umgeschaltet wird, falls er sich auf
»Handbetrieb« befunden hat: Der Regler übernimmt die Steuerung der Drossel und verhindert
eine weitere Drehzahlerhöhung, so daß er als Drehzahlbegrenzer wirkt. Falls es für
den Piloten notwendig ist, die Handbedienung der Anlage unabhängig von der Überdrehzahl
beizubehalten, kann er den Hauptschalter _69 öffnen, der eine Umschaltung des Reglers
in die »selbsttätige« Stellung oder die Beibehaltung dieser Stellung verhindert.
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Fig. 4 zeigt eine andere Befehlsanordnung, in welcher der Regler
20 mit einem von der Reglerdrehzahleinstellung unabhängigen Steuerelement
54c versehen ist, das dem Schneckenrad 54 in Fig. 3 entspricht, mit welchem die
Reglerdrehzahleinstellung eingestellt wird. In Fig. 4 ist der Kollektivsteigungshebel
16 mit einem drehbaren und verschiebbaren Drosselgriff 17a versehen, der auf dem
röhrenfärmigen, drehbaren Hebel 16 verschiebbar ist und mit diesem sowie relativ
zu diesem verschiebbar und drehbar ist. Der Hebel 16 ist, wie zuvor erwähnt wurde,
um einen Zapfen schwenkbar und steuert die gemeinsame Steigung. Er ist auch um seine
eigene Achse drehbar, die ein Kegelritzel 76 trägt, das in ein Kegelrad 77 eingreift,
das die Drosselsteuerstange 18 betätigt. Eine axiale Bewegung des Griffes 17c an
dem Hebel 16 betätigt eine Druck-Zug-Anordnung 79 geeigneter Bauart, die mit denn,
Hebel 58 zur Umschaltung von Handbetrieb auf selbsttätigen Betrieb an dem Regler
20 verbunden ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine Abwärtsbewegung des Griffes
17a den Hebel 58 auf »handbetätigt« und eine Aufwärtsbewegung in »selbsttätigen
Betrieb« verschiebt. Der Griff ist in seiner normalen Aufwärtsstellung dargestellt,
in welcher er durch eine Rastnase 80 an dem Hebel 16 gehalten wird, die in eine
Öffnung 82 in denn. Griff eingreift. In seiner Abwärtsstellung wird der Griff 17a
von einer Rastnase 84 gehalten, die in die Grifföffnung 82 eingreift. Der Griff
17c ist mit Zähnen 86 an seinem oberen Ende versehen und nach oben gegen eine Feder
88 über die genannte normale Aufwärtsstellung hinaus beweglich. Wenn er in dieser
Weise bewegt wird, greifen Zähne 86 ih Zähne 90 einer drehbaren Kappe
91 ein, die an einer Stange 92 befestigt ist. Diese verläuft über den Hebel
16 zu einem Kegelritzel 94, das sich an dem Hebelschwenkzapfen befindet. Das Ritzel
94 greift in ein Kegelrad 95 ein, das koaxial zu einem Zahnrad 97 liegt. An diesem
befindet sich ein Hebel 96, der mit einer Druck-Zug-Verbindung 98 verbunden ist.
Diese ist mit dein Hebel 54c zur
Reglerdrehzahleinstellung verbunden
und betätigt diesen Hebel.
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Der Griff 17a ist mit dem Hebel 16 bei 100 verkeilt. und dreht
sieh jederzeit mit diesem, ausgenommen. wenn der Griff gegen die Feder 88 angehoben
wird; um die Reglereinstellung einzustellen. Wenn der-Griff in dieser Weise angehob
en wird, rückt er den: Keil 100 aus, rückt ihn aber wieder ein, sobald- die Reglereinstellurig
beendet ist. Der Griff dreht sich mit dem Hebel 16 so-wohl im handbetätigten als
auch im selbsttätigen Betriebszustand. Im »selbsttätigen« Betriebszustand folgt
der Griff dem Regler, während er im »handbetätigten« Zustand die Drosseleinstellung
steuert. Die beschriebene Anordnung schafft eine vollständige Einhandsteuerung für
die Kollektivsteigung, die Drosselbetätigung, die Reglerauswahl und die Reglereinstellung.
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In einer Anordnung dieser Art wird die Schneckenverbindung 51 bis
54 der Fig. 3 weggelassen, da die Reglereinstellung getrennt von dem Hebel 54a gesteuert
wird, anstatt zeitweilig mit dem Reglerausgang gekuppelt zu sein.
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Fig. 5 zeigt eine andere Befehlsanlage, die in ihrer Wirkung eine
vollmechanische Anordnung ist, die wie die Befehlsanordnung nach Fig.2 arbeitet.
Hierbei dreht sich der Griff 17 mit den Zahnrädern 76 und 77 und treibt entweder
(bei Handregelung) die zu dem Regler und der Motordrossel führende Steuerstange
18 an oder wird (bei selbsttätiger Regelung) von dieser angetrieben. Wie in Fig.
4 bewegt eine Verschiebung des Griffes nach innen oder außen längs dem Kollektivsteigungshebel
den Reglerwähler in die Stellung »handbetätigt« bzw. »selbsttätig« durch eine Verbindung,
wie etwa das Druck-Zug-Kabel 79. Wenn der Griff 17 sich in der Stellung »handbetätigt«
befindet, folgt die Reglereinstellung der Drehzahl des Motors durch den in Fig.
3 gezeigten Reglermechanismus ebenso wie der Griff 17, der die Motordrossel direkt
über die Verbindung 18 steuert. Wenn der Griff 17 in die Stellung »selbsttätig«
umgeschaltet wird, steuert der Regler die Motordrossel, um die Drehzahl aufrechtzuerhalten,
bei welcher der Motor zu der Zeit arbeitete, zu welcher die Umschaltung von Handbetrieb
auf Automatik vorgenommen. wurde. Bei »selbsttätigem« Betrieb wird die Reglerwirkung
auf den Griff 17 zwecks »Abfühlens« durch den Piloten übertragen.
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Es sind viele Möglichkeiten zur Änderung und Modifizierung des Befehlssystems
vorhanden, und die drei in Fig: 2, 4 und 5 dargestellten Anordnungen sind als praktische
und erwünschte; nicht begrenzende Beispiele gewählt.
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Nun soll wieder auf Fig. 3 Bezug genommen werden. Die bereits gegebene
Beschreibung des darin dargestellten Reglers bezog sich nur auf die Bauteile, welche
unmittelbare Verbindung mit der Steuer- und Befehlsanlage haben. Nunmehr soll eine
ausführlichere Beschreibung gegeben werden. Der Kugellaufabschnitt 28 des Reglers
umfaßt eine nicht umlaufende konische Bahn oder Laufring 110 und eine gegenüberliegende
axial bewegliche, nicht umlaufende konische Bahn oder Laufring 112, die bzw. der
einen Teil des Elementes 72 bildet. Zwischen diesen Bahnen ist eine Anzahl Kugeln
115 angeordnet, die am Umfang durch ein Antrieb,shalteelement 114 in Abstand angeordnet
sind, das mit der Antriebsmuffe oder dem Antriebskäfig 32 verbunden ist und von
der Eingangswelle 22 über die Antriebsscheibe 30 angetrieben wird. Da die
Kugeln durch die Rotation der Welle 30 um die Reglerachse geschleudert werden, üben
sie Fliehkräfte auf die Bahnen `110 und 112 aus, so d'aß sieh ' diese attseinanderzuspreiäen
suchen. --Im besonderen ist die. Bahn 112 bestrebt, sich darstellungsgemäß
nach rechts zu bewegen. Dieser Bewegung wird Widerstand entgegengesetzt von den
Beschleunigungsfedern 116 und 1.18, die an. ihren rechten Eiden von einem
festen Becher 120 gehalten werden und sich an ihren linken Enden an - einen Becher
122 anlegen, der ein Stück mit dem die Bahn 112 tragenden Element 72 bildet. Die
Kugeln 115 drehen sich entgegen den Bahnen 11,0 und 112 und nehmen eine Kreisbahn
an,- deren Radius: eine Funktion der Drchzalil der Welle 22 ist. Auch die Bahn 1-12
und der- Becher 122 nehmen eine axiale Stellung an, die eine Funktion der Drehzahl
ist. Somit ist für jede Drehzahl des Kugellaufsystems eine entsprechende .axiale
-Stellung dies- Bechers 122 vorhanden.
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Wenn eine bestimmte eingestellte Drehzahl- gewünscht wird, wird die
Stellung des Bechers 122 relativ zu einem Ausgangselement 124 hergestellt, -das
sich in einer neutralen Lage befindet. Diese Lage wird durch einen Differentialhebel
126 erhalten, dessen oberes Ende unter normalen Bedingungen mit einem Stift 128
an dem Element 72 im Eingriff ist. Das untere Ende des Hebels greift normalerweise
an einem Stift 130 an dem Ausgangselement 124 an, und der Hebel ist an einem Punkt
bei 1,32 an einem Drehzahleinstellelement 134 drehbar gelagert.
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Das letztgenannte Element ist durch eine Drehzahleinstellkurve 136,
die von dem Drehzahleinstellrad 54 eingestellt wird, über einen Hebel 138, eine
Lenkstange 140 und einen Hebel 142 axial einstellbar, Dieser wird zu einer Lagerbüchse
144 geschwenkt und greift an einer Stoßstange 146 an, die in das Drehzahleinstellelement
134 eingreift. Die Kurve 136 und die zugehörigen Elemente werden an freiem Umlauf
gehindert, wenn die Schnecke 51 und das Rad 54 durch eine leichte Schleppbremse
(nicht dargestellt) ausgerückt sind.
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Das Kugellaufabschnitt-Ausgangselement 124 ist für axiale Bewegung
mit einem Einstellelement 148 über ein Drucklager 150 und für relative Drehung zu
diesem Einstellelement 148 angeordnet, das von einer Feder 152 nach rechts gedrückt
wird. Mit dieser Feder wird der Einstellstift 130 gegen den Hebel 126 festgehalten,
und der Hebel wird gegen den Stift 128 festgehalten, so daß das Einstellelement
veranlaßt wird, axialen Abweichungsbewegungen des Bechers 122 für jede feste Einstellung
des Zapfens 132 zu folgen.
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Das Einstellelement 148 umfaßt das Verschiebungsorgan für den
Integral-Kugeldrehzahlwandler 26 durch eine linke Feder 200. Der Drehzahlwandler
wird von der Muffe 32 angetrieben und ist betriebsfähig, um seine Ausgangsbahn in
einer oder der anderen Richtung mit Bezug auf eine feste Bahn 156 gemäß der Schrägstellung
der Kugeleinheit 158 zu drehen. Dieser Kugeldrehzahlwandler ist in der Bauart ausgebildet,
die in dem USA.-Patent 2 860 530 dargestellt und beansprucht ist. Die Drehzahlwandlerausgangsbahn
154 bewegt sich gemäß dem integrierten Drehzahlfehler der; Reglerwelle 22 mit Bezug
auf den eingestellten Drehzahlbezugswert, der durch die Lage des Drehzahleinstellelementes
134 hergestellt wird. Die Ausgangsbahn 154 des Drehzahlwandlers 26 bildet ein Stück
mit den anderen Bahnen, nämlich mit einer Eingangsbahn 160 zu dem zweiten Drehzahlwandler
24 und der Eingangsbahn 38 zu dem Ausgangsdifferential 36 der Regleranordnung.
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Der zweite Drehzahlwandler 24, der im allgemeinen dem Drehzahlwandler
26 entspricht, enthält
eine -Ausgangsbahn 162, Kugelanordnungen
164 und ein. Verhältniseinstellelement 166. Die Ausgangsbahn 162 bildet ein
Stück mit der Eingangsbahn 40 des Kugeldifferentials 36 und auch mit einer Mutter
168. Diese Mutter greift in eine nicht umlaufende,. axial verschiebbare Schraube
170 ein, die gegen Drehung durch einen Zapfen 182 gesichert ist, der in das Reglergehäuse
eingreift. Die Schraube 170 trägt ein Drucklager 174, in dem eine Welle 176 sitzt,
welche die Antriebsklaue 22 mit der Platte 30 und dem Verhältniseinstellelement
166 verbindet, wobei diese umlaufenden Elemente mit der Mutter 170 über das Lager
174 axial verschiebbar sind-. Die axiale Verschiebung des Einstellelementes 166
reguliert das Antriebsverhältnis des Drehzahlwandlers 24 bei der Übertragung der
Bewegung von der Bahn zu der Bahn 162. Der Drehzahlwandler 24 arbeitet in der Weise,
daß er den ersten Differentialquotienten des von der Drehung der Bahn 154 integrierten
Drehzahlfehlers mathematisch differenziert oder berechnet. Somit ist die Stellung
der Bahnen 162 und 40 dem Drehzahlfehler proportional. Die Schraubenverbindung 168
bis 170 arbeitet so, daß sie das Verhältnis des Drehzahlwandlers 24 einstellt und
den Wandler wieder auf das Verhältnis von 1 :1 bei Ausmerzung des Drehzahlfehlers
zurückstellt.
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Das Differential 36 summiert den Integral- und den Proportional-Drehzahlfehlerausgang
der beiden Drehzahlwandler, -und sein Ausgangszahnrad 34 bewegt sich gemäß den summierten
Größen. Auf diese Weise stellt die Lage und Bewegung des Zahnrades 34 ein durch
Differentiation abgeleitetes, stabilisiertes Signal dar, das an das Zahnrad 46 und
die zugehörige Einrichtung angelegt ist. Dieses Zahnrad 46 verlangt 1. Drosseleinstellung,
um die Motordrehzahl auf den normalen Wert zurückzustellen, wenn der Wähler 58 auf
Automatik eingestellt ist, oder 2. Reglerdrehzahleinstellung entsprechend der vorhandenen
Drehzahl des Reglereingangs 22, falls der Wähler 58 auf Handbetätigung eingestellt
ist.
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Zusätzlich zu der beschriebenen Reglerkonstruktion sind mehrere zusätzliche
Merkmale vorhanden.
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Die Feder 152, die zwischen den Drehzahlwandlereinstellelementen 148
und 166 wirkt, sucht diese in-Richtung von Verhältnisstellungen zu drücken, die
den- Verhältnisstellungen entgegengesetzt sind, die durch Betätigung von Kontrollapparaturen
eingestellt werden.
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Der erforderliche Reibungseingriff der Drehzahlwandlerbahn und ihrer
Kugeln und der Bauteile des Kugeldifferentials 36 ist insgesamt durch die Kraft
gewährleistet, die von einer einzigen Belastungsfeder 178 -ausgeübt wird, die zwischen
dem Reglergehäuse und der Reaktionsbahn 42 des Differentials 36 mit geneigter Arbeitsfläche
wirkt.
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Der Regler- enthält zusätzliche selbsttätige Regeleinrichtungen, die
einen Überdrehzahlschutz liefern, so daß die Motordrossel bei einer vorgewählten
niedrigen Drehzahl geschlossen wird, wenn der Motor stillgesetzt ist, -und Kompensationen
der Drehzahleinstellung des Reglers infolge von Belastungsbedingungen schaffen.
Diese werden in der oben angegebenen Reihenfolge beschrieben.
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-Wie vorher kurz erwähnt wurde, suchen der Motor und der Regler ihre
Drehzahl zu erhöhen, wenn die Kommandoanlage auf Handbetätigung eingestellt ist
(vgl. Fig. 3), wobei sich das Kugellaufabschnittelement 72 nach rechts bewegt. Die
Stellung dieses Elementes ist, wie vorher ausgeführt wurde, eine direkte Funktion
der Drehzahl. In Fig. 2 arbeitet das Element 72, das dem Element 72 in Fig. 3 entspricht,
in der Weise,_ daß es bei einer bestimmten Drehzahl den Schalter 73 schließt, der
die Magnetspule 66 erregt und die Anlage auf selbsttätige Regelung anstatt auf Handrege-.
lang bringt.
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Darauf steuert der Regler abhängig von der Einstellung des Schalters
73 hinsichtlich der Drehzahl des Reglers, bei der er schließt, die Motordrossel,
um weitere Drehzahlerhöhung zu verhindern. Falls der Pilot bewußt einen Betriebszustand
mit Überdrehzahl wählen will, kann er den Hauptschalter 69 öffnen, um den selbsttätigen.
Betrieb der Anlage zu verhindern.
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In einem Hubschrauber oder einer anderen geregelten Anlage ist es
im allgemeinen erwünscht, die Motordrossel zu schließen, wenn der Motor stillgesetzt
ist, um ein Wiederanlaufen des Motors mit geschlossener oder im wesentlichen geschlossener
Drossel zu ermöglichen. Wirkungsmäßig erlegt dies eine Notwendigkeit für automatisches
Schließen der Drossel auf, wenn die Motordrehzahl unterhalb eines bestimmten Wertes,
angenommen drei Viertel der normalen Motorleerlaufdrehzahl, fällt. Ein Stillsetzen
des Motors wird normalerweise dadurch erreicht, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch
zu dem Motor geändert oder die Zündung unterbrochen wird oder beide Maßnahmen getroffen
werden.
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In dem hier beschriebenen Regler ergibt eine Drehzahlverminderung
normalerweise eine Bewegung des Elementes 72 nach links, die eine Anforderung für
eine offene Drossel zur Lieferung größerer Leistung darstellt, -um die Drehzahl
auf den eingestellten Wert zu bringen. Bei stillgesetztem Motor steht dies in Gegensatz
zu der gewünschten Wirkung. Um die Drossel beim Stillsetzen zu schließen, wenn sich
das Element 72 ansprechend auf die niedrige Drehzahl nach links bewegt, bewegt sich
der Teil 122 dieses Elementes nach links und greift an einem Widerlager 182 an,
das an der Spindel 134 befestigt ist, wobei der Drehzapfen 132 nach links gedrückt
wird. Der Hebel wird somit nach links bewegt,- wobei er das Drehzahlwandlereinstellelement
124 nach links bewegt und die Drehzahlwandler betätigt, um die Ausgangszahnräder
34 und 46 in eine Drosselschließstellung über die Elemente 47, 53, 19 und 18 zu
treiben.
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Wenn eine Drosselbelastungsänderung erfolgt, wird die Belastungsänderung
in -die Drehzahlwandler übertragen. In diesen kann ein Kriechen auftreten, das,
falls es nicht kompensiert wird, Drosseleinstellfehler einführt. Es sind Mittel
vorgesehen, um proportional zu der Drehmomentbelastung an den Drehzahlwandlern dieses
Kriechen zu kompensieren, wodurch Regulierfehler infolge des Drehzahlwandlerbetriebes
beseitigt werden. Ein Mechanismus für diesen Zweck enthält eine schwingende Halterung
184 für die nicht umlaufende Drehzahlwandlerbahn 156 und ihren Träger 186, wobei
die Bahn und der Träger durch tangential wirkende Federn 188 in eine bestimmte Lage
gedrückt werden. Der Träger 186 schließt eine geneigte Kurve 190 ein, an der eine
Stoßstange 192 angreift, die in Berührung mit der Lenkstange 142 des Einstellmechanismus
ist. Bei Drehmomentgegenwirkungsverschiebung des Trägers 186 stellen die, Elemente
192 und 142 das Verhältniseinstellelement 124, 148 auf einen Zuwachsbetrag
ein, um das Kriechen des Drehzahlwandlers wenigstens teilweise auszugleichen.
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Der hier dargestellte Regler arbeitet isochron, was unter den meisten
Betriebsbedingungen eine höchst erwünschte Eigenschaft ist, da eine gewünschte Drehzahl
unabhängig von der Drosseleinstellung oder der
getriebenen Belastung
aufrechterhalten wird. Unter einigen Betriebsbedingungen ist eine fallende Charakteristik
der Anlage erwünscht, und es sind Mittel vorgesehen, um einen solchen Abfall in
jedem gewünschten Umfang herzustellen. Zu diesem Zweck ist das Rad 53, dessen Drehlage
in direkter Beziehung zu der Drosselstellung über die Verbindungen 18 und 19 steht,
bei 196 antriebsfähig mit einer Kurve 198 verbunden, die an der Lenkstange 136 der
Drehzahleinstelleinrichtung angreift. Die Kurve ist so. ausgebildet, daß die Reglerdrehzahleinstellung
gemäß der Drosselstellung erhöht oder herabgesetzt wird, um die sogenannte fallende
Charakteristik in einem beliebigen gewünschten Umfang einzuführen.
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In einer Anlage, in der zwei geregelte Antriebsmaschinen eine einzige
Last antreiben, wird in geringem Umfang fallende Charakteristik in den Reglern benötigt,
so daß die beiden Antriebsmaschinen jeweils ihren Anteil der Belastung bei der gewünschten
Drehzahl antreiben können. Wenn der Regler nach der Erfindung in einem solchen Zusammenhang
verwendet wird, würde die Kurve 198 so@ gestaltet sein, daß sie diese Wirkung erreichen
läßt.
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In einem Hubschrauber ist eine unterschiedliche Reglerempfindlichkeit
in dem niedrigen Motorleistungsbereich erforderlich, wenn der Motor von dem Rotor
ausgekuppelt ist, und in dem höheren Leistungsbereich, wenn der Motor und der Rotor
gekuppelt sind. Die Kurve 198 liefert ein Mittel, um eine wirksame Differenz in
der Reglerempfindlichkeit zwischen dem Bereich hoher Leistung und dem Bereich geringer
Leistung zu schaffen. Bei Drosseleinstellungen, die dem Rotorantriebsbereich entsprechen,
kann die Kurve 198 so gestaltet werden, daß sie keine Drehzahleinstelländerung oder
fallende Charakteristik ergibt.
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Fig.6 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Reglers nach Fig. 3
und umfaßt die meisten Bauteile dieser Anordnung einschließlich deren Funktionen.
Die Bezugszeichen in Fig.6 sind dieselben wie in Fig. 3, wenn die Bauteile und Funktionen
gleich sind, und sind mit dem Zusatz »'« versehen, wenn ihre Funktionen gleichartig
sind. Unterschiede liegen in den Anordnungen der Kugeldrehzahlwandler und des llugeldifferentials.
In Fig. 6 sind die Kugeldrehzahlwandler 24' und 26' in einem Sinne parallel angeordnet,
während die Wandler 24 und 26 der Fig. 3 in einer Richtung in Reihe angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Fig. 6 ist das angegebene Drehmoment der Anlage wesentlich
größer, wobei infolgedessen eine leistungsstärkere -Steuerung der reglergetriebenen
Belastung erfolgt, nämlich der Motordrossel. Die endgültige Wirkung der Anordnungen
der Fig. 3 und 6 ist für alle praktischen Zwecke identisch, obgleich sich der mathematische
Zusammenhang zum Erreichen derselben Endwirkung zwischen den beiden Anordnungen
unterscheidet.
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In Fig. 6 wird das Einstellelement 148' für den Drehzahlwandler 26'
in axialer Richtung mit dem Gabelarm 124' betätigt, wobei die Verbindung zwischen
dem Einstellelement und der Bahn der Kugelanordnung 158 eine Blattfeder 200 umfaßt,
die so voreingestellt ist, daß sie das Einstellelement nach rechts und die Kugelanordnung
158 im entgegengesetzten Uhrzeigersinne drückt. Das Einstellelement 148' erfährt
an seinem linken Ende Schubbeanspruchung von dem Mutternelement 168', das mittels
Gewinde an dem Schraubenelement 170' angreift. Dieses liegt mit seinem linken Ende
in Schubübertragungseingriff an dem Einstellelement 166' des Drehzahlwandlers 24'.
Die Kugelanordnung 164 ist mit dem Einstellelement 148' durch eine Blattfeder ähnlich
der Feder 200 verbunden. Das Mutternelement 168' und das Schraubenelement 170' sind
bei 206 bzw. 208 durch Keilnuten mit den Ausgangsbahnen 210 bzw. 212 verbunden.
Wenn ein Drehzahlfehlersignal an das Drehzahlwandlereinstellelement 148' gebracht
wird, verläuft dasselbe Signal durch die Mutter 168' und die Schraube 170' zu dem
Einstellelement 166' des Wandlers 24'. Dies erzeugt entgegengesetzte Drehung der
Ausgangsbahnen 210 und 212, welche die Schraubenverbindung 168', 170' betätigen,
um den Wandler 24' zu verschieben und die Ausgangsbahn 212 bei einer Stellung zu
stabilisieren, die dem proportionalen Drehzahlfehler entspricht. Inzwischen tritt
das Integral des Drehzahlfehlers in einer Rotation der Ausgangsbahn 210 des Drehzahlwandlers
26' auf.
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Die beiden Signale von den Ausgangsbahnen 210 und 212 werden in einem
Kugeldifferential 36' summiert, das Kugeln 212 enthält, die einen Halte-
oder Befestigungsteil des Ausgangszahnrades 34' antreiben. Die Kugeln 214 werden
auf der (darstellungsgemäß) linken Seite von einem eine ebene Bahnfläche bildenden
Teil der Ausgangsbahn 212 angetrieben. Auf der (darstellungsgemäß) rechten Seite
werden sie von einer V-förmigen Bahn 216 getrieben, die auf einer Seite eines
Ringes 217 ausgebildet ist, dessen rechte Seite wie bei 218 eben ist. Die genutete
Bahn 216, die der ebenen Bahn des Elementes 212 gegenüberliegt, liefert einen Antrieb
mit festem Verhältnis an das Ausgangszahnrad 34'. Die Ausgangsbahn 210 des
Drehzahlwandlers 26' trägt eine ebene Bahnfläche 220, die der Fläche 218 gegenüberliegt,
zwischen der ein anderer Kugelsatz angeordnet ist, wobei die Kugeln in einem nicht
umlaufenden Kugelkäfig 222 gehalten werden. Diese letztgenannten Kugeln ermöglichen
die Umkehr des Umlaufes des Ringes 217 mit Bezug auf die Drehung der Bahn 220; wodurch
das Differential 36' so gestaltet ist, daß es den Ausgang der beiden Drehzahlwandler
summiert.
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Fig. 7 und 8 sind vereinfachte Schaltbilder der Anordnungen nach Fig.
3 b.zw. 6, wobei die Kugellaufabschnitte nicht vorhanden sind. Diese Darstellungen
sollen das bessere Verständnis der Arbeitsweise, der Drehzahlwandler und anderer
Einrichtungen, die in Fig. 3 und 6 gezeigt sind, unterstützen. Es sind die gleichen
Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 3 und 6. In beiden Fällen ist der Eingang zu
den integrierenden kraft- oder leistungsverstärkenden Drehzahlwandlern 26 und 26'
der augenblickliche Drehzahlfehler der Anlage bei niedriger Leistung, der mit
d N
bezeichnet und gemäß der Stellung des Elementes 148 und 148' hergestellt
ist.
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In Fig. 7 ist der Ausgang des Drehzahlwandlers 26 eine kraft- oder
leistungsverstärkte und mathematisch integrierte Funktion des augenblicklichen Drehzahlfehlers,
der als bezeichnet ist, wobei S der Differentialoperator
dt ist. Dieser Ausgang wird direkt zu einem Eingang 38 des summierenden Differentials
36 gebracht. Ein anderer Zweig des Ausgangs von dem Drehzahlwandler 26 gelangt zu
der Eingangsbahn des Drehzahlwandlers 24. Dieser Wert wird durch die Wirkungsweise
des Drehzahlwandlers, der eine kleine Zeitkonstante einführt, mathematisch differenziert.
Seine Ausgangsbahn 162 bewegt das Verhältniseinstellelement über die Verbindung
166, wodurch der Ausgang des Drehzahlwandlers 24 eine Funktion von d N wird, jedoch
in der Leistung verstärkt ist.
Der Ausgang des Drehzahlwandlers
24 wird zu dem Summierungsdifferential 36 über die Bahn 40 gebracht. Da der differenzierende
Drehzahlwandler eine kleine Zeitverzögerung in die Anlage einführt, wird das Ausgangssignal
von der Summierungsvorrichtung 36 an dem Ausgangselement 34 durch den Ausdruck
dargestellt, wobei y die Zeitkonstante des Differentiators ist: In Fig: 8 steuert
der von dem Element 148' gelieferte d N-Eingang das Verhältnis des kraft- oder leistungsverstärkenden,
integrierenden Drehzahlwandlers 26', so daß sein Ausgang bei 220 in
ausgedrückt wird. Dieser wird über eine Vorrichtung 217 mit festem Verhältnis geführt,
die einen Teil der Summierungsvorrichtung 36' bildet, welche die Konstante in den
integrierenden Ausdruck
einführt.
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Die Elemente 208 und 206 umfassen ein Differential von zwei Eingängen,
die von den Ausgangselementen der Drehzahlwandler 24' bzw. 26' angetrieben werden,
deren Ausgang die relative Dreh- und Axialstellung der Schraubenelemente 168' und
170' umfaßt. Diese Schraubenverbindung ist durch den Systemeingang 148' verschiebbar
und wirkt dadurch als ein anderes Differential, dessen Ausgang das verhältnisändernde
Steuerungselement 166' des Drehzahlwandlers 24' bewegt.
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Der kraft- oder leistungsverstärkte Ausgang 212 des Drehzahlwandlers
24' umfaßt die Größe JN, die zu der Summierungsvorrichtung 36' geführt wird. Die
Stellungen der Elemente 212 und 217 werden in der Vorrichtung 36' kombiniert, so
daß die Lage ihres Ausgangs 34' gemäß dem Ausdruck
ist, der gleich dem Ausgangsausdruck für die Anordnung nach Fig. 7 ist.
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Ein Vorteil der Anordnung nach der Fig. 8 gegenüber der Anordnung
nach Fig. 7 besteht darin, daß sie eine stärkere Ausgangskraft in einem Mechanismus
bestimmter Größe liefert.
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Wie zuvor festgestellt wurde, ergeben die Anordnungen der Fig. 3 und
6 dasselbe effektive Ergebnis, und jede Anordnung kann in mehreren verschiedenartigen
Befehlsanlagen verwendet werden, die in anderen Figuren gezeigt und zuvor beschrieben
worden sind.
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Die dargestellten und beschriebenen Regler können mit anderen Befehlsanlagen
und zur Steuerung von anderen als Hubschraubersystemen verwendet werden. Auch die
offenbarten Befehlsanlagen können mit anderen Reglerarten verwendet werden, die
analoge Funktionseigenschaften haben.
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Die beschriebenen Regler können in jedem beliebigen System verwendet
werden, in dem ein augenblickliches Drehzahlfehlersignal geringer Energie verfügbar
ist. Die Regler verstärken dieses Signal kraft-oder leistungsmäßig in vollständig
mechanischer Weise durch mechanische Leistung, die unmittelbar von dem Motor, der
Maschine oder der Antriebsmaschine abgeleitet ist, und erzeugen ein leistungsfähiges
Ausgangssignal von isochroner, ableitungsmäßig stabilisierter Form. Dieser Ausgang
kann für direkte Steuerung von Drehzahländerungsapparaturen ohne Hilfsverstärkung
verwendet werden, welche zusätzliche Zeitverzögerungen und Komplizierung mit sich
bringt. -