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Hydraulischer Regler Der bei neuzeitlichen Regeleinrichtungen immer
mehr in den Vordergrund tretenden Forderung nach hoher Regelgeschwindigkeit und
großen Verstellkräften steht im allgemeinen der Aufbau des die Regelimpulse aufnehmenden
und weiterleitenden Taktgebers entgegen. Aus der Natur des Taktgebers folgt, daß
in ihm nur kleine Wege zugelassen werden können. Sind schon bei einem Fliehkraftregler
die Steuerwege der Muffe nicht sehr groß, so werden sie noch erheblich kleiner,
wenn man andere Taktgeber verwendet, etwa hydraulische, die mit Durchfluß- oder
Ausflußsteuerung arbeiten. Die physikalischen Erscheinungen, auf denen sich derartige
Taktgeber aufbauen, lassen große Steuerwege nicht zu. Man könnte nun glauben, daß
diese kleinen Steuerwege kein besonderes Hindernis für hohe Regelgeschwindigkeiten
und große Verstellkräfte sein könnten, da man ja doch zwischen Taktgeber und Regelorgan
den Kraftkolben (Servomotor) mit seiner Hilfssteuerung zwischenschaltet, die als
Kraft- und Wegverstärker wirken. Eine solche Auffassung würde aber an der Tatsache
vorübergehen, daß der Vorsteuerkolbenweg auch nur im Ausmaß der Taktgeberbewegung
zurückgelegt werden kann. Wegmäßig läßt sich also durch die Hilfssteuerung unmittelbar
nicht viel gewinnen. Das Wesentliche liegt vielmehr in der hydraulischen Übersetzung,
indem .durch die vom Hilfssteuerkolben freigegebenen Steueröffnungen eine entsprechende
Olmenge zum Kraftkolben strömen kann, die einen dem Regelgesetz zugeordneten Weg
des Regelorgans auslöst. Man kennt die Beschränkungen des Regelvorganges hinsichtlich
Weg und Geschwindigkeit, die aus der Freigabe der Steueröffnungen durch den Hilfssteuerkolben
entspringen.
Ein weiterer Gesichtspunkt, der nicht übersehen werden
darf, ist die insbesondere bei hydraulischen Taktgebern nicht immer vermeidbare
Rückwirkung von Stellgliedern auf den Taktgeber selbst, die sich dem Regelvorgang
störend überlagern kann.
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Es liegt also die Aufgabe vor, die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen,
die Verstellkraft zu vergrößern und ferner die Stabilität des Regelvorganges zu
verbessern. Mit diesen Aufgaben beschäftigt sich die 'Erfindung, und zwar im Zusammenhang
mit einem hydraulischen Taktgeber. Es soll hierunter ein Taktgeber verstanden `-erden,
in dem ein flüssiges Hilfssteuermittel, das im allgemeinen C51 sein wird, durch
den Taktgeber Zustandsänderungen unterworfen wird, die als Regelbefehle weitergeleitet
werden. Der Taktgeber kann mit Durchflußsteuerwng, Ausflußsteuerung, Strahlrohrsteuerung
usw. arbeiten. Ferner seien eine Hilfssteuerung und ein Kraftkolben (Servomotor)
für das zu regelnde Organ vorgesehen. Bei einem solchen Regler soll gemäß der Erfindung
der hydraulische Taktgeber seine Steuerbefehle an einen Steuerkolben abgeben, der
selbsttätig mittels eines Kataraktes seiner Mittelstellung zustrebt. Eine besonders
zweckmäßige Ausführungsform der Regeleinrichtung wird erhalten, wenn der hydraulischeTaktgeber
über einen Folgekolben (Vorsteuerkolben) den Hilfssteuerkolben steuert. Der Taktgeber
wird dabei derart ausgebildet, daß er bei der Abweichung aus der Mittellage nach
der einen oder anderen Seite einen Steuerungsbefehl gibt, der in der Stelleinrichtung
eine Bewegung im einen oder anderen Sinn hervorruft. Auf diesen Befehl spricht die
Stelleinrichtung im einen oder anderen Sinn an.
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Durch Kupplung der Steheinrichtung mit einer nachgiebigen Rückführung
läßt sich ein bleibender Ungleichförmigkeitsgrad ausscheiden. Die Stabilität der
Regelung kann man durch Einführung einer Stellungsrückführung vom Kraftkolben aus
in beliebiger Größe erzielen.
