Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf
Kupplungen zur Verwendung bei unidirektionalen Antriebssystemen und,
mehr insbesondere, auf eine fliehkraftbetätigte Kupplung, die
zur Verwendung bei einem Starter zum Starten von Motoren wie
beispielsweise Flugzeugturbinentriebwerken besonders geeignet
ist.
Stand der Technik
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Kupplungen werden üblicherweise in unidirektionalen
Antriebssystemen zum Übertragen von Antriebsdrehmoment von einer
Antriebswelle auf eine angetriebene Welle benutzt. Zum Beispiel
wird bei Startern des Typs, wie er üblicherweise zum Starten
von Triebwerken benutzt wird, insbesondere der
Turbinentriebwerke von modernen Flugzeugen mit Gasturbinenantrieb, oft eine
Sperrklinkenkupplung benutzt, die dazu dient,
Antriebsdrehmoment von einer Antriebswelle des Starters zu übertragen, um
das Triebwerk, das gestartet wird, auf Startdrehzahl zu
bringen. Ein Typ von Starter, bei dem häufig eine
Sperrklinkenkupplung benutzt wird, ist der pneumatische Starter, der auch
als Luftturbinenstarter bezeichnet wird und beispielsweise aus
den US-Patenten Nr. 3 727 733, 4 899 534, 4 914 906 und 4 926
631 bekannt ist.
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Eine Sperrklinkenkupplung des Typs, wie er üblicherweise bei
solchen pneumatischen Startern benutzt wird, hat ein gezahntes
Klinkenrad, das auf einer zentralen Antriebswelle befestigt
ist, und mehrere schwenkbare Sperrklinken, die auf einer
angetriebenen Abtriebswelle, welche koaxial um die Antriebswelle
angeordnet ist, angebracht sind und sich mit dieser drehen.
Die Sperrklinken sind in gegenseitigen Umfangsabständen um das
Klinkenrad in kooperativer Beziehung zu demselben operativ
angeordnet.
Jede Sperrklinke ist zum Schwenken radial einwärts
durch eine Blattfeder vorgespannt, welche ihr operativ
zugeordnet ist, um einen Zahn des Klinkenrades zu erfassen und
dadurch die Antriebswelle mit der angetriebenen Abtriebswelle
in Antriebsverbindung zu bringen, solange die Sperrklinken mit
den Zähnen des Klinkenrades in Eingriff bleiben. Die
Antriebswelle ist je nach Bedarf entweder direkt oder über ein
geeignetes Untersetzungsgetriebe mit der Welle der pneumatischen
Starterturbine verbunden, die durch Entnahme von Energie aus
einer Strömung von Druckfluid, welche durch die Turbine des
Starters hindurchgeleitet wird, angetrieben wird.
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Zum Starten des Turbinentriebwerks wird das Abtriebsende der
angetriebenen Abtriebswelle des Starters mit einer
Triebwerkswelle, welche mit der Haupttriebwerkswelle über ein Getriebe
operativ verbunden ist, verbunden, beispielsweise durch eine
Keilnutverzahnung, und Druckfluid, üblicherweise Druckluft,
wird durch die Turbine des pneumatischen Starters
hindurchgeleitet. Wenn die Starterturbine aus der durch sie
hindurchgeleiteten Druckluft Energie entnimmt, wird die Antriebswelle
der Starterturbine in Drehung versetzt, um ihrerseits die
Abtriebswelle des Starters und infolgedessen die
Turbinentriebwerkswelle, die mit dieser verbunden ist, über den Eingriff
der Sperrklinken, die an der Abtriebswelle schwenkbar
angebracht sind, mit dem Klinkenrad, das auf der Antriebswelle
angebracht ist, drehanzutreiben. Üblicherweise ist der Starter
dafür ausgelegt, die Triebwerkswelle von null auf eine
vorbestimmte Abschaltdrehzahl, üblicherweise von etwa 5000 U/min,
in etwa einer Minute oder weniger zu beschleunigen.
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Nachdem die zündung des Triebwerks erfolgt ist und sich die
Triebwerkswelle mit der gewünschten Abschaltdrehzahl dreht,
wird der Strom von Druckluft zu der Starterturbine beendet.
Sobald der Strom von Druckluft zu der Starterturbine
abgeschaltet ist, verringert die Antriebswelle des Starters
schnell ihre Drehzahl. Infolgedessen wird auch das Klinkenrad,
das auf der Starterantriebswelle befestigt ist, schnell
langsamer, während sich die an der Starterabtriebswelle
angebrachten
Sperrklinken weiterhin mit der Welle des in Betrieb
befindlichen Turbinentriebwerks mit der relativ hohen
Abschaltdrehzahl drehen. Die Sperrklinken werden aus dem Klinkenrad
ausgerückt, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle eine
Schwellendrehzahl überschreitet, bei der die Sperrklinken von dem
Klinkenrad abheben, d.h. radial nach außen geschwenkt werden
und den Kontakt mit den Zähnen des Klinkenrades unter dem
Einfluß der Zentrifugalkräfte verlieren, die auf sie wegen der
fortgesetzten Drehung der Sperrklinken mit der relativ hohen
Drehzahl der Triebwerkswelle einwirken. Die Sperrklinken
bleiben aus dem Klinkenrad ausgerückt, solange die Drehzahl der
Triebwerkswelle hoch genug bleibt, so daß die
Zentrifugalkräfte, die auf die Sperrklinken einwirken, das
entgegenwirkende Moment überschreiten, welches auf die Sperrklinken durch
die Kraft der Vorspannfedern ausgeübt wird.
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Wenn das Turbinentriebwerk später abgeschaltet wird, nimmt die
Betriebsdrehzahl der Triebwerkswelle des Turbinentriebwerks,
mit der die Abtriebswelle des Starters verbunden ist, ab, wenn
das Turbinentriebwerk ausläuft. Wenn die Starterabtriebswelle
langsamer wird, nimmt infolgedessen die Zentrifugalkraft an
den Sperrklinken ab, und durch die Kraft jeder Vorspannfeder
wird deren zugeordnete Sperrklinke zunehmend wieder radial
einwärts in Richtung zu dem Klinkenrad verschwenkt, bis jede
Sperrklinke wieder die Klinkenradzähne an dem nichtrotierenden
Klinkenrad berühren, so daß sie in eine Position ratschen, um
das Wiedereinrücken der Kupplung zu gestatten. Die Drehzahl,
bei der der Wiedereingriff der Sperrklinken mit dem Klinkenrad
erfolgt und die üblicherweise als Wiedereingriffsdrehzahl
bezeichnet wird, ist niedriger als die
Sperrklinkenabhebedrehzahl, und zwar in einem Ausmaß, das üblicherweise als
Kupplungshysterese bezeichnet wird.
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Bei Sperrklinkenkupplungen kommt es, wenn der wiedereingriff
mit dem Klinkenrad erfolgt, das sich relativ zu den
Sperrklinken mit einer zu hohen Drehzahl dreht, zu einem
Crash-Wiedereingriff, der oft zu einer beträchtlichen, wenn nicht sogar
totalen Beschädigung der Kupplung führt. Ein
Crash-Wiedereingriff
erfolgt im allgemeinen, wenn anschließend an einen
abgebrochenen Turbinenstart, wozu es dadurch kommt, daß, nachdem
die Turbine die Sperrklinkenabhebedrehzahl überschritten hat,
der Starter bei einem Versuch, das Turbinentriebwerk erneut zu
starten, erneut betätigt wird, bevor die Welle des
Turbinentriebwerks auf eine Drehzahl unterhalb derjenigen, bei der der
Sperrklinkenwiedereingriff erfolgt, verlangsamt worden ist.
Wenn die Luftströmung zu dem Starter wieder eingeschaltet
wird, ohne daß die Sperrklinken und das Klinkenrad in Eingriff
sind, ist der Starter unbelastet, und infolgedessen
beschleunigen die Starterwelle und das darauf befestigte Klinkenrad
schnell auf eine Freilaufdrehzahl, die wesentlich oberhalb der
Sperrklinkenwiedereingriffsdrehzahl liegt. Wenn das
Turbinentriebwerk weiter auf die Sperrklinken der Eingriff sdrehzahl
verlangsamt wird, werden die Sperrklinken schließlich einwärts
schwenken, weil die Zentrifugalkraft, die sie nach außen
drängt, abnimmt, bis die Sperrklinken wieder mit dem
Klinkenrad in Kontakt sind. Da sich das Klinkenrad mit einer
Freilaufdrehzahl dreht, die wesentlich größer als die Drehzahl
ist, mit der sich nun die Sperrklinken drehen, erfolgt ein
kräftiger Wiedereingriff. Zum Vermeiden eines solchen Crash-
Wiedereingriffes ist es üblich, das erneute Starten des
Turbinentriebwerks zu verzögern, bis sicher ist, daß das
Turbinentriebwerk bis zu dem Punkt verlangsamt worden ist, bei dem die
Sperrklinken bereits wieder mit dem Klinkenrad in Eingriff
sind, bevor der Starter erneut betätigt wird, indem der
Starterturbine Luft zugeführt wird. Es wäre jedoch erwünscht, eine
Kupplungsbaugruppe zu schaffen, bei der es nicht zu einem
crash-Wiedereingriff kommen kann, sondern die vielmehr den
Wiedereingriff ohne einen Crash-Wiedereingriff erleichtert.
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In der GB-A-866 046 ist eine Kupplungsbaugruppe der im
Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 angegebenen Art
beschrieben, bei welcher radial verlagerbare Kugeln benutzt werden, um
sowohl das Einrücken als auch das Ausrücken zwischen den
Teilen der Kupplungsbaugruppe an dem Triebwerk und der
Starterturbine zu unterstützen. Es ist offenbar eine gleiche Zahl von
Einrückkugeln und Ausrückkugeln vorhanden, und die Gesamtmasse
der Einrück- und Ausrückkugeln ist offenbar dieselbe. Ein
Wiedereingriff, der sich an einen abgebrochenen Turbinenstart
anschließt, wird erleichtert, da die Einrückkugeln die
Ausrückkugeln aus ihren Ausrückpositionen treiben, sobald das
Turbinentriebwerk aufim wesentlichen die Drehzahl der
Starterturbine verlangsamt worden ist, um den Wiedereingriff der
Kupplungsteile zu gestatten. Durch die Verwendung von Einrück- und
Ausrückkugeln mit gleicher Gesamtmasse wird das Ratschen für
den Eingriff minimiert, wobei sich aber gezeigt hat, daß es zu
einem verspäteten Wiedereingriff kommen kann, durch den die
Zähne der Kupplungsteile beschädigt werden können.
Darstellung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Kupplungsbaugruppe zu schaffen, die zur Verwendung bei der Übertragung von
Antriebsdrehmoment von einem antreibenden Teil auf ein
angetriebenes Teil geeignet ist und weiter den Eingriff ohne einen
Crash-Eingriff für den Fall erleichtert, daß ein
Wiedereingriff erfolgt, nachdem das angetriebene Teil eine Drehzahl
erreicht hat, die größer als die des antreibenden Teils ist.
