DE1964454B1 - Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflugkolbenmaschinen mit hydrostatischen Bewegungswandlern - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflugkolbenmaschinen mit hydrostatischen BewegungswandlernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflug-Kolbenmaschinen
mit hydrostatischen Bewegungswandlern, wie sie etwa aus · den deutschen Patentschriften 1179 778
oder 1252964 bekanntgeworden sind. Derartige Maschinen haben den großen Vorteil, daß der
gesamte Hub irgendeines Kolbens von einem zum anderen Totpunkt nicht mehr starr mit einer halben
Umdrehung der Abtriebswelle gekoppelt zu sein, sondern daß dabei je nach Konstruktion des hydro- ίο
statischen Bewegungswandlers die Abtriebswelle nur den ganzzahligen Bruchteil einer halben .Umdrehung
zu machen braucht. Diese getriebelose Untersetzung der Drehzahl kann bei Kolbenkraftmaschinen mit
hydrostatischen Bewegungswandlern deswegen besonders gut ausgenutzt werden, weil diese Maschinen
noch den weiteren Vorteil aufweisen, daß die.Abtriebswelle im wesentlichen frei von Radialkräften
ist: Die Untersetzung der Drehzahl bewirkt also keine Erhöhung der Lagerdrücke, sondern nur eine
entsprechende Erhöhung des Nutzdrehmoments.
Dagegen ergeben sich erhebliche und bisher nicht
beherrschbare Schwierigkeiten dadurch, daß bei hydrostatischen Bewegungswandlern die Kraftübertragung
zwischen Kolben und Abtriebswelle durch eine hin- und herschwingende Flüssigkeitssäule, also
durch ein veränderliches und sich auch ständig veränderndes Mittel erfolgt. Bei üblichen Kolbenkraftmaschinen
mit mechanischen Bewegungswandlern, also mit Pleuelstange und Kurbelwelle, sind Kolbenlage
und Drehwinkel der Abtriebswelle in jedem Augenblick eindeutig und unveränderlich^ miteinander
verknüpft, und während der gesamten Lebensdauer der Maschine entsteht kein wie immer geartetes Bedürfnis nach einer Überwachung oder Kon-
trolle dieser Verknüpfung. Ganz andere Verhältnisse liegen jedochbeimhydrostatischenBewegungswandler
vor, weil die die Pleuelstange ersetzende Druckflüssigkeit ohne besondere Vorkehrungen weder bezüglich
ihrer Menge noch — bei gleicher Menge — bezüglich ihres Volumens zeitlich konstant ist; denn die Druckflüssigkeit
muß, um Bewegungen wandeln zu können, von gleitenden Dichtungen eingeschlossen sein, in
denen immer mehr oder weniger große, vor allem aber mehr oder weniger unregelmäßige Leckverluste
auftreten, und je nachdem, gegen welchen Gegendruck diese gleitenden Dichtungen arbeiten, können
diese Leckverluste positiv oder negativ sein. Diesen Leckverlusten überlagern sich dann, beispielsweise
unter dem Einfluß der Temperatur oder des Druckes, rein stoffliche Änderungen der Druckflüssigkeit.
Es ist schon frühzeitig erkannt worden, daß die unvermeidbaren Änderungen, denen eine die Kraft
übertragende Flüssigkeitssäule ausgesetzt ist, vor allem in den Totpunkten des Kraftmaschinenkolbens
gefährlich werden und zur Zerstörung der Maschine führen können, und es sind Sicherheitsventile in
Form von Abströmkanälen vorgeschlagen worden, durch die die Druckflüssigkeit bei Überschreitung der
Soll-Totpunkt-Lagen abströmt. Andererseits führt ein Unterschreiten der Soll-Totpunkt-Lagen zu einem
unerwünschten Leistungsabfall der Maschine; es ist daher in der deutschen Patentschrift 1213191
weiterhin vorgeschlagen worden, die Abfuhrkanäle durch Zufuhrkanäle zu ergänzen, beide Arten von
Kanälen durch eine starre Verknüpfung mit dem Kraftmaschinenkolben in der Nähe der Soll-Totpunkt-Lage
freizugeben bzw. zu sperren, und, da bei jedem einzelnen Kolbenhub höchstens eine Art
von Kanälen in Betrieb sein darf, die Zu- und
Abströmkanäle über ein kompliziertes System von Druckausgleichzylindern, Federn und Zeitkonstanten
zu einer konstruktiv vorgegebenen Programmsteuerung zu verbinden.
. Eine solche nach Zeit und zu- oder abströmender Flüssigkeitsmenge programmierte Steuerung kann
selbstverständlich nur unter den Voraussetzungen zufriedenstellend arbeiten, für die sie entworfen ist,
muß also versagen, wenn beispielsweise die Arbeitsdrehzahl der Maschine merklich geändert wird, oder
wenn sich die Leckverluste nach Größe und Richtung über ein bestimmtes Maß ändern. Auch wird mit
einer solchen Programmsteuerung nur die Totpunktlage des Kraftmaschinenkolbens an sich festgelegt
ohne jede Zuordnung zum Drehwinkel der Abtriebswelle.
Zur Behebung dieser Nachteile ist in der deutschen
Patentschrift 1157 876 ein Gleichlaufregler vorgeschlagen worden, bei dem sowohl die Lage des
Kraftmaschinenkolbens als auch der Drehwinkel der Abtriebswelle kontinuierlich abgetastet und in
elektrische Spannungen umgewandelt werden; der Vergleich dieser Spannungen in einer Brückenschaltung
liefert dann gegebenenfalls ein Signal, das für Zu- oder Abspeisung von Druckflüssigkeit zum oder
vom hydrostatischen Bewegungswandler sorgt.
Das Schema einer solchen bekannten Gleichlaufregelung
ist in Fig. 1 noch einmal dargestellt: Der im KraftmaschinenzyHnder I gleitende Kraftmaschinenkolben
2 ist mit dem Kolben 3 einer Pumpe starr verbunden, der zusammen mit der Druckflüssigkeit
4 und der Drehkolbenmaschine 5" den hydrostatischen Bewegungswandler bildet. Ein mit dem Kraftmaschinenkolben
2 gekoppelter Geber 7 und ein mit der Abtriebswelle 6 gekoppelter Geber 8 liefern elektische,
der Lage des Kraftmaschinenkolbens 2 bzw. dem Drehwinkel der Abtriebswelle 6 entsprechende
Signale an eine Vergleichsschaltung 9. Das in der Vergleichsschaltung 9 gebildete Fehlersignal steuert
einen Druckflüssigkeitsschieber 10, so daß entweder Druckflüssigkeit 4 in Richtung des Pfeiles 11 aus
einem Druckflüssigkeitsbehälter in den Bewegungswandler einströmt oder aus ihm in Richtung des
Pfeiles 12 abströmt.
Eine Gleichlaufregelanordnung nach Fig. 1 hat
mehrere, ganz entscheidende Nachteile: Da insbesondere der obere Totpunkt des Kraftmaschinenkolbens
2 mit sehr großer Genauigkeit eingehalten werden muß, bedeutet dies für den den gesamten
Kolbenweg abbildenden Geber 7 ein Auflösungsvermögen von etwa 1(H bei größeren Maschinen. Zwar
ist aus der erwähnten deutschen Patentschrift 1157 876 bereits bekannt, das Auflösungsvermögen
des Gebers 7 längs des Kolbenweges veränderlich und insbesondere nur in der Nähe des oberen Totpunktes
entsprechend groß zu machen, doch ist der damit erzielte Gewinn insofern unerheblich, als dann
in der Vergleichsschaltung 9 zwischen echten, vom Geber 7 kommenden und solchen Regelimpulsen
unterschieden werden muß, die auf die Änderung des Auflösungsvermögens zurückzuführen sind.
Ein weiterer Nachteil der Anordnung nach F i g. 1 ergibt sich aus folgender Überlegung: Beispielsweise
wird während des Betriebes auf die Druckflüssigkeit 4 im Augenblick der Zündung der größte Druck
ausgeübt, so daß sich infolge der Kompressibilität
3 4
der Druckflüssigkeit die Flüssigkeitssäule etwas ver- kann ein phasensynchroner Gleichrichter sein. Der
kürzt, um sich dann, wenn sich der Kolben 3 seinem Geber 13 liefert das Totpunkt-Fehlersignal, das in
unteren Totpunkt nähert, langsam wieder auszudeh- einer noch zu beschreibenden Meßschaltung 14 aufnen.
Es gibt also Zustandsänderungen innerhalb der bereitet wird. Der Geber 13 gibt immer nur dann
Druckflüssigkeit, die zwar den punktuellen Gleich- 5 ein Signal ab, wenn sich der zugehörige Kraftlauf
zwischen jeder möglichen Lage des Kraft- maschinenkolben 2 in unmittelbarer Nähe des
maschinenkolbens 2 und jedem möglichen Dreh- oberen Totpunktes befindet; daher ist die Zeit zwiwinkel
der Abtriebswelle 6 zerstören, die aber trotz- sehen zwei Signalen ein Maß für die Drehzahl der
dem nicht ausgeregelt zu werden brauchen, weil sie Maschine. Diese Zeit wird in der Zeitmeßeinrichtung
umkehrbar sind und, über eine volle Periode des io 16 ermittelt, beispielsweise durch Vergleich mit
Kolbens gemittelt, ohne Einfluß bleiben. Ein Regler einem Zeitkreis oder einem Referenzoszillator 17,
nach F i g. 1 versucht aber, den Gleichlauf immer und wenn diese Zeit einen bestimmten Mindestwert
und in jedem Augenblick aufrechtzuerhalten, und die unterschreitet, wird von der Zeitmeßeinrichtung 16
Folge ist nicht nur eine sehr große Reglerunruhe, ein Signal an den elektronischen Umschalter 15 gesondern
auch ein ständiges Betätigen und damit ein 15 geben; dieser schaltet nunmehr den Druckflüssigstarker
Verschleiß des Druckflüssigkeitsschiebers 10. keitsschieber 10, der bis dahin vom Ausgang der
Zur Vermeidung dieser und anderer Nachteile Vergleichsschaltung 9 betätigt worden war, auf den
wird ein Verfahren zur Regelung der Kolbenlage Ausgang der Meßschaltung 14 um. Da aus rein bevon
Freiflug-Kolbenmaschinen der eingangs genann- trieblichen Gründen die Maschinendrehzahl längere
ten Art vorgeschlagen, bei dem außer dem etwa 20 Zeit um den Wert pendeln kann, bei dem der
nach Fig. 1 gebildeten Gleichlauffehlersignal zu- elektronische Umschalter 15 umschaltet, kann sich
-sätzlich die jeweils erreichte obere Totpunktlage des durch dauerndes Hin- und Herschalten des UmKolbens
in ein gesondertes elektrisches Signal um- schalters 15 eine heftige Regelunruhe ergeben; nach
gewandelt und durch Vergleich dieses Signals mit einem besonderen Erfindungsvorschlag wird daher
einem Signal der baulich gegebenen Soll-Totpunkt- 25 die Zeitmeßeinrichtung 16 so ausgebildet, daß die
Lage des Kolbens ein Totpunktfehlersignal zur Be- Maschinendrehzahl, bei der der Umschalter 15 vom
einflussung der Druckflüssigkeitsmenge gebildet wird Gleichlaufsignal auf das Totpunktsignal umschaltet,
und bei dem die Regelung unterhalb einer bestimm- höher Hegt (beispielsweise bei 15 min"1) als die Maten
Maschinendrehzahl nur in Abhängigkeit des schinendrehzahl, bei der der Umschalter 15 vom
Gleichlauffehlersignals und oberhalb einer bestimm- 3° Totpunktsignal auf Gleichlaufsignal zurückschaltet
ten Maschinendrehzahl nur in Abhängigkeit des (beispielsweise bei 10 min"1).
