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Stellmotor für Regler, insbesondere Membrandosenregler Die Erfindung
betrifft einen Stellmotor für Regler, insbesondere für Membrandosenregler, bei welchem
das zur Verstellung eines Kolbens dienende Druckmittel unabhängig vom Bewegungszustand
des Kolbens dauernd zu beiden Seiten des Kolbens zu- und abgeführt wird.
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Bei den bekannten Stellmotoren dieser Art deckt sich die Grundstellung
des Arbeitskolbens mit einer seiner Endlagen im Zylinder. Dies hat den Nachteil,
da$ Verstellbewegungen von der Normallage aus nur in einer Richtung eingeleitet
werden können.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, da$
die Verstellbewegungen des Kolbens durch Druckunterschiede hervorgerufen werden,
die sich durch verschieden starke Drosselung des zu beiden Seiten des Kolbens fließenden
und unter demselben Pumpendruck stehenden Druckmittels ausbilden. Die zwei Leitungen
für die Zu- und Abführung des'; Druckmittels gabeln sich und sind beide durch je
einen Zweig mit entgegengesetzten Enden des Arbeitszylinders verbunden. Jeder der
vier Leitungszweige enthält eine Drosselstelle. Durch Änderung des Querschnittes
einer oder mehrerer Drosselstellen ändert sich das Verhältnis der Kräfte, mit denen
das Druckmittel auf die beiden Seiten des Kolbens einwirkt, wodurch eine Bewegung
des Arbeitskolbens erzwungen wird. Als veränderliche Drosselstellen können beispielsweise
Ventile Verwendung finden, welche von den Befehlsgliedern des Stellmotors, z. B.
druckempfindlichen Membrandosen, einem Fliehkraftregler
od. @dgl.,
betätigt werden. Aus der Tatsache, daß dieÄnderung des Querschnittes jeder einzelnen
Drosselstelle eine Veränderung,des Verhältnisses der beiden im Zylinder in entgegengesetzter
Richtung auf den Arbeitskolben wirkenden Verstellkräfte hervorruft, ergeben sich
zahlreiche Möglichkeiten für die Aufnahme und die Verbindung von Befehlsimpulsen
durch den Stellmotor. So können z. B. alle vier Drosselstellen mit veränderlichem
Querschnitt ausgerüstet sein und jede einzelne kann den Impuls eines anderen Befehlsgliedes
aufnehmen. Durch die Zuordnung der Richtung, in welche die verschiedenen Befehlsimpulse
die Querschnitte der Drosselstellen verändern, kann ihre Wirkung auf die Verstellkräfte
des Arbeitskolbens nach Belieben gleichsinnig oder entgegengesetzt festgelegt werden.
Eine Steigerung der Empfindlichkeit des Stellmotors für Befehlsimpulse ist dadurch
zu erreichen, daß ein Befehlsglied zu gleicher Zeit den Querschnitt mehrerer Drosselstellen
werändert, wobei diese Änderungen so zu erfolgen haben, daß sich ihre Wirkungen
in bezug auf die Verstellkräfte im Arbeitszylinder addieren. In einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung wird der Arbeitskolben der Einwirkung von Druckfedern ausgesetzt,
deren Spannkraft bestrebt ist, ihn in seiner Grundstellung festzuhalten.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele eines Stellmotors
für Verstelleinrichtungen nach der Erfindung in Schnitten dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Verschiebekolbenstellmotor im Mittellängsschnitt
mit einer veränderlichen Drosselstelle und einem Befehlsglied, während Abb. i a
eine Drosselstelle im Schnitt veranschaulicht, deren Einstellung auf einen bestimmten
lichten Querschnitt durch eine Verstellschraube mit Handrad erfolgt; Abb. 2 zeigt
zwei durch ein Befehlsglied gemeinsam betätigte veränderliche Drosselstellen an
einem Stellmotor nach Abb. i, gleichfalls im Mittellängsschnitt; Abb.3 stellt einen
Verstellkolbenstellmotor im Mittellängsschnitt mit vier veränderlichen Drosselstellen
dar, welche durch zwei Befehlsglieder gemeinsam in Tätigkeit gesetzt werden, und
Abb. ¢ und 5 zeigen zwei gegenseitig entsprechende Schnitte nach den Linien V-V
und IV-IV durch einen Sehwingkolbenstellmotor mit zwei veränderlichen Drosselstellen
und je einem Befehlsglied.
