<B>Hydraulische Steuerung für hohen Flüssigkeitsdruck</B> Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für hohen Flüssigkeitsdruck, bei welcher ein von Flüssigkeit hohen Druckes beaufschlagler Stellmotor seine Lage in Ab fiängigkeit von der Bewegung eines Stellglie des verändert.
In allen. jenen Fällen, in welchen aus Raumgründen flüssigkeitsbetätigte Stellmoto ren. besonders klein auszuführen sind, ist. man, wa die nötige Verstellkraft zu erreichen, ge- zwungen, hohe Flüssigkeitsdrücke anzuwen den.
Werden aber bei den bisher bekannten Bauweisen von Steuerungen hohe Flüssigkeits- drucke angewendet, so führt dies wegen der vOrhältnismässig grossen Flüssigkeitsverluste in den Steuerventilen und Stellmotoren un- weigerlicli zu einer schlechteren Regelfähig keit. Die Steuerventile und Blenden müssen bei solchen Drücken sehr klein ausgeführt werden, und die Flüssigkeitsverluste können mater Umständen die Grössenordnung der Re pulierflüssigkeitsmenge erreichen.
Die Erfindung bezweckt nun, diese Nach teile zu vermeiden. Zu diesem Behufe wird erfindungsgemäss bei einer hydraulischen Steuerung für hohen Flüssigkeitsdruck, bei welcher ein von einer Flüssigkeit hohen Druk- l:es beaufschlagter Stellmotor seine Lage in Abhängigkeit von der Bewegung eines Stell gliedes verändert, zwischen Stellglied und Stellmotor als Regelungszwischenglied ein nielit rUielzgeführter Kolben-Flüssigkeitsdruck- :vandler eingeschaltet.
Hierbei beherrscht ein durch das Stellglied betätigtes Steuerorgan den Zufluss von Arbeitsflüssigkeit niedrigen Druckes zu diesem Druckwandler, welcher nun die zur Betätigung des Stellmotors erforder liche Arbeitsflüssigkeit hohen Druckes ver drängt. Der von der Flüssigkeit hohen Druk- kes beaufschlagte Stellmotor ist dabei ferner über ein Rückführgestänge mit dem den Zu fluss von Flüssigkeit niedrigen Druckes zum Druckwandler beherrschenden Steuerorgan verbunden.
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Aus führungsform einer gemäss der Erfindung ausgebildeten hydraulischen Steuerung v erein- facht dargestellt.
Das Stellglied wird hierbei durch die Re glermuffe 1. eines Drehzahlreglers 2 gebildet. Ein von Flüssigkeit hohen Druckes beauf- schlagter Stellmotor 3, 18 wird so gesteuert, dass der Kolben 3 seinei Lage in Abhängigkeit von der Bewegung des Stellgliedes 1 verän dert. Hierbei ist zwischen Stellglied 1 und Stellmotor 3, 18 als Regelungszwischenglied ein nicht rückgeführter Kolben-Flüssigkeits- draekwandler eingeschaltet, welcher durch die Teile 4, 5, 6, 7, 19 gebildet wird.
Der Kolben 4, welcher über die Stange 5 mit dem wei teren Kolben 6 verbunden ist, bewegt sich im Zylinder 7. Er wird durch Arbeitsflüssigkeit niedrigen Druckes beaufsehlagt, deren Zu- und Abfluss von einem Steuerorgan 8, 50 be herrscht wird. Die Arbeitsflüssigkeit strömt durch eine Leitung 9 zu, und die Zuflusslei- tung 9 wird je nach der Stellung des Steuer organs 8, 50 über eine Leitung 10 mit. dem linksseitig des Kolbens 4 liegenden Zylinder raum oder über eine Leitung 11 mit dem rechtsseitig des Kolbens 4 liegenden Zylinder raum in Verbindung gesetzt. Der Abfluss von Arbeitsflüssigkeit erfolgt über Leitungen 12 bzw. 13.
Der bewegliche Teil 8 des Steuerorgans wird vom Stellglied 1. über einen mit diesem gelenkig verbundenen Balken 14, eine an des sen linkem Ende angelenkte Zugstange 1.5, einen Winkelhebel 16 und eine Stange 17 be tätigt.
Der bewegliche Teil 3 des Stellmotors be wegt sieh im Zylinder 18. Der Kolben 6 ist vom Zylinder 1.9 umgeben. Die freien Räume im Zylinder 19 beidseitig des Kolbens 6 sind durch Leitungen 20 bzw. 21 je mit. einem der beidseitig des Kolbens 3 liegenden Zylinder räume des Zylinders 18 verbunden.
Die Zylinderräume beidseitig des Kolbens 6 stehen über mit eingebauten Riicksclilagv en- tilen 22, 23 bzw. 24, 25 versehene Leitungen 26 bzw. 27 mit einer zu einem Flüssigkeits behälter 28 führenden Leitung 29 in Verbin dung. Ferner sind noch Leitungen 30 bzw. 31. vorgesehen, welche die R.ückschlagventile 22 bzw. 24 umgehen und in welche federbelastete Diatekbegrenzungsventile 32 bzw. 33 einge baut sind.
Die Räume beidseitig der Kolben 3 und 6 sind ständig mit Flüssigkeit gefüllt. Die Rückschlagventile 22 und 24 verhindern einen Abfluss von Flüssigkeit, und auch die Druck begrenzungsventile 32 und 33 sind so ein gestellt, dass sie keinen Abfluss von Flüssig keit gestatten, solange nicht der Druck in einem der beidseitigen Zylinderräume des Kol bens 6 den höchsten zur Betätigung des Stell motors 3, 18 erforderlichen Druck übersehrei- tet.
Die Steuerring arbeitet nun folgender massen Wird beispielsweise bei einer Verstellung des Stellgliedes 1 nach oben, wobei der rechte Endpunkt des Balkens 14 vorerst noch fest gehalten wird, der Steuerorgansteil 8 nach rechts verschoben, so wird der Zutritt von Arbeitsflüssigkeit niedrigen Druckes in den ; Zylinderraum rechts vom Kolben 4 freigege ben, während aus dem Zylinderraum links des Kolbens 4 die Flüssigkeit über die Leitungen 10 und 12 abfliessen kann. Der Kolben 4 wird dabei nach links gedrückt.
Der Kolben 6 bat. eine kleinere Wirkungs. fläclie als der Kolben 4. Im Zylinderraum linksseitig des Kolbens 6 wird daher ein Druck erzeugt, weleher entsprechend grösser ist als jener der Arbeitsflüssigkeit auf der rechten Seite des Kolbens 4.
Das System 4, 6, 7, 19 wirkt daher als Druekwandler, und es wird dabei ans dem Zylinderraum links vom Kol ben 6 Arbeitsflüssigkeit hohen Druckes ver drängt und über die Leitung 20 in den links seitig des Stellmotors<B>3,18</B> liegenden Zylinder raum gedrüekt. Dadurch wird eine Bewegung des Stellteils 3 nach rechts eingeleitet.
Die Bewegung wird über eine Stange 34 auf ein nicht gezeigtes zu betätigendes Organ, bei spielsweise auf ein den Zufluss des Betriebs wassers zu einer W asserturbine beherrschen des Organ, übertragen. Ein mit der Stange.
34 starr verbundener Querbalken 35 überträgt die Bewegung des Stehteils 3 vermittels einer Stange 36, eines Winkelhebels 37 und einer weiteren Stange 38 auf das rechte Ende des Balkens 1.4, so dass dieser um die Lagerun- bei der V erstellmuffe des Drehzahlreglers 2 gegen den Uhrzeigerdrehsinn geschwenkt wird und so den Steuerteil 8 -egen seine Mittel lage zurückführt.
Bei der beschriebenen Einrichtung wird nun der Vorteil erreicht, dass trotz Betäti gung des Stellmotors mit einer Flüssigkeit hohen Druckes das Steuerorgan 8, 50 nur von Arbeitsflüssigkeit. durchflossen ist, welche einen verhältnismässig niedrigen Druck auf weist. Die Fläche des Kolbens 4- ist verhält nismässig gross, so dass auch entsprechend grosse Mengen von Regulierflüssigkeit. zii steuern sind, wobei allfällig auftretende Leck verluste wenig ins Gewicht fallen.
Ohne besondere 1lassnahmen könnte es sich indessen bei der beschriebenen Einrichtung ereignen, da.ss infolge auftretender Leekver- luste an den Kolben 3 und 6 Flüssigkeit von der einen Seite auf die andere. Seite dieser Kolben gelangen würde. Die richtige Zuord nung zwischen der Lage des Stellgliedes 1 und jener des- Stellteils 3 würde zwar dadurch nicht beeinträchtigst., da der Steuerteil 8 über das Gestänge 36, 37, 38, 14, 15, 16, 17 vom Stehteil 3 aus rückgeführt wird.
