DE1035481B - Feedback device on regulators, in particular on speed regulators with flexible feedback - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zur Stabilisierung des Regelvorganges von Regelkreisen, die eine große Stabilität erfordern, wird meist eine Ölbremse verwendet, die in Verbindung mit einer Rückstellfeder als nachgiebiges Glied in die Rückführung des Reglers eingebaut ist. Die heute von solchen Reglern verlangte größtmögliche Stellgenauigkeit bedingt eine Ausführung, bei der jeglicher tote Gang in den Gelenken des Steuerwerkes vermieden wird. Zur Erzielung der außerdem geforderten Pendelungsfreiiheit muß dafür Sorge getragen werden, daß der Ölbremskolben jeweils absolut genau in die relative Ruhelage zurückläuft.To stabilize the control process of control loops, which require a high level of stability, is usually an oil brake used in conjunction with a return spring as a resilient member in the return of the controller is installed. The greatest possible setting accuracy required of such controllers today requires a design in which any dead gear in the joints of the control unit is avoided will. In order to achieve the freedom of oscillation, which is also required, care must be taken that the oil brake piston runs back into the relative rest position with absolute precision.

Das pendelungsfreie Verharren des Reglers in der Beharrungslage läßt sich am zuverlässigsten erreichen, wenn die Rückstellfeder im ausgeregelten Zustand jeweils die Endkraft Null erreicht. Hieraus folgt, daß auch die Rückstellkräfte, weiche aus dem Bewegungssystem der nachgiebigen Rückführung auf das Stellzeug des Reglers übertragen werden, nur Werte um Null herum aufweisen dürfen.The pendulum-free pause of the controller in the steady-state position can be achieved most reliably, when the return spring reaches the end force zero in the regulated state. From this it follows that the restoring forces also soften from the movement system of the resilient return the setting tool of the controller are transferred, may only have values around zero.

Bei den mit Muffen- bzw. Stellgliedrückdrängung arbeitenden Reglersystemen ist die Anwendung einer sich im Beharrungszustand vollständig entspannenden Druckfeder charakteristisch. Bei den mit Muffenrückführung arbeitenden Systemen dagegen werden zur möglichst genauen Justierung der relativen Mittellage der nachgiebigen Rückführung in der Regel Ventile zur Steuerung der Ölbremse vorgesehen, wobei die Rückstellfeder im Beharrungszustand eine positive Endkraft erhält. Eine derartige Anordnung genügt allgemein für Stellgenauigkeiten innerhalb einer Toleranz von mehreren zehntel Prozent Drehzahländerung. Sie versagt jedoch erfahrungsgemäß in den Fällen, bei denen mit einer gewährleisteten Genauigkeit von weniger als 0,1% geregelt werdlen muß, da das Kräftespiel in der Ölbremse bei kleinstmöglicher Toleranz um die Mittellage mit Hilfe dieser Steuermittel nicht mehr beherrscht werden kann. Beispielsweise liegt diese Aufgabe vor bei der genauen Frequenzhaltung großer Verbundnetze oder auch bei der Regelung der Übergabeleistung solcher Netze mit knapp bemessenen Kuppelstellen.In the case of the regulator systems that work with sleeve or actuator suppression, the application is one characteristic that is characteristic of the compression spring fully relaxing in the steady state. For those with socket return working systems, on the other hand, are used to adjust the relative central position as precisely as possible the resilient feedback is usually provided with valves for controlling the oil brake, wherein the return spring receives a positive end force in the steady state. Such an arrangement is sufficient generally for setting accuracies within a tolerance of several tenths of a percent change in speed. However, experience has shown that it fails in the Cases in which it is necessary to regulate with a guaranteed accuracy of less than 0.1%, since the play of forces in the oil brake with the smallest possible tolerance around the central position with the help of these control means can no longer be controlled. For example, this task is the exact frequency maintenance large interconnected networks or also in the regulation of the transfer power of such networks tightly dimensioned coupling points.

Für solche Fälle gibt die Erfindung eine neue Lösung an. Sie schlägt bei Reglern, insbesondere bei Geschwindigkeitsreglern mit nachgiebiger Rückführung eine Rückführungseinrichtung vor, bei der die Ölbremse mit dem Rückführstellzeug mittels eines vorzugsweise hydraulischen Kraftverstärkers rückdruckfrei verbunden ist, derart, daß das Verbindungsglied als Steuerstift für den Kraftverstärker ausgebildet und an einer Rückstellfeder frei aufgehängt ist, die sich im ausgeregelten Zustand stets auf eine dem Eigengewicht der an ihr aufgehängten Teile entsprechende Belastung entspannt. Der KraftverstärkerThe invention provides a new solution for such cases. It helps regulators, in particular Speed controllers with compliant feedback have a feedback device in which the oil brake with the return device by means of a preferably hydraulic power booster free of back pressure is connected in such a way that the connecting member is designed as a control pin for the booster and is freely suspended on a return spring, which in the settled state is always on one of the Dead weight of the parts suspended from it relaxes the corresponding load. The power amplifier

Rückführungseinrichtung an Reglern,Feedback device on controllers,

insbesondere an Geschwindigkeitsreglernespecially on speed controls

mit nachgiebiger Rückführungwith yielding return

Anmelder:
J. M. Voith G. m. b. H., Heidenheim/BrenzApplicant:
JM Voith G. mb H., Heidenheim / Brenz

Dr.-Ing. Hugo Kieser, Heidenheim/Brenz,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Hugo Kieser, Heidenheim / Brenz,
has been named as the inventor

selbst kann hierfür konzentrisch um das Verbindungsglied herum angeordnet sein.itself can for this purpose be arranged concentrically around the connecting member.

Der hydraulische Kraftverstärker besteht etwa aus einem auf Differenzdruck ansprechenden Kraftkolben mit einer konstanten Droeselstelle zwischen den beiden Kolbenseiten und einer durch die Relativbewegung zwischen Steuerstift und Kolben gesteuerten wei te r en D rο s s el s te 11 e.The hydraulic power booster consists, for example, of a power piston that responds to differential pressure with a constant drop point between the two sides of the piston and one due to the relative movement between control pin and piston controlled further D rο s s elst 11 e.

Um die Genauigkeit der S teil bewegungen der Rückführungseinrichtung zu erhöhen und um die verhältniemäßig hohe Haftreibung im Ruhezustand auszuschalten, wird in an sich bekannter Weise eine Einrichtung vorgesehen, die d'en Ölbremszylinder in Rotation versetzt. Dal>ei ist es vorteilhaft, den Kraftkolben des hydraulischen Kraftverstärkers mit dem Ölbremszylinder auf Drehung zu kuppeln, so daß der Kraftkolben ebenfalls an der Drehbewegung teilnimmt.
Der Antrieb für die Drehbewegung des Brems-Zylinders und des Kraftkolbens erfolgt zweckmäßig durch einen Öldruckmotor, welcher von dem Öldruck des Regelsystems gespeist wird. Bei Betrieb der Regelanlage ist dann ein betriebssicheres Arbeiten des Öldruckmotors gewährleistet.In order to increase the accuracy of the partial movements of the feedback device and to switch off the relatively high static friction in the idle state, a device is provided in a manner known per se which sets the oil brake cylinder in rotation. It is therefore advantageous to couple the power piston of the hydraulic power booster to rotate with the oil brake cylinder so that the power piston also takes part in the rotary movement.
The drive for the rotary movement of the brake cylinder and the power piston is expediently carried out by an oil pressure motor which is fed by the oil pressure of the control system. When the control system is in operation, reliable operation of the oil pressure motor is guaranteed.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.The invention is shown in the drawing in one embodiment shown.

Das obere Ende der Rückstellfeder 1 ist im Reglergehäuse 2 festgelegt und kann zur gleichzeitigen Erzeugung eines bleibenden Ungleichförmigkeitsgrades in seiner Höhenlage verschiebbar eingerichtet sein. Der Festpunkt kann zur Drehzahleinstellung beispielsweise mittels einer besonderen, von Hand verstellbaren Gewindespindel la jeweils nach oben oder unten verschol>en werden. Die Rückstellfeder 1 trägt den zylindrischen Stift 3, an dessen unterem Ende der Kolben 4 der Ölbremse sitzt. Der Zylinder 5 der Ölbremse ist im Gehäuse drehbar gelagert und wird über den Zahnkranz 6 von einem Öldruckmotor 7 in Drehung versetzt.The upper end of the return spring 1 is fixed in the controller housing 2 and can be used for simultaneous generation a permanent degree of irregularity be set up displaceable in its altitude. The fixed point can be adjusted by hand to set the speed, for example by means of a special one The threaded spindle can be locked up or down. The return spring 1 carries the cylindrical pin 3, at the lower end of which the piston 4 of the oil brake sits. The cylinder 5 of the oil brake is rotatably mounted in the housing and is driven by an oil pressure motor 7 in Offset.

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Der Stift 3 greift durch einen konzentrisch zu ihm angeordneten Kraftverstärkerkolben 8 hindurch, der seinerseits in einem feststehendem Zylinder 9 gleitet. Nach oben ist der Kraftverstärkerkolben 8 mittels einer Hülse 10 verlängert, die über ein Wälzlager 11 am Stellzeugrückführhebel 12 angreift.The pin 3 engages through a force booster piston 8 arranged concentrically to it, the in turn slides in a fixed cylinder 9. Upward is the booster piston 8 by means of a sleeve 10 which engages the actuating tool return lever 12 via a roller bearing 11.

Der Stift 3 ist mit einem Ausschnitt 13 versehen und bildet dort die steuernde Kante für den Durchlaß 14, der den Ablauf aus dem oberen Zylinderraum 15 nach dem unteren Zylinderraum 15 a steuert. Von dort aus wird das Drucköl durch die Leitung 15 b in einen drucklosen ölsammelbehälter abgeleitet. Der Zylinderraum 16 ist über eine Leitung 17 an eine Druckquelle angeschlossen, welche im vorliegenden Beispiel aus einem Windkessel 17a besteht. Die beiden Kolbenseiten 8 stehen über eine konstante Drosselöffnung 19 miteinander in Verbindung. Am Kraftverstärkerkolben 8 ist eine nach unten gehende zylindrische Verlängerung 20 und ein in diese eingesetzter Mitnehmerstift 21 angeordnet, der in eine Bohrung 22 des Deckels 23 des Bremszylinders 5 eingreift und so den Bremszylinder 5 und den Kraftverstärkerkolben 8 auf Drehung miteinander kuppelt. Der Bremszylinder 5 ist durch die Leitung 18 mit dem unteren Raum eines Zylinders 24 verbunden. Dieser Zylinder enthält den Verdrängungskolben 25, der seinerseits mit dem durch die Regeleinrichtung zu verstellenden Element, in dem vorliegenden Beispiel mit dem Leitradring 26 einer Wasserturbine, in Verbindung steht. Die übrigen Elemente der gesamten Regeleinrichtung sind in der Zeichnung nur noch schematisch dargestellt. Die Turbinenwelle 27 treibt den Fliehkraftregler 28 an, der über ein Gestänge den Steuerstift 29 eines Vorsteuerventils verstellt und damit den Druckmittelzufluß vom Windkessel 17 a zum Leitradservomotor 30 steuert. Der Rückführhebel 12 überträgt über ein Gestänge die Rückführbewegungen der Regeleinrichtung auf den Steuerstift 29 des Vorsteuerventils. The pin 3 is provided with a cutout 13 and there forms the controlling edge for the passage 14, which controls the flow from the upper cylinder chamber 15 to the lower cylinder chamber 15 a. From there, the pressurized oil is diverted through line 15 b into a pressureless oil collecting tank. The cylinder space 16 is connected via a line 17 to a pressure source, which in the present example consists of an air chamber 17a. The two piston sides 8 are connected to one another via a constant throttle opening 19. On the power booster piston 8 there is a downwardly extending cylindrical extension 20 and a driving pin 21 inserted into it, which engages in a bore 22 of the cover 23 of the brake cylinder 5 and thus couples the brake cylinder 5 and the booster piston 8 to one another for rotation. The brake cylinder 5 is connected to the lower space of a cylinder 24 through the line 18. This cylinder contains the displacement piston 25, which in turn is connected to the element to be adjusted by the control device, in the present example to the stator ring 26 of a water turbine. The other elements of the entire control device are only shown schematically in the drawing. The turbine shaft 27 drives the centrifugal governor 28, which adjusts the control pin 29 of a pilot valve via a linkage and thus controls the flow of pressure medium from the air chamber 17 a to the stator servo motor 30. The return lever 12 transmits the return movements of the control device to the control pin 29 of the pilot valve via a linkage.

Die Wirkungsweise der dargestellten Rückführungseinrichtung ist folgende:The mode of operation of the return device shown is as follows:

Bei einer Drehzahlabweichung, beispielsweise einem Drehzahlabfall der Turbine bewegt der Fliehkraftregler 28 den Vorsteuerstift 29 nach oben und gibt dadurch den Druckmittelzufluß vom Windkessel 17a zum oberen Zylinderraum des Lei trad servomotors 30 frei. Der Leitradservomotor verdreht nunmehr das Leitrad im öffnungssinin. Dabei schiebt der Leitradservomotor den Verdrängungskolben 25 nach unten. Das hierbei aus dem Zylinder 24 verdrängte öl verschiebt den Kolben 4 der Ölbremse zusammen mit dem Steuerstift 3 nach oben, wodurch wiederum der Drosselquerschnitt an der Steuerkante 14a zwischen Kraftkolben und Steuerstift vergrößert wird. Dies hat einen Druckabfall im Druckraum 15 zur Folge, so daß der durch das Drucköl von unten belastete Kraftkolben 8 dem Steuerstift 3 nachfolgt, bis die Steuerkante 14a wieder die ursprüngliche Relativlage gegenüber dem Kraftkolben 8 eingenommen hat. Diese Aufwärtsbewegung des Kraftkolbens 8 wird über die Hülse 10, das Wälzlager 11 und den Rückführhebel 12 auf dien Vorsteuerstift 29 übertragen und verschiebt diesen wieder nach unten bis in die Mittellage zurück. Gleichzeitig bzw. zum TeiJ anschließend an diesen vorstehend beschriebanen Vorgang kommt die nunmehr vorgespannte Rückstellfeder 1 zur Wirkung und führt den Steuerstift 3 mit dem Ölbremskolben 4 infolge der Drosselöffnung 14 wieder bis in die ursprüngliche Anfangslage nach abwärts, bis die Rückstellfeder 1 vollständig entspannt ist. Diese BewegungIn the event of a speed deviation, for example a drop in the speed of the turbine, the centrifugal governor moves 28 the pilot pin 29 upwards and thereby gives the flow of pressure medium from the air chamber 17a to the upper cylinder space of the Lei trad servo motor 30 free. The stator servo motor now turns that Idler in the opening sense. The stator servo motor pushes the displacement piston 25 downwards. The oil displaced from the cylinder 24 moves the piston 4 of the oil brake together with the control pin 3 upwards, which in turn the Throttle cross-section at the control edge 14a between the power piston and control pin is increased. this has result in a pressure drop in the pressure chamber 15, so that the power piston loaded from below by the pressure oil 8 follows the control pin 3 until the control edge 14a is back in its original relative position the power piston 8 has taken. This upward movement of the power piston 8 is via the The sleeve 10, the roller bearing 11 and the feedback lever 12 are transferred to the pilot control pin 29 and move this back down to the central position. At the same time or in part following this The process described above comes into effect, the now pretensioned return spring 1 guides the control pin 3 with the oil brake piston 4 as a result of the throttle opening 14 back to the original position Starting position downwards until the return spring 1 is completely relaxed. This movement

ίο bewirkt über den Kraftverstärker 8, 9 und die Rückführelemente 10, 11, 12 eine neuerliche Aufwärtsverschiebung des Vorsteuerstiftes 29 und damit ein weiteres öffnen des Leitrades, und zwar in einem solchen Ausmaße, daß die ursprüngliche Turbinendrehzahl wieder erreicht wird bei einer Leitradöffnung, die der neuen Belastung der Turbine entspricht.ίο caused by the booster 8, 9 and the feedback elements 10, 11, 12 another upward displacement of the pilot control pin 29 and thus another open the stator to such an extent that the original turbine speed is reached again with a stator opening that corresponds to the new load on the turbine.

Claims (6)

Patentanspruch E:Claim E: 1. Rückführungseinrichtung an Reglern, insbesondere an Geschwindigkeitsreglcrn, mit nachgiebiger Rückführung und vorzugsweise für Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Regler gesteuerte Ölbremse (4, 5) mit dem Rückführstellzeug (12) mittels eines vorzugsweise hydraulisehen Kraftverstärkers (3, 8, 9) rückdruckfrei verbunden ist, derart, daß das Verbindungsglied (3) als Steuerstift für den Kraftverstärker ausgebildet und an einer Rückstellfeder (1) frei aufgehängt ist, die sich im ausgeregelten Zustand stets auf eine dem Eigengewicht der an ihr aufgehängten Teile entsprechende Belastung entspannt.1. Feedback device on regulators, in particular on speed regulators, with compliant Return and preferably for turbines, characterized in that one of the controller controlled oil brake (4, 5) with the return control device (12) by means of a preferably hydraulic Power amplifier (3, 8, 9) is connected without back pressure, such that the connecting member (3) designed as a control pin for the power booster and freely suspended from a return spring (1), which in the regulated state is always based on the weight of the parts suspended from it corresponding load relaxed. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverstärker (8, 9) konzentrisch um das Verbindungsglied; (3) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the force amplifier (8, 9) is concentric around the link; (3) is arranged. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Kraftverstärker aus einem auf Differenzdruckwirkung ansprechenden Kraftkolben mit konstanter Drosselstelle (19) zwischen den beiden Kolbenseiten und veränderlicher Drosselstelle (14) zwischen Steuerstift und Kraftkolben besteht.3. Device according to claim 2, characterized in that that the hydraulic booster consists of a responsive to differential pressure action Power piston with constant throttle point (19) between the two sides of the piston and variable throttle point (14) between the control pin and the power piston. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche t biis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölbremszylinder mit einer Einrichtung (6/7) versehen ist. durch die er in Rotation versetzt wird.4. Device according to one of claims t up to 3, characterized in that the oil brake cylinder is provided with a device (6/7). through which it is set in rotation. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Öldruckmotors zum Antrieb des Ölbremszylinders.5. Device according to claim 4, characterized by the use of an oil pressure motor for Drive of the oil brake cylinder. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben (8) mit dem Ölbremszylinder (5) auf Drehung gekuppelt ist.6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the power piston (8) with the Oil brake cylinder (5) is coupled to rotate. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 625 581, 622 535.
611580, 173 712;Considered publications:
German patent specifications No. 625 581, 622 535.
611580, 173,712; Gustav Fabritz, »Die Regelung der Kraftmaschinen«, Wien. 1940. S. 285 und 287, Abb. 359, und 362:Gustav Fabritz, "The Regulation of Power Machines", Vienna. 1940. pp. 285 and 287, fig. 359, and 362: Tolle, »Regelung der Kraftmaschinen«, Berlin, 1921, S. 734, Fig. 480.Tolle, "Regulation of the Power Machines," Berlin, 1921, p. 734, Fig. 480. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings