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Einrichtung zur Verstellung der Laufradschaufeln von Pumpen, Turbinen
u. dgl. Bei regelbaren Propellerpumpen und -turbinen erfolgt die Verstellung der
Laufradschaufeln dadurch, daß auf den Schaufelwurzeln je ein Hebel angebracht ist,
dessen freies Ende über einen Kulissenstein durch eine in Richtung der Pumpenachse
verschiebbare Kulisse oder über eine Zwischengelenkstange durch einen in Richtung
der Pumpenachse verschiebbaren Verstellteller bewegt wird. Die axiale Verschiebung
der Kulisse bzw. des Verstelltellers wird durch einen Gewindetrieb, der ein Paralleltrieb
ist, erzeugt, indem entweder die innerhalb der hohlgebohrten Pumpenwelle befindliche
Verstellwelle entsprechend langsam (etwa 5 bis 10 U/min) relativ zur Pumpenwelle
gedreht wird, wobei sich die Spindel und die Mutter im Laufrad befinden, oder die
Spindel und die Mutter sind in der Kupplung (zwischen Pumpe und Motor) angeordnet,
und die Verstellwelle dreht sich relativ zur Pumpenwelle nicht, sondern ist fest
mit der Kulisse bzw. dem Verstellteller verbunden und wird axial bewegt. Die axiale
Bewegung der Verstellwelle kann auch durch Verschiebung einer unterhalb der Kupplung
befindlichen Gleitmuffe erzeugt werden. Da die Verstellkräfte, insbesondere bei
größeren Maschinen, recht erheblich werden können, erfordern diese Konstruktionen
sehr kräftige Verstellstangen.
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Die Drehung der Verstellwelle relativ zur Pumpenwelle bzw. die Drehung
der Mutter in der Kupplung wird entweder von außen durch ein Differentialgetriebe
in die rotierenden Teile der Pumpe eingeleitet oder durch einen in die Kupplung
eingebauten Elektromotor, der mit der Pumpe umläuft, bewirkt. Für die zweite Ausführung
ergibt sich die Forderung, in die Kupplung ein Untersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis
in der Größenordnung von etwa 1:100 bis 1:300 einzubauen. Außerdem müssen außen
an der Kupplung Schleifringe mit großem Durchmesser angebracht werden.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Sie besteht
bei einer Einrichtung zur Verstellung der Laufradschaufeln von Pumpen, Turbinen
u. dgl., vorzugsweise unter Verwendung eines Verstellmotors, darin, daß zur Umsetzung
der durch den Verstellmotor erzeugten oder in anderer Weise eingeleiteten Drehbewegung
in eine hin- und. hergehende Bewegung zur Verstellung der Schaufeln ein Differentialgewindetrieb
verwendet wird, bei dem dieSpindel und die Mutter relativ zum Laufrad bzw. zur Laufradwelle
im gleichen Drehsinn mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht werden. Der vorgesehene-
Differentialgewindetrieb ist sehr einfach und besitzt kleine Abmessungen, so daß
er in das Laufrad eingebaut werden kann. Die Verstellwelle braucht nur das Drehmoment
des Verstellmoto-rs zu übertragen. Da sie infolgedessen einen kleinen Durchmesser
hat, erhält auch die für sie erforderliche Bohrung der Pumpenwelle einen kleinen
Durchmesser. Mit diesem Durchmesser können die Wellen handelsüblicher Elektromotoren
oder die Radwelle eines zwischengeschalteten Untersetzungsgetriebes gebohrt werden,
ohne eine nennenswerte Schwächung zu erfahren. Daraus ergibt sich die Möglichkeit,
den Verstellmötor direkt auf das freie Wellenende des Antriebsmotors bzw. Getriebes
zu setzen, so daß der Verstellmotor mit umläuft. Die Schleifringe für die Stromzufuhr
zum Verstellmotor sowie zur Fernübertragung der Schaufelstellung können am Ende
des Verstellmotors angeordnet werden und so einen beliebig kleinen Durchmesser erhalten.