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Der Kolben i mit der Kolbenstange 2, welcher mit dem nicht dargestellten
Verstellglied, z. B. einem Regelgestänge, verbunden ist, gleitet im Zylinder 3 des
Stellmotors, -wobei sich die Ruhestellung des Kolbens i in der Mitte des Zylinders
3 befindet. Das Druckmittel für die Bewegung des Kolbens i wird bei der im Betrieb
befindlichen Einrichtung im ununterbrochenen Fluß durch eine Leitung 4 herangeführt,
die sich in zwei Zweige 5 und 6 aufteilt. Diese beiden Zweige führen zu entgegengesetzten
Enden des Zylinders 3. Durch Leitungen der gleichen Form erfolgt die Abführung des
Druckmittels über die beiden Zweig-Leitungen 7 und 8, die zu einer gemeinsamen Ableitung
g zusammengeführt sind. In den Zweigleitungen 5, 6 und 7 sind unter sich gleichartige
Drosselstellen io, i i und 12 vorgesehen, die zwecks Einstellung des Stellmotors
auswechselbar oder einstellbar sein können,. Zum Beispiel können diese Drosselstellen,
wie in Abb. i a gezeigt, aus einem Ventil 12a bestehen, dessen, Kegel durch eine
Verstellschraube 149 mit Handra4 25a einstellbar ist. In der vierten Zweigleitung
8 ist ein Ventil 13 eingebaut, das über eine Stange 14 mit einem Befehlsglied 25
verbunden ist. Das Befehlsglied 25 kann z. B. eine druckempfindliche Membrandose
sein oder eine andere Einrichtung, die auf die Änderung bestimmter physikalischer
oder mechanischer Größen mit einer Bewegung anspricht. Der Durchflußquerschnitt
des Ventils 13 ist so bemessen, daß im Ruhezustand des Befehlsgliedes die Drosselwirkung
des Ventils 13 in dem Leitungszweig 8 genau so groß ist wie die jeder einzelnen
der Drosselstellen io, ii und 12 in den Leitungszweigen 5, 6 und 7. Auf einer Seite
des Kolbens wirkt zur Erhöhung der Rückstellkraft in seine Normallage eine Feder
15, die sich an zwei Federtellern 16, 17 abstützt. Die beiden Federteller 16 und
17 tragen je einen rohrförmigen Ansatz 18 und ig, welche sich mit Flanschen,2o und
21 derart übergreifen, daß eine Höchstlänge der Feder 15 nicht überschritten werden
kann. Bei Entspannung der Feder 15 bis zu der möglichen Höchstlänge befindet sich
,der Kolben i, wenn er am Federteller 16 anliegt, in seiner Ruhestellung etwa in
der Mitte des Zylinders 3. Die Feder 15 besitzt auch in dieser Normallage noch eine
gewisse Vorspannung, die aber infolge des gegenseitigen Anschlages der beiden Flansche
2o und 21 nicht auf den Kolben i einwirken kann. Auf der anderen Seite des Kolbens
i drückt @die Feder 2:2, deren Spannkraft so bemessen ist, daß die beim übergang
des Kolbens i in die Ruhelage auf diesen noch ausgeübte Kraft kleiner ist als die
der Feder 15.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Im Ruhestand der Einrichtung,
d. h. wenn das mit dem Ventil 13 verbundene Befehlsglied nicht anspricht und die
Drosselwirkung in allen vier Leitungszweigen 5, 6, 7 und 8 gleich groß ist, fließt
das durch die Leitung 4 zugeführte Druckmittel in gleichmäßiger Verteilung durch
die beiden Räume des Zylinders 3 und über die Leitung g wieder ab. Zu beiden Seiten
des Kolbens i bildet sich infolgedessen ein gleich hoher Druck aus, durch welchen
dieser in seiner Normallage etwa in der Mitte des Zylinders 3 festgehalten wird.
Erfolgt durch eine Bewegung des Befehlsgliedes 25 eine Verstellung des Ventils 13,
so wird die Drosselwirkung im Leitungszweig 8 geändert und der Druck des Mittels
im Zylinder 3 nimmt auf der Anschlußseite des Leitungszweiges 8 zu oder ab, je nach
dem Sinne der erfolgten Drosseländerung. Durch den nun im Zylinder 3 auftretenden
Druckunterschied wird der Kolben i so lange verschoben, bis in Zylinder 3 wieder
Gleichgewicht herrscht zwischen den auftretenden Kräften des Druckmittels und der
Federn.
