DE2622235C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelverstelleinrichtung für ein Gebläse eines Turbogebläsetriebwerks gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Schaufelverstell­ einrichtung ist aus der DE-OS 24 01 470 bekannt.

Düsentriebwerke für Flugzeuge erhalten durch ein Gebläse eine verbesserte Leistung. Das Gebläse wird über eine Wellenverbin­ dung von dem Turbinenabschnitt des Triebwerks gedreht und dient dazu, den Gesamtschub des Triebwerks durch ein großes Luftvolu­ men im Bypaß zum Triebwerk zu vergrößern. In der Tat bewegt das Turbogebläse bei neuen Turbogebläsetriebwerken ein Vielfaches der von dem Triebwerkskompressor aufgenommenen Luft. Neuerdings werden erhebliche Anstrengungen auf die Verstellung der Gebläse­ schaufeln gerichtet. Es wird angenommen, daß viele ähnliche Vorteile erzielbar sind, wie sie mit verstellbaren Propellern erreicht werden, da Gebläse tatsächlich direkt analog zu Pro­ pellern mit Ummantelungen arbeiten.

Dementsprechend wird ein verstellbares Gebläse für eine An­ wendung bei Turbogebläsetriebwerken mit großem Bypassver­ hältnis in Betracht gezogen, und zwar wegen einer verbesser­ ten Leistung auf verschiedenen Gebieten: Geräuschverminderung, Schubumkehr, Verbesserung des Schubverhaltens und des Trieb­ werks-Gesamtwirkungsgrades. Beispielsweise wurden vollständig reversible Gebläse für Triebwerke mit großem Bypassverhältnis bei Transportarten vom STOL-Typ (kurzes Abheben und Landen) vorgeschlagen. Schubumkehrer, die die Richtung des Bypass- Gebläseluftstroms ändern, werden groß und schwer, so daß es sehr erstrebenswert ist, alternative Mittel zum Erzeugen des Bremsschubes zu schaffen. Es ist möglich, einen weitgehenden Umkehrschub in einem Turbogebläse mit großem Bypassverhältnis durch eine Umkehrung der Gebläseschaufelstellung zu erzeugen, und in diesem Fall wird der Luftstrom durch die Gebläseschau­ feln in Rückwärtsrichtung gepumpt.

Aufgrund der hohen auftretenden Stellkräfte sind jedoch die be­ kannten Schaufelverstelleinrichtungen, wie sie beispielsweise in der eingangs genannten DE-OS 24 01 470 beschrieben sind, sehr stabil ausgelegt und deshalb sind sie schwer und nehmen vergleichsweise viel Raum ein. Ferner ist in der US-PS 38 73 283 eine Verstelleinrichtung beschrieben, bei der aber nur auf einer Seite eine Drehkraft auf die Bläserschaufeln ausgeübt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaufelverstelleinrichtung zu schaffen, die mit kleinen Stellkräften arbeitet und leichter und betriebssicher aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zum Drehen einer Gebläseschaufel erforderliche Kraft durch zwei gegenüberliegende, am gleichen Schaufelschaft angreifende und gegenläufige Zahnradverbindungen übertragen wird. Dies ermöglicht insbesondere ein gegenseitiges Auf­ heben der Gegenkräfte und kleinere Kräfte in den einzelnen Übertragungsgliedern. Der durch die hohen Zentrifugalkräfte auftretenden axialen Trennung der axial gegenüberliegenden Übertragungsglieder kann auf einfache Weise durch eine axiale starre Verbindung entgegengewirkt werden. Am Ende der Verstellbewegung kann diese einfach gebremst und schließlich vollständig gesperrt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer vereinfachten Querschnittsdarstellung ein typisches Turbogebläsetriebwerk mit großem Bypassverhältnis und einem verstellbaren Gebläse,

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung den Gebläse­ abschnitt des Triebwerks nach Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 in einem vergrößerten Querschnitt einen Teil der Verstelleinrichtung gemäß Fig. 2 .

Fig. 1 zeigt ein Triebwerk 10 mit einem Kerntriebwerk 12 und einem Gebläse 14 und einer hiermit über eine Welle 18 verbunde­ nen Gebläseturbine 16. Das Kerntriebwerk 12 enthält einen Axialstromkompressor 20 mit einem Rotor 22. Die Luft tritt in einen Einlauf 24 ein und wird zunächst durch das Gebläse 14 kom­ primiert. Ein erster Teil der verdichteten Luft gelangt in einen Gebläsebypaßkanal 26, der zum Teil von dem Kerntriebwerk 12 und einem dieses umschreibenden Gebläserumpf 28 bestimmt wird, und strömt dann durch eine Gebläsedüse 30. Ein zweiter Teil der verdichteten Luft tritt in einen Kerntriebwerkseinlaß 32 ein, wird durch den Axialstromkompressor 20 weiter verdichtet und strömt dann zu einem Brenner 34, wo Brennstoff verbrannt wird, um hochenergetische Verbrennungsgase zum Antreiben einer Turbine 36 zu erzeugen. Die letztere treibt ihrerseits in einer für ein Gasturbinentriebwerk üblichen Weise den Rotor 22 über eine Welle 38 an. Heiße Verbrennungsgase gelangen dann zur Ge­ bläseturbine 16, die hierdurch angetrieben wird und ihrerseits das Gebläse 14 antreibt. Somit entsteht eine Vorschubkraft durch die Wirkung des Gebläses 14, das Luft aus dem Gebläsebypaßkanal 26 über die Gebläsedüse 30 ausstößt, und durch das Ausströmen der Verbrennungsgase aus einer zum Teil von einem Kegel 42 bestimm­ ten Kerntriebwerksdüse 40.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß eine Veränderung der Steigung bzw. Anstellung der Gebläseschaufeln 15 in bezug auf das ankommende Arbeitsmittel, in typischer Weise Luft, erwünscht ist. Mit anderen Worten sollen die Gebläseschaufeln jeweils um ihre radialen Achsen gedreht werden können, um den Auftreff­ winkel der ankommenden Luft auf die Gebläseschaufeln zu ändern.

In Fig. 2 ist das Gebläse 14 vergrößert dargestellt. Eine Ge­ bläsescheibe bzw. ein Gebläserotor 44 hat einen im Querschnitt allgemein kreisförmigen Umfang, ist um seine Achse drehbar und weist auf seinem Umfang mehrere Öffnungen 46 auf. Diese Öffnungen sind im Querschnitt allgemein kreisförmig und bezüglich ihres Durchmessers abgestuft, um Schultern zu bilden, die anliegende bzw. anstoßende Glieder aufnehmen können. Ferner trägt die Schei­ be bzw. der Läufer 44 am radial äußeren Ende ein konisches Glied 48, das in einer geeigneten Weise geformt ist, um mit einem all­ gemein elliptischen geschoßartigen Nasenglied 50 mit einer Nasen­ bzw. Stirnkappe 52 zusammenzupassen. Das konische Glied 48 ist an seinem Umfang auch mit Öffnungen 54 versehen, die jeweils mit einer Öffnung 46 zusammenpassen. Die so beschriebene Scheibe bzw. Läufer ist dafür geeignet, in einem Einlauf eines Turbogebläse­ triebwerks ähnlich demjenigen aus Fig. 1 angeordnet zu werden.

Mehrere Gebläseschaufeln 56 gehen von der Scheibe bzw. dem Rotor 44 aus. Jede Gebläseschaufel 56 hat einen Flügelkörper 58 mit einem Schaft 60, der in eine der Öffnungen 54 im konischen Glied 48 und eine hiermit zusammenwirkende Öffnung 46 in dem Läufer eingreifen kann. Der Schaft hat einen verdickten, allgemein zy­ lindrischen Abschnitt 62 und einen dünneren, allgemein zylindri­ schen Abschnitt 64, der in einer Öffnung 46 drehbar ist und in dieser mittels der Durchmesserstufen gehalten wird. Ein Lager 66 befindet sich zwischen dem Schaft 60 und der Öffnung 46, um eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen zu ermögli­ chen und die Drehbarkeit zu verstärken.

Um eine Drehung des Schaufelschafts 60 und somit des Flügelkör­ pers 58 in bezug auf den Rotor 44 herbeizuführen, erstreckt sich ein Antriebszahnrad oder ein Zahnradabschnitt 72 um den Schaft, um mit diesem mittels einer passenden Kerbverzahnung 74 zusam­ menzuarbeiten. Jede Schaufel hat ihre eigene Kerbverzahnung und ihr eigenes Sektorzahnrad, damit ihre eigene Drehbewegung indi­ viduell gesteuert werden kann. Zum Durchführen einer Drehbewe­ gung der Schaufeln ist ein Paar großer Synchronisationszahn­ kränze 76 und 78 vorgesehen, die mit jedem Sektorzahnrad in Eingriff kommen sowie mit diesem kämmen. Der Zahnkranz 76 befin­ det sich an der Vorderseite des Schaufelschafts (in Fig. 2 an der linken Seite), während sich der Zahnkranz 78 an der hinteren Seite befindet. Die Zahnkränze 76 bzw.78 weisen entsprechend axial nach hinten bzw. vorne und greifen in die Sektorzahnräder ein. Der Zahnkranz 76 ist beispielsweise durch Schrauben 80 (Fig. 3) an einem großen, doppelt konischen, vorderen Momenten­ glied 82 befestigt, während der Zahnkranz 78 beispielsweise durch Schrauben 84 an einem großen, konischen, rückwärtigen Momenten­ glied 86 angebracht ist. Die Momentenglieder 82 und 86 weisen ko­ nische, kontinuierliche Ringe auf, die sich um innere Teile des die Schaufelanstellung verändernden Betätigungsmechanismus er­ strecken und hiermit verbunden sind, wie es noch beschrieben wird.

Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist eine vereinfachte Stützstruktur mit geringem Gewicht vorgesehen, die die erheblichen Kräfte aushält, die im normalen Betrieb des Gasturbinentriebwerks auftreten können. Anderenfalls würden bei hohen Drehzahlen die Zahnradreaktionsbelastungen dazu neigen, die Zahnkränze 76 und 78 von den Sektorzahnrädern 72 zu trennen und dabei den Zahnkranz 76 nach vorne und den Zahnkranz 78 nach hinten zu drücken. Um ein Herstellen schwerer Momentenglieder zu vermeiden, die sonst notwendig wären, um die trennenden Bela­ stungen in den verbleibenden Teil des Betätigungsorgans zurück­ zuleiten, ist es nunmehr möglich, die Momentenglieder 82 und 86 aus einer leichtgewichtigen Kastenstruktur herzustellen.

Die Kastenstruktur weist einen sich radial einwärts erstrecken­ den Flansch 88 auf, der in dieser Ausführungsform am Zahnkranz 76 ausgebildet ist. Eine ringförmige Doppelflanschhülse 90 er­ streckt sich axial zwischen den Zahnkränzen 76 und 78. Ein Flansch 92 der Hülse 90 ist mittels Schrauben 84 an zusammen­ wirkenden Flanschen 94 sowie 96 der Momentenglieder 86 und des Zahnkranzes 78 befestigt. Am anderen Ende der Hülse 90 ist ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 98 ausgebildet, der mit einem Flansch 88 an einer Lagergrenzfläche 100 in Ein­ griff kommt. Da beide Zahnkränze 76 und 78 den Schaufelschäften 60 eine Drehbewegung erteilen, müssen sie sich in bezug aufein­ ander in unterschiedlichen Richtungen drehen, wie es noch klarer ersichtlich wird und wodurch die Lagergrenzfläche 100 erforder­ lich ist. Ein Trennvorgang der Zahnkränze 76 und 78 wird somit durch die verriegelten bzw. ineinandergreifenden und zusammenar­ beitenden Flansche 88 sowie 98 verhindert.

Ferner ist ein vereinfachter, zuverlässiger und höchst wirkungs­ voller Mechanismus vorgesehen, um die Anstellungsveränderung der Gebläseschaufeln 56 durch eine Drehbewegung der Zahnkränze 76 und 78 durchzuführen. Das zum Drehen jeder Schaufel in einem typi­ schen Rotor erforderliche Drehmoment steigt mit der Spitzen- bzw. Umfangsgeschwindigkeit wie auch mit der Baugröße. Das gesamte Stellmoment eines Schaufelrotors entspricht der Summe der für die einzelnen Schaufeln erforderlichen Momente multipliziert mit einem Übersetzungsverhältnis. Dieses Übersetzungsverhältnis kann in typischer Weise als der Kreisdurchmesser der Zahnkränze 76 und 78 geteilt durch den Kreisdurchmesser des Schaufelzahnrades 72 be­ stimmt werden. Infolge geometrischer und anderer funktioneller Erwägungen ist das Übersetzungsverhältnis normalerweise größer als Eins und liegt in typischer Weise zwischen 4 : 1 und 7 : 1. Zusätz­ lich können die Spitzengeschwindigkeiten und die Baugröße von verstellbaren Gebläseschaufeln sehr groß sein. Dementsprechend kann ein sehr großes Moment für den Stellmechanismus zum Ver­ stellen der Schaufeln erforderlich sein. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden die Zahnkränze 76 und 78 in gleichen, jedoch entgegengesetzten Richtungen angetrieben, und zwar durch eine Stelleinrichtung mit doppeltem Ausgang. Die Bewegung der zwei Zahnkränze liefert die gleiche Arbeit an die Schaufelantriebszahnräder bei Drehmomentwerten, die halb so groß wie bei einer Stelleinrichtung mit einem einzelnen Zahn­ kranz sind. Eine Verminderung des Moments des Stellorgans um einen Faktor 2 führt zu einer beträchtlichen Gewichtsverminde­ rung der Einrichtung. Nichtsdestoweniger verbessert die hochwirk­ same Betriebsweise in erheblichem Maße die Anwendbarkeit des verstellbaren Gebläsemechanismus.

In den Fig. 2 und 3 sind die Bauteile des Gebläse-Verstell­ mechanismus detailliert dargestellt. Der Hauptteil des Stell­ mechanismus für die Anstellungsveränderung der Gebläseschaufeln ist mit dem Gebläserotor 44 drehbar, wobei sich jedoch verschie­ dene Komponenten mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Der Gebläserotor 44 hat ein im wesentlichen konisches Glied 102, das sich radial einwärts erstreckt und dazu dient, die Drehbe­ wegung der Welle 18 über eine Schraubverbindung 106 auf den Ro­ tor 44 zu übertragen. Das Gebläse und die Welle werden durch ein Drucklager 108 gehalten bzw. abgestützt. Daher ist der Gebläse­ rotor in einer festen Axialbeziehung zur Welle 18 festgelegt und kann mit dieser umlaufen.

Im radial inneren Bereich der Welle 18 und des konischen Gliedes 102 des Gebläserotors 44 befindet sich ein schnellaufender Motor 110, der beispielsweise an einer Grenzfläche 112 fest mit dem sich nicht drehenden Rahmen des Triebwerks verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 110 hydraulisch ausge­ bildet, doch kann irgendein schnellaufender Motor oder eine ent­ sprechende Antriebsquelle angewendet werden. Eine Motorausgangs­ welle 114 ist über einen typischen mechanischen Antrieb 118 mit einer Eingangswelle 116 verkeilt bzw. verbunden. Die Eingangs­ welle überträgt die Ausgangsgröße des Hydraulikmotors 110 bei ho­ her Drehzahl und kleinem Drehmoment auf ein Planeten-Diffe­ rentialgetriebe 120 und ein Momentenuntersetzungszahnrad 122 (das nicht bei allen Anwendungen erforderlich sein muß). Die Aus­ gangsgröße der Planetendifferential- und Untersetzungszahnräder bzw. -getriebe gelangt über Zahnradverbindungen zu einer Blockier­ vorrichtung 124, deren Funktion darin besteht, die Gebläseschau­ feln bei einem Systemausfall unter ihrem vorliegenden Anstellungs­ bzw. Steigungswinkel zu blockieren bzw. zu verriegeln. Somit er­ folgt bei einer Aktivierung der Eingangswelle 116 mit einem klei­ nen Moment eine Drehung des Differentialgetriebes 120, der Momen­ tenvorrichtung 122 und der Blockiervorrichtung 124, wobei über eine Kerbverzahnungs- bzw. Keilverbindung 126 eine innere Welle 128 bei verminderter Drehzahl und höherem Drehmoment gedreht wird.

Radial außerhalb der Welle 128 befindet sich eine diese umgebende äußere Gebläsewelle 130, die bei 132 mit der Welle 128 verkeilt ist und sich deshalb mit dieser dreht. Bei einigen Anwendungen, bei denen das Gewicht ausschlaggebend ist, kann die Redundanz der Wellen 128 und 130 eliminiert werden. Die äußere Welle 130 wird lose teleskopartig von einer (ersten) Hülse 133 aufgenommen, die einen allgemein zylindrischen Teil 134 und einen Wagen 136 auf­ weist. Die Hülse 133 hat einen allgemein ringförmigen Querschnitt, der an die Querschnittsform der Wellen angepaßt ist. Ohne noch zu be­ schreibende Elemente wäre demzufolge der Hülsenteil 134 frei um die Welle 130 drehbar und auch in bezug hierzu axial frei ver­ schiebbar.

Zwischen der Welle 130 und dem Hülsenteil 134 ist der Wagen 136 angeordnet, der mit dem Hülsenteil 134 bei 138 mittels einer Keil­ verzahnung in Eingriff steht und ein Kugelschraubengetriebe 140 aufweist, dessen Kugeln in spiralförmigen Nuten 142 und 144 ange­ ordnet sind, die von der Welle und dem Wagen getragen werden. Durch das Kugelschraubengetriebe 140 zwischen der Welle und dem Wagen 136 führt eine Drehung der Welle 130 im Uhrzeiger- oder Gegenuhr­ zeigersinn dazu, daß der Wagen und der Hülsenteil 134 längs der von den Nuten gebildeten spiralförmigen Rampe aufsteigt und sich in Abhängigkeit von der Richtung der Spiralnut vorwärts oder rückwärts (gemäß der gestrichelten Darstellung) in Fig. 3 be­ wegt. Wegen der großen Anzahl der Spiralwindungen der Nut 142 wird der Wagen zu einem mehrfachen Drehen bei jeder Drehung der Gebläsewelle 130 veranlaßt. Das Kugelschraubengetriebe 140 überträgt somit die erforderliche axiale Antriebskraft, um den übrigen Teil des Stellmechanismus anzutreiben. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung gegenüber den komplexen und empfind­ lichen hydraulischen Kolbenvorrichtungen der Vergangenheit er­ reicht. Die Anzahl der sich um die Welle erstreckenden Kugel­ schraubengetriebeglieder hängt von den Lastbedingungen ab, die in jedem Fall erforderlich sind, um die beschriebene Bewegung der voll belasteten Einrichtung zu ermöglichen. Ferner ist es möglich, daß bei gewissen Anwendungen die Kugelschraubengetrie­ beglieder durch zusammenwirkende Schraubengewindegänge auf der Welle und am Wagen (oder der Hülse) ersetzt werden können.

Radial außen ist die Hülse 133 von einer Umhüllung 146 umge­ ben, die für den vorderen Abschnitt des Stellmechanismus ein Gehäuse bildet und die die Hülse teleskopartig aufnimmt. Die Um­ hüllung 146 hat ähnlich wie die Hülse 133 zwecks gegenseitiger Anpassung einen allgemein ringförmigen Querschnitt. Ohne die noch zu beschreibenden nächsten Elemente wäre deshalb die Umhül­ lung 146 frei um die Hülse 133 und die Welle 130 drehbar.

Zwischen der Hülse 133 und der Umhüllung 146 befindet sich ein Gehäuse bzw. Lagerkörper 148, der ein Eingriffsmittel hält, wel­ ches ein Kugelumlaufgetriebe 150 aufweist. Dieses Kugelumlauf­ getriebe 150 erstreckt sich in einer allgemein spiralförmigen Anordnung um die Innenfläche der Umhüllung 146 und die Außen­ fläche des Hülsenteils 134. Die Kugeln laufen in Nuten 152 sowie 154 der Hülse 133 und der Umhüllung 146 um. Bei dem Kugelumlauf­ getriebe 150 ist der Steigungswinkel, das heißt der Winkel, unter dem das Kugelverzahnungsglied relativ zur Oberfläche der ein­ greifenden Glieder angeordnet ist, gleich Null, mit dem Ergebnis, daß das Kugelumlaufgetriebe 150 im wesentlichen linear in Rich­ tung der Achse des Triebwerks arbeitet. Infolge dieser Anordnung und linearen Ausrichtung des Kugelumlaufgetriebes 150 zwischen der Umhüllung 146 und der Hülse 133 wird eine Drehung der Um­ hüllung um die Hülse unterbunden, während eine relative Axial­ verschiebung zwischen diesen Teilen erleichtert wird. Wiederum hängt die Anzahl der um die Hülse angeordneten Kugelverzahnungs­ glieder von den Lastbedingungen ab, die in jedem Fall erforder­ lich sind, um die vollständig belastete Einrichtung in der be­ schriebenen Weise zu verschieben.

Radial innerhalb des Hülsenteils 134 ist eine weitere (zweite) Hülse 156 lose teleskopartig aufgenommen, die ohne ein weiteres Kugelumlaufgetriebe 160 in bezug auf die Hülse 133 und daher die Wellen ebenfalls frei drehbar und axial verschiebbar wäre. Ein ringförmiges Gehäuse 158 nimmt das zweite Kugelumlaufgetriebe 160 auf, dessen Kugeln in Nuten 162 sowie 164 in der ersten Hülse 133 und dem Gehäuse 158 umlaufen. Das Kugelumlaufgetriebe 160 weist einen zweiten vorbestimmten Steigungswinkel auf, der in diesem Fall ungleich Null ist, so daß das Kugelumlaufgetriebe 160 in der perspektivischen Ansicht gemäß Fig. 2 im Gegensatz zum linearen Erscheinungsbild des Kugelumlaufgetriebes 150 ein schraubgewindeartiges Aussehen hat. Wegen einer Schraubverbin­ dung zwischen einem geflanschten, sich radial nach außen er­ streckenden, konischen Teil 166 der zweiten Hülse 156 und einem rückwärtigen Flansch 168 des Momentengliedes 86 an der Ver­ schraubungsgrenzfläche 170 ist die zweite Hülse 156 in bezug auf den Gebläserotor 44 und die Welle 18 axial festgelegt, aber mit­ tels geeigneter Lagerelemente 172 sowie 173 frei drehbar. Die zweite Hülse 156 ist deshalb auch in bezug auf die Welle 18 an der dazwischen befindlichen Lagergrenzfläche 174 drehbar.

Der Steigungswinkel des umlaufenden Kugelumlaufgetriebes 160 ist so gewählt, daß die der zweiten Hülse 156 erteilte relative Drehbewegung derjenigen, die der Umhüllung 146 durch das Kugel­ schraubengetriebe 140 über das Kugelumlaufgetriebe 150 erteilt wird, größenmäßig gleich und entgegengesetzt gerichtet ist. Die zweite Hülse 156 ist bei 175 mit dem Planeten-Differentialgetrie­ be verkeilt bzw. verzahnt.

Ein sich radial einwärts erstreckender Flansch 176 ist einstückig am vorderen, doppelt konischen Momentenglied 82 ausgebildet, wobei der Flansch 176 an einer Schraubgrenzfläche 180 mit einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch 178 an der Umhül­ lung 146 in Eingriff steht. Infolge dieser Schraubverbindung ist die Umhüllung 146 in bezug auf den Gebläserotor 144 und die Welle 18 axial festgelegt. Daher wird der Zahnkranz 76 im we­ sentlichen von der Umhüllung 146 sowie dem vorderen Momenten­ glied 82 getragen, während der Zahnkranz 78 im wesentlichen von der zweiten Hülse 156 und dem hinteren Momentenglied 86 getragen wird. Zwischen diesen sich relativ zueinander drehenden Systemen ist eine geeignete Lagerfläche 182 vorgesehen.

Im Betrieb wird bei stationären Zuständen, bei denen die Geblä­ seschaufelsteigung unverändert bleibt, der Gebläserotor 44 durch die Welle 18 gedreht, und es werden den Momentengliedern 82 sowie 86 gleiche Drehgeschwindigkeiten um die Triebwerksmit­ tellinie erteilt. Durch die Umhüllung 146 und das lineare Kugel­ umlaufgetriebe 150 wird die Drehbewegung auf die Hülse 133 über­ tragen. In ähnlicher Weise überträgt die zweite Hülse 156 die Drehbewegung des hinteren Momentengliedes 86 auf das Differen­ tialgetriebe 120 und die Blockiervorrichtung 124, die ihrerseits die Wellen 128 und 130 antreibt. Somit entsprechen sich die Drehbewegungen der Welle 130 sowie des Wagens 136, und das System ist im Gleichgewicht. Es liegt keine Eingangskraft vor, die das Kugelschraubengetriebe 140 zu einer Bewegung längs ihrer spiral­ förmigen Rampe zwingen würde.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Betäti­ gung des Stellmechanismus für die Schaufelverstellung durch Ein­ schalten des hydraulischen Motors 110 in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Signal und durch Drehen der Welle 114 eingeleitet. Die Rotation des hydraulischen Motors erfolgt in Abhängigkeit von der erwünschten Richtung der Steigungs- bzw. Anstellungs­ veränderung im Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn. Diese schnelle Drehbewegung wird über den mechanischen Antrieb 118 auf die Welle 116 und das Differentialgetriebesystem 120 über­ tragen, das seinerseits die sonst mit der Drehzahl der Gebläse­ welle 18 umlaufende Welle 128 schneller oder langsamer antreibt. Daher entsteht eine Drehzahldifferenz zwischen der Welle 18 und der Welle 128. Da die Welle 130 mit der Welle 128 verzahnt bzw. verkeilt ist, wird sie ebenfalls schneller oder langsamer an­ getrieben.

In Abhängigkeit von dieser Drehzahlveränderung bewegt sich das Kugelschraubengetriebe 140 längs ihrer durch Nuten 142 gebilde­ ten spiralförmigen Rampe. Hierbei wird die Hülse 133 in einer Linear- und Drehbewegung in bezug auf die Welle 130 mitgenommen. Die Hülse 133 verschiebt sich axial zwischen den zwei Kugelum­ laufgetrieben 150, 160. Da der Steigungswinkel des Kugelumlauf­ getriebes 150 gleich Null ist, dreht sich die Umhüllung 146 mit derselben Drehzahl wie die Hülse 133. Das Momentenglied 82 über­ trägt diese Drehbewegung auf den Zahnkranz 76, der seinerseits mit dem Zahnrad 72 kämmt. Dies führt schließlich zu einer Stei­ gungs- bzw. Anstellungsveränderung der Schaufeln 58.

Gleichzeitig mit der Drehbewegung des Zahnkranzes 76 bewirkt der Stellmechanismus eine Drehbewegung des Zahnkranzes 78 in einer zur Richtung des Zahnkranzes 76 entgegengesetzten Richtung. Dieses erfolgt durch das Zusammenwirken der Kugelumlaufgetriebe 150 sowie 160 und ihrer zugeordneten Elemente in Abhängigkeit von einer axialen Verschiebung der Hülse 133. In diesem Zusam­ menhang wird daran erinnert, daß das Kugelumlaufgetriebe 150 mit einem Steigungswinkel Null versehen ist und daß die Drehbewegung der Umhüllung 146 von dem Steigungswinkel des Kugelschraubenge­ triebes 140 bestimmt wird. Die Bewegung der zweiten Hülse 156 wird jedoch durch die kumulativen Wirkungen des Steigungswinkels des Kugelschraubengetriebes 140 und des Kugelumlaufgetriebes 160 bestimmt, dessen Steigungswinkel entsprechend gewählt ist, um eine gleich große und entgegengesetzte Drehbewegung des Zahn­ kranzes 78 in bezug auf den Zahnkranz 76 zu erzeugen. Diese Dreh­ bewegung der Zahnkränze 76 und 78 ist eine Relativdrehung in bezug auf den Gebläserotor 44, der an der Welle 18 festgelegt und somit in bezug auf diesen unbeweglich ist.

Bei dem beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel dreht sich die Umhüllung 146 mit der Hülse 133 infolge des Null-Stei­ gungswinkels des Kugelumlaufgetriebes 150. Dieselbe Wirkung kann durch Verwendung eines Kugelumlaufgetriebes erzielt werden, des­ sen Steigungswinkel von Null verschieden ist, wenn eine geeigne­ te Kompensation im Steigungswinkel des Kugelumlaufgetriebes 160 vorgesehen wird. Zum Zwecke der Vereinfachung wurde jedoch vor­ liegend ein Null-Steigungswinkel gewählt. Die Größe der Stei­ gungs- bzw. Anstellungsveränderung pro Umdrehung des Hydraulik­ motors 110 hängt somit von der Wechselwirkung und den kumulati­ ven Wirkungen des Kugelschraubengetriebes 140 und der Kugelum­ laufgetriebe 150, 160 ab.

Die relative Drehung zwischen den Zahnkränzen 76, 78 und dem Ge­ bläserotor 44 führt zu einer Relativbewegung zwischen den Zähnen der Zahnkränze und den Schäften 60 einer jeden Schaufel wie auch den Zähnen des an jedem Schaft befestigten Zahnrades 72. Da die Bewegbarkeit der Schaufeln 58 auf eine Drehbewegung des Schafts in bezug auf den Rotor 44 beschränkt ist, führt der Kämmvorgang der Zahnkränze 76, 78 und der Zähne des Zahnrads 72 zu einer Dreh­ bewegung zwischen der Schaufel 56 sowie dem Rotor 44, so daß auf diese Weise die Steigungs- bzw. Anstellungsveränderung erfolgt. Eine Veränderung der Schaufelanstellung bzw. -steigung in der umgekehrten Richtung wird durch eine Drehbewegung des hydrauli­ schen Motors 110 in der entgegengesetzten Richtung erreicht, wo­ bei die oben beschriebenen Bewegungen umgekehrt werden.

In Abhängigkeit von der Schaufelkonfiguration kann der Stellme­ chanismus dazu benutzt werden, die Schaufelanstellung zwischen vorbestimmten Winkelausrichtungen bis zu einer Umkehranstellung zu verändern, bei der Luft von hinten durch das Gebläse in Vor­ wärtsrichtung gepumpt wird. Diese Betriebsweise ermöglicht einen Wegfall der üblichen Schubumkehrglieder von dem zugeordneten Triebwerk, wobei diese Schubumkehrglieder nach der herkömmlichen Technologie dazu benutzt werden, um eine Geschwindigkeitsvermin­ derung beim Landen des Flugzeugs zu erzielen und die Wirkung der Radbremsen zu unterstützen. Die Gebläseschaufeln sind mittels des beschriebenen Stellmechanismus in Abhängigkeit von der Drehung des hydraulischen Motors 110 in eine unbegrenzte Anzahl von Steigungs- bzw. Anstellungspositionen bewegbar.

Es ist wichtig festzustellen, daß bei den beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen eine geschlossene Axialschubschleife gebildet wird, die diesen größten Teil der axialen Belastungen aufnimmt, welche erforderlich sind, um das Kugelschraubengetriebe und die Kugelumlaufgetriebe längs ihrer entsprechend spiralförmigen Rampen bzw. Bahnen aufwärts oder abwärts zu treiben. Diese Axialschubschleife weist insbesondere die Welle 130, das Kugel­ schraubengetriebe 140, die Hülse 133, das Kugelumlaufgetriebe 160, die Hülse 156 und die Lager 172, 173 auf. Hierdurch ent­ steht ein leistungsfähiges und gewichtsleichtes Gebilde, da die Belastungen nicht über große Distanzen übertragen werden müssen, was eine kräftige bzw. stabile Struktur erforderlich machen würde. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß eine Ab­ tastvorrichtung oder ein Bewegungswandler 183, der die Änderung des Schaufelsteigungs- bzw. -anstellungswinkels erfaßt, fest mit stationären Bauteilen verbunden ist. Hierdurch können die Wandler stationär angebracht werden und brauchen nicht über elektrische Schleifringe angeschlossen zu werden, wie es bisher üblich war.

Claims (2)

1. Schaufelverstelleinrichtung für ein Gebläse eines Turbo­ gebläsetriebwerks mit einem ringförmigen Gebläsekanal und einem Gebläserotor, der auf seinem Umfang mehrere Öffnungen aufweist, in denen jeweils ein Schaft von Gebläseschaufeln gelagert ist, wobei jeder Schaft ein Zahnrad trägt, das auf axial gegenüberliegenden Seiten des Schaufelschaftes mit ersten und zweiten Zahnkränzen kämmt, die zum Verstellen der Schaufeln in zueinander entgegengesetzte Richtungen drehbar sind, und mit einer zum Gebläserotor koaxialen und mit diesem umlaufenden Welle, die in einer vorbestimmten axialen Stellung zum Gebläserotor befestigt ist, gekennzeichnet durch

• - eine die Welle (130) teleskopartig aufnehmende erste Hülse (133), die axial zur Welle (130) verschiebbar ist und bei einer unterschiedlichen Drehung der Welle in bezug auf den Gebläserotor um die Welle drehbar ist,
• - eine in der ersten Hülse (133) teleskopartig aufgenommene zweite Hülse (156), die in der ersten Hülse und um die Welle drehbar ist und den zweiten Zahnkranz (78) trägt,
• - eine die Welle (130), die erste und zweite Hülse (133, 156) teleskopartig aufnehmende Umhüllung (146), die um die Welle drehbar ist, und den ersten Zahnkranz (76) trägt,
• - ein erstes Kugelumlaufgetriebe (150), das zwischen der ersten Hülse (133) und der Umhüllung (146) angeordnet ist und einen ersten vorbestimmten Steigungswinkel aufweist, durch den die erste Hülse (133) in bezug auf die Um­ hüllung (146) längsverschiebbar und die Umhüllung (146) um die Welle (130) drehbar ist,
• - ein zweites Kugelumlaufgetriebe (160), das die erste Hülse (133) mit der zweiten Hülse (156) verbinden und einen zweiten vorbestimmten Steigungswinkel aufweisen, für eine Drehung um die erste Hülse (133) und die Welle (130),
• - ein Schublager (172, 173), das zwischen der Welle (130) und der zweiten Hülse (156) angeordnet ist, wobei
• - die Welle (130) die Hülsen (133, 156), das zweite Kugel­ umlaufgetriebe (160) und das Schublager (172, 173) einen geschlossenen Verstellkraftübertragungskreis bilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (130) und der ersten Hülse (133) ein Kugelschraubengetriebe (140) angeordnet ist.