DE845930C - Propellerrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Propellerrotor, /.. 1). für Turbinen oder Pumpen, welcher mit drehbaren Flügeln versehen ist, die im Betrieb entweder automatisch oder von Hand einstellbar sind. Die Erfindung befal.it sich speziell mit dem Betätigungsgetriebe für die Einstellung der Flüge!. Die auf jeden Flügel im Betrieb wirkenden Kräfte sind gewöhnlich von beträchtlicher Größe, so daß diese nur durch kräftige Druckmittelservomotoren

ίο und Verbindungsglieder aufgenommen und überwunden werden können.

Bisher hat der Druckmittelservomotor für die Hervorrufung einer gleichzeitigen Drehbewegung aller drehbaren Flügel eines hydraulischen Turbinenrotors gewöhnlich durch ein im Rotor axial hin und her bewegliches Glied auf die Flügel gewirkt, welches Glied durch Verbindungsstangen mit mit den Flügeln festen Kurbeln auf der Tnnenseite gelenkig verbunden ist, wobei die Stangen auf diese Weise auf die Kurbeln mehr oder weniger in der Längsrichtung der Rotorachse wirkende Kräfte ausüben: der \virksame Hel>elarm, mit welchem der Zug der Verbindungsstange auf jede Kurbel wirkt, ist durch den Durchmesser des Rotors und die Anzahl der Kurbeln und anderer im Rotor unterzubringender Teile begrenzt. Wenn somit sechs, acht oder mehr Flügel l>enötigt werden, so hat der im Rotorquerschnitt zusammengedrängte Mechanismus sehr wenig Platz. Die auf die Kurbelzapfen ausgeübte Kraft wirkt dann mit kleinem Hebelarm und muß entsprechend sehr beträchtlich sein. Somit ist bei einer solchen Anordnung die unmittelbar durch den Servomotor auszuübende Kraft groß und der Hub des Servomotors verhältnismäßig klein.

Man hat bei zweiflügeligen Flugzeugpropellern

bereits vorgeschlagen, die verstellbaren Propellerflügel mit Kurbeln zu versehen, die sich mehr oder weniger parallel zur Propellerachse erstrecken und in schiefe oder spiralförmige Nuten eines gemeinsamen hin und her beweglichen Gliedes eingreifen. Die Reaktionsmomente, die von den Kurbeln auf dieses Glied ausgeübt werden, wurden' entweder durch eine vierkantige Propellerwelle auf die Propellernabe übertragen oder durch einwärts gerichtete Zapfen dieser NaIx;, die in Führungsnuten zwischen den schiefen oder spiralförmigen Nuten eingriffen. Beide bekannten Anordnungen übertragen die Reaktionsmomente auf einem kleinen Radius, d.h. mit großen Kräften, und bieten keinen ausreichenden Platz für die Anordnung einer größeren Zahl von Prapellerflügeln, eignen sich daher nicht für Propeller von Hochleistungsmaschinen.

Gemäß der Erfindung besitzt der Propellerrotor drehbare Flügel, deren Drehzapfen innerhalb der Rotornabe je mit einer Kurl>el fest verbunden sind, die mit einem an ihrem Ende drehbar gelagerten Gleitblock in eine zur Rotorachse geneigte Nut eines gemeinsamen hin und her l>eweglichen Gliedes eingreift, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das hin und her bewegliche Glied den Kolben des in der Rotornabe angeordneten Servomotors umgibt und mit außerhalb des Bereiches der Nuten und Kurl>eln angeordneten Führungsgliedern in zugehörige Führungsglieder an der Innenseite der einen Teil der Rotornabe bildenden Haube eingreift.

In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch die Rotorachse einer Wasserturbine;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt zu Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht, welche den Servomotorkolben, ein damit hin und her bewegliches prismatisches Glied mit geraden Seitenwänden, einen mit geraden Seitenwänden versehenen Gleitblock und eine Kurbel zeigt, die einen der drehbaren Flügel betätigt;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Servomotorzylinders, der zum Sichtbarmachen des darin befindlichen Kolbens teilweise abgebrochen ist, und welche auch den am unteren Ende der Kolbenstange befestigten Teller veranschaulicht, wobei aber das prismatische, mit Nuten versehene Glied weggelassen ist;

Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht einer Kurbel mit einem mit geraden Seitenwänden versehenen Gleitblock in der entsprechenden Nut des prismatischen Gliedes;

Fig. 6 zeigt einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt einer abgeänderten Ausführungsform der Turbine;

Fig. 7 ist eine Ansicht eines abgeänderten prismatischen Gliedes mit gebogenen Xuten und mit einem entsprechenden Gleitblock am linde einer Kurl>el, während

Fig. 8, 9 und 10 schematische Darstellungen sind, welche die Wirkungsweise eines gebogene Seitenwände besitzenden Gleitblockes veranschaulichen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist jeder gebogene Turbinenflügel 1 aus einem Stück mit seinem Lagerzapfen i" und mit einer Betätigungskurbel i^b gegossen. Die Kurbel könnte auch an den Zapfen angeschweißt sein. Der außen nach einer Kugelzone abgedrehte Nabenteil 2" des Rotors besitzt Lager für die Zapfen i". Jeder Zapfen ist in einem inneren und einem äußeren Lager gelagert, wolxii jede Kurbel zwischen den zwei Lagern liegt. Der später beschriebene Servomotorzylinder ist in dem Zwischenraum zwischen den inneren Lagern am Nabenteil 2^a befestigt.

Die Lager sind in einer horizontalen Ebene durch die Achsen der Zapfen l" geteilt, so daß jeder Flügel mit seinem Zapfen und seiner Kurl>el an Ort und Stelle gesetzt und dann jeweils die Lagerhälften aufgesetzt werden können, wobei die Teile mittels durchgehender Schrauben 4 mit Muttern und Sicherungsscheiben zusammengehalten werden. Die horizontalen Trennflächen sind aufeinanderpassend geschabt und durch eine Dichtungslösung oder ein anderes Dichtungsmittel sowohl gegen den Eintritt von Wasser als auch den Austritt von Schmieröl abgedichtet. Am Nabenteil 2" ist die Haube 11 befestigt, welche in einer getrennten Nase 13 endigt, die durch den Arlieitslochdeckel 14 abgeschlossen ist. Am unteren Ende jeder Kurbel 1* ist ein Gleitblock 5 drehbar gelagert, der gerade Seitenwände aufweist und mit diesen gleitbar passend in eine mit geraden Seitenwänden versehene Nut 6" an einer Stirnseite eines hohlen prismatischen Gliedes 6 eingesetzt ist, das um die Nabenachse angeordnet ist. Die Kurbel i⁶ und der um einen Zapfen drehbare Gleitblock 5 sind voneinander und von dem prismatischen Glied 6 in Fig- 3 getrennt gezeigt. Für einen Rotor mit acht Flügeln ist das prismatische Glied 6 achtkantig, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Die mit geraden Seitenwänden versehene Nut 6" ist zur Nebenachse geneigt, wie aus Fig. 3 und 5 ersichtlich ist; eine gleiche Nut ist in jede Seite des prismatischen Gliedes 6 eingeschnitten, wie in Fig. 2 und 3 angedeutet ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird das untere Ende des prismatischen Gliedes 6 durch einen Teller 7 getragen, welcher, wie auch in Fig. 4 gezeigt ist, fest mit dem unteren Ende einer hohlen axialen Servomotorkolbenstange 8 verbunden ist, die einen Kolben 9 trägt, welcher in dem Zylinder 10 hin und her beweglich ist; der Zylinder ist an dem Nabenteil 2" befestigt und koaxial zur Nabenachse angeordnet. Der Umfang des Tellers 7 ist mit einem Paar diametral gegenüber]legender Vorsprünge J^b versehen, welche in kanalförmige, von der Wand der Haube 11 einwärts vorstehende Führungsglieder ii" eingreifen und zwischen diesen gleiten können. Das prismatische Glied 6 ist zwischen der Zentrierfläche 7" des Tellers 7 und den Führungsvorsprüngen 7⁶ eingepaßt. Die Zentrierfläche J" und die Vorsprünge 7* sind in Fig. 4 gezeigt, bevor das Glied 6 an Ort und Stelle gebracht ist. Diese Figur

zeigt auch den an dem stillstehenden Zylinder io vorgesehenen" Rand ι ο", über welchen das Glied 6 gleiten kann. Der untere Teil der Kolbenstange 8 ist durch den Zylinderdeckel 12 hindurchgeführt und durch einen I'ackungsring abgedichtet.

Druckflüssigkeit kann, von einem Steuerventil gesteuert. ül>er ein auIk¹ res, stillstehendes Rohr 15 durch das hohle Innere des oberen Teils des Zylinders 10 und die Xuteti S^ft in der Kolbenstange <S in den Zylinderraum über dem Kolben 9 gelangen. Durch das innere Rohr i(>, welches an der Kolbenstange S befestigt ist und sich mit derselben auf und ab bewegt, so dal.) sein oberes Fnde zum Anzeigen der Lage des Kolbens und der Schaufeln benutzt werden kann, kann ebenfalls Druckflüssigkeit üIkt das Innere der Kolbenstange S und über Auslaßöffnungen 8" zum Zylinderraum unter dem Kolben 9 gelangen. Der Zwischenraum zwischen dem ;uiIk'ren Rohr 15 und der Bohrung des Turbinenschaftes 17 wird für die Zuführung von Schmieröl ins Innere der Xabe und der Haube benutzt; der Stand des Schmieröls verändert sich entsprechend der Auf- und Abwärtsbewegung des Servomotors, wobei ül>ernüssiges Öl zur Schmierölquelle zurückkehrt.

Ks ist ersichtlich, daß durch Wegnahme der Haulie i ι und der Xase 13 nach unten ohne Wegnahme weiterer Teile des Rotors der Teller 7 sowie das auf der Außenseite um den Servomotor herumliegende prismatische Glied 6, die Kurbeln i^h und die Blöcke 5, da diese auf der Außenseite des Servomotors liegen, und die Lager für die Flügel freigelegt und zugänglich gemacht werden. Die Wegnahme des Tellers 7 und des Zylinderdeckel 12 nach abwärts gibt dann Zutritt zum Kolben 9. Ls ist ferner klar, dal.) die beschriel>eiie Konstruktion die Anzahl der Betätigungsteile auf ein Minimum reduziert. Durch Reduktion der Anzahl der Teile, welche innerhalb des Durchmessers tier Xabe untergebracht werden müssen, ist auch der für die Lager verfügbare Raum beträchtlich vergrößert, und es können Lager von großen Abmessungen vorgesehen sein.

J5ei der Betätigung bewirkt die axiale Aufundabbewegung des Kolbens 9. des Tellers 7 und des prismatischen Gliedes 6 eine Drehlxwegung der KurlxM¹ 1* und dadurch der Flügel 1 durch ilen Gleitblock 5 und die Xut 6", wobei in Fig. s verschiedene Lagen einer Kurbel und eines Gleitblockes für verschiedene axiale Lagen des Gliedes 6 gezeigt sind. Die Wirkungsgerade der auf das linde jeder Kurbel i^h wirkenden Kraft stellt senkrecht zur Seitenfläche der Xut (1" und ist somit unter einem Winkel sowohl zur Horizontalen als auch zur Vertikalen geneigt. Der wirksame Hebelarm ist gleich dem senkrechten Abstand von dieser Geraden zur Flügelachse, und dieser Abstand ist wieder unter einem beträchtlichen Winkel zur Horizontalen geneigt. Fs ist klar, daß demgemäß für einen gegebenen Durchmesser der Xabe und der Haulx' und eine gegebene Anzahl von Flügeln der wirksame Helielarm !beträchtlich größer sein kann als in .Anordnungen, bei welchen dieser Abstand horizontal ist. Die Mittellinie der Kurbel, wenn diese sich in ihrer Mittellage 1x?fiiuk't, könnte vertikal sein, ist aber vorteilhaft zur Vertikalen geneigt, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Wenn diese Mittellinie in der Mittellage parallel zu dt'11 Seitenwäiiden der X'ut 6" ist, ergibt sich 1km der Schwenkbewegung der Kurbel die kleinste Gleitbewegung des Kurbelendes in Richtung der X'ut und damit ein praktisch konstanter Hebelarm. W enn die räumlichen Bedingungen eine solche Anordnung unmöglich machen, dann kann als Kompromiß die Kurbel so angeordnet sein, daß sie um eine Mittellage schwingt, welche zwischen der Vertikalen und einer Richtung parallel zu den Seitenwänden der X'uten 6" liegt. Die auf dieKurl>el zur Überwindung einer gewissen Flügellx'lastung auszuübende Kraft kann somit l>eträchtlich kleiner sein als bisher, und es ergibt sich überdies die Möglichkeit, diese Kraft in einem l>egreiizten Bereich, innerhalb der durch die räumlichen Bedingungen sich ergebenden Grenzen, durch Veränderung der Länge der Kurbel und des Xeigungswinkeis der X'uten zu ändern. Der unmittelbare Zug, der durch den Kolben9 ausgeübt werden muß. ist im Vergleich mit anderen bekannten Anordnungen beträchtlich herabgesetzt; der Durchmesser des Kolbens kann somit beträchtlich reduziert we/-den, was ermöglicht, den Servomotor, wie beschrielx-'ii, innerhalb derHaul>e unterzubringen; der Hub des Kolbens ist dagegen vergrößert. Fs ist klar, daß die totale, für die Verstellung sämtlicher Flügel aufzuwendende Arbeit für irgendeine bestimmte Verstellbewegung unverändert bleibt und daher die maximale, durch den Servomotor geleistete Arbeit gleich wie früher bleibt; die Arbeit wird dagegen durch .Anwendung einer kleineren Kraft, welche über einen längeren Hub wirkt, geleistet. Die auf die Kurl>el ausgeübte Kraft wird unmittelbar auf die Flügel übertragen, da die Kurbel aus einem Stück mit dem Flügel l>esteht; die Gefahr des Kiitstehens eines Spielraumes bei der Betätigung ist daher behoben.

Die in Fig. 6 gezeigte abgeänderte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dadurch, daß der Servomotorkolben stillsteht, während das hohle prismatische Glied 6 zugleich den Servomotorzy linder bildet.

Die Kolbenstange 8, welche hohl ist und, wie vorstehend beschrieben, den Kolben 9 trägt, ist durch ihren olx'ren Flansch 8'' am Nabenteil 2" befestigt, der koaxial zur Stange 8 angeordnet ist. Das zugleich den Servomotorzylinder bildende prismatische Glied 6 besitzt einen durchbohrten oberen Ansatz 6*. der auf den oberen Teil der Kolbenstange 8 piif.it. Das untere Ende des Zylinders 6 ist durch einen Deckel 18 abgeschlossen, der einen Ansatz r8" hat, welcher ebenfalls durchbohrt ist und auf dem unteren Teil der Kolbenstange 8 gleitet. Am l'mfang des Deckels 18 ist ein Paar diametral gegenüberliegender Vorsprünge j^b vorgesehen, welche in die kanalförmigeu Führungsglieder 1 1" eingreifen und zwischen diesen Gliedern axial gleiten können. Das untere Ende des Ansatzes i8^u

ist durch die Kappe i8^c abgeschlossen, welche daran befestigt ist und welche auch das untere Ende des Rohres 16 abschließt, das an der Kappe Ijefestigt ist und dadurch mit dem Zylinder 6 sich auf- und abwärts bewegt.

Über das stillstehende Rohr 15 kann Druckflüssigkeit durch das hohle Innere der Kolbenstange 8 und die Auslaßöffnung 8" in den Zylinderraum über dem Kolben 9 gelangen. Über das innere Rohr 16 kann durch die Auslaßöffnungen i6" und die Nuten 8⁶ in dem unteren Teil der Kolbenstange Druckflüssigkeit dem Zylinderraum unter dem Koliken 9 zugeleitet werden.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Rotorachse horizontal statt vertikal sein, so daß die in der Beschreibung als horizontal bezeichneten Richtungen, welche senkrecht zur Propellerachse liegen, in die Vertikale fallen.

In der abgeänderten Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 10 sind die Seitenwände der Nut und des Gleitblockes kreisförmig gekrümmte Flächen. Es wurde gefunden, daß dies gewisse Vorteile hat, indem die Veränderung des Hebelarmes vermindert wird, mit welchem die auf das hin und her bewegliehe Glied ausgeübte Kraft bei Änderung der Lage des Gliedes auf die Kurbel wirkt, wodurch auch die Veränderung der Kraft, die durch den Servomotor bei Änderung der Lage der Flügel ausgeübt wird, vermindert wird. In Fig. 7 ist das prismatische Glied 6 der gleichen Art wie das in Fig. 6, welches j hohl und im Innern zylindrisch ist und als Zylinder für den Servomotor dient und auf dem stillstehenden Kolben gleitet. Das Glied 6 kann ein Paar diametral gegenül>erliegende Vorsprünge 6^C tragen, welche in ] der Art der Glieder 7* der Fig. 6 in Führungen ein- j greifen und zwischen diesen Führungen axial ! gleiten können. Die Seitenwände jeder Nut 6" und jedes Blockes 5 sind, wie gezeigt, gebogen.

Die Wirkungsgerade der auf das Ende jeder 1 Kurbel i^b wirkenden Kraft steht senkrecht zur ! Seitenfläche der Nut 6". Der wirksame Hel>elarm 1 ist gleich dem senkrechten Abstand dieser Kraft- j linie von der Flügelachse. Fig. 8, 9 und 10, in welchen das Glied 6 und die Kurbel i^fc für drei verschiedene Lagen der Flügel gezeigt sind, ver- i anschaulichen, wie durch Anwendung von zylindrisch gebogenen Seitenwänden der Nuten 6" und von entsprechenden Gleitblöcken der Hebelarm bei einer Bewegung der Kurbeln sich nur ganz wenig ändert. Die Krümmungsachse der kreisförmig gebogenen Seitenwände einer Nut geht durch den Punkt A und ist parallel zur Drehachse der zugehörigen Kurbel.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Propellerrotor mit drehbaren Flügeln, deren Drehzapfen innerhalb der Rotornabe je mit einer Kurbel fest verbunden sind, die mit einem an ihrem Ende drehbar gelagerten Gleitblock in eine zur Rotorachse geneigte Nut eines gemeinsamen, axial hin und her beweglichen Gliedes eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß das hin und her bewegliche Glied den Kolben des in der Rotornabe angeordneten Servomotors umgibt und mit außerhalb des Bereiches der Nuten und Kurbeln angeordneten Führungsgliedern in zugehörige Führungsglieder an der Innenseite der einen Teil der Rotornabe bildenden Haube eingreift.
2. 2. Propellerrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche jeder Nut und jedes zugehörigen Gleitblocks kreisförmig gekrümmte Flächen sind, deren Krümmungsachse parallel zur Drehachse der den Gleitblock tragenden Kurbel ist.
3. 3. Propellerrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hin und her bewegliche, mit Nuten versehene Glied ein hohles, prismatisches Glied ist mit einer der Anzahl der drehbaren Flügel gleichen Anzahl Seitenflächen und mit einer geneigten Nut in jeder Seitenfläche.
4. 4. Propellerrotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in der Rotornabe zur Nabenachse koaxial befestigten Servomotorzylinder, einen in diesem Zylinder hin und her beweglichen Kolben, eine am Kolben befestigte und durch den Zylinder heraustretende Kolbenstange und einen am Ende der Kolbenstange befestigten Teller, wobei das mit Nuten versehene, hin und her l>ewegliche Glied den Zylinder umgibt, jedoch am Teller befestigt ist und sich mit diesem bewegt.
5. 5. Propellerrotor nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zur Nabenachse koaxial in der Rotornabe befestigten Servomotorkolben und einen über diesen Kolben hin und her beweglichen Zylinder, welcher zugleich das mit Nuten versehene, hin und her bewegliche Glied bildet.
6. 6. Propellerrotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein durch die hohle Rotorwelle nach außen geführtes Rohr zum Zuführen von Druckmittel zu einem Raum des Servomotorzylinders, welches Rohr am beweglichen Teil des Servomotors befestigt ist und sich mit diesem Teil hin und her bewegt.
7. 7. Propellerrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor sich auf der freien Seite der Flügellager befindet und daß die Kurbeln auf der Innenseite einer Nasen- i'⁽) haube, aber auf der Außenseite des Servomotorzylinders sich befinden, der zugleich das hin und her bewegliche, mit Nuten versehene Glied bildet, so daß nach Entfernen der Haube die Kurbeln und Gleitblöcke frei sind und der Servomotor zugänglich ist.
8. 8. Propellerrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurbel ein Stück mit ihrem zugehörigen Flügel bildet und daß die Flügellager in der Rotornabe geteilt sind, um das Einsetzen der Flügel und Kurbeln zu ermöglichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 5282 7.