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Mit hydraulischer oder mechanischer Rückführung arbeitender Kraftmaschinenregler
für großen Drehzahlbereich Die Erfindung betrifft einen mit hydraulischer oder mechanischer
Rückführung arbeitenden Kraftmaschinenregler für großen Drehzahlbereich mit einer
die Drehzahlschwankungen der zu regelnden Kraftmaschine mitmachenden, drei- oder
mehrrädrigen, einen Vor- und einen Hauptsteuerölstrom liefernden Zahnradpumpe, bei
dem der Vorsteuerölstrom zur Steuerung des einen einfach oder doppelt.wirkenden
Servomotor -betätigenden Hauptsteuerölsstromes dient.
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Bei bekannten Reglern dieser Art werden die von der Zahnradpumpe geförderten
Ölströme in die rotierenden Pumpenwellen geleitet und gelangen von dort durch Schlitze,
welche in auf den Wellen sitzenden Steuer-Schiebern eingefräst sind, in den Ölbehälter
zurück. Nachteilig bei dieser Art Regler sind die große Viscositätsabhängigkeit
und die großen Widerstände, hervorgerufen durch die langen, im Querschnitt sehr
beengten Ölkanäle und das Hineindrücken des Öles in die mit hoher Drehzahl rotierenden
Pumpenwellen. Weitere Nachteile sind bei den bekannten Reglern die erforderlichen
Steuergestänge zur Übertragung der Pendelbewegungen auf die Servomotorsteuerung
und die schlechte Einstellbarkeit jedes beliebigen Drehzahlgebietes. Der Nachteil
der Steuergestänge wirkt- sich in schlechter Steuerbereitschaft des Reglers und
mithin größerer Unempfindlichkeit aus.
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Ferner weisen alle diese Reglerarten den Nachteil auf, daß die Ungleichförmigkeit
bei allen Drehzahlen konstant bleibt, was insbesondere bei Maschinen mit weit veränderlicher
Drehzahl zu starken Funktionsstörungen Veranlassung gibt, da die Ungleichförmigkeit
auf den ganzen Reglerhub gerechnet, für die niedrige Drehzahl um die nötige Stabilität
der Maschinen zu erzielen, groß eingestellt werden muß und diese große Ungleichförmigkeit
auf den ganzen Reglerhub
gerechnet, nun auch bei der hohen Drehzahl
vorhanden ist, wodurch die Maschine bei plötzlicher Entlastung schädlich hohe Drehzahlen
erreicht. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Vorsteuer-
bzw. Hauptsteuerölstrom je durch einen einseitig geschlossenen Hohlschieber gesteuert
werden, an deren Umfang je ein zur Aufnahme des Vor- bzw. Hauptsteueröles dienender
Ringraum untergebracht ist. Ferner wird der Hauptsteuerschieber an seiner geschlossenen
Seite durch eine gleichzeitig als Kupplung dienende Zugfeder mit einer der Pumpenwellen
verbunden und ist auf dieser Seite gegen den Zug der Kupplungsfeder durch den Vorsteueröldruck
belastet. Schließlich wird der Vorsteuerschieber mit seinem geschlossenen Ende durch
eine Feder gegen die Rückführeinrichtung gepreßt. Vorzugsweise greift die Rückführeinrichtung
an einem mit Bezug auf das geschlossene Ende des Vorsteuerschiebers einstellbaren
Stift an.
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Schließlich wird zweckmäßigerweise dieser Stift von einem unter dem
Einfluß der Ölwärme dehnbaren, gegebenenfalls mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlkörper
gehalten, der derart mit dem Vorsteuerschieber verbunden ist, daß eine die Viscositätsänderung
des Regelöls ausgleichende Relativverschiebung zwischen Stift und Steuerschieber
möglich ist.
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In den Zeichnungen ist ein Kraftmaschinenregler mit den Merkmalen
gemäß der Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Abb. i die schematische
Darstellung des Reglers bei Aufführung mit einfach wirkendem Serv ormotor, Abb.2
die schematische Darstellung des Reglers bei Ausführung mit doppelt wirkendem Serv
ormotor, Abb. 3 einen Schnitt durch die Pumpe, Abb. d. einen Schnitt durch die Drehzahlverstelleinrichtung
und die Drosseldüse einer Ausführungsform der Erfindung, Abb. d.a eine Einzelheit
der Drehzahlv erstelleinrichtung.
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In den Abb. i, 2 und 3 bedeutet Z die Zahnradpumpe, D die Drehzahlverstelleinrichtung,
S den Servormotor und R die Rückführung.
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Die Zahnradpumpe Z ist eine drei- oder mehrrädrige, zwei voneinander
getrennte Ölströme liefernde Pumpe. Die beiden Ölströme i und 2 werden durch geeignete
Bohrungen in die um die Steuerschieber 3 und .I angeordneten Ringräume 5 und 6 geleitet.
Beide Ölströme können durch in die Steuerschieber 3 und d. eingefrästen Drosselschlitz
mehr oder weniger unter Druck gesetzt werden. Der Ölstrom i wird ferner unter den
Steuerschieber 4 geleitet, dessen geschlossene Stirnseite als Kolbenfläche wirkt.
