DE590267C - Regler fuer Kraftmaschinen mit Pumpwerk, Mengenschieber und Druckschieber - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 522 119 ist ein Regler mit Mengenschieber und Druckschieber, bei dem der Mengenschieber in Abhängigkeit von den Schwankungen des von einer mit der zu regelnden Maschine gekuppelten Pumpe gelieferten Fördermittels verstellt wird und diese Verstellbewegung auf das Regelorgan der Kraftmaschine überträgt, ' während der Druckschieber dazu dient, den Druck des Steuermittels hinter dem durch den Mengenschieber gesteuerten Querschnitt konstant zu halten. Das Schema eines d^er" artigen Reglers ist in. der Fig. 1 dargestellt, und zwar in einer Weiterbildung des Reglers nach dem Hauptpatent in der Weise, daß nicht der gesamte vom Pumpwerk geförderte Flüssigkeitsstrom über den Mengenschieber geführt ist, sondern nur ein Teilstrom, während der Rest der Flüssigkeit durch eine par-, allele Leitung am Mengenschieber und gegebenenfalls auch am Druckschieber vorbei-

. geführt wird (vgl. Patent 523 228).

Das von einer Pumpe geförderte Steuermittel tritt bei 1. in· den Regler ein und teilt sich dort in die Teilströme 2 und 3. Der Teilstrom 3 gelangt über das Drosselorgan 4" in den Raum 5, während der Teilstrom 2 über den eigentlichen Steuerquerschnitt 6 geführt ist, dessen Größe durch den Mengenschieber 7 eingestellt wird. Nach Vereinigung der beiden Teilströme 2 und 3 im Raum 5 teilen sie sich wieder in .die Teilströme 8 und 9, von denen der Teilstrom 9 durch das Drosselorgan 10 in seiner Größe bestimmt ist, während der Teilstrom 8 den Steuerquerschnitt 1 r durchfließt, dessen Größe durch den Druckschieber 12 eingestellt wird. Nach der Vereinigung der beiden Teilströme in der Leitung 13 fließt das Steuermittel z.B. zu den Lagern der

■ Maschine ab. Mit dem Mengenschieber 7 ist ein Steuerstift 14 verbunden, dem eine Steuerhülse 15 zugeordnet. ist. 16 ist der Servomotorkolben für das Ventil 17. Er ist über die Stange 18, die im festen Drehpunkt 19 gelagert' ist, mit der Hülse 15 verbunden.

Steigt nun die Drehzahl der zu regelnden Maschine an, so erhöht sich die Menge des von der Kreiselpumpe gelieferten Fördermittels. Hierdurch entsteht ein vorübergehender

' Druckanstieg irn Raum 2, der zu einer Ab-;

*) Von dem Patentsucherist als der Erfinder angegeben worden; ■

Dipl.-Ing. Kurt Halle in Berlin-Zehlendorf,

wärtsbewegung des Mengenschiebers 7 und damit zu einer Vergrößerung des Steuerquerschnittes 6 führt. Weiter ruft die vergrößerte Föndermenge der Kreiselpumpe ein Anheben des Druckschiebers 12 hervor. Der Mengenschieber 7 wird so weit abwärts, der Druckschieber 12 so weit aufwärts geschoben, bis in den Räumen 2 und 5 wieder der ursprüngliche Druck hergestellt ist. Die Abwärtsbewegung des Mengenschiebers 7 - führt zu einer Freigabe der Steueröffnung 20, so daß Drucköl über die Leitung 21 in den Raum 22 oberhalb des Servomotorkolbens 16 eintritt und das Ventil 17 weiter geschlossen wird. An der Abwärtsbewegung des Servomotorkolbens 16 nimmt die mit ihm durch den Hebel 18 verbundene Steuerhülse 15 teil, und der Regelvorgang ist beendet, wenn Steuerstift 14 und Steuerhülse 15 wieder ihre Decklage erreicht haben. Bei einer Verringerung der Steuermittelmenge infolge Drehzahlabsenkung bewegt sich der Mengenschieber 7 infolge der jetzt im umgekehrten Sinne wirkenden Differenz der Drücke in den Räumen 5 bzw. 2 aufwärts, und der Regelvorgang verläuft in umgekehrter Richtung. Durch Verstellen der Drosselorgane 4 und 10 erhält man die bekannte Tourenverstellung. Werden die Drosselorgane z. B. weiter geschlossen, so daß der Teilstrom 2 vergrößert wird, so bedeutet das für den Mengenschieber 7 das gleiche, als ob sich die Drehzahl der Maschine erhöht hätte, d. h. das Ventil 17 wird auf einen kleineren Querschnitt eingestellt und dadurch die Drehzahl der Maschine verringert. Durch Öffnen der Drosselorgane 4 und 10 kann umgekehrt die Drehzahl der Maschine erhöht werden.

Bei den bisherigen Bauformen des eben in seinem Prinzip erläuterten Reglers dient der Druckschieber 12 lediglich zur Konstanthaltung des Druckes hinter dem Mengenschieber. Gemäß der Erfindung wird die Anwendbarkeit des Reglers und werden seine Eigenschaften dadurch weitgehend vervollkommnet, daß der Druckschieber mit einer Steuervorrichtung zur Übertragung zusätzlicher, gegebenenfalls . einstellbarer Regeleinflüsse auf die Steuerung· der Kraftmaschine verbunden ist. In den folgenden Ausführungen sollen zwei Ausführungsbeispiele des Reglers gemäß der - Erfindung· behandelt werden, nämlich die Verwendung des Druckschiebers zur Verwirklichung einer isodromen Rückführung und weiter noch die Verwendung des Druckschiebers in dem Fall, daß die Regelung zwei verschiedenen Regelgesetzen, z. B. einem Gesetz, das die Konstanthaltung der Drehzahl oder der Frequenz erfordert, und einem anderen Gesetz, das auf die Konstanthaltung z. B. des Gegendruckes oder einer bestimmten'Leistung nach einem Fahrplan hinausläuft, unterstellt ist.

Zunächst sei an Hand der Fig. 2 die isodrome Rückführung beschrieben. Der Grundaufbau des Reglers ist der gleiche, es ist jedoch die Änderung vorgenommen, daß die Teilung des Steuermittelstromes hinter dem Raum 5 in die Teilströme 8 und 9 weggefallen ist. Es wird also die gesamte Steuermittelmenge über den durch den Druckschieber 12 gesteuerten Querschnitt 11 geführt. Der Punkt 19 der Fig. ϊ ist in diesem Falle nicht fest, sondern als Drehpunkt 23 an der Kolbenstange eines Kraftkolbens 24 vorgesehen. Für den Kraftkolben 24 ist entsprechend der Steuerung des Kraftkolbens 16 für das Ventil 17 eine Hilfssteuerüng vorgesehen, die aus dem mit dem Druckschieber 12 verbundenen Steuerstift 25 und der Hülse 26 besteht. Die Hülse 26 ist von Hand einstellbar, wie dies schematisch durch das Spindelgewinde 27 angedeutet ist. Sie sei in einer bestimmten Lage eingestellt, und die Teile des Reglers sollen sich im augenblicklichen Zustand in einer Gleichgewichtslage befinden. Es sei nun wieder der an Hand der Fig. 1 bereits erläuterte Vorgang einer Drehzahlerhöhung und der damit verbundene Regelvorgang beschrieben. Der Mengenschieber 7 geht infolge der mit der Drehzahlerhöhung verbundenen Steigerung der Fördermenge abwärts, so daß der Kolben 16 von oben her über die Leitung 21 mit Drucköl beaufschlagt wird und eine Abwärtsbewegung ausführt. Bei dieser Abwärtsbewegung ist der Drehpunkt 23 zunächst als fest zu denken. Die Steuerhülse 15 wird also dem Steuerstift 14 nachgeführt. Zur Durchführung einer isodromen Rückführung ist es nun erforderlich, daß diese Nachführbewegung mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung wieder rückgängig gemacht wird. Das geschieht auf folgende Weise: Die vergrößerte Fördermenge wirkt sich auch auf den Druckschieber 12 aus, und zwar im Sinne einer Aufwärtsbewegung. Hierbei wird dem durch den Anschluß 28 zufließenden Drucköl über den Steuerquerschnitt 29 und die Leitung 30 der Weg in den Raum 31 unterhalb des Kolbens 24 freigegeben. Der jetzt folgende Bewegungsvorgang muß das Ergebnis haben, daß der Mengenschieber 7 wieder die Stellung einnimmt, die er vor Beginn des Regelvorganges einnahm. Er war zunächst nach unten gegangen, und die Hülse 15 war ihm nachgefolgt. Jetzt wird der Kolben 24 angehoben und damit auch die Hülse 15 wieder zurückgezogen. Das bedeutet aber für das Ventil 17 eine weitere Schließbewegung. Dieser Vorgang dauert nun so lange an, bis durch die Verringerung der Kraftmittelzufuhr zur Kraftmaschine die ursprüngliche