Totpunktfehlersignals erfolgt. Der Geber 13 für das Totpunktsignal hat die
Totpunktfehlersignals erfolgt. Der Geber 13 für das Totpunktsignal hat die
Der Vorteil der Erfindung besteht nicht allein Aufgabe, nur einen kleinen Bruchteil des gesamten
darin, vor und bei dem Anfahren der Maschinen Kolbenhubs, diesen aber mit sehr hohem Aufdie
einzelnen Kraftmaschinenkolben in ihre exakte 35 lösungsvermögen elektrisch abzubilden; hierzu kann
Lage bezüglich der Stellung der Abtriebswelle zu im Prinzip jeder Weggeber verwendet werden, doch
bringen, im Betrieb dagegen die Regelung auf das hat sich ein induktiver Weggeber nach Art eines
notwendige Minimumzu beschränken und damit einen Differenztransformators als besonders vorteilhaft erweitestgehend
ruhigen und gleichförmigen Lauf der wiesen. Dieser besteht nach F i g. 3 a aus einer Spule
Maschine zu erreichen, sondern auch in der Einfach- 40 18 mit einer Primärwicklung 19, die an einer geeigneheit,
mit der die regeltechnischen Erfordernisse den ten Spanungsquelle 20 für konstante Wechselspan-Eigentümlichkeiten
einer Maschine, ihrer Größe nung angeschlossen ist; die in den beiden ersten
ihrem Betriebsverhalten oder ihrer Belastung ange- Sekundärwicklungen 21 und 22 induzierten Spanpaßt
werden können oder sich auch selbständig mangen werden in der aus Fig. 3a ersichtlichen
anpassen, falls dies für verschiedene Betriebs- 45 Weise gleichgerichtet und zusammengeschaltet,
zustände erforderlich sein sollte. So kann es beispiels- Taucht nun ein mit dem Kraftmaschinenkolben 2 über
weise bei einer elektronischen Regelung in einfacher ein Gestänge verbundener Kern 23 aus weichmagne-Weise
erreicht werden, daß ein notwendig werdendes tischem Material in die Spule 18 ein, so haben die
Zuspeisen von Druckflüssigkeit immer in Zeiten gleichgerichteten Teilspannungen U1 und U2 in Abkleinen,
ein Abspeisen dagegen immer in Zeiten 50 hängigkeit von der Eintauchtiefe ersichtlich einen
großen Betriebsdrucks im hydrostatischen Bewe- Verlauf nach Fig. 3b, sofern der Kern 23 die
gungswandler erfolgt. Auch ist es möglich, mit ein- gleiche Länge L hat wie die Spule und sofern der
fachsten Mitteln beispielsweise die Kompression zu Übersichtlichkeit wegen seitliche Streueffekte verändern
und dadurch den Maschinenwirkungsgrad für nachlässigt werden. Die resultierende erste Sekundärjede
Drehzahl und für jede Belastung auf ein Höchst- 55 spannung U1 + U2 ist in Fi g. 3 c dargestellt, wobei
maß zu bringen. Derartige Variationsmöglichkeiten Geber 13 und das nicht gezeichnete Gestänge so
sind vor allem bei Schiffs-Dieselmaschinen sehr er- angeordnet werden, daß der Nulldurchgang im
wünscht, weil diese über lange Strecken mit sehr Punkt A der Fig. 3c dem Soll-Totpunkt entspricht,
unterschiedlichen Belastungen und Drehzahlen ge- Da der Gesamtverlauf der ersten Sekundärspannung
fahren werden. ' 60 Ux + U2 nach Fig. 3c insgesamt drei Nulldurch-
Das Wesen der Erfindung ist in Fig. 2 veran- gänge aufweist, ist der Meßspanungsverlauf mehr-
schaulicht, die eine Einrichtung zur Durchführung deutig und nicht ohne weiteres für Regelungszwecke
des erfmdungsgemäßen Verfahrens darstellt: 7 und 8 brauchbar; daher ist nach einem besonderen Erfin-
sind wieder wie in Fig. 1 die Geber für die Gleich- dungsvorschlag noch eine dritte Sekundärwicklung24
laufsignale, deren Ausgangsspannungen in der Ver- 65 vorgesehen, deren Sekundärspannung Ua nach an
gleichsschaltung 9 verglichen werden; dabei können sich beliebiger Gleichrichtung in Abhängigkeit von
zum Beispiel die Geber 7 und 8 an sich bekannte der Eintauchtiefe des Kerns 23 eindeutig verläuft und
Wechselstrom-Drehmelder, die Vergleichsschaltung 9 die erst bei Überschreiten eines bestimmten vor-
5 6
gegebenen Schwellwertes die eigentliche Meßspan- lung, doch ist die Erfindung selbstverständlich nicht
nung (Sekundärspanung U1 + CZ2) zur Registrierung, darauf beschränkt; vielmehr kann der durch die
Auswertung und gegebenenfalls Regelung durch- Elemente 30, 31, 32 und 33 gekennzeichnete Regler
schaltet. Auch hierbei wird erfindungsgemäß eine der F i g. 4 anderen Regelanfoderungen entsprechend
Nacheilung dergestalt vorgesehen, daß die Durch- 5 anders ausgebildet werden, beispielsweise kann auch
schaltung der Meßspannung (Sekundärspannung noch ein Differentialanteil hinzugefügt werden.
