DE1576120C - Hydraulischer Drehzahlregler für Kraftmaschinen - Google Patents

Description

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Durch das Hauptpalent 1 233 269 ist ein hydraulischer Drehzahlregler für Kraftmaschinen unter Schiit/ gestellt, der über einen Servomotor die Drehzahl der Kraftmaschine beeinflußt und bei dem ein unter der Wirkung der Fliehkraft radial verschiebbares VentilelemeiH für den Abschluß einer radialen.

unter dem gleichen hydraulischen Druck wie der Servomotor stehenden öffnung vorgesehen ist. Hierbei ist das Ventilelement in einem sich etwa radial erstreckenden Kanal eines auf einer von der Kraftmaschine angetriebenen Welle sitzenden Körpers angeordnet, wobei seine radial auswärts liegende Seite unter einem einstellbaren hydraulischen Druck steht, der das Ventilelement entgegen der Wirkung der Fliehkraft gegen die unter Druck stehende öffnung preßt.

Gemäß einer weiteren Ausbildung nach Zusatzpatent 1 294 719 wurde zwecks Verbesserung der Betriebseigenschaften, insbesondere der Empfindlichkeit, gefunden, daß es günstig ist, wenn das in an sich bekannter Weise als Kolben ausgebildete Ventilelement auf seiner kegelmantelstumpfförmigen Sitzfläche radiale, in tangentialer Richtung gekrümmte Nuten aufweist.

Eine wesentliche Vereinfachung des Reglers, verbunden mit einer größeren Betriebssicherheit, wird erfindungsgemäß erreicht, wenn das feststehende Reglergehäuse eine Ringnut erhält und die umlaufenden Fliehkolben mit ihren äußeren Flächen in diesen feststehenden Ringraum hineinragen.

Es sind Geschwindigkeitsregler, insbesondere .für Kraftmaschinen, bekannt, bei denen ein radial verschiebbares Ventilelement als Kugel ausgebildet ist und im Betrieb die nach außen wirkende Fliehkraft der Kugel gegen einen Öldruck in einer umlaufenden Kammer ausgewogen wird, wobei jede Drehzahländerung eine quadratische Druckänderung in der umlaufenden Kammer bewirkt.

Im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung soll beim Anmeldungsgegenstand das feststehende Reglergehäuse eine Ringnut erhalten, in welche die Fliehkolben mit ihren nach außen gerichteten Flächen eintauchen und zur feststehenden Ringnut und dem darin befindlichen Drucköl mit. einer Relativgeschwindigkeit, entsprechend der Reglerdrehzahl, bewegt werden, wobei der Druck in der feststehenden Ringnut durch die Einstellung des Drehzahl-Sollwertes über einen Sollwerteinsteller bestimmbar wird.

Weiterhin soll verhindert werden, daß sich zwischen Kolben und Kolbenführung ein einseitiger hydraulischer Druck aufbauen kann, der die Empfindlichkeit des Meßwerkes beeinträchtigt. Weiterhin soll eine Selbstreinigung der Kolbenführung erreicht werden, die mögliche Betriebsstörungen durch im Druckmedium mitgeführte Fremdkörper verhindert.

Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der zylindrische Kolbenteil zwei schmale Bunde als Lagerstellen aufweist und daß zusätzlich der obere Bund mehrere Freifräsungen erhält.

Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes bezweckt auch, mit dem Gerät möglichst viele Regelaufgaben ausführen zu können. Aus diesem Grunde weist der Sollwerteinsteller mehrere Membrankammern auf, wobei die wirksamen Flächen der Membranen unterschiedlich groß sind, wobei zwei Membranenkammern über eine /-Drossel verbunden werden können. Außerdem ist im Reglergehäuse eine /'-Drossel eingebaut, mit der über eine Drosselbohrung zufließender, drehzahlproportionaler Öldruck stufenlos in ein kleineres Verhältnis gebracht werden kann, wobei dieser Öldruck über eine Leitung einer Membrankammer des Sollwerteinsteller zugeführt wird.

Um die zu regelnde Kraftmaschine in ihrer Leistung zu begrenzen, wird zur Begrenzung des Arbeitsvermögens als Regler ein einstellbares Überströmventil mit einer federbelasteten Kugel vorgesehen, wobei die Hohlbohrung einer Einstellschraube über eine Querbohrung mit dem Innenraum verbunden ist.

Weiterhin soll erreicht werden, mehrere Kraftmaschinen parallel au fahren, wobei jede einzelne Kraftmaschine mit einem P-Regler ausgerüstet ist. Alle parallel zu fahrenden Kraftmaschinen sind also mit je einem Regler ausgerüstet, die jedoch ihr Verstell- und Koinpcnsationssignal von nur einem gemeinsamen Sollwerteinsteller erhalten.

Es gibt spezielle Regelprobleme, die auch beim Einsatz von P/-Reglern nicht die geringste bleibende Sollwertabweichung zulassen. Das bedeutet, daß bei Anwendung eines P-Reglers der P-Grad immer genau auf 0 kompensiert wird, unabhängig von der Leistung der'zu regelnden Kraftmaschine. Die Lösung dieses Problems wird dadurch erreicht, daß die Fliehkolben als Stufenkolben ausgebildet werden, wobei die Steuerfläche der Bohrung und die Ringfläche der Stufenkammer gleich groß sind und über eine Drosselbohrung miteinander verbunden werden. Weiterhin soll der Stufenraum über eine Bohrung und eine weitere Gehäuseringnüt über eine Leitung mit einem Zeitglied parallel geschaltet werden.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstands.

Fig. 1 zeigt das Regelschema, wobei die Regelorgane im Schnitt dargestellt sind;

F i g. 2 und 3 zeigen den Fliehkolben;

F i g. 4 zeigt die Stufenkainmer mit dem als Stufenkolben ausgebildeten Fliehkolben im Zusammenwirken mit einem Zeitglied.

Eine wesentliche Vereinfachung des Reglers, verbunden mit einer größeren Betriebssicherheit, wird erreicht, wenn das Reglergehäuse 201 eine Ringnut 204 erhält, so daß die äußeren Flächen der Fliehkolben 205 unmittelbar in diese Ringnut 204 hineinragen. Über die Leitung 212 wird dem Regler das Verstellöl zugeführt und wirkt so als Druckölring in Ψ der Ringnut 204 direkt auf die mit dem Reglerläufer 203 umlaufenden Fliehkolben 205 ein. Die Fliehkolben selbst werden so ausgebildet, daß diese durch Tieferdrehen des zylindrischen Mittelteils 226 nur zwei schmale Lagerstellen 227, 227 λ aufweisen. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß sich zwischen Kolben und Kolbenführung ein einseitiger hydraulischer Druck aufbauen kann, der die Empfindlichkeit des Meßwerkes beeinträchtigt.

Zur Selbstreinigung der Kolbenführung erhält der obere Kolbenbund 227a zusätzlich vier auf den Umfang verteilte Freifräsungen 225. Die beim Stillstand des Reglers aus dem ölkreislauf in die Kolbenführung gelangten Schmutzteile werden im Betrieb so über die Freifräsungen 225 in den Ringraum 204 zurückgeschleudert. Dieser Selbstreinigungseffekt des Meßwerkes verhindert mögliche Betriebsstörungen durch im Druckmedium mitgeführte Fremdkörper.

Sollen möglichst viele Regelaufgaben mit einem Gerät ausgeführt werden können, so daß von einem Einheits- oder Universalregler gesprochen werden kann, wird meist auch ein entsprechender gerätetechnischer Aufwand notwendig. Beim Erfindungsgegenstand werden alle in der Praxis vorkommenden Regelaufgaben gelöst durch das Vorhandensein von zwei Membrankammern 240, 241 im Sollwerteinsteller 224 in Verbindung mit der P-Drossel206 und der /-Drossel 218. . " ' . J

In bekannter Weise wird ungeregeltes Drucköl 215 dem Sollwerteinsteller 224 direktjzugeführt, während das Drucköl zum Regler eine Drossel 216 passieren muß. ^Der im Reglerinnenraum 208 ausgesteuerte drehzahlproportionale Druck wirkt über eine Leitung 214 auf ein nicht gezeigtes Stellglied ein. Aus dem

ίο Raum 208 gelangt ausgesteuertes Drucköl über die Drosselbohrung 209 als Kompensationsdrucköl in die Leitung 213, die wiederum mit der oberen Membrankammer 240 verbunden ist. Aus der Leitung 213 kann durch Verstellen der P-Drossel 206 Drucköl in den Ablauf abgesteuert und so das Druckverhältnis gegenüber dem Druckraum 208 stufenlos verändert werden. ■ ; .....

Das Flächenverhältnis der Membranen im Sollwerteinsteller 224 zueinander läßt sich durch Ver- großem oder Verkleinern ihrer Durchmesser beliebig verändern. In der Regel ist die Ausführung so, daß die Membrane 220 in ihrer wirksamen Fläche um AF, die Membrane 222 jedoch um 2JF größer ist als die Membrane 221. Die beiden Membrankammem240, 241 können miteinander verbunden werden über die Bohrung 217 und die /-Drossel 218.

Hieraus ergeben sich folgende Schalt- bzw. Kompensationsmöglichkeiten:

l.-Wird die P-Drossel 206 voll geöffnet, so fällt

der Druck in der Leitung 213 so weit ab, daß die Kompensation ausgeschaltet ist. Der Regler arbeitet nur mit seinem Grund-P-Grad von etwa 6¹Vo.

2. Bei geschlossener/-Drossel 218 kann durch Verstellen der P-Drossel 206. stufenlos der P-Grad zwischen 6 und etwa 12% verstellt werden.

3. Bei geöffneter /-Drossel 218 kann durch Verstellen der P-Drossel 206 stufenlos der P-Grad zwischen 6 und 0 % verstellt werden.

4. Wird mit der P-Drossel 206 der erforderliche vorübergehende P-Grad eingestellt, so kann mit der /-Drossel 218 die Nachstellzeit eingestellt werden. -

Der Regler arbeitet so als P/-Regler, also ohne bleibende Sollwertabweichung.

Die Dämpfung und das Zeitverhalten des Reglers sind somit einstellbar für jede Regelstrecke durch die beiden Drosseln 206, 218, und es kann dem Regler wahlweise ein Stellglied mit P- oder mit /-Verhalten nachgeschaltet werden. Selbstverständlich ist es möglich, den Membrankammern auch andere Störgrößen oder Signale zu überlagern.

Zusätzlich kann dem Regler ein pneumatisches oder hydraulisches Signal über die Bohrung 219 aufgeschaltet werden. Der zugeführte Druck wirkt im Federraum des SoHwerteinstellers 224 auf die Membrane 220 ein und verstellt so den Sollwert.

Es ist hinreichend bekannt, daß mehrere Kraftmaschinen, jede einzelne ausgerüstet mit einem P/-Regler, bisher nicht parallel gefahren werden konnten. Geringste Abweichungen in den Drehzahlen zueinander bewirken, daß das Stellglied der jeweils leistungsschwächeren Maschine in eine Endlage läuft. Eine gemeinsame synchrone Drehzahlverstellung ist deshalb auch nicht möglich.

Hier hilft nun der Erfindungsgegenstand erstmalig

wirksam ab, indem alle parallel zu fahrenden Kraftmaschinen je einen Regler antreiben, die jedoch ihr Verstell- und Kompensationssignal von nur einem gemeinsamen Sollwerteinsteller erhalten. So ist es möglich, allen Kraftmaschinen die gleiche Kennlinie zu geben, gleichgültig, ob P oder P/ gefahren werden soll, denn die stufenlose Einstellung der Kompensation über den Sollwerteinsteller wirkt auf alle angeschlossenen Regler gleichmäßig und ^gleichzeitig ein. Das Stellglied hat hierbei ein P-Verhalten.

Oft ist es zweckmäßig bzw. erforderlich, die zu regelnde Kraftmaschine in ihrer Leistung zu begren-" zen. Hierfür ist ein Überströmventil vorgesehen, bestehend aus einer verstellbaren Spindel 207 und einer fcderbclasteten Kugel 210. Da der drehzahlproportionale Druck im Raum 208 gleichzeitig leistungsproportional ist, kann durch Begrenzung dieses Druckes das Arbeitsvermögen des Reglers und somit die Leistung der zu regelnden Kraftmaschine herabgesetzt werden, indem Drucköl aus dem Raum 208 über die hohlgebohrte Spindel 207 gegen die Kugel 210 in den Ablauf strömt.

