DE3620879C1 - Verstelleinrichtung - Google Patents
VerstelleinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung gemäß dem im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Aus der DE-PS 8 97 904 ist eine derartige Verstelleinrichtung
bekannt, deren Getriebe an der Nabe angeordnet ist. Die Nabe
ist am Ende der massiv ausgebildeten Maschinenwelle angeordnet
und das Getriebe sowie die beiden Bremseinrichtungen befinden
sich auf der der Maschinenwelle abgewandten Seite der Nabe. Es
müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, damit das Ge
triebe und die Bremseinrichtungen vor dem im Bereich der Nabe
vorbeiströmenden Medium geschützt werden. Hierdurch ergeben
sich Probleme hinsichtlich Montage und Wartung, zumal bei
Pumpen oder Turbinen der Strömungskanal und der Bereich der
Nabe nicht ohne weiteres zugänglich sind. Das Getriebe ist als
Differentialgetriebe ausgebildet und enthält ein Kegelrad, das
mit den Zahnrädern, die mit der Maschinenwelle bzw. der Ver
stellwelle verbunden sind, in Eingriff steht. Mit diesem
Kegelrad ist eine zur Maschinenwelle orthogonal angeordnete
Welle verbunden, über welche bei Betätigung einer der Brems
einrichtungen die Relativdrehung über weitere Zahnräder zur
Verstellung der Laufschaufeln bewirkt wird. Aufgrund der An
ordnung der genannten Welle und des Getriebes auf der der
Maschinenwelle abgewandten Seite der Nabe kann diese Verstell
einrichtung nicht ohne weiteres für Maschinen vorgesehen wer
den, bei welchen die Nabe an dem einen Ende einer Maschinen
welle und das Verstellgetriebe am anderen Ende der Maschinen
welle angeordnet sind. Ferner können durch Reibungseinflüsse
und hierdurch bedingte Abbremsungen Relativdrehungen ent
stehen, die zu unerwünschten Verstellungen der Laufschaufeln
führen können.
Aus der DE-OS 34 26 967 ist eine Verstelleinrichtung für Lauf
schaufeln bekannt, wobei an dem einen Ende der Maschinenwelle
die Nabe mit den Laufschaufeln und am anderen Ende der Maschi
nenwelle das Getriebe angeordnet ist. Die Maschinenwelle ist
als eine Hohlwelle ausgebildet, durch welche die Verstellwelle
von dem Getriebe bis zur Nabe durchgeführt ist. Mit der Ma
schinenwelle und der Verstellwelle ist jeweils ein Zahnrad
drehfest verbunden und das Getriebe ist als ein Planetenge
triebe ausgebildet, dessen Antriebswelle von einem elektri
schen Antriebsmotor wahlweise in der einen oder anderen Rich
tung zum Verstellen der Laufschaufeln gedreht werden kann. Für
den elektrischen Antriebsmotor und dessen Ankopplung an das
Getriebe sowie die Zahnräder ist ein entsprechender Aufwand
erforderlich und zum Verstellen muß zusätzlich Energie zuge
führt werden. Bei Turbinen besteht die Forderung, bei Lastab
wurf die Laufschaufeln schnell in die Segelstellung zu fahren,
um ein unzulässiges Durchgehen der Turbine zu unterbinden.
Damit diese Forderung erfüllt werden konnte, waren relativ
große elektrische Antriebsmotore bisher erforderlich. Da das
Getriebe am anderen Ende der Maschinenwelle als die Nabe ange
ordnet ist, weist die Verstellwelle ein relativ großes Träg
heitsmoment auf. Um eine hinreichend schnelle Verstellung der
Schaufeln zu ermöglichen, muß daher ein starker Antriebsmotor
vorgesehen werden. Es müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen
werden, um Beschädigungen bei hohen Verstellmomenten zu ver
meiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstelleinrich
tung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß
unzulässige Verstellungen ebenso wie zu große Beanspruchungen
der einzelnen Bauteile mit geringem Aufwand vermieden werden,
wobei eine gute Zugänglichkeit im Hinblick auf eine einfache
Montage und Wartung gegeben sein soll.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die vorgeschlagene Verstelleinrichtung zeichnet sich bei ein
facher Konstruktion durch eine hohe Funktionssicherheit aus.