Es bestünde jedoch die Möglichkeit, dass infolge der Leck verluste die Kolben 4, 6 des Druckwandlers sieh allmählich einer der beiden Endlagen nähern und damit, nach einer Seite ihre Be wegungsfreiheit verlieren würden.
Um einer derartigen unerwünschten Lage- änderung des Druckwandlers zu begegnen, ist nun bei der dargestellten Einrichtung in eine die Leitungen 26 und 27 zwischen den Rück- schlagventilen 22 und 23 bzw. 24 und ?5 ver bindende Leitung 39 eine Zahnradpumpe 40 eingebaut, welche durch einen Motor 41 an getrieben werden kann. Die Pumpe 40 ist da bei so bemessen, dass sie einen Druck zu er zeugen vermag, welcher den höchsten Be triebsdruck der Arbeitsflüssigkeit des Stell motors übersteigt.
Ist nun beispiels@veise der Kolben 6 des Drackwandlers infolge Übertrittes von Leck flüssigkeit von links nach rechts zu weit nach links geschoben worden, so kann durch Ein schalten des Motors 41 die Pumpe 40 mit einem solchen Drehsinn in Betrieb gesetzt werden, da.ss sie aus der Leitung 27 Flüssig keit ansaugt und in die Leitung 26 driiekt. Das Rückschlagv entil 23 verhindert dabei ein Abfliessen von Flüssigkeit.
Zunächst wird allerdings die so cingelei- lete Förderung von Flüssigkeit von der rech ten Seite des Zylinders 19 in dessen linke Seite bei neutraler Lage des Steuerteils 8 nicht primär eine Verschiebung des Kolbens 6, sondern eine Verschiebung des Stehteils 3 bewirken. Durch das Rückführgestänge 36, 37, 38 wird aber dabei der Steuerteil 8 aus seiner Mittellage nach links ausgelenkt, wobei er eine Verschiebung des Kolbensystems 4, 6 nach rechts veranlasst, und zwar so lange, bis der Stellmotor 3, 18 wieder die vorgeschrie bene Lage einnimmt.
Hat sich dagegen der Kolben 6 infolge in entgegengesetzter Richtung auftretender Leck verluste zu weit nach rechts bewegt, so kann diese Lageänderung durch Inbetriebsetzung der Pumpe 40 mit der entgegengesetzten Dreh richtung berichtigt werden. Dabei wird Flüs sigkeit von der Leitung 26 in die Leitung 27 gefördert:.
Für die Inbetriebsetzung der Pumpe 40 für die eine oder andere Förderrichtung wird zweckmässig eine selbsttätig wirkende Einrich tung vorgesehen. Zu diesem Behufef steht ein um eine Achse 42 drehbarer Balken 43 einer seits über eine Stange 44 mit dem Kolben 6 und anderseits mit einer Schubstange 45 in Verbindung. Diese Schubstange 45 verläuft parallel zur Stange 34 des Stellmotors 3, 18. Das Hebelverhältnis des Balkens 43 ist so ge wählt, dass die- Stangea 45 die gleiche Bewe gung ausführt wie die Stange 34, falls keine Leckverluste an den Kolben 6 bzw. 3 auftre ten.
Ein Auftreten von Leekverlusten zeigt sich nun dadurch, dass die Stange 45 und die Stange 34 ihre gegenseitige Lage verändern.
Auf der Schubstange 45 sind nun zwei Kippschalter 46 und 47 in der Weise ange ordnet, dass bei einer bestimmten Abweichung der gegenseitigen Lage der Schubstange 45 und der Stange 34 einer der beiden Schalter 46 und 47 durch den Querbalken 35 betätigt wird: Die Schalter 46 und 47 sind dabei in solcher Verbindung mit dem Motor 41, dass beim Betätigen des einen Schalters dieser Mo tor die Pumpe 40 mit dem einen Drehsinn und bei Betätigung des andern Schalters mit dem entgegengesetzten Drehsinn antreibt. Der Schalter 46 würde hierbei dann eingeschaltet, wenn im rechtsseitigen Zylinderraum des Kolbens 6 Undichtheitsverluste auftreten wür den.
Er würde eine Inbetriebsetzung des Mo tors 41 und damit der Pumpe 40 mit jener Drehrichtung bewirken, bei welcher Flüssig-. keit von der Leitung 26 in die Leitung 27 gefördert wird. Eine Betätigung des Schalters 47 würde dagegen eine Inbetriebsetzung der Pumpe 40 mit entgegengesetzter Förderrich- tung bewirken. Bei der dargestellten Steuereinrichtung ist somit der kleinere Wirkungsfläche aufwei sende Kolben 6 des Druckwandlers beidseitig von Arbeitsflüssigkeit beaufsehlagt, wobei die beidseitig anschliessenden Zylinderräume je mit den entsprechenden beidseitigen Zylinder räumen des Stellmotorkolbens 3 in Verbin dung stehen.
Die Einrichtung 35, 46, 47 spricht dabei auf die Veränderung der Lage zuordnung zwischen Druckwandler und Stell motor infolge Übertrittes von Leckflüssigkeit von einer Kolbenseite auf die andere an und leitet sodann eine Zufuhr von Druckflüssigkeit in jenen Zylinderraum, aus welchem die Flüs sigkeit entweicht, und eine Ableitung von Flüs sigkeit aus jenem Zylinderraum, welcher Leek- flüssigkeit aufnahm, ein. Die Pumpe 40 ist in das die beiden Zylinderräume verbindende Leitungssystem 26, 39, 27 eingeschaltet.
Die Einrichtung 35, 46, 47 veranlasst dabei eine Inbetriebsetzung der Pumpe mit jener För- derrichtung, bei welcher Druckflüssigkeit in jenen Zylinderraum gefördert wird, aus wel chem Leckflüssigkeit entwich.
Statt einer Zahnradpumpe, deren Dreh richtung geändert werden kann, ist es auch möglich, eine andere Pumpe, beispielsweise eine Kolbenpumpe, zu verwenden. Zur Ände rung der Förderrichtung können aneh in ent sprechende Leitungen eingebaute Umschalt ventile betätigt werden, welche die Verbindun gen mit dem Saug- und Dx-Lxekraum der Pumpe zu vertauschen gestatten, oder es können auch zwei Pumpen mit verschiedener Förderrich tung verwendet werden.
Statt einer beidseitigen Beaufsehlagung der Kolben des Druckwandlers und des Stell motors, wie sie in der Zeichnung veranschau licht ist, ist aber auch eine nur einseitige Be- aufschlagung eines oder beider Kolben des Druckwandlers möglich, wobei die Gegenkraft durch eine Feder erzeugt werden kann. Wird der durch Flüssigkeit hohen Druckes beauf- schlagte Stellmotor 3, 18 und damit der Kol ben 6 nur einseitig beaufsehlagt, so kann auch nur auf einer Seite des Stellmotors und des Kolbens 6 Leekflüssigkeit entweichen.
Zum Ersatz der Leekflüssigkeit ist daher nur eine Pumpe mit einer Förderrichtung erforder lich, welche die zum Ersatz der Leekmenge dienende Flüssigkeit aus einem Vorratsbehäl ter ansaugen kann.
Es sind aber auch andere Arten des Er satzes der Leckflüssigkeit möglich. Beispiels weise kann die Flüssigkeit auch aus einem Be hälter entnommen werden, in welchem diese unter einem Druck gespeichert wird, welcher den höchsten Betriebsdruck des Stellmotors 3, 1.8 übersteigt. Eine Einrichtung, welche den Ersatz von Leekflüssigkeit zu veranlassen hat, kann dabei einfach die Öffnung eines Ab schlussventils bewirken, welches in eine Lei tung einzubauen wäre, die den an den Kolben kleinerer Wirkungsfläche anschliessenden Zy linderraum mit dem Speicherraum des Druck behälters zu verbinden hätte.
Dieser Speicher raum könnte hierbei als Windkessel ausgebil- clet sein, oder es könnte auch ein Vorratsbehäl ter in einem solchen geodätischen Höhe ange ordnet werden, dass sieh. der für den Ersatz der Leckmenge notwendige Druck ergäbe.
Die erfindungsgemässe Einrichtung lä.sst sieh grundsätzlich in allen. Fällen anwenden, bei welchen hohe Flüssigkeitsdrücke zur Be tätigung eines Stellmotors erforderlich sind. Besondere Anwendungsgebiete sind beispiels weise Steuerungen für die Düsennadeln von Freistrahlturbinen mit geradem Einlauf und innenliegendem Stellmotor, und solche für die Laufschaufeln von Ka.planturbinen mit in oder knapp oberhalb der Nabe aufgebauten Stellmotoren, insbesondere von Hochdruek- Kaplanturbinen mit verhältnismässig kleinen Laufradnaben.