Drehzahl und damit die ursprüngliche Fördermenge wiederhergestellt ist, welcher die Ausgangsstellung des Mengenschiebers 7 zugeordnet ist. Wenn aber der Mengenschieber 7 wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat, dann hat auch der Druckschieber 12 seine Ausgangsstellung wieder eingenommen, d. h. durch den Steuerstift 25 sind die Steueröffnungen in der Steuerhülse 26 wieder abgeschlossen. Vergleicht man die Wirkungsweise der Rückführung nach Fig. 1 mit der nach Fig. 2, so erkennt man, daß bei der ersten Anordnung jeder Stellung des Ventils 17 eine andere Stellung des Mengenschiebers 7 zugeordnet ist, während bei der zweiten Anordnung das Ventil 17 jede beliebige Stellung einnehmen kann, während dem Mengenschieber 7 nach durchgeführtem Regelvorgang immer ein und dieselbe Stellung zugeordnet

ao ist, wie dies für eine Isodromregelung erforderlich ist.

Im allgemeinen wird man die Regelung so einrichten wollen, daß die Verstellung des Ventils 17 mit um so größerer Geschwindigkeit verläuft, je stärker der Regelimpuls ist, und wird eine Proportionalität zwischen. Impuls und Regelgeschwindigkeit anstreben; für die Rückführung dagegen wird man einen Bewegungsvorgang nach einer bestimmten, vom Proportionalitätsgesetz abweichenden Kurve wählen, die sehr flach durch den Sollwert läuft: Dias läßt sich "bei der neuen Regelung in sehr einfacher Weise dadurch erreichen, daß man die Steuerquerschnitte 29, 29' nach besonderen Kurven· formt. Durch Anwendung zusätzlicher Drosselstellen 32, 32' ist es möglich, das Rückführungsgesetz weiterhin in gewollter Richtung zu beeinflussen, und zwar unabhängig von dem für die Regelgeschwindigkeit gewählten Abhängigkeitsgesetz, das durch die vom Mengenschieber 7 und seinem Steuerstift 14 freigegebenen Steuerquerschnitte bestimmt ist.

Die Verwendung des Druckschiebers zur Erzielung einer isodromen Rückführung ist natürlich nicht auf den Fall der mechanischen Rückführung der Hilfesteuerung beschränkt. Gerade bei hydraulischen Reglern bietet sich die Möglichkeit einer Rückführung auf hydraulischem Wege z. B. dadurch, daß man von dem in den Regler eintretenden Steuermittelstrom einen Teilstrom derart abzweigt, daß dann, wenn die Fördermenge der Kreiselpumpe ansteigt, für den Rückführvorgang eine größere Menge am Mengenschieber vorbeigeleitet wird, so daß der auf den Mengensehieber wirkende Flüssigkeitsdruck sich wieder verringert. In diesem Falle wäre z. B. der Servomotor 24 nicht mit der Steuerhülse i5> sondern mit dem Schieber 4 in der den Mengenschieber 7 gemäß Fig. 2 überbrückenden Leitung 50 zu verbinden. Der Punkt 23 würde dann wie der Punkt 19 in Fig. 1 zu einem Festpunkte werden. ,

Die Fig. 3 zeigt die Ausführungsform des Reglers gemäß der Erfindung, bei der der Regler zwei Regelgesetzen folgen soll, nämlich einem von der Drehzahl und einem von einem Druck ausgehenden Regelgesetz. Es ist dabei der Fall angenommen, daß Mengenschieber und Druckschieber zusammen durch eine Umführungsleitung 33 mit einem Drosselorgan 34 überbrückt sind. Die Steuerung des Ventils 17 durch den Mengenschieber 7 entspricht derjenigen nach den Fig. 1 und 2. Wenn man sich den Drehpunkt 35 festgehalten denkt, so liegt die an Hand der Fig. 1 erläuterte starre Rückführung vor. Das Ventil 17 soll nun nicht in erster Linie in Abhängigkeit von der Drehzahl geregelt werden, sondern vielmehr die Maschinendrehzahl durch das Parallelarbeiten mit anderen Maschinen konstant gehalten werden. Die Kraftmittelzufuhr zur zu regelnden Maschine soll weiter druckabhängig sein, wie es durch den Drucktaktgeber 36 zur Verstellung eines Strahlrohres 37 angedeutet ist. Die von den Druckschwankungen ausgehenden Regelimpulse werden über die Leitungen 38 und 39 auf einen Verstellkolben 40 übertragen. Geht man von einem Gleichgewichtszustand aus, so führt eine Druckänderung am Taktgeber 36 zum Auftreten einer Druckdifferenz am Kolben 40 und damit zu einer Bewegung der Hülse 15, da der Schwenkpunkt 41 zunächst als fest zu denken ist. Bei einer Druckabsenkung am Drucktaktgeber 36 z. B. geht das Strahlrohr 37 nach rechts, der Druck ■in der Leitung 38 steigt an, Kolben 40 und Hülse ι S werden abwärts gedrückt, und die Steueröffnung 42 wird mit dem Stutzen 43 in Verbindung gebracht, so daß Drucköl in den Raum 44 unterhalb des Kolbens 16 tritt und diesen und damit das Ventil 17 anhebt. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 16 ist der Punkt 35 fest, so daß die Hülse 1S wieder aufwärts in ihre Decklage gezogen wird.

Da die Drehzahl der Maschine durch das Parallelarbeiten mit anderen Maschinen an- no nähernd konstant gehalten wird und daher auch keine wesentlichen Änderungen in der Menge des Steuermittels auftreten, die zu einer Bewegung des Mengenschiebers 7 führen können, hatte der Druckschieber 12 bei dem bisher beschriebenen Regelvorgang noch keine Funktion zu übernehmen. Nun soll aber die Druckregelung nicht das einzig herrschende Regelgesetz über den Leistungsbereich der Maschine sein. Es besteht durch- aus die Möglichkeit, daß z.B. die Parallelarbeit mit den anderen Maschinen unter-

brachen wird, so daß die Maschine für sich allein arbeiten muß. Es kann auch der Fall eintreten, daß bei einem sehr kleinen elektrischen Netz die Änderungen der Dämpfmenge, die durch den Druckregler auf die Maschinensteuerung übertragen werden, zu sehr starken Frequenz- bzw. Drehzahländerungen führen, die der Maschinist bzw. ein besonders hierfür vorgesehener Frequenzregler nicht schnell genug ausgleichen kann. Für diese Fälle übernimmt jetzt der Druckregler 12 die Aufgabe eines Impulsgebers, und zwar dadurch, daß er bei Erreichen einer unteren bzw. oberen Grenzdrehzahl den Regler, der x5 zur Verwirklichung des zweitenRegelgesetzes ■dient, also z. B. den Druck- bzw. Fahrplanregler, ausschaltet. Zu diesem Zweck trägt der Druckschieber 12 ähnlich wie der Mengenseh£eber7 einen Steuerstift 45, dem eine Steuerhülse 46 zugeordnet ist. Je nachdem nun, ob die Drehzahl über den zulässigen oberen Grenzwert ansteigt oder unter den unteren absinkt, werden die Leitungen 38, 39 abgesperrt, so daß der Druckregler 36, 37 wirkungslos ist. Da der Zylinder des Kolbens 40 mit Öl gefüllt ist, die Leitungen aber abgesperrt sind, so arbeitet das Ventil 17, wie bereits oben erläutert, mit starrer Rückführung und gehorcht lediglich der Drehzahlregelung mit einem bestimmten Ungleichförmigkeitsgrad.

Die eben beschriebene Anordnung bietet nun eine sehr einfache Möglichkeit der Einstellung der Grenzwerte, bei denen der Druckschieber 12 in die Regelung eingreifen soll. Man kann nämlich entweder den dem Steuerstift 45. zugeordneten Steueröffnungen eine bestimmte Form geben oder die Steuerkanten des Steuerstiftes 45 selbst nach einer bestimmten Kurve formen. Die letztere Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Durch Drehung der Hülse 46 oder des Steuerstiftes 45 können verschiedene Überdeckungen eingestellt werden. Je Heiner der Wert a wird, um so geringer sind die Drehzahlunter:· schiede, bei denen der Druckschieber 12 die Leitungen 38 und 39 absperrt. Wenn man am Steuerstift 45 eine Skala 47 mit einem feststehenden, an der Hülse 46 angebrachten Zeiger 48 anbringt, so ist es möglich, den Grenzwert durch einen kleinen Eingriff von Hand ohne weiteres einzustellen.

Wichtig für diese Art der Regelung ist

nun noch folgendes: Es muß nämlich darauf geachtet werden, daß der Druckregler 36, 37 unbedingt in der Lage ist, innerhalb des ihm zugewiesenen Regelbereiches das Regelventil ■17 voll zu öffnen bzw. voll zu schließen, was nur bei einer bestimmten Stellung des Drosselorgans 34 und des Gestänges 40, 15 im Verhältnis zur jeweiligen Lage des Servomotors 16 und des Mengenschiebers 7 möglich ist. Gleichzeitig müssen die Teile 45, φ bei der Sollfrequenz in ihrer Mittellage stehen. Tun sie das nicht, so ist es durch Veränderung des Drosselorgans 34 möglich, die auf den Mengenschieber 7 und den Druckschieber 12 wirkenden Kräfte so lange zu verändern, bis diese Teile ihre Sollwertlage bei Sollfrequenz eingenommen haben. Wenn man an der Skala 47 mit dem Zeiger 48 die richtige Einstellung der Teile 45, 46 festgestellt hat, so kann dafür gesorgt sein, daß diese richtige Anzeige gleichzeitig auch ein Beweis dafür ist, daß auch das Gestänge 40, 15, 16 ■ die richtige Lage eingenommen hat. Es ist hierfür eine zusätzliche Einstellung durch Veränderung der Stellung der Hülse 46, die dann während des Betriebes bestehenbleibt, vorgesehen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:·

   ι. Regler für Kraftmaschinen mit Pumpwerk, Mengenschieber und Druckschieber nach Patent 522 119, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschieber mit einer Steuervorrichtung zur Übertragung zusätzlicher, gegebenenfalls einstellbarer Regeleinflüsse auf die Steuerung der _go Kraftmaschine verbunden ist.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, bei dem mit dem Mengenschieber der Steuerstift und mit dem Servomotor des Regelorgans die Steuerhülse einer HilfsSteuerung gekuppelt ist oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung einer Isodromie der Druckschieber (12) mit einem Teil (25) einer HilfsSteuerung (25, 26) verbunden ist, die zur Verstellung eines Kraftkolbens (24) dient, der im Drehpunkt (23) eines Verbindungshebels (49) zwischen Steuerhülse (15) und Servomotor (16) des zu regelnden Organs (17) angelenkt ist.
3. 3. Regler nach Anspruch 1, bei dem der durch den Mengenschieber gesteuerte Querschnitt durch eine Parallelleitung überbrückt wird, in der ein Schieber zur Veränderung des Querschnittes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mif dem Druckschieber verbundene Steuereinrichtung einen Teil einer Regelvorrichtung für die Betätigung des Schiebers (4) in der Überbrückungsleitung (50) bildet.
4. 4. Regler nach Anspruch 1, bei dem außer dem Mengenschieber mindestens ein weiterer Regler (Druckregler, Fahrplanregler) auf die Steuerung der Ma- iao schine einwirkt und die Verstellbewegungen von diesem Zusätzregler aus hydrau-

   lisch über Steuerleitungen auf die Regelorgane der Maschine übertragen wenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Druckschieber verbundene Steuereinrichtung (45, 46, 47, 48) bei Erreichen einer unteren bzw. oberen Drehzahlgrenze den Druck- bzw. Fahrplanregler durch Abschließen der'Steuerleitungen (38, 39) abschaltet.
5. 5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernden Kanten des Steuerstiftes (45) oder der Steuerhülse (46) oder beide nach Raumkurven geformt sind, die durch Verstellung des Steuerstiftes (45) gegenüber der Hülse (46) oder umgekehrt oder beider Teile gegeneinander eine Einstellung der Größe der S teuer öffnungen ermöglichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen