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Impulsgeber für hydraulische Regler von , Kraftmaschinen . -. -
Es
sind hydraulische Steuerungen bekannt, bei denen durch Umlaufen eines Kreiselrades,
dem Öl oder ein anderes flüssiges Mittel ohne Druck zugeführt wird, hinter dem Kreiselrad
ein Impulsdruck erzeugt wird, der allein von der Geschwindigkeit des Kreiselrades
abhängig ist. Derartige Impulsgeber sind -insofern besonders vorteilhaft, als der
Impulsdruck allein von der- Geschwindigkeit abhängig ist und die bei anderen Regelsystemen
zusätzliche Regelung eines Vordruckes entfallen kann. -Gegenstand der -Erfindung
ist eine Verbesserung, derartiger Impulsgeber,, die bezweckt; in bei hydraulischen
Regelsystemen an sich bekannter Weise die Kennlinie des Impulsgebers zusätzlich
beschleunigungsabhängig zu machen. Erfindungsgemäß zeichnet sich dieser Impulsgeber
dadurch aus, daß der beim Umlaufen des Kreiselrades von diesem erzeugte Impulsdruck
zusätzlich in Abhängigkeit von der Winkelbeschleunigung veränderlich gemacht ist,
indem innerhalb des mit Flüssigkeit gespeisten Gebergehäuses das Kreisel= rad in
bei hydraulischen Drehzahlgebern an sich be. kannter Weise über Federn nachgiebig
mit der mit der Maschinenwelle gekuppelten Geberwelle verbunden ist und bei beschleunigungsabhängig
eintretenden Relativbewegungen des Kreiselrades gegenüber der antreibenden Welle
durch Veränderung der: Zuströmkanäle zu zur Druckerzeugung dienenden Schaufelkanälen
verschiedener Länge eine unterschiedliche Pumpwirkung bzw. zusätzliche Druckänderungen
hervorgerufen werden.
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Entscheidend ist demnach für die Ausbildung" des erfindungsgemäßen
Impulsgebers, daß" innerhalb eines Ölkreislaufs mit zur Druckerzeugung dienenden
Schaufelkanälen verschiedener Länge-durch die gleichzeitige gegensinnige Veränderung
der Strömungswiderstände bzw. Zuströmquerschnitte der ungleichen Schaufelkanäle
beschleunigungsabhängig verhältnismäßig- große Druckänderungen des Gebersystems
herbeigeführt und sprungweise eine überaus schnelle Kennlinienänderung des Impulsgebers
herbeigeführt wird. Auf dem angegebenen Wege läßt -.sich- eine überaus wirksame
Verbesserung und Beschleunigung der Regelung erreichen, wie sie beispielsweise bei
großen Kraftmaschinen (Turbinen) wegen der im Verhältnis zur Leistung immer kleiner
werdenden Schwungmomente bzw. Hochlaufzeiten dringend . erwünscht ist.
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. Es sei erwähnt, daß an sich bei hydraulischen Regelsystemen für
konstanten Vordruck und eine Änderung eines Impulsdruckes durch eine geschwindigkeits-bzw.
fliehkraftabhängige Abströmregelung des Druckmittels bereits der Gedanke bekanntgeworden
ist, den sich infolge der Abströmung drehzahlabhängig ändernden Druck zusätzlich
beschleunigungsabhängig ' dadurch zu beeinflussen, daß ein mit dem rotierenden Gebersystem.
..federnd verbundener ..Ringkranz sich beschleunigungsabhängig i- riet' seiiieri
- der Austrittsöffnung des umlaufenden Systems für das Druckmittel gegenüberliegenden
Wandteilen verstellen kann. Bei der Erfindung handelt es sich demgegenüber darum,
die beschleunigungsabhängig zusätzliche Beeinflussung auf ein nach dpm Kreiselradprinzip
arbeitendes Impulsdruckerzeugersystem zu übertragen, das keinen geregelten' Vordruck
erfordert, wobei durch doppelte gegensinnige Änderung der Zuströmquerschnitte des
ungleiche Schaufelkanäle aufweisenden . Kreiselrades wesentlich verstärkte Impülsdruckänderungen
hervorgerufen werden können.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. In der F
i g. 1 bezeichnet man mit 11 die Welle, die mit der Kraftmaschine verbunden ist
und mit 12 das kegelstumpfförmige. Kreiselrad, das mit mehreren radial -verlaufenden
Flußkanälen 14 und 15 mit verschiedener Länge versehen ist. 13-ist das Gehäuse des
Gebers. 17 ist eine Leitung zur Lieferung der Flüssigkeit.
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Läuft das Rad um, so tritt ein Kreislauf der Flüssigkeit, der - wie
mit der Pfeilbezeichnung 16 angedeutet ist - durch die Kanäle hindurchgeführt ist,
ein. Da die Flußmenge Q; -die .durch die beiden
Kanäle hindurchströmt,
gleich ist, so ist die Beziehung R14 bzw. R15 der beiden Kanäle gegeben durch
für den Flußkanal 14.
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Darin bedeutet -y- spezifisches Gewicht der Flüssigkeit, g Gravitätsbeschleunigung,
ro Innenhalbmesser des Kreiselrades und co Winkelbeschleunigung: - " Ebenso für
den Flußkana115 gilt
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich
Somit ändert sich der Druck P je nach der Größe des Widerstandes der beiden
Kanäle, wenn r1 und r2 konstant sind. Die Beziehung zwischen dem Druck P und R14.
ist in der F i .g. 2 dargestellt.
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Rls Ist R14 = 0 , so ist Rls
| Ebenso erhält man bei R14 = co |
| Ris |
Wie vorstehende Berechnung zeigt, ist es möglich, durch die Veränderung des Widerstands
R14 bzw. Rls des Flußkanals den im Geberraum erzeugten Druck P zu verändern. Ist
der eine Widerstand R14 beispielsweise konstant, so wird der Druck P je nach der
Vergrößerung und Verkleinerung des anderen Widerstandes R15 größer bzw. kleiner.
Dies wird dadurch erreicht, daß in den Kanal 15 eine regelbare Drossel eingefügt
wird. Die Erfindung besteht darin, daß der Widerstand des Flußkanals in Abhängigkeit
von der Beschleunigung eingestellt wird, so daß sich auch der Druck P in Abhängigkeit
von der Beschleunigung ändert.
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In F i g. 3 a und 3 b ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
hydraulischen Gebers gezeigt. Die - Geberwelle21 wird von der Maschinenwelle angetrieben.
28 ist das Gehäuse des Gebers, welches mit der Reglerflüssigkeit angefüllt ist.
Würde diese Flüssigkeit hoher Viskosität innerhalb des Gehäuses mit der Welle umlaufen,
würde dies zu Fehlern Veranlassung geben. Zwecks Vermeidung dieser Störung sind
innerhalb des Gehäuses 28 Platten 29 am Umfang versetzt vorgesehen. Jede dieser
Platten hat wenigstens eine Öffnung 33, um einen Druckausgleich der Räume zwischen
den Platten zu ermöglichen.
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Das Kreiselrad 23 des hydraulischen Gebersystems ist über biegsame
Blattfedern 25 an der Welle 21 angeordnet, und zwar derart, daß Spiele s1 und s2
zwischen den Radteilen 22 und 22'- vorhanden sind. Der Radteil 22 und die Welle
21 sind mittels viereckiger stabförmiger Glieder 24 verbunden. In das Kreiselrad
23 sind Strömungskanäle (Flußkanäle) 26 und 27 eingebohrt. Die Länge der ersteren
ist größer als diejenige der letzteren.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Läuft
die Welle 21 ohne Beschleunigung, also mit gleicher Geschwindigkeit um; so sind
bei normalem Zustand die Spiele s1 und s2 zwischen den viereckigen Stab teilen 24
und dem Kreiselrad 23 gleich. Der-vom Raderzeugte Druck nimmt daher einen Mittelwert
der beiden Drücke an, die von dem Radius r 1 bzw. r2 der Radteile abhängig sind.
Wird nun die Welle 21 und damit das Kreiselrad 23 über die Federn 25 beschleunigt,
so verschiebt sich das Kreiselrad 23 unter der Wirkung des Drehmoments
(M = I - d , wobei mit I das Trägheitsmoment des Rades bezeichnet ist) relativ
zur Welle. Infolgedessen wird das Spiel s1 verringert und das Spiel s2 vergrößert,
so daß sich das Widerstandsverhältnis der Strömungskanäle ändert. Infolgedessen
wird der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Gehäuses erhöht. Dieser Druck wird über
die in den Gehäuseraum mündende Leitung 34 zur Drehzahlverstellvorrichtung 31 geführt.
35 bedeutet noch eine Speiseleitung, mittels deren dem Pumpensystem des Gebers von
einer Flüssigkeitsquelle 32 Flüssigkeit zugeführt wird.