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Steuereinrichtung für Servomotoren ölhydraulischer Regelungen oder
Steuerungen Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Servomotoren mit rotierendem
Steuerschieber für ölhydraulische Regelungen oder Steuerungen.
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Die bisher bekannten Steuerschieber für insbesondere ölhydraulische
Steuereinrichtungen sind entweder als einfache Kolbenschieber ohne jede besondere
Einrichtung zur Entlastung öder aber als Steuerschieber mit Entlastungstaschen als
sogenannte selbstzentrierende Kolben ausgebildet. Diese Kolben sind an ihrer Mantelfläche
in einigem Abstand von den ebenen Stirnflächen mit herausgearbeiteten Taschen versehen,
die durch Nuten mit den Druckölräumen in Verbindung stehen. Durch- den sich in diesen
Taschen einstellenden Öldruck wird der Steuerschieber auf Mitte der Zylinderbohrung
gehalten.
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Es ist nun eine bekannte Erscheinung, daß Steuerschieber selbst bei
gänzlicher Ausschaltung der radial wirkenden Kräfte sich in axialer Richtung nicht
so reibungsfrei bewegen lassen, wie es erwünscht wäre. Man hat daher vorgeschlagen,
die Steuerschieber durch besondere konstruktive Maßnahmen ständig in langsamer Umdrehung
zu halten. Hierdurch wird die Steuerung für feinfühlige Regelungen brauchbar, weil
bei einer Verstellung, des Steuerschiebers in axialer Richtung hierbei nur die Bewegungsreibung
zu überwinden ist, während -bei nicht rotierenden Schiebern die wesentlich höhere
Reibung der Ruhe überwunden werden muß. Diese Reibung der Ruhe wächst mit steigendem
Öldruck noch weiter an; was zur Folge hat,. daß die Regelung bei Verwendung von
mit nicht rotierendem Steuerschieber ausgerüsteten Einrichtungen recht unempfindlich
ist und entsprechend kräftig bemessene Bauteile zum Verstellen der Schieber erfordert.
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Die Rotation des Steuerschiebers wird nach dem bekannten Vorschlag
durch eine Anzahl schräger Bohrungen erreicht, die von der einen Stirnfläche der
Kolben zur anderen durchgehen. Das Öl strömt dann durch diese schrägen Bohrungen
aus dem Raum höheren Druckes nach dem Raum niederen Druckes und bewirkt somit eine
Drehung des Steuerschiebers. Diese bekannte Ausführung hat den Nachteil, daß das
Öl beim Durchströmen der schrägen Bohrungen im Verhältnis zur strömenden Menge eine
nur geringe Reaktionskraft auf den Steuerschieber in tangentialer Richtung ausübt
und dadurch leicht Funktionsstörungen auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht in
der Fertigung der schrägen Bohrungen, was nur mit Hilfe von Spezialvorrichtungen
geschehen kann. Bei der nach der Erfindung vorgeschlagenen Steuereinrichtung ist
dieser Mangel dadurch vermieden, daß die Bohrungen als gekrümmte, aus der achsparallelen
in eine schräge Richtung übergehende Kanäle ausgebildet sind.
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Jeder Steuerkolben besteht erfindungsgemäß aus einem zylindrischen
Körper, der einen kleineren Durchmesser als die Zylinderbohrung aufweist, auf seiner
Mantelfläche mit vorzugsweise durch Fräsen erzeugten, gekrümmten Einschnitten in
beliebiger Anzahl versehen und durch einen aufgeschrumpften Ring auf das Maß der
Zylinderbohrung vergrößert ist.
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Eine weitere vorteilhafte bauliche Ausgestaltung der Steuereinrichtung
nach der Erfindung besteht in der Ausstattung des Steuerschiebers mit einem Längskugellager,
das die axiale Komponente des Steueröldruckes auf die an dem einen Ende des Steuerschiebers-
in an -sich bekannter Weise angeordnete Rückführ-Feder überträgt. Hierdurch wird
die Reibung vermindert und die Drehung des Steuerschiebers erleichtert.
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Durch die Maßnahme nach der Erfindung entstehen wesentlich höhere
Reaktionskräfte, wobei der Querschnitt der gekrümmten Kanäle entsprechend kleiner
bemessen werden kann. Hieraus ergibt sich noch der Vorteil, daß das erforderliche
Drehmoment zugunsten der Wirkung der gesamten Regelung mit einer geringeren Öldurchsatzmenge
erzeugt wird.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. In dem durch die Schraffur 1, den Steuerschieber-Zylinder
2, den Stellmotor-Zylinder 3 und den Festpunkt 4 angedeuteten Stellmotor ist der
Steuerschieber 5 drehbar und axial verstellbar angeordnet. Der Steuerschieber 5
steht mit dem Stellmotorkolben 6 über den als Winkelhebel ausgebildeten Rückführhebel7,
der unter der Wirkung der Rückführfeder 8 mit der Rolle 9 am Stellkonus 10 anliegt,
in getrieblicher Verbindung. Der Stellmotorkolben 6 wiederum steht über ein nicht
dargestelltes Steuergestänge mit dem Regelventil 11 für die Zufuhr des Arbeitsmediums
der zu regelnden Maschine, z. B. einer
Dampfturbine für Generator-,
Pumpen-, Verdichter-oder Gebläseantrieb, in Verbindung. Zur Verminderung der Reibung
dient das zwischen dem Steuerschieber 5 und der Rückführfeder 8 eingebaute Längskugellager
12, das den axialen Steueröldruck auf die Feder überträgt. Durch die beiden Kolben
13 und 14 sind im Steuerschieber-Zylinder 2 der unter dem Druck höheren Potentials
stehende Druckölraum 15 und die unter dem Druck niederen Potentials stehenden Ölräume
16 und 17 gebildet, die die entsprechenden Kanäle im Steuerschieber-Zylinder 2 bzw.
im Stellmotor abdecken oder freigeben. Das Öl strömt somit durch die gekrümmten
-Kanäle 18, die in den beiden Kolben 13 und 14 eingefräst sind, aus dem Raum 15
in die Räume 16 und 17. Die hierbei entstehende Reaktionskraft bewirkt die Drehung
des Steuerschiebers 5 in Richtung des Pfeiles 19. Zur Abdeckung dieser gekrümmten
Strömungskanäle 18, die in beliebiger vorgegebener Anzahl am Umfang der Kolbenkörper
13 und 14 symmetrisch angeordnet sind, dient ein Schrumpfring 20, der auf jeden
der Kolben 13 und 14 aufgeschrumpft ist und gleichzeitig zur Erzielung von nicht
unterbrochenen Steuerkanten dient. Der Pfeil 22 bezeichnet die Wirkungsrichtung
des Steueröles, das dem mit dem im Reglerblock eingebauten, von der Turbinenläuferwelle
angetriebenen Drehzahlregler in Verbindung stehenden Raum 21 zuströmt, sobald der
Druck des Steueröles durch bei geringerer Belastung oder größerer Energiezufuhr
hervorgerufenen Anstieg der Läuferwellendrehzahl infolge Vergrößerung des Querschnittes
des Steuerschlitzes im Drehzahlregler absinkt, wodurch der Steuerschieber 5 aus
seiner gezeichneten Mittellage verschoben wird. Der Pfeil 23 deutet die Verbindung
des unter dem höheren Druck stehenden Raumes 15 im Steuerschieber-Zylinder 2 mit
dem Reglerblock und dem Strahlrohr des Druckreglers an. Sobald die Drehzahlerhöhung
des Turbinenläufers durch verminderte Dampfzufuhr über das Regelventil 11 wieder
ausgeglichen ist bzw. sobald das Gleichgewicht zwischen erzeugter und abgenommener
Leistung wieder hergestellt ist, bewegt der Stellmotorkolben 6 den Rückführhebel
7 unter Verminderung der Vorspannung der Rückführfeder 8 so lange, bis der Steuerschieber
5 seine gezeichnete Mittellage wieder erreicht hat. Der Pfeil 24 deutet die Verbindung
der unter dem niederen Druck stehenden Ölräume 16 und 17 des Lagerölkreislaufes
im Steuerschieber-Zylinder 2 ebenfalls mit dem Reglerblock und mit den kIaschinenlagern
an.
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Ohne im Rahmen der Erfindung auf den eigentlichen Regelvorgang im
einzelnen einzugehen, sei bemerkt, daß eine zuverlässige Arbeitsweise des Stellmotors
und somit eine solche des gesamten Regelvorganges wesentlich von der funktionell
und technisch einwandfreien Arbeitsweise des Steuerschiebers abhängt, wie sie durch
die Maßnahme nach der Erfindung gewährleistet ist.