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Regelungsvorrichtung für Kraftmaschinen Gegenstand der Erfindung ist
eine Regelungsv orrichtung für Kraftmotoren, welche, wie diesem Zweck dienende bekannte
Vorrichtungen, eine Hilfsmaschine für die Steuerung des Zuflusses eines Druckmittels
zur Maschine aufweist, der seinerseits durch ein Steuerorgan gesteuert wird, das
mittels einer Vorsteuerung in Abhängigkeit steht von einem Fliehkraftregler und
von einem Beschleunigungsregler.
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Es sind verschiedene Arten von Vorrichtungen bekannt, welche es erlauben,
die Geschwindigkeit einer Maschine auf einen bestimmten Wert zu stabilisieren: a)
Die Geschwindigkeitsregler, welche nur die Geschwindigkeit der Maschine messen.
Diese erlauben es nicht, die Geschwindigkeit der Maschine auf einen .genau bestimmten
konstanten Wert zu regeln, ohne verschiedene stabilisierende Organe zu Hilfe zu
nehmen, welche dem Geschwindigkeitsregler angefügt werden müssen. Diese Organe erlauben
es, die Geschwindigkeit stets auf einen konstanten Wert "zurückzubringen, sie setzen
aber
die Empfindlichkeit des Geschwindigkeitsreglers herab und damit
auch die Genauigkeit der Regelung.
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b) Diejenigen Vorrichtungen, in welchen die Wirkung des Geschwindigkeitsreglers
durch diejenige eines Beschleunigungsreglers korrigiert wird.
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Gewisse Vorrichtungen dieser Art weisen einen Geschwindigkeitsregler
auf, welcher mit dem Beschleunigungsregler zu einem einzigen Ganzen verbunden ist.
Dieses letztere besteht in der Regel aus einem eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter,
welcher gleichzeitig der Wirkung der Beschleunigung und derjenigen der Fliehkraft
unterstellt ist. Derartige Vorrichtungen weisen nur ein Element zum Messen auf und
sind sehr schwer einzustellen und den gewünschten Betriebsverhältnissen anzupassen.
Es ist nicht möglich, die Wirkung :der Beschleunigung zu verändern und unabhängig
von derjenigen der Fliehkraft auf die Regelungsorgane der Maschine wirken zu lassen,
um in jedem speziellen Fall eine rasche und stabile Regelung der Geschwindigkeit
zu erhalten.
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Andere Vorrichtungen weisen voneinander unabhängige Geschwimdigkeits-
und Beschleunigungsregler auf, welche eine sichere Regelung der Geschwindigkeit
einer Maschine auf einen bestimmten konstanten Wert erlauben. Diese bekannten Vorrichtungen
sind jedoch sehr schwer einstellbar und benötigen oft, insbesondere um sie den Betriebsanforderungen
anzupassen, das Auswechseln oder das Anpassen der Regelungsorgane.
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Diese sehr schwierige Arbeit muß an Ort und Stelle beim Inbetriebsetzen
der Anlage ausgeführt werden. Daraus folgt, daß für die Einstellung dieser Vorrichtungen
Spezialarbeiter benötigt werden, welche oft zeitraubende Versuche durchführen müssen,
bis die am besten für die gestellten Betriebsbedingungen geeigneten Stückformen
gefunden worden sind, was eine kostspielige Arbeit bedeutet.
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Außerdem sind solche Vorrichtungen derart gebaut, daß :die Rückkehr
der Geschwindigkeit der Maschine auf ihren Betriebswert in der Regel viel zu langsam
erfolgt. Man hat aber stets ein Interesse daran, die Dauer der Störungen des normalen
Betriebszustandes zu verkürzen, d. h. die Geschwind@igkeit der Maschine so rasch
wie möglich auf den normalen Betriebswert zurückzubringen.
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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Regelvorrichtung für eine
Kraftmaschine, deren. Regelventil unter dem gemeinsamen Einfluß eines Beschleunigungsreglers
und eines von diesem unabhängig arbeitenden Geschwindigkeitsreglers steht. Erfindungsgemäß
sind die Verbindungsglieder zwischen dem Beschleunigungs- und dem Geschwindigkeitsregler
einerseits und dem Regelventil andererseits mit einer .einstellbaren Übersetzung
versehen, die unabhängig von der Einstellung der beiden Regler verstellt werden
kann. Hierdurch wird ermöglicht, die Geschwindigkeit der Maschine rascher und unter
günstigen Bedingungen auf den normalen Betriebswert zurückzubringen, wobei die ursprüngliche
Einstellung der Regelungsorgane unverändert bleibt.
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Die Zeichnung zeigt schematisch beispielsweise zwei Ausführungsarten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Fig. i zeigt im Schnitt eine Vorrichtung, bei welcher der Beschleunigungsregler
und der Geschwindigkeitsregler je auf einer verschiedenen Welle angeordnet sind;
Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i ; Fig. 3 ist eine abgeänderte
Ausführungsform, in welcher der Beschleunigungsregler und :der Geschwindigkeitsregler
auf der gleichen Welle angeordnet sind; Fig. q. ist eine zweite Ausführungsform
nach Fig. i ; Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Regelungskurven zeigt, die mit
bekannten Vorrichtungen und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten werden.
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Gemäß Fig. i dreht sich ein von der nicht dargestellten zu regelnden
Maschine gespeister Synchronmotor i genau mit der gleichen Geschwindigkeit wie diese
letztere und folgt allen ihren Geschwindigkeitsschwankungen. Dieser Motor i treibt
einen empfindlichen Beschleunigungsregler 2 an.
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Dieser Beschleunigungsregler ist nur schematisch dargestellt, da jede
bekannte Konstruktion dabei verwendet werden kann. In der Regel bestehen solche
Regler aus zwei Teilen, welche sich mit gleicher Drehgeschwindigkeit bewegen, von
denen aber einer sich in bezug auf seine Drehwelle axial, aber nicht winklig verschieben
kann, so daß er allen Geschwindigkeitsschwankungen dieser Welle folgt, während der
andere Teil 5, welcher eine bedeutende Masse aufweist, in elastischer Weise
durch Federn 6 mit seiner Antriebswelle .I verbunden ist. Die Folge davon ist, daß
bei jeder Änderung der Geschwindigkeit der Welle q. eine Winkelverschiebung zwischen
dem Teil 3 und der Masse 5 stattfindet. Die Beschleunigung bewirkt also eine Winkelverschiebung
zwischen beiden Teilen des Beschleunigungsreglers, welche der Größe der Beschleunigung
proportional ist.
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Im :dargestellten Beispiel steuern diese Winkelverschiebungen die
aus der Ausflußöffnung 7 eines hydraulischen Hilfsmotors 8 ausfließende Flüssigkeitsmenge.
Dieser weist einen längs verschieblichen Drücker 9 auf, dessen Lage sowie diejenige
der Ausflußöffnung 7 durch irgendwelche bekannten Mittel in Abhängigkeit der Beschleunigung
gehalten wird.
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Dieser Hilfsmotor besteht z. B., wie in der Zeichnung dargestellt,
aus einem Zylinder, in welchem ein Kolben io gleitet, welcher zwei Kammern von veränderlicher
Größe i i und i2 voneinander trennt. Die Druckflüssigkeit wird diesen Kammern durch
eine Leitung 1q. zugeführt, und beide sind miteinander durch eine Bohrung 13 des
Kolbens io verbunden. Die Kammer i2 ist durch eine Leitung 15 mit der Aus.flußöffnung
7 verbunden. Da die
Kolbenflächen, .durch welche die Kammern i i
und i--> abgeschlossen werden, von verschiedenen Abmessungen sind, ist es klar,
daß jede Änderung der aus der Öffnung 7 ausfließenden Menge, welche von einer Beschleunigung
der zu regelnden Maschine herrührt, eine Bewegung des Kolbens io im einen oder anderen
Sinne bewirkt. Die Ausflußöffnung 7 wird :durch die Bewegung einer Wand 16 veränderlich
gemacht, welche in bezug auf die Bewegungsrichtung dieser Öffnung geneigt ist. Jeder
Größe der Beschleunigung entspricht eine genau bestimmte Lage der Wand 16 und infolgedessen
des Kolbens io. Dieser Kolben steuert die Bewegungen des mit ihm fest verbundenen
Drückers 9 sowie der Ausflußöffnung 7.