Die Rückführung des Kolbens i in seine Ruhelage wird durch die Federn 15 und 22
besc'hleun'igt. Die Feder 15 ist gegenüber der Feder 22 stärker bemessen, so daß
im Falle ihrer Wirksamkeit auch in der Nähe der Ruhelage des Kolbens i noch eine
stärkere Kraft auf diesen ausgeübt wird, als ihn die Feder 22 von, der anderen Seite
entgegensetzen kann. Erfolgt die Rückführung des Kolbens i durch die Feder 22, so
kann diese bis zur Erreichung der Ruhestellung ohne die Gegenkraft der anderen Feder
15 auf den Kolben einwirken, weil für die Feder 15 eine Höchstlänge vorgesehen ist.
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Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Stellmotors für Impulse des Befehlsgliedes
ist es möglich, eine der Drosselstellen io, ii und 12 ebenfalls als Ventil auszubilden,
das zwangsläufig mit dem Ventil 13 verbunden ist und mit diesem gemeinsam die Impulse
des Steuergliedes aufnimmt. Die Änderung der Strömungswiderstände durch diese beiden
gekuppelten Ventile hat dabei so zu erfolgen, daß der zwischen beiden Kolbenseiten
entstehende Druckunterschied erhöht wird. So muß z. B., wenn die Drosselstelle i
i der Abb. i durch ein Ventil 23 nach Abb.2 ersetzt wird, dieses Ventil im
entgegengesetzten Sinne gesteuert werden wie das mit ihm gekuppelte Ventil 13.
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In Abb. 3 ist ein Stellmotor nach der Erfindung dargestellt, bei welchem
durch zwei Befehlsglieder 26 und 27 alle vier Drosselstellen gemeinsam betätigt
werden. Zu diesem Zwecke sind in den vier Leitungszweigen 5, 6, 7, 8 je ein Ventil
26, 27, 28 und 29 angeordnet. Die beiden demselben Zylinder raum zugeordneten Ventile
sind dabei durch je eine Stange 30 und 31 miteinander verbunden, so daß sie
im entgegengsetzten Sinne öffnen oder schließen. Die Stangen 30 und 31 sind
aus dem Zylinder 3 herausgeführt und an die End°.n eines bei 35 drehbar gelagerten
zweiarmigen Hebels 34 gelenkig angeschlossen. Die beiden Stangen 30 und 31
bewegen sich also in entgegengesetzter Richtung durch den Zylinder 3, wodurch die
damit verbundenen Ventile 26, 27, 28 und 29, gemeinsam in dem Sinne betätigt werden,
daß bei zunehmender Druckwirkung des Druckmittels auf der einen Seite des Kolbens
i die Wirkung des Druckmittels auf der anderen Seite herabgesetzt wird. Die beschriebene
Anordnung der untereinander verbundenen Ventile 26, 27, 28 und 29 hat demzufolge
eine Erhöhung der .Empfindlichkeit des Stellmotors zur Folge. Eine der Stangen 30
oder 31 ist mit ihrem freien, nach außen geführten Ende mit der Mitte eines zweiarmigen
Hebels 28 gelenkig verbunden, an dessen beiden Enden über zwei Stangen 36 und 37
die beiden Befehlsglieder 26 und 27 angreifen. Die Bewegungen der beiden Befehlsglieder
26 und 27 übertragen sich durch diese Anordnung als geradlinig zusammengesetzte
Bewegung auf die Stange 31 und damit auf sämtliche Ventile. Zur besseren Rückführung
;des Kolbens i in seine Ru'he'lage sind auf der Kolbenstange 2 außerhalb des Zylinders
i Federn 38 und 39 angebracht, welche sich gegen Federteller 40 und 41 abstützen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 kann die Anordnung der Federn 38 und 39
und die Führung der Verbindungsstangen 30 und 31 selbstverständlich auch
entsprechend der Federanordnung nach der Abb.i und der Verbindungsstangenführung
nach Abb. 2 erfolgen.
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Bei dem Schwingkolbenstellmotor nach Abb.4 und 5 sind zwei veränderliche
Drosselstellen 42 und 43 vorgesehen, welche je mit einem Befehlsglied 44 und; 45
verbunden sind. Eine der veränderlichen Drosselstellen ist dabei in der Druckmittelzuleitung
und die andere in der Druckmittelableitung zum Gehäuse 47 auf verschiedenen Seiten
des Schw.ingkolbents 46 angeordnet. Auf der nach außen geführten Welle 49 des Schwingkolbens
46 ist ein Zahnsegment 48 zur Abnahme der verstärkten Verstellbewegungen angebracht,
während zwei entgegengesetzt wirkende Torsionsfedern 5o und 51 auf dieser Welle
die Rückführung des Schwingkolbens 46 in seine Ruhelage in der Mitte des Gehäuses
unterstützen. Die Wirkungsweise des Schwingkol@benstellTnotors- bedarf nach dem
vorhergehenden keiner Erklärung.