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Die Erfindung sei an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert,
und zwar im Zusammenhang mit einer Regelung, die auf elektrische Impulse anspricht.
Es ist dabei in erster Linie an eine Turbinenregelung gedacht. Hier wird in erhöhtem
-Maß die Forderung nach schneller Anpassung der Maschinenleistung an die wechselnde
Last gestellt, so daß es sich hierbei um eine besonders dringliche Aufgabe handelt.
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Die Erfindung sei zunächst an Hand der Fig. i erläutert. Die Regelimpulse
werden über die Leitung i auf einen Magneten 2 mit einem beweglichen Anker 3 gegeben.
Je nachdem, ob es sich um Spannungs- und Stromimpulse handelt, wird der Anker 3
bei steigendem Strom, d. h. steigender Last, oder steigender Spannung, d. h. fallender
Last, angezogen. Mit dem Anker 3 ist über die Stange .I der in einem Gelenk 5 gelagerte
Hebel 6 verbunden. der an seinem unteren Ende den linsenförmigen Steuerkörper 7
trägt. Diesem zugeordnet sind zwei Ausströinöffnungen 8 und 9, denen Drucköl über
die Leitung io durch die Pumpe i i zugeführt wird. Das Drucköl gelangt über die
Bohrungen 1z und 13 zunächst in die Räume 14 bzw. 15, die einerseits durch die Kolben
16 und 17, andererseits durch die Kolben 18 und i9 begrenzt sind. Der Raum 14 steht
über die Bohrung 2o mit dem Raum 21 und der Raum 15 über die Bohrung 22 mit dem
Raum 23 in Verbindung. Zu der Bohrung 8 führt ein Leitungsstück 24, das mit dem
Raum 21 in Verbindung steht, zur Bohrung 9 ein Leitungsstück25, das mit dem Raum
23 in Verbindung steht. In der mittleren Stellung des Körpers 7 gegenüber den Ausströmöffnungeti
8 und 9 ist der Druck in den Räumen 21 und 23 gleich, so daß sich die Kolben 16
und 17 ebenfalls in ihrer ll,ittelstellung befinden.
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Wird jetzt infolge einer Änderung der Stellung des Ankers 3 gegenüber
dem Magneten 2 der Körper 7 aus seiner Mittellage herausbewegt, beispielsweise nach
rechts, so wird das Kräftegleichgewicht gestört. Durch Annäherung des Körpers 7
an die Bohrung 9 wird der Ausströmwiderstand vergrößert, die Flüssigkeit also aufgestaut
und hierdurch der Druck im Raum 23 gesteigert. Der Druckanstieg hat eine Verschiebung
der Kolben i9 und 17 nach rechts zur Folge. Im linken Teil des hydraulischen Taktgebers
tritt die gegenteilige Wirkung ein. Dadurch; d;aß sich der Körper 7 von der Ausflußöffnung
8 entfernt, wird der Ausflußwiderstand verringert und infolgedessen der Druck im
Raum 21 gesenkt. Die Änderung der Druckverhältnisse führt zu einer Bewegung der
Kolben 16 und 18,: und zwar in gleichem Sinn wie beim rechten Kolben, d. h. nach
rechts. Durch die Bewegung des Kolbens 17 nach rechts wird die Steueröffnung 27
und durch die Bewegung des Kolbens 16 nach rechts die Steueröffnung 28' freigegeben.
