DE608647C - Indirekt wirkende Regelungsvorrichtung - Google Patents

Description

G 87779

Indirekt wirkende Regelungsvorrichtungen, welche nach dem Prinzip der Auslaßdrosselung eines flüssigen oder gasförmigen Druckmittels arbeiten und hierfür ein irgendwie ausgebildetes Drosselorgan benutzen, sind an sich bekannt und dienen zur Regelung irgendeines Zustandes (Druck, Temperatur, Drehzahl o.dgl.). Die bekanntesten, nach diesem Prinzip der Auslaßdrosselung arbeitenden Regler lassen sich in folgende zwei Klassen einteilen:

i. Ventilartige Bauarten

Einzelne Reglersysteme dieser Klasse benutzen als Ventileinrichtung einen vor einer Ausströmdüse des Druckmittels bewegten Prallkörper in Gestalt einer Schale, Prallplatte ο. dgl., andere arbeiten mit einem ventil- oder schirmartigem Drosselgewicht. Die Drosselorgane dieser Regler werden von der zu regulierenden Größe mittels Hebel, Kette o. dgl. mehr oder weniger der Ausströmdüse genähert, also entgegen der Ausströmrichtung des Druckmittels bewegt, um mittels verschiedener Drosselzustände Verstellungen des Regulierorgans zu erzielen.

Der Nachteil dieser ventilartigen Bauarten liegt darin begründet, daß die jeweiligen Drosselzustände in voller Höhe auf den die Bewegung herbeiführenden Impulsgeber (zu regulierende Größe) zurückwirken, wobei diese rückwirkende Kraft bis zum völligen Abdecken (Schließen) der Ausströmdüse des Druckmittels von einem Minimum bis zu einem Maximum ansteigt. Hierdurch wird selbstverständlich die Regelempfmdlichkeit spürbar beeinträchtigt. Dieselben haben jedoch den Vorteil einer geringen Störungsmöglichkeit durch vom Druckmittel mitgeführte Fremdkörper, sind also recht betriebssicher.

2. Schieberartige Bauarten

Bei dieser Klasse der nach dem Prinzip der Auslaßdrosselung eines Druckmittels arbeitenden Regler wird das Drosselorgan nicht in bzw. entgegen der Ausströmrichtung des Druckmittels bewegt, sondern in einem Winkel zu dieser, um sozusagen ein Abschneiden des austretenden Druckmittelstrahles zu erzielen. Es sind dies also im Gegensatz zu der Ventilbauart der Klasse 1 Schieberkonstruktionen. Eins der bekanntesten Systeme verwendet einen gabelförmigen Schieber, welcher einen rohrartigen Körper umfaßt und. zwei in entgegengesetzter Richtung austretendeDruckmittelstrahlen abschneidet, wodurch eine Entlastung des Drosselorgans gegen die wechselnden Drosselzustände des Druckmittels erzielt wird.

Der Nachteil dieser schieberartigen Ausführungen liegt jedoch darin, daß eine gleitende Bewegung des Drosselorgans auf einer oder mehreren Flächen in einem Winkel zur Ausströmrichtung erfolgt und dadurch Reibungen erzeugt werden, die oft noch durch dazwischentretende Fremdkörper wesentlich

gesteigert werden. Häufig tritt auch ein Festkleben des Drosselorgans durch das verwandte Druckmittel (z. B. öl) ein. Mehr oder weniger starke Störungen des Regelvorganges sind die Folge. Es leuchtet ferner ohne weiteres ein, daß auch bei scharfkantiger Ausführung der schieberartigen Drosselorgane eine Rückwirkung auf diese und den Regelimpuls nicht in vollem Umfange vervo mieden werden kann.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung beruht nun darin, die vorgeschilderten Nachteile der beiden bekannten Ausführungsklassen von nach dem Prinzip der Auslaßdrosselung eines Druckmittels arbeitenden Reglern zu vermeiden, indem eine völlig andere Bewegungsart und Gestalt des Drosselkörpers verwandt wird, und zwar unter Ausnutzung der bekannten Vorteile rollender Bewegung. 7.0 Als Beispiel ist in der Fig. 1 ein Reduzierventil gezeichnet. Hierin bedeutet: 1 den Ventilkörper, 2 den Ventilkegel, 3 die Ventilspindel, 4 den Kolbenservomotor. Das zur Steuerung benutzte Druckmittel tritt zunächst durch die konstante Drosselstelle 5 ein und hat zwei Fortleitungen, die eine, NY. 6, vom und zum Servomotor 4 und die zweite, Nr. 7, zu der Ausströmöffnung 8 (Auslaßdrosselstelle), welche sich in einer Ebene 9 befindet. Auf dieser Ebene 9 wird von dem Reduzierimpuls, welcher durch die Rohrleitung 10 entnommen ist, über eine Membranen, Gestänge 12 und Hebel 13 ein zylindrischer Drosselkörper 14 abgerollt, dessen Bewegung durch Anschläge 15 begrenzt ist. Die Funktion ist dabei folgende:

Sobald der Druck hinter dem Ventil beispielsweise absinkt, wird in bekannter Weise der zylinderförmige Drosselkörper weiter auf die Drosselstelle 8 zubewegt, hierdurch eine Drucksteigerung zwischen Drosselstelle 5 und Servomotor 4 erzeugt und dadurch der gewünschte Sollzustand durch weiteres Öffnen des Ventils wieder eingeregelt. Bei einer Drucksteigerung verläuft der Regelvorgang in umgekehrter Richtung.

Fig. 2 und 3 stellen dar, in welcher Art beispielsweise der zylinderförmige Drosselkörper von dem Hebel 13 gefaßt wird und einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist, um einen einzigen oder mehrere parallel geschaltete Druckmittelauslässe zu beeinflussen. Eine Führung des Drosselkörpers 14 kann beispielsweise durch Führungsteile 16 o. dgl. erfolgen.

Das Wesen und die Vorteile der Erfindung sind dadurch gegeben, daß der Drosselkörper von dem zu regelnden Steuerimpuls auf einer irgendwie geformten Bahn, in welcher der oder die Auslässe des Druckmittels liegen, rollend bewegt oder abgewälzt wird und eine für diese Bewegungsart geeignete Gestalt besitzt. Jeder einzelne Punkt des Drosselkörpers, insbesondere also auch desjenigen Teiles desselben (z. B. des L'mfanges), welcher für die Drosselung selbst herangezogen wird, beschreibt hierbei eine zykloidische Bahn, wie beispielsweise aus Fig. 4 für einen Randpunkt X des zylindrischen Drosselkörpers 14 ersichtlich. Der Punkt X nähert oder entfernt sich also der Austrittsöffnung S des Druckmittels, ohne daß der Drosselkörper selbst die Bahn 9, auf welcher er aufliegt, verläßt. Wegen der Abrollung auf dieser Auflagefläche werden die bekannten Vorteile rollender Bewegung ausgenutzt und die oben geschilderten Nachteile der gleitenden Bewegung eines in einem Winkel zur Ausströmrichtung geführten schieberartigen Drosseiorgans vermieden.

Auch eine Entlastung des Drosselkörpers 14 gegenüber dem aus der Öffnung 8 austretenden Druckmittel ist in verschiedener Weise möglich. Hierzu wird beispielsweise das Gewicht des Drosselkörpers gleich groß oder größer gewählt als die Hubkraft, welche das Druckmittel bei voller Drosselung der Druckmittelauslässe auf den Drosselkörper ausübt. Liegt bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel der Drosselkörper bei voller Drosselung vollkommen auf den Druckmittelauslässen auf, so fällt die Richtung der Hubkraft A mit der Ausströmrichtung des Druckmittels zusammen und wirkt senkrecht nach oben, also der Schwerkraft des Drosselkörpers genau entgegen. In dieser Stellung ist also eine völlige Entlastung des Drosselkörpers durch entsprechende Wahl seines Gewichtes möglich. Sobald sich jedoch der Drosselkörper aus der beschriebenen Lage heraus bewegt, so daß beispielsweise die Achse des Zylinders 14 von der Stellung α- in die Stellung b verlagert wird, so wirkt die nunmehr auf den Drosselkörper ausgeübte Kraft B nicht mehr senkrecht nach oben, sondern unter einem Winkel α. Während die Kraft A bei voller Drosselung keine seitliche Komponente besaß, ist dies bei der Kraft B der Fall. Je weiter der Drosselkörper von der Auslaßdrossel entfernt wird, je größer wird der Winkel α, je größer also auch das Verhältnis der seitlichen unausgeglichenen Kraftkomponente zu der senkrechten, dem Gewicht entgegenwirkenden und dalaer ausgeglichenen Komponente. Während jedoch die Gesamtkraft in der Stellung α ihren Maximalwert besitzt, wird dieselbe in der Stellung b usw. immer kleiner. Aus diesem Grunde erreicht auch die seitliche Komponente keine großen Werte. Die auf den Steuerimpuls, welcher an der Stange 12 angreifend gedacht ist, zurückwirkende Kraft wird also bei einer Ausfüh-

rung nach dem Erfindungsgedanken immer kleiner, je mehr der Drosselkörper den Druckmittelauslaß abschließt, und kann überhaupt nur relativ kleine Größen annehmen, während bei den bekannten Ausführungs- MiMiul von ventilartigen Auslaßdrosseln (mittels Prallplatte o. dgl.) diese Kraft umgekehrt immer größer wird und in voller Größe auf den Impuls zurückwirkt. Es geht dies

ίο ohne weiteres aus der zum Vergleich dargestellten bekannten Ausführung (Fig. 6) hervor. Bei Ausführung von Regelungseinrichtungen nach der neuen Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit, die Entlastung des Drosselkörpers noch durch andere Mittel zu verbessern. So kann der vorerwähnten seitlichen Kraftkomponente dadurch entgegengewirkt werden, daß beispielsweise die Ebene g, auf welcher der Drosselkörper rollend bewegt oder abgewälzt wird, schräg angeordnet wird, beispielsweise in der Lage 17-17, oder daß eine in der Bewegungsrichtung des Drosselkörpers gekrümmte Bahn 18-18 gewählt wird. Hierbei wirkt das Gewicht des Drosselkörpers auch der seitlichen Kraft entgegen. Es kann daher eine sehr weitgehende Entlastung erreicht werden.

In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel einer Anwendung des Erfindungsgedankens dargestellt, und zwar einer Ausführung, bei welcher der Drosselkörper 14 in seiner Mittellagie zwischen zwei Druckmittelauslässen 19 und 20 oder zwei parallelen Gruppen von solchen aufliegt, so daß in denselben, je nach seiner Bewegung aus der Mittelstellung heraus, eine entgegengesetzte Drosselwirkung zwischen den Drosselstellen 19 und 21 oder 20 und 22 sowie den zugehörigen Seiten.des Servomotorkolbens 23 erzielt wird. Hierbei wird in bekannter Weise durch den beiderseits beeinflußten Servomotorkolben 23 die erforderliche Veränderung des Steuerorgans, beispielsweise des Ventils 24, herbeigeführt. In welcher Weise die auf den Drosselkörper 14 von Seiten des Druckmittels aus wirkenden Kräfte sich verändern, geht aus Fig. 8 hervor. In der Mittelstellung α heben sich die Kräfte ^i und A¹ auf, sowohl in ihren senkrechten wie in ihren waagerechten Komponenten, während bei einer Ablenkung aus der Mittelstellung heraus, beispielsweise in die Lage b, die Kräfte B und B¹ eine seitliche Komponente ergeben, ähnlich wie bei Fig. 5 beschrieben. Auch hier besteht jedoch die Möglichkeit, diesen seitlichen Komponenten, für die im übrigen sinngemäß das gleiche wie oben gilt, dadurch zu begegnen, daß der Drosselkörper statt auf einer waagerechten Ebene 9 beiderseits der Mittelstellung auf zwei in einem· Winkel zueinander geneigten Ebenen 17-17 oder auf einer nach beiden Bewegungsrichtungen des Drosselkörpers gekrümmten Bahn 18-18 rollend bewegt oder abgewälzt wird. Es kann also auch in diesem Falle für eine wei testgehende Entlastung gesorgt werden, derart, daß auf den Impuls rückwirkende, die Empfindlichkeit des Reglers beeinträchtigende Kräfte vermieden werden.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind selbstverständlich nicht erschöpfend, insbesondere kann naturgemäß der Drosselkörper, ebenso wie bei anderen Systemen, mittels der erzielten Drosselungen des Druckmittels statt direkt auf den Servomotor auch auf einen dem Servomotor vorgeschalteten Steuerkolben o. dgl. einwirken, gleich, ob es sich um die Ausführung nach Fig. 1 bis 5 oder Fig. 7 und 8 handelt, ebenso wie die erzielten D rössel Wirkungen auch in anderer Weise als zur Betätigung eines Servomotors oder eines Steuerkolbens ausnutzbar sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Nach dem Prinzip der Auslaßdrosselung eines Druckmittels arbeitende, indirekt wirkende Regelungsvorrichtung mit Drosselkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper von dem zu regelnden Steuerimpuls auf einer irgendwie geformten Bahn, in welcher der oder die Auslässe des Druckmittels liege'n, rollend bewegt oder abgewälzt wird und eine für diese Bewegungsart geeignete Gestalt besitzt.

2. Regelungsvorrichtüng nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist und einen einzigen oder mehrere parallel geschaltete Druckmittelauslässe beeinflußt.

3. Regelungsvorrichtung nach An- ' Spruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Drosselkörpers gleich groß oder größer gewählt ist als die Hubkraft, welche das Druckmittel bei voller Drosselung der Druckmittelauslässe auf den Drosselkörper ausübt.

4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper statt auf einer waagerechten auf einer schräg liegenden Ebene oder auf einer in der Bewegungsrichtung des Drosselkörpers gekrümmten Bahn rollend bewegt oder abgewälzt wird.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch r, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper in seiner Mittelstellung zwischen zwei Druekmittelauslassen oder zwei parallelen Gruppen von solchen aufliegt, so daß in denselben je

nach seiner Bewegung aus der Mittelstellung heraus eine entgegengesetzte DBOsselwirkung erzielt wird.

6. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper statt auf einer waagerechten Ebene beiderseits der Mittelstellung auf zwei in einem Winkel zueinander geneigten Ebenen oder auf einer nach beiden Bewegungsrichtungen des Drosselkörpers gekrümmten Bahn rollend bewegt oder abgewälzt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen