DE1172919B

DE1172919B - Spatial crank mechanism for the simultaneous adjustment of a ring of radially arranged, swiveling axes

Info

Publication number: DE1172919B
Application number: DEV16511A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Enderlen
Original assignee: ENERGIEMASCHINEN ENTWICKLUNG P; GASTURBINENBAU VEB
Current assignee: ENERGIEMASCHINEN ENTWICKLUNG P; GASTURBINENBAU VEB
Priority date: 1959-05-12
Filing date: 1959-05-12
Publication date: 1964-06-25

Description

Räumliches Kurbelgetriebe zum gleichzeitigen Verstellen eines Kranzes von radial angeordneten, schwenkbaren Achsen Die Erfindung geht aus von einem räumlichen Kurbelgetriebe zum gleichzeitigen Verstellen eines Kranzes von radial angeordneten, schwenkbaren Achsen über eine auf jeder Achse befestigte Kurbel durch einen mit dem freien Ende jeder Kurbel verbundenen, um eine durch den Schnittpunkt der Achsenmittellinien gehende, zu der Ebene der Achsenmittellinien senkrecht stehende Gerade schwenkbaren, elastischen Verstellring.Spatial crank mechanism for the simultaneous adjustment of a ring of radially arranged, pivotable axes The invention is based on a spatial Crank mechanism for the simultaneous adjustment of a ring of radially arranged, swiveling axes via a crank attached to each axis by one with connected to the free end of each crank by one through the intersection of the axis centerlines going straight lines perpendicular to the plane of the axis center lines can be pivoted, elastic adjustment ring.

Es ist bekannt, derartige Verstellbewegungen mittels eines um die durch den Wellenachsenschnittpunkt gehenden Symmetrieachse drehbaren Verstellringes zu übertragen, der zur Weiterleitung der ihm vom Stellglied erteilten Bewegungsimpulse mit den Wellen getrieblich verbunden ist. Als übertragungsmittel zwischen dem Verstellring und den Achsen dienen Kegelräder oder Hebel, wobei letztere ent4 weder mit einem kugelförmigen Ende in einen ringförnügen Rechen eingreifen oder mit dem Verstellring über Lenker oder Gleitstangen oder auch untereinander durch Schubstangen verbunden sind.It is known, such adjustment movements by means of a through the shaft axis intersection of the axis of symmetry of the rotatable adjusting ring to transmit, the forwarding of the movement impulses given to it by the actuator is geared to the waves. As a means of transmission between the adjusting ring and the axes serve bevel gears or levers, the latter ent4 neither with a spherical end engage in a ring-shaped rake or with the adjusting ring Connected via handlebars or slide rods or with each other by push rods are.

Ein wesentliches, unerwünschtes Merkmal der bekannten Vorrichtungen ist die punkt- und linienförmige, Berührung an denjenigen Stellen der Ge- triebeleitung, an denen Getriebeteile aneinandergleiten. Von dem technischen Aufwand für diese bekannten Bauformen abgesehen, weist eine solche Getriebeausführung daher eine größere Anzahl von Fehlerquellen auf, weil die Berührungsstellen einem höheren Verschleiß unterliegen und nach verhältnismäßig kurzer Zeit ein unzulässig großes Spiel erhalten. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die zu verstellenden Wellen Schwingungsbeanspruchungen durch ein mit großer Energie strömendes Medium unterliegen, wie dies z. B. bei Verstelleitkränzen für Axialverdichter gegeben ist. Bei solchen Betriebsverhältnissen besteht jedoch die Forderung nach genauer und spielfreier Arbeitsweise. Handelt es sich dabei z. B. um Axialverdichter an Gasturbinentriebwerken für Fahrzeuge oder Flugzeuge, so ist die weiterhin gestellte Forderung nach Betriebssicherheit und geringer Gewichtsbelastung von besonderer Bedeutung.An essential, undesirable feature of known devices drives the line point and line shaped contact at those points of the overall where transmission parts sliding on each other. Apart from the technical complexity for these known designs, such a gear design therefore has a greater number of sources of error because the contact points are subject to greater wear and tear and after a relatively short time receive an inadmissibly large amount of play. This is particularly the case when the shafts to be adjusted are subject to vibration stresses caused by a medium flowing with great energy, as is the case with e.g. B. is given at Verstelleitkränke for axial compressors. In such operating conditions, however, there is a requirement for a more precise and backlash-free mode of operation. Is it z. B. to axial compressors on gas turbine engines for vehicles or aircraft, the continued demand for operational reliability and low weight is of particular importance.

Es ist an sich schon eine unter Verwendung von Kurbeln arbeitende Vorrichtung zur Verstellung radialer Achsen bekanntgeworden, bei der der Verstellring aus elastischem Werkstoff besteht und der Eingriff der Kurbelzapfen im Verstellring spielfrei ausgeführt ist. Dieser Verstellring kann nach der vorgeschlagenen Ausführung auch von einem starren, vorzugsweise aus Leichtmetall bestehenden Mantelring eingefaßt sein. Den Vorteilen, die sich aus einer spielfreien Lagerung schlechthin ergeben, stehen aber hier infolge der Verwendung eines elastischen Werkstoffes Schwierigkeiten gegenüber, durch die diese Vorrichtung für das Verstellen hoch belasteter Bauteile ungeeignet ist. Sofern die mit den radial angeordneten Achsen verstellten Bauteile sich in einem mit großer Energie strömenden Medium befinden, sind diese Bauteile dauernden Schwingungen ausgesetzt, und zwar nicht nur bei kritischen Drehzahlen. Sobald sich diese Frerndschwingungen den Eigenschwingungen der mit den Achsen zu verstellenden Bauteile überlagern, geraten diese infolge der Elastizität des Verstellring-werkstoffes in den unerwünschten Zustand des Flatterns. Ebenso istkeine Gewähr dafür vorhanden, daß die Bauteile bei einem Strömungsdruck die vorgegebene WinkeIstellung auch einnehmen bzw. beibehalten.It is in and of itself one that operates using cranks Device for adjusting radial axes has become known in which the adjusting ring consists of elastic material and the engagement of the crank pin in the adjusting ring is executed free of play. This adjusting ring can according to the proposed design also bordered by a rigid, preferably made of light metal jacket ring be. The advantages that result from a backlash-free bearing, However, there are difficulties here due to the use of an elastic material opposite, through which this device for the adjustment of highly stressed components is unsuitable. Provided that the components adjusted with the radially arranged axes are in a medium flowing with great energy, these are components exposed to constant vibrations, and not only at critical speeds. As soon as these external vibrations become the natural vibrations of the axes overlay adjusting components, they get due to the elasticity of the adjusting ring material into the undesirable state of flutter. There is also no guarantee that that the components also assume the predetermined angular position at a flow pressure or retained.

Es sind auch Verstellvorrichtungen für die Leitschaufeln von Strömungsmaschinen bekannt, bei denen der VersteHring in einem Ringraum eines Gehäuses, in dem auch die zu verstellenden Achsen gelagert sind, in Umfangsrichtung beweglich geführt ist.Adjusting devices for the guide vanes of turbomachines are also known, in which the adjustment ring is movably guided in the circumferential direction in an annular space of a housing in which the axes to be adjusted are also mounted.

Es sind fernerhin schon Verstelleitapparate für Gebläse bekanntgeworden, deren axiale Verstellschaufeln über Hebel und Lenker mit einem den zylindrischen Strömungskanal umgebenden Regehing verbunden sind. Bei diesen Verstelleitapparaten ist der Verstellring hohl, profiliert, nach der Achsenseite zu offen und sowohl in Richtung auf die Achsen als auch in Umfangsrichtung beweglich ausgeführt.Furthermore, adjustment devices for blowers have become known, their axial adjustment blades via lever and control arm with a cylindrical Flow channel surrounding Regehing are connected. With these adjustment devices the adjusting ring is hollow, profiled, open on the axis side and both designed to be movable in the direction of the axes as well as in the circumferential direction.

Schließlich sind auch noch Verstellapparate, für Kompressoren bekanntgeworden, bei denen das freie Ende der Kurbeln im Verstellring über einen Zapfen schwenkbar gelagert ist. Die Aufgabe der Erfindung ist es diesem Bekannten gegenüber, Getriebe der im ersten Absatz dieser Beschreibung dargestellten Art insoweit zu verbessern, daß eine möglichst niedrige Anzahl von Fehlerquellen vorhanden ist, so daß eine präzise und spielfreie Arbeitsweise auch nach längerer Betriebszeit gewährleistet ist.Finally, adjusting devices for compressors have also become known. in which the free end of the cranks can be pivoted in the adjusting ring via a pin is stored. The object of the invention is this known opposite, transmission of the type shown in the first paragraph of this description to improve that the number of sources of error is as low as possible, so that a precise and play-free way of working even after a long period of operation is guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vereinigung folgender Merkmale vorgesehen: a) In an sich bekannter Weise ist der Verstellring in einem Ringraum eines Gehäuses, in dem auch die zu verstellenden Achsen gelagert sind, in Umfangsrichtung beweglich geführt; b) in an sich bekannter Weise ist der Verstellring hohl profiliert, nach der Achse zu am ganzen Umfang einseitig offen und sowohl in der Umfangsrichtung als auch in Richtung auf die Achsen zu beweglich; c) in an sich bekannter Weise ist das freie Ende jeder der Kurbeln im VersteHring über einen Zapfen schwenkbar gelagert; d) die Mittellinien der Zapfen verlaufen stets durch den Schnittpunkt der Achsenmittellinien.To achieve this object, the combination of the following features is provided: a) In a manner known per se, the adjusting ring is movably guided in the circumferential direction in an annular space of a housing in which the axes to be adjusted are also mounted; b) in a manner known per se, the adjusting ring has a hollow profile, is open on one side towards the axis on the entire circumference and can be moved both in the circumferential direction and in the direction of the axes; c) in a manner known per se, the free end of each of the cranks is pivotably mounted in the adjustment ring via a pin; d) the center lines of the pegs always run through the intersection of the axis center lines.

Als für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildung sind weitere Merkmale aus den am Schluß der Beschreibung angeführten Unteransprüchen zu entnehmen.As an advantageous and conducive further training for the task solution are further features from the subclaims listed at the end of the description refer to.

Der Verstellring, dessen Profilwandungen dünn ausgeführt werden können, erfährt bei seiner mit der hin- und hergehenden Bewegung verbundenen Deformation nur eine elastische Formänderung - die Krempelung. Der Beanspruchung auf Biegung setzt der Ring durch die Form seines Profils einen hohen Widerstand entgegen. Da die in den Kurbeln sitzenden, im VersteHring gelenkig gelagerten Zapfen zur Verstellung der radial angeordneten Achsen gleichzeitig Führungen für den Verstellring darstellen, bildet andererseits der Abstand zwischen je zwei Gelenken gleichzeitig die Biegelänge des Ringabschnittes. Für Triebwerke in Flugzeugen ist es außerdem noch von Bedeutung, daß durch den geringen technischen Aufwand infolge der durch die dünnwandige Ausführung des Verstellringes und der aus der erfindungsgemäßen Getriebeart resultierenden einfachen baulichen Ausführung auch an Gewicht gespart wird.The adjusting ring, the profile walls of which can be made thin, experiences only an elastic change in shape during its deformation associated with the back and forth movement - the carding. Due to the shape of its profile, the ring offers high resistance to bending stress. Since the seated in the cranks, the articulated in Versteh ring pins for adjusting the radial axes constitute guides for the adjusting ring at the same time, on the other hand, the distance between two joints forms at the same time, the bending length of the ring portion. For engines in aircraft, it is also important that the low technical complexity due to the thin-walled design of the adjusting ring and the simple structural design resulting from the type of transmission according to the invention also save weight.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 die getriebliche Verbindung der radial angeordneten Achsen mit dem Verstellring durch eine im Verstellring gelenkig gelagerte Kurbel in der durch die Achsenmitte und Zapfenmitte laufenden Querschnittebene, F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1, jedoch in Seitenansicht, und zwar in den offenen Ringraum in Richtung auf die Achsen gesehen und mit in der Zapfenmittenebene längsgeschnittenern Verstellring, F i g. 3 einen Teil der Anordnung nach F i g. 1 in einer Schnittebene senkrecht zur Längsachse des Verstellringes, die jedoch den Verstellring in der Um--laufachse einer der den Ring zentrierenden Rollen schneidet.In the drawing, the invention is illustrated in one embodiment. It shows F i g. 1 shows the geared connection of the radially arranged axes with the adjusting ring by means of a crank articulated in the adjusting ring in the cross-sectional plane running through the axis center and the journal center, FIG . 2 the arrangement according to FIG. 1, but in side view, namely into the open annular space in the direction of the axes and with the adjusting ring cut lengthways in the pin center plane, FIG . 3 shows part of the arrangement according to FIG. 1 in a sectional plane perpendicular to the longitudinal axis of the adjusting ring, which however intersects the adjusting ring in the axis of rotation of one of the rollers centering the ring.

Im Gehäuse 4 sind die Achsen 51, 52 usw. mit ihren Mittellinien 61, 622 usw. radial angeordnet und drehbar gelagert. Um eine durch den Schnittpunkt der Achsennüttellinien 61, 62 usw. gehende, zu der Ebene durch die Achsenmittellinien 61, 62 usw. senkrecht stehenden Gerade ist ein Ringraum 7 angeordnet, in dem der zur Verstellung der Achsen 51, 52 usw. dienende profilierte Verstellring 8 beweglich gelagert ist. Zur übertragung der dem Verstellring 8 erteilten Bewegungen dienen Kurbeln 91, 92 usw., die auf den Achsen 51, 52 usw. sitzen und durch Stifte 10 mit den Achsen 51, 52 usw. drehfest verbunden sind. Am freien Ende der Kurbeln 91, 92 usw. sitzen Zapfen 111, 112 usw., die im Verstellring 8 derart gelenkig gelagert sind, daß deren Mittellinien 121, 122 USW. durch den Schnittpunkt der Achsenmittellinien 61, 62 usw. gehen, durch den gleichzeitig die dem Ringraum 7 und dem Verstellring 8 gemeinsame Symmetrieachse läuft. Da die Arme der Kurbeln 91, 92 usw. gebogen sind und die Mittellinien 121, 12,2 usw. der Zapfen 111, 112 usw. außerhalb der durch die Symmetrieachse und die entsprechenden Achsenmittellinien 61, 62 USW. gegebenen Ebene liegen und da weiterhin die jeweils zwischen zwei Zapfen 111, 112 usw. befindlichen Abschnitte des Verstellringes 8 gebogen sind, entstehen radial nach außen gerichtete Kräfte, die entsprechende Reibungskräfte zwischen dem Verstellring 8 und den Wandungen des Ringraumes 7 hervorrufen. Zur Verminderung dieser Reibung sind am Verstellring 8 zwischen den Zapfengelenken auf Bolzen 13 gelagerte Rollen 14 angeordnet.In the housing 4, the axes 51, 52 etc. are arranged radially with their center lines 61, 622 etc. and are rotatably mounted. An annular space 7 is arranged around a straight line that goes through the point of intersection of the Achsennüttellinien 61, 62 etc. and is perpendicular to the plane through the axis center lines 61, 62 etc., in which the profiled adjusting ring 8 used to adjust the axes 51, 52 etc. is movably mounted. For transmitting the movements of the adjusting members 8 serve cranks 91, 92, etc., on the axes 51, 52 sitting, etc., and are connected by pins 10 with the axes 51, 52, etc. for rotation therewith. At the free end of the cranks 91, 92 , etc. are seated pins 111, 112, etc., which are articulated in the adjusting ring 8 in such a way that their center lines 121, 122, etc. go through the intersection of the axis center lines 61, 62 , etc., through which the axis of symmetry common to the annular space 7 and the adjusting ring 8 runs at the same time. Since the arms of the cranks 91, 92 etc. are curved and the center lines 121, 12.2 etc. of the pins 111, 112 etc. are outside of the axis defined by the symmetry axis and the corresponding axis center lines 61, 62 etc. given plane and since the portions of the adjusting ring 8 located between two pins 111, 112 etc. are also bent, forces directed radially outward arise which cause corresponding frictional forces between the adjusting ring 8 and the walls of the annular space 7. To reduce this friction, rollers 14 mounted on bolts 13 are arranged on the adjusting ring 8 between the pivot joints.

. Die Wirkungsweise der Getriebeanordnung ist folgende: Sobald dem Verstellring 8 und damit den radial angeordneten Achsen 51, 52 usw. eine Drehbewegung erteilt wird, bewegt sich der Verstellring 8 gleichzeitig in Richtung der Symmetrieachse, nähert sich also den Achsen 51, 522 oder entfernt sich von diesen, je nachdetr4 bei welcher Kurbelstellung die Verstellbewegung beginnt. In den F i g. 1 und 2 ist die Nullstellung des Verstellringes 8 bzw. der Kurbeln 91, 92 USW. in gestrichelten Linien dargestellt und die zugehörige Mittellinie eines Zapfens mit 12' bezeichnet. Dadurch, daß die Mittellinien 121, 122 usw. der Zapfen 111, 112 usw. die Achsenmittellinien 61, 6-' usw. in der Symmetrieachse schneiden, bewegt sich jede der Mittellinien 121, 122 USW. der Zapfen 111, 112 usw. während der Hin- und Herbewegung des Verstellringes 8 auf dem Mantel eines Kegels, dessen Spitze in diesem Achsenschnittpunkt liegt. In Richtung der Symmetrieachse gesehen, stehen die Mittellinien 121, 122 usw. der Zapfen 111, 112 usw. also stets radial. Der Winkel zwischen jeder Mittellinie 121, 122 usw. der Zapfen 111, 112 usw. und jeder Achsenmittellinie 61, 62 usw. - in den durch die Symmetrieachse und jede der Achsenmittellinien 61,62 USW. gegebenen Ebenen gesehen - ändert sich jedoch während der Hin- und Herbewegung. Diese in F i g. 1 mit a bezeichnete Winkeländerung ist sehr gering - sie beträgt bei einem Verstellwinkel der Achsen 51, 52 USW. um 45' etwa 15' und wird vom Verstellring 8 durch die in einer Krempelung des Verstellringes 8 bestehende elastische Deformation aufgenommen, sofern die Zapfen 111, 112 usw. ohne jedes Spiel in den Kurbeln gl, 92 usw. bzw. im Verstellring 8 sitzen. Sofern jedoch der profilierte Verstellring 8 einen großen Durchmesser und ein offenes Profil erhält und infolgedessen sehr krempelweich ist, setzt er dieser Krempelung keinen nennenswerten Widerstand entgegen, sofern das Zapfenspiel die Krempelung überhaupt zur Auswirkung kommen läßt. Bei einem stern- bzw. kreuzförmigen Profil des Verstellringes 8 ,soll diese Formgebung des Querschnittes bewirken, daß trotz der Krempelweichheit für die jeweils gedrückte Ringhälfte eine hohe Biegesteifigkeit vorhanden ist. Andererseits sind die dem Wellenabstand in der Querschnittssymmetrielinie des Verstellringes 8 entsprechenden Biegelängen verhältnismäßig kurz. . The mode of operation of the gear arrangement is as follows: As soon as the adjusting ring 8 and thus the radially arranged axes 51, 52 etc. are given a rotary movement, the adjusting ring 8 moves simultaneously in the direction of the axis of symmetry, i.e. approaches the axes 51, 522 or moves away from it this, depending on the crank position at which the adjustment movement begins. In the F i g. 1 and 2 is the zero position of the adjusting ring 8 and the cranks 91, 92, etc. Shown in dashed lines and denotes the associated center line of a pin with 12 '. Characterized in that the center lines 121, 122, etc. of the pins 111, 112, etc., the axle centerlines 61, 6 ', etc. intersect in the axis of symmetry, moves each of the center lines 121, 122 ETC. the pin 111, 112 etc. during the to and fro movement of the adjusting ring 8 on the jacket of a cone, the tip of which lies in this axis intersection. Seen in the direction of the axis of symmetry, the center lines 121, 122 etc. of the pins 111, 112 etc. are always radial. The angle between each center line 121, 122, etc. of the pins 111, 112, etc., and each axis center line 61, 62, etc. - in the through the axis of symmetry and each of the axle centerlines 61,62, ETC. given planes - but changes during the to-and-fro movement. These in FIG. 1 with a designated angle change is very small - it amounts to an adjustment angle of the axes 51, 52, etc. to 45 '15' and is received by the existing in a crimping of the adjusting 8 elastic deformation of the adjusting ring 8 when the pins 111, 112, etc. gl without any play in the cranks, or 92, etc. sitting in unison. 8 If, however, the profiled adjusting ring 8 has a large diameter and an open profile and is therefore very soft as a card, it does not offer any significant resistance to this carding, provided that the pin play allows the carding to have an effect at all. In the case of a star-shaped or cross-shaped profile of the adjusting ring 8 , this shape of the cross-section is intended to ensure that, in spite of the softness of the card, there is a high level of flexural rigidity for the respectively pressed ring half. On the other hand, the bending lengths corresponding to the shaft spacing in the cross-sectional line of symmetry of the adjusting ring 8 are relatively short.

Die Zapfen 111, 112 USW. sind im Verstellring 8 mit Längsspiel eingebaut, und der Verstellring 8 selbst ist im Ringraum 7 zentriert.The pins 111, 112, etc. are built into the adjusting ring 8 with longitudinal play, and the adjusting ring 8 itself is centered in the annular space 7.

Claims

Claims: 1. Spatial crank mechanism for the simultaneous adjustment of a ring of radially arranged, pivotable axes via a crank attached to each axis by a crank connected to the free end of each crank, about one passing through the intersection of the axis center lines, perpendicular to the plane through the axis center lines , d in standing straight pivotable elastic adjusting urch the union of the following features: a) in a known manner, the adjusting ring (8) in an annular space (7) of a housing (4), in which the, to be adjusted axes (51 52 etc.) are mounted, guided movably in the circumferential direction; b) in a manner known per se, the adjusting ring (8) is hollow profiled, after the axis (51, 52 etc.) züi on the whole circumference open on one side and both in the circumferential direction and in the direction of the axes (51, 52 etc.) ) too agile; c) in a manner known per se, the free end of each of the cranks (91, 92 , etc.) is pivotably mounted in the adjusting ring (8) via a pin (111, 112, etc.); d) the center lines (121, 122, etc.) of the pins (111, 112, etc.) always run through the intersection of the axial center lines (61, 62 , etc.).

2. Transmission according to claim 1, characterized by a profile of the adjusting ring (8) of such a shape that the adjusting ring (8) is open on the whole circumference except in a manner known per se on one side and in a new way on several sides or on all sides. 3. Transmission according to claim 1 and 2, characterized in that the adjusting ring (8) has roller bearings (13, 14) in a manner known per se.

Considered publications: German Patent Nos. 845 156, 954 637, 1013 033, 1 022 348, 1038 231, 1 041 203; U.S. Patent No. 2,606,713.