DE2753106A1

DE2753106A1 - Wellenantrieb, wechselweise fuer beide drehrichtungen

Info

Publication number: DE2753106A1
Application number: DE19772753106
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1979-06-07
Also published as: FR2410127A1; GB2009331B; GB2009331A; US4223770A

Description

Messerschmitt-Bölkow-Elohm . Ottobrunn, 17.11.1977

Gesellschaft mit 7 BTOl Hn/er beschränkt er Haftung
München 8224

Wellenantrieb, wechselweise für beide Drehrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellenantrieb, wechselweise für beide Drehrichtungen, mittels zweier Turbinen, je eine Turbine für je eine Drehrichtung der Welle.

In ihrer Drehrichtung umkehrbare Wellenantriebe und schaltbare Reibungskupplungen sind im Maschinenbau, wie z.B. im Fahrzeugbau, Werkzeugmaschinenbau und Schiffsbau bei Wendegetrieben in verschiedener Ausführung bekannt. Hierbei ist innerhalb eines Untersetzungsgetriebes eine besondere Rückwärtsgangwelle vorgesehen, die bei Bedarf durch auf Keilwellen laufende Klauenkupplungen drehfest an den Antrieb gekuppelt wird. Beim Wechseln der Drehrichtung muß jeweils der eine noch laufende Wellenstrang mit seiner ganzen Masse bis zum Stillstand verzögert und der andere Wellenstrang dann beschleunigt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen wechselweise nach beiden Drehrichtungen hin schnell umschaltbaren Wellenantrieb mit vermindertem Trägheitsmoment zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung bei einem Wellenantrieb, wechselweise in beide Richtungen drehend, mittels zweier Turbinen, je eine Turbine für je eine Drehrichtung der Welle dadurch, daß die Laufräder der Turbinen jeweils frei drehbar auf der angetriebenen

909823/0092

- 5 -8224 17.11.1977

Welle gelagert sind und dabei über insbesondere durch den Turbinenantrieb selbsttätig sich schaltende Kupplungen mit der Welle, insbesondere durch Reibschluß vorübergehend kuppelbar sind.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß bei rasch aufeinanderfolgenden Drehrichtungsänderungen der Welle das Turbinenlaufrad, das im Augenblick vom Antrieb abgekuppelt wird, also die Welle/nicht antreibt, in seiner Drehrichtung weiterlaufen kann und dann nach nochmaligem Wechsel der Drehrichtung /immer noch laufend, sofort den Wellenantrieb wieder in der jeweils gleichsinnigen Drehrichtung übernehmen kann. Mit anderen Worten, bei jeder Drehrichtungsumkehrung der Welle braucht das jeweils treibende Turbinenrad nicht mit der Welle mitabgebrernst zu werden, so daß seine kinetische Energie für den nächsten Antrieb gespeichert bleibt. Es wird somit durch die Erfindung nicht nur Energie erhalten, sondern darüber hinaus durch die erhalten gebliebene kinetische Energie die nachfolgende Drehbeschleunigung zusätzlich erhöht. Nach den Gesetzen der Bewegungslehre wächst die kinetische Energie mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit, die proportional dem Radius ist und sich daher insbesondere an den Turbinenlaufrädern mit ihren relativ großen Druchmessern auswirkt.

Die Erfindung ist z.B. besonders geeignet für den Antrieb der Strömungsruder von gelenkten Flugkörpern. Hierbei sind laufend sehr rasch aufeinanderfolgende Ruderausschläge in verschiedener Größe und abwechselnd in beiden Richtungen erforderlich, wobei durch die geflogenen hohen Geschwindigkeiten und die notwendige Ruderfrequenz relativ große

909823/0092

- 6 8224 17.11.1977

Antriebsleistungen erbracht werden müssen. Umso wichtiger erscheint daher die Einsparung und Wiederverwendbarkeit bzw. die in "Warteposition gehaltene, bereits erbrachte Energie", die in den weiterrotierenden Turbinenlaufrädern gespeichert bleibt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit jedem auf der Welle in Achsrichtung fixiertem Turbinenlaufrad eine Kupplungsscheibe drehfest und axial beweglich bzw. verschiebbar verbunden, deren eine Stirnfläche bei eingeschalteter Kupplung von den Turbinenabgasen beaufschlagt wird und deren andere Stirnfläche als Kupplungsfläche ausgebildet ist und dabei mit einer der Welle fest zugeordneten Mitnehmerscheibe im Eingriff steht.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die eine Stirnfläche der vorbeschriebenen Kupplungsscheibe von den Turbinenantriebsgasen bei eingelegter Kupplung beaufschlagt wird.

Ausgestaltend hierzu weist das Turbinenlaufrad an seinem Außenumfang einen axialen Ringflansch mit einer innengelegenen Mitnehmerverzahnung auf, in die eine am Außenumfang der Kupplungsscheibe vorges*iene Gegenverzahnung axial verschiebbar eingreift.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die auf der Welle frei drehbar gelagerten Turbinenlaufräder auch axial verschiebbar angeordnet, wobei ihre eine Stirnseite gleichzeitig als Kupplungsscheibe dient, die durch den Turbinenaxialschub an die wellenfeste Mitnehmerscheibe gepreßt wird.

909823/0092

— 7 —
8224 17.11.1977

Durch die vorgenannte Anordnung der Turbinenlaufräder bzw. durch die Betätigung der Kupplungsscheiben mittels der Turbinenabgase oder -frischgase werden in vorteilhafter Weise gleichzeitig mit dem Antrieb der Turbinenlaufräder die Mitnehmerkupplungen eingelegt und beim Ausschalten des Turbinenantriebs die Kupplungen wieder freigegeben.

Die Erfindung ist nicht an Reibungskupplungen gebunden. Diese können in bekannter Weise z.B. durch Magnetkupplungen ersetzt werden.

In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung. In den Figuren 4a und 4b ist je ein Turbinenlaufrad in der Draufsicht dargestellt.

Nach Fig. 1 ist eine durchgehende Welle 1 in einem Maschinengehäuse 2 über Wälzlager 3 drehbar gelagert. Auf beiden Wellenenden ist je ein Turbinenlaufrad T 1 und T 2 frei drehbar angeordnet, jedoch in Achsrichtung fixiert. Auf der Nabe eines jeden Turbinenlaufrades T 1 bzw. T 2 ist je eine Kupplungsscheibe 4 bzw. 5 über eine Mitnehmerverzahnung 6 bzw. 7 drehfest, jedoch längsverschiebbar gelagert. Die Kupplungsscheiben 4 und 5 sind mit Reibbelägen 8 und 9 versehen und liegen jeweils mit der Welle 1 fest verbundenen Mitnehmerscheiben 10 und 11 mit Reibbelägen 10a und 11a axial gegenüber. Im Maschfriengehäuse 2 sind Leitdüsen 12 und 13 angeordnet, durch welche die Turbinenantriebsgase aG zu den Turbinenschaufelkanälen bzw. 15 zentripetal geleitet werden. Wie aus den Fig. 4a

909823/0092

8224 17.11.1977

und 4b ersichtlich, dreht das eine Turbinenlaufrad Tl in Richtung X und das andere T2 in Richtung Y. Die Turbinenkanale 14 und 15 münden jeweils hinter die Kupplungsscheiben 4 und 5. In der Mitte der Welle 1 ist eine Antriebsschnecke 16a angeordnet, die mit einem Schneckenrad 16b einer Abtriebswelle 16c in Eingriff steht.

Der Wellenantrieb mit den beiden Turbinen sowie den beiden Kupplungen funktioniert wie folgtfsiehe Fig. 1):

Es wird angenommen, daß im Augenblick das Turbinenlaufrad Tl in Betrieb ist. Hierbei drücken die Turbinenabgase bG die Kupplungsscheibe 4 gegen die Mitnehmerscheibe 10, so daß auch die Welle 1 mit dem Schneckentrieb 16a, 16b und der Abtriebswelle 16c in Drehrichtung X läuft. Soll sich nun die Drehrichtung der Welle 1 umkehren, so wird die Druckgaszufuhr zur Turbine Tl abgesperrt, wodurch die Kupplungsscheibe 4 durch Zugfedern 17 zurückgestellt und außer Eingriff mit der Mitnehmerscheibe 10 gebracht wird. Durch die Selbsthemmung des Schneckentriebs 16a, 16b kommt die Welle 1 sehr rasch zum Stillstand, während das Turbinenlaufrad Tl mit der Kupplungsscheibe 4 auf der Welle 1 weiterläuft. Erfolgt nun ein Antriebsstoß durch das Turbinenlaufrad T2 in Drehrichtung Y, so wird über die zugeordnete Reibungskupplung 5, 9, lla die Welle 1 und der Schneckentrieb 16a, 16b mit der Antriebswelle 16c auch in diesem Drehsinn (Y) laufen. Ist dieser Antriebsstoß zu Ende, so wird die Welle 1 durch die große Selbsthemmung des Schneckentriebs 16a, 16b wiederum rasch stillstehen, während beide Turbinenlaufräder Tl und T2 weiterhin in ihrer ihnen eigenen Drehrichtung weiter-

809823/0092

- 9 8224 17.11.1977

laufen. Es ist nun gleichgültig, ob der nächste Antriebsstoß auf das Turbinenlaufrad Tl oder das Turbinenlaufrad T2 trifft: in beiden Fällen sind die Turbinenlaufräder Tl und T2 noch am Drehen und es werden somit in jedem Fall 5' Antriebsenergie gespart und die Beschleunigungsphasen verkürzt.

Gemäß Fig. 2 werden die Turbinenantriebsgase aG zentral zugeführt und durchströmen die Turbinen von innen nach außen (zentrifugal). Die Turbinenlaufräder Tl und T2 weisen hierbei radial außen einen axialen Ringflansch 19 mit einer Mitnehmerverzahnung 6a und 7a auf, mit denen Gegenverzahnungen an den Kupplungsscheiben 4a und 5a in Eingriff stehen, so daß die Kupplungsscheiben 4a und 4b drehfest, jedoch längs verschiebbar mit den Turbinenlaufrädern Tl und T2 verbunden sind.

Nach Ausführung Fig. 3 sind die Turbinenlaufräder Tl und T2 nicht nur drehbar sondern auch axial verschiebbar auf der Welle 1 gelagert. Sie sind auf ihrer einen Stirnseite mit Reibbelägen 8a bzw. 9a versehen, die beim Betrieb (Antrieb) der Turbinen mit den Reibbelägen 10a bzw. 11a auf den Mitnehmerscheiben 10 und 11 in Eingriff stehen. Axial zugestellt werden die Turbinenlaufräder Tl und T2 durch ihren eigenen Axialschub beim Laufen. Eine gewölbte Rückdruckfeder 18, angeordnet unter den Reibbelägen 8a bzw. 9a, sorgt nach jedem Antriebsstoß dafür, daß das jeweilige Turbinenlaufrad Tl bzw. T2 sich von seiner benachbarten Mitnehmerscheibe 10 bzw. 11 löst.und somit ohne Reibverluste in dem ihm zugedachten Drehsinn weiterlaufen kann, um die ihm innewohnende kinetische Energie zu speichern.

809823/0092

Claims

Patentansprüche

Wellenantrieb, wechselweise für beide Drehrichtungen, mittels zweier Turbinen, je eine Turbine für je eine Drehrichtung der Welle, dadurch gekennzeichnet , daß die Laufräder (Tl und T2) der Turbinen jeweils frei drehbar auf der angetriebenen Welle (1) gelagert sind und dabei über insbesondere durch den Turbinehantrieb selbsttätig sich schaltende Kupplungen (4, 10 bzw. 5, 11) mit der Welle (1), insbesondere durch Reibschluß, vorübergehend kuppelbar sind.

— 2 —

Θ09823/0092

OWGlNAL INSPECTED

- 2 17.11.1977
2. Wellenantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils eine mit jedem in Achsrichtung auf der Welle (1) fixierten Turbinenlaufrad (Tl bzw. T2) drehfest und axial beweglich bzw. verschiebbar verbundene Kupplungsscheibe (4 bzw. 5), deren eine Stirnfläche bei eingeschalteter Kupplung von den Turbinenabgasen (bG) beaufschlagt wird und deren andere Stirnfläche als Kupplungsfläche ausgebildet ist und dabei mit einer der Welle (1) fest zugeordneten Mitnehmerscheibe (10 bzw. 11) im Eingriff steht.
3. Wellenantrieb nach Anspruch 1 und teilweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Stirnfläche der Kupplungsscheibe (4a bzw. 5a) von den Turbinenantriebsgasen (aG) bei eingelegter Kupplung beaufschlagt wird.
4. Wellenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Turbinenlaufrad (Tl bzw. T2) an seinem Außenumfang einen axialen Ringflansch (19) mit einer innengelegenen Mitnehmerverzahnung (6a bzw. 7a) aufweist, in die eine am Außenumfang der Kupplungsscheibe (4a bzw. 5a) vorgesehene Gegenverzahnung axial verschiebbar eingreift.
5. Wellenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die auf der Welle (1) drehbar gelagerten Turbinenlaufräder (Tl und T2) auch axial verschiebbar angeordnet sind und ihre eine Stirnfläche gleichzeitig als Kupplungsscheibe dient, die durch den

909823/0092

- 3 17.11.1977

Turbinenaxialschub an die wellenfeste Mitnehmerscheibe (10 bzw. 11) gepreßt wird.
6. Wellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibbeläge (10a und lla) der wellenfesten Mitnehmerscheiben (10 und 11) axial in Kupplungsgegenrichtung rückfedern (Fig. 3).
7. Wellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß unter den Reibbelägen (10a und lla) der Mitnehmerscheiben (IO und 11) eine gewölbte Rückdruckfeder (18) vorgesehen ist_o

B09823/0092