-
Verstellein richtung fü r Laufradschaufeln
-
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Laufradschaufeln
von halbaxialen oder axialen Strömungsmaschinen, wobei die Verstellung mittels stillstehenden,
außerhalb einer Welle sowie in deren Längsrichtuny angeordneten Arbeitszylindern
erfolgt, welche ein mit Jochstangen versehenes Verstellagergehäuse betätigen und
die Jochstangen durch einen Kupplungsflansch hindurchragen, mit einem innerhalb
der Kupplung angeordnetem Joch in Verbindung stehen und das Joch mit einer innerhalb
der Welle angeordneten längsverschiebbaren Verstellstange verbunden ist.
-
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-PS 10 97 309 für die Verstellung
der Laufradschaufeln von Schiffsschrauben bekannt. Derartige Verstelleinrichtungen
werden auch für den Betrieb von Propellergournpcn verlangt, bei denen den Schiffsschrauben
ähnliche Laufräder innerhalb eines Rohrmantels angeordnet sind. Hierzu sind die
unterschiedlichsten Lösungen bekanntgeworden, die z.B.
-
in die Pumpenwelle - integrierte elektrische oder hydraulische
Servomotoren
vorsehen. Nachteilig..bei diesen Ausführungsformen ist deren aufwendiger Aufbau,
der im Wartungs- oder Reparaturfall sehr viel Montagezeit in Anspruch nimmt.
-
Eine andere mechanische Verstelleinrichtung zeigt die DE-PS 10 44
729, bei der mittels eines Planetengetriebes' die Verstellung der Laufradschaufeln
von Kreiselmaschinen erlangt wird. Durch den ständigen Verbund einzelner oder mehrerer
Bauteile mit der rotierenden Antriebswelle unterliegen sie einem ständigen Verschleiß
und erzeugen auch ein andauerndes Laufgeräusch. Als nachteilig sind auch die zwangsläufig
vorhandenen höheren Reibungsverluste bzvv. die auftretenden Schmierungsprobleme
anzusehen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende,
geringe Bauhöhe aufweisende und wartungsfreie Verstelleinrichtung für Laufradschaufeln
von Kreiselarbeitsmaschinen zu entwickeln.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Hauptanspruches.
-
Einer der wesentlichen Vorteile der Konstruktion besteht darin, daß
die für die Verstellung notwendigen Elemente um die aus Kupplungsflansch und Wellenschutzhülse
bestehende bauliche Einheit herum angeordnet sind. Somit kann die sehr kompakte
Verstelleinrichtung
ohne große Schwierigkeiten auf den jeweiligen
Wellenenden montiert werden. Spezielle Ausgestaltungen der Wellen entfallen somit.
Für die Herstellung und vor allem für die Genauigkeit dieser Verstelleinrichtung
ist es von wesentlicher Bedeutung, daß alle zu bearbeitenden Flächen in ihrer Lage
auf die Wellenachse bezogen sind. Demnach können die rotierenden Paßflächen der
Kupplung, der damit verbundenen WelLenschutzhülse sowie der rotierenden Teile des
Traglagers in einer Aufspannung bearbeitet werden. Bei geringem Aufwand läßt sich
somit eine Höchstmaß an Genauigkeit erreichen.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Traglager Radiallager
und Axiallager aufweist, wobei das Radiallager vor dem Axiallager zum Kupplungsflansch
hin angeordnet ist und das Verstellagergehäuse das Traglager übergreift. Diese der
Kompaktheit der Verstelleinrichtung dienende Ausgestaltung ermöglicht die Reduzierung
der Bauhöhe auf ein Minimum.
-
Das Verstellagergehäuse wird somit ähnlich wie ein Teleskoprohr in
einer seiner Endlagen über das Traglager geschoben.
-
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Arbeitszylinder
im Bereich zwischen dem Kupplungsflansch und dem Verstellagergehäuse und/oder zwischen
dem Verstellagergehäuse und dem Traglager angeordnet sind. Entsprechend den Raumverhältnissen
am Einbauort kann für die Arbeitszylinder eine Einbaulage gewählt werden, die deren
eventuellen Wechsel oder den Wechsel des Antriebsmotors unabhängig voneinander erlaubt.
Diese Maßnahme stellt eine leichte Anpaßbarkeit der Arbeitszylinder an die jeweils
gegebenen Einbauverhältnisse dar.
