DE1279421B - Einrichtung zur hydraulisch-mechanischen Verstellung der Leitschaufeln der freien Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4057IW PATENTAMT Int. Cl.:

F 02c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 46 f-8/01

Nummer: 1279 421

Aktenzeichen: P 12 79 421.7-13 (B 73870)

Anmeldetag: 14. Oktober 1963

Auslegetag: 3. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur hydraulisch-mechanischen Verstellung der Leitschaufeln der freien Nutzleistungsturbine eines insbesondere zum Antrieb von Fahrzeugen dienenden Gasturbinentriebswerks mit einem Stellkolben, der auf einer Seite auf seiner Gesamtfläche mit von einem Steuerventil bemessenem Steuerdruck und auf der anderen Seite auf einer durch eine Kolbenstange verkleinerten Fläche mit Pumpendruck beaufschlagt wird.

Die Verstellung von Turbinenleitschaufeln ist insbesondere bei Gasturbinentriebwerken, die zum Antrieb von Fahrzeugen dienen, von entscheidender Bedeutung nicht nur für ein optimales Betriebsverhalten, sondern auch für die Wirtschaftlichkeit des Triebwerks. Andererseits sollen die Aufwendungen für Steuer- oder Regeleinrichtungen gerade bei Fahrzeugtriebwerken möglichst gering sein, obwohl dort wegen der häufig wechselnden Betriebszustände und der Bedienung durch technisch ungeübte Personen besonders hohe Anforderungen an die Robustheit und Zuverlässigkeit gestellt werden.

Die bekannten Einrichtungen zur hydraulisch-mechanischen Verstellung von Turbinenleitschaufeln sind sowohl konstruktiv aufwendig als auch nur wenig anpassungsfähig; trotz verhältnismäßig hoher Her-Stellungskosten ermöglichen sie nur die Berücksichtigung weniger Einflußgrößen. So ist bei einer bekannten derartigen Einrichtung der Stellkolben hohl und enthält eine Feder, die über einen Stößel auf eine Membran einwirkt, die in einer von der Zylinderbohrung des Stellkolbens getrennten Kammer angeordnet ist und ihrerseits über einen weiteren Stößel ein in einer weiteren getrennten Kammer angeordnetes Steuerventil betätigt. Das Steuerventil wirkt als Servoabflußventil und steuert den Druck auf der einen Seite des Stellkolbens. Bei dieser Konstruktion sind zahlreiche präzis bearbeitete Teile erforderlich, und es kann als Steuergröße lediglich eine an die Membran angelegte Druckdifferenz verwendet werden.

Die Erfindung geht demgegenüber von der Aufgabe aus, eine Einrichtung zur hydraulisch-mechanischen Verstellung der Leitschaufeln der freien Nutzleistungsturbine eines insbesondere zum Antrieb von Fahrzeugen dienenden Gasturbinentriebwerks zu schaffen, die infolge eines einfachen Aufbaues mit geringen Kosten hergestellt werden kann und dennoch eine universelle Steuerung in Abhängigkeit von mehreren Einflußgrößen gestattet; dabei soll die Einrichtung überdies robust und zuverlässig sein, um den besonderen Anforderungen zu genügen, die beim Einsatz für Automobil-Gasturbinentriebwerke auftreten.

Einrichtung zur hydraulisch-mechanischen
Verstellung der Leitschaufeln der freien
Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerks

Anmelder:

The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Edward M. Pauwels,
William J. Kestermeier,
South Bend, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. Oktober 1962 (230 581)

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schieber des Steuerventils in einer sich quer durch die Zylinderbohrung des Stellkolbens erstreckenden Bohrung gleitbar angeordnet ist, die am einen Ende mit dem Ausgang und am anderen Ende mit dem Eingang der Steuerflüssigkeitspumpe verbunden ist und an den Uberschneidungsstellen mit der Bohrung Steuerkanten bildet, die mit Steuerstegen des Schiebers zusammenwirken, und daß der Schieber unter Vorspannung, beispielsweise der Kraft einer Feder, mit einem Hebel im Eingriff steht, der an einem in Abhängigkeit von Eingangssignalen etwa parallel zum Schieber bewegbaren Stößel angelenkt ist und mit einem Ann an einer Nockenfläche des Stellkolbens anliegt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung dient somit die Zylinderbohrung des Stellkolbens gleichzeitig zur Aufnahme der zur Steuerung des Stellkolbens dienenden Elemente, und sowohl die für stabile Arbeitsweise erforderliche Rückführung zwischen Steuerventil und Stellkolben als auch die Einführung von steuernden Einflußgrößen erfolgen mit ein und demselben Bauteil, nämlich mit dem am Stößel angelenkten Hebel, der mit einer in einfachster Weise direkt am Stellkolben ausgebildeten Nockenfläche im Eingriff steht. Es ergibt sich so eine außerordentlich kompakte Anordnung, bei der keine besonderen Teile für die Rückführung und keine Koppelglieder erfor-

