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Regeleinrichtung mit Servomotor Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung
mit Servomotor und einem das Steuerorgan des Servomotors rückführenden Verstell'kolben,
dessen Bewegung unabhängig vom Servomotorkolben durch Beaufschlagung mit vom !Steuerorgan
des @Servomotorkol'bens gesteuertem Druckmittel erfolgt, insbesondere eine Leistungsregelung
auf durch Brennkraftmaschinen mit elektrischer Leistungsübertragung angetriebenen
Fahrzeugen.
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Die bekannten servomotorisch wirkenden Leistungsregler, bei denen
die verlangte Funktion eine mechanische Rückführung des Steuerorgans durch ,den
Servomotorkolben ummöglich macht, zeigen unter gewissen Umständen durch Überregeln
verursachte Schwingungen oder Pendelungen.
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Um diese ,Schwingungen zu verhindern, ist bereits vorgeschlagen worden,
das ,Steuerorgan des Servomotors durch einen Kolben zurückzuführen, der gleichzeitig
mit dem Servomotorkolben von dessen Steuerorgan beaufschlagt wird und mit dem ,Servomotorkolben
mechanisch nicht verbunden ist. Diese bekannte Rückführung hat den Nachteil, daß
sie sofort wirkt -und damit ledigllich die Öffnung des Steuerorgans verkleinert.
Praktisch käme es auf das gleiche heraus, wie wenn für den. Servo: motor ein .Steuerorgan
mit kleinerem Querschnitt verwendet würde.
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Um nun die auftretenden Pendelungen zu verhindern, wird nach der Erfindung
vorgeschlagen, daß die Rückführbewegung des Verstellkolbens mittels Drosselorganen
in den Leitungen, die den Verstell'kolben mit dem Steuerorgan verbinden, gegenüber
der Bewegung -des .Steuerorgans verzögert wird.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, idaß 'bei einem bestimmten Ausschlag
des Reglers der Brenn'kraftmaschine aus der Stellung, welche der Abs.chlußstellung
des Steuerorgans des Servomotors entspricht,
dieses Steuerorgan
nun sofort rasch aufmacht. Erst wenn der Ausschlag des Brennkraftmas.chinenreglers
nicht mehr so rasch zunimmt, kommt der Rückführungskolben allmählich nach und verringert
die Öffnung des .Steuerorgans. Die Rückführbewegung ist somit verzögert.
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Die wesentliche Wirkung der Drosselung nach der Erfindung tritt nun
aber dann ein, wenn .der B.rennkraftmaschinenregler einen größten Ausschlag erreicht
'hat und wieder in die Gleichgewichtsstellung .zurückkehrt. Diese Umkehr !in der
Bewegung des Brennkraftmaschinenreglers bedeutet, daß der Leistungsregler genügend
be- und entlastet ist und nun wieder in dieAbschlußstellung zurückgehen sollte.
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Ohne gedrosselte Rückführung geschieht .dies nicht, das Steuerorgan
ödes Servomotors kommt vielmehr erst in die Abschlu3stellung, wenn der Brennkraftmas.chinenregler
wieder die Sollstellung erreicht hat. Wenn nun aber der Druckmittelzutritt zum Rückführungskolben
gedrosselt ist, kann der Kolben nicht sehr rasch in seine Mittelstellung zurückgehen.
Dadurch kommt das ,Steuerorgan des Servomotors in die Abschlußlage, lange bevor
der Brennkraftmaschinenregler in der Sollstellung ist.
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Bei richtiger Abstimmung der Drosselung pendelt das Steuerorgan des
Servomotors beständig um die.Abschlußstellungherum, solange ,der Brennkraftmaschinenregler
gegen die Sollstellung zurückgeht. Die Phasenverschiebung von 1/4 Periode zwischen
dem Brennkraftmaschinenregler -und dem Leistungsregler, die ohne Anwendung der Drosselung
vorhanden ist, wird somit aufgehoben. Während der Zeit, in der idie 'beiden Regler
sieh bisher entgegengesetzt bewegten, -stecht der Leistungsregler nur still.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsibeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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In der Zeichnung ist die- Brennkraftmaschine i mit einem von der Kurbelwelle
mittels des Getriebes 2 angetriebenen Regler 3 versehen, dessen Muffe 4 über das
Gestänge 5 bis 14 -das Steuerorgan 15 -des Servomotors 16 verstellt, dessen Kolfen
17 mit :dem Kontakthebel 18 eines Regelwiderstandes i9 verbunden ist, der z. B.
zur Regelung der Erregung des nicht gezeichneten iGenerators dient, der von der
B.rennkraftmaschine i angetrieben wird und den Strom für die nichtdargestellten
Antriebsmotoren, z. B. eines -Schienenfahrzeuges, erzeugt.
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Zur Rückführung des ,Steuerorgans 15 des Servomotors.i6dient die Vorrichtung
2(o mit idem Verstellkolben 2i. Der Versteli!kolben wird durch die Feder 23 und
die auf dem verjüngten Teil 24 .der Kolbenstange 22 beweglich angeordneten Federteller
25 und 26 in die Mittellage zurückgeführt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die verschiedenen Organe der Regelvorrichtung
sind für einen Gleichgewichtszustand gezeichnet, das heißt der Regelwiderstand i9
stellt gerade die Belastung ein, die durch ,die Sollwerteinstellvorrichtung 27,
2-8 gegeben ist. Ändert sich die Belastung durch irgendwelche äußere, z. B. das
Einfahren in eine Steigang, oder innere, durch diie Kraftmaschine bedingte Einfüsse
und geht dabei die Belastung beispielsweise über das hinaus, was die Kraftmaschine
bei der gezeichneten Stellung des Reglers 3 entsprechenden Drehzahl abgeben kann,
so sinkt die Drehzahl der Kraftmaschine. Die Gev4chte dies Reglers 3 wandern nach
innen und die Muffe 4 nach unten.
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Bei festgehaltenen Drehpunkten, ii und 14 geht nun der Schieber 15
nach oben aus seiner Abschlußluge heraus, so daß. Druckmittel aus der Leitung 29
durch ,den Durchlaß @im Schieberspiegel 30 und,die Leitungen 3 i und 33 zur
oberen Seite des Kolbens 17 zutreten kann. Dadurch wird,der Widerstand i9 vergrößert,
4. h. die Erregung des Stromerzeugers herabgesetzt.
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Gleichzeitig gelangt aber auchDruckmittel durch den Abzweig 32 auf
die obere Seite ,des Kolbens 2.1, der nach unten geiht und durch Verschiebendes
Drehpunktes 14 den Hebel 13 um den Punkt 12 dreht und somit den Schieber
15 wiede.r etwas gegen seine Abschlußlage hin zurückführt. Das Druckmittel unterhalb
der Kolben 17 und 2,1 entweicht durch die Leitungen 35 und 36 sowie
Iden Dur:chlaß, 34. Durch die Drosselorgane 317 und 38 wiird jedoch die Bewegung
des Kolbens: 2@i mehr oder weniger stark verzögert, so daß der ,Schieber 15 auf
jeden Fall einen Ausschlag nach oben beibehält, solange die Mnuffe 4 sich immer
noch nach unten bewegt. Die Entlastung der Kraftmaschine ist dann groß genug, wenn
die Muffe 4 in ihrer Abwärtsbewegung zum .Stillstand gekommen ist.
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Wenn die Muffe 4 sich wieder nach oben bewegt und der Kolben 2,1 in
der Mittellage wäre, würde der Schieber 15 den Kolben 17 im Sinne einer Entlastung
der Kraftmaschine beaufschilagen, bis der Regler 3 wieder in der gezeichneten Sollstellung
ist. Diese ganze Periode der Aufwärtsbewegung der Muffe 4 würde somit ein Überregeln
darstellen. In Wirklichkeit ist aber im Augenblick, in dem die Mufe- 4 aus (ihrer
untersten Lage wieder nach oben geht, der Kolben 21 nicht in seiner Mittellage,
sondern unterhalb dieser: Der Schieber 15 :kommt wesentldch früher in seine Abschluß!lage,
als wenn der Versteilkolben 211 nicht vorhanden bzw. wenn der Drehpunkt 14 fest
wäre.
