DE1556509A1

DE1556509A1 - Propellerrad mit verstellbaren Laufschaufeln

Info

Publication number: DE1556509A1
Application number: DE19681556509
Authority: DE
Inventors: Hedberg Olof Johan Gerhard; Kjell Haglund
Original assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Karlstads Mekaniska Werkstad AB
Current assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1967-03-22
Filing date: 1968-01-04
Publication date: 1970-01-29
Also published as: FI45736B; GB1213586A; CH461297A; DE1556509B2; FR1553220A; NL6800566A; US3501251A; NO120011B; ES349282A1; JPS5217958B1; FI45736C

Description

DXPL.-ING. KLAlTS ΠΕΗΝ Dr. ING. ERNST MAZER Dipj>PHYS. HonPRT Mi nzhüber

PATENTANWALT PATEXTANWXl.TE

8 M ti N C II E N 2 2 8 MÜNCHEN 32 ^B ^_ENMAy_Ehsth. ö

. B · TELEFON 132 83 80, SO 01 OZ

A 55167 den 22. Oktober I969

B/MM

Aktenzeichen: P 15 56 509.0

Anmelder : Aktiebolaget Karlstads Mekaniska Werkstad

BESCHREIBUNG

Propellerrad mit verstellbaren Laufschaufeln

Die Erfindung betrifft ein Propellerrad mit verstell-, baren LaufschaufeIn, die drehbar in einer Laufradnabe eingesetzt sind, welche an der Propellerwelle befestigt ist, bei welchem die für die Laufradschaufelverstellung erforderlichen Kräfte von einem in die Laufradnabe eingebauten hyraulischen Kolbenstellmotor erzeugt werden, der mit einem als starre Einheit aus zwei Kolbeneinheiten bestehenden Doppelkolben versehen ist, der axial gegenüber zwei getrennten Zylindereinheiten bewegbar ist, welche sich beiderseits in axialer Verlängerung an den Doppelkolben anschliessen und in. der Lauf-

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UiI αίΠ3.ΠβΠ ίΑΠ. 7 _:i ^ Abs. 2 Nr 1 Qy.7 °> -n ; *.n J*:runor,gss. v. 4* 9.

radnabe fest angeordnet sind, wobei die Zjiindereinheiten zusammen mit den Kolbeneinheiten zwei Arbeitskammern für das den Doppelkolben tim zwei Seiten beaufschlagende Druckmittel bilden, und wobei der Mittelteil des Doppelkolbens, quer zu seiner Achsrichtung gesehen, mit Kraftiibertragungslagern für Kupplungselemente versehen 1st, welche die Bewegung des Doppelkol.bens auf die Laufschaufeln übertragen.

Propellerräder mit verstellbaren Laufschaufeln bekannter Art sind insofern empfindlich, als die von den Laufschaufeln übertragene Last nicht immer gleichmäßig auf den Kolben des Stellmotors verteilt ist. Bei asymmetrischer Belastung be- Riel.' ;ie Gefahr, daß der Stellmotorko ben sich In den Zylindern /erkantet und festsetzt und somit iie Laufschaufeln blockiert. Um sie zuverlässig arbeiten zu lassen, müssen ihre '!V :.e sent' präzise gefertigt sein, und es müssen für das f:;Lr^n und Abdichten der Kolben in der. Zylindern und für ü\.a Führung der Kraftübertragungsglieder zwischen den Stell- ;;oLbi»n und den Lauf schaufeln stabil bemessene Elemente vor- _;:-:.-3eh*n sein. Die bekannten Naben sind im Verhältnis zum Uvifergesamtgewicht sehr schwer, und es ist ihre Länge in axialer Richtung im Verhältnis zu der für die Befestigung der Laufschaufeln benötigten Länge beträchtlich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Propellerrad der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Führung des hyraullschen Stellmotorkolbens so ausgebildet ist, daß eine Blockierung des Stellmotors vermieden wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbeneinheit des Doppelkolbens in der zugehörigen Zylindereinheit in axialer Richtung gleitbar angeordnet ist und daß die andere Kolbeneinheit des Doppelkolbens rohrförmig ausgebildet und aussen auf der zugehörigen Zylindereinheit gleitbar ist.

Der als Kolbeneinheit bezeichnete Teil ist unter Einwirkung eines hyraullschen Druckmediums gegenüber der Laufradnabe bewegbar, wobei es belanglos ist, ob diese Kolbeneinheit nun eine innere oder äußere Zylinderfläche aufweist, mit welcher sie an der Zylinderfläche der zugehörigen Zylindereinheit gleitet. Mit Zylindereinheit ist der mit der Kolbeneinheit zusammenwirkende, in der Laufradnabe feststehende Teil bezeichnet, der mit der Kolbeneinheit zusammen die Arbeitskammer für das Druckmedium bildet, welches die Kolbeneinhöit verschiebt, unabhängig davon, ob die Zylindereinheit innere oder äußere Zyltiderwände aufweist, auf denen die Kolbeneinheit gleitet.

