DE660261C - Hydraulischer Regler - Google Patents

Description

Es sind hydraulische Regler bekannt, bei welchen der Steuerimpuls für das zu regelnde Organ aus einer Druckölkammer abgeleitet wird, in welche eine von der zu regelnden Maschine angetriebene Zahnradpumpe hinein fördert und aus welcher das Steueröl über eine dem ölablauf mehr oder weniger entgegenwirkende Schleudervorrichtung abfließen kann. Solche Regler haben die Eigenschaft, daß zum Antrieb der Steuerölpumpe eine Antriebsleistung benötigt wird, die im Verhältnis zu dem Nutzeffekt, nämlich der Arbeitsleistung am Steuerkolben, sehr groß ausfällt und starken Schwankungen unterworfen ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß sich die Fördermenge einer Zahnradpumpe zwangsläufig proportional mit der Antriebsdrehzahl erhöht, ganz gleich wie sich hierbei der Förderwiderstand verändert. Der Förderwiderstand wächst im vorliegenden Falle nun ebenfalls mit der Drehzahl, und zwar nimmt er, da der ölablauf der Einwirkung der Fliehkraft einer Art Schleuder unterliegt, mit dem Quadrat der Drehzahlerhöhung zu. Hieraus folgt, daß, da sich die Antriebsleistung der Pumpe aus dem Produkt von Fördermenge und Förderdruck ergibt, der Leistungsbedarf der Pumpe bei der bekannten Einrichtung jeweils mit der dritten Potenz der Drehzahlzunahme zunimmt.

Bei einem anderen bekannten hydraulischen Regler liegen zwar diese ungünstigen Verhältnisse bezüglich des Leistungsbedarfes für den Antrieb der ölpumpe nicht vor. Bei diesem Regler wird das Öl durch eine Schleuderpumpe gefördert, die zugleich den Verbrauchsstellen der Kraftmaschine, wie beispielsweise den Lagern, ständig öl zuführt, wobei das für die Steuerzwecke benötigte öl über eine Drosselstelle von normalerweise gleichblei · bendem Querschnitt aus der Gebrauchsölleitung entnommen wird. Hierbei gelangt das über die Drosselstelle abgeleitete öl in einen Raum, dessen Abfluß über eine Öffnung erfolgt, deren Querschnitt sich mit der Änderung der Maschine bzw. Reglerdrehzahl ändert. Die in diesem Raum auftretenden Druckänderungen dienen direkt oder indirekt zum Verstellen des zu regelnden Organs. Der Querschnitt der Ausflußöffnung dieses Druckraumes kann durch eine zylindrische Schieberbüchse verstellt werden, die an ihrem Ende einen Kolben trägt. Der Kolben ist auf der einen Seite von Öl beaufschlagt, so daß er, wenn der Druck des Öles vor dem Kolben infolge einer Drehzahlerhöhung der Maschine und einer damit verbundenen Erhöhung der Schleuderwirkung zunimmt, entgegen einer Kraft einer Feder eine Bewegung ausführt, durch die die Schieberhülse im Sinne einer Vergrößerung der vorher genannten Ablauföffnung verstellt wird. Bei diesem Regler sind also hinter der Abzweigstelle für das Steueröl in den Ablaufweg dieses Öles zwei Drosselstellen eingeschaltet, von denen die eine einen im normalen Betrieb gleichbleibenden, die andere einen mit der Drehzahl sich ändernden Querschnitt aufweist, wobei die

Querschnittsänderung der zweiten Drosselstelle in der beschriebenen Weise von der Schleuderkraft eines auf den vorerwähnten Verstellkolben einwirkenden ölvolumens abhängig ist. Der Steueröldruck an der Impulsentnahmestelle hängt bei diesem Reglet gleichzeitig von mehreren Einflußgrößen ab, die auch untereinander noch in Wechselbeziehung stellen, so daß bei Verwendung eines ίο derartigen Reglers keine stabilen Regelverhältnisse erwartet werden können. Das gilt um so mehr, als die Reibung beim Verschieben der Steuerhülse und ein Leckölstrom ebenfalls noch Einflußgrößen sind, die das Verhalten des Reglers im Betriebe mitbestimmen, die aber niemals sicher erfaßt werden können und überdies auch völlig unbeständig sind.

Auf Grund der vorstehend wiedergegebenen Überlegungen und Erkenntnisse wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einem hydraulischen Regler, bei welchem das Steueröl über eine Drosselstelle der von einer Schleuderpumpe gespeisten Gebrauchsölleitung der Maschine entnommen und einer zur Abgabe der Steuerimpulse dienenden Druckölkammer zugeleitet wird, den Ablauf aus der auf diese Weise gespeisten Druckölkammer über eine dem Ölablauf entgegenwirkende Schleudervorrichtung erfolgen zu lassen. Auf diese Weise erhält man einen Regler, bei welchem einerseits für die Erzeugung des Steuerölstromes nur ein geringer Leistungsaufwand notwendig ist, und mit welchem andererseits gleichzeitig infolge sicher erfaßbarer und klar übersehbarer Verhältnisse eine jederzeit zuverlässige und stabile Regelung durchführbar wird. Bei dem neuen Regler erfolgt die Speisung der Druckölkammer zunächst ebenso wie bei einem der beschriebenen bekannten Regler über eine im normalen Betrieb gleichbleibende Drosselöffnung im Ölzulaufweg zu der Kammer, so daß der Ölzulauf zu der Kammer im Betriebe angenähert so erfolgt, als wenn die Kammer von einem mit öl gefüllten Hochbehälter unter gleichbleibendem Überdruck gespeist wird. Erhöht sich nun bei dem neuen Regler die Drehzahl, so nimmt der Durchflußwiderstand der Ablaufschleuder zu. Infolgedessen verringert sich die Ablaufölmenge und staut sich der Druck in der Druckölkammer an. Dieser Drückstau verringert lediglich den Druckunterschied vor und hinter der fest eingestellten Drossel, ohne daß dadurch, wie es bei dem zuerst beschriebenen bekannten Regler der Fall ist, eine Pumpe gegen einen erhöhten Förderdruck arbeiten müßte. Die Verhältnisse liegen hier vielmehr so, daß wegen der abnehmenden, durch die Ablaufschleuder abströmenden öl menge keine erhöhte, sondern im Gegenteil eine sich vermindernde Leistung für die Forderung des Steueröles bei steigender Drehzahl eintritt. Neben dieser günstigen Eigenschaft des neuen Reglers ist die zweite äiigenschaft die, daß sich der Druck in der 65 ' Öldruckkammer praktisch einzig und allein iris' Abhängigkeit von der Drehzahl der ölab-" lauf schleuder verändert, so daß die Druckänderungen jederzeit eindeutig bestimmt sind, wodurch eine stabile Regelung im Betriebe gewährleistet ist.

Die Erfindung wird an Hand des in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch deutlicher.

Abb. ι zeigt die Turbine, deren Gehäuse mit 10 und deren umlaufender Teil oder deren Welle mit 11 bezeichnet ist. Die Treibmittelzufuhr zur Turbine wird durch das Ventil 12 geregelt, das in bekannter Weise durch den Servomotor 13 gesteuert wird, der seine Steuerimpulse von dem Impulsgeber 14 erhält. Die druckempfindliche Einrichtung 14 wird durch eine Leitung 15 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Die Leitung 15 ist an eine Durchlaufstelle angeschlossen, in die über eine öffnung, Düse, Mündung o. dgl. von einer geeigneten Druckflüssigkeitsquelle her Druckflüssigkeit zugeführt wird, und in welcher der Druck durch die Anlaßeinrichtung, die dem Abfließen des Druckmittels einen Widerstand entgegensetzt, der eine Funktion der Turbinengeschwindigkeit ist, bestimmt wird.

Die Zeichnung zeigt im besonderen, daß die Leitung 15 durch das Turbinengehäuse hindurchgeführt ist und mit einer Kreisringkammer 16 in Verbindung steht, die \'on der Gehäusebohrung 17 und dem Rotor 11 begrenzt wird. In dem Turbinengehäuse ist ferner eine mehr oder weniger kreisfingförmige Kammer 18 vorgesehen. In diesem Raum oder in dieser Kammer ist ein auf der Wellen befestigter Schleuderschaufelkranz mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen vorgesehen, so daß die durch die Leitung 21 zugeführte Druckflüssigkeit dort eintreten kann. Aus der Kammer 18 tritt die Flüssigkeit unter Druck durch eine einstellbare Mün- ■ dung u. a. nach der Leitung 1S über. Die kreisringförmige Kammer 16 wird durch irgendwelche Mittel, z. B. ringförmige Pakkungen 24, in der Bohrung 17 gebildet. Die Kammer 16 erhält vorzugsweise noch einen kreisringförmigen Kanal 25, der in das Turbinengehäuse 10 hineingearbeitet ist. Ferner ist der Turbinenläufer bzw. die Turbinenwelle mit einer geneigten Querbohrung 27 versehen, deren eines Ende mit der Kreisringkammer 16 und deren anderes Ende mit einem Auslaßraum 28 in Verbindung steht. Nimmt man an, daß die Turbine umläuft, so ergibt sich folgendes:

Die Flüssigkeitssäule, die sich in der geneigten Bohrung 27 oberhalb der Turbinenwellenmitte erstreckt und mit der Kreisringkammer 16 in Verbindung steht, setzt dann deni Ablauf der Flüssigkeit einen Widerstand entgegen, d. h. es bildet sich gewissermaßen ein Flüssigkeitspfropfen aus, der entsprechend der auftretenden Schleuderkraft dem Abfließen der Flüssigkeit aus der Kreisringkammer entgegenwirkt. Mit anderen Worten ruft die geneigte Querbohrung auch in der Leitung 15 einen Druck hervor, der abhängt von dem Quadrat des Durchmessers der Schleuderbohrung 27, der Dichte der Flüssigkeit und dem Quadrat der Umlaufgeschwindigkeit der Schleudereinrichtung oder Bohrung 27.

Wie schon erwähnt wurde, ist der in der Kammer 18 entwickelte Druck unwesentlich so lange, wie er größer ist als der wirksame Druck in der Leitung 15. Jede über die zur Betätigung der Regeleinrichtung überschießende Flußmenge entweicht durch die geneigte Bohrung 27. Der Fluß durch die Mündung 23 verändert sich mit der Quadratwurzel aus der Druckdifferenz. Vielleicht macht ein Zahlenbeispiel die Strömungsverhältnisse etwas klarer. Nimmt man an, daß der Schleuderdruck 90 dem Wassersäule beträgt und daß der Druck in der Leitung 15, der von dem Schleuderdurchmesser, der Flüssigkeitsdichte und dem Quadrat der Schleuderumlaufgeschwindigkeit abhängt, 40 dem Wassersäule beträgt, dann würde sich der Fluß durch die Mündung mit der Quadratwurzel aus 50 ändern, das ist 7, und wenn der Schleuderdruck auf 70 dem verringert wird, bei gleichbleibenden 40 dem Wassersäule, dann würde der Durchfluß gleich der Quadratwurzel aus 30 oder mit anderen Worten 5¹Z₂ sein. Die Abflußmengen unter diesen beiden Bedingungen würden also im Verhältnis 7 :5¹^ stehen.

Aus der vorangegangenen Beschreibung der Einrichtung wird deutlich, welche Bedeutung die Bemessung des Durchmessers der Auslaßschleuder für den Auslaßwiderstand und den Druck in der Leitung 15 hat, der sich also direkt mit dem Quadrat dieses Durchmessers sowie mit dem Quadrat der Schleuderumlaufgeschwindigkeit ändert. Dementsprechend ist die Turbinenspindel so ausgeführt, daß Schleudern von verschiedenem Durchmesser aufgesetzt werden können. Ausgehend von der bekannten oder gewollten Geschwindigkeit der Turbine und dem gewünschten Flüssigkeitsdruck wird also zunächst eine Bohrung 17 von geeignetem Durchmesser hergestellt und auf der Turbinenwelle ι χ ein ringförmiger Körper 29 mit dem erforderlichen Durchmesser befestigt und dann die Bohrung 27 hergestellt.

Nach den letzten Ausführungen, die sich auf Abb. ι bezogen, wird es deutlich, daß bei einer kleinen Turbine und bei einer kleinen Umlaufgeschwindigkeit der Durchmesser der Durchlaß- oder Auslaßschleuder unverhältnismäßig groß ausfallen kann. Dementsprechend ist in Abb. 2 eine Lösung angegeben, die zwar auf dem gleichen Prinzip beruht wie die in Abb. 1 dargestellte Lösung, aber mit dem Unterschied, daß ein Weg gezeigt ist, wie man den Massenfaktor bei der Schleuderwirkung vergrößern kann. Bei der Erläuterung der Abb. 1 werden der Durchfluß- und der Ausflußwiderstand gewissermaßen durch den Flüssigkeitspfropfen oder die Flüssigkeitssäule, die sich zwischen der Schleudermitte bzw. der Wellenmitte und dem Ende der mit der Kammer 25 in Verbindung stehenden geneigten Bohrung 27 einstellt, bestimmt. Bei der Anordnung nach Abb. 2 wird nicht auf die Schleuderwirkung des Flüssigkeitspfropfens zurückgegriffen, sondern es wird die Turbinenwelle 11 mit einer oder mehreren radial verlaufenden Durchtrittsöffnungen 3.1 versehen, die eine Verbindung nach der Kreisringkammer 16 herstellen, und jede Durchtrittsöffnung erhält an ihrem Ende einen Ventilsitz 32. Für jeden Ventilsitz ist ein Kugelventil 33 vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird der Durchlaßoder Auslaßschleuderwiderstand zwischen der Kammer 25 und den öffnungen 31 von der Größe und dem Gewicht der Kugelventile 33 bestimmt. Man kann also durch Verwendung eines leichteren oder schwereren Materials oder durch Verändern der Größe der Kugeln in übertragenem Sinne den Durchmesser der Durchfluß- oder Auslaßschleuder auf diese Weise unabhängig von der Turbinenumlaufgeschwindigkeit und der Abmessung der Turbinenwelle ausführen.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Hydraulischer Regler, bei welchem das Steueröl über eine Drosselstelle der von einer Schleuderpumpe gespeisten Gebrauchsölleitung der Maschine entnommen und einer zur Abgabe der Steuerimpulse no dienenden Druckölkammer zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf aus der auf diese Weise gespeisten Druckölkammer über eine dem Ölablauf entgegenwirkende Schleudervorrichtung erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen