Regeleinrichtung zur Steuerung von Kraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine zur Steuerung von Kraftmaschinen dienende Regeleinrich tung, welche einen mindestens in einer Rich tung durch Flüssigkeit betätigten Servomotor aufweist.
Bei solchen Regeleinrichtungen ist dem Servomotor zu dessen Betätigung Flüssigkeit unter Überdruck zuzuführen. Die Flüssigkeits- zufuhr zum Servomotor wird üblicherweise durch einen Steuerschieber geregelt. Die Druckflüssigkeit wurde bisher meist von einer Zahnradpumpe oder dergleichen geliefert.
Die Regelvorgänge dauern meist nur kurze Zeit. In der übrigen Zeit wird vom Servo motor keine Druckflüssigkeit benötigt. Die Pumpe muss dann nur einen bestimmten Druck aufrechterhalten, und man lässt die geförderte Flüssigkeit wieder durch ein Überströmventil abfliessen.
Solche Einrichtungen haben bekanntlich den Nachteil, dass auch in der Zeit, in welcher keine Druckflüssigkeit zu fördern ist, die Pumpe doch mit voller Leistung läuft. wobei die aufgewendete Arbeit in Wärme umgewan delt wird, welche durch Kühlung der geför derten Flüssigkeit abgeführt werden muss.
Um diesem Nachteil zu begegnen, ist schon vorgeschlagen worden, zur Lieferung der Druckflüssigkeit eine Steuerpumpe mit einem aus einer neutralen, der Fördermenge Null entsprechenden Lage verschiebbaren Organ zu verwenden, dessen Verschiebungsbetrag die Fördermenge der Pumpe bestimmt, wobei die Zufuhr der Druckflüssigkeit ohne Benützung eines Steuerschiebers direkt durch Beeinflus- sung des besagten verschiebbaren Organs ge regelt wird.
Dies erfordert aber einen wesentlich ver änderten Aufbau der Regelorgane, wobei aber in manchen Fällen, wie etwa bei einseitig be- aufschlagten Servomotaren zum Abfliessen- lassen der Flüssigkeit, oder bei Stufenkolben zum Mfliessenlassen von überschüssiger Flüs sigkeit, auf eine zusätzliche Betätigung eines Steuerschiebers oder dergleichen doch nicht verzichtet werden kann.
" Die Erfindung bezweckt nun, eine Regel einrichtung zu schaffen, bei welcher im wesentlichen die gleichen Steuerorgane wie bei den bisher üblichen Regeleinrichtungen verwendet werden, und bei der doch der vor erwähnte Nachteil vermieden wird.
Zu diesem Behufe wird die Regeleinrichtung so ausge bildet, dass die zur Betätigung des Servo motors dienende Flüssigkeit von einer mit einem aus einer neutralen, der Fördermenge Null entsprechenden Lage verschiebbaren, durch seinen Verschiebungsbetrag die Förder menge bestimmenden Organ versehenen selbst steuernden Pumpe geliefert wird, bei welcher dieses Organ bei Erreichen eines bestimmten Förderdruckes selbsttätig in seine neutrale Lage zurückgeführt wird.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemässen Regeleinrichtung besteht darin, dass die selbststeuernde Pumpe die Flüssigkeitsförderung zu einem Steuerorgan besorgt, welches den Zufluss der Flüssigkeit zum Servomotor regelt. Die Pumpe kann aber auch einen Windkessel. beliefern, von welchem die zur Betätigung des Servomotors dienende Flüssigkeit bezogen wird.
Wenn die Regeleinrichtung einen unter festem Druck zu haltenden Schliessservomotor aufweist, so ist es zweckmässig, eine weitere selbststeuernde Pumpe unmittelbar Flüssig keit zu diesem Servomotor fördern zu lassen zur Erzeugung eines vorgegebenen festen, in einer Richtung auf den andern Servomotor wirkenden Druckes. Der Druck wird dabei durch diese weitere selbststeuernde Pumpe er zeugt anstatt, wie in bisher üblicher Weise, durch einen Windkessel oder durch Betriebs wasser.
Um die Möglichkeit zu erhalten, das Schliessgesetz des Servomotors noch in Ab hängigkeit von irgendwelchen in Betracht fallenden Grössen, wie etwa im Falle der Rege lung von Wasserturbinen in Funktion von Reglerhub, Gefälle, Wasserspiegels usw. zu beeinflussen, ist es zweckmässig, die Pumpe der erfindungsgemässen Regeleinrichtung mit einer Einrichtung zu versehen, durch welche der Verschiebungsbetrag des aus einer neu tralen Lage verschiebbaren Organs in ver änderbarer Weise begrenzt werden kann.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Regeleinrichtung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Regeleinrichtung mit direkter Zufuhr der den Servomotor betätigenden Flüssigkeit von einer selbststeuernden Pumpe zu einem Steuerschieber, Fig.2 eine Regeleinrichtung, bei welcher die den Servomotor betätigende Flüssigkeit von einem durch eine selbststeuernde Pumpe belieferten Windkessel bezogen wird, Fig. 3 eine Regeleinrichtung mit einem unter vorgegebenem Druck stehenden Schliess servomotor,
Fig. 4 und 5 je eine selbststeuernde Pumpe und Fig. 6 ,einen Schnitt na-eh der Linie VI-VI durch die in Fig. 5 dargestellte selbststeuernde Pumpe.
Die Regeleinrichtung nach Fig. 1 weist einen Servomotor 1 auf, welcher durch Flüssig keit betätigt wird und seine Bewegung über eine Kolbenstange 2 auf eine nicht gezeichnete Einrichtung zur Steuerung einer Kraft maschine, beispielsweise zur Verstellung von Leit- oder Laufschaufeln einer Wasserturbine, überträgt.
Die Flüssigkeit wird aus einem Be hälter 3 bezogen und durch eine selbst- steuernde Pumpe 4 gefördert., welche ein in dieser Figur nicht näher dargestelltes, aus einer neutralen Lage verschiebbares Organ aufweist, das durch seinen Verschiebungs betrag die Fördermenge der Pumpe bestimmt. Die nicht gezeichnete, zu regelnde Kraft maschine treibt die Pumpe 3 und gleichzeitig über ein Getriebe 5 einen Drehzahlregler mit einem Fliehkraftspendel 6 an.
Die Bewegung des Fliehkraftpendels 6 wird über einen Hebel 7 auf ein als Kolbenschieber ausgebildetes Steuerorgan 8 übertragen, welches in bekann ter Weise den Zu- oder Abfluss von Flüssig keit zu den beiden Seiten des Servomotors 1 steuert. Das Steuerorgan 8 wird bei Auslen- kung aus seiner Mittellage durch die dabei eingeleitete Bewegung des Servomotors 1 über ein Gestänge 9 rückgeführt.
Die Pumpe 4 ist in einer in den Fig. 4 oder 5 näher dargestellten Art gebaut, bei welcher ein aus einer neutra len der Fördermenge Null entsprechenden Lage verschiebbares, durch seinen Verschie bungsbetrag die Fördermenge bestimmendes Organ bei Erreichen eines bestimmten Förder- driickes selbsttätig gegen seine neutrale Lage zurückgeführt. wird.
Die selbststeuernde Pumpe 4 fördert die Flüssigkeit durch eine Leitung 10 zu dem Steuerorgan 8, welches den Zufluss von Flüs sigkeit zum Servomotor 1 regelt.
Die Steuerung des Flüssigkeitszuflusses zum Servomotor erfolgt also bei der in Fig. 1 dargestellten Regeleinrichtung in der bisher bekannten Weise durch einen Steuerschieber. Das Vorsehen einer selbststeuernden Pumpe der beschriebenen Art zur Flüssigkeitsförde rung hat aber nun zur Folge, dass beim Ver bleib der Regeleinrichtung im stationären Zu stand, wobei sich das Steuerorgan 8 in seiner Mittellage befindet und der Zufluss von Flüs sigkeit abgesperrt ist, der Druck in der För- derleitung 10 bis zu jenem Betrag ansteigt, bei welchem das verschiebbare Organ der Pumpe in seine neutrale Lage zurückgeführt wird.
Damit hört die Förderung der Pumpe auf, und es muss nicht wie bei den bisher be kannten Regeleinrichtungen Flüssigkeit durch ein llberströmventil abgelassen werden. Der Leistungsverbraueh der Pumpe geht dabei stark zurüek. Es ergibt sich dabei nicht nur eine Ersparnis an Kraftverbraueh für den Pumpenantrieb, sondern es kann auch auf eine Kühlung der Regelflüssigkeit verzichtet. werden.
In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit glei- cben Bezugszeichen belegt wie in Fig. 1.. Der Servomotor 1 wird hier aber nur von einer Seite durch Regelflüssigkeit beaufschlagt, wäh rend er auf der andern Seite durch eine Feder 10 belastet ist. Durch das Fliehkraftpendel 6 wird ein Steuerschieber 11 betätigt, welcher nun den einseitigen Flüssigkeitszufluss zum Servomotor 1 steuert.
Die Rückführung der Steuerung erfolgt durch Verschiebung einer den Steuerschieber 1.1 umgebenden Hülse 12, auf welche die Bewegung des Servomotors 1 vermittels eines Hebels 13 übertragen wird. Mit 14 ist eine Einrichtung bezeichnet, welche erlaubt, die Regeleinrichtung von Hand zu verstellen.
Im Gegensatz zu der in der Fig. 1. darge stellten Ausführungsform beliefert. aber hier die selbststeuernde Pumpe 4 einen Windkessel 15, von welchem die zur Betätigung des Servo motors dienende Flüssigkeit. durch eine Lei tung 16 bezogen wird.
Die Verwendung einer selbststeuernden Pumpe für die Aufladung des Windkessels hat den besonderen Vorteil, dass der Druck im Windkessel nahezu konstant gehalten wer- den kann, da die Pumpe ständig läuft und schon bei der geringsten Abweichung vom Solldruck Flüssigkeit fördert. Dies im Gegen- ; satz zu andern Pumpen, welche durch Ein- und Ausschalten reguliert werden und dabei einen verhältnismässig grossen Druckspielraum für die Schaltungen erfordern.
Die in Fig. 3 dargestellte Regeleinrichtung weist einen einseitig durch Flüssigkeit be tätigten Servomotor 17, einen den Zufluss der Flüssigkeit steuernden, durch ein Fliehkraft pendel 18 beeinflussten Steuerschieber 19 und eine die Flüssigkeit liefernde selbststeuernde Pumpe 20 auf.
Im Gegensatz zu der in Fig. "? gezeigten Regeleinrichtung steht die Gegen seite des Kolbenas 17 nicht unter Feder belastung, sondern es fördert eine weitere selbststeuernde Pumpe 21 Flüssigkeit durch eine Leitung 22 unmittelbar zu einem weite ren, mit dem Servomotor 17 verbundenen, einen Schliessservomotor bildenden Servomotor 23 und erzeugt einen vorgegebenen festen, in der Richtung gegen den Servomotor 17 wirken den Druck.
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Darstellung eine selbststeuernde Pumpe. Die Pumpe för dert Flüssigkeit von einer Saugleitung 24 in eine Druckleitung 25-, welche an einer Stelle 251 zu einer nicht gezeichneten Verbrauchs stelle, wie Steuerschieber, Windkessel, Servo motor, führt. Die Saugleitung .24 mündet in eine Kammer 26, und die Druckleitung schliesst an eine Kammer 27 an.
In einem rotierenden Körper 28 sind zylin drische Bohrungen 29 vorgesehen, in welchen sich Kugelkolben 30 radial verschieben kön nen. Bei der Rotation werden die Bohrungen 29 abwechslungsw eise mit den Kammern 26 und 27 verbunden. Die Kugelkolben 30 laufen. hierbei längs einer durch ein in vertikaler Richtung verschiebbares Organ 31 bestimmten kreisförmigen Bahn. Liegt dieses Organ 31 exzentrisch zur Achse des Körpers 28, so füh ren die Kolben radiale Bewegungen aus und fördern dabei Flüssigkeit von der Kammer 26 zur Kammer 27.
Bei zentrischer Lage des Organs 31 wird keine Flüssigkeit gefördert. Diese Lage ist die vorher erwähnte neutrale Lage. Die Fördermenge wird durch den Ver schiebungsbetrag aus der neutralen Lage be stimmt und ist. um so grösser, je grösser dieser Verschiebungsbetrag ist.
Das Organ 31 wird durch Eigengewicht und zusätzliche Belastung durch ein Gewicht 32 in exzentrischer Lage gehalten. Es ist auf der Unterseite mit einem Kolben 33 verbun den, welcher in einem Zylinder 34 verschieb bar ist. Der Raum auf der Unterseite des Kolbens 33 steht durch eine Leitung 35 mit der Druckleitung 25 in Verbindung. Dies hat zur Folge, dass das Organ 31 bei Erreichen eines bestimmten Förderdruckes, nämlich dann, wenn der auf den Kolben 33 wirkende Flüssig keitsdruck die Gewichtsbelastung überwindet, selbsttätig gegen seine neutrale Lage zurück-. geführt wird.
Der Verschiebungsbetrag des Organs 31 ist durch einen in horizontaler Richtung ver schiebbaren Keil 36 begrenzt. Über ein Ge stänge 37 ist es möglich, den Keil zu verschie ben, wobei die Begrenzung des Verschiebungs- betrages des Organs 31 verändert wird. Es ist also eine Einrichtung 36 vorhanden, durch welche der Verschiebungsbetrag des aus einer neutralen Lage verschiebbaren Organs in ver änderbarer Weise begrenzt werden kann.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere selbststeuernde Pumpe. Hier befinden sich in einem um eine vertikale Achse rotierenden Körper 38 in Achsrichtung verlaufende, auf einem Kreise angeordnete zylindrische Bohrun gen 39, welche Kolben 40 enthalten. Diese wer den durch Federn 41 gegen eine um eine Achse 42 schwenkbare Scheibe 43 angedrückt. Bei der Rotation des Körpers 38 bewegen sich die Kolben 40 in axialer Richtung und saugen dabei von einem Raum 44 Flüssigkeit an, um sie in einen Raum 45 zu fördern.
Die Scheibe 43 ist ein aus einer neutralen Lage, welche hier mit der horizontalen Lage übereinstimmt, verschiebbares Organ, durch dessen Verschie bungsbetrag die Fördermenge der Pumpe be stimmt ist. Die Scheibe 43 wird durch eine Feder 46 gegen einen Anschlag 47 gedrückt. Bei steigendem Förderdruck werden die Kol ben 40 stärker an die Scheibe 43 gedrückt.
Bei Erreichen eines bestimmten Förderdruckes wird die Belastung durch die Feder 46 über wunden imd die Scheibe 43, also, das aus einer neutralen Lage verschiebbare Organ, wird gegen seine neutrale Lage zurückgeführt.
Ferner ist eine Kurvenscheibe 48 vor gesehen, welche eine Drehbewegung um eine Achse 49 ausführen kann. Statt auf den An schlag 47 kann sieh die Scheibe 43, also das aus einer neutralen Lage verschiebbare Organ, über eine Rolle 50 auch auf die Kurven scheibe 49 abstützen, durch welche nun des- sen Verschiebungsbetrag in veränderbarer Weise begrenzt wird.
Control device for controlling power machines The invention relates to a control device which is used to control power machines and which has a servomotor which is actuated by liquid in at least one direction.
In such control devices, the servomotor has to be operated with liquid under excess pressure. The liquid supply to the servomotor is usually regulated by a control slide. The hydraulic fluid has so far mostly been supplied by a gear pump or the like.
The control processes usually only take a short time. The servo motor does not need any hydraulic fluid for the rest of the time. The pump then only has to maintain a certain pressure and the pumped liquid is allowed to flow out again through an overflow valve.
It is known that such devices have the disadvantage that the pump still runs at full power during the time in which no hydraulic fluid is to be conveyed. The work involved is converted into heat, which must be removed by cooling the liquid being conveyed.
In order to counter this disadvantage, it has already been proposed to use a control pump to supply the pressure fluid with a member that can be displaced from a neutral position corresponding to the delivery rate zero, the shift amount of which determines the delivery rate of the pump, the supply of the pressure fluid without the use of a control slide is regulated directly by influencing the said movable organ.
However, this requires a significantly modified structure of the control elements, but in some cases, such as with unilaterally operated servomotors to allow the liquid to flow out, or with stepped pistons to allow excess liquid to flow, an additional actuation of a control slide or the like is required but cannot be dispensed with.
"The aim of the invention is to create a control device in which essentially the same control elements are used as in the previously conventional control devices, and in which the aforementioned disadvantage is avoided.
For this purpose, the control device is designed in such a way that the liquid used to actuate the servo motor is supplied by a self-controlling pump provided with a displaceable from a neutral position corresponding to the flow rate zero and provided by its shift amount the flow rate-determining organ which this organ is automatically returned to its neutral position when a certain delivery pressure is reached.
A special embodiment of the control device according to the invention consists in that the self-controlling pump takes care of the liquid delivery to a control element which regulates the flow of liquid to the servomotor. The pump can also be an air vessel. supply from which the liquid used to operate the servomotor is obtained.
If the control device has a closing servomotor to be kept under fixed pressure, it is advisable to have another self-regulating pump convey liquid directly to this servomotor in order to generate a predetermined, fixed pressure acting in one direction on the other servomotor. The pressure is generated by this additional self-regulating pump instead of, as was previously the case, by an air tank or by operating water.
In order to obtain the possibility of influencing the closing law of the servomotor depending on any variables under consideration, such as in the case of the regulation of water turbines as a function of regulator stroke, gradient, water level, etc., it is advisable to use the pump to provide the control device according to the invention with a device by which the amount of displacement of the organ displaceable from a new central position can be limited in a changeable manner.
In the accompanying drawings, embodiments of the control device according to the invention are shown. 1 shows a control device with direct supply of the liquid that actuates the servomotor from a self-regulating pump to a control slide, FIG. 3 a control device with a closing servo motor under a given pressure,
4 and 5 each show a self-regulating pump, and FIG. 6, a section on the line VI-VI through the self-regulating pump shown in FIG.
The control device according to Fig. 1 has a servomotor 1 which is operated by liquid speed and its movement via a piston rod 2 to a device not shown for controlling a power machine, for example for adjusting guide vanes or blades of a water turbine, transmits.
The liquid is drawn from a loading container 3 and conveyed by a self-controlling pump 4, which has an element (not shown in more detail in this figure) that can be displaced from a neutral position and that determines the delivery rate of the pump by its displacement amount. The engine to be controlled, not shown, drives the pump 3 and at the same time a speed controller with a centrifugal pendulum 6 via a transmission 5.
The movement of the centrifugal pendulum 6 is transmitted via a lever 7 to a control member 8 designed as a piston slide, which controls the inflow or outflow of liquid to the two sides of the servo motor 1 in a known manner. When it is deflected from its central position, the control element 8 is returned via a linkage 9 by the movement of the servo motor 1 initiated in the process.
The pump 4 is constructed in a manner shown in more detail in FIG. 4 or 5, in which a position that is displaceable from a neutral position corresponding to the flow rate zero and which determines the flow rate by its displacement automatically counteracts its position when a certain flow pressure is reached neutral position. becomes.
The self-regulating pump 4 conveys the liquid through a line 10 to the control element 8, which regulates the inflow of liquid to the servomotor 1.
The control of the flow of liquid to the servomotor thus takes place in the control device shown in FIG. 1 in the previously known manner by a control slide. The provision of a self-regulating pump of the type described for liquid delivery now has the consequence that when the control device remains in the stationary state, the control element 8 is in its central position and the inflow of liquid is shut off, the pressure in the The delivery line 10 rises up to the amount at which the displaceable element of the pump is returned to its neutral position.
This stops the pumping of the pump and there is no need to drain liquid through an overflow valve as with the previously known control devices. The power consumption of the pump goes down sharply. This not only results in a saving in power consumption for the pump drive, but cooling of the control fluid can also be dispensed with. will.
In FIG. 2, the same parts are given the same reference numerals as in FIG. 1. The servomotor 1 is, however, acted upon by control fluid from one side only, while it is loaded by a spring 10 on the other side. The centrifugal pendulum 6 actuates a control slide 11 which now controls the one-sided flow of liquid to the servomotor 1.
