DD156075A1

DD156075A1 - Verstellpropelleranlage mit nachfolge-steuereinrichtung fuer servo-motoren

Info

Publication number: DD156075A1
Application number: DD22736081A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Neumann; Juergen Symanzik
Original assignee: Gerhard Neumann; Juergen Symanzik
Priority date: 1981-02-02
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1982-07-28

Abstract

Verstellpropelleranlage mit Nachfolge-Steuereinrichtung fuer hydraulische Servo-Motoren, die innerhalb der Verstellpropellernabe angeordnet sind. Diese Einrichtung soll ueber eine hohe Zuverlaessigkeit, geringe Raumgroesse und Masse verfuegen. Sie ist fuer solche Servo-Motoren vorgesehen, bei denen ein Hydraulikkolben mit den beiden Arbeitskammern eine Funktionseinheit bildet und axial-beweglich ist und dass ein weiterer feststehender Kolben fuer eine der Arbeitskammern durch die Schraubenwelle gebildet wird. Die Einrichtung soll weiterhin eine Verkuerzung der Nabenbaulaenge und die Verwendung eines Funktionselementes fuer die Zustellung, Steigungsrueckmeldung und Oelzufuehrung ermoeglichen. Die Loesung sieht die Anordnung von 3 ineinandergefuegten Steuerelementen vor, von denen das aeussere und innere Element gekoppelt sind und das mittlere Element bzw. aeussere und innere Element mit dem beweglichen Oelzufuehrungsrohr eine Einheit bildet und zu den uebrigen Elementen bzw. mit dem beweglichen Hydraulikkolben kinematisch in Wirkungsverbindung steht. Dazu ist ein begrenztes axiales Spiel vorgesehen, das der positiven Ueberdeckung der funktionsbedingten Oelbohrungen entspricht. Die vorgeschlagene Einrichtung, die speziell fuer Verstellpropelleranlagen fuer Schiffe vorgesehen ist, kann auch fuer Turbinen (Kaplan-Turbinen) und Axialfluegelpumpen bzw. Luefter benutzt werden.

Description

Titel der Erfindung:

Verstellpropelleranl8,ge mit Nachfolge-Steuereinrichtung für Servo-Motoren»

Anwendungsgebiet der Erfindungen:

Die Erfindung betrifft eine Verstellpropelleranlage mit in der Habe angeordneter Nachfolge-Steuereinrichtung für ö!hydraulische Servomotoren zur Steuerung des Arbeitsverlaufes sowie für den Soll-Ist-Vergleich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung: Schiffe, deren Fahrt- bzw« Betriebszustande sich häufig ändern, werden mit Verstellpropellern betrieben, um die Motorenleistung mit optimalem Wirkungsgrad in eine Schubkraft umzusetzen« Die Verstellkraft zur Einstellung bzw, Justierung der Flügel wird allgemein hydraulisch erzeugt, International zeichnen sich dabei 2 Tendenzen ab:

1_e Erzeugung der Verstellkraft für die Flügel in Hydraulikzylindern innerhalb der Wellenleitung und die Übertragung der Kraft durch eine Schubstange in der «ellenleitung zum Verstellmechanismus der Flügel in der labe« Die Stellung der Sahubstange wird hierbei zur Erfassung der Flügelstellung (Ist- und Soll-Wert) benutzt* Vorteile:

Lage der krafterzeugenden Elemente und der Steuer- und Regelelemente im Schiff - leichte Zugängigkeit und Kontrolle der Elemente· Nachteile:

Langer Weg für die Kraftübertragung - erhöhter Bauteilaufwand ~° erhöhter Raumbedarfs

2* Erzeugung der Verstellkraft für die Flügel in der Nabe durch einen Hydraulik-Servo-Motor 2.1* Die Hydraulikölzufuhr erfolgt auf Grund der 2 möglichen Verstelleinrichtungen durch 2 Zuführungen in der Wellenleitung . Eine Ülzuführung bewegt sich mit einem der Hydraulikelemente mit und wird zur Erfassung des Ist-Wertes und zur Einstellung des Soll-Wertes für die

Flügelsteigimg benutzt_β Bei dieser Einrichtung liegen die Steuer™ bzw ο Kegeleleinente im Schiff» Vorteile:

Die kraftführende Schubstange entfällt, Nachteile:

Aufwendiges Ölzuführungssystem»

2«.2a Die Hydraulikölzufuhr erfolgt durch eine Zuführung in der Wellenleitung, Die Steuerung bzw«, Regelung liegt teilweise in der Habe» Die Zuführung in der Wellenleitung be~ wegt sich mit einem .der Hydraulikelemente mit und dient gleichzeitig der Erfassung des.Ist-Zustandes und der Einstellung des SoIl-V/ertes» Vorteile: Keine kraftübertragenden Seile in der Wellenleitung und nur eine Ölzuführunge Hachteile:

Ein hoher Grad an Zuverlässigkeit für die in der Habe installierten Steuer- und Regelelemente muß gewährleistet sein*

^Die unter 2_e aufgeführten Tendenzen setzen sich allmählich durchj wobei die Anlagen nach Punkt 2_β2_β technisch und ökonomisch günstiger sind, da hier durch die Verlegung von Steuer- bzw« Regelelementen in die Habe eine Vereinfachung des Ölzuführsystems erreicht werden kann* Bei den nach Punkt 2_e2_e bekanntgewordenen Verstellpropeller-Anlagen handelt es sich um solche Systeme, bei denen der Hydraulikzylinder als feststehendes Teil und der Kolben als bewegliches Teil angesehen werden kann« In dieser Anordnung ermöglicht es eine Mitführung der Steuer- bzw« Regelelement^ sowie der Ölzufuhr mit dem beweglichen Kolben« ^Am Olzuführungsrohr befindet sich ein Steuerkolben, der im Rahmen eines Spiels mit Hilfe des Ölzuführungsrohres in einer Führung axial bev/egt werden kanne Wird der Steuerkolben im Rahmen dieses Spiels nach vorn gezogen, so werden Ölzuführun« gen freigegeben, durch die die Zylinder mit Druck beauf-

schlagt werden können, die eine Yorausbewegung des Kolbens bewirken Die Ölzuführung wird so weit mit dem sich bewegenden Kolben nach vorn gezogen, bis der Soll-Wert erreicht ist* Der Kolben wandert so weit nach, bis die Öl-Zuführungsbohrungen verdeckt sind, daß der zur Haltung dieses Zustandes notwendige Druck vorhanden ist. Die Stellung des ülzuführungsrohres wird gleichzeitig zur Erfassung des Ist-Standes und zur Einstellung und Haltung des Soll-Zustandes benutzt* Für eine Rückwärtsverstellung kehrt sich der beschriebene Vorgang unu In dem DBP Hr. 958628 und dem WP Ir₀ 124416 wird das vorstehende Steuerprinzip dargestellte In dem US-Patent Ur. 3,2.19,121 v/ird eine Nabe mit Hydraulik und ein ölzufuhrungsrohr vorge~ stellt, in der die Verstellkraft durch' mehrere kleinere konzentrisch gelegene Hydraulikzylinder mit beiderseitigem druckbeaufschlagten Kolben erzeugt wird« Die Steuerung .bzw. die Druckbeaufschlagung erfolgt über einen Steuerschieber, der sich am Ende des Ölzuführungsrohres befindet und mit diesem verschoben werden kann und je nach Freigabe eier Zufuhrkanäle die Druckbeaufschlagung und Verschiebung des Kolbens ermöglicht«, Ein federnd gelagertes Kolbenventilsystem öffnet erst beim entsprechenden Druck die ÖIzufUhrungskanäle·

Bei Verstellpropelleranlagenj bei denen der Hydraulik-Servomotor in der Habe angeordnet ist, die aber so ausgeführt sind, daß der Hydraulikkolben feststehend ausgeführt ist j können die vorstehend beschriebenen Konstruktionsprinzipien zur Steuerung und Ist-Soll-Wertanzeige nicht benutzt werden·

Ziel der Erfindung:

Ausgehend vom Stand der Technik soll eine Nachfolgesteuerung für .Servo-Motoren von Verstellpropelleranlagen geschaffen v/erden, bei denen der Kolben der einen Arbeitskammer mit dem Zylinder der anderen Arbeitskammer eine Einheit bildet und gemeinsam eine axiale Hubbewegung ausführen? wobei dieses System eine große Zuverlässigkeit besitzen soll und daß damit gleichzeitig der Raum-

bedarf und Materialaufwand im Schiff und in der Verstell·» propellernabe vermindert wird« Im Vergleich zu herkömmlichen Nachfolgesteuerungen in der Nabe soll durch diese Nachfolgesteuerung eine Einrichtung geschaffen werden, die ihre Verlagerung in Richtung der Schraubenwelle gestattet, was insbesondere bei Verstellpropellernaben, bei denen der Arbeitskolben hinter dem eigentlichen Nabengehäuse angeordnet ist, zu einer erheblichen Verkürzung der Baulänge der Nabe führen kann«

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin_s für Verstellpropelleranlagen eine lachfolgesteuereinrichtung mit Soll-Ist-Vergleich für hydraulische Servo-Motoren zu entwickeln, wobei die Nachfolgesteuereinrichtung speziell für solche Servo-Motoren auszubilden ist, bei der der Kolben der einen Arbeitskammer mit dem Zylinder der anderen Arbeitskammer fest verbunden ist und daß diese Nachfolgesteuereinrichtung in Richtung der Schraubenwelle vor dem be?/eglichen Kolben angeordnet ist« Weiterhin ist zur Sicherung eines geringen Bauaufwandes die Zustellung des Arbeitshubes sowie die Rückmeldung und die Ölzuführung nur mit Hilfe eines Elementes zu realisieren»

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß in dem feststehenden Kolben des Servomotors eine aus 3 ineinandergeführten Steuerelementen bestehende Steuereinrichtung untergebracht ist, wobei das äußere und innere Steuerelement fest miteinander verbunden und gegenüber dem dritten Steuerelement axial beweglich ausgeführt ist und daß das mit dem im feststehenden Kolben endende Ölzuführungsrohr nicht gekoppelte Element kinematisch mit dem beweglichen Kolben Wirkungsverbunden ist« Weiterhin ist vorgesehen, daß die Steuerhülse und der Steuerkolben zueinander nur über ein axial begrenztes Spiel verstellbar sind_} das in seiner Größe der positiven . Überdeckung der Ölbohrungen für die Ölzuführung zu den Arbeitskammern entspricht«

Für die axiale Begrenzung des Arbeitsspiels zwischen Steuerhülse und Steuerkolben ist die Steuerhülse stirnseitig mit Anschlagbunden ausgestattet» Weiterhin ist vorgesehen, daß die Steuerelemente mit Steuerflächen versehen sind, in denen im zugeordneten Teil Ölubertrittsbohrungen zugeordnet sind* Die vorgeschlagene Nachlaufsteuerung bietet den Vorteil, daß sie bei Servomotoren, bei denen der Kolben der einen Arbeitskammer mit dem Zylinder der anderen Arbeits- kammer eine Einheit bilden, eingesetzt werden kann und dabei gegenüber den herkömmlichen Steuereinrichtungen ZiU einer Verkürzung der Baulänge der Verstellpropellernabe führte Weiterhin ist die Ansteuerung und Rückmeldung über nur 1 Bedienelement, nämlich dem Ölzuführungs» rohr möglich« Damit wurde eine konstruktive einfach robuste, arbeits- und materialsparende Steuereinrichtung geschaffen, die gleichzeitig die Forderung erfüllt, daß in jeder Arbeitsstellung ein Soll-Ist-Vergleich möglich ist.

Ausführungsbeispiel ϊ.

Nachfolgend soll die Erfindung an 2 Ausführungsbeispielen verdeutlicht v/erden· Es zeigen:

Fig_e 1: die Machfolgesteuereinrichtung mit Anschluß

des Ö'lzuführungsrohres an die Steuerhülse und einer Kopplung des Steuerkolbens über den

beweglichen Hydraulikkolben mit dem äußeren Steuerelemente Fig« 2: Die Nachfolgesteuereinrichtung mit Anschluß des Ö'lzuführungsrohres an die Einheit von Steuerkolben und äußerem Steuerelement und

einer Kopplung der Steuerhülse mit dem beweglichen Hydraulikkolben*

Fig· 1 zeigt den beweglichen Hydraulikkolben 2, der in einem hinter dem eigentlichen Nabengehäuse 1 befindli«= chen Hydraulikzylinder 3 untergebracht ist und der mit dem die Stellzapfen tragenden Verstelljoch 4 eine Einheit bildet und gleichzeitig als beweglicher zweiter

Hydraulikzylinder 5 wirkt« Der feststehende Kolben 6, der gemeinsam mit dem Hydraulikzylinder 5 die Arbeitskammer 26 umschließt, ist als Teil der Schraubenwelle 7 ausgebildet und dient gleichzeitig als Führung für das Joch 4· Zur axialen Hubbegrenzung dienen die Anschlagfläche 12 sowie der Anschlagbund 13 auf der Steuerhülse, die mit der Stirnfläche 15 des Steuerkolbens 11 bzw« mit der Scheibe 14 in Funktionsbeziehung treten«, In vorderen Teilen der Steuerhülse 10 bzw_e des Steuerkolbens 11 befindet sich eine Ölzuflußbohrung 16* Weitere Ölübertrittsbohrungen 17, 18, 19s 20 und 21 befinden sich im Rohr 8, in der Steuerhülse 10 und im Steuerkolben 11_β Weiterhin ist im beweglichen Kolben 2 bzw* im Rohr 8 für den Ölrücklauf eine ÖlrUcklaufbohrung 22 vorgesehene Das durch den Anschlagbund 13 bzw« das Spiel zwischen Steuerkolben 11 und Anschlagfläche 12 begrenzte Arbeitsspiel zwischen Steuerkolben 11 und Steuerhülse 10 bzw«, Steuerhülse 10 und Rohr δ ist so ausgelegt, daß es der positiven Überdeckung zwischen den Steuerflächen und den Ölübertrittsbohrungen 17, 19 und 20 entspricht«, Durch die Bohrung 23 erfolgt der ÖlrUckfluß über die hohlgebohrte Schraubenwelle 7 zur Ölversorgungseinrichtung im Schiffe

Entsprechend Fige 1 gleitet in der Bohrung des feststehenden Rohrkolbens 6 ein mit dem beweglichen Kolben 2 verbundenes Rohr 8_S in welchem die mit dem Ö!zufuhrungsrohr 9 fest zu einer Einheit verblockte Steuerhülse 10 angeordnet ist* In dem hinteren Teil der Steuerhülse 10, das nicht in direkter Verbindung mit dem Ölzuführungsrohr 9 steht, ist der Steuerkolben 11, der wieder mit dem beweglichen Kolben 2 verbunden ist, angeordnete

Die in Pig« 2 dargestellte Anordnung stellt eine Umkehrvariante zu Fig_β 1 dar«

In der Bohrung des feststehenden Kolbens 6 gleitet ein mit dem Steuerkolben 11 und dem Ölzuführungsrohr 9 fest verblocktes Rohr 8, in welchem die mit dem beweglichen

Kolben 2 verbundene Steuerhülse 10 angeordnet ist.

Das Wirkprinzip des Nachfolge Steuerschiebers nach Pig«, 1 ist wie folgt:

Das von der Druckeinheit aus dem Schiff kommende Druckö'l wird über das Ölzuführungsrohr 9 in die Jtfachfolgesteuereinrichtung und den Servo-Motor eingeleitet« Bei einem Nachvornziehen des ÖlzufUhrungsrohres 9 und der damit verbundenen Steuerhülse 10 und das durch den Anschlag-. bund 13 freigegebene axiale Arbeitsspiel wird die 01-Übertrittsbohrung 20 in der Steuerhülse 10 freigegeben. Parallel 'dazu, wird die OlUbertrittsbohrung 17 in dem Rohr 8 zur druckfreien Seite geöffnete

Das unter Druck stehende Öl strömt damit durch die Öl.zuflußbohrung 16 über die OlUbertrittsbohrung 20 der Steuerhülse 10 und die ÖldurchtrittEbohrung 21 des Steuerkolbens 11 und die Ölbohrung 24 in die Arbeitskammer 25 des festen Hydraulikzylinders 3* Der bewegliche Hydraulikkolben 2 bewegt sich nach vorn, d« tu, in Richtung der Verstellbewegung des Ölzuführungsrohres 9* Der Stand des Ölzufüh-

20' rungsrohres 9 widerspiegelt damit auch den augenblicklichen Stand des Hydraulikkolbens 2 und damit die proportional dazu eingenommene Stellung der Propellerflügel« Die vom Hydraulikkolben 2 ausgeführte axiale Hubbewegung bewirktj daß aus der Arbeitskammer 26 das drucklose Öl über die OlUbertrittsbohrung 17 des Rohres 8 und die Bohrung 22 im Kolben 2 in den Habeninnenraum abfließt und von dort Über die Bohrung 23 der Druckölversorgungsanlage im Schiff zurückgeführt wird·

Die Umkehr der Bewegungsrichtung des Hydraulikkolbens 2 und des damit verbundenen VerstellJoches 4 erfolgt durch die Umkehr der Vorschubbewegung des Ölzuführungsrohres 9· Durch das Verschieben des ölzuführungsrohres 9 um den durch das Spiel zwischen Anschlagfläche 12 der SteuerhUlse 10 und Steuerkolben 11 eingegrenzten axialen Hub der Steuerhülse 10 nach hinten wird die OlUbertrittsbohrung 20 in der Steuerhülse 10 verschlossen»

Gleichzeitig wird die Verbindung des Spaltes 27 mit der Arbeitskammer 26 über die Ölübertrittsbohrung 17 im Rohr 8 hergestellt;, durch die das Drucköl in die Arbeitskammer 26 eintreten kann* Durch die Bewegung der Steuerhülse 10 nach hinten wird die Ölübertrittsbohrung 19 im Steuerkolben 11 freigegeben durch die das drucklose Öl aus der Arbeitskammer 25 durch die Bewegung des Kolbens 2 über die Ölübertrittsbohrung 18 und die Bohrung 22 im Kolben 2 in den Uabeninnenraum gedruckt wird«

Die Wirkungsweise des nachfolgesteuerSchiebers nach Pig* 2 unterscheidet sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Pig« 1 dadurch, daß mit dem Machvornziehen des Ölzuführungsrohres 9 und der damit verbundenen Einheit von Steuerkolben 11 und äußerem Rohr 8 das Drucköl über die Ölzuflußbohrung 16 im Steuerkolben 11, den Spalt 27, die Ölübertrittsbohrung 20 und 18 in der Steuerhülse 10 und die Ölbohrung 24 im beweglichen Kolben 2 in die Arbeitskammer 25 fließt und eine Bewegung des Hydraulikkolbens 2 in Richtung der Verstellbewegung des Ölzuführungsrohres 9 bewirkt·-·

Das drucklose Öl der Arbeitskammer 26 kann über die freigegebene Ölübertrittsbohrung 17 im Rohr 8 durch die Bohrung 23 der Druckölversorgungsanlage im Schiff zugeführt werden_e Bei Umkehr der Hubbewegung mittels des Ölzuführungsrohres 9 gelangt das Drucköl über die Ölzuführungsbohrung 16 im Steuerkolben 11, die Ölübertrittsbohrungen 20 und 17 in der Steuerhülse 10 bzw* dem Rohr 8 in die Arbeitskammer 26» Durch die Bewegung des Rohres 8 nach < hinten wird die Ölübertrittsbohrung 19 in der Steuerhülse 10 freigegeben und das drucklose Öl der Arbeitskammer 25 gelangt über die Ölrücklaufbohrung 22 und die Bohrung 23 durch die Bewegung des Kolbens 2 zur Ölversorgungsanlage zurück«

Der Soll-Ist-Vergleich wird bei der Ausführung nach Fig„ :

in der gleichen Weise wie nach Pig· 1 beschrieben realisierte

Claims

'Erfindungsanspruch

Verstellpropelleranlage mit Nachfolge-Steuereinrichtung für hydraulische Servo-Motoren mit Soll-Ist-Vergleich, bei denen der Arbeitskolben der einen Arbeitskammer eine Bin~ heit mit dem Zylinder der anderen Arbeitskammer bildet und gemeinsam eine Hubbewegung ausführt, gekennzeichnet dadurch, daß in dem feststehenden Kolben (6) des Servomotors eine aus 3 ineinandergeführten· Steuerelementen (8; 10; 11) bestehende Steuereinrichtung untergebracht ist, wobei das äußere und innere Steuerelement (8; 11) fest miteinander γ/irkungsverbunden sind und daß diese gegenüber dem 3« Steu~ erelement (10) axial beweglich sind und daß das mit dem im feststehenden Kolben (6) befindende Ölzuführungsrohr (9) nicht gekoppelte Element (8; 11) bzw* (10) kinematisch mit dem beweglichen Kolben (2) wirkungsverbunden ist und daß die Ölzuführungsbohrung (16) durch Bohrungen (17 "bzw· 20; 21 j 24) mit den Arbeitskammern (25; 26) wechselseitig und diese mit der Ölrücklaufbohrung (22; 23) über die Bohrungen (18; 17; 19) verbunden sind und daß eine axiale Spielbewe« gung zwischen den Steuerelementen (8; 11) und (10) vorhanden ist.

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