DE1626027A1

DE1626027A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1626027A1
Application number: DE19671626027
Authority: DE
Inventors: Chilman John Alfred; Davies Stuart Duncan
Original assignee: Dowty Rotol Ltd
Current assignee: Dowty Rotol Ltd
Priority date: 1966-05-25
Filing date: 1967-04-12
Publication date: 1970-02-12
Also published as: CH457976A; US3468473A

Description

Patanfanwälfe

Dr Ing H: M_?gendank - .......

Dipl. ir,p. ·-'. ticuck 1626027

Dipl. Ph-'i. W. Schmitz

isH i, Moxafisff.23 Tel. 5 38 05 Ö6

Dowty Rotol Halted

Cheltenhau Road, NOnehen, 12. April 1967

Oloueeater. üloa./ftueland (Anwaltaakte* 17 895#

Gasturbinentriebwerk

Di· Erfindung betrifft «in Gasturbinentriebwerk alt eine« in eines 5y-Paes rotierenden Mn, der übereinander gestapelte Beeehatsfeivngeteile eur Bildung aindestens ztfeier trlsoher ringfSrodger StrStoungen aufMreiat·

der Brfindung ist a^ndeetena der Besehaufel^mgeteil der einen Ströaung rel&fdr sm Besehaufelungateil (b^. den Besohaufwlungeteilen) der anderen Str8anmg(en) oder aber geseinsas alt ihnen verstellbar. Der Fan kann vor de« Trlebirerkeverdiohter angeordnet sein, vm sowohl den Verdichter als euch den By-P«ee ■it Luft zu versorgen. Der Sesohaufelungateil einer StrSarung let VOB Besehaufelungsteil der benaohbarten StrOanmg dureh einen Hantel getrennt. Die Sehauf ein einer Süßeren St rö-BTung können eine verVnderliehe Staffelung besitzen, die vorsugsweiae unter der Steuerung eines Servoneohanisnue eingestellt «erden kann* Der ServoaeehanleBue

BAD ORIGINAL

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befindet eioh sueindeet tallvaiea innerhalb der Habe des Pane und wird entweder Mittels von Hand eingegebenen Signalen oder Drehsahlreglersigiialen gesteuert«

Vorsugsweise besteht der Beeehaufelungstell einer inneren Strtauag mm hthlxa Schaufeln· Der getrieehaniaaua zur Sohauf@lvere%©lXiiiig «ines VaSeren Besohaufelungeteils weist Trans«

aaeh außen duroh die

der ^mr$n StrH^mg verlaufeti und die von dem in der l&ibe @ü@i:?>rdii@tm SerraatohaniSBUs verdreht werden lcttnne^« trodiig^ die StafidliatB ^er äuSercm Schaufeln verttaderbsr ist» EÄam andere IB$gli@likeit besteht darin* daß die Sc&Äiifein 4er äuSeren Str^nung verlingerte SchaufelfÜBe besitzen» die άν&Φ al« hohlen Schaufeln bis in die Vab® des Bans reich«*, wo sie nit dec Servomechanismus verbunden werden« Falls gewtlnsehtj, kann die Staffelung wenigatens eines Besohaufelungsteile unveränderlich sein« Sitepreohend einem Ausfuhrungsbeiapiel der Erfindung haben die Schaufeln •ines inneren Beschaufelungsteils eine unveränderliche Staffelung« während di® Staffelung eines äußeren Besohaufelungsteils veränderlich ist.

909887/1011 bad original.

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909887/1011, BAD OBIG.NAU

tufeeren B*n©hauf*lungst«il« radial sueinander ausgerlohiet vnd night »ie im yofhepgeaenden Jail zueinander

. Sehen bei der Verwendung der Erfindung nit einfachen Einrollen·

n ergeben Bleu ¥orteile_# xUtolioh, daß das Trieb-

ißm? die inner· atrSirang «it einer konstanten isnd

Menge von ¥erl>reian»geliift imd der By-P«ee Ober die VaSere Stseeaxis Mt «Saer verifnderliohen Menge von Luft ver· eosigt Herden» mbml das *By-PÄea-Y#*fcälfcnie· geeäfi den ffLugbtdingnngen ^eriaderlioh ist. Aber noeh größer« Vorteile ergeben sieb» nenn die Erfindung in Verbindung alt swei - oder MennfeilentriebVföieeB verwendet wird. Bin solches AuefOhrusigebeiepiel der Srfindung soll nt» beschrieben «erden.

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Die 9tai«AnorSrau^g₉ die den TeretellffieGhanieBUs für einen oder Besrsre Beedhaufelungsteile «insefeiiest, bildet sweok- »t8ig «ineu Betör« der als !isah$it em. einer Fan-Antricbswelle engeeohraubt ist;. Mm iintri«bii«$lle let z.B. «ine Abtrlebe- «elle eines Otat©r®3&gmsga&*&p£@bss odar die !felle einer freien Turbine« di® si^i Si&trisb &mi Wma alunt* Ein Kranz von nicht . drehbarefi J&lb8®te8Mf®2M ist msi^Bslersfeise ie By-Paes hinter dta VSH&-äng$®i»<te&e Ei* etefftoltttg 'dep Leitsohaufeln kann

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ebenfalls verSnderllen oder piyeriinderlioh »ein. Fälle die Leitseüaufeln verstellbar sind» läßt sich ihre Verstellung über «in Differential steuern, das die Staffelung der LeItschaufeln und des entapreoätenden fto-Besohaufeltmgsteils auf· einander - ateeimu·- Β&Ιφ®M Mfferasifcial ist S₉B. ta eine« teliejnisiäieB Sfeeiisreest^ise sisgeerdaet und -Meit$t einen ©inzigen mng'mgßWJ'ty&l ipi ¹Ii^i üi^^ngshebel» die _si3W©ils rait

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so wtlt wit notwendig beschrieben. Bs versteht sieh von selbst« daß der beschriebene Soa1 s nur beispielhaft ist und dej andere Servoaeohanlsmen ebenfalls ir sind· Die inneren Schaufelabsohnitte 3, deren

Staffelung unveränderlich ist« haben den Querschnitt eines hohlen Tracflügelproflls. An ihren inneren radialen Enden sind sie alt der Nabenhaube 6 verbunden» die mit der lan· . nabe 7 vereohraubt ist« wahrend sie an ihren radialen äuseeren Baden an drehbaren Abschnitt 5s des Inneren Mantelrings befestigt sind. .

Si· Schaufelfuß· 9 der äußeren Sohaufelabsohnitte 4 sind verlängert und verlaufen durch den Mantelringabschnitt 5a und die hohlen inneren Schaufelabschnitte 3 in die Fannabe 7* in der sie auf Lagern 10 drehbar gelagert sind. Die Verstellung der äußeren Sohaufelabschnitte 4 geschieht mittels eines mechanischen Untersetzungsgetriebes« Das Untersetzungsgetriebe weist eine Vielzahl von kleinen Ritzeln 12 auf, von dtnen sich Jeweils eines an Jedem Schaufelfuß 9 befindet und die mit einem verhältnismäßig großen Kegelrad 13, das innerhalb der Nabe 7 und koaxial zur ihr drehbar gelagert ist, IrWien, Der Servomechanismus, durch den die Verstellung der BuBeren S chaufel abschnitte k gesteuert wird» besteht

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■BAD ORiGiMAL

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aus einen Stellmotor 14 mit dem Kegelrad Ij5 als seine« Aus* gangsglled und einem Servoventil 15* das mittels von Hand eingegebenen Signalen» die duroh ein axial bewegliches,mit den Ventil 15 verbundenes Steuerrohr 16 weitergegeben werden,

wird
betätigt/ Die Staffelungsverstellung kann andererseits auch durch Drehzahlreglersignale bewirkt werden. Der hydraulische Stellmotor 14 wird alt öl gespeist durch eine Leitung VT, die axial zum Triebwerkverläuft· Der ölstrom wird zum Teil vom Steuerrohr' 16 geführt« wenn er die Leitung 17 verlassen hat. .

