DE600855C - Umschaltbare Einrichtung zur statischen und isodromen Regelung fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
2. AUGUST 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 600855 KLASSE 14 g GRUPPE 3oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Dezember 1931 ab

Jeder Regelvorgang muß, abgesehen von den seltenen Fällen der Selbstregelung, durch die bekannte Rück- oder Nachführeinrichtung beendet werden, um Pendelungserscheinungen zu verhindern. Der einfachste Fall einer derartigen Regelung ist die statische Regelung. Bei dieser sind Regler, HilfsSteuerung und Hilfskraftmaschine oder Ventil in der Weise miteinander gekuppelt, daß bei der durch den Regler eingeleiteten Verstellbewegung die hierbei aus ihrer Decklage herausgeschobene Steuerung der HilfsSteuerung wieder zur Deckung gebracht wird. Jeder Stellung des Reglers entspricht eine bestimmte

ig Stellung des Regelorgans entsprechend dem Ungleichförmigkeitsgrad der Regelung. Geht man davon aus, daß der Regler ein Geschwindigkeits- oder Drehzahlregler ist, so ist eine Veränderung der Treibmittelzufuhr nur dann möglich, wenn eine bleibende Drehzahländerung vorhanden ist.

Beim Parallelarbeiten mehrerer elektrischer Stromerzeuger, von denen mindestens einer zur Frequenzhaltung dient, ist bei den übrigen Maschinen eine nennenswerte Drehzahländerung nicht möglich. Will man in diesem Falle die Leistung einer solchen Maschine verändern, so muß man mit Hilfe der Drehzahlverstellung im Reglergestänge eingreifen, um bei gleichbleibender Stellung des Reglers eine Veränderung in der Stellung des Regelorgans herbeizuführen. In diesem Falle ist im Gegensatz zu dem ersten erläuterten Fall einer bestimmten Stellung des Reglers eine beliebige Stellung des Regelorgans durch Ver-Schiebung der Kennlinie zugeordnet.

Den Gegensatz zur statischen Regelung bildet die isodrome Regelung. Diese arbeitet im Gegensatz zur statischen Regelung nicht mit einem bleibenden, sondern mit einem vorübergehenden Ungleichförmigkeitsgrad. Sie bewirkt ähnlich wie im Falle der Regelung über die Drehzahlverstellung, daß ein und derselben Stellung des Reglers beliebige Stellungen des Regelorgans zugeordnet sein können. Grundsätzlich läuft sie darauf hinaus, daß die zunächst statische Rückführung wieder rückgängig gemacht wird, so daß also dem durch den Regler hervorgerufenen Regelvorgang gewissermaßen ein zweiter, von der Rückführung her wirkender Regelvorgang überlagert wird.

Alle diese Zusammenhänge sind bekannt und sind nur zum Verständnis der nach-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Kurt Halle in Berlin-Zehlendorf.

folgenden Ausführungen nochmals kurz erwähnt.

Weder die statische noch die isodrome Regelung einer Kraftmaschine bieten grundsätzliche Schwierigkeiten, soweit sie allein an der Maschine vorgesehen sind. Dagegen tritt eine schwierige Aufgabe auf, wenn es sich darum handelt, die Regelung so auszubilden, daß man beliebig von statischer auf ίο isodromer Regelung und umgekehrt übergehen kann unter der Voraussetzung, daß bei einer derartigen Umschaltung nichts an der augenblicklichen Leistung der Maschine geändert werden darf. Ebenso soll durch eine mehrmalige Umschaltung nicht etwa der Fall eintreten, daß eine der Endlagen der Steuerung erreicht und damit die Regelung unmöglich' gemacht wird.

Man könnte zunächst daran denken, bei der bekannten isodromen Rückführung mit Ölbremse und Pufferfeder zum Übergang auf statischen Betrieb die Ölbremse fest zu stellen, so daß sie als starres Maschinenglied wirkt. Wenn man von der sich mit der Lage der Steuerungsteile ändernden Kraft der Pufferfeder absieht, was zunächst zulässig erscheint, so könnte man nach Feststellung der Ölbremse an sich einen statischen Betrieb durchführen. Jedoch würde beim Übergang vom statischen auf isodromen Betrieb nicht die Bedingung erfüllt sein, daß die Leistung sich nicht ändert, denn bei einer bestimmten Last der Maschine ist die Pufferfeder um einen bestimmten Betrag zusammengedrückt oder auseinandergezogen. Löst man jetzt die Feststellung der Ölbremse, so wirkt sich die in der Pufferfeder aufgespeicherte Kraft aus und führt zu einer Verstellung des Steuergestänges, also zu einer Veränderung der Leistung. Dieser an sich einfache Weg zur Umschaltung von statischem auf isodromem Betrieb und umgekehrt ist also für die angegebene Voraussetzung nicht brauchbar. Ein Abkuppeln des Federsystems, das vielleicht die eben erläuterten Schwierigkeiten beseitigen würde, ist deshalb nicht möglich, weil dann die bereits erwähnte Möglichkeit besteht, daß bei mehrmaliger Umschaltung eine der Endlagen der Regelvorrichtung erreicht wird.

Betrachtet man sich eine statische Regelvorrichtung aus Regler, HilfsSteuerung und Hilfskraftmaschine, und nimmt man an, daß die Drehzahl gleichbleibend gehalten werden soll, selbst wenn die Leistung sich ändert (Eingriff über die Drehzahlverstellung), so erkennt man, daß der der Drehzahlverstellung unterstellte Steuerungsteil gewissermaßen mit seiner jeweiligen Stellung die Leistung der Maschine abbildet. Von dieser Tatsache wird bei der Erfindung Gebrauch gemacht. Diese besteht darin, daß der Steuerteil, dessen Stellung bei statischem Betrieb und gleichbleibender Drehzahl jeweils einer bestimmten Leistung der Maschine entspricht, durch eine Hilfskraftmaschine in Abhängigkeit von einer beim Regelvorgang auftretenden Änderung einer Betriebsgröße bis zur Wiederherstellung des Regelwertes, dessen Änderung den Regelvorgang einleitete, verstellt wird. Das bedeutet, daß, solange die Steuerungsteile im Isodrombetrieb bei einer bestimmten Leistung und einer bestimmten Drehzahl nicht dieselbe Stellung eingenommen haben, wie beim statischen Betrieb bei gleicher Leistung und Drehzahl keine Umschaltung ohne Laständerung möglich ist, auch könnte in diesem Falle nicht das Erreichen einer der Endlagen der Steuerung verhindert werden.

Die allgemeine Aufgabe, nämlich durch eine Hilfsmaschine eine identische Stellung beim Isodrombetrieb zu einer Stellung beim statischen Betrieb herbeizuführen, läßt sich auf verschiedenen Wegen verwirklichen. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob die Hilfsmaschine ein Elektromotor oder eine hydraulische oder pneumatische oder irgendeine andere Hilfsmaschine ist. An Hand der Abbildungen werden Ausführungsformen mit verschiedenen Hilfsmaschinen beschrieben werden.

In der Abb. 1 ist eine Regelvorrichtung mit Elektromotoren schematisch dargestellt. Das Ventil 1 soll vom Drehzahlreglern entweder statisch oder isodrom geregelt werden. Zu seiner Verstellung ist eine Hilfskraftmaschine 3 und eine HilfsSteuerung, bestehend aus dem Steuerstift 4 und der Steuerhülse 5, vorgesehen. Hilfskraftmaschine 3 einerseits und Regler 2 und Steuerstift 4 andererseits sind über das Gestänge 6, 7, 8 miteinander verbunden. An der Stange 7 ist die Stange 9 eines Federpuffers mit der Feder

10 und dem Zylinder 11 angelenkt. Der Zylinder 11 gleitet mit einer Führung 12 in einer Hülse 13, in die am unteren Ende eine Gewindespindel 14 eingeschraubt ist. Die Büchse 13 ist mit Feder und Nut in einem Schneckenrad 15 geführt, das durch einen Motor 16 angetrieben werden kann. Spindel 14 und Hülse 5 sind über die Stange 17 mit dem Drehpunkt 18 miteinander verbunden. Die Hülse 5 kann durch einen Motor 19 gehoben oder gesenkt werden.

Beim statischen Betrieb soll der Federpuffer ι ο, 11 ausgeschaltet sein. Zu diesem Zweck ist an der Hülse 13 eine lösbare Kupplung für die Verlängerung 12 des Zylinders

11 vorgesehen, die schematisch durch eine Feststellschraube 20 angedeutet ist. Diese ist bei statischem Betrieb gelöst. Soll die Maschine entlastet werden, so wird durch den

Motor 19, der in diesem Falle als Drehzahlverstellmotor arbeitet, die Hülse 5 angehoben, so daß die Leitung 21 mit der Druckölleitung 22 in Verbindung gesetzt wird. Der Kolben 3 wird von oben her mit Drucköl beaufschlagt und das Ventil 1 weiter geschlossen. Die Rückführung wirkt in diesem Falle über das bereits erwähnte Gestänge 6, 7, 8 auf den Steuerstift 4, der der Hülse 5 nachgeführt wird, bis wieder die Decklage erreicht ist. Der Drehpunkt 23 ist hierbei in die Stellung 23' gelangt, ebenso der Drehpunkt 24 in die Stellung 24', der Punkt 25 in die Stellung 25' und der Punkt 26 in die Stellung 26'. Gleichzeitig ist aber auch der Punkt 27 in die Lage 27' gekommen. Somit hat die aus dem Federpuffer und der Hülse 13 bestehende Vorrichtung eine Bewegung ausgeführt. Es ist aber innerhalb dieser Vorrichtung selbst keine Relativbewegung aufgetreten, denn durch die entsprechende Bemessung der Gestänge des Gelenkviereckes ist die vorübergehende Relativverschiebung zwischen der Verlängerung 12 des Kolbens 11 und der Hülse 13 wieder ausgeglichen. Vorausgesetzt ist dabei, daß sich die Drehzahl bei diesem Regelvorgang nicht geändert hat, was dadurch ermöglicht wird, daß die Maschine parallel zu einer anderen Maschine arbeitet, welche die Drehzahl hält. Die Tatsache, daß trotz der Gesamtverschiebung des Gelenkviereckes an der relativen Lage der Steuerungsteile nichts geändert wurde, ermöglicht nun einen stoßfreien Übergang von statischer Regelung auf isodrome Regelung. Zu diesem Zweck ist es nämlich zunächst nur erforderlich, die mit 20 bezeichnete Kupplung zwischen den Teilen 12 und 13 herzustellen, dann ist die Isodromregelung ohne Kraftausgleich und ohne Änderung von Gestängelängen in die Regelvorrichtung eingegliedert. Es würde aber, wenn jetzt ein neuer Regelvorgang einsetzt, noch keine isodrome Rückführung vorhanden sein. Diese wird dadurch ermöglicht, daß man die Funktion des Motors 19 verändert. Während er bisher als Drehzahlverstellmotor diente, wird er jetzt umgeschaltet, um die Nachgiebigkeit der Isodromregelung herzustellen. Zu diesem Zweck wird der Federpuffer mit einer elektrischen Schalteinrichtung für den Motor 19 ausgerüstet, die in der Abb. ia in vergrößertem Maßstabe herausgezeichnet ist. An der Stange 9 wird ein Kontakthebel 28 befestigt, der mit Kontakten 29, 29' am Pufferzylinder 11 zusammenarbeitet.

Zur Erläuterung der Wirkung dieser Anordnung sei wieder der Fall der Entlastung der Maschine gewählt. Diese ruft eine vorübergehende Drehzahlsteigerung hervor, die sich in einer Abwärtsbewegung des Steuerstiftes 4 auswirkt. Es wird wieder die Leitung 21 an die Druckleitung 22 angeschlossen und das Ventil 1 abwärts 'bewegt. Zunächst erfolgt wieder eine Rückführung über das Gestänge 6, 7, 8, und zwar in dem Sinne, daß der zunächst abwärts bewegte Steuerstift 4 wieder angehoben wird. Gleichzeitig wird aber der Punkt 27 abwärts gedrückt, so daß zwischen dem Kontakthebel 28 und einem der Kontakte 29' ein Stromkreis für den Motor 19 geschlossen wird. Die durch ihn hervorgerufene Bewegung der Hülse 5 muß so verlaufen, daß sie der Rückführbewegung über das Gestänge 6, 7, 8 entgegenwirkt, d. h. einen Steuerungsvorgang einleitet, der im Sinne des Regelvorganges verläuft. Die "Hülse 5 wird also angehoben, und zwar so weit, daß durch die Übersetzung über die Stange 17 und die Hülse 13 die Hülsen so weit gesenkt wird, daß die Spannung der Feder 10 wieder ihren ursprünglichen Wert erreicht. Ist das der Fall, dann ist die vor dem Regel Vorgang vorhandene Drehzahl wieder hergestellt.

Es war als Wesen der Erfindung bezeichnet, daß bei der isodromen Regelung durch einen Motor, also den Motor 19, wieder dieselbe Lage der Steuerungsteile herbeizu-) führen ist, wie bei statischer Regelung- bei gleicher Drehzahl und gleicher Leistung. Betrachtet man sich die Lage des Gestänges jetzt nach der Durchführung der isodromen Regelung, so findet man, daß die Punkte 23' bis 26' wieder dieselbe Lage wie vorher bei der statischen Regelung eingenommen haben, daß also die gestellte Aufgabe durch diese Anordnung verwirklicht ist, und zwar mit einer besonders einfachen Ausführungsform deshalb, weil man dem Motor 19 ioo je nach der Art der Regelung zwei Funktionen zuweist, nämlich bei statischer Regelung die Funktion der Drehzahlverstellung, bei isodromer Regelung die Funktion eines Ausgleichsmotors für die Nachgiebigkeit der Rückfüh- rung. iUso auch beim Isodrombetrieb wird wie beim statischen Betrieb die Leistung in der Stellung der Hülse 5 abgebildet.

Da der Motor 19 bei Übergang zu isodromer Regelung seine Funktion ändert, so ist es nicht möglich, ihm während dieses Betriebes die Funktion der Drehzahlverstellung zuzuweisen. Hierfür ist vielmehr der bereits erwähnte Motor 16 vorgesehen. Es wurde bereits erläutert, daß während eines Verstell-Vorganges sich die relative Lage zwischen der Verlängerung 12 des Zylinders 11 und der Hülse 13 ändert. Betrachtet man den statischen Betrieb unter dem Gesichtspunkt, daß nicht von der Drehzahlverstellung aus die Drehzahl gleichbleibend gehalten wird, sondern daß der Regelvorgang durch eine Ver-

änderung in der Stellung des Drehzahlreglers 2 hervorgerufen wurde, so ist -das Maß der Relativverschiebung zwischen den Teilen 12 und 13 gewissermaßen ein Maß für die Drehzahländerung. Von dieser Erkenntnis kann man Gebrauch machen, um für den Isodrombetrieb eine Drehzahländerung herbeizuführen, indem man durch den Motor 16 jetzt die Spindel 14 mehr in die Hülse 13 hineinschraubt oder weiter aus dieser herausschraubt. Bei diesem Verstellvorgang ändert sich die Länge 27, 26, und es muß sich jetzt infolgedessen auch der Abstand 24, 25 ändern. Um Deckstellung des Steuerstiftes 4 gegenüber der Hülse 5 zu erzielen, muß der Ausgleich über das Gestänge 8, d. h. also über eine Drehzahländerung erfolgen.

Für Kraftmaschinenregler wird vielfach eine Möglichkeit der Veränderung des Ungleichförmigkeitsgrades verlangt, die man durch Änderung in der Rückführübersetzung herbeiführen kann. An dem beschriebenen Gelenkviereck darf jedoch nichts geändert werden, da sonst das Regelgesetz gestört würde, d. h. der Übergang von statischer zu isodromer Regelung und umgekehrt unmöglich wäre. Deshalb ist die Änderung des Übersetzungsverhältnisses aus dem Gelenkviereck heraus in die Verstellvorrichtung 30 verlegt.

In der Abb. 2 ist dieselbe Vorrichtung dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß der Motor, der die Nachgiebigkeit der isodromen Regelung schafft, durch den Federpuffer selbst gebildet wird, während ein weiterer, in diesem Falle als Elektromotor ausgebildeter Motor zur Drehzahlverstellung sowohl beim statischen als beim isodromen Betrieb dient. Die Hülse 31, der der Steuerstift zugeordnet ist, ist in einer Spindel 34 befestigt, die mit Feder und Nut 35 in einem Schneckenrad 36 geführt wird. Das Schneckenrad 36 wird vom Elektromotor 37 angetrieben. Der Gewindeteil 38 der Spindel 34 wird von einer Gewindeklauenkupplung 39 und der Gewindeteil 40 von einer Gewindeklauenkupplung 41 umfaßt. Am Kupplungsteil 41 ist über die Stange 42 der Kolben 43 einer Ölbremse angelenkt, an dem der Zylinder 44 eines Federpuffers mit der Feder 45 befestigt ist. Die Federstange 46 ist an der Stange 47 des Reglergestänges angelenkt. Bei statischem Betrieb ist die Kupplung 39 eingelegt und die Kupplung 41 gelöst. Gleichzeitig ist der Hahn 48 in einer Umführungsleitung 49 der Ölbremse geöffnet, so daß diese keine besondere Wirkung ausübt. Bei einer Entlastung der Maschine wird — unter der Voraussetzung, daß die Drehzahl gleich bleiben soll — durch den Motor 37 über die Spindel und den Gewindeteil 38 die Hülse 31 anigehoben, so daß Drucköl aus der Leitung 50 j über die Leitung 51 in den Raum 52 oberhalb ! des Kolbens 53 gelangen kann, so daß das Ventil 54 weiterschließt. Bei dieser Bewegung wird über das Gestänge 55, 47, 56 der Steuerstift 57 angehoben, bis die Decklage zwischen Steuerstift 57 und Hülse 31 wieder hergestellt ist. Infolge der Abwärtsbewegung des Ventils 54 wurde auch der Zylinder 44 durch die Stange 46 über die Feder 45 abwärts geschoben und dadurch der Kupplungsteil 41 angehoben. Wird jetzt auf Isodrombetrieb umgeschaltet, so wird die Kupplung 39 gelöst und dafür die Kupplung 41 eingelegt. An dem die Regelung bestimmenden Gelerikviereck wird bei diesem Übergang auf Isodrombetrieb nichts geändert. Es tritt infolgedessen auch keine Laständerung ein. Zur Wirkungsweise der Isodromregelung sei wieder der Fall der Entlastung herangezogen. Es_-tritt zunächst ein kurzzeitiger Drehzahlanstieg ein, der zu einer Abwärtsbewegung des Steuerstiftes 57 führt. Der Kolben 53 wird abwärts bewegt und damit wieder über die Stange 46 eine Kraft auf die Feder 45 ausgeübt. Da jedoch bei diesem Betriebsfall das Ventil 48 geschlossen ist, so kommt die Bremswirkung der Ölbremse 43 zur Geltung. Zunächst war, wie bereits beschrieben, über das Gestänge 47, 56 eine Rückführbewegung eingeleitet worden, d. h. der zunächst nach abwärts gegangene Steuerstift 57 wurde angehoben. Damit nun wieder die ursprüngliche Drehzahl erreicht werden kann, muß das Ventil 54 weiter geschlossen werden. Das geschieht jetzt durch die Kraft der gespannten Feder 45, welche über den Hebel 42 die Spindel 34 und damit die Hülse 31 anhebt, also die Verbindung zwischen der Druckölleitung 50 und der Steuerleitung 51 aufrechterhält. Dieser Vorgang verläuft so lange, bis der Drehzahlregler wieder seine Ausgangsstellung eingenommen hat, d. h. die Teile 31 und 57 ihre Decklage erreicht haben. Dann hat das Gelenkviereck bei gleicher Leistung und gleicher Drehzahl im isodromen Betrieb die gleiche Lage eingenommen wie bei gleicher Leistung und gleicher Drehzahl beim statischen Betrieb. Der Motor 44, 45 no greift also auch in diesem Falle an einem Teil der Steuerung an, dessen Lage bei statischem Betrieb und gleichgehaltener Drehzahl ein Bild für die Leistung der Maschine ist. Soll bei isodromem Betrieb die Drehzahl der Maschine verändert werden, so ist das auch wieder mit Hilfe des Motors 37 möglich, der die Hülse 31 zu verschieben gestattet. Da auch bei dieser Art der Drehzahlverstellung wieder eine Seite des Gelenkvierecks in ihrer Länge verändert wird, so ist der' Gleichgewichtszustand erst hergestellt, wenn die

Längenänderung durch eine Drehzahländerung ausgeglichen ist.

Die Steuerung nach der Abb. 3 läßt sich auf die Steuerung nach der Abb. 1 zurückführen. An der Hülse 5, die zum Steuerstift 4 gehört, greift wieder ein Motor 19 an, der bei statischem Betrieb als Drehzahlverstellmotor und bei Isodrombetrieb als Ausgleichsmotor zur Erzielung der Nachgiebigkeit dient.

Weiter findet sich der Motor 16 wieder, der bei statischem Betrieb als Ausgleichsmotor und bei Isodrombetrieb als Drehzahlverstellmotor dient. Herausgefallen ist jedoch der Federpuffer mit der elektrischen Steuerung für den Motor 19. Dafür ist eine Hilfssteuerung58,59 vorhanden, die ähnlich wie der Federpuffer nach der Abb. 1 in das Gelenkviereck eingeschaltet ist. Diese Hilfssteuerung dient zur Verstellung eines Regelanlassers für die Motoren 16 und ig, wie an Hand der Abb. 4 im einzelnen erläutert werden soll. Die Wirkungsweise dieser Anordnung sei zunächst wieder bei statischem Betrieb, und zwar für den Fall der Entlastung der Maschine beschrieben. Hierbei wird durch den Motor 19 die Hülse 5 angehoben, so daß eine Verbindung zwischen der Druckleitung 22 und der Steuerleitung 21 hergestellt wird. Der Kolben 3 wird von oben her mit Drucköl beaufschlagt und das Ventil 1 weiterge;-schlossen. Bei der Abwärtsbewegung des Ventilgestänges wird über das Rückführgestänge 6, 7, 8 der Steuerstift 4 angehoben, bis er wieder zur Decklage mit der Hülse 5 gekommen ist. Gleichzeitig mit der Aufwärtsbewegung der Hülse 5 war infolge der Kupplung über den Hebel 17 die Hülse 59 abwärts bewegt worden. Es kann zunächst einmal der Einfachheit halber angenommen werden, daß hierdurch ein Regelvorgang für den Motor 16 noch nicht zustande gekommen sei. Dann wird während des Rückführvorganges der Steuerstift 58 der Hülse 59 nachgeführt, bis wieder Decklage erreicht ist. Sollte sich die Drehzahl der Maschine während des Regelvorganges geändert haben, so würde die Decklage zwischen den Teilen 58, 59 nicht erreicht sein, es würde also die Steuerleitung 61,62 mit der Druckleitung 60 in Verbindung sein.

Der noch zu beschreibende Regelanlasser würde verstellt werden, und der Motor 16 würde die Stellung der Teile 58, 59 berichtigen, bis wieder Decklage erreicht ist.
Das Gelenkviereck des Reglergestänges ist damit bei festgehaltenem Drehpunkt 63 in eine neue Stellung gekommen. Wird jetzt auf Isodrombetrieb umgeschaltet, so wird der Motor 16 vqh der HilfsSteuerung 58, 59 abgeschaltet und dafür der Motor 19 eingeschaltet. Es sei wieder der Fall der Entlastung der Maschine angenommen. Hierbei tritt ein kurzzeitiger Drehzahlanstieg ein, der zu einem Anheben des Punktes 63 und damit zu einer Abwärtsbewegung des Steuerstiftes 4 führt. Der Kolben 3 wird wieder von oben her mit Drucköl beaufschlagt und das Ventil 1 weitergeschlossen. Durch das Rückführgestänge 6, 7, 8 wird der vorher abwärts gegangene Steuerstift 4 wieder angehoben. Zur Erzielung einer nachgiebigen Rückführung muß jedoch die eben erläuterte statische Rückführung wieder aufgehoben werden. Das geschieht dadurch, daß beim Heben des Steuerstiftes 4 der Steuerstift 58 heruntergedrückt wird. Die Steuerleitungen 61 und 62 werden wieder freigegeben, und es wird jetzt der Motor 19 angelassen, während der Motor 16 stillsteht. Der Punkt 64 wird also zum festen Drehpunkt für die Stange 17. Die Drehrichtung des Motors 19 ist bei diesem Steuervorgang so, daß die hierdurch hervorgerufene Bewegung der Hülse 5 im Sinne der Regelbewegung verläuft. Die Hülse 5 muß also angehoben werden, damit die Verbindung zwischen den Leitungen 22 und 21 noch eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden kann. Der Steuerstift 58 war, wie bereits erwähnt, nach unten gedrückt worden. Da jetzt die Hülse 5 durch den Motor 19 aufwärts gezogen wird, so wird hierbei infolge der Kupplung über die Stange 17 die Hülse 59 nach unten gezogen. Die Ausgangs drehzahl ist erreicht, wenn sowohl der Steuerstift 4 mit der Hülse 5 als auch der Steuerstift 58 mit der Hülse 59 zur Decklage gekommen ist. Auch hier wieder ist die Aufgabe verwirklicht, daß während des Isodrombetriebes ein Motor an einem Teil angreift, dessen Stellung bei statischem Betrieb ein Abbild der Leistung der Maschine ist, und daß weiter beim Isodrombetrieb die ίου Steuerungsteile die gleiche Lage einnehmen, die sie bei gleicher Leistung und gleicher Drehzahl beim statischen Betrieb einnehmen wurden. Die Drehzahl kann, wie im Falle der Abb. 1 beim Isodrombetrieb, durch den Motor 16 verstellt werden, der den Punkt 64 in den eingezeichneten Pfeilrichtungen verschiebt.

Wenn man die Anordnungen nach den Abb. ι bis 3 betrachtet, so findet man, daß ihnen ein Merkmal gemeinsam ist, nämlich das, daß zur Steuerung des Isodrommotors während des Isodrombetriebes ein Steuerungsteil Verwendung findet, der lediglich während der vorübergehenden Drehzahländerung eine Bewegung ausführt, während er beim statischen Betrieb wirkungslos gemacht ist. Unter Anwendung, dieser Vorrichtung laßt sich nun eine Vereinfachung der ganzen Anordnung erzielen, wie es aus der -Abb. 4 hervorgeht. Es findet sich bei dieser Anordnung wieder der Leistungsregler 65, die HilfsSteuerung,

bestehend aus Steuerstift 66 und Hülse 67, die Hilfskraftmaschine 68 zur Verstellung des Ventils 69 und das Rückführgestänge 70, γι. An der Hülse 67 greift wieder der Drehzahlverstellmotor 72 an. Das Abweichende dieser Anordnung liegt darin, daß die in der Abb. 3 mit 58, 59 bezeichnete HilfsSteuerung jetzt unmittelbar mit dem Regler 65 verbunden ist. An der Muffe 73 ist der Steuerstift 74 angelenkt, dem die Steuerhülse 75 zugeordnet ist. An dieser greift der Motor 76 an, der bei statischem Betrieb als Ausgleichsmotor, bei Isodrombetrieb als Drehzahlverstellmotor dient. Es sei zunächst wieder der Fall der statischen Regelung behandelt, bei dem der Motor 7'2 vom Regler abgeschaltet, der Motor 76 dagegen eingeschaltet ist. Bei einer Entlastung der Maschine wird durch den Motor 72 die Hülse 67 abwärts gezogen und die Steuerleitung yj mit der Druckleitung 78 verbunden. Kolben 68 und Ventil 69 werden gesenkt. Bei dieser Bewegung wird auch der Steuerstift 66 nach unten gedruckt, also der Hülse 67 nachgeführt, bis die Decklage wieder erreicht ist. Der Motor 76 tritt beim statischen Betrieb in Tätigkeit, wenn eine Drehzahländerung eingetreten ist, und zwar verschiebt er dabei die Hülse 75 so, daß sie wieder zur Decklage mit dem Steuerstift 74 kommt.

Beim Isodrombetrieb wird der Motor 76 abgeschaltet und der Motor 72 auf den Regelanlasser geschaltet. Dieser enthält zwei durch Federn 79, 79' belastete Kolben 80, 80', die an einen Waagebalken 81 angreifen. Dieser trägt einen Kontaktarm 82, der auf Steuerkontakten 83 gleitet. Bei einem Drehzahlanstieg der Maschine wird sowohl der Steuerstift 74 als der Steuerstift 66 angehoben. Der Steuerstift 66 schließt die Steuerleitung yj an die Druckleitung 78 an, während der Steuerstift 74 die Steuerleitung 84 an die Druckleitung 85 und die Steuerleitung 86 an den Ablauf anschließt. Die Abwärtsbewegung des \^entils 68 führt zu einer Senkung des Steuerstiftes 66, so daß dieser das Bestreben hat, die Decklage gegenüber der Hülse 67 wieder einzunehmen. Dem wirkt aber der Motor 72 zunächst entgegen, denn bei vorübergehendem Drehzahlanstieg hatte der Regelanlasser ausgeschlagen und den Motor 72 so angelassen, daß die Hülse 67 abwärts gezogen, also im Sinne der Bewegung des Steuerstiftes 66 bewegt wird. Die ursprüngliche Drehzahl ist erst wieder erreicht, wenn der Steuerstift 66 seine Decklage gegenüber der Hülse 67 und der Steue-rstift 74 seine Decklage gegenüber der Hülse 75 erreicht hat.

Einen ähnlichen Aufbau wie die Steuerung nach der Abb. 4 zeigt die Steuerung nach der Abb. 5, nur mit dem Unterschied, daß die Einleitung der Bewegungsvorgänge nicht durch Elektromotoren, sondern durch hydraulische Maschinen erfolgt. Es handelt sich zunächst um den ganz normalen Aufbau einer Regelung mit Fliehkraftpendel 87, Steuerstift 88, Steuerhülse 89, Hilfskraftmaschine 90 und Ventil 91. Regler, Steuerstift und Hilfskraftmaschine sind über die Stange 92 miteinander gekuppelt. Die Hülse 89 ist an einem Kraftkolben 93 befestigt, der über Steuerleitungen 94, 94' und 95, 95' mit Öl versorgt werden kann. Die für die Durchführung der einzelnen Regel- und Steuerbewegungen erforderlichen Organe sind als Schieber dargestellt.

Wenn der Schieber 96 so eingestellt ist, daß keine der Leitungen 97, 97' mit der Zulaufleitung 98 und der Ablaufleitung 99 verbunden ist, und wenn weiter der Umschaltschieber 100 seine untere Lage eingenommen hat, so arbeitet der Regler im statischen Betrieb. Die "Drehzahl wird durch das Parallelarbeiten mit anderen Maschinen gleichbleibend gehalten. Wenn nun die Leistung der Maschine verringert werden soll, so muß die Steuerhülse 89 abwärts gezogen werden, damit die Druckleitung 101 mit der Steuerleitung 102 in Verbindung gesetzt und der Kolben 90 im Schließsinne des Ventils 91 von oben her mit Drucköl beaufschlagt werden kann. Der Kolben 93 muß also ebenfalls von oben her mit Drucköl beaufschlagt werden. Das geschieht, indem der Schieber 96 nach rechts bewegt wird, also die Zulaufleitung 98 mit der Leitung 94 in Verbindung gesetzt wird, während gleichzeitig die Leitung 95 in Verbindung mit der Ablaufleitung 99 kommt. Bei der Abwärtsbewegung des Ventils 91 wird, da der Drehpunkt 103 in Ruhe bleibt, der Steuerstift 88 der Hülse 89 nachgeführt, bis wieder Decklage erreicht ist. Sollte während dieses Regelvorganges eine Änderung der Drehzahl eingetreten sein, so wurde infolge der Bewegung der Muffe 103 der Steuerstift 104 je nach der Drehzahländerung aufwärts oder abwärts bewegt und dadurch der mit der Hülse 105 verbundene Kolben 106 mit Drucköl aus der Zulauf leitung 107 beaufschlagt. Die Bewegung des Kolbens 106 verläuft derart, daß die Bewegung des Steuerstiftes 104 durch Nachführung der Hülse 105 wieder ausgeglichen wird. Soll von statischem auf Isodrombetrieb übergegangen werden, so wird der Schieber 100 in die stark ausgezogene Lage gebracht. Jetzt sind es die vorübergehenden Drehzahländerungen der Maschine, welche den Regelvorgang einleiten. Es sei wieder der Fall der Entlastung der Maschine gewählt. Die Muffe 103 hebt sich an, hebt dabei den Steuerstift 88 und verbindet wieder die Druckleitung 102 mit der Druck-

leitung ιοί. Die Stange 92 sucht den Steuerstift wieder zurückzuführen. Da jedoch isodrome Regelung vorhanden ist, muß dieser Rückführbewegung entgegengewirkt werden, um die ursprüngliche Drehzahl der Maschine wieder herbeizuführen. Das geschieht über den mit dem Regler 87 gekuppelten Steuerstift 104. Dieser wird nämlich ebenfalls angehoben und stellt dadurch eine Verbindung von der Zulaufleitung 107 mit der Leitung 94' her. Der Kolben 93 wird abwärts geschoben und nimmt dabei die Hülse 89 mit, d. h. im gleichen Sinne der Rückführbewegung. Die Regelvorrichtung kommt erst dann wieder zur Ruhe, wenn sowohl der Steuerstift 104 gegenüber der Hülse 105 als auch der Steuerstift 88" gegenüber der Hülse 89 seine Decklage eingenommen hat. Will man im Isodrombetrieb die Drehzahl verstellen, so ist das mit Hilfe des Hahnes 96 möglich, durch den je nach seiner Einstellung der Kolben 106 von unten oder oben her mit Drucköl beaufschlagt werden kann, so daß die Steuerhülse 105 eine Verschiebungsbewegung erfährt, der gegenüber der Steuerstift 104 ebenfalls verschoben werden muß, bis wieder die Decklage erreicht ist.

In der Abb. 6 ist schließlich die Anwendung der Erfindung auf einen hydraulischen Regler mit Mengenschieber und Druckschieber dargestellt. Die Wirkungsweise dieses Reglers besteht kurz darin, daß die Mengenänderungen eines Steuermittels zur Abgabe der Regelimpulse herangezogen werden. Das Steuermittel wird von einer Pumpe 108 gefördert, die mit der zu regelnden Maschine gekuppelt ist. Im Regler verteilt sich der Strom des Hilfssteuermittels auf einen Teilstrom 109, der über ein Drosselorgan 110 geführt ist und einen zweiten Teilstrom 111, der einen Steuerquerschnitt 112 durchfließt. Die Größe dieses Querschnittes ist durch den Mengenschieber 113 bestimmt. Nach Vereinigung der beiden Teilströme im Raum 114 durchströmt der Gesamtstrom den Querschnitt 115, dessen Größe durch den Druckschieber 116 bestimmt wird. Hinter dem Regler kann der Flüssigkeitsstrom z. B. zu den Lagern fließen. Mit dem Mengenschieber 113 ist der Steuerstift 117 gekuppelt, dem eine Steuerhülse 118 zugeordnet ist. Diese ist über den Hebel 119 mit der Hilfskraftmaschine 120 des Ventiles 121 gekuppelt. Wenn infolge Drehzahlerhöhung der zu regelnden Maschine die Fördermenge der Pumpe 108 ansteigt, so entsteht im Raum 122 vor dem Mengenschieber 113 ein vorübergehender Druckanstieg, der den Mengenschieber 113 so weit abwärts schiebt, bis der durch Vergrößerung der Steueröffnung 112 hervorgerufene Druckabfall den vorangegangenen Druckanstieg ausgeglichen hat. Da auch im Raum 114 infolge der Vergrößerung der Fördermenge ein Druckanstieg auftritt, so wird der Druckschieber 116 angehoben, und zwar so weit, bis durch Vergrößerung der Steueröffnung 115 wieder der ursprüngliche Druck hergestellt ist. Bei Abwärtsbewegung des Mengenschiebers 113 war der Steuerstift 117 ebenfalls abwärts bewegt worden, so daß Drucköl aus der Zulauf leitung 123 über die Steuerleitung 124 in den Raum 125 oberhalb des Kolbens 120 gelangen und das Ventil 121 weiter schließen konnte. Infolge der Kupplung des Kolbens 120 mit der Hülse 118 wird bei diesem Bewegungsvorgang die Hülse 118 gesenkt, bis sie wieder in Decklage mit dem Steuerstift 117 gekommen . ist. Um nun der Maschine bei gleichbleibender Drehzahl eine andere Leistung zuweisen zu können, ist der Motor 126 vorgesehen, der mit der Drosselklappe 110 verbunden ist. Um die Maschine zu entlasten, muß auf den Mengenschieber 113 eine Kraft im gleichen Sinne wirken, wie sie bei einer Drehzahlerhöhung eintritt. Der Motor 126 muß also so verstellt werden, daß die Drosselklappe 110 weite'rschließt, so daß der Teilstrom 109 verkleinert und dafür der Teilstrom 111 vergrößert wird.

Bei Isodrombetrieb muß nun gemäß der Erfindung die Drosselklappe 110 verstellt werden, da diese ja das Glied der Steuerung ist, das bei gleichgehaltener Drehzahl mit seiner Stellung ein Abbild der Leistung gibt. Für diesen Zweck trägt der Druckschieber 116 einen Steuerstift 127, dem die Steuerhülse 128 zugeordnet ist. An dieser greift ein Motor 129 an. Im statischen Betrieb hat dieser Motor lediglich die Aufgabe eines Ausgleiches. Normalerweise soll nämlich, da die Drehzahl gleichgehalten wird, die Stellung des Druckschiebers 116 sich nicht ändern. Tritt jedoch einmal eine Drehzahländerung und damit eine Änderung der Fördermenge auf, so wird durch den Druckschieber 116 der Steuerstift 127 bewegt und hierdurch der Regelanlasser 130 (vgl. Abb. 4) verstellt, der in diesem Falle auf den Motor 129 geschaltet ist. Dieser verstellt die Hülse und gleicht hierdurch die Bewegung des Steuerstiftes 127 aus. Im Isodrombetrieb ist dagegen der Regelanlasser 130 auf den Motor 126 geschaltet. Jetzt werden die Regelimpulse von vorübergehenden Drehzahländerungen abgenommen. Es sei wieder der Fall der Entlastung der Maschine gewählt. Hierbei steigt die Fördermenge der Pumpe 108 an und die Steuerung des Ventiles 121 verläuft wie im Zusammenhang mit dem statischen Betrieb erläutert wurde. Gleichzeitig tritt aber auch die Steuerung 127, 128 in Tätigkeit, und zwar wirkt sie über den Regelanlasser 130

auf den Motor 126 und von diesem auf die Stellung der Drosselklappe 110. Da bei der isodromen Regelung der starren Nachführung gewissermaßen entgegengewirkt werden muß, so muß im Falle der Entlastung der Mengenschieber 113 so belastet werden, daß eine weitere Abwärtsbewegung über die Nachführung hinaus eingeleitet wird. Um aber den Schieber 113 weiter abwärts zu bewegen,

to muß der auf seiner Oberseite wirkende Druck nochmals vergrößert werden. Das läßt sich durch die Drosselklappe dann erreichen, wenn man sie weiter schließt, also den Teilstrom 109 verkleinert und dadurch den Teilstrom in vergrößert. Der Regel Vorgang ist dann beendet, wenn die Steuerhülse 118 wieder zur Decklage gegenüber dem Steuerstift 117 und

- der Steuerstift 127 zur Decklage gegenüber der Hülse 128 gekommen ist. Die Deckstellung zwischen 127 und 128 bedeutet jedoch, daß dann auch die gleiche Drehzahl wie vorher wieder erreicht ist. Die Drehzahlverstellung während des Isodrombetriebes erfolgt in diesem Falle über den Motor 129 durch Verstellung der Hülse 128. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß sowohl der Motor 126 als auch der Motor 129 Elektromotoren seien. Es wäre selbstverständlich auch möglich, diese Elektromotoren durch hydraulische Maschinen zu ersetzen, wie es z. B. im Zusammenhang mit der Abb. 5 erläutert wurde.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Umschaltbare Einrichtung zur statischen und isodromen Regelung für Kraftmaschinen, die insbesondere zum Antrieb elektrischer Stromerzeuger dienen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil (5), dessen Stellung bei statischem Betrieb und gleichbleibender Drehzahl jeweils einer bestimmten Leistung der Maschine entspricht, durch eine Hilfskraftmaschine (19) in Abhängigkeit von einer beim Regelvorgang auftretenden Änderung einer Betriebsgröße (z. B. der Treibmittelzufuhr) bis zur Wiederherstellung des Regelwertes (z.B. der Drehzahl), dessen Änderung den Regelvorgang einleitete, verstellt wird (Isodrommotor).
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit Verstellung des Regelorganes durch eine HilfsSteuerung mit Steuerstift und Steuerhülse, gekennzeichnet durch eine an einem dieser Teile (Hülse 5, Abb. 6) angreifende Hilfskraftmaschine (19) zur Erzielung der Nachgiebigkeit der isodromen Regelung.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an sich vorhandene Drehzahlverstellmotor (19, Abb. 1) als Isodrommotor dient.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Hilfskraftmaschine (16) zur Drehzahlverstellung während des Isodrombetriebes.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Hilfskraftmaschine (16) bei statischem Betrieb in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe steht, derart, daß sie Bewegungen, die hierbei durch Änderungen der Regelgröße eintreten, an sich aber wahrend des , statischen Betriebes ohne Wirkung auf die Steuerung der Kraftmaschine sind, ausgleicht.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Regelorgan und die HilfsSteuerung ein Federpuffer (10, 11) und ein Ausgleichsgestänge (13, 15) eingeschaltet sind und die Verbindung (20) des Federpuffers (12) mit dem Ausgleichsgestänge (13, 14) bei Übergang auf statischen Betrieb lösbar ist (Abb. 1 und 2).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für statischen Betrieb und diejenige für isodromen Betrieb in je eine Hälfte eines Gelenkviereckes eingeschaltet ist, das bei isodromem Betrieb bei einer Laständerung in die gleiche Lage gebracht wird, die es bei statischem Betrieb bei gleicher Leistung und Drehzahl einnimmt und umgekehrt (Abb. ι bis 4).
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, ' dadurch gekennzeichnet, daß der Isodrommotor oder Ausgleichsmotor unmittelbar durch den Regler, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Kraftschalters, gesteuert wird (Abb. 4 und 5).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8 für eine hydraulische Regelung mit Mengenschieber und Druckschieber, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschieber (16) den Isodrommotor (126) oder den Ausgleichsmotor steuert (Abb. 6).
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 9, mit einem elektrischen Isodrommotor und einem elektrischen Ausgleichsmotor gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen umschaltbaren Anlasser (82, 83), insbesondere Regelanlasser, der bei statischem Betrieb auf den Ausgleichsmotor (72), im Isodrombetrieb auf den dann als Isodrommotor wirkenden Drehzahlverstellmotor (76) umgeschaltet wird.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Drehzahlverstellmotor vorhanden ist (37), der durch ausrückbare Kupplungen

    wahlweise für statische Steuerung oder für Isodromsteuerung umgeschaltet werden kann (Abb. 2).
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der als Iso-

    drommotor wirkende Drehzahlverstellmotor (126) an einem Regelglied angreift (110), das in eine Umgehungsleitung (109) des Mengenschiebers (113) eingeschaltet ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    Ergänzungsblatt zur Patentschrift 600 855 Klasse 14g Gruppe 3/01

    Vom Patentsucher ist noch als der Erfinder angegeben wordenί -

    Dipl,-Ing, Richard HelMng, Berlin-Charlottenburg.