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Hydraulisches Regelsystem für Verstellpropeller, insbesondere Verstelluftschrauben
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Regelsystem für Verstellpropeller,
insbesondere Verstelluftschrauben, mit einer Mehrzahl von kontinuierlich fördernden,
von der Luftschraube angetriebenen Pumpen für ein Druckmedium. Dabei ist die Förderung
einer der Pumpen dauernd mit dem System verbunden und kann entsprechend dem Bedarf
des Systems durch ein Druckregelventil, das dem Druck im System ausgesetzt ist und
die überschüssige Fördermenge der Pumpe entsprechend dem Bedarf des Systems ableiten
kann, progressiv von Null bis zu einem Maximum geändert werden. Bei zunehmendem
Bedarf des Systems kann die Förderung der Zusatzpumpen zusätzlich mit dem System
verbunden werden.
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Ein derartiges Regelsystem für eine Verstelluftschraube erfordert
zeitweise eine große Durchflußmenge zur Betätigung eines mit dem benutzten Druckmedium
betriebenen Servomotors, um den Anstellwinkel der Luftschraubenb:lätter zu verändern.
Zu anderen Zeiten wird nur eine geringe Menge oder überhaupt kein Medium benötigt,
obwohl ein hoher Druck aufrechterhalten werden. muß. Wenn bei mehreren Pumpen jedoch
der Förderdruck jeder der Pumpen auf einem hohen Wert gehalten wird, ergibt sich
ein beträchtlicher Verschleiß der Pumpen und ein bedeutender Leistungsverbrauch.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art versorgen mehrere Pumpen,
ein gemeinsames hydraulisches System. Die Förderung einer Pumpe ist dauernd mit
einer Hauptsteuerleitung verbunden. Die anderen Pumpen sind durch Überdruckventile
mit einer gemeinsamen Kammer verbunden, aus der das Druckmedium entweder der einen
oder anderen Seite eines Servomotors zugeführt wird. Die zusätzlichen Pumpen sind
bei dieser Anordnung untereinander gleichwertig und durch ein gemeinsames Auslaßventil
mit dem Auslaß verbunden,.
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Bei einer weiteren bekannten Einrichtung sind zwei dauernd angetriebene
Pumpen. vorgesehen, die bis zur Erreichung eines bestimmten Druckes in eine gemeinsaure
Leitung fördern. Bei Erreichen dieses Druckes wird die Förderung der zweiten Pumpe
zum Einlaß der ersten Pumpe zurückgeleitet. Bei Ausfall der ersten Pumpe wird der
Nebenschluß geschlossen, und die zweite Pumpe versorgt ohne Unterbrechung die Druckleitung.
Die beschriebene Anordnung ist dazu gedacht, eine dauernde Versorgung auch bei Ausfall
einer Pumpe sicherzustellen. Die gemeinsame Förderung beider Pumpen in eine Druckleitung
ist nur durch Handbetätigung eines Umsteuerventils möglich, es findet also keine
automatische Zuschaltung der zweiten Pumpe bei steigendem Bedarf des Systems statt.
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Ziel der Erfindung ist es, ein hydraulisches System zu schaffen, mit
dem eine von. Null bis zum Maximalwert veränderliche Durchflußmenge bei hohem Druck
erreicht werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist jede Zusatzpumpe mit einem Druckregelventil
versehen, das die Förderung der entsprechenden Pumpe durch Ableiten der überschüssigen
Fördermenge: regeln kann; weiterhin, kann das Druckregelventil der einen Pumpe oder
Hauptpumpe, die dauernd mit dem System verbunden ist, die überschüssige Fördermenge
dieser Pumpe zu einem Durchflußregelventil der ersten Zusatzpumpe leiten und das
Ventil derart steuern, daß die Einwirkung des im System herrschenden Druckes auf
das Druckregelventil der ersten Zusatzpumpe geregelt wird. In gleicher Weise sind
die weiteren Zusatzpumpen jeweils mit einem entsprechenden Durchflußventil versehen,
das von der überschüssigen Fördermenge des davorliegenden Druckregelventils gesteuert
wird, so daß in übereinstimmung mit dem Bedarf des Systems automatisch eine von
Null bis zur maximalen Fördermenge sämtlicher Pumpen. veränderliche Menge erhalten
wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und
wird im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 ist eine .schematische Darstellung eines hydraulischen Systems
gemäß der Erfindung;
Fig.2 ist ein Diagramm; das die veränderliche
Durchflußmenge darstellt, die in dem mit Fig. 1 dargestellten System erreichbar
ist; Fig.3 stellt eine Teilseitenansicht einer Verstellluftschraube dar, die mit
einem hydraulischen System gemäß der Erfindung versehen ist; Fig.4 ist im vergrößerten
Maßstab ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3.
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Das hydraulische System enthält vier dauernd angetriebene Zahnradpumpen
10, -11, 12, 13 mit konstanter Fördermenge. Der Auslaß der Pumpe 10 ist mit einer
Hochdruckleitung 14 verbunden. Das andere Ende der Hochdruckleitung 14 ist mit einem
Einlaß 15 eines solenoidbetätigten Steuerventils 16 und durch eine Zweigleitung
17 mit einem Einlaß eines Druckregelventils 18 verbunden.
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Der Auslaß der Pumpe 11 ist mit einer Leitung 48 verbunden, die zu
einem Einlaß eines Druckregelventils 60 führt und über ein federbelastetes
Einwegüberdruckventil 61 mit der Leitung 14 in Verbindung steht. Der Auslaß der
Pumpe 12 ist mit einer Leitung 72 verbunden, die zu einem Einlaß eines Druckregelventils
70, das dem Druckregelventil 60 gleich ist, führt und über ein überdruckventil 71
mit der Leitung 14 in Verbindung steht. Der Auslaß der Pumpe 13 ist mit einer Leitung
82 verbunden, die zu einem Einlaß eines Druckregelventils 80, das den Ventilen 60
und 70 gleich ist, führt und über ein Überdruckventil 81 mit der Leitung 14 in Verbindung
steht.
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Das hydraulische System ist dazu vorgesehen, eine Verstelluftschraube
zu regeln, die eine Nabe 90 (Fig.3) aufweist, welche eine Mehrzahl von radial verlaufenden
Sockeln 91 besitzt, in denen sich Luftschraubenblätter 92 um ihre Längsachsen in
verschiedene Steigungen drehen können. Jedes Luftschraubenblatt 92 besitzt einen
unabhängigen Servomotor 29 (Fig. 1), der das Blatt um seine Längsachse dreht. Die
Bewegung der einzelnen Luftschraubenblätter 92 wird durch ein. nicht dargestelltes
Sonnenrad koordiniert, das so gelagert ist, daß es sich um die horizontale Luftschraubenachse
drehen kann. An der Luftschraubennabe und drehbar mit dieser ist ein Reglergehäuse
93 angebracht. Das Reglergehäuse stellt eine Vorratsbehälter für das hydraulische
Medium dar, das in dem hydraulischen System verwendet wird, mit dem die Servomotoren
zur Einstellung der Steigung betätigt werden.
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Das Reglergehäuse 93 enthält ein feststehendes Pumpenantriebszahnrad
94, um das herum der Teil des Aggregats, der die übrigen Reglerteile trägt, rotiert.
In das feststehende Pumpenantriebszahnrad greifen die Antriebszahnräder 95, 96,
97 und 98 ein, die treibend mit den Pumpen 10, 11, 12 bzw. 13 verbunden
sind. Wenn sich die Luftschraube und das Reglergehäuse drehen, sammelt sich das
hydraulische Medium am äußeren Umfang des Reglergehäuses, von wo aus die Pumpen
10, 11, 12 und 13 Medium ansaugen können und es dann unter Druck ausstoßen.
Das Druckregelventi118 liegt auf einem Radius, so daß das bewegliche Glied dieses
Ventils auf die Fliehkraft anspricht. Das solenoidbetätigte Steuerventil
16 liegt senkrecht zu einem Radius, so daß die Fliehkraft auf das bewegliche
Glied dieses Ventils keinen Einfluß hat. Drei Durchflußregelventile 42, 52 und 74
und die drei Druckregelventile 60, 70 und 80 liegen ebenfalls i auf
Radien, so daß die beweglichen Glieder dieser Ventile auf die Fliehkraft ansprechen.
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Das Steuerventil 16 besitzt einen Ventilkörper 19 mit einer Ventilbohrung,
die außer der Ein,laßöffnung zwei im Abstand, voneinander liegende Steuer-Öffnungen
20. und 21 aufweist. Ein hin- und hergehendes Ventilglied 22 ist in der Bohrung
des Ventilkörpers 19 angeordnet und besitzt zwei im Abstand voneinander liegende
Scheiben 23 und 24. Das Ventilglied 22 wird normalerweise durch zwei einander gegenüberliegende
(nicht dargestellte) Zentrierfedern in der Mitte gehalten, so daß die Scheiben 23
und 24 die Öffnungen wie dargestellt verschließen. Die Endteile des Ventilgliedes
22 bilden Glieder, die von Solenoidspulen 25 und 26 umgeben sind. Die Solenoidspulen
25 und 26 können mit Strom versorgt werden, so daß das Ventilglied 22 bewegt wird
und der Einlaß mit einer der Steueröffnungen 21 oder 20 verbunden wird.
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Die Steueröffnungen 20 und 21 sind durch Steuerleitungen 27 und 28
mit entgegengesetzten Enden eines doppeltwirkenden Servomotors 29 verbunden. Die
Leitungen 27 und 28 besitzen Zweigleitungen 30 bzw. 31, die mit entgegengesetzten
Enden eines Umsteuerventils in Verbindung stehen. Das Druckregelventil 18 enthält
einen Kolben 33 mit zwei einander gegenüberliegenden, gleich großen Endflächen 34
und 35. Das Ende 34 ist dem Druck in der Hauptleitung 14 und der Zweigleitung 17
ausgesetzt. Das Ende 35 ist dem höheren der im Servomotor 29 und den Leitungen 30
und 3.1 herrschenden Drucke ausgesetzt, und zwar über eine Steueröffnung, die zum
Umsteuerventil 32 führt. Die Scheibe 36 des Kolbens regelt eine Drosselöffnung 37.
Der Kolben 33 ist mit einem Dämpfungskopf 38 versehen, welcher in einer Gehäusekammer
liegt und an dem eine Druckfeder 39 angreift, deren anderes Ende sich am Ventilgehäuse
abstützt. Die Feder 39 drückt den Kolben 33 nach oben, wie es in Fig. 1 dargestellt
ist. Außerdem ist der Kolben 33 in Richtung des Pfeiles 39a der Fliehkraft ausgesetzt,
welche den Kolben 33 zusätzlich zur Feder 3.9 nach oben drückt. Weiterhin bewirkt
auch der höhere der beiden Drücke, die mit dem Ende 35 in .Verbindung stehen, daß
sich der Kolben 33 nach oben bewegt, während der in der Leitung 17 wirkende Druck
der Aufwärtsbewegung entgegenwirkt. Somit ist der in der Leitung 14 aufrechterhaltene
Druck um einen vorbestimmten Betrag größer als der Druck im Servomotor 29, wenn
die Luftschraube mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Der Druck in der Leitung
liegt etwa um 31,6 kg/cm2 über dem größeren Druck im Servomotor 29. Das Druckregelventil
18 arbeitet nach dem Bedarfsprinzip, so daß dann, wenn der Servomotor eine größere
Menge an Druckmedium fordert, der Kolben 33 die Drosselöffnung 37 verkleinert, so
daß die Mengen- und Druckverhältnisse des Systems erfüllt werden.
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Das Ventil 60 enthält ein Gehäuse, in dem ein Kolben 62 gleiten kann.
Der Kolben besitzt einen Dämpfungskopf 63, an dem eine Feder 64 angreift, deren
anderes Ende sich am Gehäuse abstützt. Die Feder 64 unterstützt die Fliehkraft und
drückt den Kolben 62 nach oben. Der Kolben 62 besitzt einen Ansatz 65, dessen unteres
Ende in einer Steuerkammer 57 liegt, die durch eine Öffnung mit einer Leitung 56
verbunden ist. Das obere Ende 66 des Ansatzes 65 ist dem Druck der Pumpe 11 durch
die Einlaßöffnung des Ventils 60 ausgesetzt. Der Ansatz 65 regelt eine Drosselöffnung
68, die mit einer Leitung 49 in Verbindung steht.
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Die Fliehkraft und die Feder 64 wirken dahingehend, daß in der Leitung
48 ein Druck aufrechterhalten wird, der um einen vorbestimmten Druck größer ist
als ein eventueller Druck in der Zufuhrkammer 57.
Die Ventile 70
und 80 sind dem Ventil 60 gleich, wobei die Drosselöffnung des Ventils 70 mit einer
Leitung 73 und die des Ventils 80 mit dem Auslaß verbunden ist.
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Die Leitung 56, die zur Steuerkammer 57 führt, ist mit einer mittleren
Öffnung des Durchflußregelventils 42 verbunden. Das Ventil 42 besitzt einen Kolben
43 mit drei scheibenförmigen Ansätzen 44, 45 und 46 und ist der nach oben gerichteten
Fliehkraft ausgesetzt, die noch durch eine Feder 47 unterstützt wird. Die Drosselöffnung
37 des Druckregelventils 18 ist durch eine Leitung 40 mit einer Kammer 41 oberhalb
des Kolbens 43 verbunden. Der Ansatz 46 regelt eine Abflußöffnung 51. Die Stellung
des Ventils 42 wird durch den Druck in der Kammer 41 von der Drosselöffnung 37 gesteuert,
der, falls er größer ist als der der Fliehkraft und der Kraft der Feder entsprechende
Druck, das Ventil nach unten drückt, so daß die Ab flußöffnung 51 mit der Kammer
41 verbunden wird. Zwischen den Ansätzen 46 und 45 liegt eine Auslaßöffnung 54 und
zwischen den Ansätzen 45 und 44 eine Einlaßöffnung 58, die durch eine Leitung 59
mit der Steuerkammer des Durchflußregelventils 18 verbunden ist. Der mittlere Ansatz
45 regelt die Verbindung der mittleren Öffnung 55 mit der Auslaßöffnung 54 oder
der Einlaßöffnung 58.
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Die Ventile 52 und 74 sind dem Ventil 42 gleich. Das Ventil 52 besitzt
eine Abflußöffnung 53 sowie eine oberhalb des Kolbens liegende Kammer 50, die mit
der Drosselöffnung 68 des Ventils 60 durch die Leitung 49 verbunden ist. Die mittlere
Öffnung des Ventils 52 ist durch eine Leitung mit der Steuerkammer des Ventils 70
verbunden, und die Einlaßöffnung des Ventils 52 ist mit der Leitung 59 verbunden.
Das Ventil 74 besitzt oberhalb des Kolbens eine Kammer, die durch eine Leitung mit
der Drosselöffnung des Ventils 70 in Verbindung steht. Die mittlere Öffnung des
Ventils 74 ist durch eine Leitung mit der Steuerkammer des Ventils 80 und die Einlaßöffnung
des Ventils 74 mit der Leitung 59 verbunden.
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Wenn die Drosselöffnung 37 offen ist, wird die überschüssige Menge,
die von der Pumpe 10 gefördert wird, zur Kammer 41 abgeleitet, so daß der Kolben
43 nach unten bewegt wird. Wenn sich der Kolben 43 nach unten bewegt hat, wird die
Einlaßöffnung 58 von der mittleren Öffnung 55 abgesperrt, so daß in der Steuerkammer
57 des Ventils 60 kein Druck herrscht. Dadurch kann der Druck in der Leitung 48
das Ventil nach unten drücken, und die Förderung der Pumpe 11 aus der Leitung
48 strömt in die Leitung 49 und in die Kammer 50 des Durchflußregelventils 52, drückt
das Ventil nach unten und fließt durch die Ablaßöffnung 53 ab. Die überschüssige
Fördermenge, die der Kammer 41 durch die Leitung 40 zufließt, fließt durch die Abflußöffnung
51 ab.
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Wenn das Ventil 52 nach unten gedrückt ist, ist die Leitung 59 von
der Steuerkammer des Ventils 70 abgesperrt, so daß die Fördermenge der Pumpe in
die Leitung 73 strömt und das Ventil 74 nach unten bewegt. Dadurch wird die Leitung
59 von der Steuerkammer des Ventils 80 abgesperrt, so daß die Fördermenge der Pumpe
13 zum Auslaß strömt.
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Auf diese Weise sind also, wenn die Pumpe 10 den Mengen- und Druckanforderungen
des Systems genügen kann, wie es durch das Niederdrücken des Ventils 18 gegen die
Fliehkraft, die Kraft der Feder 39 und den auf das Kolbenende 35 wirkenden Druck
angezeigt wird, die übrigen Pumpen 11, 12 und 13 unbelastet.
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Wenn die Mengenanforderungen des Systems durch die Pumpe 10 nicht
mehr erfüllt werden können, sinkt der Druck in der Leitung 14 ab, so daß das Ventil
18 vorerst ansteigt, bis der scheibenförmige Ansatz 36 die Drosselöffnung 37 schließt.
Dadurch wird der Druck in der Kammer 41 verringert, bis die Feder 47 mit Unterstützung
der Fliehkraft den Kolben 43 nach oben bewegt, so daß der in der Leitung 59 wirkende
Druck sich zur Kammer 57 des Ventils 60 fortpflanzt. Dadurch wird das Ventil
60 angehoben und vergrößert den Druck in der Leitung 48. Das Medium strömt
aus der Leitung 48 durch das Überdruckventil 61 in die Leitung 14.
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Dadurch wird die Fördermenge der Pumpe 11 der der Pumpe 10 hinzugefügt,
so daß der Bedarf des Systems gedeckt wird. Wenn der Bedarf mehr als gedeckt wird,
nimmt der Druck zu und drückt das Ventil 60 nach unten, so daß die Drosselöffnung
68 geöffnet wird, durch die die überschüssige Fördermenge über das Ventil
52 abfließt.
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Wenn der Bedarf des Systems durch die zusammengenommenen Fördermengen
der beiden Pumpen 10 und 11 nicht gedeckt werden kann, bewegt sich das Ventil 60
nach oben und schließt die Drosselöffnung 68. Der Druck in der Kammer 51 des Ventils
52 reicht nicht aus, die Bewegung des Ventils 52 nach oben zu verhindern, so daß
der Druck der Leitung 59 in der Steuerkammer des Ventils 70 wirksam wird. Dadurch
wird das Ventil 70 angehoben, und der Druck in der Leitung 72 steigt an. Das Medium
strömt nun aus der Leitung 72 durch das Überdruckventil 71 in die Leitung 14. Dadurch
wird die Fördermenge der Pumpe 12 den Fördermengen der Pumpen 10 und 11 hinzugefügt.
Wenn; diese Förderung nicht ausreicht, wird in gleicher Weise noch die Förderung
der Pumpe 13 hinzugefügt. Die Drosselöffnungen der Druckregelventile 18, 60, 70
und 80 werden veränderlich geregelt, so daß die Fördermenge der zuletzt zugeschalteten
Pumpen in Übereinstimmung mit dem Bedarf des Systems geändert wird, während die
übrigen in Betrieb befindlichen Pumpen ihre gesamte Fördermenge liefern. Damit ergibt
sich eine kontinuierlich veränderliche Fördermenge in Abhängigkeit vom Bedarf des
Servomotors 29.
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Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt die Fördermenge F des Vielfachpumpensystems.
Die Abszisse zeigt die Fördermengen der Pumpen 10, 11,12 und 13, wie sie in der
Hochdruckleitung 14 zugeschaltet werden. Die Ordinate des Diagramms stellt die Durchflußmenge
in in3/Min. dar. Wenn also die Pumpe 10
wirksam ist, kann die Durchflußmenge
von Null bis x m3/Min. geändert werden. Wenn die Pumpen 10
und 11 wirksam
sind, kann die Durchflußmenge von von X bis Y m3/Min. geändert werden.
Mit den Pumpen 10, 11 und 12 kann die Durchflußmenge von Y bis X m3/Min. geändert
werden. Wenn die Pumpen 10 11, 12 und 13 arbeiten, ist die Durchflußmenge von Z
bis A veränderlich. Es kann also entsprechend den augenblicklich wirksamen Pumpen
jeder gewünschte Durchfluß bis zu einem Maximalwert A erreicht werden.
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Obwohl das Ventil 32 so dargestellt ist, als ob es parallel
zum Kolben 33 liegt, liegt es in Wirklichkeit senkrecht dazu und spricht nicht auf
die Fliehkraft an.