-
Um die geforderte Bedingung des wartungsfreien Betriebes zu erfüllen,
genügt es, für die Aufnahme der Drehbewegungen staubgeschützte Wälzlager vorzusehen
und für die Aufnahme der Axialbewegungen mit Buchsen versehene Kugelführungen in
staubgeschützter Ausführung Anwendung finden zu lassen. Für den Fall der Anwendung
von ölgeschmierten Gleitlagern sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das
Verstellagergehäuse und das Traglager innerhalb eines flüssigkeitsdichten ein- oder
mehrteiligen Gehäuses angeordnet sind. Diese Maßnahme erlaubt einen Betrieb innerhalb
eines Ölbades und den Einsatz eines derartigen Verstellagers in staubiger Umgebung.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Verstellagergehäuse
als Arbeitskolben ausgebildet und innerhalb des ein- oder mehrteiligen Gehäuses
geführt ist. Auf diese Maßnahme kann bei besonders beengten Raumverhältnissen zurückgegriffen
werden, wenn für außerhalb der Verstelleinrichtung angeordnete Arbeitszylinder kein
Platz mehr gegeben ist.
-
Zur Aufnahme der vom Verstellagergehäuse auf die Arbeitszylindur ausgeübten
Reaktionskräfte sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß in Achsrichtung
verlaufende, einstellbare zylindrische Stangen das Verstellagergehäuse führen. Diese
können aus handelsüblichem Rundmaterial hergestellt werden und erforder.n im Verstellagergehäuse
nur eine einfach anzubringende Bohrung und keine komplizierten Nut-Feder-Verbindungen.
-
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung führen In radiater
Richtung angeordnete Vorsprünge das Verstellagergehäuse.
-
Weiterhin sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß bei senkrechter
Anordnung der Welle zwischen der WellenschutzhUlse -und der Welle ein Ölstaurohr
angeordnet ist. Dieses Rohr, dessen oberste Kante sich immer über dem maximalen
ÖIStndsspiegel
beFindet, arbeitet berührungsfrei und ist somit
ideal für den wartungsfreien Betrieb der Verstelleinrichtung geeignet. Aufwendig
konstruierte und vor allem dem Verschleiß unterliegende Gleitringdichtungen oder
Radialwellendichtrlnge wUrden in jedem Fatl eine Unsicherheit bedeuten Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen die Fig. 1 eine auf einem Fundament abgestützte mit einer senkrecht angeordneten
Welle verbundene Verstelleinrichtung und die Fig. 2 eine schematische Darstellung
von Antrieb, Verstelleinrichtung und Strömungsmaschine.
-
Die Fig. 1 zeigt, wie innerhalb der Welle 1 eine Verstellstange 2
verläuft die am kupplungsseitigen Wellenende austritt und mit einem innerhalb eines
Kupplungsflansches 3 befindlichen Joch 4 durch eine Mutter 5 verbunden ist. An den
Kupplungsflansch 3 schließt eine mit ihm eine bauliche Einheit bildende Wellenschutzhülse
6 an, wobei das kupplungsferne Ende 7 der Weltenschutzhülse 6
in
einem Traglager 8 fixiert ist. Dieses besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus
einem Axiallager 8.1 und einem Radiallager 8.2, wobei das Radiallager 8.2 vor dem
Axiallager 8.1 und in Richtung zum Kupplungsflansch 3 hin angeordnet ist. Die Welle
1 ist mit einer Ringmutter 9 sowie mit Schrauben 10 lösbar mit dem Kupplungsflansch
3 verbunden. Alle auf die Welle 1 einwirkenden Kräfte werden somit zuverlässig auf
das Traglager 8 übertragen.
-
Das Verstellagergehäuse 11 besteht aus einem auf der Wellenschutzhülse
6 nur in axialer Richtung beweglichen Stellhülse 12 sowie zwei damit verbundenen
doppelt wirkenden axialen Gleitlagern 13. Die Stelihülse selbst wird an den soweit
wie möglich auseinander liegenden Punkten X, Y auf der Wellenschutzhülse 6 geführt.
Diese Maßnahme ermöglicht in einfacher Weise eine Synchronisation der Hubbewegungen
der auf das Verstellager 11 einwirkenden Arbeitszylinder. Das Verstellagergehäuse
11 wird von der Stelihülse 12, den axialen Gleitlagern 13, den die Gleitlager aufnehmenden
Deckel 14, 15 sowie den zwischen den Deckeln angeordneten Distanzstücken 16 gebildet,
wobei den gemeinsamen Zusammenhalt Schrauben 17 sicherstellen. Eine in der Stellhülse
12 eingelassene Längsnut 18 übernimmt in
Verbindung mit einer in
der Wellenschutzhülse 6 eingelassenen Paßfeder 19 die Drehbewegung von der Welle
1. Es ist auch ohne weiteres möglich, andere Lagerarten, z . B. Wälzlager, Anwendung
finden zu lassen.
-
Das Traglager 8 ist mit Schrauben 20 auf einem Lagerboden 21 befestigt,
der hier weiterhin einen das Verstellagergehäuse 11 flüssigkeitsdicht umhüllenden
Gehäusemantel 22 trägt. Den Abschluß des Gehäuses bildet ein Gehäusedeckel 23, wobei
Zuganker 24 den Zusammenhalt zwischen Lagerboden 21, Gehäusemantel 22 und Gehäusedeckel
23 herstellen. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf dem Gehäusodeckel 23 die Verschiebung
des Verstellagergehäuses 11 bewirkende Arbeitszylinder 25 angeordnet; sie können
aber auch ohne weiteres auf dem Lagerboden 21 befestigt sein.
-
Dieser trägt auch noch zylindrische Stangen 26, die in Bohrungen des
Verstellagers 11 eingreifen, dieses führen und die nach der Montage mittels der
Schrauben 27 arretiert werden. Sie nehmen die im Verstellagergehäuse 11 aufgrund
der Reibung entstehenden Umfangskräfte auf und entlasten somit die Kolbenstangen
28 der Arbeitszylinder 25 von dem Einfluß der Biegemomente. Beschädigungen der Kolbenstangendichtung
werden somit vermieden. Der Gehäusedeckel 23 hält noch einen Zwischenflansch 29,
an dem eine aus
Montagegründen absenkbare bzw. verschiebbare Laterne
30 mit Schrauben 31 befestigt ist. Die Laterne 30 ist gleichzeitig mit Schrauben
32 mit einem gestrichelt dargestellten Antriebsmotor 33 verbunden. Die so gebildete,
vollständig geschlossene Laterne ist in ihrem Aufbau sehr steif wirkt damit der
Entstehung von Schwingungen entgegen und nimmt die vom Antriebsmotor 33 erzeugen
Reaktionskräfte und dessen Gewicht auf Zwischen Antriebsmotor 33 und dem Zwischenflansch
29 angeordnete am Zwischenflansch befestigte Stützen 34 dienen der Auflage des Antriebsmotors
33 bei abgesenkter Laterne 30. Ein nur schematisch und gestrichelt eingezeichnetes
Fundament 41 übernimmt vom Lagerboden 21 die auf die Verstelleinrichtung einwirkenden
Kräfte und leitet diese ab.
-
Am Lagerboden 21 ist weiterhin noch ein die Welle 1 umgebendes und
innerhalb der Wellenschutzhülse 6 verlaufendes Ölstaurohr 35 dichtend befestigt.
Seine axiale Länge überragt den bis zur Marke A reichenden Ölstand innerhalb der
Gehäuseteile 21, 22, 23.
-
Somit kann auf die Verschleiß unterliegenden Gleitringdichtungen bzw.
Rad ialwellen dichtungen verzichtet werden. Lediglich Staubschutzfunktion hat das
Abdeckrohr 38, welches am Kupplungsflansch 3 befestigt ist und in den Gehäusedeckel
23 hineinragt.
-
Dies dient zum Sauberhalten der Gleitbahn für die Stellhülse 12.
-
Die Wirkungsweise der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
ist wie folgt: Die Arbeitszylinder 25 verschieben das Verstellagergehäuse 11 auf
der mit dem Kupplungsflansch 3 eine bauliche Einheit bildenden Wellenschutzhülse
6 in axialer Richtung. Die mit dem Verstellagergehäuse 11 zusammenwirkende Stellhülse
12 weist an ihrem kupplungsseitigen Ende mehrere axial verlaufende Jochstangen 36
auf, die durch Bohrungen in das Innere des Kupplungsflansches 3 geführt und durch
Muttern 37 mit dem Joch 4 verbunden sind. Das Joch 4 überträgt die Axialbewegung
auf die Verstellstange 2 und damit auf einen hier nicht dargestellten Verstellpropeller
einer Strömungsmaschine.
-
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Verstelleinrichtung
und deren Anordnung zwischen dem Antriebsmotor 33 und einem Verstellpropeller 40.
Das Verstellagergehäuse 115 insbesondere die Stellhülse 12, sind hier so ausgebildet,
daß die Axiallager 13 das Traglager 8 übergreifen. Somit kann die axiale Bauhöhe
auf ein Minimum reduziert werden. Es ist hier leicht zu erkennen, daß die gesamte
Verstelleinrichtung um den Kupplungsflansch 3, die damit verbundene Wellenschutzhülse
6 und das Traglager 8 herum angeordrret ist und daß diese gesamte Einheit bei der
Montage ohne Schwierigkeit auf die bereits montierte Welle 2 geschoben und dort
befestigt werden kann. Die Verbindung des Antriebsmotors 33 mit der Verstelleinrichtung
kann durch einfaches Aufsetzen und Verschrauben erfolgen.