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Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Juli 1917 ab. Bei indirekt
wirkenden hydraulischen Reglern, das sind solche, bei welchen das steuernde Organ
(bei elektrischen Spannungsreglern z. B. der steuernde Spannungsmesser) durch Vermittlung
eines durch eine Druckflüssigkeit betätigten Servomotors den Reguliervorgang auslöst
und beherrscht, wird häufig der zur Steuerung der dem Servomotor zufließende:z und
von ihm abfließenden Druckflüssigkeit dienende Steuerschieber, »Schwebekolben« genannt,
nicht unmittelbar von` dem Spannung:.-messer betätigt, sondern von einem zweiten,
kleineren Hilfsservomotor verstellt, welcher von einem zweiten kleinen Steuerventil
beherrscht wird, welches seinerseits erst von dem steuernden Spannungsmesser verstellt
wird. Der Schwebekolben und der zu dessen Betätigung dienende kleinere Hilfsservomotor
nebst dessen Steuerventil werden häufig baulich zu einem sogenannten »vorgesteuerten
Ventil« vereinigt. Besonders bekannt ist folgende Form der Vorsteuerung, die sogenannte
»Durchflußvorsteuerung.« Man läßt aus dem Vorratsbehälter, in welchem die Druckflüssigkeit
unter verhältnismäßig hohem Druck steht, eine kleine Menge von Vor'teuerflüssigkeit
dauernd durc_I eine feine Drosselstelle auf eine Seite des Kolbens des Hilfsservomotors
treten. Der Abfluß der Vorsteuerflüssigkeit geschieht nur durch ein einfaches Nadelventil,
welches vom Steuerorgan betätigt wird. Auf der anderen, mit Hilfe einer Durchmesserabstufung
verkleinerten Seite des Hilfsservomotorkolbens herrscht konstant der volle Druck
der Druckflüssigkeit.
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Der Erfinder hat entdeckt, daß bei dieser bekannten Art von Steuerung
auch an dem Nadelventil störende Einflüsse, bestehend aus unregelmäßiger Rückwirkung
des Olstromes und Reibungserscheinungen, erstere zum Teil veranlaßt durch häufig
wiederkehrende Verstopfung der Drosselstelle, auftreten und daß die Beseitigung
dieser störenden Einflüsse für die Wirkungsweise der mit außerordentlich empfindlichen
Steuerungsorganen ausgerüsteten elektrischen Regler von größter Bedeutung ist. Demgemäß
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Beseitigung der bisher unbekannten
störenden Erscheinungen an den Nadelventilen vorgesteuerter Steuerventile für elektrische
Regler und folgende hierzu geeignete Maßnahmen z. An Stelle der Drosselstelle wird
eine besondere kleine Pumpe aufgestellt, welche mit konstanter Drehzahl läuft und
einen annähernd unveränderlichen Strom von Vorsteuerungsflüssigkeit auf eine Seite
des Hilfsservomotorkolbens fördert.
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a. Die andere Seite des I-Elfsservomotor.-kolbens wird nicht durch
den unvermeidlicherweise schwankenden Flüssigkeitsdruck der Druckflüssigkeit, sondern
durch eine unveränderliche Feder oder Gewichtsbelastung. belastet. Da jedoch die
Feder oder Gewichtsbelastung ..leicht ungewollte seitliche Kräfte
auf
den Schwebekolben und entsprechende starke Reibung des letzteren veranlaßt, ist
es gleichzeitig notwendig, den Schwebekolben dauernd in rotierender oder oszillierender
Bewegung zu erhalten.
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3. Das Nadelventil wird von der statischen und dynamischen Rückwirkung
der strömenden Vorsteuerflüssigkeit entlastet.
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q. Die Vorsteuernadel wird in einer relativ zu ihr rotierenden, oszillierenden
oder periodische Längsbewegungen ausführenden Hülse gelagert oder durch elastische
Membranen reibungsfrei geführt: Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß
gebautes Ventil. A ist `der Schwebekolben, welcher den nicht gezeichneten Ha uptservomotor
steuert. Die Feder G drückt den Schwebekolben aufwärts. Zur Beseitigung störender.