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über die Steueröffnung 28' fließt jetzt Drucköl zur Leitung 28 und
von da in den Zylinder 29. Andererseits wird der Zylinderraum 30 über die Leitung
31 und die Steueröffnung 27 mit der Abflußleitung 32 verbunden. Im Zylinder 29 befindet
sich ein durch eine Feder 32 belasteter Kolben 33, im Zylinder 5o ein entsprechender
Kolben 34 mit Belastung durch eine Feder 35. Die Kolbenstangen 36 und 37 sind über
einen bei 38 :gelagerten Waagebalkenhebel 39 untereinander und mit dem Vorsteuerkolben
40 einer Hilfssteuerung für den Kraftkolben 41 verbunden. Infolge des Druckanstieges
unterhalb des Kolbens 33 und der Druckabsenkung unterhalb des Kolbens 34 wird der
Waagebalkenhebel39 entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeschwenkt und hierdurch der Steuerkolben
4o abwärts bewegt. Die Leitung 42 wird dadurch mit der Druckleitung 43 und die Leitung
,4.4 mit der Abflußleitung 45 verbunden. Kolben 41 wird angehoben und hierdurch
das Ventilgestänge 46 in der gewollten Weise verschwenkt. Wichtig ist nun., däß
der Steuerkolben 40 selbsttätig in seine Decklage zurückgeht. Das geschieht mit
Hilfe der Federn 32 und 35 und der Drosselöffnung 47, deren Größe mit Hilfe der
Stellschraube 48 eingestellt werden kann. Bei Beginn des Regelvorganges wirkt die
kataraktähnliche Stelleinrichtung wie ein festes Gestänge. Sobald jedoch die Federn
in der -Lage
sind, ihre Wirkung auszuüben, streben sie der Endlage
wieder zu und bringen damit den Kolben 40 ebenfalls in seine Endlage. Diese Bewegung
ist nun bei der dargestellten Anordnung abgestimmt auf die Rückführung des hydraulischen
Taktgebers. Bei der Verstellung des Ankers 3 wird nämlich gleichzeitig die Feder
49 zusammengedrückt bzw. auseinandergezogen. Es war angenommen, daß sich der Körper
7 nach rechts bewegt hat. Bei dieser Bewegung wird die Feder 49 gezogen und übt
auf diese Weise eine rückstellende Kraft auf den Körper 7 aus. Nun ist mit dem Waagebalkenhebel
39 über die Stange 5o ein Hebel 51 verbunden, der mit einem Hebel 52 zusammenwirkt.
Das Übersetzungsverhältnis kann durch den verstellbaren Steg 53 eingestellt werden.
Geht annahmegemäß der Kolben 33 aufwärts, so wird der Hebel 51 um den Gelenkpunkt
54 im Uhrzeigersinu .ausgeschwenkt, also die Feder 49 weiter gespannt und die über
den Hebel 6 auf den Steuerkörper 7 wirkende Rückführkraft entsprechend vergrößert.
Man sieht aus dem '-Beispiel, daß sowohl der Steuerkolben 4o als auch der Steuerkolben
7 ihre Mittellage erst nach Herbeiführung des Ausgangszustandes wieder einnehmen
können. Die Regelung ist also isodrom. Dagegen ist die Rückführung 55, die mit tdem
Kraftkolben 41 gekuppelt ist, statisch. Die Rückführung ist in diesem Fall elektrisch,
und zwar wird über den Widerstand 56 die Zugkraft des Magneten 2 je nach der Stellung
des Kraftkolbens 41 geändert.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt grundsätzlich den gleichen
Aufbau. Jedoch ist der den Vorsteuerkolben 4o und die Zylinder 29 und
30 umfassende Teil des Reglers jetzt mechanisch vom hydraulischen Impulsgeber
getrennt. Däfür ist eine elektrische Rückführung57 vorgesehen. Die Wirkung ist im
übrigen die gleiche.
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Fig. 3 zeigt, daß man noch einen Schritt weitergehen kann, indem die
Rückführung 56 vom Kraftkolben 41 aus und die Rückführung 57 vom Vorsteuerkolben
4o aus zu einem Gerät vereinigt sind, das auf den einzigen Widerstand 56' arbeitet.
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Die Fig. 4 und 5 sind wesentlich vereinfacht. Sie, sollen nur zur
Erläuterung der Möglichkeit dienen, vom hydraulischen Taktgeber aus ohne Folgekolben
auf die kataraktähnliche Stelleinrichtung zu arbeiten. Im Fall der Fig.4 dient zur
Steuerung ein Strahlrohr 58, das je nach seiner Ablenkung zur Stellung gegenüber
der Steueröffnung 59 oder der Steueröffnung 6o gebracht werden kann. Die Strahlimpulse
wirken dann unmittelbar auf die Kolben 33 und 34.
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Dasselbe Prinzip zeigt die Fig. 5. Die durch den Körper 7 gesteuerten
Ausflußbohrungen stehen ebenfalls wieder unmittelbar mit den Zylindern 29 und
30 in Verbindung. Allerdings wird für höhere Regelansprüche der Grundaufbau
nach den Fig.i bis 3 vorzuziehen sein, da die Abhängigkeit der Ausschläge von der
Gesetzmäßigkeit der Druck-oder Strömungsänderungen unter Umständen als Nachteil
empfunden wird.