Weiterhin wird bei vertikaler Anordnung der Pumpe die erforderliche höchste Kranhakenstellung
niedriger, da ein unterhalb der Kupplung angeordnetes Differentialgetriebe entfällt
und die oben auf dem Motor aufgebauten Teile ohne Kran auf- und abgebaut werden
können.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung bei
einer - "vertikalen Propellerpumpe dargestellt. Es zeigt Fig.1 einen Längsschnitt
durch eine Verstelleinrichtung, bei welcher der Differentialgewindetrieb im Laufrad
angeordnet ist,' Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Verstelleinrichtung, bei welcher
der Differentialgewindetrieb in der Pumpenwelle angeordnet ist, und Fig. 3 a und
3 b je einen Längsschnitt durch eine Verstelleinrichtung, bei = tuelcher der Differentialgewindetrieb
teils
außerhalb des Laufrades und teils im Laufrad angeordnet ist.
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Die vertikal angeordnete Pumpe besitzt am unteren Ende das Laufrad
1, das in dem Laufradgehäuse 2 gelagert ist. Das Laufrad 1 ist mit Schaufein 3 versehen,
deren Wurzeln 4 am Ende mit Kulissensteinen 5 verbunden sind, die in eine axial
zur Pumpenwelle 6 verschiebbare, sich mit ihr drehende Kulisse 7 eingreifen. Durch
axiale Verschiebung der Kulisse 7 in der einen oder anderen Richtung mittels der
Verstelleinrichtung werden die Schaufeln 3 in der einen oder anderen Richtung verstellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Kulisse 7 über ein
Kugellager 8 an die Verstellmutter 9 des Differentialgetriebes angeschlossen. Sie
erhält ihre Drehung von dem durch die Pumpenwelle 6 gedrehtenLaufrad 1 durch axialeLeisten
10 desselben, die in axiale Nuten 11 der Kulissen 7 eingreifen. Der Differentialgewindetrieb.
besteht weiter aus der Verstellspindel 12, auf der die Verstellmutter 9 mittels
Gewinde verschiebbar ist und die am oberen Ende mit der Verstellwelle 13 so verbunden
ist, daß sich beide gemeinsam drehen können, und einer Vorgelegewelle 14. Auf der
Verstellspindel 12 ist ein Zahnrad 15 befestigt, das mit einem auf dem einen Ende
der Vorgelegewelle 14 sitzenden Zahnrad 16 kämmt. Am anderen Ende der Vorgelegewelle
ist ein Zahnrad 17 fest angebracht, das in eine Verzahnung 18 der Verstellmutter
9 eingreift. Die Verstellwelle 13 ist durch die hohl gebohrte Pumpenwelle 6 zum
Verstellmotor (nicht dargestellt) geführt, der am freien Wellenende des Antriebsmotors
(ebenfalls nicht dargestellt) angeflanscht ist. Die Schleifringe für die Stromzufuhr
zum Verstellmotor sowie zur Fernübertragung der Schaufelstellung können am Ende
des Verstellmotors angeordnet werden.
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Wählt man die Zähnezahlen der Zahnräder 15, 16, 17, 18 mit 14 -15
- 16 - 15 und treibt die Verstellwelle 13 bzw. die Verstellspindel 12 durch den
Verstellmotor mit 1400 U/min an dann erhält die sich in gleicher Richtung wie die
Verstellspindel drehende Verstellmutter 9 die Drehzahl
Dadurch verschiebt sich die Verstellmutter auf der Verstellspindel je Minute axial
um den Weg, den sie machen würde, wenn sie bei feststehender Verstellspindel 12
mit 6 U/min gedreht würde. Die axiale Verschiebung der Verstellmutter 9 verschiebt
die Kulisse 7 und verstellt die Schaufeln 3.
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In Fig. 2 ist der Differentialgewindetrieb oberhalb des Laufrades
1 in die Pumpenwelle 6 eingebaut. Die Kulisse 7 ist hier über ein Wälzlager 19 an
die Verstellspindel 12 angeschlossen und erhält ihre Drehung von der Pumpenwelle
durch an ihr angebrachte axiale Leisten 20, die in axiale Nuten 21 der Pumpenwelle
6 eingreifen. Die Verstellspindel 12 ist am oberen Ende in die hier hohle Verstellwelle
13 ein. Stück eingeführt und greift mit einem Keil 22 in eine Mut 23 der Verstellwelle
ein, so daß sich beide gemeinsam drehen und dabei gegeneinander verschieben können.
Am unteren Ende der Verstellwelle 13 ist ein Zahnrad 24 befestigt, das mit dem Zahnrad
16 der Vorgelegewelle 14 kämmt. Das andere Zahnrad 17 der Vorgelegewelle ist mit
der Verzahnung 18 der Verstellmutter 9 im Eingriff. Der Antrieb der Verstellwelle
durch den Verstellmotor erfolgt in derselben Weise wie in Fig.1.
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Wird die Anzahl der Zähne der Zahnräder 24, 16, 17, 18 mit 14 - 15
- 16 - 15 gewählt und die Verstellwelle 13 bzw. die Verstellspindel 12 durch den
Verstellmotor mit 1400 U/min angetrieben, dann erhält die Verstellmutter 9 die Drehzahl
Dadurch verschiebt sich die Verstellspinde112 in der hier nicht verschiebbaren Verstellmutter
je Minute axial um den Weg, den sie machen würde, wenn sie bei feststehender Verstellmutter
9 mit 6 U/min gedreht würde. Die axiale Verschiebung der Verstellspindel 12 verschiebt
die Kulisse 7 und verstellt die Schaufeln 3.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 a und 3 b ist der Differentialgewindetrieb
in ein Zahngetriebe und einen Gewindetrieb aufgeteilt. Das Zahngetriebe ist auf
die Motorwelle 25 an ihrem oberen Ende aufgebaut, und der Gewindetrieb ist im Laufrad
1 untergebracht. Der Verstellmotor 26 ist auf das Zahngetriebegehäuse 35 aufgesetzt
und treibt die Verstellwelle 13 an. Die Kulisse 7 ist wie in Fig. 1 über ein Kugellager
8 an die Verstellmutter 9 angeschlossen und erhält ihre Drehung wie in Fig. 2. Die
Verstellmutter 9 ist mit einem Rohr 27 fest verbunden, das die Verstellwelle 13
frei umgibt und mit dieser durch die hohle Pumpenwelle 6 und hohle Motorwelle 25
zu dem auf die Motorwelle aufgebauten Zahngetriebe des Differentialgewindetriebes
geführt ist.
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Das freie Ende des Rohres 27 ist als Hülse 28 ausgebildet und mit
einer Verzahnung 29 versehen. Die Verzahnung 29 kämmt mit dem einen Zahnrad 17 der
Vorgelegewelle 14, deren anderes Zahnrad 16 mit dem auf der Verstellwelle 13 befestigten
Zahnrad 24 im Eingriff steht.
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Wählt man die Anzahl der Zähne der Zahnräder 24, 16, 17, 29 mit 14
- 15 - 16 - 15 und treibt die Verstellwelle 13 bzw. die Verstellspindel
12 durch den Verstellmotor 26 mit 1400 U/min an, dann erhält die Verstellmutter
9 die Drehzahl
Dadurch verschiebt sich die Verstellmutter auf der Verstellspindel je Minute um
den Weg, den sie machen würde, wenn sie bei feststehender Verstellspindel
12 mit 6 U/min gedreht würde. Die axiale Verschiebung der Verstellmutter
9 verschiebt die Kulisse 7 und verstellt die Schaufeln 3.
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Um die Stellung der Schaufeln nach außen, erkennbar zu machen, kann
bei diesem Ausführungsbeispiel eine mechanische Anzeigevorrichtung angewendet werden.
Zu diesem Zweck ist mit der Hülse 28 über ein Kugellager 30 eine weitere Hülse 31
verbunden, an der eine durch das Zahngetriebegehäuse 35 nach außen geführte Anzeigevorrichtung
mit Zeiger 32 befestigt ist. Der Zeiger 32 zeigt bei der Verschiebung der Hülse
31, die sich mit der Hülse 28 verschiebt, die Stellung der Schaufeln 3 an einer
Skala 33 an.
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Die Zuführung des Stromes zum Verstellmotor 26 erfolgt durch Schleifringe
34, die außen am Zahngetriebegehäuse 35 angebracht sind.
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An Stelle des normalen Gewindes zwischen Verstellspindel 12 und Verstellmutter
9 kann auch ein Kugelschraubengewinde angewendet werden, um die Reibungsverluste
herabzumindern.
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Wenn die Pumpe nicht direkt mit dem Antriebsmotor gekuppelt ist, sondern
einen Getriebeantrieb besitzt, dann wird der Verstellmotor an das herausgeführte
zweite Ende der Antriebswelle angeflanscht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 ist in dem
Fall der Zahntrieb des Differentialgewindetriebes auf
diese Antriebswelle aufgebaut.