DE2654863C2 - Drehmomentenmeßvorrichtung für Gasturbinentriebwerke, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke - Google Patents

Drehmomentenmeßvorrichtung für Gasturbinentriebwerke, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke

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DE2654863C2 DE2654863A DE2654863A DE2654863C2 DE 2654863 C2 DE2654863 C2 DE 2654863C2 DE 2654863 A DE2654863 A DE 2654863A DE 2654863 A DE2654863 A DE 2654863A DE 2654863 C2 DE2654863 C2 DE 2654863C2
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    • G01L3/109—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving measuring phase difference of two signals or pulse trains

Description

bekannten Lösung Zahnscheiben vorgesehen, welche bei Torsion über elektromagnetische Aufnehmer ein Signal verursachen sollen.
Zum anderen ist es bei einer Kraftmeßeinrichtung nach der US-PS 36 04 255 bekannt, daß die elektromagnetischen Aufnehmer zum Zweck des Nullpunktausgleiches justierbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.
Im übrigen hat die erfindungsgemäße Drehmomen- ι ο tenmeßvorriditung folgende Vorteile:
Kompakte Rauweise.
Einfache Fertigung und Montage.
Einfache Nullstellung (Ausgangsstellung) der Drehmomentenmeßvorrichtung durch entsprechendes Verdrehen der Magnetaufnehmer-Halterung (Ausschalten von Fertigungstoleranzen).
Alle Teile austauschbar.
Genau definierter Meßbereich.
Volle Funktionsfähigkeit in beiden Kraftflußrichtungen.
An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Draufsicht einer schematisch dargestellten, zwei Gasturbinenstrahltriebwerke mit Einrichtungen zur Leistungsverteilung auf mehrere Hilfsgeräte erläu- 21) ternde Anlage unter Zuordnung der erfindungsgemäßen Drehmomentenmeßeinrichtung,
Fig.2 der Mittellängsschnitt einer schematisch dargestellten Drehmomentenmeßeinrichtung und
F i g. 3 eine vergrößert dargestellte Einzelheit gemäß so Schnittansicht nach der Linie III-III der F i g. 2.
Fig. t erläutert zwei Gasturbinenstrahltriebwerke 1, 2 eines Flugzeugs in gleicher Ausführung, wobei hier lediglich das Gasturbinenstrahltriebwerk 2 teilweise entlang der Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellt » ist. Ebenso wie das Gasturbinenstrahltriebwerk 1 besteht das Gasturbinenstrahltriebwerk 2 der Reihe nach — von links nach rechts — aus einem Niederdruckverdichter 3, einem Mitteldruckverdichter 4, einem Hochdruckverdichter 51, einer Ringbrennkammer 6, einer Hochdruckturbine 7, einer Mitteldruckturbine 8 und einer Niederdruckturbine 9.
Das Hoch-, Mittel- und Niederdrucksystem sind jeweils durch mechanisch voneinander unabhängige Hohlwellen 10,11,12 miteinander gekoppelt.
Der Niederdruckverdichter 3 fördert sowohl in den Primär- als auch in den Sekundärkreis (Nebenstromkanal 10') des Triebwerks. Ein Nachbrennerstrahlrohr und eine Verstellschubdüse sind jeweils mit 11' und 12' bezeichnet. w
Bei den Gasturbinenstrahltriebwerken 1 und 2 handelt es sich demnach um sogenannte »Drei-Wellen-Zweistrom-Triebwerke«.
Der einfacheren Darstellung halber sind weiter normalerweise unterhalb der Gasturbinenstral.ltriebwerke angeordnete Geräteträger hier in die Zeichenebene geklappt dargestellt und mit 13 und 14 bezeichnet.
Jeder dieser Geräteträger 13, 14 enthält u.a. ein Verteiler bzw. Untersetzungsgetriebe, welches über die w> Welle 15 und ein Kegelradgetriebe 16 mit der Hohlwelle 10 des Hochdrucksystems kraftschlüssig verbunden ist.
An die Geräteträger 13, 14 ist jeweils vorn die an Hand der Fig. 2 und 3 noch näher erläuterte Drehmomentenmeßvorrichtung angeflanscht, deren auf <m dem äußersten ersten Drehkörper 17 (F i g. 2) sitzendes Kegelzahnrad 18 in ein abtriebsseitiges Kegelzahnrad 19 des Verteiler- bzw. Untersetzungsgetriebes eingreift.
Über die jeweiligen Drehmomentenmeßvorrichtungen hinweg wird dann die von den Gasturbinenstrahltriebwerken 1,2 abgenommene Leistung über Antriebswellen 20, 21 zum Antrieb zweier Hilfsgeräte 22, 23 verwendet, die durch eine weitere Welle 24 untereinander verbindbar sind, so daß auch bei Ausfall eines der beiden Gasturbinenstrahltriebwerke 1,2 und sinngemäßer Betätigung einer Kupplung 25 zwischen den beiden Hälften der weiteren Welle 24 beide Hilfsgeräte 22, 23 gleichzeitig weiter angetrieben werden können.
Bei der Drehmomentenmeßvorrichtung nach F i g. 2 sind im wesentlichen vier koaxial zur gemeinsamen Mittellängsachse L der Vorrichtung angeordnete, zumindest teilweise einander ummantelnde hohlzylindrische Drehkörper 17, 27, 28, 29 vorgesehen, von denen der am weitesten innenliegende dritte Drehkörper 28 im Rahmen eines auf den Normalfall abgestimmten Drehmomentenbereichs tordierbar ist Hierbei sind zwischen jeweils zwei Drehkörpern 17, 27 bzw. 27, 28 bzw. 28, 29 Mitnehmerverzahnungen 30, 31, 32 angeordnet, mit denen das zu ermittelnde Drehmoment im Normalfall vom äußersten ersten Drehkörper 17 über den dritten Drehkörper 28 hinweg auf den dem letzteren unmittelbar benachbarten vierten Drehkörper 29 — oder umgekehrt — übertragbar ist Eine weitere Mitnehmerverzahnung 33 ist zwischen den Drehkörpern 27, 29 angeordnet und so ausgebildet, daß sie das bei Überschreitung auftretende höhere Drehmoment auf kürzerem Wege, also unmittelbar auf den vierten Drehkörper 29 überträgt, der über einen Flansch 34 mit der Antriebswelle 21 bzw. 20 (F i g. 1) verbunden ist.
Der zweite Drehkörper 27 weist eine Sollbruchstelle 35 auf, welche bei Überschreitung der durch den Eingriff der weiteren Mitnehmerverzahnung 33 definierten oberen Grenze des Drehmomentenmeßbereichs (z. B. bei blockiertem viertem Drehkörper) den zweiten Drehkörper 27 etwa halbseitig abscheren läßt wobei das über die Mitnehmerverzahnung 30 mit dem ersten Drehkörper 17 in Eingriff bleibende eine Ende des zweiten Drehkörpers über ein zwischen diesem und dem vierten Drehkörper 29 angeordnetes Lager 36, z. B. ein Gleitlager, weiter verdrehbar bleibt.
Am zweiten sowie am vierten Drehkörper 27 sowie 29 sind zwei parallel zueinander angeordnete Zahnscheiben 37, 33 gleichen Durchmessers und gleicher Zähnezahl angeordnet, von denen die am vierten Drehkörper 29 befestigte Zahnscheibe 38 beim Durchgang eines Momentes proportional der Torsion des dritten Drehkörpers 28 gegenüber der anderen Zahnscheibe 37 verdreht wird. Beiden Zahnscheiben 37, 38 sind elektromagnetische Aufnehmer 39, 40 berührungsfrei zugeordnet. Hierbei gilt, daß das in die Vorrichtung eingeleitete Drehmoment proportional dem relativen Verdrehwinkel der Zahnscheiben 37, 38 sowie proportional dem Phasenwinkel zwischen den beiden von den Magnetaufnehmern erzeugten Impulsfolgen ist.
Es ist hierbei vorteilhaft, daß die elektromagnetischen Aufnehmer 39, 40 in einer verdrehbaren Halterung 41 angeordnet sind, so daß ein Nullpunktausgleich (Phasenwinkel = Null für Drehmoment = Null) durch einfaches Verdrehen der Halterung 41 vorgenommen werden kann.
Hierzu kann die Magnetaufnehmerhallerung 41 z. B. in mittels einer Führung in einrr koaxial zur Mittellängsachse L angeordneten Gehäusenut verschiebbar bzw. arretierbar angeordnet sein.
Unter Zugrundelegung gleicher Hauotabmessungen,
jedoch unterschiedlicher Wandstärke und Werkstoffzusammensetzung kann die dritte Drehwelle durch eine hinsichtlich dieser Kriterien veränderte Drehwelle ausgetauscht und damit der Drehmomentenmeßbc: eich verändert werden. r>
Vorteilhaft ist bei der Drehmomentenmeßvorrichtung weiter die Zähnezahl der Mitnehmerverzahnungen 30, 31, 32, 33 mit der Zähnezahl der beiden Zahnscheiben 37,38 so aufeinander abgestimmt, daß die Drehkörper 17, 27, 28, 29 in jeder beliebigen Lage zueinander montierbar sind.
Mit 42, 43, 44 und 45 sind in Fi g. 1 weiter geeignete Wälzlager bezeichnet, die als Kugel- oder Zylinderrollenlager ausgeführt sein können.
Das bei Durchgang eines Momentes von den elektromagnetischen Aufnahmern 39, 40 erzeugte Phasenwinkel-Signal kann bei Überschreitung eines vorgegebenen Drehmomentenmeßbereichs zur Steuerung einer Verdichterluftabblasevorrichtung herangezogen werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Wandstärke und Werkstoffzusammensetzung für Patentansprüche: die dritte Drehwelle (28) der Drehmomentenmeßbereich veränderbar ist
1. Drehmomentenmeßvorrichtung für Gasturbi- 4. Drehmomentenmeßvorrichtung nach Anspruch
nentriebwerke, insbesondere Gasturbinenstrahl- 5 l, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
triebwerke von Flugzeugen, wobei mindestens ein Zähnezahl der Mitnehmerverzahnungen (30, 31,32,
Gasturbinenstrahltriebwerk unter Zwischenschal- 33) mit der Zähnezahl der beiden Zahnscheiben (37,
tung eines Untersetzungs- bzw. Verteilergetriebes 38) so aufeinander abgestimmt sind, daß die
ein oder mehrere Zusatzaggregate (Generatoren Drehkörper (17,27,28, 29) in jeder beliebigen Lage
oder dergleichen) antreibt, gekennzeichnet io zueinander montierbar sind.1
durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Es sind vier koaxial zur gemeinsamen Mittellängsachse (L) der Vorrichtung angeordnete,
zumindest teilweise einander ummantelnde
hohlzylindrische Drehkörper (17, 27, 28, 29) i5
vorgesehen, von denen der am weitesten Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomenten-
innenliegende dritte Drehkörper (28) im Rah- meßvorrichtung für Gasturbinentriebwerke, insbeson-
men eines auf den Normalfall abgestimmten dere Gasturbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen,
Drehmomentenbereichs tordierbar ist; wobei mindestens ein Gasturbinenstrahltriebwerk unter
b) zwischen jeweils zwei Drehkörpern (17,27 bzw. 20 Zwischenschaltung eines Untersetzungs- bzw. Ver-27, 28 bzw. 28, 29) sind Mitnehmerverzahnun- teilergetriebes ein oder mehrere Zusatzaggregate gen (30, 31, 32) angeordnet, mit denen das zu (Generatoren oder dergleichen) antreibt
ermittelnde Drehmoment im Normalfall vom Gasturbinentriebwerke, insbesondere Turbinenäußersten ersten (17) der vier Drehkörper über strahltriebwerke für Flugzeuge, sind meistens mit den dritten Drehkörper (28) hinweg auf den 2s zusätzlichen zellenseitigen Leistungsverbrauchern gedem letzteren unmittelbar benachbarten vierten koppelt, z. B. also Hilfsaggregaten wie Generatoren zur Drehkörper (29) - oder umgekehrt - Stromerzeugung, Zusatzverdichtern zur Kabinenbelüfübertragbar ist; tung oder zur Speisung spezieller Hochauftriebseinrich-
c) eine weitere Mitnehmerverzahnung (33) ist tungen oder dergleichen.
zwischen dem zweiten (27) und dem vierten 30 je nach den auftretenden Flugbedingungen ergeben
Drehkörper (29) angeordnet, welche das bei sich hierbei recht unterschiedliche Belastungen für das
Überschreitung des auf den Normalfall abge- Triebwerk, die rechtzeitig erkannt werden müssen,
stimmten Drehmomentenmeßbereichs auftre- bevor sich ein Triebwerksschaden infolge Überlastung
tende höhere Drehmoment unter Umgehung einstellt.
des dritten Drehkörpers unmittelbar auf den » Eine Überlastung des Triebwerks kündigt sich u. a.
vierten Drehkörper (29) überträgt; durch sogenanntes »Verdichterpumpen« an, welchem
d) der zweite Drehkörper (27) weist eine Soll- z. B. durch rechtzeitiges Abblasen von Verdichterluftanbruchstelle (35) auf, welche bei Überschreitung teilen aus einer oder mehreren Zwischenstufen des der durch den Eingriff der weiteren Mitnehmer- Verdichters begegnet werden kann.
verzahnung (33) definierten oberen Grenze des «> Ein relativ hoher Unterschied der Treibwerksbela-
Drehmomentenbereichs (z. B. bei blockiertem stung ergibt sich z. B. bereits schon zwischen dem
vierten Drehkörper) den zweiten Drehkörper normalen Unterschallflugbetrieb ohne Nachverbren-
(27) etwa halbseitig abscheren läßt, wobei das nung bei unveränderter Tragflächenausgangsstellung
über die Mitnehmerverzahnung (30) mit dem und dem Überschallflugbetrieb mit Nachverbrennung
ersten Drehkörper (17) in Eingriff bleibende « und demgemäß veränderter Tragflächenpfeilung,
eine Ende des zweiten Drehkörpers (27) über ein Geht man z.B. von einer Anordnung von zwei
zwischen diesem und dem vierten Drehkörper Turbinenstrahltriebwerken pro Flugzeug und dem
(29) angeordnetes Lager (36) weiter verdrehbar denkbaren Ausfall eines der beiden Triebwerke aus, so
bleibt; kann der Umstand, daß das funktionsfähige Triebwerk
e) am zweiten (27) sowie am vierten Drehkörper 50 nun sämtliche Hilfsaggregate allein antreiben muß, eine (29) sind zwei parallel zueinander angeordnete nahezu doppelte Belastung für das funktionsfähige Zahnscheiben (37, 38) gleichen Durchmessers Triebwerk erforderlich machen, wenn hierbei die und gleicher Zähnezahl angeordnet, von denen vorstehend erwähnten Flugmissionen beim Unter- und die am vierten Drehkörper (29) befestigte Überschallflugbetrieb miteinander verglichen werden. Zahnscheibe (38) beim Durchgang eines Mo- « im Rahmen der vorstehend umrissenen Problematik mentes proportional der Torsion des dritten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehkörpers (28) gegenüber der anderen Drehmomentenmeßvorrichtung zu schaffen, mit der die Zahnscheibe (37) verdreht wird, wobei den auf Grund unterschiedlicher Flugmissionen und Be-Zahnscheiben (37, 38) elektromagnetische Auf- triebszustände der Triebwerke auftretenden Unternehmer (39,40) berührungsfrei zugeordnet sind, ω schiedlichen Lastmomente auf relativ einfache Weise
2. Drehmomentenmeßvorrichtung nach Anspruch möglichst rasch erfaßt werden können.
1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagneti- Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung
sehen Aufnehmer (39, 40) in einer für den durch die Merkmalskombination nach Anspruch 1
Nullpunktausgleich verdrehbaren Halterung (41) gekennzeichnet,
angeordnet sind. ""> Zum Stand der Technik sei zum einen auf die GB-PS
3. Drehmomentenmeßvorrichtung nach Anspruch 6 17 064 hingewiesen, aus der es bekannt ist, koaxial und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen angeordnete, tordierbare Hohlzylinder für die Drehmo-Hauptabmessungen, jedoch unterschiedlicher mentmessung anzuwenden.
Auch sind bei dieser
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