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Der Motor i treibt über ein Getriebe i8-ig einen empfindlichen Geschwindigkeitsregler
2o an. Dieser letztere ist von an sich bekannter Bauart mit Fliehkörpern 21, durch
welche eine längs der Antriebswelle 23 bewegliche Hülse 22 verschoben wird. Diese
ist mit einer Steuernadel 24. versehen, durch welche die aus einer Öffnung 25 eines
hydraulischen Hilfsmotors 26 ausfließende Flüssigkeitsmenge gesteuert wird. Der
Hilfsmotor 26 weist einen längs verschieblichen Drücker 17 auf, dessen Lage sowie
diejenige der Ausflußöffnung 25 durch bekannte Mittel in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit
der Antriebswelle 23 gehalten werden.
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Dieser Hilfsmotor 26 ist vorzugsweise gleicher Art wie der Hilfsmotor
8 und besteht beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, aus einem Zylinder,
in welchem sich ein Kolben 27 bewegt, welcher zwei. Kammern 28 und 29 von veränderlicher
Größe voneinander trennt, v (5n denen eine, 28, durch eine Leitung 3o Druckflüssigkeit
erhält. Beide Kammern 28-29 sind durch eine Bohrung 32 des Kolbens 27 miteinander
verbunden, und die Kammer 29 ist es ihrerseits durch eine Leitung 31 mit der Ausflußöffnung
25.
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Es versteht sich von selbst, daß eine Veränderung der Ausflußmenge
durch die Öffnung 25 infolge einer Änderung der Geschwindigkeit eine Verschiebung
des Kolbens 27 bewirkt, durch welche die Öffnung 25 derart geregelt wird, daß wieder
die normale Ausflußmenge durchfließt. Daraus folgt, daß jeder Drehgeschwindigkeit
der zu regelnden Maschine eine genau bestimmte Lage des Steuerstiftes 24 und somit
eine Gleichgewichtslage des Kolbens 27 entspricht. Die Bewegungen dieses letzteren
steuern :diejenigen des Drückers 17 sowie diejenigen der Öffnung 25.
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Daraus ergibt sich, daß die Ausflußmenge durch die Öffnung 25 die
Gleichgewichtslage oder die Verschiebung des Kolbens 27 bestimmt, welcher genau
allen Verschiebungen der Hülse 22 folgt. Die Lage des Drückers entspricht dem absoluten
Wert der Geschwindigkeit während der ganzen Dauer der Regelung zwischen den sehr
weiten Wirkungsgrenzen des Geschwindigkeitsreglers.
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Die beiden Drücker 9 und 17 wirken auf ein durch einen Ring gebildetes
und durch Federn 36, 37 gehaltenes Zwischenglied 35 und steuern dessen Bewegungen.
Dieses Zwischenglied 35 steuert seinerseits die Bewegungen einer Nadel 34, welche
die Öffnung und Schließung einer Ausflußöffnung 38 eines Verteilers 39 steuert,
dessen Bewegungen durch die durch die Öffnung 38 ausfließende Flüssigkeitsmenge
bestimmt werden. Dieser Verteiler 39 steuert die Öffnung bzw. die Schließung der
nicht dargestellten Steuerorgane der zu regelnden Maschine z. B. mittels Servomotoren,
die durch Leitungen 40-4a auf hydraulischem Wege gesteuert werden.
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Dieser an sich bekannte Verteiler 39 kann z. B., wie in der Zeichnung
dargestellt, aus einem Zylinder bestehen, in welchem sich ein Kolben 42 bewegt,
durch welchen zwei Kammern 43-44 von veränderlicher Größe begrenzt werden. Diese
Kammern erhalten Druckflüssigkeit durch eine Leitung 4.5, und eine von ihnen ist
durch einen Kanal 46 mit der Ausflußöffnung 38 verbunden. Die Ausflußmenge durch
diese Öffnung bestimmt die Gleichgewichtslage oder die Verschiebung des Kolbens
42, der seinerseits die Schließung und Öffnung der durch die Leitung 45 mit Druckflüssigkeit
gespeisten Leitungen q0 und 41 bewirkt.
