DE622644C - Regler fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

Es sind Regler bekannt, die mit einer hydraulischen Vorsteuerung und einer dieser nachgeschalteten Hauptsteuerung arbeiten. Die Vorsteuerung besteht aus einer Vorsteuerpumpe und einer von dieser betätigten Vorsteuerhülse, während sich die Hauptsteuerung aus einem den Zufluß zum eigentlichen Hilfsmotor steuernden federbelasteten Hauptsteuersohieber und. einer das Drucköl für den Hilfsmotor liefernden Pumpe zusammensetzt. Um die Reibungskräfte an der Haupt- und Vorsteuerung aufzuheben, wird der Hauptsteuerschieber in ständiger Drehbewegung gehalten. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei derartigen Reglern, die bisher mit einer Rückführung arbeiten, die Rückführung zu ersparen und dadurch den Regler zu vereinfachen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die Maße der Vorsteuerhülse, der

ao Druck des Vorsteueröles, die Querschnitte der ölzuführung zu der Steuerhülse einerseits und der Ölabflußöffnungen in der Steuerhülse andererseits, ferner die Federbelastung für den Hauptsteuerschieber so aufeinander abgestimmt, daß die Steuerhülse dauernd eine axiale Schwingungsbewegung ausführst und, sobald diese durch einen unter dem Einfluß der zu regelnden Größe, z. B. der Netzleistung, stehenden Anschlag auf einen Wert begrenzt wird, der kleiner oder größer ist als der dem Sollwert der Regelgröße entsprechende, eine Auf- bzw. Abwärtsbwegung des Hauptsteuerschiebers ausgeführt wird.

Der Anschlag sitzt dabei vorzugsweise an dem Ende eines schwenkbar angeordneten Hebels, an dessen zwischen Drehpunkt und Anschlag liegendem Teil die die zu regelnde Größe messende Einrichtung angreift. In ähnlicher Weise kann auch die Steuerhülse an einem Hebel angelenkt sein, der auf der einen Seite um einen festen Punkt schwenkbar ist und auf der anderen Seite einen Gegenanschlag trägt.

Die Zeichnung zeigt in Abb. 1 ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Reglers.

In dieser Abbildung bezeichnen K den Kolben und Z den Zylinder des Hilfsmotors, der vermittels der Kolbenstange V das nicht dargestellte Krafteinlaßorgan der zu regelnden Maschine betätigt. Der Kolben K wird 50' durch Drucköl bewegt, dessen Zu- und Abführung zu bzw. aus dem Innenraum des Zylinders Z durch den Hauptsteuerschieber Sch geregelt wird. Bei HD tritt das Drucköl in

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Heinrich Langrehr in Berlin-Nikolassee.

die Leitung des Reglers ein, bei A tritt es wieder aus. Die Bewegungen des durch die Feder F belasteten Hauptsteuerschiebers Sch werden durch die Vorsteuerhülse VH gesteuert. Als Kraftmittel für die Bewegung der \⁷'orsteuerhülse dient gleichfalls Drucköl, das über die Leitung VD in den Raum R und durch eine axiale Bohrung des Hauptsteuerschiebers Sch in die Vorsteuerhülse VH eintritt. ίο Der Hauptsteuerschieber besitzt ferner an seinem oberen Ende eine Querbohrung, durch die das in seiner Längsbohrung befindliche öl durch die Öffnung Ö der Vorsteuerhülse austreten kann.. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Vorsteuerhülse sich in einer solchen Stellung befindet, daß die Öffnung Ö der Vorsteuerhülse mit der Querbohrung des Hauptsteuerschiebers zusammenfällt.

Die Vorsteuerhülse ist gelenkig mit einem ao Hebel verbunden, der an seinem linken Ende drehbar gelagert ist. Der Hebel kann sich um einen Drehpunkt nach oben hin frei bewegen. Nach unten ist seine Bewegung jedoch durch die Lage e-ines zweiten Hebels begrenzt, der mit dem Meßsystem L gelenkig verbunden ist. Das rechte Ende dieses zweiten Hebels ist ebenfalls drehbar gelagert. T ist die Taststelle, bei der die beiden Hebel sich berühren können.

Das Meßsystem L ist ein elektrisches Meßsystem und mißt die zu regelnde Größe. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Leistungsreglung, Die vom Regler gesteuerte Kraftmaschine treibt einen elektrisehen Stromerzeuger an, dessen an das Netz N abgegebene Leistung konstant gehalten werden soll. Das Meßsystem L ist deshalb als ein wattmetrisches System ausgebildet, das die an das Netz N gelieferte Leistung mißt. Von dieser Leistung ist der Ausschlag des Meßsystems und damit die Lage der Taststelle T des mit dem Meßsystem verbundenen Hebels abhängig. Soll statt der Leistung eine ■andere Größe, z. B. die Frequenz, geregelt werden, so ist für L ein Meßsystem zu verwenden, das diese andere Größe, z. B. die Frequenz, mißt.

Damit nun die angestrebte periodische Bewegung der Vorsteuerhülse einsetzt, müssen dieMaße derselben, der Öffnungsquerschnitt Ö, der Druck des Vorsteueröles und der Querschnitt der Ölleitung VD zueinander passend gewählt sein. Wenn man beispielsweise den Leitungsquerschnitt VD zu groß und den OfE-nungsquerschnitt ö zu klein bemißt, so wird trotz der durch Ö ausströmenden ölmenge der Druck in der Vorsteuerhülse nicht genügend herabgesetzt; die Vorsteuerhülse bleibt angehoben, und die Öffnung Ö wird dauernd freigegeben. Wählt man dagegen einen zu kleinen Leitungsquerschnitt und einen zu großen Öffnungsquerschnitt, so erhöht das öl den Druck des im oberen Räume des Vorsteuerschiebers befindlichen Luftpolsters nur langsam; dementsprechend hebt sich ' auch die Vorsteuerhülse nur langsam und gibt im Augenblick der Freigabe von Öl das gesamte oberhalb von Ö angesammelte Öl augenblicklich ab. Die Vorsteuerhülse fällt also augenblicklich in ihre untere Lage zurück, und es bedarf verhältnismäßig langer Zeit, bis wieder genügend Öl nachgeliefert ist, um die Vorsteuerhülse erneut anzuheben. Weder der erstgenannte Betriebszustand mit Überdruck noch der an zweiter Stelle geschilderte -Betriebszustand mit Unterdruck liefern die für eine Reglung brauchbare Arbeitsweise, weil die Periodendauer zu lang ist bzw. überhaupt keine periodische Bewegung zustande kommt. Nach diesen Überlegungen ist aber ohne weiteres einzusehen, daß zwischen beiden ein praktisch brauchbarer Arbeitsbereich vorhanden ist, bei dem ein Stehenbleiben in angehobener Stellung nicht eintritt und die periodische Bewegung in die anzustrebende schnelle Zitterbewegung übergeht.

Die hierbei eintretenden Bewegungsvorgänge sind an Hand der Abb. 2 und 3 nachstehend beschrieben.

.Wenn der rechte/ mit dem Meßsystem L verbundene Hebel zunächst als nicht vorhanden angenommen wird, so führt der linke Hebel mit der Vorsteuerhülse VH eine periodische Bewegung aus, wobei ohne Begrenzungsanschläge die in Abb. 2a gezeichneten Endlagen erreicht werden mögen. Die untere Endlage kommt dadurch zustande, daß das Gewicht bzw. die Maße der fallenden Vorsteuerhülse vom Luftpolster in der Hülse aufgefangen werden. Der im Luftpolster dabei sich bildende Druck setzt sich aus.zwei Größen, und zwar erstens dem statischen Druck, welcher dem eigentlichen Gewicht der Vorsteuerhülse entspricht, und zweitens einem dynamischen Anteil, welcher der in der fallenden Hülse enthaltenen lebendigen Kraft das Gleichgewicht hält, zusammen. In der unteren · Endlage der Hülse ist die lebendige Kraft derselben aufgezehrt. Gleichzeitig ist aber der wechselnde dynamische Druckanteil am größten. Die Vorsteuerhülse wird nachfolgend durch diesen, unterstützt durch das nachgelieferte Vorsteuerdrucköl, in ihre obere, in Abb. 2a gezeigte Endlage emporgeschleudert, welche duren die Größe des erteilten Impulses und der bewegten Maße festgelegt ist; hierbei entspannt sich das Luftpolster.

Die Druckänderungen des Luftpolsters werden auf das bei DV zufließende und mit dem Luftpolster in Berührung stehende

Drucköl übertragen. Der zeitliche Verlauf der Druckänderungen ist schematisch in Abb. 3 dargestellt. Die Zeit beginnt zu zählen, wenn die Vorsteuerhülse die untere Endlage erreicht hat. Wie die Zeichnung zeigt, ist bei t = i₀ der Druck p₀ am größten. Mit zunehmender Aufwärtsbewegung fällt der Druck zunächst langsam, weil die Steuerhülse sich nur allmählich in Bewegung setzt. Dann

ίο fällt er schneller, bis im Zeitpunkt t_t der Ölaustritt Ö freigegeben wird. In diesem Augenblick sinkt der Druck praktisch von P₁ auf Null; er verbleibt so lange auf diesem Wert, bis die zurückfallende Steuerhülse z. B. zur Zeit t₂ den ölaustritt wieder schließt und der Druck zur Zeit t_s den Höchstwert p₃ = p₀ wieder erreicht. Alsdann beginnt das Spiel von neuem.

Nach der vorgeschlagenen Anordnung erfährt die oben beschriebene Zitterbewegung eine Abänderung durch den rechten Tasthebel, der die Abwärtsbewegung der Vorsteuerhülse im Normalzustand, d. h. wenn die Leistung auf dem Sollwert ist, begrenzt, ehe die untere Endlage erreicht ist (Abb. 2b). Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie der fallenden Hülse vom rechten Tasthebel aufgenommen und in mechanische Federungsarbeit umgesetzt, und nur ein geringer Teil steht zur dynamischen Verdichtung des Luftpolsters zur Verfugung. Der dem Gewicht der Vorsteuerhülse entsprechende statische Druck wird weniger überschritten, als zuerst beschrieben, der Gesamtdruck unter dem Vorsteuerschieber erreicht nicht die frühere Höhe p_s, sondern nur p_sb. Im zugehörigen Druck-Zeit-Diagramm des Bildes 3 b knickt also die Kurve zur Zeit t_ib vorzeitig um. Der durch die gestrichelte Waagerechte angedeutete Mittelwert des Druckes p_mb ist entsprechend geringer als p_ma. Annahmegemäß halte dieser Mittelwert p_mb der Feder F das Gleichgewicht, so daß die Steuerhülse Sch den ölzutritt aus HD zum Zylinder Z verschließt.

Wenn nun aus irgendeinem Grunde die konstant zu haltende Größe, im Ausführungsbeispiel die Leistung, vom Sollwert abweicht, z. B. sinkt, so sinkt auch der rechte Tasthebel. Damit wird' auch der untere Anschlag des linken Tasthebels bzw. der Vorsteuerhülse nach unten verlegt und mehr der unteren Endlage genähert, wie durch Abb. 2c veranschaulicht wird. Das zugehörige Druck-Zeit-Diagramm der Abb. 3c zeigt dementsprechend einen größeren Höchstdruck -p_{s c} als in Abb. 3b und ebenso einen im Vergleich zu Pmb größeren mittleren Druck p_mc. Die Federkraft wird also überwunden, der Schieber Sch bewegt sich allmählich, d. h. im Verlaufe einiger .Zitterperioden der Vorsteuerhülse, nach unten und läßt Drucköl in den oberen Raum des Zylinders Z treten. Der Kolben K bewegt sich abwärts und vergrößert dadurch die Kraftmittelzufuhr zur Antriebsmaschine; die Leistung steigt, bis beim Sollwert der rechte Tasthebel die Normallage wieder erreicht hat und der Schieber Sch ebenfalls in die Normallage zurückgeführt ist. Je nach Wahl der einzelnen Reglerbestandteile bzw. nach Betätigung der in der Regel vorhandenen Einstellorgane kann dieser Vorgang unter vorübergehendem Überregeln vor sich gehen oder aperiodisch in den Sollzustand einlaufen.

In der gleichen· Weise wird bei Überschreiten des Sollwertes der Leistung der rechte Tasthebel angehoben. Die Vorsteuerhülse findet infolgedessen bei ihrer Abwärtsbewegung den Anschlag oberhalb der Normallage vor, wie in Abb. 2d angedeutet ist. Der Höchstdruck p_{3 d} ist alsdann ebenso wie der zugehörige Mittelwert p_md(Abb. 3d) kleiner als im Falle b. Der Steuerschieber Sch steigt, und die weiteren Vorgänge spielen sich mit entgegengesetzten Vorzeichen wie im Falle c ab.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regler für Kraftmaschinen, insbesondere solche, welche zum Antriebe elektrischer Stromerzeuger dienen, mit einer aus einer Vorsteuerpumpe und einer mit dieser zusammenarbeitenden Steuerhülse bestehenden Vorsteuerung sowie einer dieser nachgeschalteten, aus einem den Zufluß zum eigentlichen Hilfsmotor steuernden federbelasteten Hauptsteuerschieber und einer das Drucköl für den Hilfsmotor liefernden Pumpe bestehenden Hauptsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Maße der Steuerhülse (VH), der Druck des Vorsteueröles, die Querschnitte der Ölzuführung zu der Steuerhülse einerseits und der ÖlabfLußöffnungen (Ö) in der Steuerhülse andererseits, ferner die Federbelastung für den Hauptsteuerschieber (Sch) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Steuerhülse dauernd eine axiale Schwingungsbewegung ausführt und, sobald diese durch einen unter dem Einfluß der zu. regelnden Größe, z. B. der Netzleistung, stehenden Anschlag auf einen Wert begrenzt wird, der kleiner oder größer ist als der dem Sollwert der Regelgröße entsprechende, eine Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Hauptsteuersdhiebers herbeigeführt wird.

2. Regler für Kraftmaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag an dem Ende eines schwenkbar angeordneten Hebels sitzt, an dessen zwi-

sehen Drehpunkt und Anschlag liegendem Teil die die zu regelnde Größe messende Einrichtung angreift.

3. Regler für Kraftmaschinen nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse an einem Hebel angelenkt ist, der auf der einen Seite um einen festen Punkt schwenkbar ist, auf der anderen Seite einen Gegenanschlag trägt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen