DE69116647T2

DE69116647T2 - Vorrichtung zum Bremsen von Stangen

Info

Publication number: DE69116647T2
Application number: DE69116647T
Authority: DE
Inventors: John Herbert Wolverhampton Wv6 7Sj Harvey
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-11-09
Also published as: DE69116647D1; EP0486223B1; US5174662A; EP0486223A1; GB9024914D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Bremsmoments auf eine Welle für den Fall, daß eine auf diese wirkende Axiallast einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung für den Einsatz in Verbindung mit einer Welle, die Teil eines Wandlers zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung ist, so daß ein Anstieg des Lastdrehmoments an der Welle zu einem entsprechenden Anstieg der Axiallast an der Welle führt.
In einer besonderen Ausführung kann die erfindungsgemäße Ausführung ein Teil eines Stellglieds zur Betätigung einer Einstelldrossel oder für den Einsatz und zum Aufstauen der Schubumkehreinrichtung einer Gasturbinenmaschine sein. Ein derartiges Stellglied ist in dem US-Patent 3 621 763 offenbart und enthält eine Gewindestange in Eingriff mit einem Gewinde an einem Ausgangselement des Stellglieds. Bei einer Linearbewegung des Ausgangselements dreht sich daher die Gewindestange. Die Gewindestange ist mit ähnlichen Stangen in anderen Stellgliedern für ein einzelnes Schubumkehrelement antriebsmäßig verbunden und die Anordnung dient zur Gewährleistung einer gemeinsamen Bewegung aller Stellglieder. Die Antriebsverbindung ist üblicherweise als Schneckengetriebe an jedem Stellglied ausgebildet, und ein flexibles Kabel verbindet die Schneckenelemente der entsprechenden Stellglieder.
Das Lastdrehmoment an den Gewindestangen und dem Kabel ist üblicherweise sehr gering. Wenn sich ein Stellglied oder ein davon angetriebenes Teil festfrißt, wird infolge der genannten Antriebsverbindung von den Gewindestangen der verbleibenden Stellglieder ein erheblich höheres Drehmoment auf das festgefressene Stellglied aufgebracht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein beim Festfressen auf die Antriebseinrichtung wirkendes Moment zu begrenzen und dadurch eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichts dieser Antriebseinrichtung zu ermöglichen.
Bei der vorgenannten besonderen Ausführung ist die Gewindestange angrenzend an eine Antriebsverbindung mit entsprechenden Stangen in anderen Stellgliedern durch mindestens ein Rillenkugellager in einem Gehäuse gelagert, wobei der Innenund Außenring des Rillenkugellagers eine relative Anfangsverschiebung in Axialrichtung aufweisen, um ein Axialspiel im Lager in Richtung der durch eine Axiallast an der Gewindestange bedingten Relativverschiebung zwischen den Lagerringen aufzunehmen. Eine zur Steigerung dieser Relativverschiebung führende Axiallast an der Stange führt zu einer elastischen Verformung der Lagerbauteile. Bei einem bestimmten Betrag dieser elastischen Verformung gelangt ein an der Stange drehbar angeordneter ersterteil in Eingriff mit einem am Gehäuse festgelegten zweiten Teil, wobei durch den Eingriff ein Bremsmoment auf die Gewindestange ausgeübt wird.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Bremsmoments auf eine Welle bei einer vorgegebenen Größe einer Axiallast an der Welle, mit einem Gehäuse, einem einreihigen Radial-Rillenkugellager, dessen Innenring an der Welle befestigt ist und dessen Außenring mit dem Gehäuse in Eingriff steht, wobei das Lager ein Lagerspiel aufweist, das eine Axialverschiebung zwischen seinem Innen- und Außenring ermöglicht, und wobei das Gehäuse eine Anlagefläche aufweist, die den Außenring des Lagers in einer Ausgangsstellung hält, die relativ zum Innenring um einen Betrag axial versetzt ist, der zumindest zur Aufnahme des sich aus dem Lagerspiel ergebenden Axialspiels ausreicht, gekennzeichnet durch ein Anlageelement, das in Bezug auf den Innenring axial fixiert ist und mit einem festen Teil des Gehäuses infolge der Zunahme der Axialverschiebung des Innenrings zusammenwirken kann.
In einer bevorzugten Ausführung ist der feste Teil an dem Gehäuse der Außenring.
Eine besondere Ausführung enthält erste und zweite solcher Lager, deren Innenringe an der Welle mit einem festen Abstand angeordnet sind, und deren Außenringe in Eingriff mit dem Gehäuse stehen, wobei das Gehäuse zwei Anlageflächen aufweist, welche die Außenringe in ihren Ausgangsstellungen halten, die in jeweils entgegengesetzten Richtungen relativ zu ihren entsprechenden Innenringen um Beträge axial versetzt sind, die zumindest zur Aufnahme des sich aus den Lagerspielen ergebenden Axialspiels ausreichen, sowie erste und zweite Anlageelemente, die relativ zu den jeweiligen Innenringen befestigt sind und jeweils mit festen Teilen des Gehäuses infolge der Zunahme der Axialverschiebung der entsprechenden Innenringe aus deren Ausgangsstellung zusammenwirken können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Anordnung mehrerer linearer Stellglieder um die Achse einer Gasturbinenenmaschine;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ende eines Stellglieds entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 2, die eine Anfangseinstellung des Axialspiels in den Lagern zeigt; und
Fig. 4 und 5 eines der Lager jeweils mit und ohne Axiallast.
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, sind vier identische Linearstellglieder 10-13 gleichwinklig beabstandet um die Achse einer Gasturbinenmaschine 14 angeordnet, um eine Hülse 15 axial zu verschieben, die das Strahlrohr 16 der Maschine 14 umgibt. Die Hülse 15 kann einen Teil eines Schubumkehrsystems bilden, wie dies in dem US-Patent 3 621 763 beschrieben ist, oder kann ein Teil einer veränderlichen Einstelldüse sein.
Wie im folgenden näher erläutert wird, sind die Stellglieder 10-13 durch eine flexible Antriebseinrichtung antriebsmäßig gekoppelt, die eine gleichzeitige Betätigung der gewährleistet. Fig. 2 zeigt ein Ende des linearen Stellglieds 13 mit einem Gehäuse 20, in dem ein Ausgangselement 21 durch Fluiddruck axial bewegbar ist. Eine Stange 22 ist in dem Gehäuse 20 gelagert und wird durch Kugellager 23, 24 an einer Axialbewegung gehindert. Die Stange 22 verläuft innerhalb einer Bohrung des Ausgangselements 21 und hat ein Hochleistungsgewinde 25, das mit einem komplementären Gewinde in einer am Element 21 befestigten Mutter 27 in Eingriff steht. Ein Zahnrad 28 ist an der Stange 22 zur Drehung mit dieser befestigt und steht in Eingriff mit einer Schnecke 29, von der der flexible Antrieb 17 zu einem entsprechenden Schnekkenrad in den jeweiligen Stellelementen 10, 12, 13 verläuft. Die Stellelemente werden daher zwangsläufig gleichzeitig betätigt.
Die Lager 23, 24 sind einreihige Radial-Rillenkugellager mit einem erheblichen Lagerspiel zwischen den Kugeln und den Rillen in den Lagerringen. Die Lager 23, 24 können daher eine erhebliche Axiallast tragen. Die Innenringe der Lager 23, 24 sind axial zum Rad 28 durch entsprechende Ringelemente 30, 31 angeordnet. Eine Füllstück oder eine Beilage 32 zwischen dem Außenring des Lagers 23 und dem Gehäuse 20 ist zur Aufnahme des durch das Lagerspiel bedingten Axialspiels in den Lagern 23, 24 ausgelegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das Füllstück 32 kann derart ausgelegt sein, daß es zusätzlich zur Aufnahme des Axialspiels auch eine Vorlast auf die Lager 23, 24 ausüben kann, was zu einer anfänglichen elastischen Verformung der Lagerelemente führt. Es ist ersichtlich, daß die Innenringe der Lager 23, 24 in Eingriff stehen mit vorstehenden Widerlagern an den entsprechenden Elementen 30, 31. Die Lastlinie L-R zeigt die Wirkungslinie der Axiallasten an der Stange 22 und dem Rad 28 - jeweils nach links und nach rechts - auf Teile des Gehäuses 20 bei fehlender axialer Überlastung an der Stange 22. Die Elemente 30, 31 sind so dimensioniert, daß zwischen den Außenringen der Lager 23, 24 und den angrenzenden Flächen der Elemente 30, 31 Spalte G von 0,051 mm bis 0,127 mm bestehen (Fig. 4). Im Normalbetrieb sind das Lastdrehmoment auf die Stange 22 und den flexiblen Antrieb 17 sowie die Axiallast auf die Stange 22 äußerst gering. Der Axiallastverlauf ist daher so, wie in Fig. 3 und vergrößert in Fig. 4 gezeigt.
Wenn während des Betriebs eines der Stellglieder, z.B. das Stellglied 10 oder ein davon angetriebenes Teil, klemmt, bewegen sich die verbleibenden Stellglieder 11-13 gegen die Torsionssteifigkeit des flexiblen Antriebs 17 weiter. Das Drehmoment in dem Antrieb 17 wird auf das klemmende Stellglied 10 einwirken und wird die Summe der Drehmomente der nichtklemmenden Stellgueder sein, und ist daher wesentlich höher als während des Normalbetriebs. Unter Berücksichtigung des Effekts auf das Stellglied 13 führt das ansteigende Drehmoment in dem Antrieb 17 dazu, daß die Stange 22 von dem Ausgangselement 21 in die ausgewählte Bewegungsrichtung des letzteren gedrückt wird. Wenn diese Bewegung nach rechts war, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wird auch der Innenring des Lagers 24 gemäß Fig. 5 nach rechts gedrückt, was zu einer elastischen Verformung des Lagers 24 führt, bis das Element 31 zur Anlage an dem Außenring des Lagers gelangt, um ein Bremsmoment auf die Stange 22 aufzubringen. Dadurch wird ein erheblicher Anteil des Drehmoments, das ansonsten von der Stange 22 auf den flexiblen Antrieb 17 übertragen wird, durch dieses Bremsmoment aufgenommen.
Die Lager 23, 24 werden vorzugsweise durch die Beilage bzw. das Füllstück 32 axial vorgespannt und die erreichte Höhe des Bremsmoments dadurch vergrößert. Die Beilage 32 und die axialen Dimensionen der Elemente 30, 31 können bei Bedarf verändert werden, um eine gewünschte Vorspannung zu erreichen.
Der vorgenannte Effekt wird auch innerhalb der Stellelemente 11 und 12 erreicht, so daß das auf den flexiblen Antrieb 17 wirkende Gesamtmoment erheblich reduziert und dessen Querschnitt verringert werden kann, was eine Gewichtseinsparung bedeutet.
Obwohl die Erfindung im einzelnen unter Bezug auf ein System zur Axialbewegung einer Hülse an einer Gasturbinenmaschine beschrieben wurde, kann sie in gleicher Weise bei allen Anordnungen verwendet werden, bei denen eine kritische Axiallast erforderlich ist, um ein Bremsmoment auf eine Welle auszuüben.
Jedes der Lager 23, 24 ist derart ausgebildet, daß der Innenring eine größere axiale Abmessung als der Außenring aufweist, daß ein Axialspiel von 0,023 mm zwischen dem Innen- und dem Außenring besteht und daß bei einer Maximalverschiebung zur Aufnahme des Spiels der Vorsprung eines Endes am Innenring, der sich aus der vorgenannten Verschiebung ergibt, 0,30 mm nicht übersteigt. Darüber hinaus sind die Materialien jedes Lagers 23, 24 derart ausgewählt, daß nach der Aufnahme des vorgenannten Spiels deren nachfolgende elastische Axialverformung unter einer Axiallast von 4,5 Newton mindestens 0,13 mm beträgt.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufbringen eines Bremsmoments auf eine Welle (22) bei einer vorgegebenen Größe einer Axiallast an der Welle (22), mit einem Gehäuse (20), einem einreihigen Radial-Rillenkugellager (23), dessen Innenring an der Welle (22) befestigt ist und dessen Außenring in das Gehäuse (20) eingreift, wobei das Lager ein Lagerspiel aufweist, das eine Axialverschiebung zwischen seinem Innen- und Außenring ermöglicht, und wobei das Gehäuse (20) eine Anlagefläche aufweist, die den Außenring des Lagers in einer Ausgangsstellung hält, die relativ zum Innenring um einen Betrag axial versetzt ist, der zumindest zur Aufnahme des sich aus dem Lagerspiel ergebenden Axialspiels ausreicht, gekennzeichnet durch ein Anlage element (30), das in bezug auf den Innenring axial fixiert ist und mit einem festen Teil des Gehäuses (20) infolge der Zunahme der Axialverschiebung des Innenrings zusammenwirken kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Anlageelement (30) mit dem festen Teil des Gehäuses über den Außenring zusammenwirken kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Axialverschiebung zur Vorspannung des Lagers ausreicht, so daß sich dessen elastische Verformung ergibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit ersten und zweiten (23, 24) solcher Lager, deren Innenringe an der Welle (22) mit einem festen Abstand und deren Außenringe an dem Gehäuse (20) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (20) zwei Anlagef lächen aufweist, welche die Außenringe in ihren Ausgangsstellungen halten, die in jeweils entgegengesetzten Richtungen relativ zu ihren entsprechenden Innenringen um Beträge axial versetzt sind, die zumindest zur Aufnahme des sich aus den Lagerspielen ergebenden Axialspiels ausreicht, und mit ersten und zweiten Anlageelementen (30, 31), die relativ zu den jeweiligen Innenringen befestigt sind und jeweils mit festen Teilen des Gehäuses (20) zusammenwirken können infolge der Zunahme der Axialverschiebung der entsprechenden Innenringe aus deren Ausgangsstellung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Axialverschiebungen zur Vorspannung der Lager (23, 24) ausreichen, so daß sich deren elastische Verformung ergibt.