DE1034417B

DE1034417B - Starting device for internal combustion engines, especially for jet engines

Info

Publication number: DE1034417B
Application number: DEU3266A
Authority: DE
Inventors: Earl Daryl Shank; Howard Alonzo Talmadge
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1954-03-24
Filing date: 1955-03-23
Publication date: 1958-07-17

Description

Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Strahltriebwerke Die Erfindung betrifft eine über eine Zahnkupplung wirkende Andrehv orrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Strahltriebwerke.Starting device for internal combustion engines, in particular for jet engines The invention relates to a device for Andrehv acting via a toothed clutch Internal combustion engines, in particular for jet engines.

Bei mit hoher Drehzahl arbeitenden Hochleistungsanlassern, wie sie zum Andrehen der Verdichter und Gasturbinen von Strahltriebwerken verwendet werden, kann der Fall eintreten, daß die auf der Anlasserseite befindliche treibende Kupplungshälfte der Zahnkupplung vor dem Eingriff mit der getriebenen Kupplungshälfte eine so hohe Drehzahl erreicht, daß bei Beginn des Eingriffs der Kupplungszähne übermäßig starke Stoßbelastungen auftreten, die zu Beschädigungen der Kupplung führen können.On high-speed starters like her are used to crank the compressors and gas turbines of jet engines, it can happen that the driving clutch half located on the starter side the tooth clutch before engaging with the driven clutch half Speed reached that at the beginning of the engagement of the clutch teeth excessively strong Shock loads occur that can damage the coupling.

Die Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, durch eine zweckentsprechende neuartige Ausbildung der Andrehvorrichtung dafür Sorge zu tragen, daß die Kupplungszähne mit möglichst geringer Stoßbelastung in anfänglichen Eingriff gebracht werden und anschließend sofort der volle Zahneingriff hergestellt wird.The invention has therefore set itself the goal of an appropriate novel design of the turning device to ensure that the coupling teeth are brought into initial engagement with the least possible shock load and then the full meshing is immediately established.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe in der Hauptsache dadurch gelöst, daß parallel zu der Zahnkupplung eine Überhohlkupplung angeordnet ist, die bei Drehung der treibenden Kupplungshälfte der Zahnkupplung ein sofortiges Einrücken dieser Kupplung bewirkt, bevor eine merkliche gegenseitige Drehung der beiden Kupplungshälften stattgefunden hat, und die nach dem Einrücken der Zahnkupplung sowie während des Betriebes der änzudzehenden Kraftmaschine als Freilauf wirkt, so daß die Zahnkupplung beim Andrehen das volle Andrehmoment überträgt.According to the invention, this object is mainly achieved by that parallel to the tooth coupling, a hollow coupling is arranged, which upon rotation the driving clutch half of the tooth clutch an immediate engagement of this Before the coupling causes a noticeable mutual rotation of the two coupling halves has taken place, and after the engagement of the tooth clutch as well as during the Operation of the additional engine acts as a freewheel, so that the tooth clutch transfers the full torque when turning.

Die Überholkupplung ist zwischen der getriebenen Welle und einer koaxialen Zwischenwelle angeordnet, die mit Steilgewinde versehen ist, auf dem die treibende Kupplungshälfte der Zahnkupplung verschraubbar ist.The overrunning clutch is between the driven shaft and a coaxial one Intermediate shaft is arranged, which is provided with a high helix thread, on which the driving Coupling half of the tooth coupling can be screwed.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Andrehvorrichtung für das Verdichter- und das Gasturbinenlaufrad eines Strahltriebwerks.The drawing shows an embodiment of one according to the invention trained turning device for the compressor and the gas turbine impeller Jet engine.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Andrehvorrichtung ; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Überholkupplung längs der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 ist eine Teilansicht der Zahnkupplung längs der Linie 3-3 der Fig. 1.Fig. 1 is a longitudinal section through the cranking device; Fig. 2 shows a cross section through the overrunning clutch along the line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 is a partial view of the tooth coupling taken along line 3-3 of FIG. 1.