Es gibt spezielle Regelprobleme, die auch beim Einsatz von P/-Reglcrn nicht die geringste bleibende Sollwertabweichung zulassen. Das bedeutet, daß bei Anwendung eines P-Reglers der P-Grad immer genau auf 0 kompensiert wird, unabhängig von der. Leistung der zu regelnden Kraftmaschine. Dies läßt sich beim Erfindungsgegenstand erreichen durch den , Einbau eines Stufenkolbens 232. Das wichtigste Merkmal dieses Stufenkolbens ist, daß die wirksame Fläche der Bohrung235 und die wirksame Ringfläche des Stufenraumes 233 gleich groß sind. Eine Drosselbohrung 234 verbindet die Bohrung 235 mit dem Stufenraum 233, dem wiederum über die Bohrung 236 und die Gehäuseringnul 237 durch die Leitung 238 ein Zeitglied 239 parällelgeschaltet Ist. ..ι
Die Betriebsweise ist folgende: ? .

Vom nicht gezeigten Sollwerteinsteller wird Verstellöl über die Leitung 231 der Ringnut 230 im Gehäuse 228 zugeführt. Dieses Verstellöl wirkt auf die größere Fläche des Stufenkolben 232 ein zur Nullpunktunterdrückung und zur Drehzahlverstellung. Die Steuerseite des Kolbens 232 wird über die Bohrung 235 mit dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagt. Tritt nun zum Beispiel eine Drehzahländerung in Richtung Drehzahl steigt ein, so hebt der Kolben 232 von der Bohrung 235 mehr ab, der Druck in der Bohrung 235 sinkt und bewirkt eine Schließbewegung des nichtgezeigten Stellgliedes. Bedingt durch das Zeitglicd 239 sinkt zeitlich verzögert auch der Druck im Stufenraum 233. Dadurch hebt der Stufenkolben 232 noch etwas mehr von der Bohrung 235 ab, bis die Drehzahlabweichung (hervorgerufen durch das vorangegangene T-Verhalten) kompensiert ist. Bei Drehzahlabfall wirkt diese Kompensation sinngemäß entgegengesetzt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dem Stufenraum 233 und somit dem Kolben 232 über die Leitung 238 beliebige Signaldrücke zu überlagern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Drehzahlregler für Kraftmaschinen mit Sollwerteinsteller, nach Patent 1233 269 und Zusatzpatent 1 294 719, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Reglergehäuse (201) eine Ringnut (204) erhält und daß die umlaufenden Fliehkolben (205) mit ihren äußeren Flächen in diesen feststehenden Ringraum hineinragen. .

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkolben (205) so ausgebildet werden, daß der zylindrische Kolbenteil zwei schmale Bunde (227, 227a) als Lagerstellen aufweist und daß zusätzlich der obere Bund (227a) mehrere Freifräsungen (225) erhält.

3. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteinsteller (224) mehrere Membrankammern besitzt," wobei die wirksamen Flächen der einzelnen Membranen unterschiedlich groß sind, und daß zwei Membrankammern über eine /-Drossel (218) verbunden werden können.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Reglergehäuse eine P-Drossel (206) eingebaut ist, mit der über eine Drosselbohrung (209) zufließender drehzahlproportionaler Öldruck stufenlos in ein kleineres Ver-

" hältnis gebracht werden kann, und daß dieser Öldruck über eine Leitung (213) einer Membrankammer des Sollwerteinstellers zugeführt wird.

5. Drehzahlregler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Arbeitsvermögens des Reglers ein einstellbares Überströmventil (207) mit einer federbelasteten Kugel (210) vorgesehen wird und daß die Hohlbohrung der Einstellschraube (207) über eine Querbohrung (211) mit dem jnnenraum (208) verbunden ist. ·

6. Drehzahlregler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kraftmaschinen mit je einem Regler ausgerüstet werden und daß alle Regler ihren Verstellöldruck von nur einem Sollwerteinsteller erhalten, dem wiederum ein Kompensationsdruck überlagert wird.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für spezielle Regelungsfälle die Flichkolben als Stufenkolben (232) ausgebildet werden, die Steuerfläche der Bohrung (235) und die Ringfläche der Stufenkammer (233) gleich groß sind und über eine Drosselbohrung (234) miteinander verbunden werden.

8. Drehzahlregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiifenraum (233) über eine Bohrung (236) und eine weitere Gehäuseringniil (237) über eine Leitung (238) mit einem Zeitglied (239) parallel geschaltet ist.