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Um das zu erreichen, schafft die Erfindung eine
Kupplungsbaugruppe zur Verwendung bei der Übertragung von
Drehantriebsmoment von einem antreibenden Teil auf ein angetriebenes Teil,
mit einem ersten Kupplungsteil, das dem angetriebenen Teil
operativ zugeordnet ist, wodurch sich das angetriebene Teil
mit dem ersten Kupplungsteil dreht, wobei das erste
Kupplungsteil eine Eingriffseinrichtung hat, die sich von ihm aus
erstreckt; einem zweiten Kupplungsteil, das dem antreibenden
Teil operativ zugeordnet ist, wodurch sich das zweite
Kupplungsteil mit dem antreibenden Teil dreht, wobei das zweite
Kupplungsteil eine Eingriffseinrichtung hat, die sich von ihm
aus erstreckt und dafür ausgebildet ist, die
Eingriffseinrichtung des ersten Kupplungsteils zu erfassen, wobei das zweite
Kupplungsteil relativ zu dem ersten Kupplungsteil axial
verlagerbar ist zwischen einer ersten Position, in der die
Eingriffseinrichtung
des zweiten Kupplungsteils mit der
Eingriffseinrichtung des ersten Kupplungsteils operativ in
Eingriff ist, so daß das Drehantriebsmoment von dem antreibenden
Teil auf das angetriebene Teil übertragen wird, und einer
zweiten Position, in der die Eingriffseinrichtung des zweiten
Kupplungsteils aus der Eingriffseinrichtung des ersten
Kupplungsteils ausgerückt ist; einer ersten
Gegengewichtseinrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft, welche das zweite
Kupplungsteil axial in Richtung auf die ausgerückte Position
vorspannt, wobei die erste Gegengewichtseinrichtung radial nach
außen aufgrund der Drehzahl des angetriebenen Teils
verlagerbar ist, wobei die Ausrückvorspannkraft, die erzeugt wird,
eine Größe hat, welche mit der radialen Position der ersten
Gegengewichtseinrichtung variiert, wobei die Größe zunimmt,
wenn die erste Gegengewichtseinrichtung weiter radial nach
außen verlagert wird; einer zweiten Gegengewichtseinrichtung zum
Erzeugen einer in Richtung Eingriff wirkenden Vorspannkraft,
die der Ausrückvorspannkraft entgegengerichtet ist, wobei die
zweite Gegengewichtseinrichtung aufgrund der Drehzahl des
antreibenden Teils nach außen verlagerbar ist, wobei die in
Richtung Eingriff wirkende Vorspannkraft, die erzeugt wird,
eine Größe hat, die mit der radialen Position der zweiten
Gegengewichtseinrichtung variiert, wobei die Größe zunimmt, wenn
die zweite Gegengewichtseinrichtung weiter radial nach außen
verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Gegengewichtseinrichtung eine erste Gesamtmasse hat und daß die
zweite Gegengewichtseinrichtung eine zweite Gesamtmasse hat,
wobei die zweite Gesamtmasse größer als die erste Gesamtmasse
ist.
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Vorteilhafte Merkmale der Kupplungsbaugruppe sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Verwendung einer Einrückgegengewichtseinrichtung, die eine
größere Gesamtmasse als die Ausrückgegengewichtseinrichtung
hat, erlaubt den ratschenden Wiedereingriff der Kupplungsteile
bei Starterturbinendrehzahlen zu erzielen, die wesentlich
niedriger sind als die Turbinentriebwerksdrehzahl, da die
einrückenden
Kugeln die ausrückenden Kugeln radial einwärts
drücken, bevor die Drehzahlen gleich werden. Sobald sich die
beiden Kupplungsteile mit derselben Drehzahl drehen, kann daher
die schwerere Einrückgegengewichtseinrichtung die beiden
Kupplungsteile in Eingriff bringen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und von deren Ausführungsform
deutlicher werden, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt
ist, in der:
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Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht
eines pneumatischen Starters ist, der eine Ausführungsform der
Kupplungsbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung aufweist;
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Fig. 2 eine Schnittseitenansicht der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe ist,
welche die Anordnung der Kupplungsbaugruppe im Stillstand
veranschaulicht;
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Fig. 3 eine Schnittseitenansicht der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe ist,
welche die Anordnung der Kupplungsbaugruppe während der
Übertragung von Antriebsdrehmoment veranschaulicht;
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Fig. 4 eine Schnittseitenansicht der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe ist,
welche die Anordnung der Kupplungsbaugruppe bei dem Ausrücken
veranschaulicht; und
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Fig. 5 eine Schnittseitenansicht der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe ist,
welche die Anordnung der Kupplungsbaugruppe während des
Freilaufs nach dem Ausrücken veranschaulicht.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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In Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein
pneumatischer Starter 10 des allgemeinen Typs gezeigt, der häufig zum
Starten von Gasturbinentriebwerken wie beispielsweise
Flugzeugturbinentriebwerken benutzt wird. Der pneumatische Starter
10, der auch als Luftturbinenstarter bezeichnet wird, hat ein
Turbinenrad 20, das durch ein Druckgas, am üblichsten durch
Druckluft, aus einer äußeren Quelle angetrieben wird, welches
durch ihn hindurchgeleitet wird, damit er Energie aus dem Gas
entnimmt und die entnommene Energie aufim Stand der Technik
bekannte Art und Weise in mechanische Energie umwandelt. Die
vorliegende Erfindung wird zwar hier unter Bezugnahme auf
einen Luftturbinenstarter beschrieben, es ist jedoch klar, daß
die Kupplungsbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung bei
jedem undirektionalen Antriebssystem verwendet werden kann, bei
dem eine Kupplung benutzt wird, um eine Drehung von einer
antreibenden Welle auf eine angetriebene Welle zu übertragen.