U1 + ZT2) in größerer Nähe der Soll-Totpunkt-Lage Das Vorhandensein eines Integralanteils bzw.
erfolgt als die Abschaltung. eines Integrators 31 kann dazu benutzt werden, einen
Zum besseren Verständnis wird in F i g. 4 das kurzzeitigen Ausfall des Betriebsstroms der elektro-
Funktionsbild der Fig. 2 noch einmal in verfeinerter io rüschen Regelung zumindest im stationären Betrieb
Form wiederholt: 13 ist der Geber für die Totpunkt- ohne zusätzliche Regelstöße od. ä. zu überbrücken;
signale, der die Meßspannung (Sekundärspannung da die Vergangenheit und damit auch die zuletzt
CZ1 + U2) und die Indikatorspannung (Sekundär- eingenommene Stellung des Drucknüssigkeitsschie-
spannung CZ3) abgibt; letztere wird dem Schwell- berslO im Integrator 31 gespeichert ist, wird nach
wertumformer 25 zugeführt. Gelangt der Kraft- 15 einem weiteren Erfindungsvorschlag ein hochsper-
maschinenkolben 2 so weit in die Nähe des oberen render Schalter vorgesehen, der bei ausfallendem
Totpunktes, daß der Schwellwert im Schwellwert- Betriebsstrom diese gespeicherte Information von al-
umformer25 erreicht wird, so schaltet der elektro- len Einflußgrößen abtrennt.
nische Schalter 26 die Meßspannung (Sekundärspan- Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in Fig. 5 darnung
CZ1 + CZ2) auf den Spitzenspannungsspeicher 27 ao gestellt: Der Integrator ist hier in der an sich bedurch;
dieser besteht beispielsweise aus einem Kon- kannten Form eines über den Kondensator 36 gegendensator,
der von der vorderen Flanke des vom gekoppelten Operationsverstärkers 35 ausgeführt;
Schwellwertumformer 25 abgegebenen Impulses auf die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 37 liegt
einen geeigneten Wert aufgeladen und anschließend im Normalfall an einer geeigneten unmittelbar von
unter dem Einfluß der ersten Sekundärspannung 25 der Betriebsspanung abgeleiteten Vorspannungs-CZ1
+ CZ2 so weit umgeladen wird, wie der Kern 23 quelle 38 und hält den Feldeffekttransistor 37 in
in die Spule 18 eintaucht. Kehrt der Kraftmaschinen- leitendem Zustand. Beim Ausfall der Betriebsspankolben
2 um und geht damit der Kern 23 wieder nung sperrt der Feldeffekttransistor 37, und die Lazurück,
so ist die am Spitzenspannungsspeicher 27 dung des Kondensators 36 als Maß für den gerade
bestehenbleibende Ladung ein Maß für die gerade 30 vorhandenen Regelzustand bleibt erhalten. Da nach
erreichte Ist-Totpunkt-Lage; diese Ladung wird dem Spannungsausfall auch die Stellung des Druckkurzzeitig in den eigentlichen Meßwertspeicher 29 flüssigkeitsschiebers 10 sich nicht mehr verändern
-eingetastet, und zwar über eine Impulsformerstufe 28 kann, stimmt nach der Wiederkehr der Betriebsvon'
der Rückflanke des Impulses aus, der am spannung und nach erfolgter Durchschaltung des
Schwellwertumformer 25 unter dem Einfluß des die 35 Feldeffekttransistors 37 die Ladung am Kondensator
Spule 18 verlassenden Kernes 23 entsteht. Die im 36 mit der Stellung des Druckflüssigkeitsschiebers
Meßwertspeicher 29 stehende Meßspannung kann 10 überein, und der Übergang erfolgt glatt und
nun in einer dem gerade vorliegenden Regelproblem stetig. Der in Fi g. 5 noch eingezeichnete Feldeffektentsprechenden
Art weiter verwendet werden; bei- transistor 39 zeigt übrigens beispielhaft, wie im
spielsweise kann im Verstärker 30 ein der Meß- 40 Normalfall der Integrator erst von dem Augenblick
Spannung proportionaler Anteil gebildet werden. an wirksam wird, in dem von der Zeitmeßeinrichtung
Dieser kann im Integrator 31 integriert werden, und 16 über die Leitung 34 der Befehl zum Umschalten
die im Summenglied 32 gebildete Summe aus pro- auf Totpunktregelung gegeben wird,
portionalem und integralem Anteil wird dann dem Je nach Konstruktion des Druckflüssigkeitsschieelektronischen Umschalter 15 als resultierendes Tot- 45 bers 10 in F i g. 4 kann es zweckmäßig oder erforderpunkt-Fehlersignal zugeleitet. Der Integrator 31 in- lieh sein, auch die Schieberstellung selbst über einen tegriert dabei über eine fest vorgegebene Zeit, die Hilfskreis in die Gesamtregelung mit einzubeziehen. durch die Impulsdauer eines von der Impulsformer- Dies geschieht dann nach F i g. 6 dadurch, daß beistufe 33 abgegebenen Impulses definiert ist, wobei spielsweise über ein mit dem Druckflüssigkeitsschiedie rückwärtige Flanke des von der Impulsformer- 50 ber 10 verstellbares Potentiometer ein Rückmeldestufe 28 erzeugten Austastimpulses den Integrations- signal erzeugt und in der Addierstufe 40 immer mit impuls der Impulsformerstufe 33 startet. demjenigen Fehlersignal kombiniert wird, das vom . Beim erstmaligen Umschalten des elektronischen elektronischen Umschalter 15 gerade durchgeschal-Umschalters 15 von der Vergleichsschaltung 9 für tet ist.
portionalem und integralem Anteil wird dann dem Je nach Konstruktion des Druckflüssigkeitsschieelektronischen Umschalter 15 als resultierendes Tot- 45 bers 10 in F i g. 4 kann es zweckmäßig oder erforderpunkt-Fehlersignal zugeleitet. Der Integrator 31 in- lieh sein, auch die Schieberstellung selbst über einen tegriert dabei über eine fest vorgegebene Zeit, die Hilfskreis in die Gesamtregelung mit einzubeziehen. durch die Impulsdauer eines von der Impulsformer- Dies geschieht dann nach F i g. 6 dadurch, daß beistufe 33 abgegebenen Impulses definiert ist, wobei spielsweise über ein mit dem Druckflüssigkeitsschiedie rückwärtige Flanke des von der Impulsformer- 50 ber 10 verstellbares Potentiometer ein Rückmeldestufe 28 erzeugten Austastimpulses den Integrations- signal erzeugt und in der Addierstufe 40 immer mit impuls der Impulsformerstufe 33 startet. demjenigen Fehlersignal kombiniert wird, das vom . Beim erstmaligen Umschalten des elektronischen elektronischen Umschalter 15 gerade durchgeschal-Umschalters 15 von der Vergleichsschaltung 9 für tet ist.
Gleichlaufregelung auf die Meßschaltung 14 für 55 An Hand der Fig. 3c war dargelegt worden,
Totpunktregelung ist die bis dahin auf summierte daß beispielsweise die Soll-Totpunkt-Lage durch
Vergangenheit des Totpunktreglers uninteressant und den Nulldurchgang A der ersten Sekundärspannung
sogar schädlich: Der Integrator 31 darf also erst in CZ1 + CZ2 vorgegeben sein kann. Wird nun dieser
dem Augenblick zu arbeiten beginnen, in dem die Sekundärspannung CZ1 + CZ2 eine beliebige konstante
Zeitmeßeinrichtung 16 einen Umschaltimpuls an den 60 Gleichspannung überlagert, so verschiebt sich je
Umschalter 15 weitergibt, so daß der Ausgang des nach Große und Vorzeichen dieser Zusatzspannung
Zeitmeßgliedes 16, wie in Fig. 4 gezeichnet, über der Nulldurchgang A zu größeren oder kleineren Ein-
die Leitung 34 auch mit einem Eingang des Inte- tauchtiefen des Kerns 23 in die Spule 18. Nach einem
grators 31 verknüpft sein muß. besonderen Erfindungsvorschlag wird diese Verstell-
Die in Fig. 4 dargestellte Zusammensetzung des 65 möglichkeit der Soll-Totpunkt-Lage dazu benutzt,
resultierenden Totpunktfehlersignals aus einem Pro- während des Betriebes die Kompression im Kolben
portional- und einem Integralanteil entspricht zwar zu verändern, so daß die Thermodynamik des Vereiner
besonders vorteilhaften Ausbildung der Rege- brennungsvorgangs den verschiedenen Betriebszu-
ständen der Maschine entsprechend bestens angepaßt werden kann.
Claims (12)
1. Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflug-Kolbenmaschinen, bei welchen der Kraftmaschinenkolben
mit dem Kolben einer Pumpe starr verbunden ist, die zusammen mit einer
Drehkolbenmaschine einen hydrostatischen Bewegungswandler bildet, bei welcher Regelung
die Menge der Druckflüssigkeit im hydrostatischen System verändert wird, wobei die jeweilige
Lage des Kolbens und die jeweilige Winkellage der Abtriebswelle kontinuierlich in elektrische
Signale umgewandelt werden und durch Vergleich dieser Signale ein Gleichlauffehlersignal
gebildet wird, das die Menge der Druckflüssigkeit im Sinne einer Verkleinerung des Gleichlauffehlers
beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die jeweils erreichte obere Totpunktlage
des Kolbens in ein gesondertes elektrisches Signal umgewandelt und durch Vergleich,
dieses Signals mit einem Signal der baulich, gegegebenen Soll-Totpunkt-Lage des Kolbens ein
Totpunktfehlersignal zur Beeinflussung der Druckflüssigkeitsmenge gebildet wird und daß
die Regelung unterhalb einer bestimmten Maschinendrehzahl nur in Abhängigkeit des Gleichlauffehlersignals
und oberhalb einer bestimmten Maschinendrehzahl nur in Abhängigkeit des Totpunktfehlersignals
erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maschinendrehzahl, bei der die Regelung von der Gleichlaufabhängigkeit
auf die Totpunktabhängigkeit übergeht, höher ist als die Maschinendrehzahl, bei der die Regelung
von der Totpunktabhängigkeit auf die Gleichlaufabhängigkeit übergeht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Totpunktfehlersignal erst
dann in einer Meßwertschaltung registriert und ausgewertet wird, wenn der Kolben einen gewissen
Mindestabstand von der Soll-Totpunkt-Lage erreicht hat, und nur solange, als der KoI-ben
innerhalb eines gewissen Höchstabstandes von der Soll-Totpunkt-Lage verbleibt, wobei der
erstgenannte Mindestabstand kleiner als der letztgenannte Höchstabstand ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Totpunktfehlersignal
aus einem proportionalen und einem integralen Anteil additiv zusammengesetzt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine je Kolbenhub konstante Integrationszeit.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des integralen Anteils
erst von dem Augenblick an erfolgt, in dem die Regelung von der Gleichlaufabhängigkeit auf
die Totpunktabhängigkeit umgeschaltet wird.
7. Einrichtung zur Gewinnung eines Totpunktfehlersignals nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Kraftmaschinenkolben (2) über ein Gestänge mit einem Kern (23) aus weichmagnetischem Material verbunden ist, der
ein gewisses Stück vor Erreichen der Soll-Totpunkt-Lage in eine aus einer Primärwicklung
(19), einer ersten Sekundärwicklung (21), einei zweiten Sekundärwicklung (22) und einer dritten
Sekundärwicklung (24) bestehende und mit der Primärwicklung (19) an einer Wechselspannung
liegende Spule (18) einzutauchen beginnt, wobei Primärwicklung (19) und erste und zweite Sekundärwicklung
(21, 22) so angeordnet und in an sich bekannter Weise nach Art eines Differenztransformators
so geschaltet sind, daß die resultierende erste Sekundärspannung (U1 + U2) einen
in Abhängigkeit vom Kolbenhub wenigstens bereichsweise monoton steigenden oder fallenden,
in der Soll-Totpunkt-Lage durch Null gehenden Verlauf hat, und wobei die dritte Sekundärwicklung
(24) so angeordnet ist, daß die in ihr induzierte zweite Sekundärspannung vom Eintauchen
des Kerns (23) in die Spule (18) bis etwas zu
einer der Soll-Totpunkt-Lage entsprechenden Eintauchtiefe des Kerns (23) monoton ansteigt
und darüber hinaus wieder abfällt.
8. Einrichtung zur Gewinnung eines Totpunktfehlersignals nach Anspruch 3 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Totpunktfehlersignal aus der ersten Sekundärspannung hergeleitet
wird, daß ein erster Schwell wert der zweiten Sekundärspannung dem Mindestabstand und ein
zweiter Schwellwert der zweiten Sekundärspannung dem Höchstabstand des Kraftmaschinenkolbens
(2) von der Soll-Totpunkt-Lage entspricht.
9. Einrichtung zur Gewinnung eines Totpunktfehlersignals nach Anspruch 8, gekennzeichnet
durch einen Spitzenspannungsspeicher (27) zur Messung der ersten Sekundärspannung, der unter
dem Einfluß des ersten Schwellwertes der zweiten Sekundärspannung auf eine feste Ausgangsposition
gestellt und dessen zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert angezeigte Spitzenspannung
unter dem. Einfluß des zweiten Schwellwertes der zweiten Sekundärspannung in einen
Meßwertspeicher (29) proportional übertragen wird.
10. Einrichtung zur Gewinnung eines Totpunktfehlersignals
nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Sekundärspannung
eine in ihrer Größe einstellbare Hilfsspannung überlagert und damit der Kompressionsgrad verändert
werden kann.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige resultierende Fehlersignal
in Form einer Kondensatorladung gespeichert wird und daß ein hochsperrender Schalter, vorzugsweise
ein Feldeffekttransistor (37), den Kondensator (36) im Falle eines Betriebsstromausfalls
von der übrigen Scfialtung trennt, so daß die gerade vorhandene Kondensatorladung aufrechterhalten
bleibt.
12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen zusätzlichen Regelkreis für die Stellung des Druckflüssigkeits-Schiebers (10), bei dem aus
der Stellung des Druckflüssigkeits-Schiebers (10) ein Signal abgeleitet und additiv dem Gleichlauffehlersignal
bzw. dem Totpunktfehlersignal hinzugefügt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 549/193
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Priority Applications (5)
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DE19691964454 DE1964454C (de) | 1969-12-23 | Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflugkolbenmaschinen mit hydrostatischen Bewegungswandlern | |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19691964454 DE1964454C (de) | 1969-12-23 | Verfahren zur Regelung der Kolbenlage von Freiflugkolbenmaschinen mit hydrostatischen Bewegungswandlern |
Publications (2)
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