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Einrichtung zur Anzeige des Eintretens einer Abweichung des in einem
Wellenzug übertragenen Drehmoments von einem vorherbestimmten Wert Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Anzeige des Eintretens einer Abweichung des in einem
Wellenzug übertragenen Drehmoments von einem vorherbestimmten Wert und zur demgemäßen
Auslösung von Schalt- oder Steuervorgangen. Derartige Einrichtungen bestehen aus
einem torsionselastischen Element, zwei mit den Enden dieses Elements starr verbundenen
koaxialen Sonnenrädern und einem oder mehreren Planetenradpaaren, deren koaxiale
Einzelräder je mit einem der Sonnenräder kämmen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf solche Einrichtungen, bei denen das übertragene Drehmoment groß ist. In diesen
Fällen muß das auf Torsion beanspruchte Element, mit dessen Hilfe das Drehmoment
übertragen wird, notwendigerweise verhältnismäßig steif und die Torsio,nsverwindung
entsprechend klein sein.
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Zum Messen von Drehmomenten ist es bereits bekannt, zwischen eine
treibende und eine angetriebene Welle ein durch ein Pendelgewicht belastetes Planetengetriebe
zu schalten, wobei die Planetenräder in einem frei pendelnden Gehäuse sitzen, dessen
Ablenkung aus seiner Ruhelage als Maß für das übertragene Drehmoment dient. Derartige
Drehmomentmesser weisen aber den erheblichen Nachteil auf, daß das gesamte zu messende
Drehmoment über die Planetenräder geleitet werden muß. Diese Räder müssen also insbesondere
bei größeren Drehmomenten entsprechend kräftig bemessen sein, wodurch sich eine
Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit ergibt. Außerdem treten in den das volle Drehmoment
übertragenden Zahnrädern recht erhebliche Verluste auf, so daß der Eigenverbrauch
dieser Meßeinrichtung groß wird.
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Zur Drehmomentmessung ist es ferner bekannt, die Torsion der zu messenden
Welle mittels eines mit seinen Sonnenrädern beiderseits des Torsionsstabes angreifenden
Differentialgetriebe abzubilden, das als Planetengetriebe ausgestaltet ist, dessen
das Planetenrad antreibende Glieder mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis
auf dieses einwirken. Hierbei handelt es sich aber nicht um echte Planetenräder,
denn die mit den Sonnenrädern kämmenden Zahnradpaare haben eine im Raum feststehende
Drehachse, d. h., sie rotieren nicht um die umlaufenden Sonnenräder herum.
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Schließlich ist auch ein Drehmomentmesser bekannt, bei dem das Drehmoment
über eine Welle übertragen wird, ohne daß es hierbei über ein an diese Welle angekuppeltes
Zahnrädergetriebe geleitet wird.
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Die Welle ist hohl ausgebildet und enthält eine zweite, mit ihr an
einem Ende verbundene Welle, wobei auf den freien Enden beider Wellen Zahnräder
sitzen, die über Planetenräder auf eine nicht umlaufende Anzeigeeinrichtung einwirken.
Beim Auftreten einer Torsion der Hauptwelle infolge des übertragenen
Drehmoments
ergibt sich eine Relativverschiebung der beiden an den freien Wellenenden sitzenden
Zahnräder, die über die erwähnten Planetenräder auf das Anzeigeorgan übertragen
wird. Nachteilig ist hierbei, daß keine nennenswerte Übersetzung des Torsionswinkels
erfolgt, so daß nur geringe Ausschläge erzielbar sind, wenn nicht die Hauptwelle
zum Erzielen einer erheblichen Torsion unzulässig schwach bemessen wird.
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Diese Nachteile der bekannten Drehmomentmeßeinrichtungen werden bei
einer Einrichtung nach der Erfindung vermieden, und diese weist außerdem den Vorteil
auf, daß ohne weiteres eine beliebige Fernübertragung der gewonnenen Meßgröße erzielt
werden kann. Nach der Erfindung sind die beiden Einzelräder jedes Planetenradpaares
starr miteinander verbunden und unterscheiden sich in ihrem Teilkreisdurchmesser
um einen geringen Betrag; außerdem wird die Bewegung des Planetenradträgers auf
eine um die gemeinsame Achse der Sonnenräder drehbare, als Steuerschalter für eine
fernbetätigte Verstellvorrichtung wirkende Scheibe übertragen.
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Auf diese Weise weist die Einrichtung nach der Erfindung eine Vervielfachung
des Torsionswinkels der das Drehmoment übertragenden Hauptwelle auf, deren Zahlenwert
vom Verhältnis der Teilkreisdurchmesser abhängt.
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Wird die Differenz zwischen den Durchmessern der Teilkreise des ersten
Räderpaares sehr klein gehalten, so ergibt sich ein besonders großer Vervielfältigungsfaktor.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Sonnenräder
nebeneinander auf zwei konzentrischen Achsen gelagert, die gemeinsam umlaufen und
hierzu an einer im axialen Abstand von den Sonnenrädern liegenden Stelle miteinander
verbunden sind und von denen die eine das torsionselastische Element bildet.
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Zweckmäßig besteht das torsionselastische Element aus einer Hohlwelle,
mit deren einem Ende das eine Sonnenrad fest verbunden ist, während das andere Sonnenrad
mit dem anderen Ende der Hohlwelle über eine innerhalb der Hohlwelle angeordnete
zweite Velle verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung steuern die Bewegungen
des Planetenradträgers einen Schalter, der wirksam wird, sobald ein Drehmoment vorherbestimmter
Größe übertragen wird. Überdies ist der Schalter zweckmäßig hydraulisch steuerbar,
und die vom Planetenradträger bewegte Steuerscheibe bildet zusammen mit einem zweiten,
mit einem Sonnenrad umlaufenden Teil ein Ventil, das in einer Leitung für eine den
Schalter betätigende Steuerflüssigkeit liegt.
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Die Erfindung ist insbesondere auf Antriebsanlagen für Flugzeuge
anwendbar, die mit einem Antriebsmotor und einer Luftschraube mit verstellbarer
Steigung ausgestattet sind. Unter bestimmten Bedingungen. insbesondere beim Starten,
findet ein erheblicher Abfall der Maschinenleistung oder gar eine Umkehr des Drehmoments
infolge vollständigen Versagens der Antriebsmaschine statt, so daß ein erhebliches
Anwachsen des Fahrwiderstandes entsteht, weil die Luftschraube windmiihlenartig,
d. h. langsam, umläuft.
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Insbesondere hei mehrmotorigen Flugzeugen ist es unbequem oder gar
für den Flugzeugfiihrer unmöglief. während des Startvorganges jede einzelne Kraftanlage
für sich zu regeln. Wird also eine Einrichtung nach der Erfindung bei einer Kraftanlage
zum Antrieb von Flugzeugen verwendet, so kann sie dazu dienen. die Luftschraube
in eine weniger wirksame Stellung überzuführen, sobald das vom Antriebsmotor auf
die Luftschraube übertragene Drehmoment einen bestimmten Wert unterschreitet oder
seine Wirkungsrichtung umkehrt.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels hervor,
bei welchem die Erfindung auf ein Übersetzungsgetriebe angewendet ist, das zwischen
einer Brennkraftkolbenmaschine und der mit verstellbarer Steigung versehenen Luftschraube
einer Flugzeugantriebsanlage angeordnet ist.
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Fig. 1 zeigt die Einrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt,
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, und Fig. 3 ist ein Querschnitt,
der auf der rechten Seite dieser Figur nach der Linie III-III und auf der linken
Seite nach der Linie IV-IV der Fig. 1 geführt ist.
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Das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Übersetzungsgetriebe
weist eine verhältnismäßig lange Hohlwelle 1 auf, die als torsionselastisches Element
ausgebildet, aber steif genug ist, um ein Drehmoment beträchtlicher Größe übertragen
zu können. Die Hohlwelle 1 trägt an ihren beiden Enden (die nachstehend der Einfachheit
halber als »Ein-
gangs-« und »Ausgangsenden« bezeichnet seien) Ritzel 2, 3, die einerseits
mit der Antriebsmaschine, andererseits mit der Luftschraube in Verbindung stehen.
Wenigstens ein Teil des von der Antriebsmaschine auf die Luftschraube übertragenen
Drehmoments wird also mittels der Hohlwelle übertragen, die sich unter der Einwirkung
dieses Drehmoments schraubenförmig verwindet.
