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Gleichlaufregelverfahren, insbesondere für Mehrschraubenschiffskraftanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleichlaufregelverfahren für Kraftmaschinen,
insbesondere für Mehrschraubenschiffskraftanlagen, bei welchem die Drehwinkelabweichung
zwischen einer Welle der Kraftmaschine und der eines Schrittmachers für die Änderung
der Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine benutzt wird. -Als Schrittmacher kann z.
B. eine konstant belastete und deshalb mit konstanter Drehzahl umlaufende Maschine,
z. B. ein Elektromotor, dienen. Es kann aber auch bei aus mehreren Kraftmaschinen
bestehenden Anlagen eine der Kraftmaschinen als Schrittmacher dienen und mittels
der Regeleinrichtung "die Drehzahl der anderen bestimmen. Von der letzteren Ausführungsform
wird bei Mehrschraubenschiffskraftanlagen bevorzugt Gebrauch gemacht, um die von
den Maschinen und den Schiffsschrauben verursachten Schwingungengegenseitigaufzuheben.
Gleichlaufregeleinrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind bekannt. Sie weisen
ein Ausgleichgetriebe, z. B. ein Räderdifferential, auf, das vom Schrittmacher und
der zu synchronisierenden Maschine angetrieben wird und dessen Ausgleichbewegung
zum Verstellen der Brennstoffzufuhr zu der zu synchronisierenden Maschine dient.
Das die Ausgleichhewegung ausführende Glied kann entweder derart auf das die Kraftstoffzufuhr
beeinflussende Glied der zu regelnden Kraftmaschine wirken, dafl es die Kraftstoffzufuhr
um so mehr an- oder abstellt, je größer die durch den Drehzahlunterschied eintretende
Winkelabweichung zwischen den Wellen des Schrittmachers und der zu synchronisierenden
Kraftmaschine ist, oder es kann beim Abweichen von einer bevorzugten Winkellage
die Brennstoffzufuhr so lange verändern, bis die bevorzugte Winkellage wiederherge-
| stellt ist. Im ersten Falle wird lediglich eine |
| mit der Drehzahl des Schrittmachers über- |
| einstimmende Drehzahl der Kraftmaschine |
| aufrechterhalten, während im zweiten Fa |
| zusätzlich eine bestimmte gegenseitige W |
| kellage der Schrittmacher- und Kraftmasc |
| nenwelle aufrechterhalten wird. |
Diese bekannten Gleichlaufregeleinrichtungen verursachen jedoch erfahrungsgemäß
ein starkes Pendeln der Drehzahl der zu synchronisierenden Maschine um die Drehzahl
des Schrittmachers. Diese Pendelungen entstehen dadurch, daß die zu synchronisierende
Maschine beim Abweichen von der Schrittmacherdrehzahl infolge ihrer Trägheit nicht
schnell genug auf die durch das Ausgleichgetriebe vorgenommene Brennstoffverstellung
anspricht, also mit ihrer Drehzahl der Brennstoffverstellung nachhinkt. Die Folge
davon ist, daß in dem Augenblick, wo die zu synchronisierende Maschine die Schrittmacherdrelizahl
wieder erreicht hat, die Brennstoffzufuhr bereits über das erforderliche Maß hinaus
verstellt ist. Die zu svnchronisierende -Maschine über- oder unterschreitet dann,
je nach der Richtung des Regelvorganges, die Schrittmacherdrehzahl,worauf sich der
Regelvorgang in entgegengesetzter Richtung wiederholt.
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Der Erfindnug liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese unerwünschten
Pendelungen zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin, daß die bisher nur in Abhängigkeit
von der Drehwinkelabweichung zwischen den Wellen des Schrittmachers und der Kraftmaschine
verstellte Brennstoffzufuhr zusätzlich und in gleicher Richtung in Abhängigkeit
von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schrittmacher und der Kraftmaschine
verstellt wird. So kann z. B. bei einer Gleichlaufregeleinrichtung, die ein vom
Schrittmacher und der Kraftmaschine angetriebenes Räderdifferential aufweist, dessen
eine Ausgleichdrehbewegung ausübende Differentialgehäuse die Änderung der Brennstoffzuführung
bewirkt, von dem Differentialgehäuse eine Pumpe angetrieben werden, die hei einer
Drehrichtungsumkehr ihre Förderrichtung umkehrt, zwischen Saug- und Druckraum eine
einstellbareRückströmdrossel aufweist und mit dem von der Drehzahl des Differentialgehäuses
abhängigen Staudruck vor der Rückströmdrossel einen z. B. durch Federn in einer
neutralen Mittellage gehaltenen Steuerkolben je nach der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit
des Gehäuses vorübergehend in der einen oder anderen Richtung mehr oder weniger
weit verschiebt. Die Ausgleichhewegung des Differentialgehäuses und die der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Schrittmacher und der Kraftmaschine entsprechende Bewe-
| gung des Steuerkolbens werden dann über |
| einen Additionshebel o. dgl. auf das Verstell- |
| ied für die Kraftstoffzufuhr der Kraft- |
| hine übertragen. |
| zusätzliche, von der Relativgeschwin- |
| it zwischen dem Schrittmacher und der |
| aftmaschine abhängige Verstellung der |
| Kraftstoffzufuhr wirkt der Massenträeheit |
der Kraftmaschine entgegen. Während des Zurückbleibens der Kraftmaschine vergrößert
sie die Kraftstoffzufuhr zusätzlich und vorübergehend um so mehr, je größer die
RelativgAchwindigkeit zwischen dem Schrittmacher und der Kraftmaschine ist, während
sie beim Voreilen derselben die Kraftstoffzufuhr zusätzlich und vorübergehend verkleinert.
Durch die einstellbare Drosselstelle in der Pumpe läßt sich die zusätzliche und
vorübergehende Verstellung der Kraftstofffzuführungseinrichtung in ihrer Größenordnung
so einstellen, daß sie das durch die Massenträgheit der Kraftmaschine verursachte
Nachhinken der Drehzahl derselben hinter der durch die Drehwinkelabweichung bewirkten
Brennstoffverstellung aufhebt und damit die Drehzahlpendelungen der Kraftmaschine
verhindert.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i eine Gleichlaufregeleinrichtung, die nur die gleiche Drehzahl
zwischen dem Schrittmacher und der Kraftmaschine aufrechterhält, und Abb. 2 eine
Gleichlaufregeleinrichtung für eine Zweischraubenschiffskraftanlage, die die gleiche
Drehzahl zwischen den beiden Kraftmaschinen und eine bestimmte gegenseitige Winkellage
derselben aufrechterhält.
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Bei der Regeleinrichtung nach Abb. i dient der mit gleichbleibenderDrehzahlumlaufende
Elektromotor i als Schrittmacher für die Brennkraftmaschine 2. Der Schrittmacher
i und die Brennkraftmaschine 2 treiben ein Differentialgetriebe 3 o. dgl. Ausgleichgetriebe
an, dessen Gehäuse 4. nicht festgehalten wird und deshalb bei Unterschieden in der
Drehzahl des Schrittmachers und der Brennkraftmaschine eine Ausgleichdrehbewegung
ausführt. Die Drehung des Gehäuses 4 erfolgt, je nachdem ob die Brennkraftmaschine
die Schrittmacherdrehzahl über- oderunterschreitet, in der einen oder anderen Richtung.
Auf dem Gehäuse 4 ist ein Nocken 5 vorgesehen, der über ein Gestänge 6 und einen
Additionshebel 7 auf das Verstellglied 8 für die Brennstoffzufuhr der der Brennkraftmaschine
2 zugehörigen Brennstoffpumpe g einwirkt. Der Nocken 5 ist so geformt, daß er beim
Voreilen der Brennkraftmaschine die Brennstoffzufuhr vermindert und beim Zurückbleiben
vermehrt.
Jedem Punkte des Nockens entspricht somit eine bestimmte Stellung des Verstellgliedes
für die Brennstoffzufuhr.
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Auf dem Differentialgehäuse 4. ist ferne; ein Zahnkranz. io befestigt,
der über .eiC Ritzel f i eine Pumpe 12 antreibt. Die Putri 12, z. B. eine Kapselpumpe,
muß so eingerichtet sein, daß sie bei einer Drehrichtungsumkehr ihren Saugrauen
mit ihrem Druckraum vertauscht. Saug- und Druckraum der Pumpe sind durch ein Rückströmdrosselventil
13 miteinander verbunden und je an einen der Arbeitsräume eines Steuerkolbens rd.
angeschlossen. Der Steuerkolben i¢ wird durch Federn 15 nachgiebig in einer neutralen
Lage gehalten und greift mittels seiner Kolbenstange 16 am freien Ende des Additionshebels
7 an. Die Pumpe 12 wird bei Drehzahlabweichungen zwischen dem Schrittmacher und
der Brennkraftmaschine durch das Differentialgehäuse q., je nachdem ob die Brennkraftmaschine
2 voreilt oder zurückbleibt; in der einen oder anderen Drehrichtung mit um so größerer
Drehzahl angetrieben, je größer die Drehzahlabweichung bzw. die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Schrittmacher i und der Brennkraftmaschine2 ist. Dabei wird das Druckmittel
je nach der Drehrichtung der Pumpe in der einen oder anderen Richtung durch das
Rückströmdrosselventil13 gedrückt und weist vor demselben einen um so höheren Standdruck
auf, je größer die Drehzahl der Pumpe ist. Dieser Staudruck wirkt je nach der Drehrichtung
auf die Ober- oder Unterseite des Steuerkolbens 1q.. Dadurch wird der Kolben entgegen
der- Spannung einer der .Federn 15 um so weiter in der einen oder anderen Richtung
aus seiner neutralen Mittellage verschoben, je größer der Staudruck ist. Sobald
die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schrittmacher und der Brennkraftmaschine
wieder abnimmt, kehrt auch der Steuerkolben unter dem Einfluß der Federn 15 in seine
neutrale Lage zurück. Die Bewegung des Steuerkolbens 14 ist somit der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Schrittmacher und der Brennkraftmaschine direkt proportional. Die Pumpe
12 ist derart an den Steuerkolben angeschlossen, daß derselbe beim Voreilen der
Brennkraftmaschine 2 die - Brennstoffzufuhr vorübergehend vermindert und beim Zurückbleiben
vorübergehend vergrößert, also die Brennstoffzufuhr in gleicher Richtung beeinflußt
wie der Nocken 5. Durch den Additionshebel 7 wird jeweils die Summe der Verstellbewegungen
des Steuerkolbens 14. und des Nockens 5 auf das Verstellglied für die Brennstoffzufuhr
übertragen.
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1?.s sei z. B. angenommen, daß die Brennkraftmaschine 2 infolge stärkerer
Belastung gegenüber dem Schrittmacher i in ihrerDrehzahl zurückbleibt. Das sich
infolgedessen z. B. im Uhrzeigersinn drehende Differentialgehäuse q. vergrößert
dann die Brennstoffüfuhr zur Brennkraftmaschine 2 mittels des N`oclzens 5 um so
mehr, je größer die Winkeläliweichung zwischen den Wellen des Schrittmachers und
der Brennkrafttnaschine ist und treibt gleichzeitig die Pumpe 12 an, so daß diese
den Steuerkolben 14 in derselben Richtung verschiebt wie der Nocken 5 die Stange
6. Der Steuerkolben bewirkt somit eine zusätzliche Vergrößerung der Brennstoffzufuhr,
die der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schrittmacher und der Brennkraftmaschine
direkt proportional ist. Durch diese zusätzliche Vergrößerung der Brennstoffzufuhr
wird die Brennkraftmaschine um so stärker beschleunigt, je größer die Relativgeschwindigkeit
ist und nähert sich deshalb schnell, d. h. ohne daß es erst zu einer unzulässig
großen Drehwinkelabweichung zwischen der Schrittmacherwelle und der Welle der Brennkraftmaschine
kommt, wieder der Schrittmacherdrehzahl. In dem Maße als dieBrennkraftmaschine beschleunigt
wird, nimmt die Drehzahl des Gehäuses d. ab, so daß der Kolben 14 sich wieder auf
seine neutrale Lage zu bewegt und die vorher von ihm vorgenommene Vergrößerung der
Brennstoffzufuhr wieder rückgängig macht. Sobald die Drehzahlen des Schrittmachers
und der Brennkraftmaschine wieder übereinstimmen, bestellt nur die durch den Nocken
5 vorgenommene Vergrößerung der Brennstoffzufuhr, welche genügt, um die Bremikraftmaschine
bei der höheren Belastung auf der Schrittmacherdrehzahl zu halten. Beim Entlasten
der Brennkraftmaschine verläuft der Regelvorgang in der entgegengesetzten Richtung.
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Das Drosselventil 13 ist einstellbar und ermöglicht es deshalb, die
zusätzliche und vorübergehende durch den Steuerkolben 14 vorgenommene Änderung der
Brennstoffzufuhr in ihrer Größenordnung den Trägheitsv erhältnissen der zu regelnden
Maschine genauestens anzupassen, so daß diese beim Übergang auf andere Belastungen
keine Drehzahlpendelungen ausführt.
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Die in Abhängigkeit von der- Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schrittmacher
und der zu regelnden Maschine durch die Einrichtung 12, 15 bewirkte zusätzliche
Änderung der Brennstoffzufuhr hat den weiteren Vorteil, daß die Steigung des Nockens
5 sehr steil gewählt werden kann, so daß zwischen Vollast und Leerlauf der Brennkraftmaschine
nur eine sehr kleine Drehwinkelabweichung zwischen dem Schrittmacher und der Brennkraftmaschine
eintritt. Die beschriebene Regeleinrichtung kann dann auch
bei solchen
Kraftanlagen Anwendung finden, bei denen eine bestimmte gegenseitige Winkellage
der Schrittmacher- und der Kraftmaschinenwelle mit großer Annäherung aufrechterhalten
werden muß.
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Bei dem Ausführungsbeispiele nach Abb.2 handelt es sich um eine Kraftanlage
für ein Doppelschraubenschiff, bei der mit Rücksicht auf einen Kleinstwert an Erschütterungen
die Brennkraftmaschinen i und 2 nicht nur dieselbe Drehzahl, sondern auch eine bestimmte
gegenseitige Kurbelwellenlage aufweisen müssen. Von den Brennkraftmaschinen dient
die mit i bezeichnete als Schrittmacher. Die Gleichlaufregelvorrichtung für die
Brennkraftmaschine 2 entspricht im wesentlichen der in Abb. i dargestellten und
ist dementsprechend mit denselben Bezugszeichen versehen. Der einzige Unterschied
besteht darin, daß der Nocken 5 auf dem Differentialgehäuse .4 anstatt unmittelbar
auf das Verstellgestänge der Brennstoffpumpe 9 einzuwirken, den Steuerschieber 17
eines am Additionshebel 7 angreifenden Servomotors 18 betätigt. Der Nocken 5 ist
derart am Differentialgehäuse 4 befestigt, daß er den Steuerschieber 17 gerade in
seiner neutralen Stellung hält, wenn die Wellen der beiden Maschinen i und 2 die
bevorzugte gegenseitige Winkellage aufweisen. Beim Voreilen der :Maschine 2 verschiebt
er den Steuerkolben in der Richtung, daß der Servomotor 18 die Bretmstoffzufuhr
so lange vermindert, bis die bevorzugte Winkellage zwischen den Wellen wiederhergestellt
ist, und beim Zurückbleiben verschiebt er den Steuerkolben in der entgegengesetzten
Richtung, so daß die Brennstoffzufuhr so lange vermehrt wird, bis die bevorlugte
Winkellage wiederhergestellt ist. Da bei dieser Art der Regelung nicht nur die Relativgeschwindigkeit
zwischen den beiden Maschinen, sondern auch die eingetretene Winkelabweichung durch
Änderung der Brennstoffzufuhr beseitigt werden muß, so besteht hier in besonders
hohem Maße die Gefahr von Drelizahlpendelungen der zu regelnden Maschine 2. Diese
Pendelungen werden durch die bereits ini Zusammenhang mit der Anlage nach i beschriebenen
aus der Pumpe 12 und dem Steuerkolben 14. bestehenden Einrichtung verhindert. Durch
Einstellen des Drosselventils 13 läßt sich der Eintluß der Einrichtung 12, 14. so
einstellen, daß der vom Nocken 5 betätigte Servomotor 18 die Brennstoffzufuhr gerade
um so viel ändert, als es die veränderte Belastung der Maschine 2 erfordert, während
die Einrichtung 12, 14 die Trägheitsverhältnisse der Maschine 2 in der bereits mit
Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Abb. i beschriebenen Weise berücksichtigt
und gleichzeitig die zur Beseitigung der Drehwinkelabweichung erforderliche vorübergehende
Änderung der Brennstoffzufuhr bewirkt.