DE2024125A1

DE2024125A1 - Kombiniertes Hilfskraft und Trieb werkandrehsystem

Info

Publication number: DE2024125A1
Application number: DE19702024125
Authority: DE
Inventors: Peter Bruno North Norman Frederick Fareham Hampshire Kahn (Groß bntannien)
Original assignee: The Plessey Company Ltd , Ilford, Essex (Großbritannien)
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1970-05-16
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3662544A; FR2047811A5; GB1309077A; SE355046B

Description

Kombiniertes Hilfskraft- "und Triebwerkandrehsystem.

Die Erfindung bezieht sich auf Hilfskraftsysteme, die derart aufgebaut sind, daß deren Kraftmaschine, wenn erforder-. lieh, verwendet werden kann, um ein Triebwerk anzudrehen, beispielsweise ein Hauptstrahltriebwerk eines Plugzeuges und die Erfindung hat zum Ziel, eine verbesserte Hilfskraftanlage von der beschriebenen Art zu schaffen, die das Andrehen des Triebwerkes ermöglicht, wenn die Hilfskraftanlage sich bereits im Betrieb befindet und beispielsweise einen elektrischen Strom erzeugt, ohne daß eine erhebliche zeitweilige Verminderung der Drehzahl der Hilfskraftanlage auftritt.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß im Antrieb von einer Ausgangswelle einer Hilfskraftanlage zu jedem Triebwerk, welches durch die Hilfskraftanlage angedreht werden soll, ein Differentialgetriebe eingebaut ist, von dem zwei Elemente mit der Hilfskraftanlage und mit dem Triebwerk gekuppelt sind, während das dritte Element mit einer Zahnradpumpe oder einer anderen Verdrängerpumpe verbunden ist, die derart augebildet ist, daß, wenn ein Vorwärtsantriebsdrehmoment auf das Triebwerk übertragen wird, diese Pumpe ein fluidee Medium, vorzugsweiae eine Flüssigkeit, zu einer Niederdruckstelle

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ORIGINAL INSPECTED

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derdruckstelle fördert, um diese Flüssigkeit 'beispielsweise zum Pumpeneinlaß zurückzuführen und zwar durch ein Druckaufrechterhaltungsventil, dessen Belastung normalerweise sehr niedrig gehalten wird, damit eine im wesentlichen unbehinderte Strömung der abgegebenen Flüssigkeit erfolgen kann, woduroh die Pumpe-ββ dem dritten Element ermöglichen kann, sich mit einem sehr geringen Widerstand zu drehen, wobei dieses Ventil eine Belastungseinrichtung aufweist, vorzugsweise eine einstellbare Feder, um die Feder oder deren äquivalentes Element mit einer Kraft vorzubelasten, die derart bestimmt ist, daß das Drehmoment, P welches der Drehung des dritten Elementes durch den Druckabfall in diesem Ventil entgegenwirkt, über das Differentialgetriebe dem Triebwerk ein ausreichendes Drehmoment zuführt, um das Triebwerk anzudrehen, wobei dieses Drehmoment jedoch nicht ausreicht, um die Drehzahl der Hilfskraftanlage unter eine vorbestimmte Grenze abzusenken.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, eine Hilfseinrichtung für das Triebwerk vorzusehen, um, wenn dieses normal läuft, eine Antriebskraft auf die Hilfskraftanlage zu übertragen, um auf diese Weise beispielsweise den Antrieb eines elektrischen Generators oder einer anderen Flugzeughilfsanlage zu übernehmen, die vorher von der Kraftmaschine der Hilfskraftanlage betätigt wurde. Gemäß einer weiteren Entwicklung der·Erfindung kann dies in der Weiae erfolgen, daß in einer Leitung, die die Uiederdruckstelle mit der anderen Seite der Pumpe verbindet, ein zweites Druokaufrechterhaltungsventil vorgesehen wird, welches durch eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung betätigbar ist und welches vorzugsweise dauernd in eine Öffnungsstellung bei einem Druck vorgespannt ist, der dem maximalen Drehmoment entspricht, welches von der Andreh-Kraftausgangswelle auf die Hilfskrafteinheit übertragen werden aoll, um einem geeigneten Drehmomenten-