Der Motor 14 hat einen Kolbtn^erband 18, der in einem mit der Nabe ? verschraubten Zylinder 19 gleitet. Dieser Verband hat ein rohrförmiges und nach hinten -verlaufendes Teil 19, das auf einem nach vorne ragenden, zylindrischen Zapfen 20 gleitet« Der Zapfen 20 iet ein Teil des · Geh&uses 22, das mit der hinteren Seite der Nabe J versehraubt ist. Das Gehäuse 22 hat eine, hintere Wand 2% wodurch der gesamte Rotorverband mit einem Flansch 24 am vorderen Ende einer den Pan antreibenden Welle 25 versohraubt ist.

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Des Kegelrad 13 hat «ine Radnabe 26 ait inneren schrauben· iOnlgw ZSänen, die bei 27 alt entsprechenden ZKhnen auf der Kuieren Oberfläche des Kolbenabsohnltts 19 kaenen. Dadurob wird eine jBsaaesjr Bewegung des Kolbenverbands 18 in eine schaufel verstellende Drehbewegung des Kegelrads 13 umgewandelt. Der Abaohnltt 19 hat innen eine Kerbverzahnung, die alt einer entsprechenden Versahnung des Zapfens 20 bei 28 in Bingrlff steht, so das sioh dtr Kolbenverband 18 relativ *ur Hab· nicht drehen kann.

aus Flg. 1 hervorgeht, wird die Antriebswelle 25 über ein Untcrsetsungsgetriebe 21 angetrieben« das vor dem Verdichter des Triebwerks, das ein Biitwellentriebwerk sein kann,

let
angeordnet^ Bas Triebwerk der Fig. 2 besitzt dagegen einen Miederdruok- und Hochdruckteil. Der Fan 1 wird von einer freien Turbine 30 hinter der niederdrückt turbinenstufe 31 über «Ine Welle 32 angetrieben, die durch die Niederdruck* und Bochdruokteile 33 und 34 verläuft. Das Triebwerk hat die Übliche Brennkaaneranordnung 35, die sich swischen ' de« Hochdruokverdiohter 36 und der Hochdruckturbine 37
befindet, und der Niederdruckverdichter 38 wird rait de«
inneren Stroe B beaufschlagt.

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Xn der Anordnung der Mg. 3 und 4 sind die SchaufelfU0e 9 der aufarea Sohaufelabsohnltte 4 auf dee Abaohnitt 5a des inneren Mantelring* drehbar gelagert. Dee Ausgangeglied des Stellmotors 14 beataht wieder aus einte Kegelrad IJ.Ab«? in diese* lall lcltaet daa Zahnrad 13 alt kleinen KegelrHdern k2,

dia an dan inneren Enden der/tfellen 43 befestigt aind. Dia Tranaarl aalona-

/wellen 43 Tarlaufan radial naoh außen duroh die Habe und durob dia hohlen inneren Sohaufelabaohnltte 3» und «war Je-

wella eine pro Schaufel. An ihren Kufieren Enden tragen die Tranaalaalona·

/wellen 4} Jeweils ein kleines Zahnrad 44, das mit swei verhältniamiBig großen Zahnrlldern 45 kfiamt. Jeweils eins von diesen großen Zahnrädern 45 ist auf jeder Seite des kleinen Zahnrads 44 in tJnfangariohtung angeordnet, wie in Flg. 4 zu sehen lat. Jedea große Zahnrad 45 iet an einem Schaufelfuß 9

befestigt. Die Anordnung 1st so getroffen» daß eine Drehung TransBlaaions

der/wellen 43 duroh den Stellmotor 14 eineganeineame, langeuere Verdrehung der Äußeren Schaufelabeohnitt· 4 um ihre Aohsen bewirkt. Jedes dergroßen Zahnräder ist koaxial zu einem der äußeren Sahauf elabschnltte angeordnet·

Aus der vorhergehenden Beschreibung und den Plgn. 3 und 4 geht hervor, daß die äußeren verstellbaren Schaufelabschnitte 4 und die inneren feststehenden Schaufelabschnitte > in Um-

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fangsriohtung zueinander versetzt sind. Aufgrund dieser Anordnung erhält man zwischen den verdrehbaren Sohaufelabschnitten 4 und den Wellen 4? eine Drehzahl verringerung, die es erlaubt» :' das erforderliche Drehmoment, das innerhalb jedes feststehenden Inneren Schaufelabschnitts weltergegeben werden muß, mittels dünner Transaissionsttellen zu Übertragen·

Die Erfindung stellt somit eine praktische Anordnung mit einem veränderlichen By-Pase dar. Der.innere Kaltluftstrom A und der äußere Warmluftstroa B werden wirkungsvoll durch den Inneren Mantelring 5 voneinander getrennt*. Mit der beschriebenen Anordnung einer feststehenden inneren Beschaufelung 5 und einer verstellbaren äußeren Beschaufelung 4 läßt sich die Triebwerkströmung A im wesentlichen konstant halten, während der Kaltluftstrom B veränderbar ist, um den wechselnden Flugbedingungen zu genügen. In einigen Fällen mag es erwünscht sein, den Fan 1 verstellbar auszubilden, um den Strom A zu verändern und dadurch eine verschiedene Beaufschlagung des TriebwerksVerdichters zu erzielen. Die Pign. 5 und 6 zeigen zwei andere Steueranordnungen, die dies ermöglichen.

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-SAD ORlGlMAL

In Flg. 5 haben die Kufleren Schaufelabsehnitta 4 wieder yarlungerte SchaufelfUße 9» die durch dan Abeohnitt 5a dee inneren Mantelring* und durch die hohlen Inneren Schaufelabechnitte

.'■ da· "- - "=■. . ■■- -.■■ ^; ■ 3 verlaufen, übalt/Stelnotor 14, dar sieh in diesem Fall aa hinteren Bfida dar Habe 7 befindet, In Verbindung zu stehen. Via vorhin kSavt ein Kegelrad 1% das das Auegangeglied des Stellmotors 14 darstellt., «it an den Schaufel fußen 9 befindliehen Ritsein 12. da S chaufel fuße 9 sind Jetxt jedoch ait tele LagarSO innerhalb hohler Schaufel fuße 51 der inneren Schaufelabeohnitte 3 drehbar gelagert. Die Schaufelabeohnitte selbst sind«ittels Lager 52 in der Nabe 7 drehbar gelagert. An aeinee inneren Ende 1st jeder Sohaufelfufi 51 nit einer Kegelradveraahnung 53 versahen« dia mit einen zweiten Kegelrad 54kiamt. Das streite Kegelrad 54 bildet das Ausgangsglied eines streiten Stellmotors 55, dar an vorderen Ende dar Nabe 7 angeordnet ist. Koaxiale Steuerrohre 56 und 57 sind jeweils an Servoventllen 4er Motoren 14 und 55 wie vorhin befestigt und dienen dazu» von Hand eingegebene Signale sur getrennten Steuerung der Motore 14 und 15 weiterzugeben« so daß die Staffelung der inneren und äußeren Schaufelabsohnitte 3 und 4 unabntegig voneinander verändert werden kann.

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01· Verstellung der inneren Schaufelabsohnitte 3 der in Flg. 6 gezeigten Anordnung wird auf Khnllche Welse durch einen . Servomotor 55 mit eines Steuerventil« das mit einem Steuerrohr 5? verbunden 1st» erreicht. Nie vorhin kämmt ein Kegelred 54, das das Auegangeglied des Stellmotors 55 bildet, mit Kegelradxflhnen 53, die sich an den Inneren Enden der hohlen Schaufel fuße 51 der Inneren Sohaufelabsohnltte 3 befinden. In diesem Fall 1st keine Verstellung der äußeren Sohaufelabsohnltte 4 vorgesehen, die eine unveränderliche Staffelung besitzen· Die SohaufelfttSe 9 verlaufen frei durch die Schaufel ftiße 51 und enden In der Mitte 58 der Nabe 1, mit der sie bei 59 versohraubt sind.

In jeder Konstruktion 1st ein Leitkranz 60 innerhalb des ltanteliSäriSrg^r^neil ^¹Un¹ Ϊ angeordnet, und in den bis jetzt beschriebenen Anordnungen sind die Schaufelndes Leltkranzee nicht verstellbar. Die Flg. 7 zeigt dagegen eine Anordnung, ein der die Leltkranzsehaufeln 60 verstellbar sind. Die Staffelung der Leltkranzsehaufein wird automatisch so ; eingestellt, daß sie zu der Staffelung der äußeren Schaufelabsohnitte 4 paßt. Die Anordnung des Fans 1 1st ' sonst . in wesentlichen die gleiche wie die bereits beschriebene,

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insbesondere die der Flg. 1. Bin axial bewegliches Steterrohr 16 1st alt eine« Servoventil des Stellmotors l4 verbunden. Dl« Leitkranzschaufeln 60 haben Schaufelfuß 6l, die mlttela Lager 62 Im inneren Mantelring 5 drehbar gelagert. •Ind. An Jede« Schaufelfuß 6l befindet sich ein Ritzel 63» das «lt eines Kegelrad 64 eine« anderen Stellmotors 65 der glelohen Bauart wie die bereite beschriebenen kMmmt.Eln Servoventil des Motors 65 ist wie vorhin mit einem axial bewegliohenSteuerrohr 86 verbunden.

Staffelungsjtaderungen der äußeren Sehauf elabsohnitte 4 und der Leitkranxsohaufeln 60 werden durch ein PIfferentlal67 aufeinander ahgeatiant« das einen Teil des meohanisohen SteuergeatVnges für die Sohaufelverstellung darstellt und das einen einsigen Betätigungshebel 68 besitzt. Eine Bewegung des Betttigungshebel» 68 hat eine korrekte Bewegung der beiden Ausgangshebel 69 und 70 sur Folge«, die an den Steuerrohren 16 bsw. 66 angelenkt «Ind.

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Claims

Dowty Rotol Limited

Cheltenham Road, München, 12. April 1967

Gloucester« Qlos./England (Anwaltsakte 17 893)

Patentansprüche

1. Gasturbinentriebwerk mit einen an einen By-Pase rotierenden Fan« der übereinander gestapelte Beschaufelung teile zur Bildung mindestens zweier konzentrischer, ringförmiger Strömungen besitzt» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Beschaufelungsteil (4) der einen Strömung relativ zum Beechaufelungeteil (bzw· den Beschaufelung«teilen) (9) der anderen Strömung (en) oder aber gemeinsam damit verstell· bar ist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der Fan (l) vor den Triebwerkeverdichter angeordnet ist, um sowohl den Verdichter als auch den By-Pass mit Luft zu versorgen, und daß der Beschaufelungsteil (4) einer Strömung Jeweils vom Beschaufelungsteil (9) der benachbarten Strömung durch einen Mantel (5) getrennt 1st.

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5· Gasturbinentriebwerk naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander geatapelte Beschaufelungsten© vorgesehen sind, wobei die Staffelung der Schaufeln (4) der äußeren Strömung ver-SnderXioh ist, vf«hrend die Staffelung der Sohaufeln(9) der äußeren Strömung nloht veränderlich ist.

4. Qasturbinon-triebwerk nachAnspruch1 oder 2» dadurch gekennzeichnetr daß die Staffelung des Besohaufelungsteils (9) einer inneren Strömung veränderlich 1st·

5. Oaaturbinentriebwerk nach Anspruch 3 oder 4, daduroh gekenneeichnet, daß die Schaufelverstellung mittels eines Servomechanismus geschieht, der wenigstens teilweise von der Nabe (20) des Pans eingeschlossen wird.

6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Beschaufelungatell (9) aus hohlen Schaufeln besteht und daß das Getriebe zur Ver« stellung des äußeren Besohaufelungsteils Traneraissionewellfn (43) aufweist, die radial nach außen durch die hohlen Schaufeln des inneren Besohaufelungeteite verlaufen und vom Servomeohanismua innerhalb der Nabe (7) des Pans verdrehbar sind. /^ *''.·.*

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7· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet» daß der Servomechanismus einen hydraulischen oder elektrischen Motor aufweist und daß ein Ausgangsglied des Servomechanismus die Tranamisslonswellen (43) antreibt, die Ihrerseits eine mit den Süßeren verstellbaren Schaufeln verbundene Vorrichtung antreiben.

8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schaufeln verbundene Vorrichtung aus an den Hußeren Enden der Transmissionswellen (43) angeordneten Untersetzungsgetrieben (44, 45) besteht.

9· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes Untersetzungsgetriebe an den Enden der Transmisslonewellen (4>) befestigte, verhältnismäßig kleine Zahn« rüder (44) aufweist, von denen jeweils eine mit zwei verhttltniemKeig großen Zahnr&dern (45), die auf baiden Seiten des kleinen Zahnrads In Qifangsrichtung angeordnet sind, kissen, wobei die größeren Zahnräder (44) koaxial mit den SchaufelfUßen der äußeren Schaufeln verbunden sind und die tußeren und Inneren Schaufeln entsprechend zueinander in Ubfangsriohtung versetzt sind·

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10· Gasturbinentriebwerk neon Anepruoh > und 5§ dadurch gekeimMlohnet, 4*0 dl· luteren Schaufeln Terllnmrta SohaufelfQdVbabMi« dl· durob dl« hohlen 3obauf«wv«rla\if«n und Innerhalb der Hab« d·· Tmarn «1t atm StwtniiiiiiiinM vrtmn alnd.

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12· Oasturbln«ntrl«bw«rk naoh Anspruch 11, dadurch gtkmiiis«lohn*t, dafi dl· Verstellung dir Leltkransaohaufln duroh •In Olffwwtlal (67) ctetmart wlrd, du dl· Staffelung dr L»ltkran»b»aohmf»lvng und da» entapreohenden Fan-Beschaufelunc»t«lla aufeinander abatUat.

13· Oaaturbln*ntrlebw*rk naoh Anapruoh 12, daduroh gekenn- «•lohnet, daB das Differential (6?) In eine« eeohani-•oben etevergeetltage enteordnet let und einen einsigen

Blngangahebel (68) und snel AtttgeneBhebel (69, 70J auf-

entapreohenden «eist« die Jeweils alt den/8ohauf»lT»ret»U«>ohtn1 tmrnn

. vexbmden sind.

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14* Gasturbinentriebwerk naofc eine« der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennseiohnet, dafi die Fananordnung Rotor bildet, der ale Einheit elt einer Antriebe· versohraubt let.

15· Oeetarbintntri abwerte nach einen der vorhergehenden An« Bprtlohe* daduroh gekennseiehnet» dafi das Triebwerk ein Einwellentriebwerk ist und daß der Fan über ein Unter» . eetsunepgetrlebe angetrieben wird.

16. Gasturbinentriebwerk naoh einen der Ansprüche 1 - 14« daduroh gekennzeichnet, dafi das Triebwerk einen Niederdruoto>imd Hochdruoktell oder mehrere Hlederdruok- und Hochdruckteile besitzt und das der Tan von einer hinter der Mederdruelcturblnen*etufe angeordneten freien Tür« bine Über eine Welle angetrieben wird« die duroh den Hlederdruok- und Hoohdruokteil des Triebwerke verlauft.

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ORIGINAL

17. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeiohnet, daß jede Transmlssionswelle (43) an ihrem Ende ein verhältnismäßig kleines Zahnrad trägt, das das Sonnenrad eines Planetenradgetriebes bildet» dessen Planetenräder mit dem Sonnenrad und mit einem verzahnten Ring kämmen, der an den SchaufelfOseen der äußerenSchaufelnbefestigt 1st/ .- · ' ^{: :} Λ-. ^: : : - - ·'■■: :.".'■■' --.■'■

.· 22.

Leerseite

ORfQfNAl INSPECTED