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Die Öffnung 38 befindet sich auf dem Ende eines auf einer mit dem
Ring 35 konzentrisch gelegenen Welle 49 drehbaren Armes 48. Da ,die beiden Drücker
9 und 17 auf einem gleichen Durchmesser des Ringes 35 liegen, ist es verständlich,
daß man durch Drehung des Armes 48 die Möglichkeit hat, das Übersetzungsverhältnis
der Bewegung der Drücker 9 und 17 auf den Verteiler 39 allmählich zu verändern.
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Wenn sich die Öffnung 38 unterhalb des Angriffspunktes des Drückers
9 befindet, der durch den Beschleunigungsregler 2 gesteuert wird, werden nur die
Bewegungen dieses Drückers dem Verteiler 39 übermittelt. Befindet sich die Öffnung
38 dagegen unterhalb des Angriffspunktes des durch den Geschwindigkeitsregler 20
gesteuerten Drükkers 17, so werden nur die Bewegungen dieses letzteren auf den Verteiler
übertragen. Den Zwischenstellungen der Öffnung 38 auf dem Ring 35 entsprechen alle
zwischen o und i enthaltenen Übertragungsverhältnisse.
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Es ist ersichtlich, daß man mit der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung
die Wirkung der Regelungselemente auf die Regelungsorgane der zu steuernden Maschine
bestimmen kann, d. h. daß man die Übertragungsverhältnisse der Bewegungen der Drücker
9 und 17 auf den Verteiler 39 wählen kann, derart, daß das eine oder andere Element
das Übergewicht erhält. Dies kann erfolgen, ohne daß an den Elementen 2 und 2o irgend
etwas geändert wird, sondern nur durch Regelung der Winkellage der Öffnung 38 auf
dem Ring 35 in bezug auf die beiden auf einem Durchmesser liegenden Drücker 9 und
17.
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Aus obiger Beschreibung folgt, daß der Wert, mit dem die Regelungsorgane
dem einen oder anderen der Regelungselemente unterstellt werden, allmählich währenddes
Betriebes der Maschine verändert werden kann, indem man die Winkellage der Öffnung
38 einstellt. Daraus folgt, daß die
Regelung einer Regelungsvorrichtung
für Kraftmaschinen der erfindungsgemäßen Art, welche bis jetzt als eine lange dauernde
und mühsame Arbeit betrachtet wurde, keinerlei Schwierigkeiten mehr bietet und leicht
und rasch durchgeführt werden kann. Da außerdem der Wert, mit dem die Regelungsorgane
dem einen oder anderen der Regelungselemente unterstellt werden, beliebig gewählt
werden kann, ist es möglich, den Gesghwindigkeitsregler während der ganzen Dauer
der Störung wirken zu lassen und so eine viel raschere Rückkehr der Geschwindigkeit
auf ihren normalen Betriebswert zu erreichen.
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Die bisher bekannten Vorrichtungen mit voneinander unabhängigen Beschleunigungs-
und Geschwindigkeitsreglern erlauben es nicht, den Wert der Einstellung auf das
eine oder andere der beiden Regelungselemente beliebig zu verändern. Um Pendelbewegungen
der zu regelnden Maschine zu vermeiden, war man bisher genötigt, eine langsame Rückkehr
der Geschwindigkeit auf den normalen Betriebswert zu wählen. Dank der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Wirkung des Geschwindigkeitsreglers während der ganzen Dauer
dieser Rückkehr fühlbar, wodurch ermöglicht wird, die verzögernde Wirkung des Beschleunigungsreglers
auf ein Minimum herabzusetzen, indem man für den Hilfsmotor 26 einen sehr weiten
Wirkungskreis wählt.
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Das Diagramm der Fig.5 zeigt beispielsweise eine Regelungskurve a,
welche mittels einer bekannten Vorrichtung, und eine Kurve b, welche mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erhalten wurden.
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Es ist ersichtlich, daß die Dauer der Störung im zweiten Fall bedeutend
geringer ist als im ersten, was im Betrieb von großem Vorteil ist, insbesondere
wenn die Störung auf eine plötzliche Überlastung zurückzuführen ist, welche stets
schwerer zu korrigieren ist als eine Entlastung.
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Es versteht sich von selbst, daß der Ring 35 durch eine Stange ersetzt
werden könnte, indem die Auslaßöffnung 38 des Verteilers 39 auf einer parallel zu
dieser Stange angeordneten Führung vorgesehen wäre, um die Länge der Hebelarme zwischen
dem Drücker 9 und der Auslaßöffnung 38 einerseits und anderseits zwischen dieser
letzteren und dem Drücker 17 verändern zu können. Das Zwischenglied 35 könnte auch
z. B. durch Kugelgelenke mit den Drückern verbunden sein, welche es diesem Teil
erlauben, eine verhältnismäßig große Neigung anzunehmen.
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Es könnte auch vorgesehen werden, daß eine gegenseitige Verschiebung
zwischen dem Verteiler 39 und dem Zwischenglied 35 zusammen mit den Regelungselementen
stattfindet.
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Es ist nicht unbedingt nötig, daß die Welle 49, auf welcher sich der
Arm .dreht, konzentrisch zum Ring 35 liegt. Diese Welle kann exzentrisch gelegen
sein, zum Zweck, daß geringere Winkelverschiebungen nötig werden, um das Übertragungsverhältnis
der Bewegung der beiden Drücker auf den Verteiler um einen gleichen Wert zu verändern.
Es ist endlich noch möglich, jedes Regelungselement durch einen getrennten Motor
anzutreiben, wobei jeder derselben durch die zu regelnde Maschine gespeist wird
und genau ihren Geschwindigkeitsschwankungen folgt. Der Vorteil des Antriebs der
Regelungselemente durch verschiedene Wellen besteht in der Geschmeidigkeit des Ganzen.
Dank einer solchen Anordnung ist es möglich, den Beschleunigungsregler und den Geschwindigkeitsregler
mit der Drehgeschwindigkeit anzutreiben, welche für sie am günstigsten ist.
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Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung ähnlich derjenigen der Fig. i, in welcher
aber die beiden Regelungselemente auf einer gleichen Welle angeordnet sind. Gleiche
Bezugszeichen beziehen sich auf entsprechende Teile beider Figuren.
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Der durch den Arm ¢8 mit der Auslaßöffnung 38 des Verteilers 39 beschriebene
Kreisbogen ist kleiner gewählt als derjenige des Kreisringes, auf welchem die Drücker
9 und 17 angeordnet sind. Daher können die Übersetzungsverhältnisse der Bewegungen
der Drücker auf den Verteiler 39 nicht zwischen den Werten o und i verändert werden,
wie im vorbeschriebenen Fall, sondern nur zwischen zwei genau bestimmten Grenzen,
welche für jeden der beiden Drücker verschieden sein können, wenn die Drehachse
4.9 des Armes 48 nicht in gleichem Abstand von ihnen steht.
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Bei der Vorrichtung gemäß Fig. q. ist zwischen dem durch den Geschwindigkeitsregler
2o betätigten Drücker 17 und dem Kolben d.2 des Verteilers 39 eine unmittelbare
Verbindung vorgesehen. Daher kann das Übersetzungsverhältnis der Bewegungen des
Geschwindigkeitsreglers auf den Verteiler in der Folge nicht verändert werden.
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Es ist dagegen ein Zwischenglied 35 vorgesehen, welches aus einem
Hebel besteht und einerseits mit dem vom Beschleunigungsregler betätigten Drültker
9 und anderseits mit dem Verteilerkörper 39 verbunden ist. Dieses Zwischenglied
35 ist um eine Achse 5o drehbar, welche in einem auf ihm vorgesehenen Schlitz 51
gleiten kann, damit die Länge der Hebelarme eingestellt werden kann, um das Übersetzungsverhältnis
der Bewegungen des Beschleunigungsreglers auf den Verteiler entsprechend den Betriebsbedingungen
verändern zu können.
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Die Bewegungen des Geschwindigkeitsreglers können in gleicher Weise
auf den Schieber des Verteilers durch einen einstellbaren Hebel übertragen werden,
um die Übersetzungsverhältnisse der Bewegungen des Geschwindigkeitsreglers und des
Beschleunigungsreglers unabhängig voneinander verändern zu können.