DE3048677A1

DE3048677A1 - Hydraulisches steuersystem fuer die anlass-antriebs-einrichtung eines flugzeugs

Info

Publication number: DE3048677A1
Application number: DE19803048677
Authority: DE
Inventors: Michael Alan 61054 Mount Morris Ill. Cordner
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS56126666A; FR2476231A1; GB2070161B; IT1142311B; IT8147790A0; SG27084G; IL61719A; CA1143578A; GB2070161A; US4315442A; FR2476231B1

Description

Sundstrand Corporation

Rockford, Illinois 6I1 ο 1

V.ST.A.

Hydraulisches Steuersystem für die Anlaß-Antriebs-Einrichtung eines Flugzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlaß-Antriebs-Einrichtung, die zwischen einem Flugzeugmotor und einem Generator/Motor zur Kraftübertragung in beiden Richtungen einsetzbar ist.

Früher wurden einige Flugzeugmotoren durch außerhalb des Flugzeugs vorgesehene Einrichtungen gestartet oder angelassen, wobei diese Einrichtungen ein Drehmoment zuführen, das den Flugzeugmotor innerhalb einer bestimmten Zeit auf die selbstunterhaltende Geschwindigkeit beschleuni,-gen. Es ist seit langem bekannt, daß es im Hinblick auf die Minimierung von Gewicht, Kosten und Komplexität erwünscht ist, zu diesem Zweck eine bereits an Bord des Flugzeugs befindliche Einrichtung zu verwenden. Das Ceneratorsystem kann zum Anlassen des Motors benutzt werden, indem der Generator als Elektromotor unter Mutzung einer externen elektrischen Energieversorgung arbeitet. Typischerweise wird diese Energieversorgung von einem am Boden befindlichen Servicewagen geliefert.

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Die vorgenannte Einrichtung wird üblicherweise als Generator-Anlasser-Antrieb bezeichnet. Dieser erfordert ein Getriebe, das dem Generator in der normalen Generator-Betriebsart mit einer Konstantdrehzahl speist sowie in Umkehrrichtung dem Hotor von dem als Anlaßmotor arbeitenden Generator ein Drehmoment zuführt. Der verwendete Antrieb muß es erlauben, daß der Motor unter Nullast auf seine Konstant-Betriebsdrehzahl kommt, wonach die KOnstantdrehzahl aufrechterhalten werden muß, während dem Flugzeugmotor, der ursprünglich die Drehzahl Mull hat, ein Beschleunigungs-Ürehmoment zugeführt wird.

Die US-PS 3 786 696 ist ein typisches Beispiel für Anlasser-Antriebe und zeigt in Fig. 1 einen Anlasser-Antrieb, der zwischen einem Flugzeugmotor und einem Generator für die Kraftübertragung in beiden Richtungen einsetzbar ist. Dabei sind vorgesehen eine Generatorwelle 11, eine Motorwelle 10, ein Ausgleichsgetriebe I^ für die Kraftübertragung von der Motorwelle 10 auf die Generatorwelle· 11; ein Hydrogetriebe 12 mit einer Hydroeinheit 19, die mit der Generatorwelle umläuft; einer zweiten Hydroeinheit 20, die drehfest mit einem Steuerzahnrad 26 des Ausgleichsgetriebes verbunden ist; und eine erste Freilaufkupplung 16, die die zweite Hydroeinheit 20 so verbindet, daß die Motorwelle 10 während des Anlassens ausschließlich durch das hydrostatische Getriebe 12 getrieben wird. Hieraus ist ersichtlich, daß dieser Anlasser-Antrieb verlangt, daß das gesamte Drehmoment vom Generator/Motor durch das Hydrogetriebe tzugeführt wird. Somit muß das Hydrogetriebe ausreichend groß sein, um die hohen Anlaß-Drehmomente erzeugen zu können, die zur Überwindung der Trägheit des Motors in der Ruhelage oder bei der Drehzahl Hull erforderlich sind. ^:

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Die später erläuterte Erfindung erzeugt die gleichen Motoranlaß-Drehmomente, verwendet jedoch ein kleineres und leichteres Hydrogetriebe und Ausgleichsgetriebe.

In der US-PS 3 274 855 ist ein weiterer Anlasser-Antrieb angegeben mit einem Generator 11, der über ein Ausgleichsgetriebe 15' mit einer hydraulischen Verstelleinheit 14 und einer hydraulischen Konstanteinheit 13 treibend mit einem Motor 10 verbunden ist (vgl. Fig. 1 der US-PS). Dabei kann während der Anlaß-Betriebsart der Generator 11 entweder durch .Kurzschließen der Hydraulikleitungen zwischen den Hydroeinheiten 13, 14 oder durch Verändern der Verstellung der Verstelleinheit 14 auf Synchrondrehzahl beschleunigt werden. Drehmoment kann dem Motor dann durch Drosseln des Kurzschlusses im erstgenannten Fall oder durch Vergrößern der Verstellung der Verstelleinheit im letzteren Fall zugeführt werden. Durch das Kurzschließen und Drosseln können beide Hydroeinheiten die volle Verstellung haben, so daß.beide Einheiten den Motor mit einem Höchstdrehmoment beaufschlagen.

Es ist also ersichtlich, daß in dieser US-PS ähnlich wie in der erstgenannten US-PS das gesamte Drehmoment vom Generator/Motor durch das Hydrogetriebe 13, 14 zugeführt werden muß, wobei sich die vorher erwähnten Nachteile einstellen. Dur.ch die Erfindung werden diese Nachteile überwunden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Steuersystem für eine Flugzeuganlaß-Antriebs-Einrichturuj, die einen Generator aufweist, der während der Anlaß-Betriebsart als Motor betrieben wird, der treibend über ein Ausgleichsgetriebe, verbunden ist, das sowohl mit einer ersten und einer zweiten Hydroeinheit als auch mit einer Motor-Antriebswelle verbunden ist. Das Steuersystem umfaßt

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eine Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit der ersten und der zweiten Hydroeinheit gekoppelt ist und in der Anlaß-Betriebsart den Hydraulikölstrom zwischen beiden llydr OC.L nhcitcn steuert, wodurch die Zufuhr von liotationsenergie vom Generator/Motor zur Motorantriebswelle aufgeteilt wird und über das Ausgleichsgetriebe und die Hydroeinheiten erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines hydraulischen Steuersystems für eine Generator-ZAnlasser-Antriebseinrichtung eines Flugzeugs, wobei die Anlaßenergie dem Flugzeugmotor in geteilter Form durch Zusammenwirken eines Hydrogetriebes und eines mechanischen Ausgleichsgetriebes zuführbar ist. Dabei kann ein Flugzeuggenerator als Elektromotor betrieben werden, um mehrere Drehmoment-Übertragungswege zu dem anzulassenden Flugzeugmotor vorzusehen. Dabei soll eine Anlaß-Antriebs-Einrichtung für ein Flugzeug geschaffen werden, die ein Hydrogetriebe und ein Konstantdrehzahl-Zahngetriebe aufweist und kleiner und leichter als bisher ausgebildet ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Anlaß-Antriebs-Einrichtung, die zwischen einem Flugzeugmotor und einem Generator/Motor einsetzbar ist, um Energie in beide Richtungen zu übertragen, wobei diese Einrichtung eine erste Welle aufweist, die mit dem Generator/Motor verbindbar ist, und eine zweite Welle aufweist, die mit dem Motor verbindbar ist. Es ist ein Ausgleichsgetriebe mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element vorgesehen. Das erste Element lauft mit der zweiten Welle um; das zweite und das dritte Element sind auf der zweiten Welle drehbar. Eine erste Hydroeinheit ist treibend mit dem ersten Element des Ausgleichsgetriebes verbunden, und eine zweite Hydroeinheit ist mit dem zweiten Element des Ausgleichsgetriebes treibend verbunden. Die beiden Hydroeinheiten sind über eine Steuervorrichtung hydraulisch zusammengeschaltet und werden durch diese Vorrichtung gesteuert.

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Das dritte Element des Ausgleichsgetriebes ist treibend über eine erste Freilaufkupplung mit der ersten Welle verbunden, um in einer Generator-Betriebsart den GcnoraLor/Motor zu treiben, und über eine zweite Freilaufkupplung mit der ersten Welle verbunden, um in einer Anlaß-Betriebsart den Motor vom Generator/Motor ausgehend zu treiben.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt die Steuervorrichtung so, daß sie die Energie des Hydraulikstroms zwischen der ersten und der zweiten Hydro· einheit verteilt, während sie in der Anlaß-Betriebsart gleichzeitig bewirkt, daß die erste Hydroeinheit auf Maximalverstellung gehalten wird, so daß die zweite Welle mit einem Motoranlaß-Drehmoment durch die Hydroeinheiten und das Ausgleichsgetriebe.beaufschlagt wird. Wenn die Strömungskapazität der zweiten Hydroeinheit der Maximalverstellungs-Strömungskapazität der ersten Hydroeinheit entspricht, wird die Verstellung der ersten Hydroeinheit durch die Steuervorrichtung auf^Null vermindert und dann in entgegengesetzter Richtung auf einen Höchstwert vergrößert, so daß die Drehzahl der zweiten, den Motor treibenden Welle unter gleichzeitiger Verminderung des Drehmoments erhöht wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bewirkt die Steuervorrichtung in der Anlaß-Betriebsart eine Vergrößerung der Verstellung der zweiten Hydroeinheit, während gleichzeitig die erste Hydroeinheit auf Maximalverstellung gehalten wird, wodurch die zweite Welle mit einem Motoranlaß-Drehmoment ausschließlich von der ersten Hydroeinheit über das erste Element des Ausgleichsgetriebes beaufschlagt wird. Danach resultiert die vergrößerte Verstellung der zweiten Hydroeinheit in einem Beitrag zu dem Motoranlaß-Drehmoment durch das zweite Element des

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Ausgleichsgetriebes, wodurch das Anlaßdrehmoment auf einen Höchstwert erhöht wird, der erreicht ist, wenn die Verstellung der zweiten Hydroeinheit der Verstellung der ersten Hydroeinheit entspricht. Die weitere Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des bevorzugten Ausführungsbeispiels, nachdem der Hydraulikfluidstrom der zweiten Hydroeinheit einmal der Verstellung der ersten Hydroeinheit entspricht.

Durch die Erfindung wird also ein hydraulisches Steuersystem für eine Anlaß-Antriebs-Einrichtung eines Flugzeugs angegeben, wobei diese Einrichtung einen Generator aufweist, der als Motor betrieben werden kann, der treibend über ein Ausgleichsgetriebe verbunden ist, das sowohl mit einer ersten und einer zweiten Hydroeinheit als auch mit einer Motor-Antriebswelle in einer Anlaß-Betriebsart verbunden ist. Das hydraulische Steuersystem umfaßt eine Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit den beiden Hydroeinheiteη verbunden ist und in der Anlaß-Betriebsart den Hydraulikfluidstrom zwischen den Hydroeinheiten steuert, so daß die Zufuhr von Rotationsenergie vom Generator/Motor zur Motor-Antriebswelle aufgeteilt über das Ausgleichsgetriebe und die Hydroeinheiten erfolgt.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das integrierte Anlasser-Antriebs-Generatorsystem nach der Erfindung;

Fig. la eine Teilschnittansicht einer Steuerventileinheit, die bei einer Anlaß-Betriebsart ohne Energi^verteilung eingesetzt wird;

Fig. 2 eine Darstellung der mechanischen Bauteile der Anlasser-Antriebs-Einrichtung, in der die Trinzipien der Erfindung Anwendung finden;

Fig. 3 das Blockschaltbild der Anlasser-Antriebs-Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4· ein Drehzahl-Nomogramm des Ausgleichsgetriebes, das für die Durchführung der Erfindung im Anlaß-Betrieb eingesetzt wird;

Fig. 5 eine Grafik der Motordrehzahl gegen die Verstellung der Hydraulikeinheit in der Anlaß-Betriebsart;

Fig. 6 eine Grafik der Motordrehzahl gegen die Geschwindigkeit der Hydraulikeinhoit im Anlaß-Betrieb; und

Fig. 7 eine Grafik der Motordrehzahl gegen Drehmoment im Anlaß-Betrieb.

Das Anlaß-Antriebs-Generatorsystem nach Fig. 1 umfaßt eine Anzahl Grundeinheiten, die in einem Gehäuse 11 angeordnet sind; das Gehäuse .11 weist eine daran mit Bolzen 13 gesicherte Endkappe 12 auf. Die Grundeinheiten sind ein Hydrogetriebe 15, ein Ausgleichsgetriebe 16 und ein Generator 17. Der Generator 17 hat einen am Gehäuse

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gesicherten Ständer 18 und einen Läufer 19, der an einer Generatorwelle 20 (die auch als erste Welle bezeichnet wird) gesichert ist. Die Generatorwelle 20 ist in Lägern 21, 22 gelagert. Das Lager 21 ist ein Wälzlager. Es werden eine Vielzahl gleichartiger Wälzlager verwendet, jedoch nicht im einzelnen bezeichnet. Der Generator 17 umfaßt ferner einen zweiten Ständer 23, der an der Endkappe 12 gesichert ist. Ein Läufer 24· ist auf einer Buchse 26 gesichert, die eine erste Freilaufkupplung. 27 aufweist, die zwischen der Generatorwelle 20 und der Buchse 26 angeordnet ist. Auf der Buchse 26 ist ein Zahnrad gesichert, das in noch zu erläuternder Weise mit einem Ausgleichsgetriebe 16 zusammenwirkt. Die Freilaufkupplung 2/ stellt nur dann eine Antriebsverbindung her, wenn das System im Generatorbetrieb arbeitet. Eine zweite Freilaufkupplung 31 ist zwischen die Generatorwelle 20 und eine Buchse 32 geschaltet. Die Buchse 32 ist in dem Lager 21 und der Gehäusetrennwand 10 drehbar gelagert. Die Buchse 32 trägt ein Zahnrad 33, das einstückig damit verbunden ist. Das Zahnrad 33 kämmt mit einem Teil des Ausgleichsgetriebes 16 und wird von der Generatorwelle 20 durch die zweite Freilaufkupplung 31 während der Anlaß-Betriebsart getrieben. Das Zusammenwirken des Zahnrads 33, des Ausgleichsgetriebes .16 und des Hydrogetriebes 15 wird noch erläutert. Eine Antriebswelle 36 (oder zweite Welle) weist einen Keilnutabschnitt 37 auf, der mit einer Buchse 38 in Eingriff steht, die mit einem ersten Element oder Gestell 39 des Ausgleichsgetriebes 16 einstückig ausgeführt ist. Das Ausgleichsgetriebe arbeitet in herkömmlicher Weise. Es umfaßt drei Grundelemente, nämlich das erste Element 39, das als Träger miteinander kämmende UmlaufZahnräder 51, 52 trägt. Das zweite Element des Ausgleichsgetriebes besteht aus einem Hohlrad A-1 mit Außenverzahnung 42 und Innenverzahnung 43. Die Innenverzahnung

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43 kämmt mit dem Umlaufrad 51. Das dritte Element des Ausgleichsgetriebes 16 ist ein Hohlrad 46, das eine Außenverzahnung 47 und 48 und eine Innenverzahnung 49 aufweist. Die Innenverzahnung 49 kämmt mit dom Umlaui'-rad 52. Der Träger 39, der in dieser Figur nicht deutlich zu sehen ist, umfaßt einen äußeren Ringkörper 53 mit einer Außenverzahnung 54. Die Antriebswelle 36 wird im Generator-Betrieb über eine Transmissionswelle 55 getrieben, die einen Keilnutabschnitt 56 außerhalb des Gehäuses 11 aufweist, der an einen Abtrieb von einer Antriebsmaschine, ζ. Β. eines Flugzeugmotors (nicht gezeigt) anschließhar ist. Die Rotation der Transmissionswelle 55 wird auf die Antriebswelle 36 über eine Schnellösekupplung 57 übertragen, die von bekannter Bauart ist.

Die Schneilösekupplung umfaßt eine lösbare Kupplung 58 zwischen der Antriebswelle 36 und der Transmissionswelle 55 und ein Schnellöse-Betätigungsglied 59, das aus der Stellung nach Fig. 1 in Richtung zur Achse der Antriebswelle 36 bewegbar ist, um einen Eingriff zwischen Verzahnungen 60, 61 zu bewirken, wodurch die Antriebswelle 36 nach links (in. Fig. 1) gegen die Kraft einer Feder 62 verschoben wird, so daß die Kupplung 58, die den Antrieb der Antriebswelle 36 unterbricht, gelöst wird. Eine solche Schnellösekupplung ist z. B. in der US-PS 3 365 angegeben.

Das Hydrogetriebe 15 umfaßt hydraulisch miteinander verbundene koaxiale Einheiten. Diese Einheiten sind Axialkolbeneinheiten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die eine Einheit eine Konstanteinheit 70, während die andere eine Verste lleinheit 71 ist. CJede Einheit ist grundsätzlich gleich aufgebaut, und zwar mit drehbaren Zylindern 72 bzw. 73, in denen Kolben unter der Steuerung durch eine Taumelscheibe hin- und hergehen.

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Uie Konstanteinheit 70 weist ζ. Β. einen Kolben 75 auf, der von einer Taumelscheibe 76 gesteuert wird, die unter einem unveränderlichen Winkel angeordnet ist, während die Verstelleinheit 71 z. B. einen Kolben 77 aufweist, dessen Hub von einer Taumelscheibe 78 gesteuert wird, die so befestigt ist, daß ihr Verstellwinkel durch eine hydraulische Stelleinheit 85 änderbar ist. Die Stelleinheit 85 umfaßt einen in einer Bohrung 87 hin- und hergehenden Kolben 86. Der Kolben 86 weist einen damit einstückigen rohrförmigen vorspringenden Rand 88 auf, der durch eine Öffnung 8? im Ende der Bohrung 87 verläuft. Der Kolben 86 ist mit einer Taumelscheibe 78 über eine verdickte Enden aufweisende Stange 91 mit Vcrbindungsabschnitten 92 und 93 verbunden, die eine Relativbewegung der Taumelscheibe 78 und der Stange 91 sowie eine relative Winkelbewegung zwischen dem Kolben 86 und der Stange 91 gestatten. Der Kolben 86 wird durch die kombinierten relativen Wirkdrücke, die sich am Kolben 86 ausbilden infolge der Zufuhr von Hydrauliköl an Bohrungen 96., 97. Die Einstellung der Flüssigkeit zur Bohrung 97 kann durch eine regleremkpfindliche Hydraulikeinheit (nicht gezeigt) gesteuert werden. Wenn also die Druckkraft aus der Bohrung 97 größer als diejenige aus der Bohrung 96 ist, verschiebt sich der Kolben 86 nach links und bewirkt eine entsprechende Bewegung der Stange 91, so daß der_; Winkel der Taumelscheibe 78 geändert wird. Die Winkelä'nd'erung der Taumelscheibe 78 verändert die Verstellung der Pumpe in bekannter Weise. Ein drehbarer Zylinder 73 der Hydroeinheit 71 ist mit einer rohrförmigen Innenwelle 80 verbunden, die ihrerseits mit dem Zylinder 73 bei 81 verkeilt ist. Mit der rohrförmigen Innenwelle 80 ist einstückig ein Zahnrad 83 verbunden, das mit der Außenverzahnung 54 des Trägers 53 des Ausgleichsgetriebes 16 kämmt. Die Konstanteinheit 70 ist treibend

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mit einem Element des Ausgleichsgetriebes 1$ verbunden, und zwar über eine Welle 82, die auf den Zylinder 72 der Einheit 70 gekeilt ist und durch die rohrförmige Irinenwelle 80 verläuft. Die Konstanteinheit 70 mit ihrem umlaufenden Zylinder 72 ist über die Welle 82 nut einem Zahnrad 8A- verbunden, das seinerseits mit der Außenverzahnung 42 des Hohlrads 41 in Antriebsverbindung steht.

Fig. 2 zeigt in Form eines Diagramms die mechanischen Komponenten und Hydroeinheiten der Anlaß-Antriebs-Einrichtung. Das mechanische Zusammenwirken der Grundelemente der Generatoranlaß-Antriebseinrichtung ist anhand von Fig. 2 leichter zu erläutern. Das mechanische Ausgleichsgetriebe 16, das hier in Strichlinienumrissen gezeigt ist, umfaßt drei Grundelemente, Wie bereits erwähnt, ist das erste Element ein auf der Antriebswelle 36 gesicherters Gestell 39. Das zweite Element ist das Hohlrad ifI mit Innenverzahnung 43 und Außenverzahnung 42. Das dritte Element ist ein Hohlrad 46 mit zwei Außenverzahnungen 47, 48 und einer Innenverzahnung 49. Die Innenverzahnung 43 des zweiten Elements und die Innenverzahnung 49 des dritten Elements kämmen mit Umlaufrädern 51 bzw. 52.

In der Generator-Betriebsart hat das Ausgleichsgetriebe 16 vier Antriebsverbindungen. Die erste verläuft von einem Motor (nicht gezeigt) über die Kupplung 58, die Antriebswelle 36 und das Gestell 39, das das erste Element ist. Die zweite Verbindung verläuft von der Konstanteinheit 70 über die Welle 82, das Zahnrad 84, die Außenverzahnung 42 des zweiten Elements oder Hohlrads· .41.

Die dritte Verbindung verläuft vom Gestell 53, das einstückig an dem Gestell 39 gesichert ist und einen Teil desselben bildet. Das Gestell 53 ist über eine Verzahnung 54, das Zahnrad 83, die rohrförmige Innenwelle 80 mit der Verstelleinheit 71 verbunden. Durch diese Verbindung

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ergibt sich ein direkter Antrieb von der Welle 36 zu der Verstelleinheit 71 über den vorstehend beschriebenen Weg.