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Im Augenblick, -in welchem der Schieber 15 in seiner Abschlußlage
ist, wandert der Kolben 2i infolge des Druckes der Feder 23 und der Undichtheit
wieder langsam in seine Mittellage. Wenn dies @zu langsam erfolgt, geht der Schieber
15 nach unten aus der Abschlußlage heraus, was .zu einer Beschleunigung der
Rückwärtsbewegung des Kolbens 2i führt. -Durch die Einstellung ,der Drosselorgane
37 und 38 ist es möglich, die !Geschwindigkeit .des Kolbens 2i- den -Erfordernissen
des Regelvorganges anzupassen. Sollte es vorkommen, daß derSchieber 15 vorübergehend
nach unten aus der Abschlußlage herausgeht, schadet Jas weiter nichts, da ja eine
verhältnismäßlig rasche . Aufwärtsbewegung der Muffe 4 aus der untersten in die
Sollstellung ;darauf hindeutet, daß bereits zu viel entlastet worden
ist.
Es geht daraus eindeutig hiervor, daß die schädliche Überregelung ,der Regeleinrichtung
durch den Kalben 21 stark vermindert oder unter Umständen ganz vermieden wird.
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Erfolgt die Gleichgewichtsstörung durch eine Unterlastung, wickelt
sich der Regelvorgang im umgekehrten Sinne auf im Prinzip gleiche Weise ab, so daß
sich eine Beschreibung hierüber erübrigt.
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Wird der Hebel 28. zur Verkleinerung der Sollwerteinstellung der Belastung
nach rechts gedreht, so geht mit der Geradführung 27 der Drehpunkt i i nach oben,
indem der Hebel io um ,das Gelenk 9 am Hebel 7 dreht, der von der Muffe 4 mittels
des Hebels 5 und, des Lenkers. 6 festgehalten wird. Diese Verschiebung,des Drehpunktes
i i wirkt sich sofort so aus wie eine Belastungserhöhung. Es spielt sich dann bezüglich
der Organe des Servomotors und der Rückführeinrichtung dasselbe ab, wie vorstehend
beschrieben.
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Durch :die Entlastung geiht die Muffe 4 etwas nach oben, -der Schieber
15 kommt erst endgültig wieder in Absehlußstellung, wenn der Zeiger 7 des Reglers
3 bei .einem etwas kleineren Wert der Skala 8 zur Ruhe gekommen ist. Ist die Kraftmaschine
i füreinstellbare Drehzahlen ausgebildet, kann es vorteilhaft sein, die Leistungseinstellvorrichtung
mit der Vorrichtung zur Einstellung der Drehzahl ,zu kombinieren, so daß jede Drehzahl
einer bestimmten Leistung entspricht.
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Statt .des Regelwiderstandes i9 kann vom Regler 3 auch die Füllungsregeliung
oder die .Stellung des Drosselschiebers -einer hydrodynamischen Kupplung oder :die
Stellung der .Schaufeln eines hydirodynamischen Wandlers eingestellt werden.
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Die Regelbedingungen des Reglers 3 sind unter Umständen beim Über-
oder beim Unterschreiten der Sollwertstellung nicht gleich. Beim Unterschreiten
der Sollwertstellung wird beispielsweise die eingespritzte Brennstoffmenge einer
Brennkraftimaschine bis zur Füllung o geregelt. Infolgedessen ändert sich die Drehzahl
nur wenig, bei Überschreiten der Sollwertstellung hingegen ist vielleiicht schon
sehr rasch die höchste Füllung erreicht, und die Drehzahl fällt entsprechend' ab.
| Dann mag es zweckmäßig sein, die GGeschwindig- |
| keit des Kolbens 21 für die beiden Bewegungsrich- |
| tungen verschieden einziustellen.. |
| Diies geschieht in einfachster Weise durch Ver- |
| wendung eines Stufenkolbens, wie in der Figur |
| dargestellt. Ähnliches kann dadurch erreicht wer- |
| den, .daß für das Zurückführen des Verstellkolbens |
| 21 in seine Mittellage an Stelle der einen Feder 23 |
| zwei Federn mit verschiedener Charakteristik ver- |
| wendet werden, von denen je eine für jede ider |
| beiden. Bewegungsrichtunigeiv des Kolbens 21 in |
| Wirkung tritt. |