DE3636155A1 - Drehkraftmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Drehkraft­ messer und insbesondere auf einen Drehkraftmesser, der insbesondere geeignet ist zum Messen der Drehkraft einer Vorgelegewelle für einen Propellerflugzeugmotor.

Bei Propellerflugzeugmotoren treibt der Motor den Propeller über ein Getriebe an. In der Anordnung des Ge­ triebekastens ist eine Vorgelegewelle drehbar im Gehäuse durch Lager montiert und umfaßt ein vorderes und rückwärti­ ges Ende. Zusätzlich ist die Vorgelegewelle in Bezug auf das Gehäuse zwischen einer vorgeschobenen und einer zurück­ gezogenen Stellung um einen kleinen Betrag axial bewegbar.

Typischerweise ist der Motor mechanisch mit der Vorgelegewelle über ein Schrägverzahnungsgetriebe gekoppelt, so daß, wenn das positive Drehmoment auf der Vorgelegewelle ansteigt, diese axial in ihre vorgeschobene Stellung ge­ drängt wird mit einer Kraft, die proportional der Wellen­ antriebskraft ist. Im Fall, daß der Motor fehlerhaft arbeitet, ist die Propellerwirkung jedoch versucht, den Motor anzutreiben, und nicht umgekehrt. Indem das geschieht, wird die auf die Welle wirkende Kraft umgekehrt, und die Vorgelegewelle wird in ihre zurückgezogene Stellung gedrängt.

Es ist sehr wichtig, schnell das Auftreten eines negativen Drehkraftzustandes zu erkennen, da die Fortdauer des negativen Drehkraftzustandes zur Beschädigung des Motors des Propellers und der zugeordneten Teile sowie des Flugzeugs führen kann. Folglich umfassen viele der bisher bekannten Flugzeugmotore Einrichtungen zum Prüfen des Drehmoments bzw. der Drehkraft mit einer Anzeige für den Piloten, wenn ein negativer Drehmomentzustand auftritt. Solche Anzeigeeinrichtungen erlauben dem Piloten, Vorkeh­ rungen einzuleiten für den Fall, daß eine Motorstörung äuftritt, wenn beispielsweise die Luftschraube in Segel­ stellung gebracht wird. Ein Nachteil der bisher bekannten Systeme besteht darin, daß das Flugzeug, sein Motor und/ oder sein Propeller schwer beschädigt werden kann, sogar innerhalb einer kurzen Zeitdauer zwischen dem Auftreten eines negativen Drehkraftzustandes und Korrekturaktionen, wenn diese überhaupt von einem Piloten vorgenommen werden.

Die Erfindung macht einen schnell ansprechenden, gesteuerten Drehkraftmesser für eine Drehung der Vorgelege­ welle verfügbar, wobei die obengenannten Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen vermieden werden.

Kurz beschrieben, umfaßt der Drehkraftmesser gemäß der vorliegenden Erfindung einen Körper, der am Gehäuse am vorderen Ende der Vorgelegewelle diese einschließend befestigt ist, wobei eine im wesentlichen zylindrische Kammer geformt wird, die zum vorderen Ende der Vorgelege­ welle offen ist. Ein Ringkolben ist axial verschiebbar innerhalb der Kammer montiert und kommt gegen das vordere Ende der Vorgelegewelle zur Anlage.

Die Kammer wird von einem Medium, wie Motoröl, unter Druck gesetzt, so daß ein Druck aufgebaut wird, der bewirkt, daß der Kolben die Vorgelegewelle gegen die axiale Kraft, die auf sie durch den Motor ausgeübt wird, ausgleicht. Folglich ist der Druck innerhalb der Gerätekammer proportional der Drehkraft an der Vorgelegewelle. Ein Druckkraftmesser mißt den Druck der Gehäusekammer, und durch eine Schaltung wird eine Anzeige der Vorgelegewellen­ drehkraft verfügbar gemacht.

Der Kolben umfaßt einen Kolbenring in einer Nut an einer Stelle an seinem Außenumfang , der die Druckmittel­ kammer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse abdichtet, wenn die Vorgelegewelle sich in ihrer vorderen Stellung befindet. Dieses ist eine zwangsläufige Art und Weise des Betriebs, bei dem der Druckmitteldruck proportional zum positiven Motorantriebsmoment ist.

Im Fall, daß die Funktion des Motors gestört ist, kehrt sich die Drehkraft an der Vorgelegewelle um, wodurch die Vorgelegewelle in ihre rückwärtige Stellung bewegt wird. In diesem Fall öffnet der Kolbenring die Druckmittelkammer zu einer Öffnung im Gerätekörper, so daß das Druckmittel aus der Kammer ausfließen kann durch einen Gehäusedurchgang und zu einem negativen Drehkraft­ ventil, das dadurch betätigt wird. Bei der Betätigung des negativen Drehkraftventils betätigt dieses eine Steuer­ schaltung, die unverzüglich das absolute Motordrehmoment reduziert und automatisch den Propeller auf Gleitflug bzw. Segelstellung stellt.

Die vorliegende Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, wobei gleiche Bezugszeichen in den ver­ schiedenen Figuren sich auf gleiche Teile beziehen. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine an sich bevor­ zugte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei Teile zum Zweck der Klarheit weggelassen sind und der Drehmomentgeräte­ körper zu sehen ist;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht längs der Pfeile 3-3 in Fig. 2 in einem zum Zwecke der Klarheit vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 eine Ansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 1 die nur den Kolben zeigt; und

Fig. 5 eine Teilansicht ähnlich der nach Fig. 1, wobei aber die Vorgelegewelle sich in einem negativen Drehkraftzustand befindet.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Drehkraftmessers der vorliegenden Erfindung für die Anwen­ dung bei einem Propellerflugzeugmotor dargestellt. Das Flugzeug besitzt ein Getriebegehäuse 10 und eine Vorgelege­ welle 12. Die Vorgelegewelle 12 besitzt ein rückwärtiges Ende 14 und ein vorderes Ende 16 und ist drehbar im Gehäuse 10 durch Lager 18 montiert.

Wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist, besitzt die Vorgelegewelle ein Außenzahnrad 20, das die Abtriebswelle antreibt, um den Propeller in Drehung zu versetzen, und wird drehbar angetrieben durch einen Motor 22 über eine Antriebsanordnung 24, die an der Vorge­ legewelle durch Bolzen 21 befestigt ist. (Die Anordnung 24 ist nur schematisch dargestellt.) Wenn auf diese Weise das Drehmoment, das auf die Vorgelegewelle 12 von dem Motor 22 wirkt, ansteigt, wird eine axiale Kraft auf die Vorge­ legewelle 12 ausgeübt, die proportional der Drehkraft ist. Zusätzlich ist die Vorgelegewelle 12 zwischen einer vorde­ ren Stellung (Fig. 1) und einer rückwärtigen Stellung (Fig. 5) bewegbar, und wenn die Drehkraft von dem Motor 22 an der Vorgelegewelle ansteigt, wird die Vorgelegewelle 12 in ihre vordere Stellung gedrängt.

Unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 umfaßt der Drehmomentmesser gemäß Erfindung einen allgemein scheibenförmig gestalteten Gerätekörper 26, der am Gehäuse 10 durch drei Schrauben 28 (nur eine ist gezeigt) befestigt ist, die sich durch Bohrungen 30 erstrek­ ken, die im Gerätekörper 26 ausgebildet sind. Der Geräte­ körper 26 ist an dem Gehäuse 10 so befestigt, daß der Gerätekörper 26 sich axial im Abstand von dem vorderen Ende 16 der Vorgelegewelle 12 befindet und diese einschließt. Eine O-Ringdichtung zwischen dem Gehäuse 10 und dem Geräte­ körper 26 dichtet diesen und das Gehäuse 10 zusammen ab.

Unter weiterer Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 definiert der Gerätekörper 26 eine zylindrische Kammer, die zum vorderen Ende 16 der Vorgelegewelle 12 offen ist. Der Fluiddurchgang 86 ist axial im Gerätekörper 26 aus­ geformt und öffnet zur Kammer 34, während eine Druckmittel­ quelle 38 mit dem Durchgang 36 und somit mit der Kammer 34 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Druckwelle 38 eine Motorölpumpe, so daß der Druck in der Kammer 34 direkt proportional der Machinengeschwindigkeit ist.

Unter Bezugnahme insbesondere auf die Fig. 1, 2 und 4 ist ein ringförmiger Kolben 40 axial verschiebbar innerhalb der Kammer 34 montiert. Zwei Kolbenfluchtungs­ bolzen 42 sind an einem Ende am Gerätekörper 26 befestigt, und ihr anderes Ende sitzt verschiebbar in Bohrungen 44 im Kolben 40. Die Fluchtungsbolzen 42 verhindern somit eine Drehung des Kolbens 40, während sie erlauben, daß der Kolben 40 axial in Bezug auf die Vorgelegewelle 12 sich verschiebt. Ein Kolbenring 46 sitzt in einer Nut rund um den äußeren Umfang des Kolbens 40 und bewirkt eine Dichtung zwischen dem Kolben 40 und der Außenwand der Kam­ mer 34.

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, öffnet und schließt ein Schlitz 42 am Boden des Gerätekörpers 26 in Bezug auf die Kammer 34 aufgrund der axialen Stellung des Kolbenrings 46, abhängig von der Stellung der Vorgelege­ welle 12. Normalerweise, wenn der Kolben 40 sich in der vorderen Stellung befindet, ist der Schlitz 52 geschlossen, aber bei einer negativen Drehkraftarbeitsweise, bei der die Vorgelegewelle umkehrend angetrieben wird, öffnet der Schlitz 52 zur Kammer 34. Die Öffnung 52 fluchtet mit einem Druckmitteldurchgang 54, der im Gehäuse 10 ausgebildet ist und die Öffnung 52 mit einer Ventilanordnung 56 verbindet. Die Ventilanordnung 56, die auf den Druck des Druckmittels in dem Durchgang 54 anspricht, betätigt dann eine Steuer­ schaltung 58 für den nachfolgend beschriebenen Zweck.

Der Kolbenring 56 und die Gerätekörperöffnung 52 sind so angeordnet, daß bei der vorderen Stellung des Kolbens 40, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, der Kolbenring 46 vor der Öffnung 52 sich befindet, so daß der Gehäuse­ durchgang 54 von der Körperkammer 34 getrennt ist. Umge­ kehrt, wenn der Kolben 40 in seine rückwärtige Stellung bewegt wird, wie Fig. 5 zeigt, erzeugt der Kolbenring 46 eine Druckmittelverbindung zwischen der Gerätekörperkammer 34 und der Ventilanordnung 56 über den Flüssigkeitsdurch­ gang 54.

Wie Fig. 1 zeigt treibt im normalen Betrieb der Motor 22 die Vorgelegewelle 12 durch die Eingangs­ antriebsanordnung 24 an. Wenn das Drehmoment, das durch den Motor 22 auf die Vorgelegewelle 12 ausgeübt wird, ansteigt, drängt die Zahnradanordnung zwischen dem Vorge­ legewellenzahnrad 20 und dem Ausgangszahnrad die Vorgelege­ welle 12 nach vorn um einen Betrag, der proportional dem Drehmoment ist.

Gleichzeitig treibt die Maschine 22 die Öl­ pumpe 38 an, wodurch die Kammer 34 unter Druck gesetzt wird und der Kolben 40 gegen das vordere Ende 16 der Vor­ gelegewelle 12 gedrängt wird. Der Kolben 40 übt somit eine Ausgleichskraft auf die Vorgelegewelle 12 aus, so daß die Kolbennut 50 nicht mit der Gerätekörperöffnung 52 in Übereinstimmung kommt.

Der Druck innerhalb der Gerätekammer 34 wird gemessen durch ein Druckmeßinstrument 70, das das auf die Vorgelegewelle 12 wirkende Drehmoment anzeigt. Angenommen z. B. die Maschine läuft mit einer konstanten Geschwindig­ keit, so drängt ein plötzlicher Anstieg im Drehmoment an der Vorgelegewelle 12 diese vorwärts gegen den Kolben 40, und dadurch steigt der Druck innerhalb der Gerätekammer 34 um einen Betrag proportional zum Drehmomentanstieg an. Dieser angestiegene Druck wird von dem Druckinstrument 70 angezeigt und damit eine Anzeige für den Betriebsmann oder Piloten verfügbar gemacht. Da die Ölpumpe vom Motor 22 angetrieben wird, verändert sich der Druckausstoß von der Ölpumpe 38 auch mit der Maschinengeschwindigkeit. Folglich überwacht die Kontrollschaltung 72 die Maschinen­ geschwindigkeit als ein Eingangssignal. Die Kontroll­ schaltung 72 benutzt beides, Maschinengeschwindigkeit (daher die Ölpumpe 38) und den Druck in der Kammer 34 zum Steuern der Maschine. Die Kontrollschaltung 72 beruht vor­ zugsweise auf Mikroprozessoren.

Unter Bezugnahme jetzt insbesondere auf Fig. 5 für den Fall, daß eine Maschinenstörung auftritt, kehrt sich die Richtung des Drehmoments an der Vorgelegewelle 12 um, d. h. der Propeller versucht, dem Motor 22 einen Drehantrieb zu erteilen als umgekehrt. Folglich aufgrund der Drehkraftumkehrung bewegt sich die Vorgelegewelle 12 axial in die rückwärtige Stellung, wie Fig. 5 zeigt. Da­ durch öffnet der Kolbenring 46 den Gehäusedurchgang 54 zur Kammer 34 über die Öffnung 52 im Gerätekörper 26. Die Strömung durch den Durchgang 54 betätigt die Ventilanord­ nung 56. Die Ventilanordnung 56 betätigt nur dann die Steuerschaltung 72, um unverzüglich das Drehmoment an der Vorgelegewelle 12 zu verringern, imdem automatisch die Propeller in Gleitstellung gebracht werden. Im Fall, daß die Maschinenstörung nachfolgend korrigiert wird, so daß der Motor wieder die Vorgelegewelle 12 antreibt, anstatt umgekehrt, kehrt die Vorgelegewelle 12 in ihre vordere Stellung (Fig. 1) wieder zurück. Indem die Vorgelegewelle 12 in ihre vordere Stellung zurückgekehrt ist, stimmen die Kammer 34 und die Gerätekörperöffnung 52 nicht länger miteinander überein, worauf der normale Betrieb fortge­ setzt werden kann.

Aus dem Vorangegangenen ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung einen verbesserten Drehkraftmesser für die Drehung verfügbar macht mit Einrichtungen, die unverzüglich die Umkehrung des Drehmoments an der Welle anzeigen.

Claims (10)

1. Drehkraftmesser für eine Welle mit einem vorderen und einem rückwärtigen Ende, die drehbar in einem Gehäuse montiert ist und relativ zu diesem zwischen einer vorderen und rückwärtigen Stellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Axialbewegung auf die Welle eine Kraft ausgeübt wird, die proportional der auf sie ausgeübten Drehkraft entspricht.

2. Drehkraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gerätekörper an dem vorderen Ende der Welle montiert ist, wobei in ihm eine Kammer ausgebildet ist, die zum vorderen Ende der Welle öffnet, daß in dem Körper ein axial verschiebbarer Kolben angeordnet ist,
daß eine Einrichtung die Kammer mit Druckmittel ver­ sorgt, um den Kolben gegen das vordere Ende der Welle mit einer Kraft proportional diesem Druck zu drücken,
daß eine Einrichtung zum Messen des Drucks in der Kammer vorgesehen ist und
daß eine Einrichtung zur Entlastung des Drucks in der Kammer vorgesehen ist, wenn sich die Welle in die rück­ wärtige Stellung bewegt.

3. Drehkraftmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die Entlastungseinrichtung zur Verringerung der Drehmomentlast an der Welle anspricht.

4. Drehkraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung eine Öffnung umfaßt, die mit der Kolbenringstellung durch den Gerätekörper in der Kammer ausgebildet ist und sich in Übereinstimmung mit dieser Öffnung nur dann befindet, wenn die Welle in der rückwärtigen Stellung ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine Antriebswelle mit einem Ausgangszahnrad für einen Propeller umfaßt.

6. Drehkraftmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Drehkraftverringerungseinrich­ tungen eine Einrichtung umfassen, die den Propeller in Gleit- bzw. Segelstellung bringen.

7. Drehkraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer etwa zylindrisch ist und in ihr ein Kolben mit kreisringförmiger Gestalt sitzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist die verhindert, daß der Kolben in der Kammer in Drehung versetzt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch eine Ölpumpe unter Druck gesetzt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor die Ölpumpe mit einer Geschwindigkeit antreibt, die proportional zur Maschinengeschwindigkeit ist.