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Der pneumatische Starter 10 hat ein Getriebegehäuse 12, das
zwischen einem Einlaßgehäuse 14 und einem Vorgelegegehäuse 16
angeordnet und an denselben befestigt ist. Das Einlaßgehäuse
14 enthält eine Strömungskammer 15 mit einem axialen
Strömungseinlaß 25 und einem ringförmigen Strömungsauslaß 35. In
der Strömungskammer 15 ist zwischen denselben ein Turbinenrad
20 angeordnet, das mehrere Schaufeln 22 aufweist, die an
seinem äußeren Umfang angeordnet sind, und eine zentrale, sich
axial erstreckende Welle 24. Das Turbinenrad 20 ist auf seiner
Welle 24 so befestigt, daß die Welle 24 um ihre Achse in
Drehung versetzt wird, wenn das Turbinenrad 20 durch die
Druckluft in Drehung versetzt wird, welche aus einer externen
Quelle dem Strömungseinlaß 25 zugeführt wird und durch die
Turbinenschaufeln 22 hindurch zu dem Strömungsauslaß 35 geht.
Ein Turbinenschild 17 mit mehreren Leitschaufeln 19, die an
dessen Umfang angeordnet sind, kann innerhalb der
Strömungskammer 15 vorderhalb des Turbinenrades 20 angeordnet sein, um
sicherzustellen, daß die ankommende Druckluft auf eine
gewünschte Art und Weise richtig durch die Turbinenschaufeln 22
hindurchgeleitet wird. Ein Strömungsablenker 21 kann
stromabwärts des Turbinenrades 20 angeordnet sein, um die Abluft aus
den Turbinenschaufeln 22 zu dem Strömungsauslaß 35 zu lenken.
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Die Energie, die der Druckluft über das Turbinenrad 20
entnommen wird, wird über die Turbinenwelle 24 geleitet, um eine
oder mehrere Planetengetriebebaugruppen 30 anzutreiben, z.B.
drei Planetengetriebebaugruppen, die in gleichen
Umfangsabständen um das Ende 26 der Turbinenwelle 24 angeordnet sind.
Jede Planetengetriebebaugruppe 30 hat ein Antriebszahnrad 32
an einem Ende und eine zentrale Tragwelle 34, welche mittels
Lagern 36, z.B. Rollenlagern, auf einer stationären Welle 33
drehbar gelagert ist, und ein zweites Zahnrad 38, das
ebenfalls auf der Tragwelle 34 an dem anderen Ende derselben
vorgesehen ist. Vorteilhafterweise können das Antriebszahnrad 32,
das zweite Zahnrad 38 und die Tragwelle 34 als ein einzelnes
integrales Teil ausgebildet sein. Das Antriebszahnrad 32 jeder
Planetengetriebebaugruppe 30 ist über kämmende Zähne mit einem
Sonnenrad 28 operativ verbunden, das an dem Ende 26 der
Turbinenwelle 24 vorgesehen ist, und das zweite Zahnrad 38 jeder
Planetengetriebebaugruppe 30 ist über kämmende Zähne mit einem
Hohlrad 40 operativ verbunden, das koaxial um die Achse 11 der
Turbinenwelle 24 angeordnet ist.
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Es erstreckt sich axial nach außen durch eine zentrale Öffnung
18 in dem Vorgelegegehäuseabschnitt 16 des Starters 10
hindurch und koaxial längs der Achse 11 desselben eine
Abtriebswelle 60, die ein distales Ende 62 hat, das mit Einrichtungen
wie beispielsweise Keilzähnen 64 zum Eingriff mit einer
Triebwerkswelle (nicht dargestellt) in dem Getriebe des
Turbinentriebwerks (nicht dargestellt) wie beispielsweise eines
Flugzeugturbinentriebwerks, bei dem der Starter 10 zum Starten des
Turbinentriebwerks benutzt wird, versehen ist. Die
Abtriebswelle 60 ist in Lagereinrichtungen 66 drehbar gelagert, die in
der zentralen Öffnung 18 angeordnet und an dem
Gehäuseabschnitt 16 abgestützt sind.
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Das Hohlrad 40 hat ein insgesamt zylindrisches Teil, welches
sich axial um die Achse 11 erstreckt. Eine erste Gruppe von
Zahnradzähnen 41 ist an dem inneren Umfang des inneren Endes
des Hohlrades 40 angeordnet, wobei die Zähne 41 operativ mit
den Zähnen 31 der zweiten Zahnräder 38 jedes Planetengetriebes
30 kämmen. Eine zweite Gruppe von Zähnen 43 ist an dem inneren
Umfang des äußeren Endes des Hohlrades 40 angeordnet, die mit
zusammenpassenden Zähnen eines Hohlradträgers 50 operativ
kämmen, welcher koaxial um die Achse 11 angeordnet und zur
Drehung um die Achse 11 auf einem Lager 29 gelagert ist, das auf
einem zentralen Strebenteil 39 befestigt ist, welches sich von
dem Gehäuse 12 aus einwärts erstreckt.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 2, auf die nun Bezug genommen
wird, weist der Hohlradträger 50 vorteilhafterweise ein erstes
Teil 52 auf, das auf dem Lager 29 drehbar gelagert ist und
einen Flanschteil hat, der sich von ihm aus radial nach außen
erstreckt, und ein zweites Teil 54, das einen radialen
Flanschteil hat, der an dem Flanschteil des ersten Teils 52 so
befestigt ist, daß er sich von ihm aus radial nach außen
erstreckt, und einen insgesamt zylindrischen Körperteil, der
sich von ihm aus axial nach außen erstreckt. Der äußere
Umfangsteil des Flansches des zweiten Teils 54 ist mit Zähnen 53
versehen, die mit den Zähnen 43 des Hohlrades 40 operativ in
Eingriff sind. Eine zweite Gruppe von Zähnen 55 ist an dem
inneren Umfang des zylindrischen Teils 56 des zweiten Teils 54
des Hohlradträgers 50 angeordnet.
