DE1964977B2

DE1964977B2 - Regeleinrichtung fuer ein insbesondere zum antrieb von kraftfahrzeugen dienendes gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1964977B2
Application number: DE19691964977
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hagen Hans K
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1969-12-24
Publication date: 1971-10-07
Also published as: GB1270907A; DE1964977A1; US3709069A; FR2073774A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrich- auch den Brennstoffregler beeinflussendes Steuergerät tung für ein insbesondere zum Antrieb von Kraftfahr- mittels der Stellvorrichtung zunächst so verstellt wird, zeugen dienendes Gasturbinentriebwerk mit im wesent- daß an der Eingangswelle des Getriebes das durch liehen aus einem Luftverdichter, dessen Antriebs- einen Drehmomentfühler festgestellte Drehmoment turbine, einer Brennkammer und einem unter dem 5 = Null wird, worauf der Gang ausgerückt wird, und Einfluß eines Wählhebels und zu überwachender Be- dann so verstellt wird, daß im Getriebe Gleichlauf triebskenngrößen stehenden Brennstoffregler und mit eintritt, worauf der nächste Gang eingelegt wird,
einer nachgeschalteten Nutzturbine, die eine Eintritts- Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Drehmomentleitvorrichtungmit durch eine Stellvorrichtung schwenk- fühler in bekannter Weise so ausgebildet und mit der baren Schaufeln aufweist und mit einem z. B. selbst- io Lagerung des schrägverzahnten Zahnrades eines Vortätig schaltbaren Geschwindigkeits-Wechselgetriebe geleges verbunden ist, daß er dessen Axialkraft auf- und einer Nutzlast abgebenden Welle in dauernder nimmt und als proportionales Signal abgibt.
Verbindung steht. Bei der Lösung nach der Erfindung ist also zunächst

Bei bekannten Lösungen dieser Art ist zwischen der einmal auf die Trennkupplung zwischen Nutzturbine

Nutzturbine und dem als einfaches handgeschaltetes 15 und Geschwindigkeits-Wechselgetriebe verzichtet. Zum

oder als elektronisch synchronisiertes Getriebe ausge- andern hängt die Verstellung der Leitvorrichtung nicht

bildeten Geschwindigkeits-Wechselgetriebe eine Trenn- mehr von der Betätigung der Trennkupplung ab, viel-

kupplung angeordnet, mit der Nutzturbine und Ge- mehr leitet das Verstellen der Leitvorrichtung selbst

schwindigkeits-Wechselgetriebe zum Wechseln eines den Gangwechsel ein, so daß die Verstellung der Leit-

Gangs voneinander getrennt werden können. Die 20 vorrichtung nicht mehr so schnell, verzögerungsarm

Kupplung ist ein Verschleißteil, dessen Einsparung und demzufolge aufwendig erfolgen muß wie bei der

wünschenswert ist. bekannten Lösung. Schließlich treten infolge des

Die bekannten Lösungen haben außerdem den Gleichlaufs beim Gangwechsel keine ungünstig hohen

Nachteil, daß beim Trennen von Nutzturbine und Drehmomentspitzen auf.

Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit der Trenn- 25 Die Erfindung ist im folgenden an Hand der schekupplung die Nutzturbine wegen der plötzlichen Ent- matischen Darstellung der Zeichnung näher erläutert, lastung zum Durchgehen neigt. Deshalb ist eine Leit- Der Gaserzeuger weist in üblicher Weise einen Vervorrichtung vorgesehen, die die Zufuhr der Gase des dichter 1 und dessen Antriebsturbine 2 auf, die durch Gaserzeugers zur Nutzturbine beim Entkuppeln so eine Welle 3, verbunden sind. Die im Gaserzeuger erändert, und zwar in der Regel den Anströmwinkel 30 zeugten Gase werden über die Leitvorrichtung 4 der ändert, daß keine nennenswerte oder wenigstens unzu- Nutzturbine 5 zugeführt. Die Leitvorrichtung 4 ist lässige Drehzahlerhöhung der Nutzturbine eintritt ein üblicher feststehender oder auch drehbarer Kranz oder daß letztere sogar gebremst wird. Ein Durchgehen mit schwenkbaren Leitschaufeln, Die Nutzturbine 5 der Nutzturbine kann auf diesem Weg aber nur ver- wirkt über ein Zahnradvorgelege 6,7 auf dasGeschwinhindert werden, wenn das Verstellen der Leitvorrich- 35 digkeits-Wechselgetriebe 8 mit der Eingangswelle 9 tung den kurzen Öffnungszeiten der Kupplung ange- und der Ausgangswelle 10. Die Ausgangswelle 10 paßt wird, d. h. die Verstellung der Leitvorrichtung führt in üblicher Weise unter Zwischenschaltung von möglichst schnell und venögerungsfrei erfolgt. Das Gelenkwellen, Verteilergetriebe usw. zu den angeist nur mit aufwendigen technischen Maßnahmen zu triebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges,
erreichen. 40 Innerhalb eines im Geschwindigkeits-Weehselge-

Bei anderen bekannten Lösungen ist das Geschwin- triebe 8 in üblicher Weise mit einem Gangschalthebel digkeits-Wechselgetriebe als Lastschaltgetriebe ausge- eingestellten Gangs erfolgt die Regelung des Triebbildet, wobei auf eine Trennkupplung zwischen Nutz- werks mittels des Gaspedals 11 über das Primärsteuerturbine und Getriebe verzichtet werden kann. Beim gerät 12. Dieses steuert den Gaserzeuger über den Wechseln eines Gangs werden der Nutzturbine durch 45 Brennstoffregler 13 und die Leitvorrichtung über die die Lastschalteinrichtung aber Drehzahländerungen Stellvorrichtung 14 in Abhängigkeit von der Stellung aufgezwungen, die sich aus dem Gangsprung ergeben. des Gaspedals 11 und unter Berücksichtigung der Wegen der großen auf die Getriebe-Eingangswelle folgenden üblichen Einflußgrößen; dem bei 15 aufreduzierten Masse der Nutzturbine ergeben sich dabei genommenen Verdichtungseintrittszustand, nämlich hohe Drehmomentspitzen des gesamten Antriebs- 5° Druck und Temperatur, dem bei 16 aufgenommenen Wellenstrangs zwischen Nutzturbine und Radantrieb Verdichterenddruck, der bei 17 aufgenommenen Tursowie entsprechende Belastungen der Lastschaltein- bineneintrittstemperatur, der bei 18 aufgenommenen richtungen, wodurc> Verschleiß hervorgerufen wird, Turbinenaustritts- bzw. Leitvorrichtungseintrittstem-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine peratur, der bei 19 aufgenommenen Gaserzeuger-Regeleinrichtung für ein insbesondere zum Antrieb 55 Drehzahl und schließlich der bei 20 aufgenommenen von Kraftfahrzeugen dienendes Gasturbinentriebwerk Zustandsgröße Nutzturbinendrehzahl. Mit dem Bremszu schaffen, welche die bekannten Lösungen verein- pedal 21 kann das Triebwerk auch zum Bremsen verfacht und betriebssicherer macht und so ausgestaltet, wendet werden. Die Anpassung der Anlage an den in daß bei einfachen handgeschalteten Geschwindigkeits- üblicher Weise mit einem Gangschalthebel einzu-Wechselgetrieben und bei elektronisch synchroni- 60 stellenden Gang des Geschwindigkeits-Wechselgesierten Geschwindigkeits-Wechselgetrieben einerseits triebes erfolgt auf dem Tastenbrett 22; dessen einzelne auf die Trennkupplung verzichtet und andererseits Tasten wirken ebenso wie der Drehmomentfühler 24 die Betätigung der Leitvorrichtung vereinfacht werd'n auf das gegebenenfalls mit dem Primärsteuergerät 12 Vann, und daß bei Lastschaltgetrieben die hohen Be- baulich vereinigte Sekundärsteuergerät 23.
lastungsspitzen abgebaut werden. 65 Das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 8 kann ein

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß Lastschaltgetriebe, normal handgeschaltet oder elekdurch ein Steuergerät vor einem Gangwechsel im trisch synchronisiert sein. Für die beiden zuletzt geGetriebe die Eintrittsleitvorrichtung über ein weiteres, nannten Getriebearten, bei denen im Fall der Anwen-

dung einer Trennkupplung an die Verstellung der Leitvorrichtung besonders hohe Anforderungen gestellt werden müssen, hat die Erfindung wegen des Wegfalls der Kupplung besondere Bedeutung.

Bei einem Lastschaltgetriebe verwendet man zwar bereits jetzt keine Trennkupplung mehr; für diese Getriebe werden aber in vorteilhafter Weise die Drehmomentspritzen abgebaut.

Mit einer Anordnung nach der Erfindung wirkt der Betrieb folgendermaßen:

1. Anlassen des Triebwerks in Neutralstellung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 8. Die Nutzturbine 5 nimmt eine Drehzahl an, die von der Leerlaufdrehzahl des Gaserzeugers 1 und 2, der augenblicklichen Schaufelstellung in der Leitvorrichtung 4 und der augenblicklichen Belastung durch Geräte (Luftpresser, Lichtmaschine) abhängt.

2. Zum Einlegen eines beliebigen Gangs im Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 8 wird die Nutzturbine 5 durch Verstellung der Leitvorrichtung 4 zum Stillstand gebracht. Der Gang kann dann zwanglos eingelegt werden, und zwar in bekannter Weise von Hand mit einem Gangschalthebel oder bevorzugt mit einer Servoeinrichtung. ^as

3. Das Anfahren geschieht von der stehenden Nutzturbine 5 aus; die Leitvorrichtung4 wird dabei so verstellt, daß eine der Stellung des Gaspedals 11 entsprechende Beschleunigung eintritt.

4. Hochschalten

4.1 Die verstellbaren Schaufeln der Leitvorrichtung 4 werden geöffnet.

4.2 Im Augenblick des mit dem Fühler 24 aufgenommenen und dem Sekundärsteuergerät 23 mitgeteilten Momenten-Nulldurchgangs wird der bisherige Gang im Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 8 ausgerückt.