Mittels der Kupplung wird das übertragbare Drehmoment zuver
lässig begrenzt, wobei durch entsprechende Vorgabe des Über
setzungsverhältnisses des Getriebes gleichwohl eine schnelle
Verstellung erfolgen kann. Dies gilt insbesondere im Hinblick
auf das relativ große Trägheitsmoment der Verstellwelle, wel
che durch die Maschinenwelle hindurchgeführt ist oder diese
koaxial umgibt. Die weitere Bremse gewährleistet den syn
chronen Lauf von Maschinenwelle und Verstellwelle, so daß eine
unzulässige Verstellung aufgrund von Reibungseinflüssen oder
von Schaufelkräften funktionssicher vermieden wird. Eine Ver
stellung der Laufschaufeln erfolgt nur bei Betätigung der
ersten oder zweiten Bremseinrichtung, und zwar in einfacher
Weise über Elektromagnete, die im Normalbetrieb von Strom
durchflossen werden. Bei Betätigung schließen die durch Feder
kraft vorgespannten Bremseinrichtungen und durch die im
rotierenden System vorhandene Energie erfolgt die Verstellung
der Laufschaufeln, die im Störfalle zuverlässig in die Segel
stellung gefahren werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher er
läutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform mit einem Planetengetriebe, mit
zwei Bremseinrichtungen, um wahlweise die Verstell
welle oder den Planetenträger abzubremsen,
Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform, bei welcher die
Verstellwelle innerhalb der als Hohlwelle ausgebil
deten Maschinenwelle angeordnet ist,
Fig. 3 schematisch eine Ausführungsform, bei welcher das
Getriebe zwei mittels den Bremseinrichtungen wahl
weise festsetzbare Hohlräder aufweist,
Fig. 4 eine Ausführungsform, bei welcher das Getriebe zwei
Hohlräder aufweist, die im Normalbetrieb festgesetzt
sind und wahlweise mittels den Bremseinrichtungen mit
dem Planetenträger verbindbar sind.
Fig. 1 zeigt eine Maschinenwelle 2 und eine zu dieser koaxiale
Verstellwelle 4, die als eine Hohlwelle ausgebildet ist und
ebenfalls um eine Drehachse 8 drehbar ist. In einem stationär
angeordneten Gehäuse 10 befindet sich eine erste Bremseinrich
tung 12, welche über ein Hebelgestänge 14 Bremsbacken 16 be
tätigen kann, die an einen mit der Verstellwelle 4 verbundenen
Ring 18 angreifen können. Einem nachfolgend noch zu erläutern
den Planetenträger 20 ist die zweite Bremseinrichtung 22 zuge
ordnet, um über ein Hebelgestänge 24 Bremsbacken 26 zu betäti
gen, die an einer mit dem Planetenträger 20 verbundenen Hülse
28 angreifen können. Die Bremsbacken 16 bzw. 26 sind an einem
Bolzen 30 des Gehäuses 10 angelenkt.
Mit der Maschinenwelle 4 ist über eine Kupplung 32 ein erstes
Zahnrad 34 gekoppelt, welches mit wenigstens einem im Pla
netenträger 20 drehbar angeordneten ersten Planetenrad 36 in
Eingriff steht. Mittels der Kupplung 32 ist das maximal von
der Maschinenwelle 2 auf das Getriebe 38 und somit auf
die Verstellwelle 4 übertragbare Drehmoment begrenzbar, so daß
Beschädigungen zuverlässig ausgeschlossen werden können. Eine
weitere Bremse 40 zwischen dem Planetenträger 20 und dem er
sten Zahnrad 34 stellt im Normalbetrieb,
also solange keine Verstellung vorgenommen werden soll, den
synchronen Lauf des Planetenträgers 20 mit dem ersten Zahn
rad 34 bzw. der Maschinenwelle 2 sicher.
Mit der Verstellwelle 4 ist ein zweites Zahnrad 44 drehfest
verbunden, wobei über ein Nadellager 42 die Lagerung auf der
Maschinenwelle 2 erfolgt. Das zweite Zahnrad 44 kämmt mit
wenigstens einem zweiten Planetenrad 46.
Die beiden Planetenräder 36, 46 sind drehfest miteinander gekoppelt
und um die Achse 47 drehbar. Bei dieser Ausführungsform dient
zur Kopplung der beiden Planetenräder 36, 46 ein Bolzen 48,
der jeweils in eine Sackbohrung 50, 52 der genannten Planeten
räder eingreift. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind
bevorzugt drei Paare von Planetenrädern 36, 46 angeordnet.
Solange die beiden Bremseinrichtungen 12, 22 sich in der dar
gestellten gelösten Position befinden, rotieren der Planeten
träger 20 sowie die Verstellwelle 4 synchron mit der Maschi
nenwelle 2. Die beiden Bremseinrichtungen 12, 22 enthalten
zweckmäßig Elektromagnete, die im Normalbetrieb von Strom
durchflossen werden. Wird die Bremseinrichtung 12 betätigt, so
gelangen die Bremsbacken 16 in Anlage an den Ring 18, wodurch
die Verstellwelle 4 abgebremst wird. Aufgrund der hierdurch
eingeleiteten Relativbewegung zwischen Verstellwelle 4 zur
Maschinenwelle 2 erfolgt eine Verstellung der hier nicht wei
ter dargestellten Laufschaufeln, und zwar beispielsweise im
Sinne einer Vergrößerung des Anströmwinkels. Werden hingegen
die Bremsbacken 16 der zweiten Bremseinrichtung 22 zur Anlage
an die Hülse 28 gebracht, so wird der Planetenträger abge
bremst. Das
von den beiden Bremseinrichtungen 12, 22 aufbringbare Brems
moment ist größer dimensioniert als das Bremsmoment der weite
ren Bremse 40, die den Synchronlauf garantiert. Vom ersten
Zahnrad 34 wird dann über die beiden Planetenräder 36, 46
das zweite Sonnenrad 44 angetrieben, so daß die Verstellwelle
4 mit einer gegenüber der Drehzahl der Maschinenwelle 2 er
höhten Drehzahl rotiert und der Anströmwinkel verkleinert
wird.
Zur Stellungsanzeige dient eine Gewindehülse 54, welche in ein
Außengewinde 56 der Maschinenwelle 2 eingreift. Die Gewinde
hülse 54 weist außen eine achsparallele Längsnut 58 auf, in
welche ein mit dem Planetenträger 20 verbundenes Führungsteil
60 eingreift. Bei einer Relativbewegung von Maschinenwelle 2
und Planetenträger 20 wird entsprechend der Drehrichtung die
Gewindehülse 54 nach oben oder unten bewegt. Die axiale Stel
lung der Gewindehülse 54 ist folglich ein Maß für die momen
tane Schaufelstellung.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei welcher die
Maschinenwelle 2 als eine Hohlwelle ausgebildet ist, durch
welche die Verstellwelle 4 hindurchgeführt ist. Am unteren
Ende der Maschinenwelle 2 ist die Nabe 62 mit den Laufschau
feln 64 angedeutet, wobei zweckmäßig ein selbsthemmendes Ver
stellgetriebe 66 vorgesehen ist. Die an den Laufschaufeln 64
angreifenden Hydraulikkräfte werden folglich von dem Verstell
getriebe 66 aufgenommen, so daß praktisch nur ein ge
ringes Differenzmoment zwischen Maschinenwelle 2 und Verstell
welle 4 auftritt, das ansonsten zu einer unerwünschten Drehbe
wegung zwischen diesen führen könnte. Die zum Synchronlauf
zwischen Maschinenwelle 2 und dem Planetenträger 20 vorgesehe
ne weitere Bremse 40 wird aufgrund des selbst
sperrenden Verstellgetriebes 66 im Normalbetrieb praktisch
nicht belastet. Über das Zahnrad 68 erfolgt, falls es sich
beispielsweise um eine Turbine handelt, der Abtrieb; handelt
es sich hingegen um eine Propellerpumpe, so wird über das
Zahnrad 68 das Antriebsmoment auf die Maschinenwelle 2 einge
leitet. Über die hier schematisch angedeutete erste Bremsein
richtung 12 kann die Verstellwelle 4 abgebremst werden,
während die zweite Bremseinrichtung 22 wiederum auf den Pla
netenträger 20 wirkt. Die das übertragbare Drehmoment begren
zende Kupplung 32 ist bei dieser Ausführungsform zwischen der
Verstellwelle 4 und dem zweiten Zahnrad 44 angeordnet, wel
ches mit dem Planetenrad 46 kämmt. Das Planetenrad 46 ist
wiederum drehfest mit dem ersten Planetenrad 36 verbunden, das
einen kleineren Durchmesser bzw.
eine kleinere Zähnezahl aufweist als das zweite Planetenrad
46. Die beiden Planetenräder 36, 46 sind auch bei dieser Aus
führungsform drehfest miteinander gekoppelt, wobei das dem
ersten Planetenrad 36 zugeordnete erste Zahnrad 34 mit der
Maschinenwelle 2 drehfest verbunden ist. Die Gewindehülse 54
dient zur Stellungsanzeige.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Getriebe 38
zwei Hohlräder 70, 72 aufweist, welche mit dem ersten bzw.
zweiten Planetenrad 36, 46 in Eingriff stehen. Der Planetenträ
ger 20 ist drehbar bezüglich der Verstellwelle 4, die wiederum
im Inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Maschinenwelle 2
angeordnet ist. Das erste Zahnrad 34 steht über die das
Drehmoment begrenzende Kupplung 32 mit der Maschinenwelle 2 in
Verbindung. Die Bremseinrichtungen 12, 22 sind als Scheiben
bremsen ausgebildet und sind den Hohlrädern 72
bzw. 70 zugeordnet. Die erste Bremseinrichtung 12 kann das
Hohlrad 72 abbremsen, während mittels der zweiten Bremsein
richtung 22 das andere Hohlrad 70 abgebremst werden kann.
Zwischen dem Planetenträger 20 und den beiden Hohlrädern 70,
72 ist je eine weitere Bremse 40, 41 vorgesehen, um
im Normalbetrieb den Synchronlauf von Planeten
träger 20 und den beiden Hohlrädern 70, 72 und folglich auch
der Maschinenwelle 2 und der Verstellwelle 4 zu gewährleisten.
Soll die Verstellung aufgesteuert werden, so wird mittels der
ersten Bremse 12 das obere Hohlrad 72 abgebremst, wobei das
Bremsmoment größer sein muß als das Haltemoment der Bremse
41 und das Verstellmoment. Es tritt somit eine Verlangsamung
des oberen Hohlrades 72 bezüglich des weiterlaufenden unteren
Hohlrades 70 ein, wodurch eine Relativbewegung der Zahnräder
44 und 34 verursacht wird, um die Verstellung durchzuführen.
Entsprechend wird beim Zufahren der Verstellung das untere
Hohlrad 70 gebremst, wodurch eine Relativbewegung zum unver
ändert weiterdrehenden oberen Hohlrad 72 eintritt. Die Rela
tivdrehung erfolgt hierbei in der entgegengesetzten Richtung
als beim Bremsen mit der ersten Bremseinrichtung 12, so daß
folglich auch eine entgegengesetzte Verstellbewegung erfolgen
kann.
Schließlich zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform, bei welcher im
Normalbetrieb die beiden Hohlräder 70, 72 mittels der weiteren
Bremsen 40, 41 bezüglich des Gehäuses 10
festgebremst werden. Soll die Verstellung aufgefahren werden,
so wird das untere Hohlrad 70 freigegeben und gleichzeitig
mittels der Bremseinrichtung 22 an den Planetenträger 20 ge
koppelt. Der Relativdrehung der beiden Räder 70, 72 wird über
die Planetenräder 36, 46 auf die Zahnräder 34, 44 übertragen. Ent
sprechend wird zum Zufahren der Verstellung das obere Hohlrad
72 mittels der weiteren Bremse 41 freigegeben und über die
Bremseinrichtung 12 mit dem Planetenträger 20 gekoppelt, so daß
die beiden Hohlräder 70, 72 wiederum eine Relativdrehung zu
einander ausführen, die jedoch der eingangs erläuterten Rela
tivdrehung entgegengerichtet ist und die umgekehrte Verstell
bewegung ermöglicht.
Claims (5)
1. Verstelleinrichtung für verstellbare Laufschaufeln (64),
insbesondere einer Propellerpumpe oder Turbine, mit einer
Maschinenwelle (2), welche eine Nabe (62) mit den Laufschaufeln
(64) aufweist und welcher ein erstes Zahnrad (34) zugeordnet
ist, mit einer Verstellwelle (4), welche ein zweites Zahnrad
(44) aufweist und welche koaxial zur Maschinenwelle (2) ange
ordnet ist, mit einem Getriebe (38), über welches zwischen die
Verstell- und die Maschinenwelle eine Relativdrehung einleitbar
ist, mit einer ersten Bremseinrichtung (12), um die Verstell
welle (4) bezüglich der rotierenden Maschinenwelle (2) abzubrem
sen und die Laufschaufeln (64) in einer ersten Richtung zu ver
stellen, und mit einer zweiten Bremseinrichtung (22), um über
das Getriebe (38) eine Verstellung der Laufschaufeln (64) in die
entgegengesetzte zweite Richtung zu erhalten,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (32) vorgesehen ist,
mittels welcher das erste Zahnrad (34) mit der Maschinenwelle
(2) oder das zweite Zahnrad (44) mit der Verstellwelle (4) dreh
fest verbunden ist und welche das übertragbare Drehmoment be
grenzt,
und daß zwischen einem Planetenträger (20) des Getriebes (38)
und dem mit der Maschinenwelle (2) verbundenen Zahnrad (34) eine
weitere Bremse (40, 41) vorgesehen ist, mittels welcher der
synchrone Lauf der Verstellwelle (4) und des Planetenträgers
(20) mit der Maschinenwelle (2) im Normalbetrieb erfolgt, so
lange keine Verstellung der Laufschaufeln (64) erfolgen soll,
wobei bei Betätigung der zweiten Bremse (22) das Bremsmoment der
weiteren Bremse (40, 41) überwunden wird.
2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 wird dadurch gekennzeich
net, daß das erste und das zweite Zahnrad (34, 44) als zur
Maschinenwelle (2) koaxiale Sonnenräder ausgebildet sind,
welchen jeweils wenigstens ein im Planetenträger (20) drehbar
angeordnetes Planetenrad (36, 46) zugeordnet ist.
3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Planetenräder (36, 46), bevorzugt über einen Bolzen
(48), drehfest miteinander gekoppelt sind und/oder im Planeten
träger (20) gemeinsam um eine Achse (47) drehen.
4. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Planetenträger (20) eine zylindrische
Hülse (28) aufweist, an welcher Bremsbacken (26) oder der
gleichen der zweiten Bremseinrichtung (22) angreifen.
5. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Planetenräder (36, 46) je mit einem
Hohlrad (70, 72) kämmen, wobei wahlweise eines der Hohlräder
(70, 72) mit einer der Bremseinrichtungen (22, 12) festsetzbar
oder freigebbar ist.
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