DE360063C - Steuerung eines Servomotors - Google Patents

Description

Es sind bereits Steuerungen von Servomotoren unter Schutz gestellt, bei welchen das Steuerorgan durahi einen Regler unter Vermittlung eines nachgiebigen Gliedes (Katarakt 5 o. dgl.) bewegt wird, und durch besondere, von der Bewegung des Servomotors unabhängige, im Sinne der Einstellung in die Mittellage wirkende Hilfsmittel (Federn oder Gewichte) belastet ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine solche Steuerung und¹ ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der das Steuerorgan belastenden Hilfsmittel derart begrenzt ist, daß das Steuerorgan aus seiner Mittellage um einen verhältnismäßig geringen Betrag bewegt werden und eine kleine Steueröffnung aufschließen kann, bevor die Hilfsmittel auf dasselbe zur Einwirkung kommen.

Bei solchen Vorrichtungen wird durch das Zusammenwirken des nachgiebigen Gliedes (Kataraktes) und der auf das Steuerorgan einwirkenden Hilfsmittel erreicht, daß das Steuerorgan nur ausgelenkt wird, wenn und solange sich das vom Regler bewegte Hilfsorgan mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit bewegt, und daß es selbsttätig in seine Mittellage zurückbewegt wird, sobald die Geschwindigkeit des Hilfsorgans unter die erwähnte Mindestgeschwindigkeit sinkt. Das hat zur Folge, daß, wenn es sich z. B. um eine Steuerung eines Servomotors für die Regelung einer Kraftmaschine handelt, jeder Regelungsvorgang selbsttätig unterbrochen wird!, sobald¹ die Beschleunigung der Kraftmaschine unter ein gewisses Maß sinkt.

Die bisher bekannten derartigen Steuerungen bewirken nun zwar in sehr vorteilhafter Weise eine Unterbrechung der Servomotorbewegung im erforderlichen und gewollten Augenblick, haben aber den Nachteil, daß durch dieselben nicht ohne weiteres eine durch den Regler bestimmte eindeutige Lage des beweglichen Teiles des Servomotors bewirkt wird, weil eben die Beeinflussung des Servomotors einzig und allein von der Geschwindigkeit der Bewegung des Hilfsorgans, z. B. der Pendelmuffe, und nicht von der Lage desselben abhängig ist. Man hat deshalb schon diesem Übelstand dadurch begegnet, daß neben der in der beschriebenen Weise wirkenden Steuerung eine zweite entsprechend kleiner bemessene Steuerung angeordnet wurde, welcher die Aufgabe zufällt, die erforderliche oder · gewünschte Abhängigkeit der Stellung des beweglichen Teiles des Servomotors von derjenigen des Reglers zu sichern. Das Hinzukommen einer zweiten Steuerung bedeutet natürlich an sich schon einen Nachteil, wozu noch kommt, daß die zweite Steuerung, weil nur von der Lage des Reglers abhängig, aus bekannten Gründen zu Schwingungen beim Regelungsvorgang führen kann.

Diesen Nachteilen begegnet eine Steuerung nach! vorliegender Erfindung. Eine beispielsweise Ausführungsform; der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι eine schematische Darstellung der gesamten Steuerung, bei welcher ein hydrau-

lischer Servomotor, der zur Regelung einer Kraftmaschine dient, durch einen Fliehkraftregler beeinflußt wird;

Abb. 2 zeigt eine Einzelheit dieser Steuerung in größerem Maßstab, und

Abb. 3 zeigt Diagramme, welche die Wirkungsweise der Steuerung veranschaulichen, ι bezeichnet einen Servomotorzylinder, in welchem ein Kolben 2 beweglich ist. Letzterer ist durch eine Kolbenstange 3 und Laschen 4 mit einem Hebel 5 verbunden, welcher die Bewegung des Servomotorkolbens 2 auf eine Hauptregulierwelle 6 überträgt, von der aus in geeigneter Weise die Regelungsorgane der Kraftmaschine, z. B. ein Dampfeinlaßventil, bewegliche Leitscbaufeln o. dgl., verstellt werden. Die Druckverteilung auf die beiden Seiten des Kolbens 2 wird durch einen Steuerschieber 7 beherrscht, der in einem Gehäuse 8 beweglich angeordnet ist und am Rande Nuten 40 aufweist. Der Schieber 7 bildet das Steuerorgan für den Servomotor i, 2. Das Gehäuse 8 erhält Druckflüssigkeit durch eine Leitung 9, während Stutzen 10 und 11 zur Ableitung der verbrauchten Druckflüssigkeit dienen. Im Gehäuse 8 vorgesehene Ringkanäl'e 12 und 13 sind durch. Leitungen 14 und 15 mit dem Raum i¹ bzw. i² des Zylinders 1 verbunden. Der Steuerschieber 7 ist durch! eine Verbindungsstange 16 starr mit dem Gehäuse 17 eines Kataraktes verbunden, dessen Kolben 18 durch eine Stange 19 an das äußere Ende 20 eines Steuerhebels 21 angelenkt ist, der um einen festen Drehzapfen 22 beweglich ist und unter Vermittlung einer Muffe 24 von einem Fliehkraftregler 25 bewegt werden kann. Letzterer wird in bekannter, nicht gezeigter Weise von der Kraftmaschine aus angetrieben.

Die Verbindungsstange 16 besitzt einen abgesetzten Teil 26 (Abb. 2), welcher an beiden Enden durch die Anschläge 27 und 28 begrenzt ist. Innerhalb der Verengung 26 befinden sich zwei Teller 30 und 31, zwischen welchen eine Feder 32 eingespannt ist. Durch die Spannung dieser Feder 32 werden die Teller 30 und 31 für gewöhnlich gegen Anschlagflächen 33 und 34 am Steuers chi ebergehäuse 8 gepreßt. In der Mittelstellung des Steuerschiebers 7 besteht zwischen dem Anschlag 27 und dem Teller 30 einerseits, sowie zwischen dem Anschlag 28 und dem Teller 31 anderseits, ein geringes Spiel {x und y, Abb. 2), um dessen Betrag der Steuerschieber 7 nach oben oder unten bewegt werden kann, ohne daß ein Widerstand der Feder 32 zu überwinden ist.

Im Kataraktgehäuse 17 sind Federn 41, 43 angeordnet, welche sich einerseits am oberen bzw. unteren Boden des Gehäuses 17, anderseits an einem Ring 35 bzw. 36 abstützen. Die Ringe 35, 36 liegen, wenn der Kolben 18 j mit Bezug auf das Gehäuse 17 in der Mittel- ; stellung sich befindet, auf durch eine Verengung · des Gehäuses: 17 gebildeten An- ^: schlagen 42 auf, so daß der Kataraktkolben 18 in der genannten Mittelstellung gegenüber dem Gehäuse 17 festgehalten wird. Die Spannung dieser Federn 41, 43 ist etwas geringer als diejenige der Feder 32. Im Kataraktkolben 18 ist eine kleine Bohrung 37 vorhanden, durch welche die Kataraktflüssigkeit von einer Seite des Kolbens 18 auf die andere gelangen kann.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Steuerung sei nunmehr an Hand der Abbildungen erklärt. In Abb. 3 sind als Abszissen ί von links nach rechts die Zeit t des Regulier-Vorganges, als Ordinaten einmal die Öffnung 0 dler Haupteinlaßorgane der Kraftmaschine, sodann die Umlaufszahl η dieser Maschine aufgetragen. Bis zur Zeit t_t herrsche ein Beharrungszustand mit einer öffnung O₁ der Haupteinlaßorgane und der Umlaufs-I" zahl M₁. Zur Zeit J₁ werde dieser Beharrungszustand der Maschine infolge einer Entlastung der letzteren unterbrochen. Es tritt infolgedessen augenblicklich eine Beschleunigung der Maschine auf. Es hebt sich daher die Muffe 24 des Fliehkraftreglers 25, und der Hebel 21 wird angehoben, wobei er sich um seinen Drehzapfen 22 bewegt. Im Beginn der Aufwärtsbewegung des Hebels 21, wobei er vermittels der Stange 19 den Kataraktkolben 18 mitnimmt, wird infolge dter Spannung der oberen Feder 41 im Katarakt das Kataraktgehause 17 samt dem damit verbundenen Steuerschieber 7 ebenfalls angehoben. Sobald jedoch der Anschlag 28 am Teller 31 zum Anliegen kommt, kann eine Weiterbewegung des Steuerschiebers 7 nach oben nur , unter Überwindung der Spannung der Feder 32 erfolgen, also nur dann, wenn über dem Kataraktkolben 18 ein Druck herrscht, der zusammen mit der Spannung der oberen Feder 41 eine Verstellkraft ergibt, die größer ist als der infolge Spannung der Feder 32 entstehende und der Auslenkung des Schiebers 7 entgegenwirkende Widerstand. Nun ist der Druck über dem Kataraktkolben 18 einzig und allein abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Kolben 18 sich im Gehäuse 17 nach aufwärts bewegt. Je größer diese Geschwindigkeit, ein desto höherer Druck ist natürlich erforderlich, um die verdrängte Kataraktflüssigkeit durch die Bohrung 37 im¹ Kolben 18 zu pressen. Sobald die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Kolben 18 aufwärts bewegt, unter ein gewisses Maß sinkt, wird der Druck über dem Kolben 18 so gering werden, daß der Steuer-