4.3 Durch Schaufelverstellung in der Leitvorrichtung 4 mittels Regler 14 wird die Drehzahl der Nutzturbine 5 um den Gangsprung abgesenkt.

4.4 Beim Durchgang durch die Synchrondrehzahl wird der nächst höhere Gang eingerückt. Der Zustand der Synchrondrehzahl wird von den Vergleichsgliedern 25, 26 ermittelt und dem Sekundärsteuergerät 23 mitgeteilt.

4.5 Die Schaufeln in der Leitvorrichtung 4 werden abhängig von der Gaspedalstellung wieder auf die gewünschte Beschleunigung eingestellt.

5. Zurückschalten

5.1 Durch Drehzahlkontrolle wird festgestellt, ob ein Schaltvorgang zulässig ist.

5.2 Die Schaufeln in der Leitvorrichtung 4 werden geöffnet.

5.3 Beim Momenten-Nulldurchgang wird der bisherige Gang ausgerückt.

5.4 Durch Verstellen der Schaufeln in der Leitvorrichtung 4 wird die Nutzturbine 5 um den Gangsprung beschleunigt.

5.5 Beim Durchgang durch die Synchrondrehzahl wird der nächst niedrige Gang eingerückt.

5.6 Die Leitschaufeln werden abhängig von der Gaspedalstellung auf die gewünschte Beschleunigung bzw. Leistung eingestellt.

Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß eine plötzliche Entlastung der Nuzturbine 5 beim Gangwcchsel rieht f intrir. Die Leitschaufelverstellung kann langsamer als beim Vorhandensein einer Kupplung

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60 erfolgen, wodurch die Verstelleinrichtungen we aufwendig und die Temperaturänderungen in Turbine schwächer werden.

Damit bei einem Wellen- oder Zahnrad bruch eine plötzliche Schnellentlastung bedeutet, die ί turbine 5 nicht durchgeht, darf die Drehzahlbegren nicht erst bei Erreichen der zulässigen Höchstdreh sondern muß schon vorher, nämlich beim I schreiten einer bestimmten Überdrehzahl, ansprec die durch die vorgesehene Regelung im normaler trieb nicht auftritt. Damit wird die erforderliche gewonnen, um auch mit langsamer arbeitenden raten ein sich ankündigendes Durchgehen der > turbine 5 verhindern zu können.

Die hier behandelten Gesichtspunkte spielen Kraftfahrzeug-Antrieben eine besondere Rolle, wegen die Erfindung insbesondere für Kraftfahrz vorgesehen ist. Grundsätzlich ist die Erfindung jei bei allen Antrieben anwendbar, bei denen zwis< der antreibenden Gasturbine und dem angetrieb Teil ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe vorgesi ist.

Der Drehmomentfühler 24 soll in möglichst fächer Ausführung an einer besonders günstigen S des vom Nutzturbinenlaufrad zum Radantrieb füh den Wellenstrangs angeordnet sein. Insofern ist Anordnung zwischen Vorgelege 6, 7 und Geschwin keits-Wechselgetriebe 8 nur beispielsweise dargesi Bei schrägverzahnter Ausbildung des Vorgeleges kann der Drehmomentfühler so ausgebildet und der Lagerung des schrägverzahnten Zahnrads 7 bunden sein, daß er die Axialkraft aufnimmt und dieser proportionales Signal abgibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für ein insbesondere : Antrieb von Kraftfahrzeugen dienendes Gas binentriebwerk mit im wesentlichen aus einem L verdichter, dessen Antriebsturbine, einer Bn kammer und einem unter dem Einfluß eines W hebeis und zu überwachender Betriebskenngrö stehenden Brennstoffregler und mit einer nacl schalteten Nutzturbine, die eine Emtrittslefr richtung mit durch eine Stellvorrichtung schwe baren Schaufeln aufweist und mit einem ζ selbsttätig schaltbaren Geschwindigkeits-Wech getriebe und einer Nutzlast abgebenden Weil· dauernder Verbindung steht, dadurch j kennzeichnet, daß durch ein Steuergerät I vor einem Gangwechsel im Getriebe (8) die I trittsleitvorrichtung (4) über ein weiteres, auch Brennstoffregler (13) beeinflussendes Steuergf (12) mittels der Stellvorrichtung (14) zunächst verstellt wird, daß an der Eingangswelle (9) Getriebes (8) das durch einen Drehmomentf ül (24) festgestellte Drehmoment = Null wird, woi der Gang ausgerückt wird und dann so versl wird, daß im Getriebe (8) Gleichauf eintritt, wor der nächste Gang eingelegt wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadu gekennzeichnet, daß der Drehmomentfühler ( in bekannter Weise so ausgebildet und mit Lagerung des schrägverzahnten Zahnrades (7) ei Vorgeleges verbunden ist, daß er dessen Ax kraft aufnimmt und als proportionales Signal abg

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen ORIGINAL INSPECTED