Druckregelvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Druckregelvorrich tung für hydraulische Anlagen, insbesondere zur Lastkonstanthaltung an hydraulischen Materialprüf- maschinen, mit einem Drosselglied, welches einen Auslassquerschnitt für die Druckflüssigkeit be herrscht und im öffnenden Sinne von ;dem zu regeln den Druck und im schliessenden Sinne von einer den Sollwert bestimmenden, über einen Steuerhebel an greifenden Belastungsfeder beaufschlagt ist.
Bei einer solchen Druckregelvorrichtung hängt die zur Erzielung eines bestimmten Druckes erforder liche Stellung des Drosselgliedes von der Viskosität der Druckflüssigkeit ab. Eine Bewegung des Drossel gliedes bewirkt andererseits eine wenn auch geringe Längun.g oder Kontraktion ,der Belastungsfeder und eine entsprechende Änderung der Federkraft. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen können dadurch unzuträgliche Fehler auftreten. Ein Beispiel für sol che Fälle sind hydraulische Materialprüfmaschinen mit einer solchen Druckregelvorrichtung für die Lastkonstanthaltung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese durch die viskositätsabhängige Verlagerung des Drosselgliedes bedingten Fehler zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass Mittel vorgesehen sind, welche auf das Drosselglied eine von, seiner Stellung abhängige Zusatzkraft aus üben, die so gerichtet und bemessen ist, dass sie ,durch Stellungsänderungen des Drosselgliedes be wirkte Änderungen der Federspannung kompensiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrie ben.
Fig.l zeigt teilweise schematisch, teilweise im Schnitt, eine Druckregelvorrichtung nach der Erfin- dung. Fig. 2 zeigt eine Ansicht von links in Fig. 1 in vergrössertem Massstab.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt ähnlich Fig. 1 ebenfalls in vergrössertem Massstab.
Der Regler 4 hat die Aufgabe, den; Öldruck in dem System 18 konstant zu halten. Zu diesem Zweck ist das System 18, in welches mittels der Pumpe 1 ständig Öl gefördert wird, über einen Steuerschieber 19 mit der Auslassleitung 5 verbunden. Das Öl fliesst aus dem System 18 über eine Leitung 21 in einen Ringraum 22 und über eine Drosselstelle 23 zum Auslass 5. An dem Steuerschieber 19 liegt an der einen Seite ein Messkolben 3 an, unter welchen der zu regelnde Öldruck über die Leitung 2 geleitet wird.
Auf .der anderen Seite des Steuerschiebers 19 liegt in noch zu beschreibender Weise eine Rolle 24 an, die an einem Hebel 25 gelagert ist. Der Hebel 25 ist bei 26 durch ein Blattfedergelenk schwenkbar gelagert, und an seinem Ende greift eine Zugfeder 27 an, deren Spannung mittels des Handrades 6 und einer Schraubspindel 28 verändert werden kann. Auf den Hebel 25 wirkt im Uhrzeigersinn ein Drehmoment, welches von dem Messkolben 3 über den Steuer schieber 19 und die Rolle 24 auf den Hebel ausgeübt wird. Diesem Drehmoment wirkt ein Moment entge gen, welches durch die Zugfeder 27 hervorgerufen wird.
Wenn der Öldruck im System 18 über einen durch die Zugfeder 27 gegebenen Sollwert ansteigt, überwiegt das erstere Moment, der Steuerschieber 19 wird nach rechts bewegt und dadurch der drosselnde Ringspalt 23 vergrössert. Es fliesst dann das Öl leichter ab und der Druck sinkt. Umgekehrt zieht die Feder 27 den Steuerschieber 19 über den Hebel 25 und -die Rolle 24 gegen die Kraft des Messkolbens 3 etwas nach links, wenn der Druck im System 18 ab sinkt. Dann. wird der Drosselspalt 23 verkleinert und das abfliessende Öl stärker gedrosselt.
Es wird sich somit ein Gleichgewichtszustand einstellen, in wel chem die auf den Messkolben 3 wirkende Kraft der Feder 27 genau die Waage hält.
Der Wert, auf welchen der Öldruck geregelt wird, hängt von der Kraft ab, welche die Feder 27 auf den Hebel 25 ausübt. Nun kann natürlich die Federkraft bei dem relativ kleinen Hub des Steuerschiebers in erster Näherung als konstant angesehen werden. Bei hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit tritt jedoch dieser geringe Proportionalbereich schon un liebsam in Erscheinung.
Bei einer Lastkonstanthal- tung für Materialprüfmaschinen, die nach diesem Prinzip aufgebaut ist, wenn nicht zusätzliche Mass- nahmen getroffen werden, lässt sich die Erscheinung beobachten, dass eine mittels des Handrades 6 einge stellte Last im Laufe der Zeit absinkt.
Das hat fol genden Grund: Anfänglich ist das Öl im System kalt, seine Viskosität ist gross und die Leckölverluste rela tiv gering. In diesem Zustand liegt der Steuerschieber 19 verhältnismässig weit rechts und drosselt das ab fliessende Öl im Ringspalt 23 nur wenig. Mit der Zeit erwärmt sich jedoch das Öl. Seine Viskosität wird dadurch geringer und .die Leckölverluste werden grösser.
Beide Einflüsse wirken in dem Sinn, dass der Steuerschieber 19 das abfliessende Öl stärker dros seln muss, um einen die Federkraft der Feder 27 aus wiegenden Öldruck in: System 18 aufrechtzuerhalten. Der Steuerschieber 19 bewegt sich dann also nach links. Diese relativ geringe Bewegung :des Steuer schiebers wirkt sich mit dem Hebelübersetzungsver- hältnis des Hebels 25 auf die Gleichgewichtslage des rechten Endes der Feder 27 aus.
Die Feder 21 wird etwas entspannt und regelt einen geringeren Druck ein als vorher.
Man könnte daran denken, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden, dass man - bei vertikaler Anordnung .des Steuerschiebers - die Feder 27 :durch ein Gewicht ersetzt, so dass man eine von der Stel lung des Hebels 25 unabhängige Kraft erhält. Eine andere Möglichkeit könnte sein, :dass man bei glei cher Vorspannung eine hinreichend weiche Feder 27 verwendet, so dass sich die Federspannung bei den hier auftretenden kleinen Wegen nicht in uner wünschter Weise ändert. Eine mathematische Unter suchung des Regelkreises zeigt jedoch, :
dass in beiden Fällen leicht eine Unstabilität und Schwingungsnei gung des Regelkreises eintritt. Im ersteren Falle z. B. wegen der vergrösserten trägen Masse. Es lässt sich auch zeigen, dass die Schwingungsneigung um so grösser ist, je geringer der Kraftunterschied bei den verschiedenen Lagen des Federaufhängepunktes, also je flacher die Federcharakteristik ist. Die einzige praktische Möglichkeit einer Stabilisierung des Regelkreises bei der geschilderten Anordnung besteht in einer geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung. Diese Dämpfung muss unmittelbar auf die bewegten Glieder wirken.
Dämpfungen über Düsen. oder dgl. führen lediglich zu einer Verschleppung, nicht aber zu einer Dämpfung des Schwingungsvorganges. Daher sind Mittel vorgesehen,, welche eine, diese Erscheinung korrigierende Zusatzkraft erzeugen. Diese Mittel bestehen aus einem Kniehebel mit den Armen 30, 31, die bei 32 gelenkig miteinander ver bunden sind. Zwischen den äusseren Enden des Knie hebels ist eine Zugfeder 33 gespannt.
Der Arm 30 ist bei 34 an einem Träger 35 gelagert und stützt sich unter :dem Einfluss einer Feder 36 an einem einstell baren Anschlag 37 des Trägers 35 ab. An dem Arm 31 ist eine Rolle 38 gelagert, welche an dem Hebel 25 anliegt. Mit dem Arm 31 ist ferner ein Draht 40 verbunden, der in einen Ölsumpf eintaucht.
Die Rolle 38 übt bei dieser Anordnung einen Druck auf den Hebel 25 aus, der nach links gerichtet ist und sich weitgehend, linear mit der Auslenkung des Hebels 25 ändert. Durch Einstellung .des An schlages 37 kann die Grösse dieser Kraft eingestellt werden. Auf den Hebel 19 wirkt dann also einmal die Zugkraft der Feder 27 (nach links) und zum anderen .der Druck von dem Kniehebel über die Rolle 38 (ebenfalls nach links). Man kann dafür sorgen, dass die Summe dieser Kräfte für alle praktisch auftreten den Stellungen des Hebels 25 konstant bliebt.
Dann bleibt auch der eingeregelte Druck konstant.
Der Arm 31 macht eine relativ starke Bewegung bei einer kleinen Bewegung des Hebels. 25. Diese Be wegung macht in verstärktem Masse das Ende des Drahtes 40 in dem Ölsumpf. Das ergibt bereits eine ausreichende Dämpfung des Regelkreises, welche unmittelbar auf die bewegten Teile :des Reglers wirk sam wird.
Die Güte der Regelung hängt ganz entscheidend: von der Reibung in der Regelvorrichtung ab. Rei- bungskräfte erzeugen Regelfehler oder bewirken eine ruckweise Bewegung des Steuerschiebers, wodurch Pendelungen hervorgerufen werden können.
Zur Verminderung :der Reibung :des Steuerschiebers 19 ist an dessen Bund 42 eine Schwingung 44 befestigt, die mit einem Schlitz 46 um einen Kurbelzapfen 48 an einen Kurbelarm 50 greift. Die Kurbel 50, 48 wird von einem Motor 52 angetrieben und dabei führt die Schwinge 44 und mit ihr :der Steuerschieber eine Drehschwingbewegung aus, welche die Reibung des Steuerschiebers erheblich vermindert.
Es bietet nun Schwierigkeiten, die ,rehschwin genden Steuerschieber 19 dauerhaft an dem Hebel 25 abzustützen. Bei bekannten Anordnungen liegt der Steuerschieber 19 mit einer Spitze an dem Hebel 25 an. Dabei ergeben sich, selbst bei günstigster Materi alpaarung, zwischen Spitze und Anlagefläche durch :die bohrende Bewegung der Spitze unter hoher Last bald bleibende Oberflächenveränderungen und da durch erhöhte. Reibung und Verschlechterung der Regelung. Auch Versuche mit verschiedenen Form gebungen der Spitze haben zu keinem befriedigendem Ergebnisgeführt.
Bei der dargestellten Anordnung ist auf der Stirn- fläche des Steuerschiebers 19 über ein Kugellager 54 ein Zwischenstück 56 gelagert. Das Zwischenstück 56 ist durch eine Lasche 58 und einen Stift 60 unver- drehbar gegenüber dem Steuerschiebergehäuse 29 gehalten (Fig. 2). Der Hebel 25 besitzt einen Längs schnitt 62, in welchem eine Rolle 24 in Gestalt eines Kugellagers auf einem Zapfen 66 gelagert ist.
Das Kugellager 54 gestattet eine fast reibungsfreie Drehung,des Steuerschiebers 19 gegenüber dem fest stehenden Zwischenstück 56 und über die Rolle 64 drückt der Hebel 34 ohne gleitende Reibung auf das Zwischenstück. Es sind, keinerlei Verschleissteile wie bei bekannten Anordnungen vorhanden.