Mit einem Stellmotor und einer Steuerpumpe arbeitende hydraulische Regelvorrichtung für Schiffspropeller, Turbinen oder dergleichen Die Erfindung betrifft eine mit einem Stellmotor und einer Steuerpumpe arbeitende hydraulische Re gelvorrichtung für Schiffspropeller, Turbinen oder dergleichen, bei welcher die Regelimpulse auf ein aus der neutralen Lage verschiebbares Steuerglied einwirken, dessen Verschiebungsbetrag die Förder menge der Pumpe bestimmt.
Bei der praktischen Anwendung von Steuerpum pen dieser Art bei Regelvorrichtungen hat sich ge zeigt, dass zum Verschieben des Steuergliedes eine Kraft erforderlich ist, die, wie Messungen ergeben haben, im wesentlichen zum Förderdruck der Pumpe proportional, jedoch nur in geringem Masse vom Verschiebungsweg abhängig ist. Ursache dafür sind von der Pumpe auf das Steuerglied rückwirkende Kräfte. Eine Drehzahlabhängigkeit dieser Kräfte spielt praktisch keine Rolle, da im allgemeinen die Drehzahl der Pumpe im Betrieb konstant gehalten wird.
Der Verlauf der Verstellkraft P für das Steuer glied in Abhängigkeit vom Förderdruck p ist in Fig. 1 beispielsweise dargestellt. Man ersieht daraus, dass bei Förderdruck 0 das Steuerglied ohne Kraft einwirkung verstellbar ist. Steigt jedoch der Förder- druck nach der einen oder andern Seite an, so ist auch zur Verschiebung des Steuergliedes in die ge wünschte Förderrichtung eine Kraft erforderlich, die etwa dem Förderdruck proportional ist.
Die Pumpe kann ohne weiteres auch als Flüssig keitsmotor benutzt werden, wenn ihr Druckflüssig keit zugeführt wird. Bezüglich der erforderlichen Verstellkraft für das Steuerglied stellt man fest, dass beim Flüssigkeitsmotor zur Verschiebung des Steuergliedes keine Kraft aufgewendet werden muss, sondern dass dieses selbst das Bestreben hat, sich aus seiner Mittellage zu verschieben, und zwar mit einer Kraft, die wiederum dem zugeführten Druck proportional ist.
Man muss also im Falle des Flüssig keitsmotors das Steuerglied nicht gewaltsam ver schieben, sondern muss es mit einer gleich grossen Kraft wie bei der Flüssigkeitspumpe gegen sein Be streben des Ausweichens zurückhalten.
Diese von der Pumpe auf das Steuerglied rück wirkenden Kräfte erweisen sich bei Regelvorrich tungen als nachteilig, da oft nur geringe Kräfte zur Verstellung des Steuergliedes zur Verfügung ste hen. Um Störung des Regelvorganges zu vermeiden, ist man daran interessiert, das Steuerglied praktisch ohne Kraftwirkung verstellen zu können.
Bei einer Regelvorrichtung der eingangs beschrie benen Art wird dieses Ziel gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Steuerpumpe mit einer Einrichtung zum hydrostatischen Ausgleich der von der Pumpe auf das Steuerglied rückwirkenden, vom Förderdruck abhängigen Kräfte versehen ist.
In Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen hydrau lischen Regelvorrichtung vereinfacht dargestellt.
Die Regelvorrichtung arbeitet mit einem Stell motor 1 und einer Steuerpumpe 2. Der Stellmotor 1 weist einen Zylinder 3 und einen darin verschieb baren Kolben 4 mit Kolbenstange 5 auf. Die Pumpe 2 besitzt ein feststehendes Steuerküken 6, um das sich ein eine zentrale Bohrung aufweisender Läu fer 7 in Pfeilrichtung dreht. Dieser Läufer 7 weist mehrere gegen seinen Umfang hin offene Bohrun gen 8 auf, in denen Kugelkolben 9 angeordnet sind, welche beim Drehen des Läufers 7 auf einem diesen umgebenden Aussenring 10 abrollen. Der Ring 10 ist in zwei Führungen 11 und 12 mittels Zapfen 13 und 14 verschiebbar gelagert. In seiner neu tralen Lage ist er konzentrisch zum Läufer 7.
Das Küken 6 begrenzt zusammen mit der Innen fläche des Läufers 7 zwei Steuerräume 15 und 16, die über Leitungen 17 bzw. 18 mit den Zylinder räumen beidseitig des Stellmotorkolbens 4 verbun den sind. Die Leitungen 17 und 18 sind ferner über mit Rückschlagventilen 19 und 20 versehene Leitungen 21 bzw. 22 mit einem Reservebehälter 23 für die Steuerflüssigkeit verbunden.
Die Grösse der Hubbewegungen, die die Kugel kolben 9 beim Umlauf des Läufers 7 ausführen, ist proportional zur Grösse der Verschiebung des Aussenringes 10 aus der neutralen Lage. Der Aussen ring 10 wirkt somit als Steuerglied, dessen Ver schiebungsbetrag die Fördermenge der Pumpe 2 bestimmt.
Der Zapfen 14 dieses Steuergliedes 10 ist an einem Querbalken 24 angelenkt, der an seinem einen Ende mit der Kolbenstange 5 des Stellmotors 1 gelenkig verbunden ist und auf dessen anderem Ende über eine Stange 25 die Regelimpulse von einem nicht gezeigten Regler aus einwirken.
Zum hydrostatischen Ausgleich der von der Pumpe 2 auf das Steuerglied 10 rückwirkenden, vom Förderdruck abhängigen Kräfte ist nun die Steuer pumpe 2 mit einer Einrichtung versehen, welche in festen Zylindern 26 und 27 angeordnete, in der Verstellrichtung des Steuergliedes 10 verschiebbare Kolben 28 und 29 aufweist. Die durch die Kolben 28, 29 und die Zylinder 26 bzw. 27 begrenzten Zylinderräume sind über Leitungen 30 bzw. 31 mit den Leitungen 17 bzw. 18 verbunden. Die Kolben 28 bzw. 29 liegen an der Gegenseite an Ansätzen 32 bzw. 33 des Steuergliedes 10 auf, so dass das Steuerglied 10 unter dem Einfluss dieser von der Steuerflüssigkeit beaufschlagten Kolben 28 bzw. 29 steht.
Diese Kolben 28, 29 sind in ihrem Querschnitt so bemessen und so gerichtet, dass sie die von der Pumpe auf das Steuerglied rückwirken den, vom Förderdruck abhängigen Kräfte aus gleichen. Je höher der Förderdruck, d. h. der Unter schied zwischen den Drücken in den Leitungen 17 und 18 ist, um ,so grösser ist die Differenz der von den Kolben 28 und 29 auf das Steuerglied 10 ausgeübten, einander entgegenwirkenden Kräfte. Bei der entsprechenden Bemessung des Querschnittes der Kolben 28, 29 werden somit die von der Pumpe auf das Steuerglied 10 rückwirkenden, zum Förder- druck proportionalen Kräfte bei jeder Grösse des Förderdruckes ausgeglichen.
Statt der beiden Kolben 28, 29 kann zum Er reichen des gleichen Ziels natürlich auch nur ein einziger Kolben verwendet werden, auf den der Unterschied zwischen Förderdruck und Saugdruck der Pumpe einwirkt.
Working with a servomotor and a control pump hydraulic control device for ship propellers, turbines or the like The invention relates to a working with a servomotor and a control pump hydraulic Re gel device for ship propellers, turbines or the like, in which the control pulses act on a control member displaceable from the neutral position, whose shift amount determines the delivery rate of the pump.
In the practical use of Steuerpum pen of this type in control devices, it has been shown that moving the control member requires a force which, as measurements have shown, is essentially proportional to the delivery pressure of the pump, but is only slightly dependent on the displacement path . This is due to the forces acting back on the control element from the pump. A speed dependency of these forces is practically irrelevant, since the speed of the pump is generally kept constant during operation.
The course of the adjustment force P for the control member as a function of the delivery pressure p is shown in Fig. 1, for example. It can be seen from this that at delivery pressure 0 the control element can be adjusted without any force. However, if the delivery pressure rises to one side or the other, a force that is roughly proportional to the delivery pressure is also required to move the control element in the desired delivery direction.
The pump can also be used as a liquid keitsmotor if it is supplied with pressure fluid. Regarding the adjustment force required for the control member, it can be seen that in the case of the liquid motor, no force has to be used to move the control member, but that the latter itself tries to move out of its central position, with a force that in turn corresponds to the pressure supplied is proportional.
In the case of the liquid motor, the control element does not have to be forcibly displaced, but rather it has to be held back with the same force as in the case of the liquid pump, preventing it from attempting to evade.
These forces acting back on the control member from the pump prove to be disadvantageous in Regelvorrich lines, since often only small forces are available to adjust the control member. In order to avoid disturbance of the control process, one is interested in being able to adjust the control element with practically no force.
In a control device of the type described at the outset, this aim is achieved according to the invention in that the control pump is provided with a device for hydrostatic compensation of the forces which act on the control member and which are dependent on the delivery pressure.
In Fig. 2 of the accompanying drawings, an embodiment of the inventive hydrau lic control device is shown in simplified form.
The control device works with a servo motor 1 and a control pump 2. The servo motor 1 has a cylinder 3 and a piston 4 with piston rod 5 displaceable therein. The pump 2 has a fixed control plug 6 around which a central bore Läu fer 7 rotates in the direction of the arrow. This rotor 7 has several holes 8 open towards its circumference, in which spherical pistons 9 are arranged, which roll on an outer ring 10 surrounding it when the rotor 7 rotates. The ring 10 is slidably mounted in two guides 11 and 12 by means of pins 13 and 14. In its neutral position it is concentric to rotor 7.
The chick 6 delimits, together with the inner surface of the rotor 7, two control chambers 15 and 16 which are verbun via lines 17 and 18 with the cylinder on both sides of the servomotor piston 4. The lines 17 and 18 are furthermore connected to a reserve container 23 for the control fluid via lines 21 and 22 respectively provided with check valves 19 and 20.
The size of the stroke movements that the ball piston 9 perform when the rotor 7 rotates is proportional to the size of the displacement of the outer ring 10 from the neutral position. The outer ring 10 thus acts as a control member whose displacement amount determines the delivery rate of the pump 2.
The pin 14 of this control member 10 is hinged to a cross bar 24, which is hinged at one end to the piston rod 5 of the servomotor 1 and at the other end of which the control pulses from a controller (not shown) act via a rod 25.
For the hydrostatic compensation of the forces acting back from the pump 2 on the control member 10 and dependent on the delivery pressure, the control pump 2 is now provided with a device which has pistons 28 and 29 arranged in fixed cylinders 26 and 27 and displaceable in the adjustment direction of the control member 10 . The cylinder spaces delimited by pistons 28, 29 and cylinders 26 and 27 are connected to lines 17 and 18 via lines 30 and 31, respectively. The pistons 28 and 29 rest on the opposite side on shoulders 32 and 33 of the control member 10, so that the control member 10 is under the influence of these pistons 28 and 29, which are acted upon by the control fluid.
The cross section of these pistons 28, 29 is dimensioned and directed such that they equalize the forces that act on the control member from the pump and are dependent on the delivery pressure. The higher the delivery pressure, i. H. the difference between the pressures in the lines 17 and 18 is, the greater the difference between the opposing forces exerted by the pistons 28 and 29 on the control member 10. With the corresponding dimensioning of the cross-section of the pistons 28, 29, the forces that act back from the pump on the control member 10 and are proportional to the delivery pressure are compensated for at every size of the delivery pressure.
Instead of the two pistons 28, 29, of course, only a single piston can be used to achieve the same goal, on which the difference between the delivery pressure and the suction pressure of the pump acts.