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Eine Kupplungsbaugruppe 70 ist operativ zwischen dem
Hohlradträger 50 und der Abtriebswelle 60 angeordnet. Die
Kupplungsbaugruppe hat ein erstes Kupplungsteil 80 mit einer
zugeordneten Eingriffseinrichtung 82 und ein zweites Kupplungsteil 90
mit einer zugeordneten Eingriffseinrichtung 92. Das erste
Kupplungsteil 80 ist der Abtriebswelle 60 operativ zugeordnet,
wodurch sich die Abtriebswelle 60 mit dem ersten Kupplungsteil
80 dreht, wogegen das zweite Kupplungsteil 90 der
Antriebswelle 24 der Starterturbine 10 operativ zugeordnet ist,
wodurch das zweite Kupplungsteil 90 durch die Antriebswelle 24
in Drehung versetzt wird. Die Eingriffseinrichtung 82 des
ersten Kupplungsteils 80 und die Eingriffseinrichtung 92 des
zweiten Kupplungsteils 90 sind dafür ausgebildet, gegenseitig
ineinander einzugreifen, um so, wenn sie in Eingriff sind,
Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 24 auf die
Abtriebswelle 60 zu übertragen.
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Das erste Kupplungsteil 80, das einstückig mit der
Abtriebswelle 60 ausgebildet oder ein an der Abtriebswelle 60
befestigtes separates Teil sein kann, ist während des Betriebes
axial stationär, wogegen das zweite Kupplungsteil 90 relativ
zu dem ersten Kupplungsteil 80 axial verschiebbar ist zwischen
einer ersten Position, die in Fig. 3 dargestellt ist, in der
die Eingriffseinrichtung 92 des zweiten Kupplungsteils 90 mit
der Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils 80
operativ in Eingriff ist, so daß das Antriebsdrehmoment von der
Antriebswelle 24 auf die Abtriebswelle 60 übertragen wird, und
einer zweiten Position, die in Fig. 4 dargestellt ist, in der
die Eingriffseinrichtung 92 des zweiten Kupplungsteils 90 aus
der Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils 80
ausgerückt ist. Vorteilhafterweise kann das zweite Kupplungsteil
90 ein ringförmiges, scheibenartiges Teil 94 aufweisen, an
dessen äußerem Umfang eine Gruppe von Zähnen 95 angeordnet ist
und das dafür ausgebildet ist, mit den Zähnen 55 in Eingriff
zu kommen, die an dem inneren Umfang des zylindrischen
Flansches 56 angeordnet sind, der sich von dem Flansch 54 des
Hohlradträgers 50 axial nach außen erstreckt. Die Zähne 95 und
55 bilden vorteilhafterweise ineinander eingreifende
Keilverzahnungen, die so ineinander passen, daß das zweite
Kupplungsteil 90 längs des Flansches 54 axial verschiebbar ist und mit
dem Hohlradträger 50 in Drehung versetzt wird, der durch die
Antriebswelle 24 angetrieben wird. Am vorteilhaftesten sind
die Keilverzahnungseinrichtungen 95 und 55 jeweils eine
schraubenförmige Keilverzahnung, die unter einem Winkel von
vorzugsweise etwa 45 Grad gegen die Achse 11 angeordnet ist.
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Eine elastische Vorspanneinrichtung 96 kann vorgesehen sein,
um das zweite Kupplungsteil 90 in Richtung auf das erste
Kupplungsteil 80 vorzuspannen und dadurch sicherzustellen, daß die
Eingriffseinrichtung 92 des zweiten Kupplungsteils 90 mit der
Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils 80 in
Eingriff ist, wenn die Kupplungsbaugruppe gemäß der Darstellung
in Fig. 2 im Stillstand ist. Vorteilhafterweise kann die
Vorspanneinrichtung 96 eine Wellenfeder aufweisen, die koaxial um
die Achse 11 und zwischen dem Teil 52 des Hohlradträgers 50
und der Rückseite des zweiten Kupplungsteils 90 angeordnet
ist. Darüber hinaus kann eine zweite elastische
Vorspanneinrichtung 97 vorgesehen sein, um den Hohlradträger 50 in
Richtung zu der Ausgangswelle 60 vorzuspannen und dadurch die
erste Vorspanneinrichtung 95 durch Positionieren des
Hohlradträgers 50 außerhalb der Abtriebswelle 60 zu unterstützen, wenn
die Kupplungsbaugruppe im Stillstand ist. Vorteilhafterweise
kann die Vorspanneinrichtung 97 eine Wellenfeder aufweisen,
die koaxial um die Achse 11 und zwischen der Lagereinrichtung
29 und einem radial einwärts gerichteten Flanschteil 58 des
Hohlradträgers 50 angeordnet ist.
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Die Kupplungsbaugruppe 70 weist weiter eine
drehzahlempfindliche Kupplungsvorspanneinrichtung 100 auf zum differentiellen
Vorspannen des zweiten Kupplungsteils 90 außer Eingriff mit
dem ersten Kupplungsteil 80 immer dann, wenn die Drehzahl des
ersten Kupplungsteils 80, das sich mit der Abtriebswelle 60
dreht, ausreichend größer ist als die Drehzahl des zweiten
Kupplungsteils 90, das durch die Turbinenwelle 24 angetrieben
wird, damit die Ausrückvorspannkraft die Federkraft
überwindet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
die drehzahlempfindliche Kupplungsvorspanneinrichtung außerdem
eine Einrichtung auf zum Neutralisieren der Vorspannung in
Richtung Ausrücken, wenn die Drehzahl des zweiten
Kupplungsteils 90 sich der Drehzahl des ersten Kupplungsteils 90
nähert. In dem Fall eines Kupplungswiedereingriffes im Anschluß
an einen abgebrochenen Start bewirkt daher die
drehzahlempfindliche Vorspanneinrichtung 100 aufgrund der zunehmenden
Drehzahl des zweiten Kupplungsteils 90, das durch die
Turbinenwelle 24 angetrieben wird, daß die Differentialkraft
neutralisiert
wird, die das zweite Kupplungsteil 90 in Richtung
Ausrücken aus dem ersten Kupplungsteil 80 vorspannt, wenn sich
die Drehzahl des beschleunigenden zweiten Kupplungsteils 80
der Drehzahl des langsamer werdenden ersten Kupplungsteils 80
nähert, wodurch der elastischen Vorspannfedereinrichtung 96
gestattet wird, eine ausreichende Kraft auf das zweite
Kupplungsteil 90 auszuüben, um die Eingriffseinrichtung 92
desselben und die Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils
80 in ratschenden Eingriff zu bringen, bevor die Drehzahl des
langsamer werdenden ersten Kupplungsteils 80 auf dieselbe
Drehzahl wie die des beschleunigenden zweiten Kupplungsteils
90 abnimmt, wodurch ein Crash-Wiedereingriff vermieden wird.
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Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 bis 5, auf die nun Bezug
genommen wird, weist die drehzahlempfindliche
Vorspanneinrichtung 100 vorteilhafterweise eine erste
Gegengewichtseinrichtung 102 auf, die aufgrund der Drehzahl der Abtriebswelle 60
selektiv positionierbar ist, so daß eine Ausrückvorspannkraft
erzeugt wird, die bewirkt, daß das zweite Kupplungsteil 90 weg
von dem Eingriff mit dem ersten Kupplungsteil 80 zunehmend
vorgespannt wird, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 60
zunimmt, eine zweite Gegengewichtseinrichtung 104, die aufgrund
der Drehzahl der Turbinenwelle 24 selektiv positionierbar ist,
so daß eine Vorspannkraft erzeugt wird, die der
Ausrückvorspannkraft entgegenwirkt, welche durch die erste
Gegengewichtseinrichtung 102 erzeugt wird, wobei diese
Einrückvorspannkraft zunimmt, wenn die Drehzahl der Turbinenwelle 24 zunimmt,
und eine Einrichtung, zum Tragen der ersten und zweiten
Gegengewichtseinrichtung 102 und 104 in operativer Zuordnung zu dem
ersten und zweiten Kupplungsteil 80 und 90.
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Die Trageinrichtung kann ein erstes Tragteil 110 aufweisen,
das dafür ausgebildet ist, die erste Gegengewichtseinrichtung
102 zu tragen, und ein zweites Tragteil 120, das dafür
ausgebildet ist, die zweite Gegengewichtseinrichtung 104 zu tragen.
Das erste Tragteil 110 hat einen zylindrischen zentralen Teil
112, durch den das erste Tragteil 110 auf einer sich axial
erstreckenden Welle 114 verschiebbar gelagert ist, die an der
Abtriebswelle 60 befestigt oder einstückig mit dieser
ausgebildet ist, so daß sie sich mit dieser dreht, und eine
ringförmige Stirnfläche, die sich radial nach außen erstreckt und
einer gegenüberliegenden Stirnfläche 81 des ersten
Kupplungsteils 80 zugewandt ist. Das erste Tragteil 110 kann mit
Rilleneinrichtungen 116 versehen sein, die in operativer
Zuordnung zu der gegenüberliegenden Stirnfläche 81 des ersten
Kupplungsteils 80 mehrere Laufbahnen 115 bilden, von denen jede
einen Weg darstellt, längs welchem sich die erste
Gegengewichtseinrichtung 102, die vorteilhafterweise mehrere
Fliehgewichteinrichtungen, eine pro Laufbahn, wie
beispielsweise Kugeln oder Rollen, aufweist, sich aufgrund der Drehzahl
der Abtriebswelle 60 bewegt. Die Stirnfläche 81 kann mit
Taschen 83 versehen sein, die darin als Fortsätze der Laufbahnen
115 gebildet sind. Das zweite Teil 120 ist zur Drehung relativ
zu dem ersten Teil 110 auf dem Lager 122 drehbar gelagert, das
koaxial um den zylindrischen Teil 112 des ersten Teils 110
angeordnet ist, und hat eine sich radial nach außen erstreckende
ringförmige Stirnfläche 124, die dem radial einwärts
gerichteten Flanschteil 58 des Hohlradträgers 50 gegenüberliegt Die
gegenüberliegende Stirnfläche 59 des Flanschteils 58 des
Hohlradträgers 50 kann mit Rilleneinrichtungen 126 versehen sein,
die in operativer Zuordnung zu der gegenüberliegenden
Stirnfläche des zweiten Teils 120 mehrere Laufbahnen 125 bilden,
von denen jede einen Weg darstellt, längs welchem sich die
zweite Gegengewichtseinrichtung 104, die vorteilhafterweise
mehrere Fliehgewichtseinrichtungen umfaßt, eine pro Laufbahn,
wie beispielsweise Kugeln oder Rollen, aufgrund der Drehzahl
des Hohlradträgers 50 bewegt, der durch die Turbinenwelle 24
angetrieben wird. In dem zweiten Teil 120 können Taschen 63
als Fortsätze der Laufbahnen 125 gebildet sein. Darüber hinaus
hat das zweite Teil 120 einen Umfangsflanschteil 126, der sich
von seiner äußeren umfangsoberfläche radial nach außen
erstreckt und dafür ausgebildet ist, sich an eine nach außen
gewandte Oberfläche des zweiten Kupplungsteils 90 anzulegen.
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Wenn die Kupplungsbaugruppe nach der Erfindung im Stillstand
ist, d.h., wenn sowohl die Luftturbinenwelle 24 als auch die
Abtriebswelle 60 in Ruhe sind, d.h. sich nicht drehen, wie es
in Fig. 2 dargestellt ist, sind sowohl die erste
Fliehgewichtseinrichtung 102 als auch die zweite Fliehgewichtseinrichtung
104 in Ruhe und erzeugen keinerlei Vorspannkräfte. In diesem
Zustand ist das zweite Kupplungsteil 90 nach vom, d.h. nach
außen durch die erste elastische Federeinrichtung 96
vorgespannt, so daß ihre Eingriffseinrichtung 92 mit der
Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils 80 in Eingriff ist.
Es verbleibt jedoch ein schmaler axialer Spalt 5 zwischen der
Kupplungsbaugruppe und der Umfangslippe 57 des Hohlradträgers
50.
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Sobald der Luftturbine Antriebsfluid zugeführt wird, beginnt
sich die Turbinenwelle 24 zu drehen und schnell von dem
Ruhezustand auf eine vorbestimmte Abschaltdrehzahl zu
beschleunigen, die üblicherweise in dem Bereich von 4500 bis 6500 U/min
liegt. Immer dann, wenn Drehmoment erzeugt wird, um die
Turbinenwelle 24 anzutreiben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist,
wird der axiale Spalt 5 eliminiert, und das Hohlrad 40 wird
aufgrund dessen in Drehung versetzt und treibt seinerseits den
Hohlradträger 50 und somit das zweite Kupplungsteil 90 an,
welches durch eine Keilnutverzahnung mit dem Hohlradträger 50
verbunden ist, wie es oben beschrieben worden ist. Da das
erste und das zweite Kupplungsteil 80 und 90 bereits im
Stillstand in Eingriff sind, wird das Antriebsdrehmoment von dem
zweiten Kupplungsteil 90 auf das erste Kupplungsteil 80
übertragen, um die Abtriebswelle 60 von dem Ruhezustand aus auf
die vorbestimmte Abschaltdrehzahl zu bringen.
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Wenn das erste und das zweite Kupplungsteil in
Antriebsbeziehung sind, werden die Drehzahl des ersten Kupplungsteils 80
und des zweiten Kupplungsteils 90 während des gesamten
Beschleunigungsprozesses dieselben sein. Wenn die Kupplungsteile
beschleunigen, bewegen sich sowohl die erste
Fliehgewichtseinrichtung 102 als auch die zweite Fliehgewichtseinrichtung 104
in ihren Laufbahnen unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften
radial nach außen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch,
daß die zweite Fliehgewichtseinrichtung 104 mit einer größeren
Gesamtmasse als die Gesamtmasse der ersten
Fliehgewichtseinrichtung 102 versehen wird, z.B. durch Wählen von mehr oder
schwereren Schwungkugeln für die zweite
Fliehgewichtseinrichtung als für die erste Fliehgewichtseinrichtung, überschreitet
die in Richtung Eingriff wirkende Vorspannkraft, welche durch
die Auswärtsbewegung der zweiten Fliehgewichtseinrichtung 104
erzeugt wird, die in Richtung Ausrücken wirkende
Vorspannkraft, die durch die Auswärtsbewegung der ersten
Fliehgewichtseinrichtung 102 erzeugt wird. Da die Teile, aus denen die
zweite Fliehgewichtseinrichtung 104 aufgebaut ist, eine
größere Gesamtmasse als die erste Fliehgewichtseinrichtung 102
haben, erreichen sie die äußere Grenze ihrer Laufbahnen
während des Beschleunigungsprozesses. Wenn Drehmoment aufgebaut
wird, wird der Hohlradträger 50 axial nach hinten, d.h.
einwärts gegen die zweite Vorspannfeder 97 verlagert, während die
erste Vorspannfeder 96 weiterhin das zweite Kupplungsteil 90
in Eingriff mit dem ersten Kupplungsteil 80 hält. Infolge der
Ausübung von Drehmoment wird eine feste, positive
Drehmomentübertragungsbeziehung während des gesamten
Beschleunigungsprozesses aufrechterhalten, bis die
vorbestimmte Abschaltdrehzahl erreicht ist, bei der sich die
Kupplungsteile trennen. Nachdem diese Drehzahl erreicht worden
ist, sind die Kupplungsteile freilaufend, und der Strom von
Antriebsfluid zu der Starterturbine wird abgeschaltet.
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Bei Beendigung des Stroms von Antriebsfluid zu der
Starterturbine wird die Turbinenwelle 24 schnell langsamer, während die
Abtriebswelle 60 fortfährt, schnell zu beschleunigen, da sie
durch eine Keilverzahnung mit der Welle des Turbinentriebwerks
verbunden ist, das während des Beschleunigungsprozesses
gezündet wird. Daher wird anschließend an das Abschalten die
Eingriffseinrichtung 82 des ersten Kupplungsteils 80 längs der
Eingriffseinrichtung 92 des zweiten Kupplungsteils 90
ratschen Da das zweite Kupplungsteil 90 längs des Hohlradträgers
50 axial verschiebbar ist, werden die Kräfte, die auf die
Eingriffseinrichtung 92 des zweiten Kupplungsteils 90 durch die
noch beschleunigende Eingriffseinrichtung 82 des ersten
Kupplungsteils 80 ausgeübt werden, bewirken, daß das zweite
Kupplungsteil
entgegen der ersten Vorspannfeder 96 während des
Ratschens nach hinten verschoben wird, wie es in Fig. 4
dargestellt ist. Die Eingriffseinrichtungen 82 und 92 weisen
zusammenpassende Oberflächen auf, die eine derartige Kontur haben,
daß sie für eine formschlüssige Drehmomentübertragung sorgen,
wenn sich die Kupplungsteile in einer Richtung drehen, und das
Ausrücken erleichtern, wenn sich die Kupplungsteile in der
entgegengesetzten Richtung drehen. Vorteilhafterweise können
die Eingriffseinrichtungen 82 und 92 schraubenförmige
zusammenpassende Oberflächen aufweisen.
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Das erste Kupplungsteil 80 wird fortfahren, auf dem zweiten
Kupplungsteil 90 zu ratschen, bis die Drehzahl der
Abtriebswelle 60, die mit der Triebwerkswelle beschleunigt, die
Drehzahl der langsamer werdenden Turbinenwelle 24 wesentlich
übersteigt, z.B. um etwa 4000 Umdrehungen pro Minute. An diesem
Punkt ist das zweite Kupplungsteil 90 aus dem ersten
Kupplungsteil 80 vollständig ausgerückt, wie es in Fig. 5 gezeigt
ist, und die Abtriebswelle 60 ist freilaufend und wird durch
die Triebwerkswelle angetrieben, mit der sie verbunden ist. In
der Freilaufbetriebsart ist das zweite Kupplungsteil 90 nach
hinten verschoben worden, d.h. einwärts weg von dem ersten
Kupplungsteil 80, da die in Richtung Ausrücken wirkende
Vorspannkraft, welche durch die erste Fliehgewichtseinrichtung
102 erzeugt wird, deren Teile fortfahren, sich radial nach
außen zu bewegen, bis sie die äußere Grenze ihrer Laufbahnen
unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte erreichen, welche aus
der schnell zunehmenden Drehzahl der Abtriebswelle 60
resultieren, wenn diese auf die Triebwerksbetriebsdrehzahl
beschleunigt, welche üblicherweise in dem Bereich von etwa 16
000 U/min liegt, nun die in Richtung Einrücken wirkende
Vorspannkraft übersteigt, welche durch die zweite
Fliehgewichtseinrichtung 104 erzeugt wird und schnell auf null abnimmt, da
die Turbinenwelle 24 schnell auf null verlangsamt wird, und
die Teile der zweiten Fliehgewichtseinrichtung 104 kehren in
die Ruheposition zurück. Infolgedessen verschiebt sich die
gesamte Vorspanneinrichtungsbaugruppe 100 unter der auf sie
durch die erste Fliehgewichtseinrichtung 102 ausgeübten Kraft
axial nach hinten, wobei sie das zweite Kupplungsteil 90
mitnimmt, das durch den Umfangsflanschteil 128 erfaßt wird, der
sich von der äußeren Umfangsoberfläche des zweiten Teils 120
der Vorspanneinrichtungsbaugruppe 100 radial nach außen
erstreckt. Wenn das zweite Kupplungsteil so positioniert wird,
wird die erste Vorspannfeder 96 zusammengedrückt, und der
Spalt 5 zwischen der Kupplungsbaugruppe und der Lippe 57 des
Hohlradträgers 50 wird wieder hergestellt.
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In dem Fall, in welchem sich an das Ausrücken ein
abgebrochener Triebwerksstart anschließt, erleichtert die
Kupplungsbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung den Wiederstart des
Triebwerks durch den Starter ohne einen Crash-Wiedereingriff
des ersten und zweiten Kupplungsteils der Kupplungsbaugruppe.
In einem solchen Fall wird die Abtriebswelle 60 langsamer,
wenn die Turbinenwelle 24 bei dem Wiederstart des
Turbinenstarters durch Zufuhr von Antriebsfluid zu diesem
beschleunigt. Wenn die Turbinenwelle 24 beschleunigt, bewegen sich die
Teile, die die zweite Fliehgewichtseinrichtung 104 bilden, in
ihren Laufbahnen wieder radial nach außen, während sich die
Teile, die die erste Fliehgewichtseinrichtung 102 bilden, in
ihren Laufbahnen radial einwärts bewegen. Infolgedessen nimmt
die in Richtung Einrücken wirkende Vorspannkraft, welche durch
die zweite Fliehgewichtseinrichtung 104 erzeugt wird, schnell
zu, wenn die Turbinenwelle 24 beschleunigt, während die
Ausrückvorspannkraft, welche durch die erste
Fliehgewichtseinrichtung 102 erzeugt wird, abnimmt, wenn die Abtriebswelle 60
mit der Triebwerkswelle, mit der sie verbunden ist, langsam
langsamer wird. Wenn die Drehzahl des zweiten Kupplungsteils
90, das mit der Starterturbinenwelle 24 beschleunigt, sich der
Drehzahl des ersten Kupplungsteils 80 nähert, wird die in
Richtung Eingriff wirkende Vorspannkraft, welche durch die
zweite Fliehgewichtseinrichtung 104 erzeugt wird, allmählich
die Ausrückvorspannkraft überwinden, die durch die erste
Fliehgewichtseinrichtung 102 erzeugt wird, wodurch der
Vorspannfeder 96 gestattet wird, daß zweite Kupplungsteil 90 nach
außen zu drücken, wobei zuerst das zweite Kupplungsteil 90 in
ratschende Berührung mit dem ersten Kupplungsteil 80 gebracht
wird und dann, wenn die Drehzahl des ersten und zweiten
Kupplungsteils gleich wird, das zweite Kupplungsteil 90 in
Drehmomentübertragungswiedereingriff mit dem ersten Kupplungsteil 80
gebracht wird, wodurch die Drehmomentübertragungsbeziehung von
der Starterturbinenwelle 24 auf die Abtriebswelle 60 ohne
Crash-Eingriff hergestellt wird und der Wiederstart des
Triebwerks, mit dem die Abtriebswelle 60 verbunden ist, wieder
eingeleitet werden kann.