DE602005002444T2

DE602005002444T2 - Längeneinstellbare Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Bauteilen

Info

Publication number: DE602005002444T2
Application number: DE602005002444T
Authority: DE
Inventors: Gerard Etoile; Michel Andre Bouru
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: RU2382246C2; CA2530133A1; US20060133890A1; CN100535458C; JP2006194437A; EP1672231B1; EP1672231A1; ES2294660T3; CN1818405A; FR2879695A1; DE602005002444D1; RU2005139359A; FR2879695B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen, typischerweise zwischen einem Steuerorgan und einem gesteuerten Organ. Sie betrifft insbesondere Mittel zur exakten Einstellung der Länge einer zwischen diesen beiden Teilen eingebauten, einen Schwingarm bildenden starren Gelenkverbindung.
Eine solche Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument DE 39 13 195 A bekannt.
Bei zahlreichen mechanischen Systemen stellt sich das Problem der Einstellung der Länge eines Schwingarms oder ähnlichem (der eine starre Gelenkverbindung zwischen zwei Teilen sicherstellt), und zwar aufgrund der Montage- und Fertigungstoleranzen der Teile.
Eine solche Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument DE 39 13 195 A bekannt.
Üblicherweise erfolgt diese Einstellung dadurch, daß in den Schwingarm eine Art Spanner integriert wird. Dieser Schwingarm ist folglich komplex und besteht aus einigen Elementen. Die Erfindung schlägt eine Lösung vor, die mehrere Vorteile aufweist:

– Ausbildung eines einstückigen Schwingarms, ohne Spanner,
– hohe Einstellgenauigkeit,
– gute Festigkeit der Verbindung, unempfindlich gegenüber den zu übertragenden Kräften.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, an wenigstens einem der Enden des Schwingarms ein einstellbares Exzentergelenk anzuordnen.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen, von der Art umfassend einen Schwingarm, der zwischen den Teilen angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Enden des Schwingarms einen Schwingarmkopf umfaßt, der in einem Gabelkopf an dem entsprechenden Teil angelenkt ist, und daß ein Gelenklagerzapfen, der zwischen dem Gabelkopf und dem Schwingarm angebracht ist, mit einem Exzenterteil mit einstellbarer Winkelpositionierung ausgestattet ist, die durch das Zusammenwirken zweier radial gezahnter Scheiben, die mit dem Gabelkopf bzw. mit dem Lagerzapfen fest verbunden sind, stabilisiert wird.
Das Exzenterteil kann Teil des Lagerzapfens selbst oder wenigstens zum Teil von einer von dem Lagerzapfen getragenen Exzenterhülse gebildet sein.
Vorteilhafterweise trägt der Lagerzapfen ein Kugelgelenk, um das der vorgenannte Schwingarmkopf schwenkt.
Bei einer möglichen Ausführungsform umfaßt eine erste gezahnte Scheibe einen seitlichen Vorsprung, der sich parallel zur axialen Richtung des Lagerzapfens erstreckt, während der Gabelkopf außen wenigstens eine Positionierungskerbe umfaßt, die geeignet ist, den seitlichen Vorsprung aufzunehmen. Vorteilhafterweise umfaßt der Gabelkopf mehrere um einen vorbestimmten Winkel winkelmäßig versetzte Positionierungskerben, um die Zahl von möglicher Einstellpositionen zu erhöhen. Beispielsweise können die genannten Kerben um eine Ganzzahl von an der gezahnten Scheibe definierten Rasten, erhöht um einen Bruchteil des Winkelwertes einer Raste zueinander versetzt sein. Wenn der Gabelkopf n Kerben aufweist, wird der Bruchteil vorteilhafterweise gleich
sein.
Bei einigen Ausführungsformen befindet sich das Exzenterteil zwischen den zwei Flanschen des Gabelkopfes und trägt das Kugelgelenk. Im Gegensatz hierzu umfaßt das Exzenterteil nach anderen Ausführungsformen zwei Teilstücke, die jeweils in Bohrungen, die in den Flanschen des Gabelkopfes ausgebildet sind, gelagert sind. Die zwei Teilstücke können durch jedwedes geeignete einfache Mittel in Umfangsrichtung zueinander verkeilt sind, um die gleiche Exzentrizität gegenüber dem Gabelkopf aufzuweisen.
Die Erfindung ist insbesondere auf jede Art der mechanischen Übertragung anwendbar. Vor allem auf dem Gebiet der Turbomaschinen und insbesondere auf dem Gebiet der Verdichter von Flugzeugtriebwerken wird herkömmlicherweise die Ausrichtung der Leitschaufeln wenigstens einer Stufe des Verdichters mit Hilfe eines das Gehäuse umgebenden Betätigungskranzes gesteuert, wobei dieser Kranz mit einer Vielzahl von an dem Gehäuse vorspringenden Schaufeldrehzapfen mechanisch gekoppelt ist. Der Kranz wird selbst durch ein Antriebsmittel, beispielsweise einen Zylinder, über einen sogenannten „Winkeltrieb"-Mechanismus betätigt.
Die Erfindung kann vorteilhafterweise auf einen Schwingarm zur Übertragung zwischen dem Antriebsmittel (genauer gesagt dem Winkeltrieb) und dem Betätigungskranz angewandt werden.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile dieser werden anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen von mechanischen Verbindungen, die deren Prinzip verwenden, besser verständlich bzw. hervorgehen, wobei die Beschreibung lediglich als Beispiel gegeben ist und anhand der beiliegenden Zeichnungen erfolgt, in diesen zeigen:
1 eine perspektivische Detailansicht, welche die Gesamtanordnung einer Verbindungsvorrichtung zeigt, die mit einem erfindungsgemäßen Einstellsystem ausgestattet ist, das zwischen einem einstückigen Schwingarm und einem Gabelkopf angebracht ist, der an dem Betätigungskranz eines Systems zur Steuerung der Positionierung von Leitschaufeln mit variabler Einstellung, in einem Verdichter vorgesehen ist;
2 eine Detailansicht der 1, in perspektivischer Darstellung in Einzelteile aufgelöst und im Teilschnitt in größerem Maßstab;
3 eine Detailansicht entsprechend derjenigen der 2, welche eine Variante zeigt;
4 eine Ansicht entsprechend derjenigen der 2, die eine weitere Variante zeigt;
5 eine Schnittansicht entlang einer durch die Achse des Lagerzapfens verlaufenden Ebene, welche eine weitere Variante zeigt;
5A eine Detailansicht eines Teils des Mechanismus der 5;
6 eine Schnittansicht entlang einer durch die Achse des Lagerzapfens verlaufenden Ebene, welche eine weitere Variante zeigt; und
6A eine Detailansicht eines Teils des Mechanismus der 6.
1 zeigt – wie oben erwähnt – einen außerhalb eines (nicht dargestellten) Turbomaschinengehäuses angeordneten Betätigungskranz 11 für die Ausrichtungssteuerung einer Vielzahl von Leitschaufeln. Es ist bekannt, daß der Kranz über einen (nicht dargestellten) speziellen Schwingarm mit jedem am Gehäuse vorspringenden Schaufeldrehzapfen verbunden ist. Die Bewegung des Kranzes wird seinerseits über einen Zylinder gesteuert, der ein schwenkbares Teil 12, einen sogenannten „Winkeltrieb" betätigt. Dieses schwenkbare Teil ist mit dem Betätigungskranz über eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung mechanisch verbunden. Diese Verbindungsvorrichtung umfaßt einen einstückigen Schwingarm 14. Ein Schwingarmkopf 15 ist an dem sogenannten Winkeltriebteil angelenkt. Der andere Schwingarmkopf 16 ist in einem Gabelkopf an dem Kranz 11 angelenkt. Das Detail dieses Gelenks, das die wesentlichen Elemente der Erfindung umfaßt, ist in 2 ersichtlich. Der genannte Gabelkopf weist zwei außerhalb des Betätigungskranzes 11 definierte parallele Flansche 19a, 19b auf. Ein Gelenklagerzapfen 20 ist zwischen dem Gabelkopf 18 und dem Schwingarm 14 angebracht. Genauer gesagt trägt hier der Lagerzapfen ein Kugelgelenk 22, um das der Schwingarmkopf schwenkt. Der Lagerzapfen ist mit einem Exzenterteil 24 mit einstellbarer Winkelpositionierung ausgestattet, die durch das Zusammenwirken von zwei radial gezahnten Scheiben 26, 28, welche mit dem Gabelkopf 18 einerseits bzw. mit dem Lagerzapfen 20 andererseits fest verbunden sind, stabilisiert wird. Bei der Ausführungsform der 2 ist das Exzenterteil 24 an dem Lagerzapfen selbst ausgebildet und trägt eben dieses zwischen den zwei Flanschen 19a, 19b des Gabelkopfes befindliche Exzenterteil das Kugelgelenk 22. Die zwei anderen Teilstücke 31, 32 des Lagerzapfens auf beiden Seiten des mittleren Exzenterteils sind koaxial. Sie sind außerhalb des Gabelkopfes durch Gewindeabschnitte 33, 34 fortgesetzt. Der Gewindeabschnitt 34 nimmt eine Mutter 36 auf. Der andere Gewindeabschnitt 33 nimmt nach Einfügen der gezahnten Scheiben 26, 28 ebenfalls eine weitere Mutter 38 auf. Der Flansch 19b des Gabelkopfes weist ein Loch 40 für den Durchgang des Lagerzapfens, dessen Durchmesser größer ist als der des Lagerzapfens selbst, für die Montage der Teile im Gabelkopf auf. Ein zylindrischer Ausgleichsring 41 ist zwischen diesem Flansch 19b und dem diesen durchquerenden Teilstück 32 angebracht. Des weiteren ist der Ausgleichsring 41 in Anlage zwischen der Mutter und dem Kugelgelenk angebracht. Wie in 2 zu sehen, ist die Länge des Ausgleichsrings derart, daß die Klemmkraft ausschließlich auf den gegenüberliegenden Flansch 19a des Gabelkopfes übertragen wird. Trotzdem ist zwischen diesem Flansch und dem Kugelgelenk 22, um dieses zwischen den zwei Flanschen des Gabelkopfes richtig zu positionieren, eine Positionierungsscheibe 43 eingefügt. Dieser Aufbau verhindert die Belastungen, die versuchen, die Flansche einander zu nähern.
Jede gezahnte Scheibe weist eine Vielzahl von Zähnen mit V-förmigem Profil auf, die sich radial erstrecken und zwischen den Zähnen der anderen gezahnten Scheibe zum Eingriff kommen.
Was den Aufbau der 2 anbelangt, so ist ersichtlich, daß eine erste gezahnte Scheibe 26 einen seitlichen Vorsprung 45 aufweist, der sich parallel zur axialen Richtung des Lagerzapfens erstreckt. Darüber hinaus umfaßt der Flansch 19a des Gabelkopfes außen wenigstens eine Positionierungskerbe 47, die geeignet ist, den seitlichen Vorsprung 45 aufzunehmen. In dem Beispiel umfaßt der Flansch des Gabelkopfes drei Positionierungskerben 47, die – wie oben angegeben – um einen vorbestimmten Winkel winkelmäßig versetzt sind, um die Anzahl möglicher Einstellpositionen zu erhöhen. Genauer gesagt können hier – betrachtet man den durch die Verzahnung der Scheiben 26 und 28 definierten Teilungswinkel – die drei Positionierungskerben um eine beliebige Ganzzahl des Teilungswinkels, erhöht um ein Drittel dieses Teilungswinkels winkelmäßig versetzt sein. So verfügt man über einen Einzeleinstellschritt, der feiner als der durch die Geometrie der gezahnten Scheiben definierte Teilungswinkel ist, nämlich hier genauer gesagt ein Drittel dieses Teilungswinkels beträgt.
Darüber hinaus umfaßt eine zweite gezahnte Scheibe 28 einen nach innen gerichteten radialen Vorsprung 49, während der Lagerzapfen 20 in seinem außerhalb des Flansches 19a vorspringenden Teil eine zu seiner Achse parallele Nut 50 aufweist. Der radiale Vorsprung 49 greift in diese Nut ein. So ist die gezahnte Scheibe 26 mit dem Gabelkopf fest verbunden, während die gezahnte Scheibe 28 mit dem Lagerzapfen fest verbunden ist. Eine Hohlscheibe 52, welche die Aufschichtung aus den zwei gezahnten Scheiben teilweise umgreift, ist zwischen der gezahnten Scheibe 28 und der Mutter 38 eingefügt.
Bei der Ausführungsform der 3 tragen die Strukturelemente, welche zu denjenigen der 2 analog sind, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben. Diese Ausführungsform ist dadurch bemerkenswert, daß eines der Enden des Lagerzapfens 20 einen Kopf 55 (anstelle eines Gewindeabschnittes) umfaßt, an dem sich die zweite gezahnte Scheibe 28 abstützt. Letztere umfaßt einen seitlichen Vorsprung 57, der sich parallel zur axialen Richtung des Lagerzapfens erstreckt, und der Kopf 55 weist wenigstens eine Positionierungskerbe 59 auf, die geeignet ist, den genannten seitlichen Vorsprung aufzunehmen.
Um die Anzahl der Einstellpositionen zu erhöhen, können – wie bei der vorhergehenden Ausführungsform – mehrere Kerben an dem Flansch 19a vorgesehen sein, um die gezahnte Scheibe in mehreren möglichen Positionen festlegen zu können, jedoch können auch, wie dargestellt, mehrere Positionierungskerben 59 in dem Kopf selbst vorgesehen sein, die um einen vorbestimmten Winkel winkelmäßig versetzt sind, wobei die Versatzwerte auf die gleiche Weise wie zuvor angegeben berechnet werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform wurden vier Positionierungskerben an dem Kopf selbst vorgesehen.
Bei der Ausführungsform der 4 gleicht der Aufbau oder die Montage der gezahnten Scheiben dem- bzw. derjenigen der 2. Hingegen umfaßt der Lagerzapfen auf der Seite des anderen Flansches 19b des Gabelkopfes 18 einen zylindrischen Kopf 60 mit größerem Durchmesser (was die Montage ermöglicht) und ist dieser Kopf in eine entsprechende Bohrung 61 des Flansches 19b eingepaßt. Er stützt sich mittels einer Zentrierscheibe 62 an dem Kugelgelenk ab. So werden die Klemmkräfte ausschließlich auf den anderen Flansch 19a, auf der Seite der gezahnten Scheiben übertragen.
Bei den folgenden Ausführungsformen befindet sich das Exzenterteil nicht mehr in der Mitte des Gabelkopfes 18, sondern verbindet sich mit den zwei Teilstücken 31, 32, die in dessen Flansche 19a, 19b eingesteckt sind. Mit anderen Worten gesagt umfaßt das Exzenterteil zwei Teilstücke, die in in den Flanschen des Gabelkopfes ausgebildeten Bohrungen gelagert sind. In der Ausführungsform der 5 ist eines der Teilstücke durch eine an dem Lagerzapfen 20 angebrachte Exzenterhülse 70 gebildet, während das andere Teilstück durch ein Exzenterteil 72 des Lagerzapfens selbst, das zu einem Außenkopf 55 dessen benachbart ist, realisiert ist. Wie bei der Ausführungsform der 3 sind die gezahnten Scheiben 26, 28 zwischen diesem Kopf und dem Flansch 19a angeordnet. Die zwei Teilstücke sind in Umfangsrichtung zueinander verkeilt, um die gleiche Exzentrizität gegenüber dem Gabelkopf aufzuweisen. Dies wird mittels einer Synchronisierscheibe 74 bewerkstelligt, die zwischen der Mutter 36 und dem Ende der Exzenterhülse 70 eingefügt ist. Diese Scheibe, die in 5A zu sehen ist, umfaßt eine radiale Lasche 76, die nach innen gerichtet und in eine in dem Gewindeabschnitt des Lagerzapfens ausgebildete Längsnut 75 eingesteckt ist. Sie umfaßt auch eine Lasche mit Längsausrichtung 77, die in eine Kerbe oder Nut 78 der Hülse 70 eingesteckt ist. Wie zuvor weist die Hülse eine ausreichende Länge auf, um die Klemmkraft auf beiden Seiten des Flansches 19a zu übertragen.
Bei der Ausführungsform der 6 sind zwei gegenüberliegende Exzenterhülsen 70, 79 vorgesehen, die an einem zylindrischen Lagerzapfen 20a, der an einem seiner Enden mit einem Kopf 55 versehen ist, angebracht sind. Auf der Seite der Mutter 36 ist der Aufbau mit demjenigen der 5, mit der gleichen Art von Synchronisierscheibe 74, identisch. Auf der Seite des Kopfes 55 ist zwischen dem Kopf 55 und der Exzenterhülse 79 eine andere Synchronisierscheibe 80 eingefügt. Diese Synchronisierscheibe weist die in 6A gezeigte Form auf. Sie umfaßt zwei Laschen 81, 82 mit axialer Ausrichtung. Die eine der Laschen ist in eine Kerbe der Hülse 80 eingesteckt, während die andere Lasche mit entgegengesetzter Richtung in eine Kerbe 83 des Kopfes 55 des zylindrischen Lagerzapfens eingesteckt ist.

Claims

Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen, umfassend einen Schwingarm (14), der zwischen den Teilen angelenkt ist, wobei wenigstens eines der Enden des Schwingarms einen Schwingarmkopf (16) umfaßt, der in einem Gabelkopf an dem entsprechenden Teil (11) angelenkt ist, und umfassend einen Gelenklagerzapfen (20), der zwischen dem Gabelkopf und dem Schwingarm angebracht und mit einem Exzenterteil (24) mit einstellbarer Winkelpositionierung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Winkelpositionierung durch das Zusammenwirken zweier radial gezahnter Scheiben (26, 28), die mit dem Gabelkopf bzw. mit dem Lagerzapfen fest verbunden sind, stabilisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen ein Kugelgelenk (22) trägt, um das der vorgenannte Schwingarmkopf schwenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste gezahnte Scheibe (26) einen seitlichen Vorsprung (45) umfaßt, der sich parallel zur axialen Richtung des Lagerzapfens erstreckt, und daß der Gabelkopf außen wenigstens eine Positionierungskerbe (47) umfaßt, die geeignet ist, den seitlichen Vorsprung aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gabelkopf mehrere um einen vorbestimmten Winkel winkelig versetzte Positionierungskerben (47) umfaßt, um die Zahl von möglichen Einstellpositionen zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gezahnte Scheibe (28) einen radialen Vorsprung (49) umfaßt, und daß der Lagerzapfen eine zu seiner Achse parallele Nut (50) umfaßt, in die der radiale Vorsprung eingreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Enden des Lagerzapfens einen Kopf (55) umfaßt, an dem sich eine zweite gezahnte Scheibe (28) abstützt, daß letztere einen seitlichen Vorsprung (57) umfaßt, der sich parallel zur axialen Richtung des Lagerzapfens erstreckt, und daß der Kopf wenigstens eine Positionierungskerbe (59) umfaßt, die geeignet ist, diesen seitlichen Vorsprung (57) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf mehrere um einen vorbestimmten Winkel winkelig versetzte Positionierungskerben (59) umfaßt, um die Zahl von möglichen Einstellpositionen zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterteil (24) sich auf dem Lagerzapfen selbst befindet und daß es das Kugelgelenk (22) trägt
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Flansche des Gabelkopfs ein Loch (40) für den Durchgang des Lagerzapfens, dessen Durchmesser größer als derjenige des Lagerzapfens ist, umfaßt, daß ein zylindrischer Ausgleichsring (41) zwischen diesem Flansch (19a) und dem Lagerzapfen (20) angebracht ist, und daß der Ausgleichsring (41) zwischen einer an einem Gewindeende des Lagerzapfens aufgeschraubten Mutter (36) und dem Kugelgelenk (22) angebracht ist, wobei die Länge des Rings derart ist, daß die Klemmkraft ausschließlich auf den anderen Flansch des Gabelkopfs übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen einen zylindrischen Kopf (60) mit größerem Durchmesser umfaßt, der in eine entsprechende Bohrung (61) von einem der Flansche eingepaßt ist und sich an dem Kugelgelenk abstützt, so daß die Klemmkraft ausschließlich auf den anderen Flansch übertragen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterteil zwei Teilstücke umfaßt, die jeweils in Bohrungen, welche in den Flanschen (19a, 19b) des Gabelkopfs ausgebildet sind, gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Teilstücke in Umfangsrichtung zueinander verkeilt sind, um die gleiche Exzentrizität aufzuweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teilstücke durch eine auf dem Lagerzapfen montierte Exzenterhülse (70) und das andere durch ein Exzenterteil (72) des Lagerzapfens selbst ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilstück durch eine auf dem Lagerzapfen montierte Exzenterhülse (70, 79) ausgeführt ist.