wideratand 009883/U26

■widerstand gegen die Drehung des dritten Elementes des Differentialgetriebes in entgegengesetzter Richtung entgegenzuwirken, wenn diese Ausgangswelle die Neigung hat, schneller zu laufen, als mit der Drehzahl, mit der die Welle durch die Hilfskrafta.nlage über das Differential- ■ getriebe angetrieben wird, wobei vom Rückstrom betätigte Rückschlagventile vorgesehen sind, die die beiden Druckaufrechterhaltungsventile überbrücken, damit eine unbehinderte Strömung an jedem Druckaufrechterhaltungsventil in einer Richtung vorbeigehen kann, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der das Druckaufrechterhaltungsventil wirksam ist, so daß während des Andrehens eines Triebwerkes das Nebenschlußventil oder Überbrückungsventil des zuletzt genannten Druckaufrechterhaltungsventiles offen ist und während der Antriebsverbindung von Triebwerk zur Hilfskraftanlage das Rückschlagventil offen ist, welches das zuerst genannte Druckaufrechterhaltungsventil überbrückt. '

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel erläutert werden, bei welchem zwei Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, die als Backbordtriebwerk und Steuerbordtriebwerk eines Flugzeuges dargestellt sind. Es soll nunmehr eine Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erfolgen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Systems,

Fig. 2 eine detaillierte Ansicht des bei dem System in Verbindung mit dem Steuerbordtriebwerk verwendeten Getriebes und

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der hydraulischen Kreise, die die beiden in Fig. 2 dargestellten Zahnradpumpen aufweisen.

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Es sei zuerst auf Pig. 1 Bezug genommen. Das Backbordtriebwerk und das Steuerbordtriebwerk eines Plugzeuges sind mit E₁ und E₂ gekennzeichnet« A ist eine Hilfskraftanlage, beispielsweise eine Gasturbinenanlage, die mit den erforderlichen Einrichtungen ausgerüstet ist., um diese Gasturbine zu starten.

Die'se Hilfskraftanlage A ist dazu bestimmt, während des normalen Pluges des Plugzeuges Plugzeugshilfssysteme anzutreiben, und/oder die Drehzahl von Plugzeughilfssystemen zu steuern, wobei diese Hilfssysteme durch die beiden Generatoren g und die beiden Hydraulikpumpen d gekennzeichnet sind, wobei je eine dieser Hilfsanlagen je einem der Triebwerke E₁ und Ep zugeordnet ist und die Hilfskraftanlage ist auch dazu bestimmt, die Triebwerke derart anzudrehen, daß das Andrehen eines Triebwerkes durchgeführt werden kann, während die Hilfseinrichtungen im Betrieb sind, ohne daß die Drehzahl der Hilfseinrichtungen, wie sie durch die Drehzahlsteuerung eingestellt wird, die einen Teil der Hilfskraftanlage A bildet, unnötig herabgesetzt wird. Die Einrichtungen zur Verteilung der Antriebsleistung von der Hilfskraftanlage A sind in zwei Getriebekasten 'B₁ und Bp angeordnet, die durch Andreh-Leistungsabgabewellen e.| und ep mit dem Steuerbord triebwerk E₁ und mit dem Backbordtriebwerk Ep verbunden sind. Der Getriebekasten B₁ ist ebenfalls mit Einrichtungen ausgestattet, um die Hilfskraftanlage A zu befestigen und mit Einrichtungen, um eine Antriebsleistung zwischen dieser Hilfskraftanlage A und dem zweiten Getriebekasten Bp zu übertragen, wenn dies erforderlich ist.

Es sei nunmehr auf Pig. 2 Bezug genommen. Die Pig, 2 kann mit den entsprechenden Abänderungen, die noch deutlich werden, auch als Darstellung des Getriebekastens Bp ange

sehen

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sehen werden. 3*eder Getriebekasten trägt mittels geeigneter Konsolen eine Hydraulikpumpe d und einen Stromgenerator g, wobei diese Teile derart ausgelegt sind, daß sie mit einer konstanten Drehzahl angetrieben werden. Der Steuerbordgetriebekasten B₁ weist noch eine zusätzliche Konsole zur Befestigung der Hilfskraftanlage A auf, wobei diese beispielsweise ein Gasturbinentriebwerk sein kann, wie es von der Firma The Plessey Company Limited unter dem Handelsnamen SOLElT erhältlich ist» Bei diesem Triebwerk wird ein Ausgang von einer Kraftturbine abgenommen, die von Gasen einer Verbrennungskammer angetrieben wird, wobei diese mit Luft mittels eines Gasgenerators gespeist wird, der sein eigenes Turbinenrad hat. Die Anordnung ist. derart, daß die Drehzahl der Kraftturbine unabhängig von der Drehzahl der Gasgeneratorturbine verändert werden kann und dieses Triebwerk ist mit geeigneten Andrehvorrichtungen ausgerüstet, die der Gasgeneratorturbine zugeordnet sind. Die Andreh-Leistungsausgangswelle e.j erstreckt sich vom Getriebegehäuse B₁ zum Steuerbordtriebwerk E₁. Um eine vor dem Flug durchzuführende Überprüfung der hydraulischen und der elektrischen Systeme durchführen zu können, die die Pumpe d und den Generator g aufweisen, die am Getriebegehäuse B₁ montiert sind, sind Einrichtungen vorgesehen, diees ermöglichen, daß die Welle e.. und damit das Triebwerk E-. abgeschaltet werden, sowie eine weitere Welle p, die zum"Backbordgetriebekasten Bp führt. Dadurch wird dieser Backbordgetriebekasten vom Steuerbordgetriebekasten B₁ in einer Art und Weise abgeschaltet, wie sie im folgenden noch erläutert werden soll.

Während die Verbindungswellen für die Hydraulikpumpe d und den Generator g dauernd mit der Ausgangswelle der Hilfskraftanlage A über die Zahnradgetriebe Q und R verbunden sind, weist die Verbindung zwisohen diesen Zahnradgetrieben und der Andreh-Leistungsabgabewelle O₁, die

zum 009883/U2S

zum Triebwerk E-j führt, ein Differentialgetriebe auf_p welohea als Planetenradgetriebe b ausgebildet iat, dessen · Zentralrad mit dem Gehäuse b^ des Differentialgetriebes verbunden ist und dessen Planetenradträger B₂ mit einer Zahnradpumpe ο verbunden ist« Die Andreh-Leistungsahgabewelle e^, die über Kegelräder s mit dem dritten Element des Differentialgetriebes b verbunden iat, iat ferner mit einem Zahnradmotor verbunden, der bei a dargestellt ist". Der hydraulische Kreis umfaßt die Zahnradpumpe c und den Zahnradmotor a, der drei Zahnräder aufweist und der in ^ Fig. 3 dargestellt ist und ferner umfaßt dieser hydrauli-™ sehe Kreis einen Solenoidschieber h_D Wenn dieser Solenoid-", schieber abgefallen iat, kann die Zahnradpumpe c Öl aus dem Sumpf f abziehen und zwar über ein Rückschlagventil ν und kann dieses mit sehr geringem Widerstand durch den Solenoidschieber h wieder in den Sumpf f zurückführen, so daß praktisch keine Drehmomentenreaktion auf das Differentialgetriebe b ausgeübt wird. Deshalb wird im wesentlichen auch kein Drehmoment vom Differentialgetriebe b auf die Andreh-Leistungsabgabewelle e^ übertragen»

Es sei nun angenommen, daß die Hilfskrafteinheit A läuft und die Hydraulikpumpe d und den Generator e des Getriebe- w kastens B,, antreibt und awar zu Prüfzwecken» Es soll nun daa Steuerbordtriebwerk E-, angedreht werden» Das Solenoid h wird erregt und dadurch wird die ölatrömung,. die von der Pumpe c gefördert wird, zu einem temperaturgesteuerten Überströmventil i abgezweigt, wobei dieses Ventil einen Druok aufbaut, durch den eine Strömung über einen druokgesteuerten Zweiwegeschieber j zu dem Hydraulikmotor a mit drei Zahnrädern erzeugt wird, wobei sich dieser Motor a an der Andreh-Leistungsabgabewelle e^ für das Steuerbordtriebwerk E₁ befindet«. Das Überströmventil i ist derart ausgebildet, daß bei geringen Umgebungstemperaturen, bei . denen ein hohes Andreh-Drehmoment erforderlich ist, ein

verhältnismäßig

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verhältnismäßig hoher Rückdruck- erzeugt -wird, und daß dieser Rückdruck mit ansteigenden Umgebungstemperaturen fortschreitend vermindert wird. Wenn die Drehzahl dea Triebwerkes E₁ und die Drehzahl der Welle e^ zunehmen und zwar als ein Ergebnis der Reaktion, die durch den Druok erzeugt wird, gegen den die Pumpe c nun arbeiten muß und ala ein Ergebnis des zusätzlichen Drehmomentes, der durch den Hydraulikmotor a mit drei Zahnrädern zugeführt wird, so fällt die Drehzahl, mit der die Pumpe c durch das Differentialgetriebe b angetrieben wird, fortschreitend ab und die Strömungsrate, die dem Hydraulikmotor a mit drei Zahnrädern zugeführt wird, fällt entsprechend ab.

Wenn das Triebwerk von selbst läuft, reicht die Fördermenge der. Pumpe c nicht mehr aus, um die Strömungsmenge zuzuführen, die erforderlich·ist, um den Hydraulikmotor a mit der Drehzahl der Welle b* anzutreiben, so daß der Motor a nunmehr als Pumpe arbeitet, die teilweise vom Sumpf f über ein Rückschlagventil ν gespeist wird. Die sich ergebenden Druckänderungen bewirken, daß der auf Druck ansprechende Zweiwegeschieber 3 die Strömung von der Pumpe h zum Motor a absperrt. Das Drehmoment, welches nunmehr an der Welle e·) zur Verfügung steht, wird auf diese Weise auf dasjenige vermindert, welches vom Differentialgetriebe b übertragen wird. Eine SpreizkÖrperkupplung k ist ferner vorgesehen, welche dieses Differentialgetriebe verriegelt, wenn die Drehzahl des Triebwerkes E^ auf einen Viert angestiegen ist, bei dem die Drehmomentenreaktion auf das Differentialgetriebe b umgekehrt wird und das Triebwerk E- dann. Leistung an das Differentialgetriebegehäuse b.j abgibt, womit die Belastung von der HiIfskrafteinheit A abgenommen wird. Die Hilfskraftan-^; lage läuft dann unter Le er lauf bedingungen, Ms: sie vom Bedienungspersonal abgeschaltet wird. Da unter diesen Betriebebedingungen das Differentialgetriebe b verrie-

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gelt ist, ist das Differentialgetriebe b lediglich während des Andrehens des Triebwerkes E- in Betrieb, so daß es für das Differentialgetriebe b ausreichend ist, lediglich für das benötigte Andreh-Drehmoment ausgelegt zu sein .

Das Backbordtriebwerk E₂ ist über eine Welle e₂ mit einem Getriebegehäuse Bp verbunden. Dieses Getriebegehäuse kann im allgemeinen ähnlich wie das Getriebegehäuse B₁ aufgebaut sein, mit Ausnahme des Abschnittes des zuletzt genannten Getriebegehäuses, der die Hilfskraftanlage A trägt und mit der Ausnahme, daß ein. Hydraulikmotor mit drei Zahnrädern an der Welle e₂ nicht vorhanden ist, und daß der Hydraulikkreis, der mit der Pumpe m verbunden ist, abgeändert ist.

In Pig. 2 wurde angenommen, daß die Verbindung zwischen der Hilfskraftanlage A und der Welle e_?, die mit dem Backbord triebwerk e₂ verbunden wird, über ein Differentialgetriebe t erfolgt, welches zwischen der Hilfskraftanlage A und der Welle ρ angeordnet ist, die zum Backbordgetriebegehäuse B₂ führt. Wie Pig. 2 zeigt, ist die Welle ρ mit dem Zentralrad verbunden, und die Antriebseinheit A ist mit dem Ringzahnrad des Differentialgetriebes t verbunden, wobei der Planetenträger t des Differentialzahnrades mit einer Zahnradpumpe m verbunden ist, deren Hydraulikschaltung in Mg. 4 gezeigt ist.

Es ist beabsichtigt, das Backbordtriebwerk Ep normalerweise dann anzudrehen, nachdem das Steuerbordtriebwerk Ε« angedreht ist und zur Zuführung einer Antriebsleistung zur Verfügung steht, so daß eine große Antriebsleistung nunmehr zur Verfügung steht. Aus diesem Grund wurde der Hydraulimotor a mit drei Zahnrädern, der im Steuerbordgetriebekasten B₁ vorhanden ist, fortgelassen und das Andreh-Drehmoment, welches auf die Welle ρ übertragen wird, wird, wenn der Solenoidschieber h erregt ist, mittels eines einfachen Überströmventils η erhalten, welches

auf 009883/U26

auf einen verhältnismäßig hohen Druckwert eingestellt ist, und welches sich in der leitung befindet, die vom Auslaß' der Pumpe m zum Gehäusesumpf f führt. Der Abfall des Solenoidschiebers h entlastet, wie im vorher beschriebenen Pail, die Zahnradpumpe m und verhindert so die Übertragung irgend eines bemerkenswerten Drehmomentes auf die Welle p, die zum Getriebekasten Bp führt.

Da es wünschenswert ist, daß das Backbordtriebwerk Ε«■■während des Fluges zur Verfügung steht, um das Steuerbordtriebwerk E-j wieder anzudrehen, wenn dieses aus irgend einem Grund stillsteht oder abgestoppt wurde, wurde die in Pig.4 dargestellte Anordnung symmetrisch ausgeführt, und zwar durch Zusatz eines zweiten Ruckschlagventiles g¹, eines zweiten Zweiwege-Solenoidschiebers h¹ und eines zweiten voreingestellten Überströmventils li¹ auf der anderen Seite der Pumpe m.