schieber 7 unter dem Einfluß der Feder 32 nach unten, & Ji. gegen seine Mittellage hin, zurückgedrängt wird. Durch' geeignete Wahl der Federspannungen und des Durchmessers der Bohrung 37 im· Kolben 18 hat man es in der Hand, dieses Zurückdrängen des Steuerschiebers 7 im gewollten Augenblick zu bewirken. Zweckmäßig wird man die Verhältnisse so wählen, daß der Steuerschieber 7 von der Zeit t_t bis zur Zeit t₂ (Abb. 3) vollständig ausgelenkt bleibt und etwa zur Zeit L, zu welcher die "Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung¹ des Kolbens 1.8 schon wesentlich abgenommen hat, zurückzugehen beginnt, und wiederum annähernd in seiner Mittellage ist, ' wenn der Scheitelpunkt M₃ der «-Kurve erreicht ist, was zur Zeit.i₃ der Fall ist. Unter dem Einfluß der Steuerung ist während der Zeit von t_x bis i_s Druckflüssigkeit der rechten Seite des Servomotors 1, d.h. dem Raum i¹ zugeführt worden, während gleichzeitig der Raum i² mit dem Ablauf verbunden gewesen ist. Infolgedessen hat sich! der Kolben 2 von rechts nach links verschoben und dadurch die öffnung der Haupteinlaßorgane der Maschine vom Betrag O₁ auf den Betrag o_s verringert. Zur Zeit t_a findet keine Beschleunigung der Maschine mehr statt, und die Maschine läuft, wenigstens unter gewissen Voraussetzungen, mit d'er richtigen, der neuen Belastung entsprechenden Füllung, doch ist die Umdrehungszahl η derselben augenblicklich noch zu hoch.

Der Steuerschieber 7 ist, wie oben erklärt wurde, beim Aufhören der Beschleunigung der Maschine unter dem Einfluß der Feder 32 nach unten zurückgegangen, und die rasche Bewegung¹ des Kolbens 2 nach links ist unterbrochen -worden. Der Steuerschieber 7 geht aber unter dem Einfluß der Feder 32 nur so weit nacihi unten zurück, bis der Teller 31 am Anschlag 34 des Gehäuses 7 zum Aufsitzen kommt. Der Steuerschieber 7 bleibt dann unter dem Einfluß der gespannten oberen

+5 Feder 41 im Katarakt 17, 18 um den geringen Betrag des Spieles, dias in der Mittelstellung des Steuerschiebers 7 zwischen dem Absatz 28 der Verbindungsstange 16 und dem Teller 31 vorhanden ist, nach oben verschoben.

Hierdurch bleiben die am Rande des Steuerschiebers 7 angebrachten Nuten 40 noch in Wirkung und der Kolben 2 wird ganz langsam weiter im' Sinne der Verringerung der Maschinenfüllung nach links bewegt. Als Folge hiervon ergibt sich ein Abnehmen der Geschwindigkeit, wodurch in bekannter Weise kurz nachl dem Überschreiten des Gipfelpunktes n_s der «-Kurve, z. B. zur Zeit i₄, der Steuerschieber 7 auch um den geringen Betrag, den er nach dem Zurückgehen unter dem Einfluß der Feder 32 noch nach oben verschoben war, zurückgestellt, & h. in seine Mittellage zurückgeführt wird, was die vollständige Unterbrechung der Schließbewegung des Kolbens 2 bewirkt. Die Zurückführung auf die Geschwindigkeit H₁ erfolgt hierauf ebenfalls in bekannter Weise.

Wenn die Umlaufszahl der Maschine, z. B. infolge einer Belastungszunahme, abnimmt, vollzieht sich sinngemäß der Regelungsvorgang im umgekehrten Sinne.

Die Steuerung kann in baulicher Hinsicht Veränderungen unterworfen werden, ohne daß dadurch das Wesen der Erfindung berührt wird. So· kann z. B. dafür gesorgt werden, daß auf jeden der Teller 30, 31 eine besondere Feder einwirkt, in welchem Falle dann zwischen diesen Tellern ein mit der Verbindungsstange 16 fest verbundenes Glied anzubringen ist.

Die Hauptregulierwelle 6 kann anstatt der Regelungsorgane einer Kraftmaschine z. B. auch Organe beeinflussen, welche zur Dämpfung schwingender Bewegungen von Körpern, z. B. der Rollbe-wegungen von Schiffen dienen.

Claims (1)

1. P ATENT-An SPRuc η :

   Steuerung eines Servomotors, dessen Steuerorgan durch einen Regler unter Vermittlung eines nachgiebigen Gliedes (Katarakt o. dgl.) bewegt wird, und durch besondere, von der Bewegung des Servomotorkolbens unabhängige, im Sinne der Einstellung in die Mittellage wirkende Hilfsmittel (Federn oder Gewichte) kraftschlüssig belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung dieser Hilfsmittel (30, 31, 32) derart begrenzt ist, daß das Steuerorgan (7) aus seiner Mittellage um einen verhältnismäßig geringen Betrag bewegt werden und eine kleine Steueröffnung aufschließen kann, bevor die Hilfsmittel (30,31,32) auf dasselbe zur Einwirkung kommen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.