DE550473C - Rotating hydraulic servo motor - Google Patents

Description

Un-laufender hydraulischer Servomotor Das Hauptpatent 519 121 betrifft einen umlaufenden hydraulischen 'Servomotor, bei welchem sowohl der Arbeitsmittelvorrat als auch die das Arbeitsmittel auf Druck bringende Vorrichtung dem umlaufenden System angehören.Un-running hydraulic servo motor. Main patent 519 121 relates to a rotating hydraulic servomotor, in which both the working fluid supply as well as the device that pressurizes the working fluid to the circulating system belong.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verbesserungen dieses Servomotors, welche insbesondere seine Anwendung zum Regulierantrieb größerer Propellerturbinen ermöglichen bzw. vorteilhaft gestalten sollen.The subject of the present invention are improvements of this servo motor, which in particular its application for regulating drive of larger propeller turbines should enable or make advantageous.

Bei diesen Turbinen, die meist mit vertikaler Welle gebaut sind-und direkt mit denn elektrischen Generator gekuppelt werden, erscheint es häufig wünschenswert, den Servomotor möglichst nahe an das Laufrad zu verlegen, ihn etwa zwischen den Kupplungsflanschen der Turbinen- und Generatorwelle unterzubringen. Würde hierbei die Pumpvo.rrichtung im Innern des Arbeitskolbens liegen, so wäre sie bei möglicherweise vorkommenden Störungen nur schwer zugänglich, denn es müßte das ganze Laufrad gesenkt werden.With these turbines, which are mostly built with a vertical shaft - and are coupled directly to the electric generator, it often appears desirable to move the servomotor as close as possible to the impeller, for example between the To accommodate coupling flanges of the turbine and generator shaft. Would here the pump device are inside the working piston, it would be at possibly Occurring disturbances only accessible with difficulty, because the whole impeller would have to be lowered will.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Pumpvorrichtung an leicht zugänglicher Stelle mit der Wand des Arbeitszylinders zusammengebaut ist, so daß sie ohne Bewegung schwerer Stücke erreichbar bleibt. Ms vorteilhaft hat sich hierbei erwiesen, die Steuerorgane in bekannter Weise exzentrisch zur Achse des Servomotors anzuordnen und gegebenenfalls für den Eintritt des Arbeitsmittels in den Zylinder sowie seinen Austritt aus demselben getrennte Steuerorgane zu verwenden. Hierdurch wird einerseits die Ausbildung der Generatorwelle 'als Hohlwelle, wie dies bisher zur Unterbringung der Steuerung üblich war, überflüssig, anderseits ergibt sich eine gedrängte Bauart des Servomotors.According to the present invention, this disadvantage is avoided by that the pumping device in an easily accessible place with the wall of the working cylinder is assembled so that it remains accessible without moving heavy pieces. It has proven advantageous here to eccentrically the control elements in a known manner to be arranged to the axis of the servomotor and, if necessary, for the entry of the working medium to use separate control organs in the cylinder as well as its exit from the same. As a result, on the one hand, the formation of the generator shaft 'as a hollow shaft, such as this was previously common for accommodating the control, superfluous, on the other hand the result is a compact design of the servo motor.

Hat der Arbeitskolben hohe Regulierkräfte zu überwinden und wird im Ruhezustand des Kolbens die volle Druckmittelmenge im Kreislauf durch den Servomotor gedrückt, so kann die an den Steuerkanten eintretende Drosselung unefwünschte Temperaturerhöhungen des Arbeitsmittels herbeiführen. Zur Vermeidung dieses Mangels sieht die vorliegende Erfindung eine besondere Anordnung vor.Does the working piston have to overcome high regulating forces and is in the At rest state of the piston the full amount of pressure medium in the circuit through the servo motor pressed, the throttling occurring at the control edges can cause undesired temperature increases of the work equipment. To avoid this shortcoming, the present Invention a special arrangement.

In den beiliegenden Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.In the accompanying drawings are two embodiments of the Invention shown schematically.

Mit Bezug auf Abb. i ist i' das zu einem Flansch erweiterte untere Ende der Generatorwelle i, z; das, ähnlich ausgebildete obere Ende der Turbinenwelle ä. Zwischen -ihnen sitzt der Arbeitszylinder 3 des Servomotors, dessen ;Deckel -durch :die- Flanschen i' und 2' gebildet werden und in welchem sich der Arbeitskolben 5 verschieben kann, um mittels. der Regulierstange ¢ die Laufradschaufeln der Propellerturbine zu verdrehen. Im Flansch 2': der Turbinenwelle 2 ist die Zahnradpumpe. 6 untergebracht, und zwar so, daß dieselbe durch Abnahme des Deckels io jederczeitleicht. zugänglich ist, um etwaige Störungen rasch beseitigen zu können. Der Antrieb erfolgt über die Welle 7 und das Zahnrad 8, -Welch letzteres bei Umlauf des Servomotors an dem feststehenden, innen verzahnten Kranz 9 ä.b= rollt.Referring to Fig. I, i 'is the lower one expanded into a flange End of generator shaft i, z; the similarly designed upper end of the turbine shaft The working cylinder 3 of the servo motor sits between them, whose ; Cover -by: the- flanges i 'and 2' are formed and in which the Working piston 5 can move to means. the regulating rod ¢ the impeller blades to twist the propeller turbine. In flange 2 ': the turbine shaft 2 is the gear pump. 6 housed, in such a way that the same at any time easily by removing the cover io. is accessible in order to be able to quickly eliminate any malfunctions. The drive takes place Via the shaft 7 and the gear 8, -Which latter when the servo motor rotates on the fixed, internally toothed ring 9 ä.b = rolls.

Zur Steuerung dienen die beiden Steuerschieber i i und 12, welche den Wellen-. flansch i' durchdringen und mittels der Rollen i3 auf einer Bahn laufen, welche-der axial verschieblichen,-jedoch ünverdrehbaren Muffe i4 angehört. Schieber ii steuert den Eintritt des Druckmittels in den Arbeitszylinder, Schieber 12 seinen Austritt aus demselben. Durch' den Druck im RaumB werden beide Schieber ständig gegen die Muffe 14 gedrückt. .The two control slides i i and 12, which the wave. penetrate flange i 'and run on a track by means of rollers i3, which belongs to the axially displaceable, but non-rotatable sleeve i4. Slider ii controls the entry of the pressure medium into the working cylinder, slide 12 his Exit from the same. Due to the pressure in room B, both slides become constant pressed against the sleeve 14. .

Die Arbeitsweise ist folgende: Beim. Umlauf des Servomotors fördert die Pumpe 6 Druckflüssigkeit durch die Bohrung 19, 2o zum Schieber i i. Im Ruhezustand des Arbeitskolbens 5; (Abb. i) geben beide Steuerkanten 15, 16 den Zutritt des Druckmittels über' die Bohrungen @21, 2z in, die-beiden -Zylinderräünie B, A frei. Von da gelangt es durch--die Bohrungen 23, 24 an den Steuerkanten -r8; 17 des Schiebers 12 vorbei in die` Bohrung -25, 26 und durch diese zum Saugraum- der Pumpe 6 zurück. Eine 'Änderung der -Lage des Arbeitskolbens,5 findet hierbei nicht statt. --Soll die Regulierbewegung eingeleitet werden, so wird durch axiale Verschiebung der Muffe 14 eine Verstellung der' Steuerschieber 11, 12 um gleiche Beträge.und in gleichem Sinne herbeigeführt, etwa nach äbwärts. Dann sperrt die Steuerkante i5 den Kanal 21 und die Steuerkante 17 den Kanal 24. Das Druckmittel -wird nunmehr durch die Bohrung 22 in den Raum A, gefördert und kann aus diesem" nicht mehr entweichen: Es drückt: daher den Kolben 5 so lange- nach abwärts, bis die ursprüngliche, normale, den Durchtritt Aes Druckmittels freigebende Lage zwischen diesem und den Steuerschiebern 11, 12 weder hergestellt -ist. und der- nörnale 'Druckmittelkreisla.uf erfolgt. Die - Aufwärtsbewegung vollzieht sich in analoger Weise, so daß sich die nähere Beschreibung erübrigt.The way it works is as follows: When. Circulation of the servomotor, the pump 6 conveys hydraulic fluid through the bore 19, 2o to the slide i i. When the working piston 5 is at rest; (Fig. I) give both control edges 15, 16 the access of the pressure medium via 'the bores @ 21, 2z in, the-two -Zylinderräünie B, A free. From there it passes through - the bores 23, 24 on the control edges -r8; 17 of the slide 12 past into the bore -25, 26 and through this back to the suction chamber of the pump 6. A change in the position of the working piston 5 does not take place here. - - If the regulating movement is to be initiated, an adjustment of the control slide 11, 12 by the same amount and in the same sense is brought about by axial displacement of the sleeve 14, for example downwards. Then the control edge i5 blocks the channel 21 and the control edge 17 blocks the channel 24. The pressure medium is now conveyed through the bore 22 into the space A and can no longer escape from it: It presses: therefore the piston 5 for so long. downwards until the original, normal position between the latter and the control slides 11, 12, which releases the passage of pressure medium, is neither established and the normal pressure medium circuit takes place no further description is required.

Falls zum Festhalten des Arbeitskolbens 5 in seiner jeweiligen Stellung große Kräfte aufgewendet werden müssen, denen etwa. der Flüssigkeitsdruck im Raum A- `andauernd das `Gleichgewicht zu halten hätte, so werden die Steuerkante 15 des Schiebers ii und die Steuerkante 1 7 des Schiebers 12 im Ruhezustand des Kolbens nur sehr enge Spalten freigeben können, durch- welche dennoch die volle Fördermenge der Pumpe 6, von Undichtigkeitsverlusten .abgesehen, im Kreislauf hindurchströmen muß. Diese Drosselung kann eine starke Erhitzung des Druckmittels herbeiführen und die-Anwendung des im Ausführungsbeispiel (Abb. i) benutzten Prinzips bei großen Turbineneinheiten, zumal bei größeren Gefällen, weniger vorteilhaft erscheinen lassen.If to hold the working piston 5 in its respective position great forces must be expended, which about. the fluid pressure in the room A- `would have to keep the` balance all the time, the control edge 15 of the Slide ii and the control edge 1 7 of the slide 12 when the piston is at rest can only release very narrow gaps, through which the full delivery rate the pump 6, apart from leakage losses, flow through in the circuit got to. This throttling can cause severe heating of the pressure medium and the application of the principle used in the exemplary embodiment (Fig. i) for large Make turbine units appear less advantageous, especially on steep slopes.

Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel., welche's den 'erwähnten Nachteil nicht besitzt. In dieser Abbildung wurden @ die einzelnen Teile analog.zü Abb. z bezeichnet. Während gemäß Abb: i die -,Steuerschieber i i und 12 in ihrer neutralen Läge mittels der Steuerkanten 15, 16 und 17, 18 Kreisläufe der Arbeitsflüssigkeit durch-..die- Zylinderräume und B freigeben, sperren sie. in Abb.2 bei neutraler Stellung die Kanäle 21, 22 und 23, 24 vollständig ab und unterbrechen die Verbindung mit den Zylinderräumen A und B.Fig.2 shows an embodiment, which has the 'mentioned disadvantage does not own. In this figure @ the individual parts are analogous to fig designated. While according to Fig: i die -, control spool i i and 12 in their neutral By means of the control edges 15, 16 and 17, 18 would be circuits of the working fluid through - .. the- cylinder spaces and B release, block them. in Fig.2 with neutral Position the channels 21, 22 and 23, 24 completely and interrupt the connection with the cylinder chambers A and B.

Die zur Bewegung des Arbeitskolbens 5 bestimmte Pumpe 6, wird dauernd angetrieben und fördert während des Arbeitshubes in die Zylinderräume A bzw. B, während des Kolbenstillstandes hingegen bei abgesperrtem Rückschlagventil43 durch eine Umlaufleitung 28,t_ 29, wodurch- die Pumpe 6 entlastet wird. -Neben der Pumpe -6 ist eine Hilfspumpe 33 ,vorgesehen, -die parallel - zur _ Pumpe 6 geschaltet ist ,und gleichfalls -dauernd angetrieben wird.--Diese Hilfspumpe=unterstützt während des Arbeitshubes des Kolbens 5 die Pumpe 6 und fördert bei Stillstand des -Kolbens durch. eine Umlaufleitung, in die ein regelbares-Überströrnorgan 4ö nach Art .eines -Sicherheitsventils eingeschaltet 'ist, _ welches sich erst dann öffnet, wenn der Förderdruck das Höchstmaß ..des - vorkommenden Servomotorbetriebsdruckes- -überschreitet. In der Umlaufleitung'. der .-Hilfspumpe 33.-liegt weiter ein Umsteuerorgan 3o; das in Abhängigkeit vom Druck der Umlaufleitung entweder die Hauptpumpe 6 zur Förderung in, den Servomotor zwingt .oder aber sie. entlastet.The pump 6 intended to move the working piston 5 is continuously driven and delivers during the working stroke into the cylinder chambers A or B, while the piston is at a standstill when the non-return valve 43 is shut off through a circulation line 28, t_ 29, whereby the pump 6 is relieved. In addition to the pump -6, an auxiliary pump 33 is provided, which is connected in parallel to the pump 6 and is also continuously driven of the piston. a circulation line in which a controllable overflow device 4ö is switched on in the manner of a safety valve, which only opens when the delivery pressure exceeds the maximum level of the servomotor operating pressure that occurs. In the bypass line '. the auxiliary pump 33 is also a reversing element 3o; which, depending on the pressure of the circulation line, either forces the main pump 6 to feed into the servomotor. or else it forces them. relieved.

Die Vorrichtung ,arbeitet -wie folgt-: Angenommen, der Arbeitskolben habe eben seine Bewegung vollendet -und damit die beiden Steuerschieber i i, 12 in die neutrale Lage nach Abb. 2 gebracht, wo sie die Kanäle 21, 22 bzw. 23, 24 :völlig absperren. Die Hauptpumpe 6 und die Iilfspumpe33, (welche bisher gemeinsam in einen der Zylinderräume A bzw._ B gefördert hatten, arbeiten jetzt gegen den geschlossenen Schieber ii,- wodurch ein rascher Druckanstieg vor demselben @_stattfindet. - Von dem überströmorgan 4o, dessen Feder 4 r durch die Schraube 42 auf einen den höchsten Betriebsdruck in den Räumen A, B übersteigenden Druck eingestellt wurde, wird das Maß. des Druckanstieges, abhängig sein. Die Druckerhöhung-pflanzt sich auch in den Raum 3 1 des Umsteuerorgans 3o fort und verschiebt dasselbe 'entgegen der Wirkung der Feder 32 nach, rechts, so daß die Steuerkante z7 die Umlaufleitung 28,-29 der Häuptpumpe freigibt, welche dadurch entlastet wird. Das Rückschlagventi143 schließt sich und verhindert eine - Absenkung des Druckes vor dem Steuerschieber i i.The device works - as follows -: Assuming that the working piston has just completed its movement - and thus brought the two control slides ii, 12 into the neutral position according to Fig. 2, where they the channels 21, 22 and 23, 24: shut off completely. The main pump 6 and the auxiliary pump 33 (which had previously conveyed jointly into one of the cylinder chambers A or _ B, now work against the closed slide ii, - as a result of which a rapid increase in pressure takes place in front of the same r has been set by the screw 42 to a pressure exceeding the highest operating pressure in spaces A, B , the extent of the pressure increase will depend. The pressure increase also propagates into space 3 1 of the reversing element 3o and shifts the same counter to the action of the spring 32 to the right, so that the control edge z7 releases the circulation line 28, -29 of the main pump, which is thereby relieved.

Inzwischen arbeitet die Hilfspumpe 33 dauernd auf. den durch das üb@erströ.mörgan 4o eingestellten @erhöhten Druck. Sie wird zweckmäßig so bemessen, daß sie eben hinreicht, die Undichtigkeitsverluste zu decken und sicherheitshalber noch eine kleine Flüssigkeitsmenge im Kreislauf durch das Überströmorgan 4o zu fördern.In the meantime, the auxiliary pump 33 is constantly working. by the ü@erströ.mörgan 4o set @ increased pressure. It is expediently dimensioned so that it is flat sufficient to cover the leakage losses and one more to be on the safe side to promote a small amount of liquid in the circuit through the overflow element 4o.

Werden nunmehr zur Einleitung des Arbeitshubes die Steuerschieber 11, 12 verstellt, so gelangt der Raum vor dem Steuerschneber i i mit einem der Zylinderräume A,, B in Verbindung. Da in diesen Räumen ein geringerer Druck herrscht als der durch das Überströmorgan 40 eingestellte, so sinkt augenblicklich der Druck vor dem Schieber i i und somit auch jener im Raum 3 i des Umsteuerorgans 3o. Dieses geht unter t dem Einfluß seiner entsprechend eingestellten Feder 32 nach links, und die Kante 27 schließt die Umlaufleitung,-,8,29 der Hauptpumpe 6. Hierdurch wird letztere gezwungen, unter Öffnung des Rückschlagventils 43 in- die Leitung i 9 und von da in einen der Zylinderräume A, B zwecks . Durchführung des Arbeitshubes zu fördern. Auch @ die Hilfspumpe 33 .arbeitet jetzt nunmehr auf den normalen Betriebsdruck, das überströmo@rgan 4o bleibt geschlossen.The control slide is now used to initiate the working stroke 11, 12 adjusted, the space in front of the control valve i i comes with one of the cylinder spaces A ,, B in connection. Since there is less pressure in these rooms than through the overflow element 40 is set, the pressure in front of the slide drops immediately i i and thus also that in space 3 i of the reversing organ 3o. This goes under t the influence of its appropriately adjusted spring 32 to the left, and the edge 27 closes the circulation line, -, 8.29 of the main pump 6.This forces the latter to opening the check valve 43 into the line i 9 and from there into one of the Cylinder spaces A, B for the purpose. To promote implementation of the working stroke. Also the Auxiliary pump 33 now works at the normal operating pressure, the overflow element 4o remains closed.

Der Deutlichkeit halber seien nachstehend die Kreisläufe noch ausdrücklich angeführt Befindet sich der Arbeitskolben 5 in Bewegung, so geht der . Druckmittelkreislauf der Hauptpumpe 6 über Leitung i9, Rückschlagventil 43, Bohrung 20, Steuerschieber i i, Bohrungen-21 bzw. 22, Zylinderräume B bzw. A, Bohrung 24 bzw. 23, Steuerschieber 12, Bohrung 25, Leitung 26 zur Pumpe 6, zurück, jener der Hilfspumpe 33 aber über Leitungen 34, 35, Bohrung 2o, den Servomotor, -wie für die Hauptpumpe beschrieben, Bohrung 25, Leitungen 26, 36 zur Hilfspumpe 33 zurück.For the sake of clarity, the circuits are expressly listed below. If the working piston 5 is in motion, then it goes. Pressure medium circuit of the main pump 6 via line i9, check valve 43, bore 20, control slide ii, bores 21 or 22, cylinder chambers B or A, bore 24 or 23, control slide 12, bore 25, line 26 to pump 6, back, that of the auxiliary pump 33 but via lines 34, 35, bore 2o, the servomotor, -as described for the main pump, bore 25, lines 26, 36 to the auxiliary pump 33 back.

Ist der Arbeitskolben 5 in Ruhe, so fördert die Hauptpumpe 6 über die Umlaufleitungen 28, 29, die Hilfspumpe 33 hingegen über Leitungen 34 37, Raum 3 i des Umsteuerorgans, Leitung 38, Überströmorgan 4o, Leitungen 39, 26, 36 zur Hilfspumpe 33 zurück.If the working piston 5 is at rest, the main pump 6 delivers over the circulation lines 28, 29, the auxiliary pump 33, however, via lines 34 37, room 3 i of the reversing element, line 38, overflow element 4o, lines 39, 26, 36 to Auxiliary pump 33 back.

Da bei der beschriebenen Anordnung im Ruhezustand des Arbeitskolbens 5 nur die geringe Fördermenge der Hilfspumpe 33 unter Druck in Umlauf bleibt, hingegen die Hauptpumpe 6 völlig entlastet läuft, so ist eine Erhitzung des Druckmittels auch bei hoch belastetem Servomotor nicht zu befürchten.As in the described arrangement in the idle state of the working piston 5 only the small delivery rate of the auxiliary pump 33 remains in circulation under pressure, however the main pump 6 runs completely relieved, so there is a heating of the pressure medium Not to be feared even with a heavily loaded servomotor.

Es ist selbstverständlich, daß Einzelheiten der Konstruktion im Rahmen der Erfindung weitgehend geändert werden können. So sei nur darauf verwiesen, daß an Stelle der im Ausführungsbeispiel vorausgesetzten Zahnradpumpen .auch Kolbenpumpen, Kapselpumpen u. dgl. in derselben oder verschiedener Anzahl Anwendung finden könnten. Ebenso sind - auch die Bauart der Steuerteile, des Umsteuerorgans und des Üb-erströmargans auf das Wesen der Erfindung ohne Einfluß. Mit dem Servomotor könnte @ auch zu dem bei Regulierungen üblichen Zwecke ein -Windkessel verbunden werden, der etwa an die Leitung i9 (Abt. 2) vor dem Steuerschieber i i anzuschließen wäre. Schließlich müßten auch die Pumpen nicht dauernd angetrieben werden, sondern nur dann, wenn die Förderung von Arbeitsflüssigkeit zwecks Verstellung des Servomotorkolbens erforderlich ist.It goes without saying that details of the construction are in the frame of the invention can be changed widely. So it should only be pointed out that instead of the gear pumps assumed in the exemplary embodiment, also piston pumps, Capsule pumps and the like could be used in the same or different numbers. Likewise - also the design of the control parts, the reversing device and the overflow margin on the essence of the invention without influence. With the servo motor @ could also do that in the case of normal regulations, a wind boiler can be connected to the the line i9 (section 2) would have to be connected before the control spool i i. In the end the pumps would not have to be driven continuously, but only when the pumping of working fluid is required for the purpose of adjusting the servomotor piston is.

Claims (3)

PATEN TANSPRÜCIII#'.: i. Umlaufender hydraulischer Servomotor nach Patent 5 i 9 121, dadurch gekennzeichnet, daß die das Arbeitsmittel auf Druck bringende Vorrichtung (6) an leicht zugänglicher -Stelle mit der Wand des Arbeitszylinders (3, i', 2') zusammengebaut ist. . PATEN TANSPRÜCIII # '.: i. Rotating hydraulic servo motor according to Patent 5 i 9 121, characterized in that the pressurizing the working medium Device (6) at an easily accessible point with the wall of the working cylinder (3, i ', 2') is assembled. . 2. Servomotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein , Steuerorgan (i i) für den Zutritt des Arbeitsmittels in den Arbeitszylinder.und ein gesündertes Steuerorgan (i2) für dessen Austritt aus demselben vorgesehen sind. 2. Servomotor according to claim i, characterized in that that a, control element (i i) for the access of the working medium in the working cylinder.und a healthier control organ (i2) are intended for its exit from the same. 3. Servomotor nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch .ein in den Nebenkreislauf (34 37, 34 38, 40, 39, 26, 36) einer Hilfspumpe (33) eingeschaltetes Umsteuerorgan (3o), das bei Erreichen eines durch ein überströmorgan (40) .einstellbaren, über dem Höchstdruck der Hauptpumpe (6) liegenden Druckes eine Umlaufleitung (28, 29) ein- und bei Unterschreitung dieses Höchstdruckes wieder abschaltet.3. Servomotor according to claim i and 2, characterized by .ein in the secondary circuit (34 37, 34 38, 40, 39, 26, 36) an auxiliary pump (33) switched on reversing device (3o), which upon reaching an adjustable via an overflow element (40) a circulation line (28, 29) that corresponds to the maximum pressure of the main pump (6) switches on and switches off again when this maximum pressure is not reached.