DE1428044A1

DE1428044A1 - Servo motor for the blade adjustment in axial fan wheels

Info

Publication number: DE1428044A1
Application number: DE19641428044
Authority: DE
Inventors: Otto Grohrock
Original assignee: Kuehnle Kopp and Kausch AG
Current assignee: Howden Turbo GmbH
Priority date: 1964-10-01
Filing date: 1964-10-01
Publication date: 1968-11-28
Also published as: DE1428044B2

Description

Servomotor für die Schaufelverstellung bei Axialgebläselaufrädern B e s o h r e i b u n g Die Erfindung betrifft einen Servomotor für die Verstellung der Laufschaufeln von Axialgebläsen. Servo motor for adjusting the blades in axial fan impellers B esohreibung The invention relates to a servo motor for adjusting the blades of axial fans.

Die Verstellung der Schaufeln der Laufräder macht natur-gemäß Schwierigkeiten, da die Verstellenergie von außen in das umlaufende Laufrad eingeleitet werden muß. Man hat daher für die Verstellung schon die verschiedensten Energiearten benutzt bzw. in Erwägung gezogen, wie z. H. die elektrische, pneumatische und hydraulische. Es ist auch schon bekannt, die mechanische Energie des umlaufenden Gebläserotore selbst zu benutzen.The adjustment of the blades of the impellers makes natural accordance with difficulties since the adjusting energy has to be introduced from the outside in the rotating impeller. A wide variety of types of energy have therefore already been used or considered for the adjustment, such as. H. the electric, pneumatic and hydraulic. It is also already known to use the mechanical energy of the rotating fan rotor itself.

Bei vielen dieser Servomotoren für die Laufschaufelverstellung von axialen Strömungsmaschinen wird die mecha-nische Verstellenergie dadurch auf die einzelnen radial stehenden Schaufeln übertragen, daß eine zentrale axial bewegliche Verstellscheibe durch eine zentral angeordne-te, mit der Welle umlaufende Gewindespindel verstellt wird.In many of these servo motors for the blade adjustment of axial flow machines is thereby transferred to mechanical adjusting energy to the individual radial vanes that a central axially movable adjusting plate centrally angeordne- te by a, is moved with the shaft rotating threaded spindle.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen solchen Servomotor, bei dem die Verstellenergie aus der Drehbewegung des Läufers entnommen wird und über eine zentrale, mit dem aizf r ad umlaufende Gewindespindel auf die axial be- weglice Verstellscheibe übertragen wird. Der Servomotor s;.ach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß kon- :%,@@atrisc:i@ za.r Laufradachse zwei geeneinandar gerichtete 'Ke ;elrc;24.der Ti t einen oder mehreren symmetrisch relativ Lurä lau4'rad feststehenden Pla,@ietenkegel.räder n angeordnet bei.c, en sind, wobei jedes dieser@Ke@;elr ,der eine Reibfläche zum Abbrerr:ssn durch eine feststehende Gegenfläche besitzt, :rd daß eines der :konzentrischem Kegelräder Fait der Gew-niespin,uel ;oder deren Mutter) fe.s t verbunden, das and.l-re dagegen auf der Laufradwelle drehbar angebracht ist. Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindiuig. 1 ist ;die Laufradwelle des Axialgebläses, auf' der das Laufrad angebracnU ist, von dem die Scheibe 2 angedeutet ist. A.r@ dieser Scheibe sind Stifte 3 achsparallel angebracht, die als Verdrehsicherung und: axiale Gleitführung der Verstellscheibe 4 dienen. In die Umfangsnut 5 der Verstell -scheIbe greifen die Gleitzapfen der im Bild nicht dargestellten Verstellhebel der einzelnen Drehschaufeln ein. The present invention relates to such a servomotor in which the adjustment energy is taken from the rotary movement of the rotor and via a central, with the aizf wheel rotating threaded spindle on the axially weglice adjusting disk is transmitted. The servo motor s; .according to the invention is characterized in that con- :%, @@ atrisc: i @ za.r Impeller axis two mutually aligned 'Ke;elrc; 24. der Ti t one or more symmetrical relative Lurä lau4'rad fixed Pla, @ ietenkegel.räder n arranged bei.c, en are, where each of these @ Ke @; elr, which is a friction surface for Abbrerr: ssn has a fixed counter surface,: rd that one of the: concentric bevel gears Fait the threaded pin, uel; or its nut) firmly connected, the other left, on the other hand, is rotatably mounted on the impeller shaft. The figure shows an embodiment of the invention. 1 is; the impeller shaft of the axial fan, on which the impeller is attached, of which the disc 2 is indicated. Ar @ this disk, pins 3 are attached axially parallel, which serve as a rotation lock and: axial sliding of the adjusting disk 4. In the circumferential groove 5 of the adjusting disk, the guide pins of the adjusting levers, not shown in the figure, of the individual rotary blades engage.

Die Verstellscheibe 4 gleitet ferner mit dem hohlzylindrischen Ansatz 6 auf der ebenfalls Verlängerung 7 der Welle 1, Um den Scheibenansatz 6 herum ist der als Verstellantrieb dienende Servomotor gelagert, dessen Gehäuseteile 8 und 9 nicht mit umlaufen und durch die Stange 10 sowohl gegen Verdrehung gesichert als auch im Sinne der zu erreichenden Verstellung der Scheibe 4 in axialer Richtung verschiebbar sind. In dem Gehäuse 9 sowie dem Ansatz 6 der Verstellscheibe 4 ist die Verstellspindel 11 relativ zu diesen verdrehbar gelagert. Auf dieser Spindel sitzt das Kegelrad 12, das durch die Feder 13 gegen Verdrehung relativ zu ihr gesichert ist. Das Kegelrad 12 trägt außen einen Reibring 14, der mit seiner kegeligen Reibfläche an der Gegenfläche im Gehäuse 9, gegen das im Beharrungszustand eine Relativbewegung beateht, abgebremst werden kann. Mit der Verzahnung diesem Kegelrad entgegengerichtet steht das Kegelrad 15, das durch Kugellager auf dem Ansatz 6 der Verstellscheibe relativ zu diesem drehbar angebracht ist. Dieses trägt einen Reibring 16, dessen kegelige Reibfläche an der Gegenfläche im Gehäuse 8 des Servomotors zum Eingreifen kommen kann. Zwischen den beiden gegeneinander gerichteten Verzahnungen der Kegelräder 12 und 15 sitzen ein oder mehrere kegelige Planetenräder 17, die in einem Ring 18 gelagert sind, der durch eine Feder 19 mit dem Ansatz 6 der Verstellscheibe 4 verdrehungssicher verbunden ist.The adjusting disk 4 also slides with the hollow cylindrical extension 6 on the likewise Extension 7 of the shaft 1, the servomotor serving as an adjustment drive is mounted around the disk attachment 6, the housing parts 8 and 9 of which do not rotate and are secured against rotation by the rod 10 as well as in the sense of the adjustment of the disk 4 in the axial direction are movable. In the housing 9 and the extension 6 of the adjusting disk 4, the adjusting spindle 11 is rotatably mounted relative to the latter. The bevel gear 12, which is secured against rotation relative to it by the spring 13, sits on this spindle. The bevel gear 12 carries a friction ring 14 on the outside, which can be braked with its conical friction surface on the mating surface in the housing 9, against which a relative movement in the steady state is prevented. With the teeth facing this bevel gear is the bevel gear 15, which is rotatably mounted by ball bearings on the shoulder 6 of the adjusting disk relative to this. This carries a friction ring 16, the conical friction surface of which can come into engagement with the mating surface in the housing 8 of the servomotor. Between the two oppositely directed toothings of the bevel gears 12 and 15 sit one or more conical planetary gears 17, which are mounted in a ring 18, which is connected by a spring 19 to the shoulder 6 of the adjusting disk 4 so that it cannot rotate.

Die Wirkungsweise dieses mechanischen Verstellmotors ist folgender Die Laufradwelle 1 des Axialgebläses dreht sich in dem eingezeichneten Drehsinn. Irn Beharrungszustand, d. h., wenn kein regelnder Eingriff erfolgt, sind die Reibkegel 14 und 16 außer Eingriff mit den Gegenflächen der Gehäuseteile 8 und 9. Die Kegel dieser Flächen sind entgegengesetzt gerichtet, und zwischen den zugehörigen Flächen@befindet sich jeweils ein schmaler Spalt. Bei einem Regeleingriff wird die Verstellatange 10 in axialer Rich-tung bewegt. Diese Bewegung erfolgt beispielsweise in Richtung des eingezeichneten Pfeiles, d. h. nach rechts. Dann kommt der Reibring 16 auf dem Kegelrad 15 mit derb sich nicht mitdrehenden Gehäuse 8 in Eingriff und wird abgebremst. Dadurch dreht eich das Kegelrad 15 relativ zu der Laufradwelle im Sinne des eingezeichneten Pfeiles, d. h. bei Betrachtung vom Servomo tor auf das Laufrad entgegengesetzt dem Uhrzeigersinnc b Über das Planetenrad 1' wird dementsprechend das Kegelrad, 12 relativ zu dem Za@afrad im entgegengesetzten Sinne gedreht, wie durch den eing zeichneten Pfeil angedeutet wirdƒ Die Spindel 11 des Kegel- rades 12 wird mi tgedreht 9 und faber das Ddxsgewinde 20 mit der Mutter 219 die am Wellenzapfen 7 fest veraler t ist, wird die Verstellacheibe 4 nach rechts betareg t g da diese über den ea,tz 6- und das Asiallager 22 in axialer Rich- tung mit der Spinde. 11 fest verbzxnden ist. Der umgekehrte Vorgang läuft ab, wenn die Regelstange 10 in umgekehrter Richtung betätigt wird.. Bei. denn zJeweiligen W1 aufvorgang der Reibkogel mit ihren Gegenflächen erfolgt die Bewegung. s o, daß die Reibfläche auf dem Kegelrad von der Gegenfläche im feststehenden Gehäuse wegläuft, d. h.9 die umlaufenden Teile in dem Servomotor folgen zusaimnen mit der Vers tellsoheibe 4 genau, der axialen Bewegung der Regelstange 10. Die hierfür erforderliche .ergie, die, insbesondere bedingt durch die Verstellkräfte an. den. Dreh- schaufeln, relativ groß ist, wird durch die Drehbeweguang des Laufrades aufgebracht. lm Verhältnis zu der Antriebs- leistung des Gebläselaufrades ist natürlich die Vers tell- leistung relativ klein, so daß von. ersterer kein, nennens- werter Betrag verlorengeht. Die Zeichnang stellt ein Ausführungsheispiel dar. Be sind natürlich konstruktive Änderungen im Ren der Erfindungs- merkmale möglich. Zweckmäßig werden - wie i.n der Zeichnung dargestellt - konische Reibflächen zum Abbremsen der Kegel- räder im Gehäuse verwendet. Durch Änderung der Neigung dieser Reibflächen und des Spaltes zwischen den feststehenden und umlaufenden Flächen kann das Ansprechen und das Folgeverhalten des Servomotors weitgehend verändert werden.The mode of operation of this mechanical adjusting motor is as follows: The impeller shaft 1 of the axial fan rotates in the direction of rotation shown. In the steady state, ie when there is no regulating intervention, the friction cones 14 and 16 are out of engagement with the mating surfaces of the housing parts 8 and 9. The cones of these surfaces are directed in opposite directions, and there is a narrow gap between the associated surfaces @. In the event of a control intervention, the adjustment rod 10 is moved in the axial direction. This movement takes place, for example, in the direction of the arrow shown, ie to the right. Then the friction ring 16 comes into engagement on the bevel gear 15 with the rough non-rotating housing 8 and is braked. As a result, the bevel gear 15 rotates relatively to the impeller shaft in the direction of the arrow, ie when looking at the servomotor on the impeller counterclockwise c b Via the planet gear 1 ' accordingly, the bevel gear 12 is relative to the Za @ afrad rotated in the opposite sense, as by the in indicated arrow ƒ The spindle 11 of the conical wheel 12 is rotated with 9 and the Ddxs thread 20 with the nut 219 which is fixed to the shaft journal 7, the Verstellacheibe 4 is betareg tg to the right because this over the ea, tz 6- and the Asiallager 22 in the axial direction with the lockers. 11 is firmly connected. The reverse process occurs when the Regelst ang e 10 is operated in the opposite direction .. At. because z each W1 open process of the Reibkogel with its mating surfaces takes place the movement. so that the friction surface on the bevel gear of the opposite surface runs away in the fixed housing, ie 9 the rotating parts in the servomotor follow together with the verse tellsoheibe 4 exactly, the axial movement of the Control rod 10. The energy required for this, in particular due to the adjustment forces. the. Turning shoveling, is relatively large, is made by the Drehbeweguang applied to the impeller. In relation to the drive performance of the fan impeller is of course the adjustment performance relatively small, so that of. the former no, notably valuable amount is lost. The drawing shows an exemplary embodiment. Be of course constructive changes in the ren of the invention features possible. Be appropriate - as in the drawing shown - conical friction surfaces for braking the cone wheels used in the housing. By changing the inclination of these friction surfaces and the gap between the stationary and rotating surfaces, the response and the follow-up behavior of the servomotor can be largely changed.

Anstelle des mechanischen Eingriffs zwischen den Kegelrädern 12 und 115 und dem feststehenden Gehäuse durch Reibflächen kann ein Abbremsen der Relativbewegung zwischen diesen ereilen durch Wirbelstrom erfolgen. Es sind dann erfindungsgemäß im Gehäuse 8/9 Elektromagnete angeordnet, die durch Wirbelstrombildung bei. Einshaltung wechselweise eines der beiden Kegelräder abbremsen.Instead of the mechanical engagement between the bevel gears 12 and 115 and the stationary housing by friction surfaces can slow down the relative movement between these overturns are carried out by eddy currents. There are then according to the invention 8/9 electromagnets arranged in the housing, caused by the formation of eddy currents. Compliance alternately brake one of the two bevel gears.

Die Drehgeschwindigkeit der Gewindespindel 11 ist bei der beschriebenen Anordnung relativ hoch. Es kann unter Umständen erwünscht $ein, mit Rücksicht auf die geforderten Regeleigenschaften diese Drehgeschwindigkeit herabzusetzen. Es wurde nun gefunden, daß bei dem erfindungsgemäßen Servomotor eine vorteilhafte Möglichkeit zur Herabsetzung der Veratellbeschwindigkeit darin besteht, daß zwischen dem antreibenden Kegelrad 12 und der Gewindespindel 11 ein ins Langsame übersetzendes Getriebe konzentrischer Bauart angeordnet wird. Solche Getriebe werden mit hoher Übersetzung vor allem auch ins langsame serienmäßig gebaut. Sie fügen sich sehr vorteilhaft in die konzentrische Bauart des Servomotor§kin und ermöglichen es, eine fast beliebige Übersetzung der relativ schnellen Drehbewegung des Kegelrades 12 in die Verstellbewegung der Gewindespindel 11 herbeizuführen. Die Erfindung schafft einen Servomotor für die Schaufelverstellung bei Axialgeblä,selaufrädern, der keinerlei von außen zugeleitete Energie benötigt. Dabei ist die Konstruktion des mechanisch wirkenden Servomotors so ausgeführt, daß alle Teile zentral zu der Laufradachse angeordnet sind, unddaß außerhalb der Achse umlaufende größere Massen vermieden sind. Die Hauptelemente des Servomotors, nämlich die Kegelräder 12 und 15, werden direkt einerseits von dem Verstellgehäuse durch Abbremsen betätigt. Andererseits sitzt das Hauptkegelrad 12 direkt auf der Gewindespindel für die axiale Verstellbewegung. Es ergibt sich somit eine sehr einfache betriebssichere Verstellvorrichtung, die auch bei hohen Umdrehungszahlen des Gebläselaufrades betriebssicher arbeitet.The speed of rotation of the threaded spindle 11 is described above Arrangement relatively high. It may be desirable with respect to $ a the required control properties reduce this rotational speed. It was now found that an advantageous possibility in the servo motor according to the invention to reduce the Veratellbesch SPEED is that between the driving Bevel gear 12 and the threaded spindle 11 a concentric gear that translates into slow speed Type is arranged. Such transmissions are especially high geared built in series in the slow. They fit very well into the concentric Design of the servomotor§kin and enable almost any translation of the relatively rapid rotary movement of the bevel gear 12 in the adjustment movement of the threaded spindle 11 bring about. The invention provides a servo motor for Blade adjustment with axial fan impellers, which is not fed in from the outside Energy needed. This is the construction of the mechanically acting servo motor designed so that all parts are arranged centrally to the impeller axis, and that larger masses rotating outside the axis are avoided. The main elements of the servo motor, namely the bevel gears 12 and 15, are on the one hand directly from the adjustment housing actuated by braking. On the other hand, the main bevel gear sits 12 directly on the threaded spindle for the axial adjustment movement. It surrenders thus a very simple, reliable adjustment device that works even at high The number of revolutions of the fan impeller works reliably.

Claims

Patent requirements Servo motor for blade adjustment in axial fan impellers in which the adjustment energy from the rotary movement of the rotor is taken and via a central, with the impeller rotating threaded spindle on the axial movable adjusting disk is transmitted, thereby indicates that two concentric to the impeller axis Counter-aligned bevel gears (12, 15) with an or several planetary cone bearings that are fixed relative to the impeller wheels (17) are arranged, the two bevel gears (12, 15) each have a friction surface for braking by means of a fixed have standing opposing surface, and that one of the concentric rule bevel gears with the threaded spindle (11) or their The mother firmly connected, the other on the other hand ra, dwelle is rotatably mounted.

2. Servo motor according to Ans jerk 1, characterized in that (129153 the bevel gears / oppositely directed co-

have niche friction surfaces (14, 16), and that the Braking serving conical mating surfaces in a housing (8, 9) are attached, which is not rotatably mounted and through the adjusting rod (10) in the axial direction is moved. 3. Servomotor according to claim 1, characterized in that facing the bevel gears sheet metal magnets in the housings are arranged, which alternate due to eddy currents selectively brake one of the two bevel gears. 4. Servomotor according to claim 1 - 4, characterized in that that between the driving bevel gear (12) and the gear winch spindle (11) is a slow step-up gear is arranged concentric design.