Reibung des Schwebekolbens wird derselbe durch die Kurbel N dauernd in oszillierender
oder rotierender Bewegung gehalten. B ist der mit dem Schwebekolben zusammenhängende
Kolben des Hilfsservomotors. Die Pumpe C saugt dauernd Flüssigkeit aus dem .Vorratsbehälter
D und drückt sie in den über dem Kolben B liegenden Raum, aus welchem diese nur
durch die Bohrung E des Kopfes des Schwebekolbens entweichen kann, welche durch
die Nadel F, die unmittelbar vom Spannungsmesser verstellt wird, abgesperrt werden
kann. Auf der unteren Seite des Kolbens B herrscht dauernd Atmosphärendruck; die
Aufwärtsbewegung des Schwebekolbens A geschieht durch die Feder G. Die Entlastung
der Vorsteuernadel F von dem statischen Flüssigkeitsdruck geschieht durch eine Durchmesserabstufung
H, welche durch die Bohrung J dauernd mit dem Flüssigkeitsdruck. welcher in der
Bohrung E herrscht, gespeist wird. Die Fläche der Durchmesserstufe wird annähernd
gleich der Querschnittsfläche der Bohrung E gemacht. Die Entlästung von der dynamischen
Rückwirkung geschieht durch einen Kragen L, welcher die aus der Bohrung E in Str
ahlform austretende Flüssigkeit in radialer Richtung ablenkt, so daß ihre:Rückwirkung
in der Längsrichtung nach dem Impulssatze der Mechanik unveränderlich bleibt. "
Die Nadel L ist in einer besonderen Hülse gelagert, welche mittels, des Zahnkranzes
M in dauernder rotierender oder oszillierender Bewegung gehalten wird.
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Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende Wird beispielsweise. die
vom Spannungsmesser unmittelbar verstellte Nadel F gesenkt, so wird die Bohrung
E durch die Nadelspitze geschlossen. Infolgedessen staut sich über. dem Kolben B
die -von der Pumpe C geförderte Druckflüssigkeit und es entsteht daselbst ein entsprechender
Überdruck, bis derselbe imstande ist, die Kraft der Feder G zu überwinden und den
Schwebekolben B nach- abwärts zu schieben. Durch diese Abwärtsver-@chiebung tritt
wieder eine teilweise Öffnung des Nadelventils ein, die einen neuen Gleichgewichtszustand
zwisch.l-n dem Federdruck G und dem im Raume über B wirkenden Flüssigkeitsdruck
herbeiführt. Wird andererseits die Nadel L gelüftet, so entweicht der über dem Kolben
B befindliche Druck, und der Schwebekolben A folgt dabei unter dem Einfluß der Kraft
der Feder G der Aufwärtsbewegung der Nadel. Die störenden Einflüsse auf die Nadel
sind dabei beseitigt, indem zunächst der Flüssigkeitsdruck über dem Kolben B durch
Anordnung der Feder G möglichst unveränderlich gemacht ist. Ferner hebt der Flüssigkeitsdruck
auf der Durchmesserstufe H den gleich großen auf die Nadelspitze ausgeübten Flüssigkeitsdruck
auf. Endlich sind dynamische Rückwirkungserscheinungen dadurch beseitigt, daß man
für ein radiales Abströmen der Vorsteuerflüssigkeit sorgt. Mechanische Reibungserscheinungen
werden dabei dadurch beseitigt, daß die Führungshülse K in dauernder Bewegung gegenüber
der Nadel L gehalten wird. Anstatt dessen könnte auch eine reibungsfreie Führung
der Nadel mittels elastischer Membranen angeordnet werden.
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Die Art und Weise, wie der Schwebekolben A mittels einer Anzahl in
der Figur angedeuteten steuernder Kanten den nicht zur Darstellung gebrachten Hauptservomotor
steuert, ist für die Erfindung unwesentlich und wird hier nicht näher beschrieben.
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Für die Erfindung ist die Form der Nadelspitze unwesentlich; beispielsweise
kann an Stelle der durchbohrten Nadelspitze eine durchbohrte ebene Platte treten,
welche gleiche Form und Größe wie der Kragen L der gezeichneten spitzen Nadel hat
und sich mit einer ebenen Ringfläche gegen den Auslauf der Bohrung E dichtet, welcher
in diesem Falle kegelförmig zugeschärft sein muß. Wesentlich ist dagegen für die
Erfindung, daß die dynamischen Rückwirkungserscheinungen durch die radiale Abströmungsrichtung
der Vorsteuerflüssigkeit beseitigt werden. Von Bedeutung ist es ferner, die Vorsteuernadel
an ihrer Dichtungsfläche relativ zu der entsprechenden Sitzfläche (am Schwebekolben)
rotieren oder oszillieren zu lassen, weil damit störende Reibungserscheinungen an
denDichtungsflächen und etwa vorhandenen benachbarten Führungsflächen beseitigt
werden. Die .beschriebene Vorsteuerung ist zwar zunächst nur für die mit sehr wenig
leistungsfähigen Steuervoltmetern ausgerüsteten elektrischen Regler von Bedeutung;
sie ist jedoch auch bei anderen Vorrichtungen verwendbar, sofern es notwendig wird,
größere mechanische Kräfte mit sehr geringen Steuerkräften auszulösen.