DEVICE FOR THE ADJUSTMENT OF BLADES OF VARIABLE PITCH

Abstract: 1. A apparatus for adjusting the rotating blades of axial fluid flow machines by means of a servo cylinder and piston unit (22, 3) which is situated coaxially with respect to the axis of rotation in the machine shaft (27), and with a control device which is associated with said unit functionally and which outside of its zero position feeds oil under pressure to the servo piston (3) and, after blade adjustment, moves back into the zero position with the help of a return rod (8) joined to the servo piston (3), characterized in that the control device is an axial piston pump (1) which serves to produce the oil under pressure and, besides being pivotable at its drive joint (22'), is also held with its swivel body (20) to be swivellable about a slide block (9) whose guide (16) is displaceable by the servo piston (3) and with the return rod (8), and that substantially parallel to the machine shaft (27) there is provided a screwthreaded spindle (10) which is connected to a geared motor (12) and which is mounted to be rotatable but axially stationary, and which engages in a screw-threaded block (34) of the pump motor (11).

Description: Einrichtung zum Verstellen der Flügelblätter von Strömungsmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verstellen der umlaufenden Flügelblätter von axialen Strömungsmaschinen mittels einer koaxial zur Rotationsachse in der Maschinenwelle angeordneten Servozylinder-Kolben-Einheit und einem ihr funktionell zugeordneten Steuerorgan, das ausser seiner Nullstellung dem Servokolben Drucköl zuführt und sich nach der Flügelblattverstellung mit Hilfe eines mit dem Servokolben vereinten Rückführgestänges in die Nullstellung zu rückbewegt. Eine derartige Einrichtung ist bereits nach dem Artikel "Verstellpro- peller fr Schiffe in der Neuen Züricher Zeitung vom 24. Juli 1958, Blatt 9, bekannt (EscherWyss-Verstellpropeller). Sie stellt das Servosystem dar, dessen wesentlicher Bestandteil eine Druckölpumpe und ein mit ihr kombinierter Steuerschieber ist. Die Pumpe ist von Null bis Volleistung stufenlos regulierbar, weist im Leerlauf keine nennenswerten Umwälzverluste auf und ist in der Förderrichtung ohne Anderung des Drehsinns umkehrbar. Der Steuerschieber ist mit der Pumpe funktionell gekoppelt und veranlasst eine Ulförderung nur, wenn er aus seiner Nullstellung auf mechanischem oder elektrischem Wege herausbewegt wurde. Hat der Servolkolben in seinem Zylinder die gewünschte Stellung erreicht, dann bringt eine mit ihm verbundene Rückführung den Schieber wieder auf Nullstellung, und die Pumpe fördert nur soviel Ul, wie unter Umständen notwendig ist, um Druck oder Volumenverluste auszugleichen. Diese Einrichtung weist eine hohe Anzahl der Bauteile auf, die ausserdem noch präzis bearbeitet werden müssen. Die Druckölpumpe ist eine Spezial konstruktion und nicht ohne weiteres greifbar. Auch andere Verstellsysteme, zum Beispiel die Mitsubishi-Verstellung, arbeiten mit Ulpumpe und nach-einem Verstellvorgang in die Nullstellung rückgeführtem Steuerschieber. Sie sind sogar gegenüber der Escher-Wyss Ausführung insofern nachteilig, als bei ihnen vor dem Steuerschieber stets ein hoher öldruck ansteht. Dadurch ist eine ständige Umwälzung der Ulmenge bedingt, deren Energie in Oberströmventilen vernichtet werden muss, wenn sie zwischen zwei Verstellungen nicht ausgenutzt ist. Das bringt aber eine hohe Erwärmung des les mit sich, so dass ein bikühler unerlässlich ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie ohne Einbusse an der Funktionsqualität weniger Teile als der Stand der Technik aufweist. Die erforderliche 'pumpe soll eine handelsübliche sein, und Präzisionsbearbeitung der Teile soll vermieden werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Steuerorgan eine Axialkolbenpumpe ist, die als Erzeuger des Drucköles dient, mit ihrem Schwenkkörper ausserhalb des Antriebsgelenkes noch um einen Gleitstein schwenkbar gehalten ist, dessen Führung durch den Servokolben und mit dem Rückführgestänge verschiebbar ist, und dass der Pumpenmotor etwa parallel zu der Maschinenwelle stufenlos versetzbar-ist. Dieses System benutzt für die Verstellung der Flügel von Schiffspropellern oder der Schaufelblätter von Pumpen und Turbinen die in der Technik und im Handel altbewährte Axialkolbenpumpe mit abknickbarem Schwenkkörper, deren besondere Eigenschaften als Steuerorgan ausgenutzt werden. Durch die starre Abstützung'des Schwenkkörpers der Pumpe über die Gleitsteinkonstruktion auf den Servokolben erreicht man eine sehr einfache Zwangsrückführung der Pumpe, die sich somit nach jeder Verstellung in einer neuen Lage stabilisiert, die dem gewünschten Verstellungsgrad der Flügel entspricht. Ein gesonderter Steuerschieber ist somit entbehrlich. Auch entfällt der Aufwand für eine vielteilige Rückführungsmechanik. Die Druckhaltung des Systems ist mit sehr geringen Fördermengen bewerkstelligt, so dass der Stromverbrauch der Axialkolbenpumpe gering bleibt. Da die Druckhaltung mit einer beinahe Nullförderung durchgeführt wird, entfällt die sonst bei konstanter Druckölumwälzung gegen Oberströmventile eintretende Ulaufheizung und die damit verbundene aufwendige Ulrückkühlung. Leckagen des Systems, die eine Servokolbenbewegung und infolge der Zwangsrückführung eine sofortige, geringfügige Pumpenverstellung und damit Pumpenfunktion verursachen, werden aufgrund der hohen Ansaugfähigkeit der Pumpe aus der Ulreserve sofort ergänzt, und zwar um die Nullstellung der Pumpe herum, da sie sofort anspricht. Daraus ergeben sich niedrige Drücke und anspruchslose Dichtungskonstruktionen zwischen der Umgebung, der Maschinenwelle und dem Rückführgestänge. Um die Ulförderung und damit die Funktion der Servozylinder-Kolben Einheit mit einfachen Mitteln auszulösen, ist eine drehbar aber axialfest gelagerte Gewindespindel mit einem Getriebemotor verbunden und in einem Gewindeblock des Pumpenmotors in Eingriff gehalten. Zweckmässig ist das Rückführgestänge hohl ausgebildet. Dabei ist vorteilhaft dieses Gestänge einen Ringkanal um sich bildend in der Maschinenwelle angeordnet, es mündet jenseits des Servokolbens aus und befindet sich mit dem freien Ende - den Ringkanal verlassend in einer dichten Kammer, die über einen Schlauch mit einem der Stutzen der Axialkolbenpumpe verbunden ist. Diese Ausbildung gestattet es, die beiden Seiten des Servokolbens voneinander mit nur wenigem Aufwand zu trennen. Um das Ul jenseits des Servokolbens wirken zu lassen, genügt es, das Rückführgestänge mit einer durchgehenden Axialbohrung zu versehen und seine beiden Enden in die dichte Kammer bzw. in einen Durchbruch des Servokolbens ausmünden zu lassen. In dem Ringkanal kann dann das bl mit der' anderen Seite des Servokolbens kommunizieren. Eine Eigenart der Konstruktion ist darin zu erblicken, dass das Rück führgestänge einerseits sich mit dem Servokolben und der Maschinen welle dreht und zum anderen einen rotationsfreien Bereich haben muss, um die Axialkolbenpumpe abstützen zu können. Das Rückführgestänge muss daher bei Aufrechterhaltung seiner axialen Durchströmbarkeit getrennt sein. Hierfür ist zweckmässig ein aus der Kammer herausge führter und mit der Führung des Gleitsteines vereinter Fortsatz vorgesehen, gegen den das Rückführgestänge unter Freilassung einer Radialbohrung in sich selbst drehbeweglich andauernd anliegt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Beaufschlagung der rückwärtigen Kolbenseite durch eine weitere, im Anschluss an die Maschinenwelle befindliche dichte Kammer zu ermöglichen, die über einen Schlauch mit einem der Stutzen der Axialkolbenpumpe ver bunden ist, in die der Ringkanal einmündet und durch die das Rück führgestänge hindurchragt. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schema tisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine mit einem Schwenkkörper versehene Axialkolbenpumpe im Längsschnitt während der biförderung, Fig. 2 die Axialkolbenpumpe im Längsschnitt, der gegenüber der Fig. 1 um 900 versetzt ist, und bei der Nullförderstellung, Fig. 3 einen Schnitt durch die Druck- und Saugkanäle im Pumpenkörper und Fig. 4 eine Axialverstelleinrichtung im Längsschnitt, die auf die Funktion der Axialkolbenpumpe abgestellt ist. Bei Axialkolbenpumpen 1 (Figur 1 bis 3) sind ganz allgemein mehrere Zylinder 18 achsparallel in einer Trommel 19 angeordnet. Bei der abgebildeten Pumpe 1 ist die Trommel 19 auf einem Schwenkkörper 20 drehbar gelagert und mit einer Welle 21 über ein Antriebsgelenk 22 verbunden. bl läuft über einen Absaugkanal 23 in dem Schwenkkörper 20 Kolben 25 zu und nach Drehung der Trommel 19 um 1800 durch einen Druckkanal 24 aus den Zylindern 18 ab. Die Kanäle 23 und 24 münden in Stutzen 26 bzw. 2, die zusammen mit dem Antriebsgelenk 22 in den sämtlichen Figuren der Zeichnung in einer Linie liegen. Die Pumpen dieser Art haben bei cd 0 eine Nullförderung. Bei Abknicken des Schwenkkörpers 20 gegen die Welle 21 wird ein Kolbenhub und damit die Förderung eingeleitet, die sich in ihrer Förderrichtung nach der Abknickungsrichtung einstellt, das heisst beim Oberschreiten der Nullförderlage kehrt sich die Förderrichtung um. Je grösser der SchwenkwinkeloCist, umso grösser ist die Fördermenge. Mit der Einrichtung gemäss Figur 4 sollen die Schaufelblätter einer Pumpe verstellt werden. Der in der Pumpennabe untergebrachte Verstellmechanismus ist nicht Gegenstand der Erfindung. Hier genügt es zu sagen, dass eine Verstellstange 30 zu diesem Mechanismus führt und in Richtung des Pfeiles 39 hin uner her bewegbar ist. Es ist eine rotierende Maschinenwelle 27 vorhanden, die im wesentlichen aus einer Pumpenwelle 28 und einer Motorwelle 29 besteht. Letztere ist durch einen achsversetzten Motor angetrieben, der nicht dargestellt ist. Diese Bindung zwischen den beiden Wellenteilen 28 und 29 ist durch als starre Kupplung ausgebildete Zylinderhälften 22a und 22b hergestellt, die beide zusammen einen Servozylinder 22 ergeben. Die Verstellstange 30 ist in der Pumpenwelle 28 angeordnet. Die Verstellung geht von der Axialkolbenpumpe 1 aus, die mit ihrem Pumpenmotor 11 über einen Gewindeblock 34 auf einer Gewindespindel 10 vorgesehen ist. Ein Getriebemotor 12 dreht die Gewindespindel 10 und hebt oder senkt damit das Pumpenaggregat. Die Axialkolbenpumpe 1 ist an ihrem Saugstutzen 26 und Druckstutzen 2 drehbar gelagert und stellt sich, da sie an einem zweiten Drehpunkt - in Gestalt eines Gleitsteines 9 - ineiner Führung 16 gehalten ist, auf einen Abknickwinkel ein. Damit stellt sich je nach Einstellrichtung eine Fördermenge und eine Förderrichtung ein, die über Schläuche 13 und 38 und ein hohl es Rückführgestänge 8 unter einen Servokolben 3 im Servozylinder 22 oder durch einen Ringkanal 17 über den Servokolben 3 geleitet wird. Das Rückführgestänge 8 befindet sich in der Mitte der Maschinenwelle 27, und der Ringkanal 17, der in der Motorwelle 29 vorgesehen ist, umgibt es. Zum Zwecke der bizu- und Abführung ragt die Motorwelle 29 mit einer koaxialen Hülse 31 in ein äusserlich rohrförmiges Gehäuse hinein, das aus übereinander gestellten Gehäuseteilen 32, 32a, 32b und 32c besteht. In dem Gehäuseteil 32c ist eine abgedichtete Kammer 35 vorhanden, in die das Rückführgestänge 8 drehend hineinragt und dort gegen einen nicht rotierenden aber verschiebbaren Fortsatz 7 ständig anliegt. Dieser Fortsatz 7 trägt aussen die Gleitsteinführung 16 und ist mit einem Anzeiger 33 versehen, um den Grad der Verstellung anzuzeigen. Das obere Ende des Rückführgestänges 8 ist in einem Lager 40 abgefangen, das in nicht dargestellter Weise an der Wand des Gehäuseteiles 32c befestigt ist und sowahl das Umlaufen als auch das Verschieben des Rückführgestänges 8 gestattet. In diesem ist unter dem Lager 40 eine Radialbohrung 37 für den bleintritt oder Ulaustritt vorhanden. Die Hülse 31 mündet in eine weitere abgedichtete Kammer 36 aus, die in dem Gehäuseteil 32b angeordnet-ist. Damit kann das Ul mit der oberen Seite des Servokolbens 3 kommunizieren. Die Schläuche 13 und 38 münden dabei in die Kammer 35 bzw. 36. Wenn der Servokolben 3 verstellt wird, folgt das Rückführgestänge 8 als Zwangsrückführung die Kolbenbewegung und zieht oder schiebt den Gleitstein 9 der Axialkolbenpumpe 1 in die dargestellte Null förderl age zurück. Dichtungen 4, 5 und 6 dichten die Kammer 35 und 36 gegeneinander und gegen Atmosphäre ab. Bei Leckageverlusten dieser Dichtungen ergibt sich zwangsläufig eine Servokolbenbewegung, die diesmal in umgekehrter Reihenfolge über die Zwangsrückführung und den Gleitstein 9 einen Kolbenhub der Axialkolbenpumpe 1 einstellt. Somit wird ein der Servokolbenbewegung entgegengesetzter ölstrom ausgelöst, so dass der Servokolben3 wieder bis zur Nullförderlage der Axialkolbenpumpe 1 zurückgeführt wird. Da geringe Lageveränderungen des Servokolbens 3 auch nur geringe Kolbenhübe der Axialkolbenpumpe 1 verursachen, stellt sich ein kleiner Daueranstellwinkel ein, der die Leckölverluste ergänzt und die Servokolbenstellung stabilisiert. blvolumenverluste an der Atmosphärenseite werden durch die Saugfähigkeit der Axialkolbenpumpe 1 oder durch eine angebaute Speisepumpe über'unvorgespannte Rückschlagventile 15 ergänzt. Die Druckhaltung wird durch Druckbegrenzungsventile 14 abgegrenzt. Bei der mittleren Dichtung 5 erfolgt eine drehende und schiebende Bewegung des Rückführgestänges 8. An dieser Stelle wird daher für die Druckraumbegrenzung eine Spaltdichtung (Gleitlagerung) gewählt. Bei Instabilität des Druckpunktes der verstellbaren Schaufelblätter kann der Servokolben 3 mit einer nicht gezeigten degressiven Feder einseitig vorgespannt werden. In diesem Fall ergibt sich bei Ausfall der hydraulischen Einrichtung eine Endlagenstabilisierung. Dieses Prinzip wird bereits für Schiffspropeller praktiziert. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Axialkolbenpumpe 2 Stutzen 3 Servokolben 4,5,6 Dichtungen 7 Fortsatz 8 Rückführgestänge 9 Gleitstein 10 Gewindespindel 11 Pumpenmotor 12 Getriebemotor 13 Schlauch 14 Druckbegrenzungsventil 15 Rückschlagventil 16 Führung 17 Ringkanal 18 Zylinder 19 Trommel 20 Schwenkkörper 21 Welle 22 Antriebsgelenk 23 Saugkanal 24 Druckkanal 25 Kolben 26 Stutzen 27 Maschinenwelle 28 Pumpenwelle 29 Motorwelle 30 Verstellstange 31 Hülse 32,32a,32b, 32c Gehäuseteile 33 Anzeiger 34 Gewindeblock 35 Kammer 36 weitere Kammer 37 Radialbohrung 38 Schlauch 39 Pfeil 40 Lager

Claims: Ansprüche: 1. Einrichtung zum Verstellen der umlaufenden Flügelblätter von axialen Strömungsmaschinen mittels einer koaxial zur Rotationsachse in der Maschinenwelle angeordneten Servozylinder-Kolben-Einheit und einem ihr funktioniell zugeordneten Steuerorgan, das ausser seiner Null stellung dem Servokolben Drucköl zuführt und sich nach der Flügel blattverstellung mit Hilfe eines mit dem Servokolben vereinten Rückführgestänges in die Nullstellung zurückbewegt, dadurch gekenn zeichnet, dass das Steuerorgan eine Axialkolbenpumpe (1) ist, die als Erzeuger des Drucköles dient, mit ihrem Schwenkkörper (20) ausserhalb des Antriebsgelenkes (22) noch um einen Gleitstein (9) schwenkbar gehalten ist, dessen Führung (16) durch den Servokolben (3) und mit dem Rückführgestänge (8) verschiebbar ist, und dass der Pumpenmotor (11) etwa parallel zu der Maschinenwelle (27) stufen los versetzbar ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine drehbar aber axialfest gelagerte und mit einem Getriebemotor (12) verbundene Gewindespindel (10), die in einen Gewindeblock (34) des Pumpenmotors (11) eingreift. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführgestänge (8) hohl ausgebildet ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rück führgestänge (8) einen Ringkanal (17) um sich bildend in der Maschinenwelle (27) angeordnet ist, jenseits des Servokolbens (3) ausmündet und mit dem freien Ende - den Ringkanal verlassend sich in einer dichten Kammer (35) befindet, die über einen Schlauch (13) mit einem der Stutzen (2, 26) der Axialkolbenpumpe (1) ver bunden ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen aus der Kammer (35) herausgeführten und mit der Führung (16) des Gleit steines (9) vereinten Fortsatz (7), gegen den das Rückführgestänge (8) unter Freilassung einer Radialbohrung (37) in sich selbst drehbeweg lich andauernd anliegt. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine weitere, im Anschluss an die Maschinenwelle (27) befindliche dichte Kammer (36), die über einen Schlauch (38) mit einem der Stutzen (26, 2) der Axialkolbenpumpe (1) verbunden ist, in die der Ringkanal (17) ein mündet und durch die das Rückführgestänge (8) hindurchragt.

Inventors: SCHONEMANN, FRITZ, Schönemann, Fritz
Applicants: THYSSEN INDUSTRIE AG
Application year: 1983
Main classification: B63H3
IPC codes: B63H3, F04D29, F15B9, F03B3, F01D7