Motorprüfstand
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für einen Motor zum Antrieb einer Luft sehraube, z. B. einen Gasturbinen-Fl-ugmotor zum Antrieb einer Luftschraube.
Die Erfindungbezweckt die Schaffung eines solchen Prüfsta. ndes, der nicht nur in der Konstruktion verhältnismässig einfach ist, sondern auch die erforderlichen Leistungsdaten des Motors rasch und genau liefert.
Erfmdiungsgemässist der Motorprüfstand dadurch gekennzeichnet, dass an einem festen Tragwerk ein Motorträger um eine Achse sehwenkbar montiert ist, zu der die e Achse der Luftschraube parallel anzuordnen ist, und da# Mittel zur Aufnahme der von dem Drehmoment des Motors erzeugten Kraft vorgesehen sind, die den Motorträger um die Schwenkachse zu verschwenken trachtet, sowie Mittel zum Messen der zum Halten des Motorträgers gegen dieses Schwenkmoment erfor derlichen Kraft. Dabei kann für Prüfzweeke die Luftsehraube durch ein Prüfgebläse ersetzt sein.
Der Motorkann. auf dem Tragwerk mit Hilfe eines Kreuzglied-Biegekipplagers schwenkbar montiert sein.
Vorteilhaft sind die Mittel zur Aufnahme der vom Drehmoment des Motors erzeugten Kraft mit den Mitteln zum Messen der zum Halten des Motorträgers gegen das Schwenk- moment erforderlichen Kraft vereinigt.
Zweckmässig ist der Motorträger oberhalb des Kreuzglied-Biegekipplagers montiert.
Die beigefügte Zeichnung zeigt als Aus- führungsbeispiel der Erfindung einen Prüfstand für die Prüfung von Gasturbinen-Flugmotoren zum Antrieb von Luftschrauben.
Darin ist
Fig. 1 eine Seitenansicht,
Fig. 2 eine Stirnansieht,
Fig. 3 ein Teilschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaubild des teilweise weg gebroehen dargestellten Kipplagers, d'as in Fig. 1 und 2 strichliert angedeutet ist,
Fig. 5 ein senkrechter Querschnitt durch das Kipplager gemäss Fig. 4,
Fig. 6 ein Teilschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 1,
Fig. 7 ein Teilschnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 2 und
Fig. 8 ein Teilschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
Ein starres Traggestell weist an seinen Enden A-Ständer 1 und 2 auf, die durch Längsglieder 3 und 4 und Schrägglieder5 versteift sind. Der vordere Ständer l ist mit einer Vorderplattform 6 und der hintere Ständer 2 mit einer Hinterplattform 7 versehen. Das Gestell kann mit Sehrauben 8 auf einem geeigneten Fundament, z. B. aus Beton, befestigt werden. Mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Lagerung ist auf dem Gestell ein Motorträger in Form einer Plattform 9 montiert.
Diese Plattform ist eine starre Kon strtiktion, die in der Zeichnung als ein Rah men dargestellt ist, dessen vorderes Querglied 9a breiter ist als das hintere Querglied 9b, während die beiden Längsglieder 9c gegenein- ander geneigt sind und von vorn nach hinten konvergieren. Vorzugsweise haben die Querund Kastenquerschnitt. Die Plattform kann mit Organe, wie zum Beispiel einer Montageplatte 10, versehen sein, die dem Typ des zu prüfenden Motors entsprechend ausgebildet und angeordnet ist. Die Plattform 9 ist mit einem abwärtsgerichteten V-formigen Drehmomentrahmen 11 versehen, dessen zwei Glieder 12 starr an dem vordern Querglied 9a der Motorplattform 9 befestigt, z. B. angeschweisst sind.
Zweckmässig ist zur Verstär- kung der Verbindung zwischen den einzelnen Gliedern 12 und dem vordern Querglied 9a je eine Verstärkungsplatte 13 vorgesehen.
Das vordere Querglied 9a der Motorplatt- form 9 ist hohl und besitzt eine Vorderplatte 14, eine Hinterplatte 15 und Seitenteile 16.
Der untere Rand der Vorderplatte 14 ist unterhalb des untern Randes der Hinterplatte und der Seitenteile angeordnet. Der Zweck dieser Anordnung wird nachstehend erläutert.
Die Motorplattform 9 ruht auf der vordern Ständerplattform 6 mit Hilfe eines Kreuz- glied-Biegekipplagers 17 lmd auf der hintern Ständerplattform 7 mit Hilfe eines Drehzap- fens 18. Der Drehzapfen 18 wird auf der hintern Ständerplattform 7 von zwei Lager böcken 19 und 20 getragen, die aus je einer mit einer Mutter 21 an der Plattform 7 be festigten Osensehraube bestehen. Das hintere Ende der Motorenplattform 9 ist mit einem Lagergehäuse 22 versehen, in das ein gummielastisches Lager hineingedrüekt ist, d, as konzentrische dünnwandige Hülìsen 23 und 24 auf- weist,
mit denen eine Zwischenhülse 25 aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material verbunden ist.
Das Kreuzglied-Biegekipplager 17 umfasst ein Kippgilied mit einem verdickten obern Flansch 26s und einem verdickten untem Plansch 26b, die vom und hinten durch je einen verhältnismässig dünnen Schrägsteg 26c bzw. 26 (Z verbunden sind. Gemäss Fig. 4 stehen die beiden Stege im Abstand voneinander und sind in entgegengesetzten Rich tungen, jedoch unter dem gleichen Winkel gegen die Senkrechte geneigt. Von der Vorderseite des Gestelles gesehen kreuzen die Stege einander daher im wesentlichen in der mité ihrer Lange. Obwohl beide Flansche 26a und 26b mit beiden Stegen 26c und 26d verbun den sind, hat die Anordnung die gleiche Wirkung wie zwei voneinander getrennte, kreuz- weise a. ngeordnete Lenker.
Demgegenuber ist die dargestellte Konstruktion jedoch in der Herstellung und Montage verhältnismässig ein- fach. Der obere Flansch 26a ist an der Motorplattform 9 mit Schrauben 27 befestigt, die an Befestigungsklotzen 28 und 29 befestigt sind, welche ihrerseits auf beiden Seiten des Kippgliedes angeordnet sind, wobei zwischen dem Glied und den benachbarten Befestigungs- klötzen 28 und 29 je eine Versteifungsplatte 30 bzw. 31angeordnetist.DiePlatten 30 und 31 sind auf beiden Seiten mit Schrauben 35 an dem Flansch 26a befestigt.
Eine Quer spindel 100 durchsetzt geeignete Bohrungen der Befestigungsklotze 28 und ist durch die an den Enden der Spindel angreifenden Muttern 101 befestigt. Der untere Flansch 26b ist mit Schrauben 32 direkt an der Ständerplattform 6 befestigt. In dem untern Fllalnsch 26b und der Ständerplattform 6 können Keil- nuten emgesc-hnitten sein, die einen Feststell- keil 33 aufnehmen, der die Montage des Kipp- lagers erleichtert.
Der latere Teil der Vorderplatte 14 der Motorplattform 9 ist bei 34 geschlitzt. In den Schlit. z 34 greift eine vorspringende Zunge 6s der Ständerplattform 6 ein. Zwischen der Zunge 6a und dem Schlitz 34 bleibt oben undunteneinAbstand, wenn sich die Motorplat. tform in ihrer ausbalancierten Mittellage befindet.
Die Zunge 6a greift an der Oberoder Unterseite des Schlitzes 34 nur bei Bruch des Biegekipplagers an, oder wenn die Plattform 9 aus ihrer normalen Gleichgewichtslage unerwünscht, weit verschwenkt wird. Daiin verhindert die Zunge eine zu weite Verschwenkung der Motorplattform um die durch das Kreuzglied-Biegekipplager 17 und den Drehzapfe, 18 gebildete Sehwenkachse, die vom vordern zum hintern Teil der Konstruktion verläuft.
Die erforderlichenfalls das Gleich- gewicht herstellenden Mittel umfassen einen Tramer 36, der mit nach vorn vorstehendell U-Profilen 37 an der Vorderplatte 14 der Motorplattform montiert ist. Eine als fest- stehen, de Zahnstange dienende Kette 38, in die ein Kettenrad 39 eingreift, ist an beiden Enden an dem Träger 36 befestigt. Das Kettenrad 39 ist am einen Ende einer Spindel 40 montiert, die von einem Gegengewicht 41 drehbar getragen wird. Das Gewieht 41 ist. mit einem Schlitz 41a versehen, so dass es ritt- lings über dem Träger 36 und der Zahnstan- genette 38 sitzt.
An der Spindel 40 ist ein Handrad 42 vorgesehen, bei dessen Drehung das Gegengewicht 41 an dem Träger entlang bewegt wird.
Das untere Ende des V-formigen Dreh- momentrahmens ist mit einem Zapfen 43 an dem einen Ende einer Drehmomentmessvor richtung 44 angelenkt. Diese Messvorrichtung weist eine elastische Kapsel 45 auf, die eine Fliissigkeit. enthält. Das Innere der Kapsel ist über eine geeignete, nichtdargestellte Leitung an ein ebenfalls nicht dargestelltes Anzeigeinstrument angeschlossen, das zweckmässig in Drehmomentwerten geeicht ist. An n der einen Seite liegt die Kapsel an einer Fläche 46a eines rohrförmigen Gehäuses 46 an, während an der andern Seite der Kapsel ein Bund 47a einer Richtstange 47 angreifen kann.
Die Stange 47 ist in dem Gehäuse 46 versehiebbar und bewegt sich anf Lagerflächen 46b, An ihrem in der Zeichnung linken Ende erstreekt sich die Stange über das Gehäuse 46 hinaus lmd tritt in ein weiteres rohrformiges Gehäuse 48 ein, das am einen Ende gabelförmig ausgebildet und mit einem Zapfen 49 an einem Lappen angelenkt ist, der von einer an der Unterseite des Quergliedes des vordern A-Ständers 1 befestigten Platte 50 getragen wird, Am linken Ende der Stange 47 sind eine Unterlagscheibe 51 und eine Mutter 52 vorgesehen.
In der normalen Arbeitastel- lung der Teile des Messgerätes liegt die Unterlagscheibe 51 gemäss Fig. 7 an der linken Stirnseite e eines Gliedes 53b an, das mit dem rohrförmigen Gehäuse 48 aus einem Stück besteht.
Wenn sich in dieser Stellung der Teile das untere Ende des Drehmomentrahmens 11 wter dem Einfluss des zu prüfenden Motors gemäss Fig. 2 gesehen nach rechts bewegt, so. wird die Kapsel 45 zusammengedrückt und am Anzeigeinstrument eine entsprechende Ab lesung erhalten. Nachdem auf die Motorplatt- form ein Motor aufgesetzt wurde, kanu sie mit den das Handrad 42 wnd die ihm zugeordne- ten Teile umfassenden Ausgleichsorganen wie der ms Gleichgewicht gebracht werden.
Zu diesem Zweck und zur Aufbringung einer be stimmten Vorbelastung auf das Drehmomentmessgerät ist dieses derart einstellbar, dass eine begrenzte Bewegung des Drehmomentrahmens in beiden Richtungen ohne Zusammendrücken der Kapsel 45 möglich ist. Zu diesem Zweek ist eine Stellmutter 53 mit einem geränd'elten Teil 53a auf einer Buchse 54 aufgeschraubt, die auf der Stange 47 versehiebbar gelagert ist. Die Buchse 54 ist an der Drehung durch ihre Zunge 54s verhindert, die versehiebbar in einen Schlitz 46c des Gehäuses 46 eingreift.
Die Mutter 53 ist mit einem rohrformigen Fortsatz 53b versehen, der mit der Innen- fläche des Gehäuses 48 verschraubt ist. Die Steigung des Gewindes des Gehäuses 48 und des Fortsatzes 53b ist halb so gross wie die des Gewindfes auf der Buchse 54 und in der Bohrung der Mutter 53. Eine Drehung der Mutter 53 bewirkt daher zwischen Mutter 53 und. Gehäuse 48 eine axiale Relativbewegung, die halb so gross ist wie die Belativbewegung zwischen der Mutter und der Buchse 54.
In beiden Fällen haben die Gewinde den gleichen Drehsinn, so dass bei Drehung der Mutter in der einen Richtung die Buchse 54 in die Mutter hinein und von dem Gehäuse 46 weg bewegt wird, damit das Gehäuse frei beweglich ist, wenn sich das untere Ende des Drehmomentrahmens unter dem Einfluss der auf dem den Motor tragenden Gestell angeordne- ten Ausgleichsorgane nach links bewegt. Dabei entfernt sich die Mutter 53 axial von der Beilagscheibe 51 weg, so dassdasGehäuse sich nach rechts bewegen kann, ohne die Kapsel zusammenzudrücken, wenn bei dem Ausgleichsvorgang das untere Ende des Dreh momentrahmens nach rechts bewegt wird.
Fig. 8 zeigt die Lage der Mutter 53, der Ge häuse 46 und 48, der Buehse 54 und der Beilagseheibe 51 auf der Stange 47, wenn die Mutter 53 derart verdreht wurde, dass sie die freie Bewegung des Drehmomentra. hmens gestattet.
Die vorstehend besehriebene Konstruktion erleichtert nicht nur das Ausbalancieren der belasteten Motorplattform, sondern ermöglicht auch die Aufnahme jeglichen Totganges der Organe, die das Drehmoment des Motors auf das Messgerät übertragen. Bei Aufbringung einer Vorbelastung wird der Totgang natür- lich automatisch aufgenommen.
Um die Eichung des Messgerätes zu er leichtern, ist eines der Glieder 12 des Dreh momentrahmens mit einem hakenförmigen Lappen 55 und einem gegabelten untern Lappen 56 versehen. Der untere Lappen 56 dient zur Aufnahme des einen Endes eines Auslegera 57, der mit einem Zapfen 58 an den Lappen angeschlossen werden kann. Mit dem andern Ende ist der Ausleger 57 an einer Platte 59 befestigt, die in ihrer gekrümmten Aussenfläche eine Nut hat, in der ein Drahtseil 60 Hegt. Das Drahtsetil 60 ist fest an eine Hülse 61 angeschlossen, welche an d'er Platte 59 befestigt ist und nach unten über die Platte hinausragend eine Gewichtspfanne 62 t. rägt.
Dureh Auflegen von Gewichten 63 auf die Pfanne 62 wird eine Kraft erzeugt, die das untere Ende des Drehmomentrahmens 11 nach rechts zu bewegen trachtet, das heisst in der Richtnng, in der die von der zu prüfenden Machine erzeugte Kraft einwirkt. Die Länge des Auslegers ers und die Anzahl der einzel- nen Gewichte 63 stehen zweckmä#ig mit den Dimensionen des Drehmomentrahmens 1. in einer Beiziehung. Für den Fall, dass der Zll prüfende Motor ein Drehmoment erzeugt, das das untere Ende des Drehmomentrahmens nach links zu bewegen trachtet, sind'Lappen 55a und 56a in der dargestellten Weise auf dem gegenüberliegenden Glied 12 des Drehmomentrahmens angeordnet.
Bei Umkehrung des Drehmomentes des Motors wird das Drehmomentmessgerät 44 mit einer Platte 50a auf der andern Seite des A-Ständers verbunden.
Die vorstehend beschriebene Konstruktion beignet sich für die Messung der Ausgangs- leistung eines Motors, der eine Luftschraube mit gleichbleibender Geschwindigkeit antreibt.
Der Motor wird mit Hilfe nicht gezeigter Montierorgane derart montiert, d'ass die Achse der Luftsehra. ube oberhalb und parallel zu der Kippachse des Kreuzglied-Biegekipplagers angeordnet ist, wobei das Gewicht des Motors vorwiegend von dem Biegekipplager aufge- nommen w-ird,. Die Achse des aus der gummielastischen Hülse und dem Drehzapfen be stehenden hintern Zapfenlagers fluchtet mit der Kippachse.
Dieses hintere Lager ist elastisch ausge- bildet,djamit es vor allem ein die Kippachse ruhig stellendes Hilfsorgan darstellt und Belastungen des Kipplagers dureh geringe Au. sriehtfehler zwischen der Kippacbse'undder Achse des hintern Drehzapfens verhindert.
Die notwendigen Organe zur Steuerung des s Motorssind so a. ngeordhet, dlass dfer Widerstand gegen die geringe Bewegung der Motorplattform um die Schwenkachse unter dem Einfluss des zu prüfenden Motors so günz wie möglich ist.
Naeh Montage des Motors wird die be lastete Motorplattform durch die vorstehend beschriebenen Organe ausbalanciert und. die Mutter 53 desMessgerätessoeingestellt,dass sie die gewünschte Vorbelastung der Kapsel 45 ergibt. Das Drehmoment des Motors wird von dem Drehmomentmessgerät aufgenommen.
Vorzugsweise wird der Prüfstand in einem Windkanal aufgebaut, in dem Mittel vorgesehen sind, die gewährleisten, dass der der Luftsehraube zufliessende Luftstrom keine Wirbel und Drucksehwankungen aufweist.
Statt da# die Motorplattform oberhalb ihrer Sehwenkaehse angeordnet ist, kann die Plattform auch zum Beispiel mit einem Kreuzglied-Biegekipplager an einem fest- stehenden Tragwerk aufgehängt sein.
Die Antriebswelle eines zu prüfenden Motors, von der eine Leistung zum Antrieb von Hilfsvorrichtumgen abgenommen wird, kann durch ein Bremsdynamometer belastet werden, so dass mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Konstruktion die tatsächlich an der Luftschraubenwelle verfügbare e Leistung gemessen werden kann.