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Eine Leerlaufwelle 4 ist im Innern der Hohlwelle 1 im Abstand von
ihr angeordnet und am Ausgangsende der Hohlwelle mit dieser durch einen Keil 5 und
eine kegelförmige Sitzfläche 6 verbunden; diese Leerlaufwelle ragt etwas über das
Eingangsende hinaus, wo sie mittels einer Lagerhülse 7 gehalten ist. Eine Drehverwindung
der Hohlwelle 1 macht sich also als Relativverdrehung zwischen dem Eingangsende
der Hohlwelle und dem benachbarten Ende der Leerlaufwelle 4 bemerkbar; selbstverständlich
werden jedoch im Betriebe beide Wellen als eine Einheit mit hoher Geschwindigkeit
umlaufen.
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Eine Vervielfältigungseinrichtung dient dazu, die Relativverstellung
zu vergrößern. und diese vergrößere Bewegung wird ausgenutzt, um einen elektrisohien
Schalter 48 zu steuern, der die (in der Zeichnung nicht veransohaulichte) Regeleinrichtung
für die Veränderung der Steigung der Luftschraube zu betätigen hat, so daß die Luftsthraube
in die völlig unwirksame Stellung übergeführt wird, in welcher ihre Flügel in einer
die Luftschraubenachse enthaltenden Ebene liegen. wenn die Drehmomentübertragung
zwischen Antriebsmaschine und Luftschraube unter einen festgelegten Wert fällt bzw.
ihre Richtung umgekehrt wird. Die Einrichtung zur Veränderung der Steigung der Luftschraube
kann eine beliebige hekannte Bauart aufweisen und wird daher im einzelnen nicht
beschrieben.
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Die Vervielfältigungseinrichtung weist ein Paar gleichachsiger Somwuräder
8 und 9 auf, die dicht l>eieinander angeordnet sind. Das Rad 8 sitzt fest auf
dem Eingangsende der Welle 1, während das andere Rad 9 auf dem benachbarten Ende
der Leerlaufwelle 4 mittels eines Keils 10 befestigt ist. Das Sonnenrad 8 auf der
Hohlwelle besitzt heim dargestellten Ausfiihrungsbeispiel 36 Zähne und das Rad 9
auf der Leerlaufwelte 35 Zähne. Die Durdhmesser ihrer Teilkreise stehen im gleichen
Verhältnis zueinander. Zwei epizyklische Planetenradanordnungen wirken mit dem ersten
Paar der Sonnenräder 8 und 9 zusammen und weisen je ein Paar gleichaehsige Planetenräder
11 und 12 mit 24 bzw. 25 Zähnlen auf. Die Ritzel 11, 12 einer jeden Planefruradanordnung
sind starr miteinander verbunden. so daß sie als eine Einheit um ihre gemeinsame
Achse umlaufen. Die Planetenradanordnungen werden mittels Kugellager von den Wellen
13 getragen. die ihrerseits in einem umlaufenden Planetenradträger sitzen, der aus
einem Paar umlaufender Ringe 14, 15 gebildet wird. Die Ringe 14, 15 stützen sich
auf Kugellager 16 ab, die gleichiachsig zur Hohlwelle 1 angeordnet sind. Der Planetenradträger
ist mit einer umlaufenden Ventilhülse 17 verbanden. und zwar durch Zapfen 18, die
an den Enden der Wellen 13 vorgesehen sind. Die Hülse 17 ist frei auf einem rohrförmigen
Ansatz 19 der Leerlaufwelle drehbar. Ein fester, hohler Zapfen 22 ist an einem Teil
des die Einriehtung abschließenden Gehäuses 51 befestilgt und ragt in das offene
Ende des rohrf(.).rmigen Ansatzes 19 der Leerlaufwelle hinein. An seinem vorderen
Ende weist dieser Zapfen ein vergrößertes Kopfstück 21 aaf, das mit der Innenwandung
der Bohrung in dem rehrförmigen Ansatz 19 zusammenwirkt.
Im Innern
dieses Kopfstückes befindet sich eine kalibrierte Öffnung 22, durch die unter Druck
stehende Flüssigkeit, die als Schmiermittel dient, in das Innere der Leerlaufwelle
4 gelangen kann. Diese unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch eine Leitung
23, die in der Gebäusewandung vorgesehen ist, einem Zweiwegepfropfen 24 zugeführt,
der fest in das hintere Ende des Zapfens 20 eingepaßt ist. Der Pfropfen 24 weist
mehrere radiale Kaliberöffnungen 25 auf, die in einen Ringraum 26 führen. Eine einzige
Düsenöffnung 27 verbindet das Innere des Pfropfens mit dem Innern des Zapfens 20
und damit mit der Offnung 22. Zwischen dem umlaufenden Rohransatz 19 und dem benachbarten
Teil des Gehäuses ist ein Dichtungsring 28 vorgesehen. Die Kammer 26 steht mit dem
Ringraum zwischen diem Zapfen 20 und dem Rohransatz 19 in Verbindung. Dieser Ringraum
ist an seinem abgewandten Ende durch das Kopfstück des Planetenradträgers verschlossen.
Der rohrförmige Ansatz 19 weist eine Radialbohrung 30 auf, die mit einem Ringraum
31 in Verbindung steht, der durch eine Ventilscheibbe 32 abgeschlossen ist, die
zusammen mit der Leerlaufwelle4 umläuft. Die Scheibe32 besitzt einen radialen Kanal
33, der in eine Aussparung 34 einmündet. Diese Aussparung wiederum wirkt mit einer
radialen Öffnung 35 in der Ventilhülse 17 derart zusammen, daß beide Teile ein Steuerventil
für die Steuerflüssigkeit bilden, wenn der Planeten radträger seh relativ zur Leerlaufwelle
verstellt. Die Relativverstellung der Planetenradwelle, die von der Torsionsverwindung
der Hohlwelle 1 abhängt, ist ein Maß für das von dieser Welle übertragene Drehmoment.
Die Anordnung der einielnen Teile ist so gewählt. daß sich die Steuerventilöffnung
35 öffnet, sobald sich die Ric'htung des durch die Hohlwelle übertragenen Drehmoments
umkehrt. Natürlich kann das Ventil aber auch so angeordnet sein, daß es bei Erreichen
eines vorbestimmten Wertes des übertragenen Drehmoments sich öffnet.
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Die Kammer 26 steht auch mit einer Druckkammer 40 in Verbindung.
in der eine biegsame Membran 41 angeordnet ist. Die Mitte dieser Membran wirkt mit
einem isolierten Druckknopf 42 zusammen, der sich gegen eine Felder 43 legt, so
daß ein Paar elektrischer Schaltkontakte 44 geöffnet wird. Diese Kontakte liegen
in dem Stromkreis eines mittels eines Solenoids gesteuerten Ventils, das die Steuervorrichtung
für den verstellbaren Propeller betätigt und den Propeller in die völlig unwirksame
Stellung überführt. Erfolgt die Übertragung des Drehmoments durch das Übersetzungsgetriebe
in der normalen Richtung von der Maschine aus zum Propeller, so wird ein Entweichen
von Steuerßüssigkeit durch die Entlastungsöffnung 35 in der Ventilhülse verhindert;
der Druck der Steuerfiüssigkeit lastet dann auf der Membran 41 und hält den Schalter
in der Offenstellung. In diesem Falte arbeitet die selbsttätige Steuereinrichtung
für die Luftsohraubensteigung in der normalen Weise. Öffnet sich jedoch die Öffnung
35 infolge einer Umkehr der Richtung des Drehmoments, so bewirkt das Entweichen
der Steuerflüssigl.leit durch die Öffnungen daß der auf die Membran ausgeübte Druck
nachläßt; der Schalter schließt sich, so daß die
Luftschraube sofort in die völlig
unwirksame Stellung übergeführt wird.
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Versagt also eine Antriebsmaschine oder fällt ihre Leistung erheblich
ab, so wird die Luftschraube sofort selbsttätig in eine unwirksame Lage verstellt,
und die sonst entstehende Bremswirkung der Luft wird verhindert.
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PATENTANSPRtSCHE 1. Einrichtung zur Anzeige des Eintretens einer
Abweichung des in einem Wellenzug übertragenen Drehmoments von einem vorherbestimmten
Wert und zur demgemäßen Auslösung von Schalt- oder Steuervorgängen, bestehend aus
einem torsionselastischen Element, zwei mit den Enden dieses Elements starr verbundenen
koaxialen Sonnenrädern und einem oder mehreren Planetenradpaaren, deren koaxiale
Einzelräder je mit einem der Sonnenräder kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Einzelräder (11, 12) jedes Planetenradpaares starr miteinander verbunden
sind und sich in ihrem Teilkreisdurchmesser um einen geringen Betrag unterscheiden
und daß die Bewegang des Planetenradträgers (14, 15) auf eine um die gemeinsame
Achse der Sonnenräder (8, 9) drehbare, als Steuerschalter für eine fernbetätigte
Verstellvorrichtung wirkende Scheibe (17) übertragen wird.