In einem mit dem zylindrischen Gehäuse 1 der Andrehvorrichtung fest verbundenen Gehäuseteil 2 ist in einem Lager 3 eine eine Ringscheibe 4 tragende kurze Antriebsnockenwelle 5 gelagert. Auf ihr ist mittels einer Keilverzahnung.6 das Glockenrad 7 eines nicht dargestellten Planetenradgetriehes fest aufgekeilt, welches mit der Welle eines Andrehmotors in Verbindung steht, der beispielsweise eine durch Druckluft, Abgase oder Generatorgase getriebene Gasturbine besitzen kann. Am brennkraftmaschinenseitigen Ende des Anlassers ist in zwei Kugellagern 8 des Gehäuses 1 eine weitere Hohlwelle 9 gelagert, die durch eine Keilverzahnung 10 mit einer hohlen Andrehwelle 11 gekuppelt ist. Die Andrehwelle 11 ist über eine Keilverzahnung 12 mit einer Welle 13 der anzudrohenden Gasturbine verbunden.Fixed in one with the cylindrical housing 1 of the turning device connected housing part 2 is in a bearing 3 an annular disk 4 supporting short drive camshaft 5 supported. On it is by means of a spline. 6 the bell wheel 7 of a planetary gear, not shown, is firmly keyed on, which is connected to the shaft of a cranking motor, for example may have a gas turbine driven by compressed air, exhaust gases or generator gases. At the engine end of the starter is in two ball bearings 8 of the Housing 1 a further hollow shaft 9 is mounted, which by a spline 10 with a hollow crank shaft 11 is coupled. The starting shaft 11 is splined 12 connected to a shaft 13 of the gas turbine to be threatened.

Die Ringscheibe4 der Antriebshohlwelle5 ist durch ein linksgängiges Innen-Steilgewinde 14 mit der axial verschiebbaren treibenden Kupplungshälfte 15 einer Zahnkupplung 16 gekuppelt. Außerdem ist die Kupplungshälfte 15 durch ein rechtsgängiges Innen-Steilgewinde 17 mit dem Außen-Steilgewinde 18 einer Zwischenwelle 19 gekuppelt, die einerseits bei 20 in der Antriebshahlwelle 5 und andererseits durch ein Kugellager 21 in der Hohlwelle 9 gelagert ist. Eine zwischen der Kupplungshälfte 15 und einem Flansch 22 der Zwischenwelle 19 angeordnete Druckfeder 23 drückt die Kupplungshälfte 15 gegen einen Anschlag 24 der Welle 19. Das innere Ende der Hohlwelle 9 ist als getriebene Kupplungshälfte 25 der Zahnkupplung ausgebildet. Es trägt einen CSlschleuderring 26 zur Verteilung des in dem Gehäuse 1 der Andrehvorrichtung befindlichen Schmieröles.The washer 4 of the hollow drive shaft 5 is left-handed Internal coarse thread 14 with the axially displaceable driving coupling half 15 a tooth coupling 16 is coupled. In addition, the coupling half 15 is through a right-handed Internal coarse thread 17 coupled to the external coarse thread 18 of an intermediate shaft 19, on the one hand at 20 in the drive shaft 5 and on the other hand by a ball bearing 21 is mounted in the hollow shaft 9. One between the coupling half 15 and one Flange 22 of the intermediate shaft 19 arranged compression spring 23 presses the coupling half 15 against a stop 24 of the shaft 19. The inner end of the hollow shaft 9 is as driven coupling half 25 of the tooth coupling formed. It wears a slinger 26 for distributing the lubricating oil located in the housing 1 of the starting device.

Die Zwischenwelle 19 wird durch eine Druckfeder 27 nach rechts gedrückt (Fig. 1). Eine Überhol- oder Freilaufkupplung 28 (Fig. 2) zwischen der Zwischenwelle 19 und der Hohlwelle 9 weist Rollen 29 auf, die durch Federn 30 auf Führungsflächen 31 am Umfang der Zwischenwelle 19 gegen eine in der Bohrung der Hohlwelle 9 befestigte Hülse 32 gedrückt werden.The intermediate shaft 19 is pressed to the right by a compression spring 27 (Fig. 1). An overtaking or Overrunning clutch 28 (Fig. 2) between the intermediate shaft 19 and the hollow shaft 9 have rollers 29, which are actuated by springs 30 on guide surfaces 31 on the circumference of the intermediate shaft 19 against one in the bore the sleeve 32 attached to the hollow shaft 9 are pressed.

Die Kupplungszähne 33 und 34 der Zahnkupplung 16 haben Sägezahnform mit abgeflachten Spitzen 35 (Fig. 3).The coupling teeth 33 and 34 of the tooth coupling 16 have a sawtooth shape with flattened tips 35 (Fig. 3).