Dieser Steuerschieber 4. ist durch die zugleich als Kupplung dienende, dein Druck
des Ölstromes i entgegenwirkende Feder 7 mit der Welle 8 der Zahnradpumpe Z gekuppelt.
Der Öldruck auf die Stirnseite des Steuerschiebers 4. und die Spannung der Feder
7 halten einander das Gleichgewicht. Diese Gleichgewichtslage muß nun immer erhalten
bleiben. Ändert sich beispielsweise die Antriebsdrehzahl der Pumpe, so ändert sich
auch der Druck im Ölstrom i. Der Ölstrom 2 wird nun, wie allgemein bei Ausführung
mit Federserv omotor gemäß Abb. i bekannt, einerseits unter den durch Feder 9 belasteten
Arbeitskolben io des Servoinotors S und anderseits unter den durch Feder ii belasteten
Kolben 1a der Rückführung R geleitet. Jede Druckänderung im Ölstrom 2 bringt eine
Verschiebung der Kolben io und i-2 mit sich. An die Kolbenstange 28 des Arbeitskolbens
io wird das Drosselorgan oder die Steuerung der jeweils zu regelnden Kraftmaschine
starr angelenkt. Eine jede Verschiebung des Arbeitskolbens io bringt also auch eine
Veränderung der der Maschine zugeführten Energiemenge mit sich. Die Feder 9 im Servormotor
S soll nun, wie beispielsweise. gezeichnet, die Energiemenge absperren, dann wird
die Maschine und mithin auch die von ihr getrennt angetriebene Pumpe Z langsamer
laufen, sobald die Federkraft größer als der entgegenwirkende Öldruck wird.
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Bei Ausführung mit doppelt wirkendem Servomotor (Abb. 2) wird der
Steuerschieber 4' in allgemein bekannter Weise als i sogenannter Verteilerschieberausgebildet.
Der Ölstrom 2 kann durch Verschieben des Steuerschiebers.l.' der einen oder anderen
Seite des Arbeitskolbens io' zugeleitet werden. Es wird also, wie beispielsweise
in Abb. 2 dargestellt, beim Nachobenbewegen des Steuer-Schiebers q.' der Ölstrom
2 mit der Leitung 25 und somit mit der linken Seite des Kolbens io' verbunden. Der
Arbeitskolben iö bewegt sich nach rechts, da die rechte Kolbenseite über Kanal 26
durch den Steuerschieber . mit dem Ölbehälter verbunden wurde. Ein Nachuntenwandern
des Steuerschiebers . bringt eine Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens io' mit sich.
Beispielsweise soll die Bewegung des Kolbens io' nach rechts die Energiezufuhr zur
Maschine abdrosseln. Die Rückführung R kann bei beiden Servomotorausführungen, wie
z. B: in Abb. 2 gezeigt, direkt von der Kolbenstange 28 des Kolbens io' oder, wie
allgemein bekannt, mittels geeigneten- Gestänges erfolgen.
Wird
nun z. B.. die Maschine entlastet, so steigt die Drehzahl der Maschine, also auch
die der Zahnradpumpe Z an. Die Förderungsmenge der Pumpe Z steigt an und somit auch
der Druck im Ölstrom r, da die größere Ölmenge durch dieselbe Drosselöffnung im
Steuerschieber 3 abfließen muß. Das Ansteigendes Öldruckes bedingt ein Nachobenschieben
der Steuerschieber q. bzw. q.', wodurch bei Ausführung mit einfach wirkendem S ervomotor
nach Abb. i die in diesen Steuerschieber eingefrästen Drosselschlitze vergrößert
werden, was ein Absinken des Druckes des Ölstromes 2 und mithin ein Nachuntenwandern
des Arbeitskolbens io zur Folge hat. Bei Ausführung mit doppelt wirkendem Servormotor,
wie in Abb.2 gezeigt, wird der- Ölstrom 2 mit der linken Kolbenseite verbunden,
was ein Nachrechtsverschieben des Kolbens io' hervorruft, und zwar geschieht diese
Bewegung des Kolbens io bzw. io' so lange, bis über die Rückführung R und die einstellbare
Schiene 13 der Drosselschlitz im Steuerschieber 3 so weit geöffnet worden ist, bis
der Druck :des Ölstromes i wieder seinen Ausgangswert und mithin der Steuerschieber
q. bzw. q.' seine alte Ausgangsstellung erreicht hat und damit der Öldruck 2 und
die den Arbeitskolben io belastende Feder wieder einander das Gleichgewicht halten
oder auf beiden Seiten des Kolbens io' gleicher Druck herrscht.
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Die Größe der Drehzahldifferenz zwischen der Stellung der Arbeitskolben
ro bzw. io' bei vollbelasteter bzw. vollentlasteter Maschine kann mittels der einstellbaren
Schiene 13 leicht und während des Betriebes eingestellt werden. Eine größere
Neigung der Schiene 13 hat eine größere Verschiebung des Steuerschiebers
3 und mithin eine größere Drosselöffnungsänderung zur Folge. Bei Maschinen mit weit
veränderlicher Drehzahl ist es zur Erreichung einer bestimmten Stabilität in der
Regulierung der Maschine erforderlich, den prozentualen Drehzahlabfall beim Belasten
der Maschine bei Verminderung der Maschinendrehzahl zu vergrößern. Diese Forderung
wird bei dem beschriebenen Preßälregler erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die
Rückführung R, also jenes Organs, welches die Größe des Drehzahlunterschiedes zwischen
be- und entlasteter Maschine bestimmt, direkt auf den Steuerschieber 3 einwirkt.
Da, wie nachbeschrieben, bei hoher Maschinendrehzahl ein großer Drosselschlitz und
bei niedriger Maschinendrehzahl ein kleiner Drosselschlitz nötig ist, verändert
sich der Prozentsatz des Drehzahlunterschiedes von be- zu entlastender Maschine
automatisch bei Veränderung der Maschinendrehzahl. Dies ist . dadurch bedingt, daß
der Hub des Steuerschiebers 3 bei jeder Maschinendrehzahl zwischen den beiden Endstellungen
der Arbeitskolben io bzw. io' derselbe ist und somit auch der Drehzahlunterschied.
Ist beispielsweise die Schiene 13 so schräg eingestellt, daß der durch .die Bewegung
der Rückführung hervorgerufene Hub des Steuerschiebers 3 eine Drehzahländerung von
5o Umdrehungen bedingt, so ist diese Änderung, in Prozenten ausgedrückt, beispielsweise
bei einer Maschinendrehzahl von ia 500 Umdrehungen in der Minute io. % und
bei einer Maschinendrehzahl von ia ioo Umdrehungen in der Minute So °/o der Maschinendrehzahl.
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Da nun. bekanntlich die meisten Maschinen mit in weiten Grenzen veränderlicher
Drehzahl laufen, so ist bei dem beschriebenen Preßölregler eine einfache Vorrichtung
vorgesehen, mit welcher die Einstellung jeder beliebigen Drehzahl leicht und schnell
möglich ist. Der die einstellbare Schiene 13
tragende Hebel 1q. ist, wie beispielsweise
gezeichnet, auf einem in einem Schneckenrad 15 verschiebbaren Zapfen. 16, gelagert
(s. Abb. q. und q.a). Dadurch, daß der Zapfen 16 mehr oder weniger aus der Mitte
verschoben wind, erhält man beim Verdrehen des Schneckenrades 15 mittels der Schnecke
17 und Handknopf 1b eine größere oder kleinere Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Hebels
1q. und mithin auch eine größere oder kleinere Drosselschlitzveränderung in dem
Steuerschieber 3, da der Steuerschieber 3 durch die Feder i9 kraftschlüssig an die
Schiene 13 angedrückt wird. Da nun der Druck des Ölstromes i zur Erzielung der vorher
beschriebenen Beharrungslage konstant sein muß, ist bei großer Drosselöffnung im
Steuerschieber 3 eine hohe Drehzahl, also große Ölförderung der Pumpe, und bei kleiner
Drosselöffnung eine niedrige Drehzahl, also kleine Ölförderung der Pumpe, zur Konstanthaltung
des die Beharrungslage bestimmenden Druckes im Ölstrom i erforderlich. Es läßt sich
also durch einfaches Verschieben des Zapfens 16 jeder gewünschte Hub des Drosselschiebers
3 und mithin jeder Drehzahlbereich erreichen. Um nun den gesamten Drehzahlbereich
leicht nach oben oder unten verschieben zu können, ist der - Steuerschieber 3 mit
einer Stellschraube 2o versehen. Durch mehr oder weniger Heraus- oder Hineindrehen
dieser Schraube 2o kann der Drosselschlitz in dem Steuerschieber 3 in seiner Grundstellung
anders gelegt werden, was einer gesamten Verlegung des Drehzahlgebietes gleichkommt.
Soll der Regler zur Regulierung einer Kraftmaschine dienen, welche mit sehr schwerem
Öl gefahren wird oder sehr großen Temperaturschwankungen unterliegt, kann wie in
Abb.
q. dargestellt, zur vollständigen Beseitigung des Viscositätseinflusses, welcher
sich zufolge der inneren Verminderung der Druckverluste bei wärmer werdendem Ö1
in automatischer Erhöhung der Drehzahl der Maschine äußern würde, in den Steuerschieber
3 ein mit Regleröl gefüllter Metallbalg 2i oder sonst ein dehnbarer Körper eingebaut
werden. Das in dem dehnbaren Hohlkörper 2i eingeschlossene Regleröl oder der dehnbare
Körper verändert bei Temperaturänderungen sein Volumen.
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Bei wärmer werdendem Öl wird das Volumen größer, der Hohlkörper dehnt
sich aus, wird länger, und der Steuerschieber 3 wird nach unten verschoben. Dadurch
wird die Drosselöffnung im Steuerschieber 3 verkleinert, was, wie bereits beschrieben,
einer Drehzahlverminderung gleichkommt. Die durch die Viscositätsänderung hervorgerufene
Erhöhung der Drehzahl wird also durch diese einfache Einrichtung wieder beseitigt.