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Drehzahlregler, insbesondere für Kraftmaschinen Die Erfindung betrifft
einen Drebzahlregler, der insbesondere für Kraftmaschinen bestimmt ist und sich
durch große Genauigkeit, Schwingungsfreiheit, hohe Betriebssicherheit und hohe Lebensdauer
auszeichnet. Dieser Regler ist in bekannter Weise mit einem hydraulischen Stellmotor
ausgerüstet, der durch einen Steuerschieber steuerbar ist, der durch den Unterschied
der in zwei Druckkammern herrschenden hydraulischen Drücke verschiebbar ist, die
durch Abflußventile steuerbar sind, welche je einer der Kammern zugeordnet sind.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine direkt von der Drehzahl
der zu regelnden Maschine abhängige Betätigung der Abflußventile zu erreichen, bei
der jede Drehzahlabweichung ohne Verzögerung erfaßt und eine bestimmte Solldrehzahl
dauernd eingehalten wird. Erfindungsgemäß sind die Abflußventile durch schwingende
Federsysteme verstellbar, deren eines eine über der Solldrehzahl und deren anderes
eine unter der Solldrehzahl liegende Eigenschwingungsfrequenz hat und die beide
mit der Istdrehzahl zur Schwingung angeregt werden. Das jeweils stärker in Schwingung
geratende Federsystem läßt eine größere Flüssigkeitsmenge aus der Kammer abfließen
und senkt daher den darin herrschenden. Druck. Das hat aber zur Folge, daß der Steuerschieber
den Stellmotor in Gang setzt.
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Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in, der Zeichnung
dargestellt. In diesen zeigt Fig. 1 einen Drehzahlregler für eine Brennkraftmaschine,
deren Brennstoffeinspritzvorrichtung durch einen hin und her gehenden Stellkolben
verstellbar ist, Fig.2 einen Drehzahlregler für einen Stromerzeuger, der über ein
stetig regelbares Flüssigkeitsgetriebe angetrieben wird, wobei der nicht näher dargestellte
Stellmotor das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes bestimmt.
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In Fig. 1 ist ein, an sich bekannter hydraulischer Steuerschieber
10 dargestellt, dessen Steuerkolben in Abhängigkeit von der Regelabweichung einstellbar
ist, die durch Abflußventile 11b und 12b eingeführt wird. Diese bestimmen den Druck
in den Steuerkammern 13 und 14, um dadurch den Antrieb des Stellmotors 15 zu steuern.
Dieser Stellmotor 15 besteht aus einem Zylinder 21 und einem Kolben 38, dessen Kolbenstange
39 die Brennstoffeinspritzvorrichtung 69 einer Brennkraftmaschine 64 einstellt.
Von der Einstellung der Brennstoffeinspritzvorrichtung 69 hängt es ab, wie groß
die in der Zeiteinheit zufließende Brennstoffmenge ist. Der Steuervorgang wird dadurch
ausgelöst, daß die Abflußventile 11 b und 12b in Abhängigkeit von der Regelabweichung
verstellt werden. Wird dadurch der Druck in den Kammern 13 und 14 verschieden groß,
so wird dadurch der Steuerkolben 28 verschoben. Das führt dazu, daß der eine Drosselkanal
25 bzw. 26 verlängert und der andere verkürzt wird. Wird beispielsweise der in der
Kammer 13 herrschende Druck größer als der Druck in der Kammer 14, so verschiebt
sich der Steuerkolben 28 nach rechts und verlängert den Drosselkanal 25,
aber
verkürzt den Drosselkanal 26. Das führt aber dazu, daß der Kanal 25 den Zufluß der
Druckflüssigkeit zur Steuerkammer 13 stärker drosselt, während, der Kanal 26 den
Zufluß zur Kammer 14 weniger drosselt. Dadurch wird ein Druckabfall in der Kammer
13 und ein Druckanstieg in der Kammer 14 herbeigeführt. Diese Druckänderung führt
schließlich dazu, daß die Drücke in den beiden Kammern wieder gleich groß werden
und daher der Steuerkolben 28 in verstellter Lage zur Ruhe kommt.
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Im übrigen ist der Steuerschieber 10 zwischen den an den Enden des
Kolbens 28 befindlichen Abschnitten 29 und 30 so ausgeführt, wie es bei Umsteuerschiebern
üblich ist.
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Die Zylinderbohrung des als Steuerschieber ausgebildeten Abflußventils
12b hat eine Steueröffnung; die durch einen Kanal 45 mit der Druckkammer 14 verbunden
ist. Der Steuerkolben 44b hat einen Abschnitt von kleinerem Durchmesser, der in
der veranschaulichten Mittelstellung verschlossen ist, aber bei Verschiebung des
Steuerkolbens 44b nach rechts oder
links mit Abflußöffnungen in
Verbindung tritt, von welchen die Flüssigkeit in der Richtung des Pfeiles S abfließen
kann. In entsprechender Weise ist das Abflußventil 11 b als Steuerschieber ausgebildet,
dessen Bohrung eine Steueröffnung hat, die durch einen Kanal 48 mit der Druckkamrrier
13 verbunden ist. Die Steuerkolben 44b und 49b der Abflußsteuerschieber werden durch
getrennte mechanische Schwingungssysteme hin- und herbewegt, die je aus einer Blattfeder
60 bzw. 61 und einer Masse 62 bzw. 63 bestehen. Die Eigenschwingungszahlen
dieser mechanischen Schwingungssysteme sind so gewählt, daß der Sollwert der zu
regelnden Drehzahl dazwischenliegt. Die mechanischen Schwingungssysteme, welche
die Federn 60 und 61 enthalten, werden mit einer Frequenz erregt, die der Istdrehzahl
der Maschine 64 verhältnisgleich ist. Die Regelgröße, nämlich die Drehzahl der Maschine
64, wird durch eine Abtriebswelle 65 auf ein Exzentergerät 66 übertragen,
von dem aus eine Schwingung einer Kuppelstange 67 und damit den Federn, 60 und 61
erteilt wird. Die Kuppelstange 67 kann bei 68 in der dargestellten Weise geführt
sein.
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Die Brennstoffmenge wird daher so eingestellt, daß die Istdrehzahl
der Brennkraftmaschine durch die Eigenschwingungsfrequenzen der mechanischen Schwingungssysteme
bestimmt wird, welche die Federn 60 und 61 enthalten. Vorzugsweise kann der Steuerkolben
28 des Hauptsteuerschiebers 10 durch eine vorgespannte Feder 70 beeinflußt werden,
welche dafür sorgt, daß beim Start, so lange die Drehzahl der Maschine unterhalb
des Wirkungsbereiches der mechanischen Schwingungssysteme liegt, der Maschine 64
eine erhöhte Brennstoffmenge zugeführt wird.
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Bei der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß zusätzlich
zu den Abflußsteuerkolben 44 b und 49 b besondere Massen 62 und 63 vorgesehen sind.
Indessen lassen sich die Massen der Abflußsteuerkolben 44 b und 49
b als Teile der Schwingungsmassen 62 und 63 auffassen, da sie zusammen mit
diesen die Eigenfrequenzen der Schwingungssysteme mit den Federn 60 und 61 bestimmen.
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Gewünschtenfalls kann die jeweilige Stellung des Hauptsteuerkolbens
28 durch ein Anzeigegerät, z. B. einen Zeiger, sichtbar gemacht werden, der an einer
Kolbenstange befestigt ist, die sich vom Ende des Kolbens 28 aus erstreckt.
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In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Steuersystems der
Fig. 1 gezeigt. Diese Ausführungsform dient der Regelung der Drehzahl und Frequenz
eines Stromerzeugers 73. Die Regelung erfolgt dadurch, daß das Verhältnis der Antriebsdrehzahl
zur Abtriebsdrehzahl eines stetig regelbaren Flüssigkeitsgetriebes 74 verstellt
wird. Dieses Getriebe kann durch eine Antriebsmaschine 75 angetrieben werden, deren
Drehzahl sich unabhängig von den Bedürfnissen und Erfordernissen des Stromerzeugers
73 ändert.
