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Klemmvorrichtung zur stufenlosen Festlegung von hydraulisch verstellbaren
Propellerflügeln für Axialverdichter Die Erfindung betrifft eine hydraulische Verstelleinrichtung,
wie sie zum Verstellen von Flügeln an Axialgebläsen in Abhängigkeit von einem geregelten
Druckmittel verwandt wird. Eine hydraulische Verstelleinrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Verstellzylinder mit Kolben, der vom geregelten Druckmittel ständig und
wechselseitig beaufschlagt wird, und aus einer Schubstange, die- auf den eigentlichen
Verstellmechanismus einwirkt. Die Schubstange ist in einer Hohlwelle, der Gebläsewelle,
längs verschieblich geführt.
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Wenn die Verstellwirkung gegen eine Kraft gerichtet ist, so@ übernehmen
der Verstellkolben und das Druckmittel nicht nur die Aufgabe des Verstellens, sondern.
liefern. auch die Kraft zum Halten der jeweiligen Stellung. Es ist klar, daß dann
ein Wegfall des Verstelldruckes die Funktion der betreffenden Maschine sofort beeinträchtigt.
Diese Gefahr besteht bei hydraulisch geregelten Axialgebläsen insofern, als sich
die Flügel beim Ausfall des Verstelldruckes wegen der großen Flieh- und Reaktionskräfte
nach kleinster Liefermenge zu verstellen. Hierdurch fördert das Gebläse nicht die
erforderliche Menge und ist praktisch als ausgefallen anzusehen.
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Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteil von hydraulischen Verstelleinrichtungen
zu vermeiden, indem man dem Verstellkolben nunmehr die Aufgabe der eigentlichen
Verstellung zuweist.
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Es sind Sperr- und Klemmvorrichtungen zur Fixierung der Flügelstellung
bei hydraulisch betätigten Verstellpropellern für Flugzeuge bekannt, die beim Abschalten
oder bei Wegfall des Steuerdruckes in Tätigkeit treten, indem bei Unterschreitung
eines bestimmten Steuerdruckes eine Federkraft wirksam wird. Sperrvorrichtungen
sind für den Verstellmechanismus der Flügel von Axialverdichtern nicht brauchbar
und scheiden aus, da, eine stufenlose Festlegung der Flügel gefordert werden: muß.
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Die bekannte Klemmeinrichtung benutzt als Verstellstangen lose drehbare
Gewindespindeln und als Klemmelement festliegende geteilte Muttern, deren Hälften
unter Federdruck in die Gewindegänge gedrückt werden können. und damit eine Axialbewegung
der Gewindespindeln unterbinden, während im gespreizten Zustand der Mutternhälften
eine solche Axialbewegung, d. h. Verstellung, unter an sich wirkungsloser Drehung
der Spindeln möglich ist. Durch die ausladenden Betätigungsarme der Mutternhälften
wird diese Einrichtung aber sehr sperrig und auch ist die Wirkungsweise nicht absolut
gesichert. Wenn die Gewindegänge einmal gefressen haben, so ist der freie Lauf der
Spindeln beim Verstellen nicht mehr gewährleistet und die Mutternhälften klemmen
immer.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Konstruktion einer
solchen Klemmvorrichtung zu finden, die an die- Gegebenheiten des Axia:lverdichters
angepa.ßt und einfach im Aufbau ist und die ferner sicher arbeiten sowie wenig Platz
beansprucht. Ausgehend von der erwähnten umlaufenden Hohlwelle, in der eine Schubstange
verläuft, die von einem wechselseitig vom geregelten Druckmittel beaufschlagten,
mit umlaufenden, Verstellkolben längs verschoben wird, sieht die Erfindung vor,
daß zwischen der Hohlwelle und der Schubstange in radialer Richtung federnde Ringspannelemente
angeordnet sind, welche unter axialem Druck mittels kegeliger Abstützflächen radial
spreizbar sind und den Kraftschluß zwischen der Hohlwelle und der Schubstange hervorrufen:,
wobei die axiale Klemmkraft durch Druckfedern erzeugt wird, deren Federkraft in
an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von Steuerdruck für den Verstellkolben ausgeschaltet
wird:.
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Die Verwendung der Ringspannelemente als ein-und a:usscha,ltb,are
Glieder einer Klemmverbindung zwischen zwei axial zueinander verstellbaren Körpern,
in diesem Fall zwischen Hohlwelle und Schubstange, ist entscheidend für den geringen
Platzbedarf der Einrichtung. Auch die Eigenart, däß die Rngspannelememte lediglich
axialen Druck benötigen, um die Klemmkraft auszuüben, wirkt sich günstig auf die
Unterb,ri.ngung entsprechender Schaltglieder und Federn aus. Schließlich wurde erkannt,
daß Ringspannelemente, sich gerade dann bei Wegfall des axialen Druckes sofort lösen,
wenn sie in einem Gerät, «-elches durch seinen raschen Lauf gewissen Erschütterungen
ausgesetzt ist, verwendet werden.
Mit besonderem Vorteil wird als
Ringspan.nelement eine Serie von rädial federnden Einzelringen eingesetzt, die paarweise
konisch ineinandergreifen und zur Verspannung einer Welle in einer Bohrung als solche
bekannt sind.
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Eine Verklemmung, d. h-. ein Reibungsschluß zwischen-der Schubstange
und der Hohlwelle, muß selbstverständlich so -stark sein, - daß . die hohen Flieh-
und Realztiomskräfte, die die Flügel des Axialgebläses zu verstellen versuchen.,
aufgenommen werden.
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Die Ausschaltung erfolgt also in Abhängigkeit vom Verstelldruclc jeweils
selbsttätig kurz vor jedem Regelvorgang, so daß in den Intervallen zwischen den
Regelvorgängen die Schubstange stets verklemmt ist. Da auch. hierbei die Ausschaltung
der Verklemmung vom Vorhandensein eines hydraulischen Druckes überhaupt abhängig
ist, ist die erfindungsgemäße Sicherung der jeweiligen Verstellung gewährleistet.
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Die Ausschaltung der Verklemmung kann aber auch willkürlich erfolgen,
und zwar vor jedem Regelvorgang, der von einem Bedienungsmann nach einem Anzeigeinstrument
ebenfalls willkürlich eingeschaltet wird. Hierdurch erübrigt sich die teure Regelvorrichtung.
Ein Verzicht auf eine ständige und automatische Regelung kann insbesondere dann
zweckmäßig sein, wenn sich die nur in größeren Zeitabständen. so ändern, daß eine
nur gelegentliche Nachregulierung der jeweiligen Einstellung vertretbar ist, d.
h., wenn nicht statt einer Regelvorrichtung eine neue Arbeitskraft angesetzt werden
mu.ß.
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AnHand derZenchn.ung werden einigeAusführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Verstellvorrichtung nebst weiteren Erfindungsmerkmalen wie folgt beschrieben und.
erläutert. Es zeigt Abb-. 1 eine hydraulische Verstelleinrichtung für die Flügel
eines einstufigen Axialgebläses und Abb-. 2 und 3 je eine abgewandelte Teildarstellung.
Eine bekannte hydraulische Verstelleinrichtung für die Flügel von Axialgebläsen
besteht aus einem Verstellzylinder 1 mit Verstellkolben 2, der über eine Schubstange
3, ein Verteilerglied 4 und Gelenkhebel- 5 auf die Flügelschäfte 6 einwirkt. Der
Kolben 2 wird durch den über die Leitungen 7, 8 herangeführten Verstelldruck -wechselseitig
beaufschlagt, je nachdem, welche der beiden Leitungen Druck erhält und welche auf
Rücklauf geschaltet ist. Der Zylinder 1, der Kolben 2 und die Schubstange 3 laufen
mit der hohlen Gebläsewelle 9 ständig um.
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Die zur Verklemmung der Schubstange 3 und der Gebläsewel_le 9 dienenden,
Rin.gspannelemente bestehen gemäß Abb. 1 aus einer Serie radial federnder Ringe
10, die paarweise konisch ineinandergreifen. Diese Ringe sind in einer Ausnehmung
der Gebläsewelle 9 um die Schubstange 3 angeordnet. Die äußeren Ringe 10 stützen
sich untereinander und an derBegrenzungs-_fläche 11 der Ausnehmung .ab, während
die inneren Ringe 10 über eine Bundbüchse 12 hintereinandergeschaltet unter dem
Druck starker Tellerfedern 13 stehen. Durch diesen axialen Federdruck erfolgt über
die Ringfedern, die bei nur geringer axialer Relativbewegung der inneren gegenüber
den äußeren Ringen einen hohen Flächend.rück sowohl auf die Schubstange 3 als auch
auf die- Innenwandung der Ausnehmung der Gebläsewelle 9- ausüben, eine Verklemmung
der Teile 3 und 9. Die Klemmkraft kann durch die Anzahl der Ringe 10 sowie- Bemessung
des axialen Federdruckes in sehr raumsparender und, cinfacller Weise der großen
-Reaktionskraft der Flügel angepaßt werden. Statt der Ringfedern 10 kann
auch eine bekannte geschlitzte Spannbüchse 14 Verwendung finden (Abb.2), die mit
einem Konus 14a. in einen konischen Ringraum der Gebläsewelle 9 eingreift und als
Bundbüchse ausgebildet ist. Auch die. Spannbüchse 14 steht unter axialem Federdruck.
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Um die Verklemmung durch die vorbeschriebenen Ringspannelemente zu
lösen, soll der Druck der Federn 13 ausschaltbar sein. Hierzu greifen an dem Bund
12a der Bundbüchse 12 oder an dem Bund 14b der Spannbüchse 14 drei umfangsverteilte
Winkelhebel 15 an, deren kurze Arme 15 c, durch radiale Bohrungen 16 der Gebläsewelle
9 hindurchtreten. Der im wesentlichen waagerechte Arm 15 b der Winkelhebel arbeitet
über eine Druckrolle 17 mit einer konischen Auflauffläche 18 a einer Schiebebüchse
18 zusammen. Die mit umlaufende Schiebebüchse 18 wird über ein auf der Gebläsewelle
verschieblich gelagertes, aber nicht rotierendes Schaltglied, 19 durch zwei
doppelt wirkende, diametral gelegene Servomotoren 20 betätigt.
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Wird den Servomotoren über die Leitung 21 Druck gegeben., so wird
die Schiebebüchse 18 nach links geschoben. Die! Druckrollen 17 der Winkelhebel 15
laufen dabei an der konischen Fläche 18a der Schiebebüchse 18 auf und drehen die
Winkelhebel um einen Drehpunkt, der etwa am Ende des kurzen Armes 15 d. liegt. Dieses
Hebelende ist zwischen dem unter Federdruck stehenden Bund 12 a bzw. 14 b und einem
in die Gebläsewelle 9 eingelassenen Druckring 22 eingespannt und so
gestaltet, daß die Kraft der Federn 13 ein Drehmoment auf die Winkelhebel ausübt
und die Druckrallen 17 immer nach außen gedrückt werden. Wenn umgekehrt die Druckrollen
durch die konische Auflauffläche 18a. nach innen gedrückt werden, so zwängen die
Nocken 23, 24 des Hebelarmes 15a. (Abt. 2) die Bundbüchse 12 bzw. 14 und
den Druckring 22 auseinander, d. h. die Bundbüchse wird entgegen der Federkraft
verschoben und die Verklemmung ausgeschaltet.
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Solange sich die Druckrollen 17 auf der Auflauffläche 18a. befinden,
kann bei einem Ausfall des Druckmittels sich der Druck der Federn 13 so auswirken,
daß die Schiebebüchse 18 nach rechts zurückgeschoben wird und eine Verklemmung selbsttätig
erfolgt. Dieser Vorgang kann unterstützt oder - bei einer selbstsperrenden Lage
der Druckrollen nach Abb. 1 - eingeleitet werden durch Rückstellfedern 25 an den
Kolben der Servomotoren 20 oder durch Kompression von Luft in Windkesseln, die mit
den Servomotoren hintereina.ndergeschaltet sind. Wesentlich ist, daß bei einem Ausfall
des Druckmittels sich der Druck der Federn 13 ungehindert auswirken kann.
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Solange ein hydraulischer Druck vorhanden ist, wird man mit der beschriebenen
Vorrichtung nach erfolgter Regelung auch den Vorgang der Verklerntnung hydraulisch
einleiten, indem den Servomotoren über die Leitung 26 Druck gegeben wird. Die Ausschaltung
der Verklemmung wird nach der Anordnung in Abb. 1 willkürlich. hydraulisch betätigt,
während die Verklemmung selbsttätig durch den Druck der Federn 13 und gegebenenfalls
Unterstützung mittels mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Mittel erfolgt.
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Bei der willkürlichen Ausschaltung der Verklemmung nach Abb. 1 wird
die Regelung der Flügel ebenfalls willkürlich vorgenommen, indem man je nach einem
angezeigten Wert entweder auf die Leitung 7 oder die Leitung 8 Verstelldruck gibt
und nach dem Regelvorgang den Druck in der Leitung 21 zu den Servomotoren abschaltet
oder auf die Leitung 26 umschaltet.
Die Teildarstellung in Abb.
3 veranschaulicht das Prinzip einer Vorrichtung, um die Ausschaltung der Verklemmung
durch den Verstelldruck vornehmen zu können. Das Gebläse soll hinsichtlich der Flügelstellung
wie bisher ständig und selbsttätig geregelt werden, wobei zwischen den Regelvorgängen
nunmehr eine Verklemmung erfolgt.
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Die Schiebebüchse 18 hat dabei eine doppelkonische Auflauffläche 27,
28. Die Kolben 29 der Servomotoren 20 werden z. B. durch Federn 30 in Mittelstellung
gehalten, die auf die Lage der Druckrollen 17 zwischen den beeiden Auflaufkonen
27, 28 eingestellt ist. Die Druckräume der Kolben 29 sind über die Leitungen 31,
32 und 7, 8 mit denen des Verstellkolbens 2 parallel geschaltet. Bei einem sich
einstellenden Verstelldruck in, der einen Leitung 7 oder anderen Leitung 8 wird
in beiden Bewegungsrichtungen der Kolben 29 bzw. der Schiebebüchse 18 die Verklemmung
ausgeschaltet, so daß der Verstellkolben 2 freigegeben wird. Sobald der Verstelldruck
zurückgeht oder ganz ausfällt, nehmen die Kolben 29 selbsttätig ihre Mittelstellung
ein, so daß die- Verklemmung der Schubstange 3 erfolgt. Der Verstelldru.ck braucht
nicht von einer Regelvorrichtung gegeben zu werden, er kann auch willkürlich in
den Leitungen 7 und 8 eingestellt werden. Bei einer Anordnung nach Abb.3 erübrigt
sich also auch bei willkürlicher Regelung nach einem Anzeigeinstrument ein gesondertes
vorheriges Ausschalten der Verklemmung.
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Der Verstellzylinder 1 ist .gemäß der Erfindung zwischen zwei Flanschen
der Gebläsewelle 9 eingespannt, so daß er leicht nach Einführung der Schubstange
3 nebst Spannelementen und Federn und Herstellung der Federvorspan.nung eingebaut
werden kann.
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Die Erfindung kann in mancherlei Abwandlungen der bmchriebenen Ausführungsbeispiele
verwirklicht oder durchgeführt werden. So kann statt der Verklemmung der Schubstange
3 mit einer Hohlwelle 9 auch eine Verriegelung vorgesehen werden. Statt der Winkelhebel
15 können auch einarmige Hebel in der Ausführung des kurzen Armes 15a. verwendet
werden, deren äußeres Ende in eine innere Nut einer Schiebebüchse eingreift, wenn
man auf die zusätzliche Übersetzung, die in der konischen Auflauffläche liegt, verzichten
kann. Auch kann selbstverständlich die Verstelleinrichtu.ng statt auf hydraulischer
auch auf pneumatischer Grundlage arbeiten.
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Die Erfindung ist nicht nur auf' rotierende Verstellgliede.r, sondern
auch auf ruhende, gegeneinander v erschiebba,re Maschinenteile anwendbar, insbesondere
wo große Kräfte abgestützt werden müssen.