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Anordnung zum selbsttätigen Regeln von Flüssigkeitsgetrieben nach
dem Verdrängungsprinzip Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum selbsttätigen
Regeln von Flüssigkeitsgetrieben nach dem Verdrängungsprinzip mit einem hydraulischen
Motor und einer zur Speisung des Motors dienenden Hauptpumpe veränderlicher Leistung.
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Es ist bekannt, bei derartigen Flüssigkeitsgetrieben eine Vorrichtung
zum selbsttätigen Regeln, insbesondere zum Konstanthalten der Drehzahlen der getriebenen
Welle vorzusehen, bei der von einer Hilfsquelle aus Hilfsöl über einen Steuerschieber
unmittelbar in die Speiseleitungen des Flüssigkeitsmotors eingespeist wird. Die
Einspeisung des Hilfsöles erfolgt in Abhängigkeit von einer z. B. auf die Drehzahl
der getriebenen Welle ansprechenden Fühlvorrichtung, die mittelbar oder unmittelbar
auf den das Hilfsöl steuernden Schieber einwirkt. Eine solche bekannte Einrichtung
eignet sich vor allem für sehr genaue feinfühlige Regelvorgänge. Jedoch ist der
Regelbereich nur entsprechend klein und dadurch der Anwendungsbereich beschränkt.
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Man hat bei Flüssigkeitsgetrieben auch bereits Grobregeleinrichtungen
vorgesehen, bei denen die Leistung der Pumpe oder des hydraulischen Motors über
eine Fühleinrichtung verstellt werden kann, die beispielsweise den Flüssigkeitsdruck
in der Speiseleitung des Motors überwacht. Diese bekannte Anordnung läßt sich über
einen sehr weiten Regelbereich mit Vorteil einsetzen. Allerdings steht dem großen
Regelbereich eine relativ geringe Regelgenauigkeit gegenüber.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum selbsttätigen Regeln
von Flüssigkeitsgetrieben der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei der über
einen sehr weiten Regelbereich eine hohe Regelgenauigkeit erzielt wird und der daher
ein wesentlich größeres Anwendungsfeld zur Verfügung steht als den bekannten Regelanordnungen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Kombination
der Merkmale, daß eine an sich bekannte Grobregeleinrichtung zur Änderung der Leistung
der Pumpe und/oder des Motors vorgesehen ist, die mittelbar durch die Fühleinrichtung
steuerbar ist, daß eine an sich bekannte Feinregeleinrichtung vorgesehen ist, die
eine Druckölhilfsquelle aufweist, die über einen von der Fühleinrichtung gesteuerten
Regelschieber mit den Speiseleitungen zwischen Pumpe und Motor in Verbindung steht
und daß eine mittelbare oder unmittelbar auf das Ausmaß der von der Fühleinrichtung
gesteuerten Zuspeisung von Drucköl aus der Hilfsquelle in die Hauptspeiseleitungen
ansprechende Steuervorrichtung vorgesehen ist, die in der Weise angeordnet und ausgebildet
ist, daß sie die Grobregeleinrichtung verstellt, wenn das Ausmaß der Zuspeisung
von Öl aus der Hilfsdruckquelle einen vorbestimmten Bereich überschreitet. Die neue
Anordnung verbindet einmal eine sehr genaue Feinregeleinrichtung mit beschränktem
Regelbereich mit einer Grobregeleinrichtung mit einem großen Regelbereich. Sie sorgt
darüber hinaus selbsttätig dafür, daß die Grobregeleinrichtung immer dann wirksam
wird, wenn die Feinregeleinrichtung an eine Grenze ihres Regelbereichs kommt, um
das hydraulische System in einen Zustand einzuregeln, in dem die Feinregeleinrichtung
wieder in ihrem optimalen mittleren Regelbereich arbeiten kann. Dadurch wird eine
sehr große Regelgenauigkeit über einen relativ großen Regelbereich gewährleistet.
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Zur Steuerung des Zusammenspiels der Grobregeleinrichtung und der
Feinregeleinrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Steuervorrichtung
zum Verstellen der Grobregeleinrichtimg wenigstens eine auf die Strömung in der
Verbindungsleitung zwischen Druckölhilfsquelle und Hauptspeiseleitung ansprechende
Vorrichtung aufweist, die eine Relaiseinrichtung zum Betätigen der Grobregeleinrichtung
steuert. Dabei kann die auf die Strömung des Öls in der Druckölhilfsquelle ansprechende
Vorrichtung als Differenzdruckfühleinrichtung ausgebildet sein.
Die
Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fi g. 1 veranschaulicht eine Regelanordnung; F i g. 2 und 3 zeigen
abgewandelte Ausführungsbeispiele der Anordnung.
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Bei jedem der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
ist eine durch Motor 2 getriebene Verdrängungspumpe 1 vorgesehen, deren volumetrische
Leistung in bekannter Weise mit Hilfe eines Hebels 3 variiert werden kann; die Förderleistung
erhöht sich, wenn der Hebel 3 in der Richtung des mit einem Pluszeichen bezeichneten
Pfeils bewegt wird, während eine Verstellung des Hebels in der Richtung des mit
einem Minuszeichen bezeichnet-en Pfeils zu einer Verringerung der Förderleistung
führt. Von der Pumpe 1 gelangt das Arbeitsmittel über eine Hauptspeiseleitung 4
und den Einlaß 5 in einen nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden hydraulischen
Motor 6, dessen Auslaßleitung 7 gleichzeitig die Ansaugleitung der Pumpe 1 bildet.
In die Leitung 7 kann in üblicher Weise ein Vorratsbehälter 7 a eingeschaltet sein.
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Der Motor 6 kann zum Antrieb einer Walze 8 dienen, auf die eine Bahn
9, z. B. eine Papierbahn, aufgewickelt werden soll; die Materialbahn läuft unter
zwei Führungsrollen 10 und über eine Spannrolle 11.
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Die Spannrolle 11 wirkt als Fühlvorrichtung, die auf eine Kraft
anspricht, welche sich nach der Spannung der Bahn 9 und damit auch nach dem durch
den Motor 6 auf die Walze 8 aufgebrachten. Drehmoment richtet. In den dargestellten
Ausführungsbeispielen ist die: Spannrolle 11 am oberen Ende der Schieberstange 12
eines Steuerschiebers gelagert, der die Einspeisung eines Hilfsdrucköles in die
Hauptspeiseleitung 4 der Pumpe 1 über Einspeiseleitung 13 bzw. den
Abfiuß von Öl aus der Auslaßleitung 7 des Motors 6 über eine Abzweigleitung 14 steuert.
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Der Regelschieber weist ein Schiebergehäuse 15
und einen durch
die Stange 12 zu betätigenden Kolbenschieber 16 auf. Das Gehäuse 15 besitzt in seiner
Bohrung etwa in der Mitte eine Ringnut 17, der das Hilfsöl über Leitung 17 a von
einer aus einer ständig angetriebenen Pumpe 18 bis Behälter 19 gebildeten
Hilfsölquelle aus zugeführt wird. Aus zwei beiderseits der Einlaßringnut 17 angeordneten
Ausiaßringnuten kann das Hilfsöl über Leitung 21 in den Behälter 19 zurückfließen.
Der Schieber 16 trägt drei Stege 22, 23 und 24, die bei der neutralen Stellung die
Ringnuten 17 und 20 verschließen.
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Zwischen je zwei Ringnuten münden die Leitungen 13 und 14 im Schiebergehäuse
15. Ein Druckbegrenzungsventil 25 ist in eine die Pumpe 18 umgehende Leitung 25
a eingeschaltet, so daß in der Ringnut 17 ein im wesentlichen konstanter Strömungsmitteldruck
aufrechterhalten wird.
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Eine mit Hilfe einer Stellschraube 27 einstellbare Druckfeder 26 wirkt
auf das untere Ende der Schieberstange 12 entgegen der Kraft, die über die Spannrolle
Il von der Spannung in der Materialbahn 9 aufgebracht wird.
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Eine Bewegung des Hebels 3 hat eine relativ grobe Veränderung des
Kraftübertragungsverhältnisses zwischen Pumpe 1 und Motor 6 zur Folge, was zu einer
Änderung des durch den Motor auf die Walze 8 aufgebrachten Drehmomentes und damit
der Spannung der Materialbahn 9 führt. Außerdem wird eine empfindliche Regelung
der Spannung in der Bahn 9
mit Hilfe der Betätigung des Schiebers 16 durch
die Spannrolle 11 erzielt, indem beispielsweise bei Abnahme der Spannung der Bahn
9 der Kolbenschieber 16 aus der neutralen Stellung nach oben wandert und dabei Hilfsöl
über die Leitung 13 der Hauptspeiseleitung 4 zuführt und einen entsprechenden Anteil
aus der Saugleitung 7 abführt. Dadurch wird der Strömungsmittelstrom durch den Motor
6 etwas vergrößert und die Spannung der Bahn 9 nimmt wieder ihren Sollwert ein.
Bei zu hoher Bahnspannung verläuft der Regelvorgang entsprechend umgekehrt.
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Innerhalb der Durchsatzleistung des Kolbenschiebers 16 für das Hilfsöl
bildet dieses Ventil somit eine empfindliche Regelvorrichtung zum Aufrechterhalten
der geforderten Spannung in der Bahn 9. Wenn sich jedoch der Kolbenschieber aus
seiner gezeigten Stellung in der einen oder anderen Richtung über einen vorbestimmten
Punkt hinausbewegt und anzeigt, daß er sich der Grenze seiner Möglichkeit, die Spannung
der Bahn zu regeln, nähert, kommen Mittel zur Wirkung, die eine entsprechende Nachstellung
des Hebels 3 für die Grobregelung automatisch hervorrufen.
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Die Verstellvorrichtung für den Hebel 3 ist als Servomotor ausgebildet,
der einen in einem Servozylinder 29 arbeitenden Kolben 28 umfaßt,
welcher über eine Kolbenstange und ein Gestängeglied 30 auf den Hebel 3 wirkt; die
entgegengesetzten Enden des Zylinders 29 stehen über einen Einlaßkanal 31 und einen
Auslaßkanal 32 mit der Bohrung des Gehäuses 33 eines Servoschiebers 34 in Verbindung,
dessen Kolben zwei Stege 35 und 36 aufweist, die bei der neutralen Stellung des
Kolbenschiebers Ringnuten verschließen, welche mit der Leitung 31 bzw. der Leitung
32 in Verbindung stehen; bei einer Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Kolbenschiebers
wird die eine oder andere der beiden Ringnuten mit einem Einlaßkanal 37 verbunden,
während die betreffende andere Leitung mit der einen oder anderen von zwei Auslaßöffnungen
38 in bekannter Weise verbunden wird. Eine Aufwärtsbewegung des Servoschiebers 34
aus der gezeigten Stellung verursacht somit eine Abwärtsbewegung des Kolbens 28,
durch die die Förderleistung der Pumpe 1 erhöht wird und umgekehrt.
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Bei jeder der schematisch dargestellten Anordnungen wird der Servoschieber
34 durch Elektromagneten 39 und 40 gesteuert, die so angeordnet sind, daß eine Aufwärtsbewegung
des Kolbenschiebers beim Einschalten des Elektromagneten 39 und eine Abwärtsbewegung
des Kolbenschiebers beim Einschalten des Elektromagneten 40 erfolgt.
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Das Arbeitsmittel wird dem Servomotor mit dem Kolben 28 durch
eine kraftbetriebene Hilfspumpe 41
zugeführt, die das Arbeitsmittel aus einem
Behälter 43 ansaugt und es über eine Förderleitung 42 abgibt; das Arbeitsmittel
strömt vom Auslaßkana138 aus über eine Rückleitung 44 zu dem Behälter 43 zurück;
der Pumpe 41 ist ein überdruckventil 45 zugeordnet, damit die überschüssige Fördermenge
der Pumpe 41 zum Behälter 43 zurückströmen kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die Elektromagneten
39 und 40 so angeordnet, daß sie jeweils beim Schließen von zwei durch eine Stange
48 miteinander verbundenen Schaltern 46 und 47 eingeschaltet werden. Die Stange
48 ist mit zwei
flexiblen Membranen 49 und 50 verbunden, die in
Kammern jeweils so angeordnet sind, daß sie zum Unterschied der Drücke auf beiden
Seiten von Drosseln 51 bzw. 52 in den Leitungen 13 und 15 ausgesetzt sind.
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Man erkennt, daß dann, wenn der Strömungsdurchsatz der Leitungen 13
und 14 in der einen oder anderen Richtung einen vorbestimmten Wert überschreitet,
daß sich der Kolbenschieber 16 in der einen oder anderen Richtung um eine vorbestimmte
Strecke gegenüber seiner neutralen Stellung bewegt hat, die dann auf die Membranen
49 und 50 wirkenden unterschiedlichen Drücke zur Folge haben, daß der Schalter 46
oder der Schalter 47 geschlossen wird, damit der Servoschieber 34 nach oben oder
unten verstellt wird, um so den Hebel 3 durch den Servokolben 28 nachzustellen.
Den Schaltern 46 und 47 sind die bei 53 angedeuteten Haltemagnete zugeordnet; so
daß der betreffende Schalter nicht nur mit einer Schnappwirkung geschlossen wird,
sobald sich die Stange 48 gegenüber ihrer zentralen Stellung um eine vorbestimmte
Strecke in der einen oder anderen Richtung bewegt hat, sondern daß der betreffende
Schalter auch geschlossen gehalten wird, bis die auf die Membranen 49 und
50 wirkenden unterschiedlichen Drücke, die das Schließen des Schalters bewirkt
hatten, erheblich vermindert worden sind, d. h. bis der Hebel 3 vorzugsweise in
einem solchen Ausmaß bewegt worden ist, daß der Kolbenschieber 16 annähernd in seine
neutrale Stellung zurückgeführt worden ist.
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Bei der in F i g. 2 gezeigten abgewandelten Aus= Bildungsform sind
in den Leitungen 13 und 14 keine Drosseln vorgesehen, doch ist in
die Leitung 14 bei 54 eine Meßvorrichtung eingeschaltet, die durch die die Leitung
14 durchströmende Flüssigkeit angetrieben wird, wobei sich die Drehrichtung nach
der jeweiligen Strömungsrichtung richtet. Die Meßvorrichtung 54 treibt einen Stromerzeuger
55 an, von dem aus ohne Rücksicht auf die Drehrichtung dem Elektromagneten 56 eines
Relaisschalters 57 ein Signal in Form eines elektrischen Stromes zugeführt wird.
Der Schalter 57 steuert die Stromkreise der beiden Elektromagneten 39 und
40 im Zusammenwirken mit einem insgesamt mit 58 bezeichneten Umschalter.
Der Umschalter 58 kann gemäß F i g. 2 durch einen Hebel 59 betätigt werden,
der mit der Stange 12 des Kolbenschiebers 16 verbunden ist, so daß der Schalter
58 dann, wenn der Kolbenschieber gegenüber seiner neutralen Stellung verstellt ist,
in der richtigen Weise denjenigen der beiden Elektromagneten 39 und 40 wählt, welcher
beim Schließen des Schalters 57 betätigt werden soll, wodurch somit auch die Richtung
gewählt wird, in der der Hebel 3 dann durch den Kolben 28 des Servomotors verstellt
wird. Dem Schalter 57 ist ein Haltemagnet 58 a zu-
geordnet, so daß
sich dieser Schalter mit einer Schnappwirkung schließt und dann so lange geschlossen
bleibt, bis der Strömungsdurchsatz der Leitung 14 erheblich herabgesetzt worden
oder praktisch auf Null zurückgegangen ist, d. h. bis der Hebel 3 in der richtigen
Weise verstellt worden ist.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten alternativen Ausbildungsform treibt
der Motor 6 z. B. über eine bei 60 schematisch angedeutete Kraftübertragungseinrichtung
einen elektrischen Signalgenerator 61, der über einen variablen Widerstand 62 ein
Signal in Form eines elektrischen Stromes einem Elektromagneten 63 zuführt, durch
den ein Zweistellungsschalter 64 betätigt wird, der eine Feder 65 umfaßt, welche
der Kraft des Elektromagneten 63 entgegenwirkt. Der Schalter 64 besitzt zwei Kontaktpaare
66 und 67, über die beim Schließen des Schalters der Elektromagnet 39 bzw. der Elektromagnet
40 eingeschaltet wird. Der den effektiven Widerstandswert des variablen Widerstandes
62 regelnde Kontaktarm 68 wird gemäß F i g. 3 durch den Hebel 3 betätigt.
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Die Anordnung nach F i g. 3 arbeitet wie folgt: Die Stromzufuhr zu
dem Elektromagneten 63 erfolgt in Abhängigkeit von der Drehzahl des Generators
61,
d. h. der Drehzahl des Motors 6, und der Stellung des Regelhebels 3, und
solange zwischen der Drehzahl des Motors 6 und der Stellung des Hebels 3 eine solche
Beziehung besteht, daß durch die Leitungen 13 und 14 kein oder nur eine verhältnismäßig
kleine Menge Hilfsöl strömt, wird der Elektromagnet 63 so gespeist, daß er den Schalter
64 in seiner neutralen Stellung zu halten vermag. Wenn sich zwischen der Drehzahl
des Motors 6 und der Stellung des Hebels 3 eine -solche Beziehung ausbildet, daß
mehr als eine vorbestimmte Strömungsmittelmenge durch die Leitungen 13 und
14 strömt, wird der Elektromagnet 63 weiter erregt, so daß, je nach dem Vorzeichen
der Abweichung zwischen der Drehzahl des Motors 6 und der Stellung des Hebels 3,
entweder die Kontakte 66 oder die Kontakte 67 geschlossen werden. Dies hat zur Folge,
daß das Servoventil 34 betätigt und der Hebel 3 durch den Kolben 28 verstellt wird,
um im wesentlichen die vorbestimmte Beziehung zwischen der Drehzahl des Motors 6
und der Stellung des Hebels 3 wieder herzustellen, bei welcher der Elektromagnet
63 den Schalter 64 in seiner neutralen Stellung hält. Die Haltemagnete 68 und 69
für den Schalter 64 sind vorgesehen, damit sich die Schalter mit einer Schnappwirkung
schließen, und um zu gewährleisten, daß der betreffende Schalter geschlossen bleibt,
bis die richtige Verstellung durchgeführt worden ist.
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Es sei bemerkt, daß bei den schematisch dargestellten Anordnungen
eine direkte mechanische elektromagnetische und hydraulische Betätigung lediglich
als Ausführungsbeispiel veranschaulicht wurde, um Beispiele für drei allgemeine
Systeme zu geben, die man gemäß der Erfindung vorsehen kann, und daß man bei der
betreffenden Einrichtung in der Praxis auch elektronische oder andere indirekt arbeitende
Steuer- bzw. Regel- und Betätigungsvorrichtungen vorsehen kann. Beispielsweise kann
man die Spannrolle 11 oder ein gleichwertiges Organ so anordnen, daß es auf einen
Dehnungsmesser oder eine andere auf Belastungsänderungen ansprechende Vorrichtung
wirkt, die einem elektronischen System zugeordnet ist, mittels dessen die dem Dehnungsmesser
od. dgl. entnommenen Signale verstärkt und dem Ventil zugeführt werden, mittels
dessen das Strömen des Hilfsöls zu und von dem Kreislauf für das Arbeitsmittel geregelt
wird.