Beim Andrehen der Gasturbine versetzt der Andrehmotor über das Glockenrad 7 des Planetenradgetriebes die Antriebshohlwelle 5 im Uhrzeigersinn, von der linken Seite der Fig. 1 her gesehen, in Umlauf. Die Welle 5 dreht über das linksgängige Steilgewinde 14 die Kupplungshälfte 15 und diese wiederum dreht über die rechtsgängigen Steilgewinde 17, 18 die Zwischenwelle 19, die ihrerseits über die Überholkupplung 28 die Hohlwelle 9 mit der Kupplungshälfte 25 und über die Keilverzahnung 10 die mit der Welle 13 der anzudrehenden Turbine verbundene Andrehwelle 11 dreht. Da die Welle 13 der Drehung einen .großen Widerstand entgegensetzt, der über die Überholkupplung 28 auf die Zwischenwelle 19 zurückwirkt und eine Drehung dieser Welle zu verhindern sucht, bewirkt die auf die treibende Kupplungshälfte 15 ausgeübte Drehkraft, unterstützt durch die Axialkomponente der auf das Steilgewinde 14 ausgeübten Kraft, eine Verschiebung der Kupplungshälfte 15 längs der rechtsgängigen Steilgewinde 17, 18. Dabei wird die Feder 23 zusammengedrückt, und die Kupplungszähne 33, 34 werden in Eingriff gebracht, bevor eine wesentliche gegenseitige Drehung zwischen den beiden Kupplungshälften 15 und 25 stattfindet. Der Steigungswinkel der rechtsgängigen Steilgewinde 17, 18 ist unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Durchmesser der Gewinde 17, 18 und der Verzahnung der Zahnkupplung 16 so in bezug auf den .Winkel der geneigten Flanken der Kupplungszähne 33, 34 bemessen, daß bei der axialen Verschiebung der Kupplungshälfte 15 der volle Zahneingriff ;hergestellt werden kann. Falls jedoch bei dem anfänglichen Einrücken der Zahnkupplung 16 die Kupplungszähne 33, 34 noch nicht in vollen Eingriff kommen, reicht die Axialkomponente der auf das linksgängige Steilgewinde 14 wirkenden Kraft aus, um die Reibung an den Zahnflanken und die Kraft der Ausrückfeder 23 zu überwinden und die Kupplungshälfte 15 in vollen Zahneingriff zu drücken. Diese Axialbewegung, die nicht von einer gegenseitigenDrehung zwischendenKupplungshälften 15 und 25 begleitet ist, bewirkt über die rechtsgängigen Steilgewinde17,18 eine Drehung der Zwischenwelle 19 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn, d. h. also im Freilauf. Sobald der volle Zahneingriff hergestellt ist, wird die die Kupplungshälfte 15 in Eingriff mit der Kupplungshälfte 25 drückende axiale Kraftkomponente von den Lagern 3 und 21 aufgenommen.When the gas turbine is started, the starter motor moves via the bell wheel 7 of the planetary gear, the hollow drive shaft 5 clockwise, from the left Side of Fig. 1 seen, in circulation. The shaft 5 rotates over the left-hand one Steep thread 14 the coupling half 15 and this in turn rotates over the right-hand High helix thread 17, 18, the intermediate shaft 19, which in turn via the overrunning clutch 28 the hollow shaft 9 with the coupling half 25 and over the spline 10 the with the shaft 13 of the turbine to be turned on, the turning shaft 11 rotates. Since the Shaft 13 opposes a great resistance to the rotation, via the overrunning clutch 28 acts back on the intermediate shaft 19 and to prevent rotation of this shaft seeks, causes the torque exerted on the driving coupling half 15, supported by the axial component of the force exerted on the coarse thread 14, a displacement the coupling half 15 along the right-hand helical thread 17, 18. It is the spring 23 is compressed and the clutch teeth 33, 34 are engaged brought before substantial mutual rotation between the two coupling halves 15 and 25 takes place. The pitch angle of the right-hand high helix threads 17, 18 is taking into account the different diameters of the threads 17, 18 and the teeth of the toothed coupling 16 so with respect to the .Winkel of the inclined Flanks of the coupling teeth 33, 34 dimensioned that during the axial displacement of the Coupling half 15 the full meshing; can be produced. If, however when the tooth clutch 16 is initially engaged, the clutch teeth 33, 34 are still do not come into full engagement, the axial component of the left-handed one is sufficient High helix thread 14 exerts a force to reduce the friction on the tooth flanks and the force to overcome the release spring 23 and the coupling half 15 in full meshing to press. This axial movement does not result from mutual rotation between the coupling halves 15 and 25 is accompanied by the right-hand coarse thread 17,18 Counterclockwise rotation of the intermediate shaft 19, d. H. so in freewheel. As soon as the full meshing is established, the coupling half 15 in Engagement with the coupling half 25 pressing axial force component from the bearings 3 and 21 added.

