DE604798C - Ferneinstellung von Servomotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ferneinstellung von Servomotoren mittels hydraulischen Senders und Empfängers, die je mit Flüssigkeit angefüllt und durch eine mit Flüssigkeit gefüllte Rohrleitung verbunden sind, deren Inhalt am Senderende durch Druck beeinflußt wird und bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, die gegen Temperaturunterschiede zwischen Sender und Empfänger unempfindlieh ist.

Es ist an sich bekannt, für die Ferneinstellung von Servomotoren flüssigkeitgefüllte Übertragungsleitungen zu verwenden, die zwischen einem Sender und einem Empfänger verlaufen. Bei diesen bekannten Anordnungen durchströmt die Flüssigkeit im allgemeinen während der Verstellbewegung die Übertragungsleitung; zur Beeinflussung des Empfängers wird entweder eine bestimmte Flüssigkeitsmenge vom Sender

ao aus zum Empfänger hinübergeschickt oder umgekehrt dem Empfänger durch eine Bewegung des Senders entnommen. Durch diese Art der Fernübertragung entsteht der Zustand, daß jeder bestimmt gewollten Einstellung der Servomotoren eine bestimmte, im Empfänger vorhandene Flüssigkeitsmenge entspricht, so daß diese Flüssigkeitsmenge in den Grenzen des Erforderlichen zwischen einem Minimum und einem Maximum schwankt.

Eine solche bekannte Vorrichtung ist auf der Zeichnung beispielsweise in Abb. 1 dargestellt. Der dort dargestellte Sender besteht im wesentlichen aus einem Verdrängungszylinder i, in dem ein Kolben 2 beispielsweise von Hand aus durch einen Hebel 3 verstellt werden kann. Auf der Empfängerseite befindet sich ein gleichartiger Zylinder 4, dessen Kolben 5 Hübe ausführen kann, die denen des Kolbens 2 umgekehrt entsprechen. Die beiden Zylinder sind durch die Übertragungsleitung 6 verbunden, die durch eine unzusammendrückbare Flüssigkeit vollkommen angefüllt ist. Wird beispielsweise der Kolben 2 des Senders nach abwärts bewegt, so strömt das hierdurch verdrängte Flüssigkeitsvolumen aus dem Zylinder 1 durch die Leitung 6 in den Zylinder 4, infolgedessen der dortige Kolben 5 eine entsprechende Aufwärtsbewegung ausführt. Diese Kolbenbewegung wird auf den Servomotorschieber 8 übertragen, der aus seiner Ruhestellung aufwärts bewegt wird und dadurch im Servomotor Arbeitsflüssigkeit über den Kolben 9 leitet. Der Kolben 9 tritt infolgedessen eine Abwärtsbewegung an, die dann wieder zur Ruhe kommt, wenn durch die in bekannter Weise vorgesehene Rückführung 7 der Regelschieber 8 wieder in seine Mittellage geführt ist. Der Endzustand des Regelvorganges ist dann der, daß aus der nunmehr tieferen Stellung des Kolbens 9 eine Flüssigkeitsmenge dem Empfängerzylinder 4 zugeordnet ist, die größer ist als ursprünglich, während der Inhalt des Senderzylinders 1 sich um ein gleich großes Flüssigkeitsvolumen verringert hat. Eine solche Vorrichtung hat den Nachteil, daß bei Temperaturunterschieden zwischen Sender und Empfänger die abwech-

selnden Mengenänderungen weitgehende Ungenauigkeiten hervorrufen. Diese Temperaturunterschiede können aber je nach den Umständen sehr beträchtlich sein, da besonders in der kälteren Jahreszeit im allgemeinen im Bedienungsraum und demnach im Sender wesentlich höhere Temperaturen herrschen als im Empfänger.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß' ίο dadurch vermieden, daß eine Verschiebung von Flüssigkeitsvolumen zwischen Sender und Empfänger in nennenswerter Weise überhaupt nicht stattfindet, jedenfalls aber nach Erreichen der neu gewollten Stellung des Servomotorkolbens im Empfängerzylinder sich genau dasselbe Volumen wieder einstellt, wie es vor Beginn des Steuervorganges vorhanden war. Dies wird erfindungsgemäß -dadurch erreicht, daß der Empfänger mit dem einzustellenden ao Servomotor durch eine Rückführung verbunden ist, welche eine Belastung des Empfängers durch Feder- oder Gewichtsdruck entsprechend der Belastung am Senderende verstellt, so daß jeder Einstellung des Servomotorkolbens bei as unverändertem Flüssigkeitsvolumen in Sender und Empfänger ein eindeutig zugeordneter Flüssigkeitsdruck entspricht.

In den Abb. 2 bis 6 sind mehrere beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt

Abb. 2 eine Vorrichtung, bei der Sender und Empfänger als Membran ausgebildet sind,

Abb. 3 eine Anordnung, bei der der Empfänger als Membran ausgebildet ist, während der Druck im Sender durch Drosselung eines Flüssigkeitsstromes erzeugt wird,

Abb. 4 eine geänderte Anordnung des Senders nach Abb. 3,

Abb. 5 eine erläuternde Druckkurve zur Vorrichtung nach Abb. 6 und

Abb. 6 eine Sendevorrichtung in Form einer Doppelanordnung.

In Abb. 2 ist die Anordnung so getroffen, daß die Übertragungsleitung 6 beiderseits in die vollkommen abgeschlossenen Druckräume jo und 11 des Senders und Empfängers mündet, die beispielsweise durch nachgiebige "Faltenrohre umschlossen sein können. Die Flüssigkeit im Raum 10 wird durch ein verschiebbares Belastungsgewicht 12 unter Druck gesetzt, und zwar ist die Größe dieses Druckes der Stellung des Handhebels 3 eindeutig zugeordnet. Auf der Empfängerseite ist der Druckraum 11 von einem entsprechenden Gewicht 13 belastet, welches durch ein Rückführgestänge vom Servomotorkolbeh 9 aus verschoben werden kann. Der Servomotor wird vom Regelschieber 8 gesteuert, der nur bei einer bestimmten Mittelstellung des Membrandeckels 15 in Mittellage steht und dadurch jeweils beim Servomotorkolben in jeder neu eingenommenen Höhenstellung den Übergang zur Ruhe bewirkt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende:

Bei Verschiebung des Gewichtes 12 mit Hilfe des Handhebels 3, beispielsweise nach rechts, wird der Druck im Senderraum 10 vergrößert, was die Abwanderung einer geringfügigen Flüssigkeitsmenge zum Empfänger 11 zur Folge hat. Dort beginnt sofort der Deckel 15 nach aufwärts zu steigen, wodurch der Regelschieber 8 des Servomotors Druckflüssigkeit in den Zylinder oberhalb des Kolbens 9 leitet. Der Kolben 9 bewegt sich daher nach abwärts und nimmt das Gewicht 13 so lange nach rechts mit, bis durch die Verschiebung auf den Raum 11 ein gleich großer Druck ausgeübt wird, wie er unter der Wirkung des Gewichtes 12 im Raum 10 des Senders herrscht. Bei Eintritt dieses neuen Gleichgewichtszustandes hat der Kolben 9 des Servomotors den vom Sender vorgeschriebenen Hub ausgeführt und gelangt infolge der Absperrung der Druckflüssigkeit durch den Regelschieber 8 zur Ruhe. Aus der Beschreibung dieses Vorganges ergibt sich, daß sich der Membrandeckel 15 nur um ein geringes Maß von seiner Mittellage entfernt, und auch dies nur für den kurzen Zeitraum des Regelungsvorganges. Nach jedem Regelungsvorgang kehrt er in seine Mittellage zurück, so daß irgendwelche Temperaturunterschiede zwischen Sender und Empfänger auf die Genauigkeit der Einstellung keinen Einfluß haben können.

Bei dem in Abb. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druck im Sender nicht durch Belastung einer allseits abgeschlossenen Flüssigkeitsmenge hervorgerufen, sondern dadurch, daß in einem Kreislauf 16, 18, 20 veränderbare Widerstände, beispielsweise Drosselöffnungen 17, 19, eingeschaltet werden und daß die von ruhender Flüssigkeit erfüllte Übertragungsleitung an einer Stelle 18 abzweigt, an der durch die Veränderung der Widerstände Druckänderungen bewirkt werden. Es kann dabei· ein Widerstand konstant sein und ein zweiter veränderbar, oder es können auch mehrere Widerstände gleichzeitig verändert werden.

Der Empfänger entspricht durchaus der in Abb. 2 dargestellten Ausführung, nur ist an Stelle des Faltenrohres 11 eine in einem Gehäuse 21 eingespannte Membran 22 und statt der Belastung durch ein verschiebbares Gewicht 13 eine solche durch eine vom Servomotor 9 zusammengedrückte Feder 23 angeordnet. ,Weiterhin sind zwecks Vermeidung von Gestängen die Membran 22, das Steuerventil 8, die Feder 23 und der Servomotor 9 gleichachsig angeordnet. Auch hier ist, wie ohne weiteres aus der Zeichnung ersichtlich,

jeder Stellung des Organs 3 eine Stellung des Organs 9 eindeutig zugeordnet. Selbstverständlich wird bei größeren Ausführungen das Steuerventil 8 nicht unmittelbar vom Gestänge bewegt, sondern hydraulisch vorgesteuert.

In Abb. 3 bewirkt der Handhebel 3 direkt die Veränderung der Strömungswiderstände 17, 19. Der Sender kann aber auch nach Art eines Überströmventils geschaltet sein, wobei

ίο der Handhebel 3 die Belastung des Sicherheitsventils verändert. Abb. 4 zeigt eine solche Anordnung. Der Kreislauf führt die Flüssigkeit von der Pumpe 16 oder einer sonstigen Druckquelle über einen Strömungswiderstand 17, der hier als unveränderliche Drosselöffnung angenommen ist, unter eine Membran 25, die im Gehäuse 24 eingespannt ist. Zwischen der Membran 25 und dem Ablaufrohr 20 liegt der veränderbare Widerstand, z. B. der Drosselquerschnitt 19. Die Membran 25 ist von unten -durch den Flüssigkeitsdruck und von oben durch die Kraft der Feder 26 belastet, die nur von der Stellung der Betätigungsvorrichtung 3 abhängt. Unter der Membran muß sich daher genau jener Flüssigkeitsdruck einstellen, welcher der Federkraft entspricht; dieser veränderbare Druck wird dann durch die Leitung 6 auf den Empfänger übertragen. Wenn an die Übertragungsflüssigkeit besondere Anforderungen gestellt werden, etwa hinsichtlich Frostsicherheit, chemischer Eigenschaften o. dgl., so kränen auch für den Kreislauf und für die Übertragung zwei verschiedene Flüssigkeiten gewählt werden; da

die Übertragungsflüssigkeit in der Leitung 6 dauernd ruht, ist es ohne weiteres möglich, die beiden Medien getrennt zu halten.

In vielen Fällen handelt es sich um die Ferneinstellung eines Servomotors mit einer ausgeprägten Mittellage, beispielsweise bei der Übertragung der Steuerbewegungen von der Brücke auf die Rudermaschine eines Schiffes. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, die Senderund Empfängervorrichtung gemäß Abb. 6 zu verdoppeln, damit die Vorrichtung den Servomotor stets in die Mittellage zurückführt, wenn das Betätigungsorgan 3 freigegeben wird oder wenn die Übertragungsleitungen keinen Flüssigkeitsdruck mehr führen. Für den Sender ergibt sich eine solche Verdoppelung im einfachsten Beispiel durch Spiegelung der Abb. 4 an der Linie 27-27. Sender und Empfänger arbeiten dann nicht mehr proportional einem Druck in einer Leitung 6, sondern proportional der Druckdifferenz zweier Leitungen 6. Die Mittellage kann noch deutlicher ausgeprägt werden, wenn die Federn 26 durch geeignete Anschläge in bekannter Weise so begrenzt werden, daß der Verlauf ihrer Gesamtkraft P, wie Abb. 5 zeigt, in der Mitte des Hubes s eine Unstetigkeit aufweist. Es kann natürlich auch eine einzige Feder 26 eine nach beiden Richtungen wirkende Verspannung erhalten, wie in Abb. 6 angedeutet.

Die Doppelausführung der Sender- und Empfängervorrichtung bietet überdies noch die Möglichkeit einer sehr soliden Führung der Membranen zwecks Verhinderung einer Schiefstellung der Federn. Gemäß Abb. 6 sind die beiden Membranen 25 in einem feststehenden Mittelstück 28 eingespannt, welches gleichzeitig die Zu- und Ableitung der Kreislaufflüssigkeit und zwei Druckmeßanschlüsse 6 enthält. Die beiden Gehäuse 24 sind durch Bolzen 29 zu einem Käfig so verbunden, daß sie bei Verformung der Membranen sich nur parallel verschieben, nicht aber verdrehen können und daher eine gleichzeitig genaue und reibungsfreie Geradführung für die Feder 26 bilden.

Das beschriebene Prinzip, den Druck einer ruhenden Flüssigkeit als Meßgröße zu benutzen, ermöglicht es, die Fernanzeigevorrichtung für die Stellung des Servomotors sehr zu vereinfachen und hierfür nur ein Manometer 30 zu verwenden, wie dies in Abb. 3 dargestellt ist.

Von den zahlreichen Anwendungsgebieten des erfindungsgemäßen Verfahrens seien als Beispiele die Ferneinstellung hydraulischer Abschlußorgane bei Wasserkraftanlagen in Abhängigkeit von den Bewegungen eines Turbinenreglers, eines Schwimmers o. dgl. und die Steuerung von Wasserfahrzeugen genannt. Im letzteren Falle gewinnt das Verfahren besondere Bedeutung bei Schaufelradpropellern mit beweglichen Schaufeln, bei welchen die von der Kommandobrücke betätigte Verstellung der Steuerservomotoren sowohl die Lenkung als auch den Vortrieb des Schiffes beherrscht. Es sind hierbei für die verschiedenen Komponenten der Schiffsmanöver verschiedene Servomotoren vorhanden, und es kann beispielsweise das Betätigungsorgan jenes Senders, welcher auf den zur Seitensteuerung (Lenkung) dienenden Servomotor wirkt, von Hand aus oder von einem Kompaß aus beeinflußt werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Ferneinstellung von Servomotoren mittels hydraulischen Senders und Empfängers, die je mit Flüssigkeit angefüllt und durch eine mit Flüssigkeit gefüllte Rohrleitung verbunden sind, deren Inhalt am Senderende durch Druck beeinflußt wird, wobei der einzustellende Servomotor durch eine Rückführung mit dem Empfänger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung eine Belastung (Federoder Gewichtsbelastung) des Empfängers entsprechend der Belastung am Sender verstellt, so daß jeder Einstellung des Servomotorkolbens ein eindeutig zugeordneter Flüssigkeitsdruck bei unverändertem Flüssig-

   keitsvolumen in Sender und Empfänger entspricht.
2. 2. Ferneinstellung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung am Senderende vom Druck eines regelbaren gedrosselten Flüssigkeitsstromes abgeleitet ist.
3. 3. Ferneinstellung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Strömungswiderstände,

   ίο die nach Art eines Überströmventils geschaltet sind, dessen Belastung durch die Belastung am Senderende verändert wird.
4. 4. Ferneinstellung nach Anspruch 1, vorwiegend zur Ferneinstellung von Servomotoren mit ausgeprägter Mittellage, gekennzeichnet durch eine Doppelausführung der Übertragungsleitung und des Empfängers, wobei jeder Stellung des Senders und des Servomotors ein bestimmter Druckunter-

   ao schied der beiden Leitungen eindeutig zugeordnet ist und gleichem oder verschwindendem Druck in beiden Leitungen die Mittellage des Servomotors zugehört.
5. 5. Ferneinstellung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch paarweise gleichachsig angeordnete Membranen, die durch zwei starre Körper so verbunden sind, daß diese bei Verformung der Membranen sich gegeneinander verschieben, aber nicht drehen können.
6. 6. Ferneinstellung nach den Ansprüchen ι bis 5, gekennzeichnet durch zwei verschiedene Flüssigkeiten, die in der Sendevorrichtung und in der Übertragungsleitung verwendet werden.
7. 7. Ferneinstellung nach den Ansprüchen ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den bei nicht vollkommener Dichtheit des Abschlusses entstehenden Flüssigkeitsverlust durch eine selbsttätig gesteuerte, andauernd oder periodisch wirkende Nachfüllung ausgleichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen