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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb einer Welle eines Strahltriebwerks zu Inspektionszwecken.
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Strahltriebwerke von Flugzeugen müssen regelmäßig inspiziert werden, um die Einhaltung der technischen Sicherheitsanforderungen zu überprüfen und evtl. Beschädigung frühzeitig zu erkennen. Insbesondere für Inspektionen während das Strahltriebwerk am Flugzeug montiert ist (on-wing), werden seitliche Klappen am Strahltriebwerk geöffnet und/oder einzelne Bauteile entfernt, sodass ein Techniker unmittelbar oder mit Hilfe eines Boroskops ins Innere des Strahltriebwerks blicken kann.
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Zur Inspektion des drehbaren Teils des Strahltriebwerkes ist es weiterhin bekannt, dieses so an einer Sichtöffnung des Strahltriebwerks oder an einem in das Strahltriebwerk eingeführten Boroskop vorbeizuführen, dass nacheinander der gesamte Umfang des drehbaren Teils des Strahltriebwerkes an der Sichtöffnung oder dem Blickfeld des Boroskops vorbeigeführt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, den drehbaren Teil des Strahltriebwerks so zu verfahren, dass ein vorgegebener Abschnitt des drehbaren Teils durch die Sichtöffnung oder das Boroskop einsehbar ist.
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Um denjenigen drehbaren Teil des Strahltriebwerks, der die Fanblades sowie wenigstens eine Niedrigdruckturbinenstufe umfasst, zu inspizieren, sind regelmäßig zwei Techniker erforderlich. Der eine Techniker überprüft durch ein Boroskop nacheinander die einzelnen Turbinenschaufeln der fraglichen Turbinenstufen, während der andere Techniker die einzelnen Turbinenschaufeln durch Drehen der damit drehfest verbundenen Fanblades am Boroskop vorbeiführt. Nachteilig hieran ist, dass für die Inspektion der genannten Turbinenschaufeln zwei Arbeitskräfte gebunden sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die im Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden oder zumindest reduziert werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch Vorrichtungen gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Antrieb einer Welle eines Strahltriebwerks zu Inspektionszwecken umfassend eine Antriebseinheit mit einem mit der Welle mitrotierenden Teil, wobei der mitrotierende Teil der Antriebseinheit zur lösbaren drehfesten Formschlussverbindung mit dem Fandisk der Welle ausgebildet ist.
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Die Erfindung hat erkannt, dass das Drehen derjenigen Welle eines Strahltriebwerks, an der die Fanblades des Triebwerks angeordnet sind, durch eine geeignete Vorrichtung erreicht werden kann. Durch Drehen dieser Welle werden auch damit unmittelbar oder über ein Getriebe verbundene Komponenten des Strahltriebwerks, wie z. B. die Turbinenschaufeln einer Stufe einer Niedrigdruckturbine, in Rotation versetzt. Die fraglichen Komponenten können so, wie beschrieben, inspiziert werden. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass eine geeignete Vorrichtung - um deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik zu bieten - handlich und einfach in der Handhabung sein muss. Eben dies wird durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen erreicht.
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Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
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Mit „Strahltriebwerk“ ist ein auf dem Prinzip einer Gasturbine basierendes Flugzeugtriebwerk bezeichnet. Insbesondere umfasst der Begriff Mantelstromtriebwerke, bei denen die eigentliche Gasturbine von einem äußeren Luftstrom ummantelt ist, wobei der äußere Luftstrom durch den sog. „Fan“ des Triebwerks beschleunigt wird, der eine Vielzahl von „Fanblades“ umfasst. Der Fan kann ummantelt oder in der sog. Open-Rotor-Bauweise ausgeführt sein. Auch ein Propellerturbinenluftstrahltriebwerk (Turboprop) ist ein Strahltriebwerk im Sinne der vorliegenden Erfindung, wobei die einzelnen Schaufelblätter des Propellers aus Gründen der Übersichtlichkeit in Zusammenhang mit der Erfindung ebenfalls als Fanblades bezeichnet werden.
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Die Fanblades sind mit ihren jeweiligen Füßen an einer sog. „Fandisk“ befestigt, die drehfest mit einer Welle des Strahltriebwerks - bspw. mit der Niederdruckwelle - verbunden oder aber über ein Getriebe an eine entsprechende Welle angebunden ist. Der Fandisk ist in beiden Fällen aber grundsätzlich koaxial zu der oder den Wellen des Strahltriebwerks ausgerichtet.
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An dem Fandisk ist regelmäßig ein sog. „Spinner“ befestigt. Bei einem „Spinner“ handelt es sich um eine stromlinienförmige Verkleidung der Welle des Strahltriebwerks am Triebwerkseinlass. Die Befestigung des Spinners erfolgt regelmäßig durch Schraubverbindungen, bei denen Schrauben oder Bolzen in Gewindebohrungen in dem Fandisk eingreifen. Der Fandisk kann darüber hinaus natürlich auch losgelöst von einer Spinner-Befestigung Gewindebohrungen aufweisen. Die Gewindebohrungen verlaufen jedoch in beiden Fällen in der Regel in axialer Richtung.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Antriebseinheit, in einen mit der Welle des Strahltriebwerks mitrotierenden Teil und einen nicht-mitrotierenden Teil unterteilt. Die Antriebseinheit ist dabei so ausgebildet, dass sich die beiden Teile der Antriebseinheit relativ zu einander antreiben lassen, dass sich eine relative Rotationsbewegung zwischen den beiden Teilen ergibt.
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Der mitrotierende Teil der Antriebseinheit ist zur drehfesten Verbindung mit dem Fandisk eines Triebwerks ausgebildet. Die Verbindung soll dabei durch Formschluss erreicht werden und ist grundsätzlich lösbar. Der Formschluss kann bspw. durch Schraubverbindungen erreicht werden, aber auch andere formschlüssige Verbindungen sind möglich.
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Ist die Vorrichtung für einen bestimmten Strahltriebwerkstyp ausgestaltet, kann der mitrotierende Teil der Antriebseinheit eine an die Form des Fandisks dieses Strahltriebwerkstyps angepasste Form und insbesondere Befestigungsmöglichkeiten aufweisen. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung für verschiedene Strahltriebwerkstypen verwendet werden können, kann der mitrotierende Teil der Antriebseinheit so ausgestaltet sein, dass er sich jeweils mit den Fandisks der einzelnen Strahltriebwerkstypen verbinden lässt.
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Es ist bevorzugt, wenn der mitrotierende Teil der Antriebseinheit wenigstens zwei Durchgangsöffnungen in einer solchen Anordnung aufweist, dass sich zumindest zwei Durchgangsöffnungen mit an dem Fandisk vorhandenen Öffnungen, vorzugsweise Gewindebohrungen, koaxial ausrichten lassen. Die fraglichen Durchgangöffnungen können dann zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung, bspw. einer Schraubverbindung, genutzt werden, wobei die dafür genutzten Durchgangsöffnungen am mitrotierende Teil der Antriebseinheit so angeordnet sind, dass die Drehachse des mitrotierenden Teils der Antriebseinheit im montierten Zustand gegenüber dem nicht-mitrotierende Teil koaxial mit der Welle des Strahltriebwerks ausgerichtet ist. Die Antriebseinheit lässt sich also mit zwei oder mehr Verbindungselementen, wie bspw. Schrauben oder Bolzen, an dem Fandisk per Formschluss befestigen, sodass eine koaxiale Ausrichtung der Antriebseinheit mit der Welle gegeben ist.
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An dem mitrotierenden Teil der Antriebseinheit kann dabei eine Vielzahl von Durchgangöffnungen von denen für die letztendliche Befestigung an einem Fandisk aber nur ein Teil - wenigstens zwei - tatsächlich genutzt werden. Durch geeignete Anordnung der Durchgangsöffnungen lässt sich die Antriebseinheit mit unterschiedlichen Fandisks formschlüssig verbinden bzw. an den darauf angeordneten Öffnungen befestigen, sodass die Antriebseinheit für verschiedene Strahltriebwerkstypen verwendet werden kann.
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Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung und insbesondere die Antriebseinheit ein letztendlich zur Rotation der Welle des Strahltriebwerks führende Drehmoment aufbringen kann, ist es erforderlich, dass der nicht-mitrotierende Teil der Antriebseinheit ortsfest - also nicht beweglich - ist oder zumindest ein geeignetes Gegenmoment aufbringen kann.
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In einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der nicht-mitrotierende Teil der Antriebseinheit ein Gestänge, vorzugsweise ein Teleskopgestänge zur Abstützung an dem Gehäuse des Strahltriebwerkes aufweist. Durch ein entsprechendes Gestänge kann der nicht-mitrotierende Teil der Antriebseinheit ortsfest und damit u. a. auch drehfest gegenüber dem Gehäuse des Strahltriebwerks gesichert werden. Eine relative Drehung der beiden Teile der Antriebseinheit zueinander hat dann unmittelbar eine Drehung der Welle des Strahltriebwerks zur Folge.
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Das Gestänge kann dabei fest mit der Antriebseinheit verbunden sein. Es ist aber bevorzugt, wenn das Gestänge lösbar an der Antriebseinheit befestigbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich dann regelmäßig kleiner zusammenlegen, wodurch der Transport der Vorrichtung erleichtert wird. Auch ist es möglich, dass - sofern das Gestänge aus Standardteilen besteht - zu einem entfernten Einsatz der Vorrichtung lediglich die Antriebseinheit ggf. mit dem wenigstens einen Gurtband zu transportieren ist und auf ein vor Ort vorhandenes Gestänge aus entsprechenden Standardteilen zurückgegriffen werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsvariante ist an dem nicht-mitrotierenden Teil der Antriebseinheit ein Auslegerarm für ein Kontergewicht vorgesehen, welches zur Aufbringung eines Momentes auf die Welle geeignet ist. Bspw. kann ein entsprechendes Kontergewicht an dem freien Ende des Auslegers befestigt sein, sodass sich bei jeder Auslenkung des Auslegers aus der Lotrechten ein auf die Welle des Strahltriebwerkes wirkendes Drehmoment ergibt. Es ist auch möglich, zwei Kontergewichte jeweils an den Enden einer zentrisch gelagerten Traverse als Ausleger vorzusehen, sodass sich durch das Herausbewegen des Auslegers aus der Horizontalen ein Drehmoment auf die Welle des Strahltriebwerks ergibt. Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsvarianten von Ausleger und Kontergewicht denkbar. Unabhängig von der letztendlichen Ausführung des Auslegers gilt jedoch, dass eine Auslenkung des Auslegers grundsätzlich durch eine relative Rotation der beiden Teile der Antriebseinheit zueinander und aufgrund des Trägheitsmoments der Welle des Strahltriebwerks erreicht wird.
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Das Kontergewicht kann integraler Bestandteil der Vorrichtung sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn das Kontergewicht derart austauschbar gestaltet ist, dass ein am jeweiligen Einsatzort der Vorrichtung bereits vorhandenes Gewicht oder sonstige Masse als Kontergewicht genutzt werden kann. Es ist auch möglich, dass das Kontergewicht als Aufnahmebehälter für Flüssigkeit - bspw. als Flüssigkeitssack - ausgestaltet ist, wobei sich die letztendlich erforderliche Masse durch ein wahlweises Füllen des Aufnahmebehälters mit Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, erreicht wird.
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Um den Fandisk vor Beschädigungen zu schützen, ist es bevorzugt, wenn eine zum Anliegen an dem Fandisk vorgesehene Kontaktfläche des mitrotierenden Teils der Antriebseinheit mit einer elastischen Oberflächenbeschichtung versehen ist oder ein zwischen dem mitrotierenden Teil der Antriebseinheit und dem Fandisk anordenbares elastisches Element vorgesehen ist. Durch eine entsprechende Oberflächenbeschichtung bzw. ein solch anordenbares Element wird eine gepolsterte Anlage der Antriebseinheit an dem Fandisk erreicht, sodass die Gefahr von Beschädigungen des Fandisks durch die Antriebseinheit reduziert ist.
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Es ist bevorzugt, wenn die Vorrichtung einen Winkelgeber zur Ermittlung des Winkels des mitrotierenden Teils der Antriebseinheit gegenüber dem nicht-mitrotierenden Teil der Antriebseinheit aufweist. Es kann weiterhin eine Steuerungseinheit vorgesehen sein, die zum Anfahren einer vorgegebenen Winkelposition über die Antriebseinheit ausgebildet ist. In anderen Worten soll die Steuerungseinheit so ausgebildet sein, dass ihr eine Winkelposition vorgegeben wird und die Steuerungseinheit diese dann durch entsprechende Rotation und anschließendes Wiederabbremsen der Welle des Strahltriebwerks anfährt. Diese Steuerungseinheit und/oder eine zusätzliche Regelungseinheit sind vorzugsweise weiterhin dazu ausgebildet, bei der Ausführungsvariante mit Auslegerarm evtl. auftretende Rotationsschwingungen durch geeignetes Auslenken des Auslegerarms zu dämpfen.
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Die Erfindung bietet also eine Vorrichtung zum Antrieb einer Welle eines Strahltriebwerks zu Inspektionszwecken, die einfach zu verwenden ist und aufgrund der geringen Komplexität kostengünstig herstellbar ist. Dabei ermöglich die Vorrichtung den Antrieb einer Welle eines Strahltriebwerks zu Inspektionszwecken, ohne dass der Einsatz eines zweiten Technikers zum letztendlichen Drehen der Welle erforderlich wäre. Vielmehr kann bspw. eine Inspektion der Turbinenschaufeln einer Niedrigdruckturbine, die im Stand der Technik regelmäßig zwei Techniker erforderte, nunmehr durch einen einzelnen Techniker durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine beispielhafte Darstellung einer typischen Fandisk eines Strahltriebwerks;
- 2: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 3a, b: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist der drehfest mit der Welle 81 verbundene Fandisk 82 des Strahltriebwerks 80, welches auch in den 2 und 3 gezeigt ist, schematisch in Draufsicht dargestellt. Über den Umfang des Fandisks 82 sind die einzelnen Fanblades 83 jeweils mit ihren Füßen befestigt. Der Fandisk 82 weist mehrere Öffnungen 84 in Form von Gewindebohrungen auf, an die für den Betrieb des Strahltriebwerks 10 ein Spinner (nicht dargestellt) befestigt werden kann.
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In 2 ist das Strahltriebwerk 80 aus 1 schematisch dargestellt, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an dem Fandisk 82 befestigt ist. Die Vorrichtung 1 ist dabei zum Antrieb derjenigen Welle 81 eines Strahltriebwerks 80 ausgebildet, mit dem der Fandisk 82 und die daran befestigten Fanblades 83 drehfest verbunden sind.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Antriebseinheit 10, mit zwei relativ zueinander rotierbaren Teilen 11, 12, wovon der eine Teil 11 mit dem Fandisk 82 und Welle 81 des Strahltriebwerks 80 mitrotiert, der andere Teil 12 hingegen nicht-mitrotiert.
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Der mitrotierende Teil 11 ist zur formschlüssigen Verbindung mit dem Fandisk 82 ausgebildet. Dazu weist der mitrotierende Teil 11 wenigstens zwei Durchgangsöffnungen 13 auf, die so angeordnet sind, dass sie mit zwei der Öffnungen 84 in dem Fandisk 83 fluchtend ausrichten lassen, um die Vorrichtung 1 dann mit zwei in das Gewinde der Öffnungen 84 eingreifenden Schrauben 14 per Formschluss zu befestigen. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 13 so am mitrotierenden Teil 11 der Vorrichtung 1 angeordnet, dass die Achse, um die die beiden Teile 11, 12 der Antriebseinheit 10 relativ zueinander rotieren können, im montierten Zustand der Vorrichtung 1 koaxial zur Achse der Welle 81 ausgerichtet ist. Die Kontaktfläche des mitrotierenden Teils 11 der Antriebseinheit 10, die im montierten Zustand an dem Fandisk 82 anliegt, ist mit einer elastischen Oberflächenbeschichtung versehen, um den Fandisk 82 vor Beschädigungen zu schützen.
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Der nicht-mitrotierende Teil 12 der Antriebseinheit 10 stützt sich derart über ein Teleskopgestänge 15 an der Innenseite des Gehäuses 85 des Strahltriebwerks ab, dass es gegenüber dem Gehäuse 85 ortsfest ist, gegenüber dem Gehäuse 85 also weder einen Translations- noch einen Rotations-Freiheitsgrad aufweist. Durch Rotation der beiden Teile 11, 12 der Antriebseinheit 10 zueinander, wird so eine Rotation der Welle 81 des Strahltriebwerks 80 erreicht.
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Zu Steuerung der Drehbewegung der Welle 81 ist eine Steuerungseinheit 30 vorgesehen, mit der sich die Antriebseinheit 10 steuern lässt. Die Steuerungseinheit 30 erhält dabei von einem in der Antriebseinheit 10 angeordneten Winkelgeber (nicht dargestellt) Informationen zur Winkelposition der beiden Teile 11, 12 der Antriebseinheit 10 zueinander, die - ggf. unter Berücksichtigung einer vorgegebenen konstanten Abweichung - auf einem Display 31 an der Steuerungseinheit 30 angezeigt wird. Über einen Drehregler 32 ist es auch möglich, an der Steuerungseinheit 30 eine gewünschte Winkelposition der beiden Teile 11, 12 der Antriebseinheit 10 zueinander oder ggf. unter Berücksichtigung einer vorgegebenen konstanten Abweichung der Welle 81 des Strahltriebwerks 80 vorzugeben, wobei die Steuerungseinheit 30 dazu ausgebildet ist, die Antriebseinheit 10 zur Erreichung dieser Winkelposition geeignet zu steuern.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Auch diese Vorrichtung 1 umfasst eine Antriebseinheit 10, mit zwei relativ zueinander rotierbaren Teilen 11, 12, wovon der eine Teil 11 mit dem Fandisk 92 und der Welle 81 des Strahltriebwerks 80 mitrotiert, der andere Teil 12 hingegen nicht-mitrotiert.
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Zur grundsätzlichen Ausgestaltung des mitrotierenden Teils 11 der Antriebseinheit 10 wird auf die entsprechenden Ausführungen zu 2 verwiesen. Auch bei der Vorrichtung 1 gemäß 3 erfolgt die Befestigung des mitrotierenden Teils 11 der Antriebseinheit 10 über Schrauben 14, die durch entsprechende Durchgangsöffnungen 13 des mitrotierenden Teils 11 der Antriebseinheit 10 geführt sind und in als Gewindebohrungen ausgestaltete Öffnungen 84 in dem Fandisk 82 eingreifen.
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Auch wenn im dargestellten Ausführungsbeispiel die letztendlich formschlüssige Verbindung durch zwei Schrauben 14 hergestellt ist, weist der mitrotierende Teil 11 der Antriebseinheit 10, wie in 3b zu erkennen, noch weitere Durchgangsöffnungen 13 auf, über die die Vorrichtung 1 auch an Fandisks 82 anderer Triebwerkstypen befestigt werden kann.
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An dem nicht-mitrotierenden Teil 12 der Antriebseinheit 10 ist ein Auslegearm 16 vorgesehen, an dessen freien Ende ein Kontergewicht 17 befestigt ist. Der Auslegearm 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als tatsächlicher Arm dargestellt; es ist aber auch möglich, dass der Auslegearm 16 unmittelbar durch das Gehäuse des nicht-mitrotierenden Teils 12 der Antriebseinheit 10 gebildet ist, bspw. in dem das Kontergewicht 17 abseits der Rotationsachse unmittelbar an dem Gehäuse befestigt ist.
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Durch Auslenkung des Auslegearms 16 aus der Lotrechten kann ein Moment auf den Fandisk 82 und somit die Welle 81 des Strahltriebwerks 80 aufgebracht werden, welches letztendlich zur gewünschten Drehung der Welle 81 führt. Die beschriebene Auslenkung kann durch Rotation der beiden Teile 11, 12 der Antriebseinheit 10 zueinander erreicht werden, wobei sich die Trägheit der Welle 81 des Strahltriebwerks 80, an der der mitrotierende Teil 11 drehfest befestigt ist, zunutze gemacht wird.
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Die Steuerungsvorrichtung 30 ist analog zu derjenigen aus 1 ausgestaltet, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Neben dem bereits beschriebenen Winkelgeber erhält die Steuerungsvorrichtung 30 noch zusätzliche Informationen zur Winkelstellung des Auslegers 16 gegenüber der Lotrechten. Aus diesen Informationen lässt sich eine Winkelstellung der Welle 81 des Strahltriebwerks 80 berechnen und in der Folge auch steuern. Außerdem ermöglichen die genannten Informationen zu Winkelstellung ein Dämpfen evtl. auftretender Rotationsschwingungen, die bspw. beim Abbremsen einer Rotationsbewegung der Welle 81 auftreten können. Die entsprechende Dämpfung wird unmittelbar durch die Steuerungseinrichtung 30 geregelt, indem der Auslegearm 16 entsprechend gegengesteuert wird.