The control is returned by moving a sleeve 12 which surrounds the control slide 1.1 and to which the movement of the servo motor 1 is transmitted by means of a lever 13. With a device 14 is designated which allows the control device to be adjusted by hand.
In contrast to the embodiment shown in FIG. 1. Darge supplied. but here the self-regulating pump 4 is an air tank 15, from which the liquid used to actuate the servo motor. through a Lei device 16 is obtained.
The use of a self-regulating pump for charging the air chamber has the particular advantage that the pressure in the air chamber can be kept almost constant, since the pump runs continuously and delivers liquid even with the slightest deviation from the target pressure. This on the contrary; Set to other pumps, which are regulated by switching on and off and thereby require a relatively large pressure margin for the circuits.
The control device shown in FIG. 3 has a servomotor 17 operated on one side by liquid, a control slide 19 which controls the inflow of the liquid and is influenced by a centrifugal pendulum 18, and a self-regulating pump 20 which delivers the liquid.
In contrast to the control device shown in FIG. "?", The opposite side of the piston 17 is not under spring load, but a further self-regulating pump 21 conveys liquid through a line 22 directly to another closing servo motor connected to the servo motor 17 forming servo motor 23 and generates a predetermined fixed, in the direction against the servo motor 17 act the pressure.
Fig. 4 shows a simplified representation of a self-controlling pump. The pump conveys liquid from a suction line 24 into a pressure line 25, which at one point 251 leads to a consumption point, not shown, such as a control slide, air chamber, servo motor. The suction line .24 opens into a chamber 26, and the pressure line connects to a chamber 27.
In a rotating body 28 cylin drical bores 29 are provided in which spherical pistons 30 can move radially NEN. During the rotation, the bores 29 are alternately connected to the chambers 26 and 27. The ball pistons 30 run. in this case along a circular path determined by a member 31 which can be displaced in the vertical direction. If this organ 31 is eccentric to the axis of the body 28, the pistons carry out radial movements and convey liquid from the chamber 26 to the chamber 27.
With the organ 31 in a central position, no liquid is conveyed. This position is the neutral position mentioned earlier. The delivery rate is determined by the shift amount from the neutral position and is. the greater the greater this shift amount.
The organ 31 is held in an eccentric position by its own weight and additional loading by a weight 32. It is verbun on the underside with a piston 33, which is displaceable in a cylinder 34 bar. The space on the underside of the piston 33 communicates with the pressure line 25 through a line 35. The consequence of this is that the organ 31 automatically moves back towards its neutral position when a certain delivery pressure is reached, namely when the liquid pressure acting on the piston 33 overcomes the weight load. to be led.
The amount of displacement of the member 31 is limited by a wedge 36 that can be displaced in the horizontal direction. Via a linkage 37, it is possible to move the wedge, the limitation of the amount of displacement of the member 31 being changed. There is therefore a device 36 by means of which the amount of displacement of the organ displaceable from a neutral position can be limited in a changeable manner.
Figures 5 and 6 show another self-regulating pump. Here are located in a body 38 rotating about a vertical axis in the axial direction, arranged on a circle cylindrical bores 39 which contain pistons 40. This who pressed against a pivotable disk 43 about an axis 42 by springs 41. During the rotation of the body 38, the pistons 40 move in the axial direction and in doing so suck in liquid from a space 44 in order to convey it into a space 45.
The disc 43 is a from a neutral position, which coincides with the horizontal position here, displaceable organ, through whose displacement amount the delivery rate of the pump is true. The disk 43 is pressed against a stop 47 by a spring 46. When the delivery pressure rises, the Kol ben 40 are pressed more strongly against the disk 43.
When a certain delivery pressure is reached, the load is wound by the spring 46 and the disk 43, that is, the member that can be displaced from a neutral position, is returned to its neutral position.
Furthermore, a cam plate 48 is seen, which can perform a rotary movement about an axis 49. Instead of the stop 47, the disk 43, that is to say the member that can be displaced from a neutral position, can also be supported via a roller 50 on the cam disk 49, by which the amount of displacement is now limited in a changeable manner.