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Vorzugsweise sind die Dichtungen zwischen den Zylindereinheiten und den Kolbeneinheiten in den inneren zylindrischen Konkavflächen angeordnet, wobei die gegenüber-liegenden äußeren zylindrischen Konvexflächen als glatte PUhrungs- und Dichtflächen ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausbildung des Propellerrades sind die Dichtungen und die PUhrungs- und Dichtflächen zwischen den Kolbeneinheiten und den Zylindereinheiten zuverlässig und einfach herzustellen.

Zweckmäßig liegt die äußere PUhrungs- und Dichtfläche der einen Kolbeneinheit dea Doppelkolbens in der gleichen Zylinderebene wie die äußere PUhrungs- und Dichtfläche der * Zylindereinheit, die mit der anderen Kolbeneinheit zusammenwirkt. Hierdurch wird jegliche Pumpwirkung verhindert, wenn der Doppelkolben in der Aushöhlung in der Laufradnabe verschoben wird.

Der Mittelabschnitt des Doppelkolbens kann, quer zu seiner Achsrichtung gesehen, mit im wesentlichen radial abstehenden Armen versehen sein, in welchen die die Stellkraft übertragenden Lageflachen vorgesehen sind. Hierdurch kann die Länge der Laufradnabe klein gehalten werden.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

eine

Pig. I einen Längsschnitt durch/die Erfindung enthaltende Propellernabe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Nabe nach Figur 1 entlang der Linie A-A und

Fig. 2

und schematisch angedeutete Abwandlungen des Fig. 4 hyraulischen Kolben-Stellmotors in der Laufradnabe mit seinen zwei Zylindern und der zugehörigen Doppelkolbeneinheit.

Im folgenden werden überwiegend nur die Teile des Laufrades beschrieben, die für die Erfindung von besonderer Bedeutung sind. Die Erfindung wird in Verbindung mit einer bekannten Befestigungs- und Drehanordnung für Laufschaufeln in der Laufradnabe und einer bekannten Kulissensteinübertragung beschrieben, mit deren Hilfe die Kraft des Kolbens des hydraulischen .Stellmotors, der in Längsrichtung des Laufrades bewegbar ist, übertragen wird, denn diese bekannten Anordnungen können bei der Erfindung mit Vorteil verwandet werden. Die Kraftübertragungsglieder und die Elemente zur Befestigung und zum Driien der Laufschaufeln können jedoch auch anders gestaltet sein, wi© es für verstellbare Laufschaufeln allgemein bekannt ist.

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Der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebene Läufer weist einen Nabenkörper 1 auf, der für die Befestigung von vier Laufschaufeln 3 gestaltet ist und in seinem Inneren einen Hohlraum 5 aufweist, der sich in Längsrichtung des Nabenkörpers 1 erstreckt und die Aufgabe hat, u.a. auch den Hyfraulikkolben-Stellmotor aufzunehmen. In den Nabenkörper 1 sind am Umfang gleichmäßig verteilt vier Vertiefungen 7 eingearbeitet, in die die vier Laufschaufeln 3 drehbar eingesetzt sind, von denen in der Zeichnung nur die Befestigungsflansche 9 und die innere Wurzel der Schaufeln wiedergegeben ist. Mittels eines Lagerringe^s 11 ist jede Laufschaufel drehbar am Nabenkörper 1 befestigt, welcher in den Nabenkörper 1 eingeschraubt ist. Am Befestigungsflansch der Laufschaufeln ist ein Ring 13 eiaes Kurbeltriebs befestigt, an dem ein Kurbelzapfen 15 sitzt. Der Ring IJ ist um einen Lagerzapfen 17 drehbar, der in der Ausnehmung 7 des Nabenkörpers untergebracht ist. Der Nabenkörper 1 selbst ist an einen Plansch 19 der Propellerwelle 21 angeschraubt.

Die Propellerwelle 21 weist eine axiale Bohrung 23 auf, so daß sie etwa wie ein Rohr ausgebildet ist. In der Bohrung 23 befindet sich ein Rohr 25, das in Längsrichtung der Welle verschiebbar ist. Das Rohr 25 und die Ringkammer zwischen der Wandung der Bohrung 23 und dem Rohr 25 dienen als Zufuhr- bzw. AbfUhrleitungen für eine Druckflude zu dem

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hydraulischen Kolbenstellmotor in der Nabe 1. Auf der der Propellerwelle abgewandten Seite ist der Nabenkörper mit einer Abdeckhaube 27 mit konischen Außenflächen 29 verschlossen, wodurch der Hohlraum 5 der Nabe nach aussen abgedichtet ist.

Der Hydraulikkolben*-Stellmotor, der in der Nabe untergebracht ist und mit dessen Hilfe die Laufschaufeln 3 gedreht werden, weist erfindungsgemäß einen Doppelkolben 3I auf, der als starre mechanische Einheit ausgebildet ist und von dem die Kraft des Druckmediums über den Kurbelzapfen 15 und den diesen haltenden Ring 13 den Laufschaufeln 3 zugeführt wird. Dieser Doppelkolben 31 besteht aus zwei Kolbeneinheiten, einem Kolben 33 auf der einen Seite, der bei der Ausführungsform nach Figur 1 eine äußere zylindrische Lauffläche und Dichtungsfläche 35 aufweist, mit der er gegen die Zylindereinheit 37 abgedichtet ist, in der eine Innendichtung 39 sitzt, so daß eine Arbeitskammer 41 für das Druckmedium vorhanden ist, wobei die Kammer durch die Kolbeneinheit 33, die Zylindereinheit 37 und die Abschlußkappe 27 gebildet wird,.und einer zweiten Kolbeneinheit 43, die mit einer Innendichtung 45 auf einer Au:3enzylinderfläehe 47 der Zylindereinheit 49 gleitet, die im dem Nebenkörper 1 befestigt ist, wobei die Arbeitskammer 51 für das die Kolbeneinheit 43 bewegende Druckmedium durch die Kolben-eIn-

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heit 4j5 und die Zylindereinheit 49 umschlossen ist.

Die Zylindereinheit 49 hat eine öffnung 53, in die eine Dichtung 55 für einen zylindrischen Körper 57 eingesetzt ist, welch letzterer mit dem Koppelkolben Jl fest verbunden ist und eine axiale Bohrung 59 mit einem weiten Abschnitt 61 und einem engen Abschnitt 63 aufweist. Das Rohr 25 taucht in den weiten Abschnitt 6l der Bohrung 59 ein und ist am Grunde dieses Abschnittes in der Weise befestigt, daß es die Verlängerung des engen Bohrungsabschnittes 63 bildet, über welchen es mit der Arbeitskammer 41 verbunden ist und dieser Druckmedium zu-oder abführt. Der Ringraum zwischen der Wandung der Bohrung 23 in der Propellerwelle und dem Rohr 25 ist in Verbindung mit dem weiteren Abschnitt 61 der Bohrung 59. In dem weiteren Abschnitt sind radiale Rohrungen 65 vorgesehen, die diesen Ringhohlraum mit der Arbeitskammer 51 verbinden, so daß diesem Druckmedium zu- oder abgeführt werden kann. Das Zu- und Abführen des Druckmittels zu den beiden Arbeitskammem41 und 51 wird durch bekannte Ventile gesteuert, die bei der hier gezeigten Ausführungsform nicht innerhalb der Laufradnabe untergebracht sind.

Rei einer anderen bekannten Anordnung mit verstellbaren Laufschaufeln wird der Fluß des Hydraulikmediums zum und vom

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Hydraulikkolben-Stellmotor durch ein in der Nabe untergebrachtes Ventil gesteuert. Ein solches Ventil kann durch Axialverschiebung eines Rohres wie das Rohr 25 in Figur 1 gestellt werden. Anders als bei den hier gezeigten Beispielen wird dann über das Rohr das Druckmedium lediglich zugeführt, während das Medium in dem Ringraum, der das Rohr umgibt, wieder abfHessen kann. Eine Anordnung mit einem derartigen Steuerventil in der Nabe ist in der deutschen Patentschrift 694.029 gezeigt und kann vorteilhaft auch im Zusammenhang mit einer Nabe, wie sie hier gezeigt ist, Verwendung finden.

Aus der Figur 2 ist noch zu erkennen, daß der Doppelkolben 31 Arme 67 aufweist, und zwar je einen für jede Laufschaufel 3i die in radialer Richtung vom Doppelkolben yi in bestimmte Kammern 69 im Nabenkörper 1 hineinstehen. In diesen Ausnehmungen 69 können die Arme 67 in axialer Richtung des Nabenkörpers um so viel verschoben werden als für die Verstellung der Laufschaufeln 3 erforderlich ist. Die Arme 67 werden vorzugsweise in der Mitte der Doppelkolbeneinheit j51 angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Arme 67 mit einem Kurbelzapfen I5 über einen Kulissenstein 71 verbunden^, der den Kurbelzapfen 15 drehbar umfasst. Die Kulissensteine 71 sind in Nuten 73 untergebracht, die in die Arme 6¹J eingearbeitet sind und Gleitflächen aufweisen, die senkrecht zur Achse des Doppelkolbens 31 stehen.

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Eine besonders kurze Bauform kann gewählt werden, wie die Figur 4 zeigt, wenn eine der Zylindereinheiten sich bis in die Propellerwelle 21 hinein erstreckt.

Die FiguEnjJ und 4 zeigen schematisch verschiedene Führungs- und Dichtungsmöglichkeiten zwischen den Kolben und 43 der Doppelkolbenanordnung 31 und den beiden zugehörigen Zylindereinheiten im Nabenkörper 1.

Da die Doppelkolbeneinheit 31 gemeinsam in den zwei feststehenden Zylindereinheiten 37 und 49 verschoben wird und geführt ist, sind auch nur zwei Führungs- und Dichtungsflächen 35 und 47 erforderlich, die über ihre gesamte axiale Länge genau bearbeitet sein müssen, während die gegenüberliegenden zylindrischen Dichtungsflächen nur in unmittelbarer Umgebung der Dichtungen 39 und 45 genau bearbeitet werden müssen.

Die in der Figur 3 gezeigte Anordnung entspricht derjenigen nach Figur 1. Die Kolbeneinheit 33 des Doppelkolbens 31, die der Propellerwelle entfernt liegt, hat eine äußere Dichtungs- und Führungsfläche 35, die in einer entsprechenden inneren Dichtung 39 in der Zylindereinheit 37 geführt ist. Die der Propellerwelle 21 näher gelegene Kolbeneinheit 43

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hingegen umgibt mit einer nach innen weisenden Dichtung eine FUhrungs- und Dichtungsfläche 47 an der Zylindereinheit 49.

Figur 4 zeigt eine Anordnung, in der die Kolbeneinheit 33 der aussen umgebende Teil ist, der eine nach innen weisende Dichtung 77 hat, mit der er auf einer äußeren FUhrungs- und Dicltungsflache 79 der Zylindereinheit 81 gleitet. Die Kolbeneinheit 43 weist hingegen eine äußere FUhrungs- und Dichtungsfläche 83 auf, mit der sie durch eine Dichtung 85 in der Zylindereinheit 87 hindurchtritt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Propellerrad mit verstellbaren Laufschaufeln, die drehbar in einer Laufradnabe eingesetzt sind, welche an der Propellerwelle befestigt ist, bei welchem die für die Laufradschaufelverstellung erforderlichen Kräfte von einem in die Laufradnabe eingebauten hydraulischen Kolbenstellmotor erzeugt werden, der mit einem als starre Einheit aus zwei Kolben-einheiten bestehenden Doppelkolben versehen ist, der axial gegenüber zwei getrennten Zylindereinheiten bewegbar ist, welche sich beiderseits in axialer Verlängerung an den Doppelkoiben anschliessen und in der Laufradnabe fest angeordnet sind, wobei die Zylindereinheiten zusammen mit den Kolbeneinheiten zwei Arbeitskammern für das den Doppelkolben um zwei Seiten beaufschlagende Druckmittel bilden, und wobei der Mittelteil des Doppelkolbens, quer zu seiner Achsrichtung gesehen, mit Kraftübertragungslagern für Kupplungselemente versehen ist, welche die Bewegung des Doppelkolbens auf die Laufschaufeln übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbeneinheit (33) des Doppelkolbens (31) in der zugehörigen Zylindereinheit (37) in axialer Richtung gleitbar angeordnet ist und daß die andere Kolbeneinheit (43) dös Doppelkolbens (31) rohrförmig ausgebildet und aussen auf der zugehörigen Zylindereinheit (49) gleit-

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bar ist.

2. "■ Propellerrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (39,45) zwischen den Zylindereinheiten (37Λ9) und den Kolbeneinheiten (33,43) in den inneren zylindrischen Konkavflächen angeordnet sind und daß die gegenüberliegenden äußeren zylindrischen Konvexflächen als glatte Pübrungs- und Dichtflächen ausgebildet sind.

3. Propellerrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Führungs- und Dichtfläche (35) der einen Kolbeneinheit (33) des Doppelkolbens (31) in der gleichen Zylinderebene wie die äußere PUhrungs- und Dichtfläche (47) der Zylindereinheit (49) liegt, die mit der anderen Kolbeneinheit (43) zusammenwirkt.

4. Propellerrad nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt des Doppelkolbens (31), quer zu seiner Achsrichtung gesehen, mit im wesentlichen radial abstehenden Armen (67) versehen ist, in welchen die die Stellkraft übertragenden Lagerflächen (73) vorgesehen sind.

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