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derlich sind. Außerdem werden durch die besondere, Fig. 6, 7 und 8 Teilschnitte in der Fig. 3 entquer durch die Zylinderbohrung des Stellkolbens er- sprechender Darstellung zur Erläuterung verschiedestreckte Anordnung des Steuerventilschiebers beson- ner Betriebszustände und

dere Steueröffnungen überflüssig, so daß im Vergleich Fig. 9 eine graphische Darstellung typischer Be-

zu der vorbekannten Konstruktion eine Reihe von 5 triebskennlinien bei Verwendung der erfindungskostspieligen Präzisionsbearbeitungsschritten entfal- gemäßen Einrichtung.

len kann, ohne daß dadurch die Genauigkeit der Das in Fig. 1 dargestellte Gasturbinentriebwerk

Einrichtung leidet. Überdies ist die erfindungs- 10 hat einen Gaserzeugerteil 12 mit Verdichter 16, gemäße Einrichtung wegen der geringen Anzahl der Brennkammern 18 und Verdichterantriebsturbine 20 in ihr verwendeten Teile besonders robust und be- ίο sowie einen Leistungsteil 14 mit einer freien Nutztriebssicher, so daß die erfindungsgemäße Einrieb- leistungsturbine 24, einer Kupplung 26, einem Getung sich insgesamt durch Einfachheit und niedrige triebe 28, 30, 32, 34 und einer Abtriebswelle 36, die Herstellungskosten bei hoher Genauigkeit, Vielseitig- etwa mit Antriebsrädern eines Fahrzeugs gekoppelt keit und Zuverlässigkeit auszeichnet. ist. Über ein Getriebe 38 und eine Welle 42 wird eine

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der er- 15 Pumpe 40 proportional zur Drehzahl der Abtriebsfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekenn- welle angetrieben; dabei erzeugt die Pumpe 40 ein zeichnet, daß der Stößel durch eine in Abhängigkeit dieser Drehzahl proportionales Steuersignal, das eine von einem ersten Eingangssignal, beispielsweise der Eingangsgröße für die erfindungsgemäße Einrichtung Stellung eines Leistungswählhebels, drehbare Nok- darstellt.

kenscheibe und ein in Abhängigkeit von einem bei 20 Die Luft strömt durch den Einlaß 42 des Trieb-Beschleunigung wirksam werdenden zweiten Ein- werks zum Verdichter 16, wo sie verdichtet und in gangssignal, beispielsweise dem Verdichtungsaus- einen Ringkanal 44 abgegeben wird, der zu den gangsdruck, unabhängig von der Nockenscheibe be- Brennkammern 18 führt. Der aus einer nicht darwegbares Zwischenglied verstellbar ist. Dadurch wird gestellten Quelle herangeführte, über Einspritzdüsen in einfachster Weise die Möglichkeit geschaffen, den 35 46 eingespritzte Brennstoff wird in den Brennkamvom Leistungswählhebel ausgeübten Einfluß bei Be- mern 18 verbrannt, und die Verbrennungsgase werschleunigungen durch ein Beschleunigungssignal zu den durch einen Ringkanal 48 zur Verdichterantriebsüberspielen. Vorzugsweise ist dabei das Zwischen- turbine 20 geleitet. Dort wird den Verbrennungsgasen glied als ein um eine Achse schwenkbarer Hebel aus- ein Teil ihrer Energie zum Antrieb des Verdichters gebildet, der unter dem Einfluß einer von der Dreh- 30 16 entnommen. Stromabwärts von der Verdichterzahl im Gaserzeugerteil abhängigen, abschaltbaren antriebsturbine 20 ist eine Anzahl bewegbarer Leit-Stellvorrichtung die Wirkverbindung zwischen Nok- schaufehl 50 ringförmig verteilt angeordnet. Die Leitkenscheibe und Stößel lösen und damit die Steuerung schaufehl können untereinander gekoppelt sein, so des Stößels allein übernehmen kann. Die abschalt- daß sie durch Bewegung eines Hebels 52 gemeinsam bare Stellvorrichtung kann zweckmäßig eine feder- 35 verstellbar sind. Der von den Leitschaufeln 50 ausbelastete Membran aufweisen, die über ein von einem gerichtete Strom der Verbrennungsgase strömt Drehzahlregler gesteuertes Elektromagnetventil mit schließlich durch die freie Nutzleistungsturbine 24 dem Druck im Verdichterausgang beaufschlagbar ist. und gelangt entweder direkt oder über einen Wärmein weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin- austauscher zum Auslaß 54.

dung kann, um die Gasturbine auch zum Bremsen 40 Bei einem derartigen Triebwerk kann das Betriebsheranziehen zu können, auf der Welle der Nocken- verhalten durch jeweils optimale Einstellung der Leitscheibe eine mit dem Schieber zusammenwirkende schaufehl 50 beträchtlich verbessert werden. In F i g. 9 Nockenanordnung vorgesehen sein, die im Leerlauf- zeigt die Kurve A einen typischen Zusammenhang bereich den Schieber in der die Leitschaufeln im zwischen dem Einstellwinkel der Leitschaufehl und Bremssinn verstellenden Richtung mittels eines KoI- 45 der Triebwerksdrehzahl NG (oder der bei Außerbens betätigen kann, auf den ein von der Drehzahl achtlassung von Übergangszuständen äquivalenten der Nutzleistungsturbine abhängiger Druck einwirkt. Stellung des Leistungswählhebels). Die eine horizon-Dabei weist die Nockenanordnung vorzugsweise einen tale Linie darstellende Kurve B entspricht einer umdrehfest mit der Welle verbundenen Mitnehmerarm gekehrten oder negativen Leitschaufelstellung für und eine von diesem drehend mitgenommene Nocken- 50 Bremszwecke. Die gestrichelt dargestellte Kurve C scheibe auf, die mit radialem Spiel auf der Welle stellt eine zur Erzielung einer höheren Triebwerkssitzt. Dadurch kann innerhalb bestimmter Einstel- beschleunigung willkürlich vorgegebene Beschleunilungsbereiche der Welle die Nockenscheibe im Rah- gungskurve dar.

men ihres Spiels als Zwischenglied für die Einwir- Die Verstellung der Leitschaufeln 50 wird mit Hilfe

kung des Kolbens auf den Steuerventilschieber dienen. 55 der Einrichtung 60 bewirkt, die in einem Gehäuse 62 Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines angeordnet ist und als Ausgangsglied eine Kolben-Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in den stange 64 eines Stellkolbens aufweist; die beliebig aus-Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt geführte Kopplung mit dem Stellhebel 52 der Leit-

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gas- schaufel 50 ist durch die gestrichelte Linie 66 anturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäßen Ein- 60 gedeutet. Über eine Einlaßleitung 68 und eine Steuerrichtung zur Verstellung der Leitschaufeln der freien flüssigkeitspumpe 70 wird der Einrichtung 60 eine Nutzleistungsturbine, Steuerflüssigkeit zugeführt; der Abstrom von Steuer-

F i g. 2 einen Schnitt durch eine bevorzugte Aus- flüssigkeit aus der Einrichtung 60 erfolgt über die führungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, Auslaßleitung 72. Als steuernde Eingangsgrößen für

Fig. 3 und 4 Schnitte nach den Linien 3-3 bzw. 65 die Einrichtung 60 treten hier auf: 4-4 der Fig. 2, 1. die Stellung eines Leistungswählhebels 78, der

F i g. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 der in Fahrzeugen als fußbetätigter Gashebel aus-

F i g. 2, gebildet sein kann,

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2. ein der Antriebsdrehzahl des Triebwerks (oder Ende an einer Membran 96 befestigt ist, erstrecken, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs) proportio- Die Membran ist an ihrem Umfang mit Hilfe eines nales Drucksignal, das von der Pumpe 40 über Abdeckgliedes 98 am Gehäuse 62 befestigt. Der KoI-eine Leitung 76 herangeführt wird und, wie spä- ben 94 ist von einer Feder 100 konzentrisch umgeben, ter beschrieben wird, zusammen mit der Stellung 5 die sich an der Innenwand 102 des Gehäuses 62 abdes Leistungswählhebels 78 zur Einleitung eines stützt und die Membran an die als Anschlag die-Bremsvorganges dient, nende Abdeckung 98 drückt. Die bei Triebwerks-

3. Mittel zur Zufuhr eines hohen Drucksignals, das beschleunigungen mit dem Verdichterausgangsdruck eine Treibwerksbeschleunigung anzeigt; hier beaufschlagte Leitung 74 geht durch die Abdeckung wird dieses Signal aus dem über die Leitung 74 io 95 und mündet links von der Membran 96, so daß herangeführten Verdichterausgangsdruck unter die Membran 96 und der Kolben 94 in Abhängigkeit Verwendung eines Elektromagnetventils 71 ge- von dem Unterschied der vom Verdichterausgangsbildet. druck und der Feder 100 erzeugten Kräfte eingestellt

Das Elektromagnetventil 71 ist normalerweise ge- wird. Die Bewegung des Kolbens 94 nach rechts ist schlossen und wird geöffnet, wenn seine Magnetspule 15 durch einen Anschlagstift 104 begrenzt, der exzen-73 durch Schließen eines Schalters 77 an eine Strom- trisch an einer von außen einstellbaren Schraube 106 quelle 75 gelegt wird. Der Schalter 77 wird von einem befestigt ist. Bei Triebwerkbeschleunigungen bewegt Schwenkhebel 79 gesteuert, der seinerseits unter dem sich unter dem Einfluß des Verdichterausgangsdrucks Einfluß eines Drehzahlreglers 81 steht. Der Drehzahl- der Kolben 94 nach rechts und tritt mit den Vorregler enthält einen mit dem Schwenkhebel 79 in Ein- ao Sprüngen 92 des Zwischengliedes 86 in Eingriff, so griff bringbaren Anschlag 83 auf einer Stange 85. daß dieses im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Da-Während einer Triebwerksbeschleunigung wird die durch wird die Rolle 90 von der Nockenscheibe 84 Stange 85 nach oben bewegt, da dann die Kraft der abgehoben, und es ergibt sich eine die normale Steue-Gegenfeder 87 größer ist als die von den Fliehgewich- rung überspielende Beschleunigungssteuerung, etwa ten 89 erzeugte Kraft. Durch die Aufwärtsbewegung 25 entsprechend der Kurve C in F i g. 9.
der Stange 85 tritt der Anschlag 83 mit dem Schwenk- Der obere Teil des Gehäuses 62 enthält gemäß der hebel 79 in Eingriff, so daß der Schalter 77 geschlos- Darstellung in F i g. 2 eine aus einem Stellkolben und sen und das Elektromagnetventil 71 geöffnet wird. einem Steuerventil bestehende Anordnung, die im Sobald das Triebwerk in die Nähe der neuen Soll- folgenden näher beschrieben werden wird. Im Gedrehzahl gelangt, überwindet die Kraft der Flieh- 30 häuse 62 ist eine Zylinderbohrung 110 ausgebildet, in gewichte 89 die Kraft der Gegenfeder 87, so daß sich welcher ein Stellkolben 112 gleitend angeordnet ist. die Stange 85 wieder nach unten bewegt und die Der Stellkolben hat einen Steg 114 und eine Kolben-Stromversorgung des Elektromagnetventils 71 unter- stange 116. Der Stellkolben 114 mit Dichtnut 118 brachen wird. Beim Bremsen ist die von den Flieh- teilt die Zylinderbohrung 110 in zwei Kammern 120 gewichten ausgeübte Kraft größer als die Kraft der 35 und 122. Die erste Kammer 120 ist durch eine mittels Feder 87, so daß der Anschlag 83 sich noch weiter Schrauben 126 am Gehäuse 62 befestigte ringförmige vom Schwenkhebel 79 wegbewegt. Statt des als Bei- Abdeckung 124 verschlossen. Die Kolbenstange 116 spiel dargestellten Fliehkraftreglers 81 können auch geht abgedichtet und gleitend durch eine Mittelöffandere Formen von Drehzahlreglern verwendet wer- nung 128 der Abdeckung 124, wobei Dichtungen 130 den, und es kann jedes beliebige daraus abgeleitete 40 und 132 sowie eine Staubschutzpackung 134 vor-Signal zur Steuerung eines Elektromagnetventils 71 gesehen sind. Die zweite Kammer ist durch eine Abbenutzt werden, deckplatte 136 verschlossen, die eine Dichtung 140

Im folgenden wird auf die Fi g. 2 bis 8 Bezug ge- aufweist und durch Schrauben 138 gehalten wird,

nommen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform Quer durch die Zylinderbohrung 110 erstreckt sich

der Erfindung dargestellt ist. 45 eine aus zwei Abschnitten 142 und 144 bestehende

Der Leistungswählhebel 78 ist mittels der Klemm- zylindrische Bohrung, die sich radial von der Kammer

schraube 80 an einer im Gehäuse 62 drehbar gelager- 122 nach außen erstreckt und entgegengesetzte Enden

ten Welle 82 befestigt. Eine aus gestanztem Blech be- des Steuerventilschiebers 146 aufnimmt (Fig. 2

stehende Nockenscheibe 84 ist ebenfalls auf der Welle und 3). Eine zweite zylindrische Bohrung erstreckt

82 befestigt. Das Profil der Nockenscheibe 84 kann 50 sich ebenfalls quer durch die zweite Kammer 122 der

jedem beliebigen gewünschtem Betriebsverhalten oder Zylinderbohrung 110 und bildet zwei axial ausgerich-

jedem beliebigen speziellen Zusammenhang zwischen tete Führungslöcher 148 und 150 für einen etwa par-

der Stellung des Leistungswählhebels und dem Leit- allel zum Schieber 146 bewegbaren Stößel 152

schaufelwinkel entsprechen, beispielsweise entspre- (F i g. 2 und 4). Das untere Ende des Stößel 152 er-

chend der Kurvet der Fig. 9. Ein aus einem um- 55 streckt sich durch das untere Führungsloch 148 bis

gebogenen Blechstück bestehendes Zwischenglied 86 zur Berührung mit dem Zwischenglied 86, so daß der

(F i g. 2 und 4) ist drehbar auf einer festen Achse 88 Stößel 152 sich in Abhängigkeit von der Bewegung

gelagert. Eine Rolle 90, die mit der Nockenscheibe in der Nockenscheibe 84 oder der überspielenden Wir-

Eingriff treten kann, wird durch die gegenüberliegen- kung der Membran 96 axial bewegt; diese Bewegung

den Seitenflächen des Zwischengliedes 86 an Ort und 60 bildet eine Eingangsgröße für die aus dem Stellkolben

Stelle gehalten und dient dazu, das Zwischenglied 86 und dem Steuerventil bestehende Anordnung,

in Abhängigkeit von der Stellung der Nockenscheibe Der Stößel 152 ist auf einem Teil seiner Länge mit

84 um die Lagerachse 88 zu drehen, solange sich die einem Gewinde versehen und trägt dort eine Mutter

Rolle 90 in Kontakt mit der Nockenscheibe 84 be- 154. Die Axialbewegung des Stößels 152 wird über

findet. Das Zwischenglied 86 besitzt zwei längliche 65 einen aus zwei Teilen 158,160 bestehenden Hebel

Vorsprünge92, von denen in Fig. 4 nur einer dar- 156 (Fig. 5) auf das Steuerventil 146übertragen. Der

gestellt ist, die sich von der Achse 88 aus bis in Steuerventilschieber 146 hat Vorsprünge 162,164, die

unmittelbare Nähe eines Kolbens 94, der an einem die Teile 160 und 158 des Hebels zwischen sich auf-

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nehmen. Der Hebel 156 ist drehbar auf einem Stift laßdruck der Pumpe ein. Andererseits steht die erste

166 gelagert, der in einem Loch 170 eines Blocks 168 Kammer 120 ständig unter dem hohen Pumpenaus-

sitzt. Eine Feder 172. sitzt konzentrisch auf dem Stift laßdruck.

152 und stützt sich am einen Ende am Gehäuse 62 Wegen der verschiedenen Wirkflächen zu beiden und am anderen Ende am Block 168 ab, so daß sich 5 Seiten des Steges 114 des Stellkolbens 112 muß im eine den Block 168 gegen die Mutter 154 drückende Gleichgewichtszustand der Druck in der Kammer 122 Vorspannkraft ergibt, die außerdem den Stößel 152 kleiner sein als in der Kammer 120. Dies bedeutet, in Berührung mit dem Zwischenglied 86 hält. daß im Gleichgewichtszustand die Stege 194 und 164 Das in F i g. 3 rechte Ende des Stellkolbens 112 den Durchfluß von Steuerflüssigkeit durch die Kamenthält eine Bohrung, die eine etwa axial zum Kolben i& mer 122 gerade so einregelt, daß sich der erforderverlaufende Nockenfläche 174 bildet. Der Hebel 156 liehe Gleichgewichtsdruck einstellt. Falls nun infolge hat einen sich links vom Stift 152 in die Bohrung des einer ein Eingangssignal darstellenden Bewegung des Stellkolbens 112 hinein erstreckenden Arm, an dessen Zwischengliedes 86 der Stößel 152 nach oben ver-Ende eine mit der Nockenfläche 174 in Berührung schoben wird, drückt die Mutter 154 den Block 168 stehende Verdickung 176 vorgesehen ist. Der Schie- 15 gegen die Vorspannkraft der Feder 172 nach oben, ber des Steuerventils 146 hat einen inneren Durch- Der Stift 166 des Hebels 156 wird ebenfalls nach oben gang 178 mit abgestuftem Durchmesser, der zum bewegt, so daß der Hebel 156 sich um die Verdickung Ausgleich der auf die beiden Enden des Steuerventils 176 im Gegenuhrzeigersinn dreht und die Teile 158, einwirkenden Strömungsmitteldrücke dient. Eine 160 sowie das Steuerventil 146 gegen die Kraft der Schulter 180 des inneren Durchganges stellt einen Sitz 20 Feder 182 im Sinn der F i g. 2 nach oben bewegt werfür eine Feder 182 dar, die sich mit ihrem anderen den. Dabei vergrößert sich die vom Steuersteg 194 Ende auf einem einstellbaren Halter 184 abstützt, der bestimmte Eintrittsöffnung für Unter Pumpendruck in eine durch Schrauben 188 und 190 befestigte End- stehende Steuerflüssigkeit und verkleinert sich die kappe 186 eingeschraubt ist. Die Feder 182 drückt vom Steuersteg 164 bestimmte Auslaßöfmung, so daß das Steuerventil 146 nach unten gegen die Teile 158, 25 der Druck in der Kammer 122 über den Gleich-160 des Hebels 156, so daß dieser Hebel im Uhr- gewichtswert hinaus ansteigt. Dadurch wird der Stellzeigersinn vorgespannt und die Verdickung 176 an kolben 112 mit seiner Nockenfläche 174 nach links die Nockenfläche 174 gedrückt wird. bewegt, so daß sich die Verdickung 176 des Hebels . Der Steuerventilschieber 146 hat an seinem unteren entsprechend dem Verlauf der Nockenfläche nach Ende zwei Stege 192,194, die eine Ringkammer 196 30 oben bewegen und dadurch den Hebel 156 im Uhrin der zylindrischen Bohrung 142 bilden. Über erne zeigersinn drehen kann. Diese Drehung des Hebels Leitung 68 und einen Einlaß-Durchgang 198 (Fig. 3) 156 im Uhrzeigersinn gestattet es der Feder 182, das wird Strömungsmittel unter dem Ausgangsdruck der Steuerventil 146 in seine Gleichgewichtslage zurück-Pumpe 70 zur Ringkammer 196 und ferner zu einer zustellen. Der Stellkolben 112 setzt seine Bewegung Zweigleitung 200 geleitet, die sich parallel zur Längs- 35 fort, bis das Steuerventil 146 voll in seine Gleichachse des Stellkolbens 112 erstreckt und über eine gewichtsposition eingelaufen ist, in welcher sich wiekurze Verbindungsleitung 202 mit der ersten Kammer der ein Kräftegleichgewicht am Stellkolben 112 er-120 in Verbindung steht, so daß in dieser Kammer gibt, so daß der Kolben bis zur nächsten Veränderung ständig der Pumpendruck auf die durch die Kolben- des Eingangssignals in Ruhe bleibt,
stange 116 verkleinerte Fläche des Steges 114 des 40 Eine Abwärtsbewegung des Stößels 152 würde im Stellkolbens 112 einwirkt und dadurch den SteUkol- wesentlichen einen umgekehrten Bewegungsablauf ben im Sinn der F i g. 2 nach rechts drückt. Der Steg hervorrufen, wobei der Druck in der Kammer 122 194 des Steuerventils 146 bildet an der Überschnei- fällt, der Stellkolben 112 sich nach rechts bewegt und dungssteile der Bohrung 142 und der Zylinderbohrung die Nockenfläche 174 wiederum eine Rückkehrbewe-142 und der Zylinderbohrung 110 eine Steuerkante, 45 gung des Steuerventils 146 in seine Gleichgewichtsdie den Zufluß von Hochdruckströmungsmittel aus position veranlassen würde.

der Ringkammer 196 zur zweiten Kammer 122 steu- In den meisten Fällen wird die Einrichtung in Abert; dort wirkt das Strömungsmittel auf die Gesamt- hängigkeit von Bewegungen des Zwischengliedes 86 fläche des Kolbensteges 114 ein und erzeugt somit eingestellt, wobei das Zwischenglied 86 seinerseits eine Kraft, die den Stellkolben 112 im Sinn der F i g. 2 50 entweder durch die Nockenscheibe 84 oder durch die nach links drückt. Membran 96 eingestellt wird. Die Nockenscheibe 84 Am oberen Ende des Steuerventilschiebers 146 ist kann entsprechend der Kurve A der F i g. 9 profiliert ein weiterer Steg 204 ausgebildet; dieser bildet zusam- sein, um diese oder eine beliebige andere gewünschte men mit dem Steg 164 eine Ringkammer 206 in der Beziehung zwischen der Stellung des Leistungswähl-Bohrungl44, die in Verbindung mit dem Auslaß- 55 hebeis (oder, falls das Triebwerk von einem Standardkanal 208 (F i g. 3) steht,' der seinerseits mit einem drehzahlregler geregelt wird, der als Äquivalent angemäß F i g. 1 zur Niederdruck- oder Einlaßseite der zusehenden Gaspedalstellung oder Verdichterdreh-Pumpe 70 führenden Leitung 72 verbunden ist. Die zahl) und der Leitschaufelstellung zu ergeben. Bei obere Kante des Steges 164 bildet an der Überschnei- einigen Triebwerken kann es unerwünscht sein, daß dungssteile der Bohrung 144 und der Zylinderbohrung 60 die Einrichtung die Leitschaufeln während einer 110 eine Steuerkante, die die Strömung von Steuer- Triebwerksbeschleunigung öffnend verstellt, da dies flüssigkeit aus der zweiten Kammer 122 durch die die Beschleunigung vermindern könnte. Für derartige Ringkammer 206 zum Auslaßkanal 208 steuert. Durch Triebwerke ist zum Überspielen der Nockenscheibe axiale Einstellung des Steuerventilschiebers steuern 84 eine Membran 96 vorgesehen. Wenn beispielsdie Stege 194 und 164 gemeinsam den Einlaß und 65 weise der Leistungswählhebel 78 rasch auf eine hohe Auslaß von Steuerflüssigkeit in der zweiten Kammer Einstellung verstellt wird, gerät der Drehzahlregler 122 und somit den dort herrschenden Druck auf 81 in einen Zustand zu geringer Ist-Drehzahl, so daß einen gewünschten Wert zwischen Einlaß- und Aus- das Elektromagnetventil 71 geöffnet und unter hohem

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Druck stehende Luft zur Membran 96 geleitet wird. ten Öffnung 212. Mit der Welle 82 ist drehfest ein Dadurch wird der Kolben 94 bis zum Anschlag 104 Mitnehmerarm 214 verbunden, der einen exzentrisch nach rechts gedrückt. Dabei wird das Zwischenglied abgebogenen Vorsprung 216 aufweist. Dieser Vor-86 so verdreht, daß die Rolle 90 von der Nocken- sprung tritt in eine öffnung 218 ein, die nahe an der scheibe 84 abgehoben wird und der Stößel 152 dann 5 Kante der Bremsnockenscheibe 210 ausgebildet ist. der Kurve C in F i g. 9 und nicht langer der von der Der abgebogene Vorsprung 216 bildet einen Dreh-Nockenscheibe 84 bestimmten Kurve A folgt. Wenn punkt, um den sich die Nockenscheibe 210 innerhalb sich das Triebwerk der neuen Soll-Drehzahl nähert, der durch die Abmessungen der öffnung 212 gegebeiiberwinden die Fliehgewichte 89 die Kraft der Feder nen Grenzen drehen kann. Mit Abstand unterhalb 87, das Elektromagnetventil 71 schließt sich, und die io der Nockenscheibe 210 ist ein darauf ausgerichteter Membran 96 sowie der Kolben 94 bewegen sich unter Drehzahlkolben 220 angeordnet, der gleitend in einem dem Einfluß der Feder 100 wieder zurück nach links, mit dem Gehäuse 62 verschraubten zylindrischen so daß das Zwischenglied 86 wieder vom Kolben 94 Stopfen 222 gelagert ist. Der Stopfen 222 enthält eine freikommt und die Rolle 90 erneut mit der Nocken- öffnung 224 für die Aufnahme der Leitung 76, durch scheibe 84 in Berührung tritt. Der Punkt D in F i g. 9 15 die ein der Maschinen- oder Fahrzeugdrehzahl prostellt diejenige Leitschaufelposition bei hoher Einstel- portionaler Druck in die innere Kammer 226 geleitet lung des Leistungswählhebels dar, die sich während wird. In Fig. 3 ist die Stellung der Bremsnockender gerade beschriebenen Beschleunigung beim scheibe 210 für eine Einstellung des Leistungswähl-Durchlaufen der Kurve D ergeben würde. Es ist zu hebeis auf hohe Drehzahl dargestellt, während F i g. 6 beachten, daß sich in entsprechender Weise auch Ein- 20 die Stellung der Nockenscheibe bei Leerlauf oder bei Stellungen der Leitschaufeln ergeben können, die entlastetem Gaspedal darstellt. Man erkennt, daß Zwischenpunkten auf der Kurve A entsprechen, wenn bei Einstellung auf hohe Drehzahl die Nockenscheibe der Leistungswählhebel nur Stopfen 222 gelagert ist. 210 genügend Abstand vom Steuerventilschieber 146 Der Stopfen 222 enthält eine öffnung 224 für die hat und dessen Arbeitsweise nicht beeinflußt. In der Aufnahme der Leitung 76, durch die ein der Ma- as in Fig. 6 gezeigten Leerlauf position (ohne Druck in schinen- oder Fahrzeugdrehzahl proportionaler Druck der Kammer 226) ist die Nockenscheibe 210 in eine in die innere Kammer 226 geleitet wird. In F i g. 3 Position gedreht, in welcher sie in Berührung mit dem ist die Stellung der Bremsnockenscheibe 210 für eine Steuerventilschieber 146 steht; wegen des von der Einstellung der Leistungswählhebels auf hohe Dreh- Feder 182 geleisteten Widerstandes reicht die dazahl dargestellt, während F i g. 6 die Stellung der 30 durch erzeugte Kraft jedoch nicht aus, um das Steuer-Nockenscheibe bei Leerlauf oder bei entlastetem Gas- ventil zu bewegen, und es wird lediglich die Nockenpedal darstellt. Man erkennt, daß bei Einstellung auf scheibe 210 um ihre Lagerstelle 216 nach unten verhohe Drehzahl die Nockenscheibe 210 genügend Ab- schoben. Falls jedoch (F i g. 7) die Nockenscheibe stand vom Steuerventilschieber 146 hat und dessen 210 in die Leerlaufposition verstellt wird, wenn eine Arbeitsweise nicht beeinflußt. In der in F i g. 6 ge- 35 hohe Triebwerksdrehzahl vorliegt, ist der Druck in zeigten Leerlaufposition (ohne Druck in der Kammer der Kammer 226 genügend groß, um die Kraft der 226) ist die Nockenscheibe 210 in eine Position ge- Feder 182 zu überwinden, so daß dann die Nockendreht, in welcher sie in Berührung mit dem Steuer- scheibe 210 sich innerhalb der durch die Kante der ventilschieber 146 steht; wegen des von der Feder 182 öffnung 212 gegebenen Grenzen um ihre Lagergeleisteten Widerstandes reicht die dadurch erzeugte 40 stelle 216 dreht und den Steuerventilschieber 146 Kraft jedoch nicht aus, um das Steuerventil zu be- nach oben drückt, so daß unter hohem Druck wegen, und es wird lediglich die Nockenscheibe 210 stehende Steuerflüssigkeit an dem Steuersteg 194 vorum ihre Lagerstelle 216 nach unten verschoben. Falls bei in die Kammer 122 eintreten kann. Durch den so jedoch (F i g. 7) die Nockenscheibe 210 in die Leer- hervorgerufenen Druckanstieg in der Kammer 122 laufposition verstellt wird, wenn eine hohe Trieb- 45 wird der Kolben 112 nach links bis zum Ende seines werksdrehzahl vorliegt, ist der Druck in der Kammer Bewegungsbereichs gedrückt, und dadurch werden die 226 genügend groß, um die Kraft der Feder 182 zu Leitschaufeln 50 in eine Stellung mit negativem Einüberwinden, so daß dann die Nockenscheibe 210 sich Stellwinkel verstellt, die der Kurve B der F i g. 9 entinnerhalb der durch die Kante der öffnung 212 ge- spricht. Dadurch wird erreicht, daß der Gasstrom gebenen Grenzen um ihre Lagerstelle 216 dreht und 50 durch die Leitschaufeln 50 auf die Schaufeln der den Steuerventilschieber 146 nach oben drückt, so Nutzleistungsturbine 24 mit einem Winkel auftrifft, daß unter hohem Druck teilweise vorgeschoben wird. bei welchem er der Drehung der Turbine entgegen-

Es sind ferner Einrichtungen zum Abbremsen des wirkt und eine zusätzliche Bremswirkung ergibt. Triebwerks durch Verstellen der Leitschaufeln 50 in F i g. 8 zeigt die Stellung der Bremsnockenscheibe 210 eine negative oder umgekehrte Einstellung vor- 55 und des Kolbens 220 unter normalen Antriebsbedingesehen, um bei höheren Drehzahlen eine stärkere gungen, wobei die Nockenscheibe 210 sich in der Verzögerung zur Verfügung zu stellen. Zum Ver- Vollgasstellung befindet und in der Kammer 226 zögern des Triebwerks nimmt der Bedienungsmann Druck auf den Kolben 220 ausgeübt wird,
den Leistungswählhebel zurück, und dies würde ohne Man erkennt, daß zur Einstellung einer Bremszusätzliche Maßnahmen eine Verstellung der Leit- 60 position der Leitschaufeln 50 zwei Bedingungen erschaufein entlang der Kurve A bewirken. Statt dessen füllt sein müssen: Erstens muß sich die Bremsnokist es erwünscht, daß bei Verzögerungen die Leit- kenscheibe 210 in Leerlaufstellung befinden, und schaufeln rasch in eine durch die Kurve B dar- zweitens muß die Triebwerksdrehzahl so hoch sein, gestellte negative Stellung bewegt werden. daß der Kolben 220 die Kraft der auf den Steuer-

Die Bremswirkung wird mit Hilfe einer Nocken- 65 ventilschieber 146 einwirkenden Feder 182 überwinanordnung 210, 214 erzielt. Diese Nockenanordnung det. Um eine maximale zusätzliche Bremswirkung zu enthält eine Bremsnockenscheibe 210 (F i g. 3, 6, 7 erzielen, wird die von der Feder 182 gelieferte Kraft und 8) mit einer von der Welle 82 durchsetzten wei- durch den Halter 184 so eingestellt, daß sie größer

als die bei Leerlaufdrehzahl vom Kolben 220 ausgeübte Kraft ist, jedoch kleiner als die Kraft, die vom Kolben 220 bei geringfügig oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegender Drehzahl ausgeübt wird. Dadurch wird bei der Verzögerung des Triebwerks die Bremswirkung bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten; erst dann bewegt die Feder 182 das Steuerventil 146 in seine Gleichgewichtsstellung (Kurve A), wo es für die nächste Triebwerksbeschleunigung bereit ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur hydraulisch-mechanischen Verstellung der Leitschaufeln der freien Nutzleistungsturbine eines insbesondere zum Antrieb von Fahrzeugen dienenden Gasturbinentriebwerks, mit einem Stellkolben, der auf einer Seite auf seiner Gesamtfläche mit von einem Steuerventil bemessenen Steuerdruck und auf der anderen Seite auf einer durch eine Kolbenstange verkleinerten Fläche mit Pumpendruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (146) des Steuerventils in einer sich quer durch die Zylinderbohrung (110) des Stellkolbens (112) erstreckenden Bohrung (142,144) gleitbar as angeordnet ist, die am einen Ende mit dem Ausgang (68) und am anderen Ende mit dem Eingang (72) der Steuerflüssigkeitspumpe (70) verbunden ist und an den Überschneidungsstellen mit der Bohrung (110) Steuerkanten bildet, die mit Steuerstegen (194,164) des Schiebers zusammenwirken, und daß der Schieber unter Vorspannung, beispielsweise der Kraft einer Feder (182), mit einem Hebel (156) im Eingriff steht, der an einem in Abhängigkeit von Eingangs-Signalen etwa parallel zum Schieber bewegbaren Stößel (152) angelenkt ist und mit einem Arm an einer Nockenfläche (174) des Stellkolbens (112) anliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (152) durch eine in Abhängigkeit von einem ersten Eingangssignal, beispielsweise der Stellung eines Leistungswählhebels (78), drehbare Nockenscheibe (84) und ein in Abhängigkeit von einem bei Beschleunigung wirksam werdenden zweiten Eingangssignal, beispielsweise dem Verdichterausgangsdruck, unabhängig von der Nockenscheibe (84) bewegbares Zwischenglied (86) verstellbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (86) als ein um eine Achse (88) schwenkbarer Hebel ausgebildet ist, der unter dem Einfluß einer von der Drehzahl im Gaserzeugerteil abhängigen, abschaltbaren Stellvorrichtung (94, 96) die Wirkverbindung zwischen Nockenscheibe und Stößel lösen und damit die Steuerung des Stößels allein übernehmen kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung eine federbelastete Membran (96) aufweist, die über ein von einem Drehzahlregler (81) gesteuertes Elektromagnetventil (71) mit dem Druck im Verdichterausgang (44) beaufschlagbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (82) der Nockenscheibe (84) eine mit dem Schieber (146) zusammenwirkende Nockenanordnung (210, 214) vorgesehen ist, die im Leerlaufbereich den Schieber (146) in der die Leitschaufeln (50) im Bremssinn verstellenden Richtung mittels eines Kolbens (226) betätigen kann, auf den ein von der Drehzahl der Nutzleistungsturbine abhängiger Druck einwirkt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenanordnung einen drehfest mit der Welle (82) verbundenen Mitnehmerarm (214) und eine von diesem drehend mitgenommene Nockenscheibe (210) aufweist, die mit radialem Spiel auf der Welle sitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 044 823.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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