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Bei dieser Ausführungsform wird die die Regelgröße darstellende Schwingung
nicht mechanisch durch einen Exzenterantrieb, sondern elektrisch erzeugt. Zu diesem
Zweck ist eine Elektromagnetwicklung 76 vorgesehen, die zwischen eine der Ausgangsleitungen
des Stromerzeugers und der Erde eingeschaltet ist, und zwar durch Leitungen 77 und
78. Die Massen 62 und 63 bestehen aus einem magnetischen Werkstoff und bilden Magnetanker,
die innerhalb der Wicklung 76 liegen. Die auf diese Weise den Schwingungssystemen
erteilten mechanischen Schwingungen werden also auf elektrischem Wege durch die
magnetische Anziehungskraft erzeugt, die von der Elektromagnetwicklung 76 ausgeht.
Um diese Schwingungsimpulse zu erzeugen, muß der Stromerzeuger 73 entweder einen
Wechselstrom oder einen pulsierenden Gleichstrom liefern. Die Frequenz, mit der
die Schwingungssysteme erregt werden, ist dann der Frequenz des von dem Generator
73 gelieferten Stromes verhältnisgleich. Der übrige Teil des Reglers ist wie in
Fig. 1 ausgestaltet; nur sind die Flüssigkeitsleitungen 36 und 37 an einen nicht
näher dargestellten Stellmotor angeschlossen, der im Gehäuse des stetig verstellbaren
Flüssigkeitsgetriebes 74 angeordnet ist und dessen 1Tbersetzungsverhältnis bestimmt.
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Um die Möglichkeit einer weiteren Abänderung der Ausführungsform zu
veranschaulichen, sind die Hilfssteuerschieber 44b und 49b in Fig.2 als einfache
Kolben dargestellt. Auch versteht es sich, daß die Massen der Schieberkolben 44b
und 49b als ein Teil der gesamten Massen aufzufassen sind, welche die mechanischen,
Schwingungssysteme mit den Ankern 62 und 63 aufweisen.
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Häufig ergibt sich die Aufgabe, mehrere Stromerzeuger, wie z. B. den
Stromerzeuger 73 in Fig. 2, in paralleler Anschaltung an einem gemeinsamen Belastungsnetz
unter Einzelregelung für jeden Stromerzeuger zu betreiben. Wenn das geschieht, muß
dafür Sorge getragen werden, daß sich die elektrische Last über den einzelnen Stromerzeuger
richtig verteilt, damit nicht etwa der größte Teil der Last einem einzigen Stromerzeuger
aufgebürdet wird, während die übrigen nur leicht belastet werden. Gemäß Fig. 2 wird
nun die Verteilung der Last durch ein Regelsystem erreicht, indem in der Nähe der
magnetischen Masse 62, aber an einer von der anderen magnetischen Masse 63 getrennten
Stelle eine zusätzliche Elektromagnetwicklung 79 angebracht wird, die dem Steuersystem
durch Verstärken oder Abschwächen der Wirkung, die die Elektromagnetwicklung 76
auf die magnetische Masse 62 hat, eine elektrische Regelgröße aufdrückt, welche
von der Last abhängt und von einem Wandler 80 abgeleitet wird, der die Stärke des
Stromes und damit die Leistung des Stromerzeugers 73 mißt. Normalerweise weisen
die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Regler eine mehr oder weniger symmetrische Ausgestaltung
auf, bei welcher die Hilfsventile 44b und 49b und die zugehörigen. Teile des Gehäuses
die gleichen Abmessungen haben und die Massen der mechanischen Schwingungssysteme
auf Eigenfrequenzen abgestimmt sind, die um gleiche Beträge über und unter der Sollfrequenz
der zu regelnden Größe liegen. Mitunter jedoch kann es von Vorteil sein, den Regler
unsymmetrisch auszugestalten, um eine stärkere Regelwirkung durch dasjenige Schwingungssystem
zu erzielen, das die höhere Eigenschwingung hat, beispielsweise durch das Schwingungssystem
mit der Feder 61. Das kann man in der Weise bewerkstelligen, daß man das Abflußsteuerventil
49b mit einem Steuerkolben und mit Steueröffnungen versieht, die bei einer gegebenen
Schwingungsamplitude einen stärkeren Flüssigkeitsstrom aus der Druckkammer 13 abfließen
lassen. Hingegen bleiben die den Abfluß aus der Kammer 26 steuernden Ventilöffnungen
unverändert oder werden verkleinert.