Die beiden in den Pig. 3 und 4 dargestellten Hydraulikkreise weisen Ölkühler ο für das Hydrauliköl auf. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Ölkühler in vielen Pällen nicht erforderlich sind.

Es sei bemerkt, daß es durch die'Erfindung möglich ist, irgend eine Anzahl von Triebwerken mit der Hilfskraftanlage zu verbinden und zwar über ein getrenntes Differentialgetriebeantriebssyatem, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist, damit dieses' Triebwerk angedreht werden kann und zwar ohne eine erhebliche Drehzahlverminderung der HiIfskraftanlage. Dies ermöglicht, daß eine Anzahl von Triebwerken eines Plugzeuges nacheinander angedreht werden können, während beispielsweise weiterhin elektrische Energie von der Hilfskraftanlage zur Verfügung steht.

Patentansprüche 00988371426

Claims

Patentansprüche

/1. J5ilfskraftanlage mit einer Kraftmaschine einer Hilfs- ' ^-^kraftantrielDSwelle und wenigstens einer Andreh-Ieistungsabgabewelle, die 'betrieben werden kann, wenn die Hilfskraftanlage bereits läuft, um von der Hilfskraftanlage eine Andrehkraft auf eine Brennkraftmaschine zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraftanlage ein dreielementiges Differentialgetriebe aufweist, welches zwischen der Kraftmaschine und jeder

k Andrehkraftausgangswelle angeordnet ist, daß zwei der drei Elemente des Differentialgetriebes mit der Kraftmaschine und der Andrehkraftausgangswelle verbunden sind, daß das dritte Element mit einer Verdrängerpumpe verbunden ist, die derart ausgebildet ist, daß wenn ein Vorwärtsantriebsdrehmoment auf die Andrehkraftausgangswelle übertragen wird, diese Pumpe 'ein fluides Medium an eine Niederdruckstelle über ein Druckaufrechterhaltungsventil abgibt, dessen Belastung normalerweise sehr gering gehalten ist, um eine im wesentlichen ungestörte Strömung der abgegebenen Flüssigkeit zu ermöglichen, wodurch bewirkt wird, daß die Pumpe es dem dritten Element ermöglicht, sich mit einem sehr geringen Widerstand zu drehen und wobei dieses Ventil Belastungseinrichtungen zur Vorbelastung des Ventiles mit einer Kraft aufweist, die derart bestimmt ist, daß das Drehmoment, welches der Drehung des dritten Elementes durch den Druckabfall in dem besagten Ventil entgegenwirkt, über das Differentialgetriebe auf die Andrehkraftausgangswelle ein Drehmoment für ein Andrehen aufbringt, welches auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt ist.
2. Hilfskraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulischer Verdrängermotor in Antriebsverbindung mit dieser Andrehkraftausgangswelle ateht

und derart geschaltet ist, daß dieser durch Flüssigkeit ■ 009883/U26 ~

keit gespeist wird, die durch die Verdrängerpumpe gefördert -wird.

Hilfskraftanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Druckaufrechterhaltungaventil, welches in einer Leitung angeordnet iat, die die Jiederdruoketelli mit der anderen Seite der Pumpe verbindet und welches durch eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung wirksam wird, um den Drehmomentenwiderstand gegen eine Drehung des dritten Elementes des Differentialgetriebes in entgegengesetzter Richtung entgegenzuwirken, wenn die Ausgangswelle die Neigung hat, schneller zu laufen, als mit der Drehzahl, mit der die Welle von der Hilfskrafteinheit über das Differentialgetriebe angetrieben wird, wobei rüokstrombetatigte Rückschlagventile vorgesehen sind, die die beiden Druckaufrechterhaltungsventile überbrücken, um eine uneingeschränkte Strömung an jedem Druckaufreohterhaltungsventil vorbei in der Richtung entgegengesetzt zu der, in der diese Ventile tätig sind, zu ermöglichen, so daß während des Andrehens eines Triebwerkes das Bypassventil des zuletzt genannten Druckaufrechterhaltungsventiles offen ist, und, so daß während des Antri ebes vom Triebwerk zur Hilfskrafteinheit das Rückschlagventil, welches das zuerst genannte Druokaufrechterhaltungsventil überbrückt, offen ist. ν

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