Wenn bei dem Einrücken der Zahnkupplung 16 die abgeflachten Zahnspitzen 35 der Kupplungszähne 33, 34 aufeinan@dertreffen, wird die Axialbewegung der Kupplungshälfte 15 unterbunden und bei deren weiterer Drehung im Uhrzeigersinn die Zwischenwelle 19 durch die Steilgewinde 17, 18 gegen die Wirkung der Federn 23 und 27 nach der linken Seite der Fig. 1 verschoben. Diese Axialbewegung der Zwischenwelle 19 hat zur Folge, daß die Kupplungsrollen 29- der Überholkupplung 28 auf der Hülse 32 rutschen oder schleifen, wodurch die Welle 19 sich im Uhrzeigersinn drehen und unter dem Einfluß der Federn 23 und 27 in ihre axiale Ausgangsstellung zurückkehren kann.. Die gleichzeitige Drehung der Zwischenwelle 19 und der treibenden Kupplungshälfte 15 gegenüber der getriebenen Kupplungshälfte 25 veranlaßt die abgeflachten Zahnspitzen 35 der Kupplungszähne 33, von den Zahnspitzen der Zähne 34 abzugleiten, so daß der volle Zahneingriff hergestellt werden kann.If, when the tooth clutch 16 is engaged, the flattened tooth tips 35 of the coupling teeth 33, 34 meet, the axial movement of the coupling half 15 prevented and when it continues to rotate clockwise, the intermediate shaft 19 by the coarse thread 17, 18 against the action of the springs 23 and 27 after shifted left side of FIG. This axial movement of the intermediate shaft 19 has As a result, the clutch rollers 29 of the overrunning clutch 28 slip on the sleeve 32 or grind, causing the shaft 19 to rotate clockwise and under the Influence of the springs 23 and 27 can return to their initial axial position .. The simultaneous rotation of the intermediate shaft 19 and the driving coupling half 15 opposite the driven coupling half 25 causes the flattened tooth tips 35 of the coupling teeth 33 to slide off the tooth tips of the teeth 34 so that the full meshing can be established.

Die mit der Turbinenwelle 13 fest gekuppelte getriebene Kupplungshälfte 25 wird während des Turbinenbetriebes ständig in Umlauf versetzt, so daß auch die in der Hohlwelle 9 der Kupplungshälfte 25 befeftigte Hülse 32 der Überholkupplung 28 ständig mit der Turbine umläuft. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durchVerwendung ausreichend harterKupplungsrollen 29 ein einwandfreier Freilauf der Überholkupplung ohne mechanische Schwierigkeiten erreichbar ist.The driven coupling half, which is firmly coupled to the turbine shaft 13 25 is continuously put into circulation during turbine operation, so that the in the hollow shaft 9 of the coupling half 25 attached sleeve 32 of the overrunning clutch 28 constantly rotates with the turbine. However, it has been shown that by using sufficiently hard clutch rollers 29 ensure that the overrunning clutch runs smoothly can be achieved without mechanical difficulties.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Andrehv orrichtung ein weitgehend stoßfreies volles Einrücken der Zahnkupplung bewirkt, bevor eine wesentliche gegenseitige Drehung zwischen den beiden Kupplungshälften stattfindet. Durch die parallel zu der Zahnkupplung angeordnete Überholkupplung steht die treibende Welle der Andrehvorrichtung in ständiger Verbindung mit der anzudrehenden Kraftmaschine, wobei jedoch die Überholkupplung in der Hauptsache nur zum Einrücken der Zahnkupplung verwendet wird und sowohl während des Betriebes der Kraftmaschine als auch während des Andrehens als Freilauf wirkt, so daß das volle Andrehmoment durch die Zahnkupplung übertragen wird.As can be seen from the above description, is in the According to the invention formed Andrehv device a largely shock-free full Engagement of the tooth clutch before causes substantial mutual rotation takes place between the two coupling halves. Due to the parallel to the tooth coupling arranged overrunning clutch is the driving shaft of the cranking device in constant Connection to the engine to be turned on, but with the overrunning clutch mainly used only for engaging the tooth clutch and both during the operation of the engine as well as during cranking acts as a freewheel, so that the full torque is transmitted through the gear coupling.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Starting device for internal combustion engines, in particular for jet engines, with a tooth coupling, characterized in that parallel an overrunning clutch (28) is arranged for the tooth clutch (16), the tooth clutch transmits the full torque while the overrunning clutch is in operation acts as a freewheel.

2. Turning device according to claim 1, characterized in that that the overrunning clutch (28) between a driven hollow shaft (9) and a driving coaxial intermediate shaft (19) is arranged, on whose steep thread (18) the driving coupling half (15) of the tooth coupling (16) can be screwed.

3. Turning device according to claim 1 and 2, characterized in that the driving coupling half (15) of the tooth coupling (16) with the hollow drive shaft (5) of the turning device a coarse thread (14) is coupled.

4. turning device according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the intermediate shaft (19) against the action of a spring (27) mounted so as to be axially displaceable and the overrunning clutch (28) 'is designed in such a way that that when the intermediate shaft (19) is axially displaced by the coarse thread (18) is disengaged and a common rotation of the intermediate shaft (19) and the driving Coupling half (15) opposite the driven coupling half (25) of the tooth coupling (16) allows. Documents considered: German Patent No. 718 972; French Patent Nos. 714310, 1045730; U.S. Patent No. 2 495 653.