Die vierte Verbindung des Ausgleichsgetriebes 16 in der Generator-Betriebsart verläuft von der Außenverzahnung A-7 des dritten Elements oder Hohlrads 46 über das Zahnrad 28, die Buchse 26, die Freilaufkupplung 27 zur Generatorwelle 20 des Generators 17.

Mit dem vorstehend erläuterten Aufbau kann die Drehzahl der Antriebswelle 36 eingestellt und erforderlichenfalls die Verstellung der Verstelleinheit 71 geändert werden, so daß eine Konstantdrehzahl der Außenverzahnung 47 des dritten Elements oder Hohlrads 46 erhalten wird. Die Konstantdrehzahl der Außenverzahnung 47 wird wie erläutert über die Freilaufkupplung 27 und die Welle 20 des Generators 17 übertragen, so daß der Generator 17 eine Ausgangsleistung mit konstanter Frequenz liefern kann. Die Vorrichtung zum Überwachen bzw. Einstellen der Antriebsdrehzahl und zum Regeln des Hydrogetriebes 15 ist bekannt.

t.

In der Anlaß-Betriebsart wird der Generator auf Synchrondrehzahl beschleunigt als Induktionsmaschine mit geringer oder keiner angeschlossenen Last, um die innere Erwärmung des Generators zu begrenzen. Nachdem der Generator die Synchrondrehzahl erreicht hat, arbeitet er als Synchronmaschine und erzeugt Energie zum Anlässen des Motors. Infolgedessen sind in der Anlaß-Betriebsart die Rollen der Antriebswelle 36 und der Generatorwelle 20 umgekehrt. Wenn der Generator als Motor arbeitet, liefert die Welle ein Antriebsdrehmoment über die Freilaufkupplung 31, die Buchse 32, das Zahnrad 33 und die Außenverzahnung des dritten Elements oder Hohlrads 46 des Ausgleichsge-

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triebes 16. Die gleiche Rollenumkehr betrifft die Einheit 71 und die Konstanteinheit 70. In der Anlaß-Betriebsart wird die Verstelleinheit 71 von der Konstanteinheit 70 über die gleichen mechanischen Verbindungswege getrieben, die in bezug auf die Generator-Betriebsart erläutert wurden.

In Verbindung mit Fig. 1 wurde auf die hydraulische Steuervorrichtung 85 Bezug genommen, die in Strichlinienumrissen in Fig. 2 gezeigt ist. Diese umfaßt die Vorrichtung zwischen der Konstanteinheit 70 und der Verstelleinheit 71. Die steuervorrichtung 85 (bzw. das Steuerventil) umfaßt eine Ventilplatte 79. die auch als Kanalplatte bezeichnet wird. Diese Ventilplatte 79 ist ein übliches Bauteil bekannter Bauart. Der Hydraulikölstrom zwischen der Verstelleinheit 71 und der Konstanteinheit 70 kann durch die Steuervorrichtung 85 kurzgeschlossen werden, so daß die Einheit ohne Leistungsübertragung zur Einheit 71 umläuft oder die Leistungsübertragung von der Einheit 70 nach Maßgabe des maximal zulässigen hydraulischen Arbeitsdrucks des Hydrogetriebes begrenzt wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die hydraulische Steuervorrichtung 85 so ausgelegt, daß sie in einer energieverteilenden Anlaß-Betriebsart arbeitet. Bei dieser energieverteilenden Anlaß-Betriebsart verteilt die hydraulische Steuervorrichtung 85 den Hydraulikölstrom von der Konstanteinheit 70 mit im wesentlichen Null hydraulischem Arbeitsdruck, während der Generator 17 auf die erwünschte Drehzahl gebracht wird. Dadurch kann der Generator/Motor im wesentlichen ohne Last auf die Betriebstirehzahl gebracht werden. Die Steuervorrichtung 85 hat dann die Funktion, die Strömungsenergie von der Einheit 70 mit einem vorbestimmten Hydrauliköl-Arbeitsdruck zu verteilen, während die Verstelleinheit 71 in der maximalen Verstellungs·

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lage nach Fig. 1 gehalten wird. Dadurch wird ein anfängliches Motor-Anlaßdrehmoment erzeugt, das auf die Antriebswelle 36 über die rohrförmige Innenwelle 80, das Zahnrad 83, die Außenverzahnung 54·, das Hohlrad 53 und das erste Element-39, das auf der Antriebswelle 36 gesichert ist, übertragen wird.

In der nachstehenden Beschreibung sollen die Generatorwelle 20 als erste Welle und die Antriebswelle 36 als zweite Welle bezeichnet werden. Die Verstelleinheit wird als erste Hydroeinheit und die Konstanteinheit als zweite Hydroeinheit bezeichnet.

Wenn sich die Drehzahl der Antriebswelle 36 zum Motor (nicht gezeigt) von Null ausgehend erhöht, steigt die Geschwindigkeit der Verstelleinheit 71 proportional dazu, bis die Strömungskapazität der Einheit einen Pegel erreicht, auf dem sie dne volle Hydraulikölströmung annehmen kann, die von der Konstanteinheit 70 erzeugt wird. An diesem Punkt in der Anlaß-Betriebsart hört die Energieverteilung auf, da es nicht mehr erforderlich ist, etwas von der Hydraulikströmung von der Konstanteinheit 70 abzuleiten. Die Steuervorrichtung 85 bringt die Taumelscheibe 78 über die Stange 91 dazu, sich zu bewegen, wodurch eine verringerte Verstellung der Verstelleinheit 71 bewirkt wird, während gleichzeitig der erforderliche Pegel des Hydraulik-Arbeitsdrucks unterhalten wird. Diese Verminderung des Verstellungsgrads bewirkt eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle 36 zum Motor. Die Verstellung der Verstelleinheit 71 kann auf Null vermindert und dann in entgegengesetzte Richtung auf den Höchstwert gesteigert werden. Nach Durchlanfen der vorgenannten Nullstellung wird die Richtung des Energiestroms durch die Einheit 71 und die Einheit 70 umgekehrt,

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so daß das Beschleunigungs-Drehmoment nunmehr von dem Drehmoment kommt, das von der über das Ausgleichsgetriebe 16 auf die Welle 36 wirkenden Einheit 70 erzeugt wird, minus das Drehmoment, das von der Welle 36 ausgehend von der Verstelleinheit 71 absorbiert wird. In den Grafiken der Fig. 5, 6 und 7 sind jeweils die Antriebswellen-Drehzahl gegen die Verstellung der Verstelleinheit bzw. die Antriebswellen-Drehzahl gegen die Geschwindigkeit der Hydroeinheit bzw. die Antriebswellen-Drehzahl gegen das Drehmoment der Antriebswelle 36 aufgetragen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der.Motor durch eine Verstelleinheit ersetzt, die die zweite Hydroeinheit bildet. Die Arbeitsweise des Systems mit der zweiten Hydroeinheit in Form einer Verstelleinheit wird nachstehend erläutert.

Dabei wird auf Fig. la Bezug genommen, die einen Teil der hydraulischen Steuervorrichtung 85 zeigt, die so geändert ist, daß ein Austausch der Konstanteinheit 70 durch eine Verstelleinheit 70' möglich ist. Ein Vergleich der hydraulischen Steuervorrichtung 85 von Fig. 1 mit derjenigen von Fig. la zeigt, daß die Taumelscheiben-Betätigungsmechanik für die Taumelscheibe 78, die eine Stange 91 und einen Kolben 86 in der Bohrung 87 aufweist, doppelt vorhanden ist. Der Aufbau rechts von der Mitte in Fig. la ist gleich demjenigen links von der Mitte. Die Figur zeigt also eine bewegliche Taumelscheibe 96, die über eine Stange 97 mit' verdickten Enden mit einem Kolben 98 verbunden ist. Die Bewegung der Taumelscheibe 96 wird in der gleichen Weise wie die Bewegung der Taumelscheibe 78 geregelt (vgl. die Beschreibung zu Fig. 1). Es genügt zu sagen, daß die Taumelscheibe 96 und die Verstellung der Hydroeinheit 70' in der gleichen Weise wie die Verstelleinheit 71 änderbar sind.

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Durch den Einbau der hydraulischen Steuervorrichtung von Fig. la in die Generator-Mnlaßmotor-Einrichtung der Fig. 1 und 2 wird eine Anlaß-Betriebsart ermöglicht, bei der keine Energie verteilung stattfindet, in der Slartbetriebsart ohne Energieverteilung bringt die Steuervorrichtung 85 die Verstelleinheit 70' praktisch in die Null-Verstellposition, während der Anlaß-Elektromotor 17 auf die erwünschte Drehzahl gebracht wird. Dadurch kann.der Generatormotor 17 im wesentlichen ohne Last auf die erwünschte Drehzahl hochfahren.

Die hydraulische Steuervorrichtung 85 von Fig. la beginnt dann mit der Verminderung der Verstellung der Verstelleinheit 70' von im wesentlichen Null derart, daß ein vorbestimmter Pegel des hydraulischen Arbeitsdrucks unterhalten wird, während die Verstelleinheit 71 in ihrer Maximalverstellung gehalten wird. Dadurch wird ein die Antriebswelle 36 beaufschlagendes anfängliches Motoranlaß-Drehmoment über die Verstelleinheit 71, die rohrförmige INnenwelle 80, das Zahnrad 83, die Außenverzahnung 5k, das Element 53 und von dort zum ersten Element 39, das auf der Antriebswelle 36 gesichert ist, übertragen. Mit dem Anstieg .der Verstellung der Verstelleinheit 70' von Null erhöht sich deren Beitrag zum Motoranlaß-Drehmoment von Null ausgehend über das Ausgleichsgetriebe 16.

Wenn die Verstellung der Verstelleinheit 70' ihren Höchstwert erreicht, wird die hydraulische Steuervorrichtung wirksam, um diese Verstelleinheit in ihrer Lage zu halten, und beginnt dann die Verminderung der Verstellung der Verstelleinheit 71, während der erforderliche Pegel des hydraulischen Arbeitsdrucks unterhalten wird. Dadurch erhöht sich die Drehzahl der Antriebswelle 36 zum Motor weiter. Von diesem Punkt an ist in bezug auf die nach-

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stehenden Erläuterungen zu beachten, daß die Einrichtuny sowohl in der Anlaß-Betriebsart mit Energieverteilung als auch ohne Energieverteilung in der gleichen Weise wirkt. Infolgedessen kann der Verstellgrad der Verstelleinheit 71 auf Null vermindert und dann in entgegengesetzter Richtung auf einen Höchstwert gebracht werden. Nach der Verschiebung aus der Null-Verstellage wird die Richtung des Energieflusses durch die beiden Verstelleinheiten 70', 71 umgekehrt, so daß das Motorbeschleunigungs-Drehmoment nunmehr von dem Drehmoment kommt, das von der Verstelleinheit 70¹ ausgeht und auf die Antriebswelle 36 ü'jer das Ausgleichsgetriebe 16 wirkt, minus das Drehmoment, das von der Antriebswelle 36 ausgehend von der Verstelleinheit 71 absorbiert wird.

Fig. 3 ist eine weitere diagrammatische Vereinfachung der Generator-Anlaß-Einrichtung nach der Erfindung. Dieses Diagramm sollte in Verbindung mit den Fig. Ί--7 betrachtet werden. Fig. 3 verwendet für gleiche Bauteilcj die gleichen Bezugszeichen wie die Fig. 1 und 2. Außerdem sind Bezugsbuchstaben eingetragen. In der nachstehenden Aufstellung sind die Bedeutungen jedes Bezugsbuchstabens von Fig. 3 angegeben:

N = Drehzahl

R = Übersetzungsverhältnis

T = Drehmoment

V = Verstelleinheit

F = Konstanteinheit oder Motor

U =. Einheit

E = Motor

G = Generator

S = Anlaß-Betriebsart.

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Ficj. if ist ein Drehzahlnomogramm des Ausgleichsgetriebes 16. Dieses Nomogramm umfaßt drei gesonderte Ordinaten. Die erste Ordinate links bezeichnet die Drehzahl des Generators/Motors. Die mittlere Ordinate bezeichnet die Drehzahl der Antriebswelle. Die am weitesten rechts verlaufende dritte Ordinate bezeichnet die Drehzahl zu der hydraulischen Konstanteinheit. Es sei daran erinnert, daß der Generator anfangs auf die Drehzahl gebracht und dann als Synchronmotor betrieben wird.. Infolgedessen bezeichnet der Punkt 100 auf der Ordinate für die Generator/-Motor-Drehzahl. die Konstantdrehzahl des Generators in der An laß-Betriebsart.

Ferner sei daran erinnert, daß die Drehzahl der Antriebswelle 36 gleich der Drehzahl des Motors ist und daß das erste Element des Ausgleichsgetriebes mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle und der Motor umläuft. Ferner sei daran erinnert, daß die Drehzahl Np zu der hydraulischen Konstanteinheit 70 der Drehzahl des zweiten Elements des Ausgleichsgetriebes 16 direkt proportional ist. Zu Beginn der Anlaß-Betriebsart verläuft die Linie 101 der Grafik, die an dem Punkt 100 beginnt, nach rechts unten und durch die Nulldrehzahl-Koordinate am Punkt 102, der die Tatsache bezeichnet, daß sich die Antriebswelle 3(S noch nicht zu drehen begonnen hat. Die Gerade 101 verläuft weiter nach rechts zu einem Punkt 103, in dem sie die Drehzahl-Ordinate der Konstanteinheit 71 schneidet. Drei weitere Gerade 104·, 105 und 106 sind eingezeichnet, die die fünf relativen Drehzahlen der Elemente des Ausgleichsgetriebes für drei Bedingungen zeigen, nämlich: "Drehzahl beider Hydroeinheiten F und V gleich und entgegengesetzt", durchgehend" und "Drehzahl beider Hydroeinheiten F und V gleich".

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Nachstehend wird auf Fig. 5 Bezug genommen, die die Antriebswellen-Drehzahl gegen die Verstellung der Verstelleinheit zeigt. Bei Drehzahl Null des Motors in der An Laß-Bct rieb.sar L ohne Energieverteilung hat die Verstelleinheit 71 am Punkt 110 ihre maximale Verstellung. Die hydraulische Verstelleinheit 71 bleibt entspre chend der Kurve 111 konstant, bis die Motordrehzahl eine mit Np._p bezeichnete Drehzahl erreicht. Die Konstanteinheit 70 behält entsprechend der Kurve 114 ihre konstante Verstellung über den Gesamtbereich der Anlaß-Motordrehzahlen.

Fig. 7 zeigt, daß vom Zeitpunkt der Antriebswellen-Drehzahl Null bis zur Drehzahl Npcp das anfängliche Antriebswellen-Drehmoment maximal und konstant entsprechend der Kurve 112 ist.

Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, daß mit verminderter Verstellung der Verstelleinheit entsprechend der Kurve 113 die Drehzahl der Antriebswelle zum Motor zunimmt.

Fig. 5 weist ferner eine Kurve 120 auf, die die bei einer Anlaß-Betriebsart ohne Energieverteilung herrschenden Bedingungen bezeichnet, wobei die Konstanteinheit durch eine Verstelleinheit ersetzt ist.

Fig. 6 zeigt die Motordrehzahl gegen die Drehzahl der Hydroeinheit und zeigt grafisch die Bereiche, über die die hydraulische Verstelleinheit 71 als Motor und dann als Pumpe arbeitet; ferner ist der Bereich der Antriebswellen-Drehzahl gezeigt, während dessen Dauer die Konstanteinheit 70 als Pumpe und dann als Motor arbeitet. Eine Betrachtung der Fig. 6 und 7 in Verbindung miteinander zeigt, daß sowohl in der Betriebsart mit Energieverteilung als auch in derjenigen ohne Energieverteilung

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die maximale Drehmomentgrenze bei der Antriebswellen-Drehzahl Νρ._ς~ erreicht ist.

l"j.(j. 7 enthält eine Kurve 121, die sich während des
Anlassens ohne Energieverteilung ergibt und eine allmählich ansteigende Drehmoment-Kurve ist, die ihren
Höchstwert erreicht, wenn die Antriebswellen-Drehzahl Mp.-_ erreicht.

Aus der vorstehenden Erläuterung-geht hervor, daß das hydraulische Steuersystem für die Flugzeug-Startantriebseinrichtung im Vergleich zu bekannten solchen Einrichtungen, bei denen das gesamte Anlaß-Drehmoment durch das Hydrogetriebe der Anlaß-Antriebsvorrichtung zugeführt wird, nur die Übertragung eines Teils der Anlasserleistung zum Motor durch das Hydrogetriebe erfordert, infolge dieses geteilten Antriebs kann die Hydroeinheit kleiner und leichter gebaut werden. Zusätzlich zu der Gewichts- und Größenverminderung wird der Wirkungsgrad der zum Motor während des Anlassens übertragenen Leistung dadurch verbessert, daß weniger Hydraulikverluste auftreten. Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß ein größerer Teil der Generator-/Motor-Anlaßleistung unmittelbar genutzt werden kann, und ferner ist durch die Positionierung des Ausgleichsgetriebes im Abtriebsteil des Konstantdrehzahl-Antriebs, der mit den vorher erläuterten geteilten Energiewegen gekoppelt ist, der Einsatz eines kleineren und leichteren Ausgleichsgetriebes möglich. Die Größen- und Gewichtsverminderung der Hydroeinheiten sowie der Einsatz eines kleineren Ausgleichsgetriebes tragen zu einer erheblichen Gewichtseinsparung mit daraus resultierendem verbessertem Wirkungsgrad und verbesserter Leistung des Anlaß-Antriebs bei.

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Claims

Ansprüche

j Hydraulisches Steuersystem für die Anlaß-Antriebs-Einrichtung eines Flugzeugs, die einen Generator/Motor aufweist, der treibend über ein Ausgleichsgetriebe angeschlossen ist, das mit einer ersten und einer zweiten Hydroeinheit sowie mit einer Motor-Antriebswelle in einer Anlaß-Betriebsart verbunden ist, gekennzeichnet durch - eine Steuervorrichtung (85), die betriebsmäßig mit der ersten und der zweiten Hydroeinheit (71 und 70) verbunden ist und in der Anlaß-Betriebsart den Hydraulik· fluidstrom zwischen den Hydroeinheiten (71, 70) so steuert, daß die Zufuhr von Drehantriebskraft von dem Generator/Motor (17) zu der Antriebswelle (36) des Motors über das Ausgleichsgetriebe (16) und die Hydroeinheiten (71, 70) aufgeteilt erfolgt.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuervorrichtung (85) die Energie des Hydraulikfluidstroms zwischen der ersten und der zweiten Hydroeinheit (71, 70) verteilt, während sie gleich zeitig in der Anlaß-Betriebsart die Aufrechtcrhaltung der Maximalverstellung der ersten Hydroeinheit (71) bewirkt,

- so daß ein Motoranlaß-Drehmoment zur zweiten Welle (36) über die Hydroeinheiten (71, 70) und das Ausgleichsgetriebe (16) erzeugt wird.

572-(ü O1283)-Schö

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ö<

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuervorrichtung (85) und die Hydroeinheiten (71, 70) zusammenwirken derart, daß

- bei Übereinstimmung der Strömungskapazitat der zweiten Hydroeinheit (70) mit der Maximalverstellungs-Strömungskapazität der ersten Hydroeinheit (71) die Steuervorrichtung (85) die Verstellung der ersten Hydroeinheit (71) auf Null vermindert und anschließend auf einen Höchstwert in entgegengesetzter Richtung erhöht,

- so daß die Drehzahl der zweiten Welle (36) erhöht und gleichzeitig das Drehmoment vermindert wird.

if. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die erste Hydroeinheit (71) eine Verstelleinheit ist.

5. Steuersystem nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Hydroeinheit (70) eine Konstanteinheit ist.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuervorrichtung (85) Mittel (78, 91) zum Einstellen der Verstellung der ersten Hydroeinheit (71) aufweist.

7. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Hydroeinheit (70¹) eine Verstelleinheit ist.

8. Steuersystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuervorrichtung (85) Mittel zum unabhängigen Einstellen der Verstellung beider Hydroeinheiten (71, 70·) aufweist.

9. Steuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß'die Steuervorrichtung (85) in der Anlaß-Betriebsart die Verstellung der zweiten Hydroeinheit (70') vergrößert, während gleichzeitig die erste Hydroeinheit (71) auf Maximalverstellung gehalten wird,

- wodurch ausschließlich von der ersten Hydroeinheit (71) über das erste Element (39) des Ausgleichsgetriebes (16) ein Motoranlaß-Ürehmoment auf die zweite Welle (36) ausgeht,

- woraufhin die größere Verstellung der zweiten Hydroeinheit (70·) über das zweite Element (4-1) des Ausgleichsgetriebes (16) zum Motoranlaß-Ürehmoment beiträgt,

- so daß das Drehmoment auf einen Höchstwert gesteigert wird, der erreicht wird, wenn die Verstellung der zweiten Hydroeinheit (70·) der Verstellung der ersten Hydroeinheit (71) entspricht.

10. Steuersystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuervorrichtung (85) und die Hydroeinheiten (71, 70') zusammenwirken derart, daß

- bei Übereinstimmung des Hydraulikfluidstroms der • zweiten Hydroeinheit (70*) mit der Verstellung der ersten Hydroeinheit (71) die Steuervorrichtung (85) die Verstellung der ersten Hydroeinheit (71) auf Null

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vermindert und anschließend auf einen Höchstwert in entgegengesetzter Richtung erhöht,

- so daß die Drehzahl der zweiten Welle (36) unter gleichzeitiger Verminderung des Drehmoments erhöht wird.

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