DE102010012228B4 - Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung für den Überlastfall - Google Patents
Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung für den Überlastfall Download PDFInfo
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Abstract
Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung (5) für den Überlastfall an einem einstückigen Lagergehäuse (2) mit einem Lager (1), wobei das Lagergehäuse (2) in einem Lagerstützgehäuse (3) aufgenommen ist, wobei- das Lagergehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist und das Lager (1) aufnimmt,- die Sollbruchstellenvorrichtung (5) in das Lagergehäuse (2) integriert ist, und- die Sollbruchstellenvorrichtung (5) von Stegen unterbrochene Ventilationsöffnungen (8) aufweist, wobei die Stege die Sollbruchstellen (7) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (2) mittels eines Flansches (9) des Lagergehäuses (2) an dem Lagerstützgehäuse (3) befestigt ist und Gabeln (10) umfasst, wobei die Sollbruchstellenvorrichtung (5) zwischen dem Flansch (9) und den Gabeln (10) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung für den Überlastfall.
- Die
US 3,901,557 A beschreibt ein Strahltriebwerk, bei dem eine Deformation der Rotorwelle auf Grund von Vogelschlagereignissen auftreten kann. Um eine Zerstörung des Strahltriebwerks durch die Deformation der Rotorwelle zu verhindern, ist das Gehäuse, in dem die Lager der Rotorwelle aufgenommen sind, ebenfalls deformierbar. Außerdem ist ein Mittel zur Aufnahme von radialen und axialen Bewegungen des Lagers im Gehäuse vorhanden. - Die
EP 1 199 441 A2 offenbart eine Sicherungsvorrichtung zum Entkoppeln der Fanstufe von einer Lagerstützstruktur in einem Überlastfall. Dazu weist ein Lager einen äußeren Lagerring, einen inneren Lagerring und ein Lagerelement auf. An dem äußeren Lagerring ist einen ein Flansch und ein Sitz angeordnet, in dem ein vorderer Flansch der Sicherungsvorrichtung aufgenommen ist. Die Sicherungsvorrichtung und der äußere Lagerring sind über eine Bolzen-Mutter-Verbindung miteinander verbunden. Des Weiteren weist die Sicherungsvorrichtung Sicherungsstege auf, die unter einer vorgegebenen radialen Last während des Überlastfalls versagen, wodurch das Lager bzw. der Fan von der Lagerstützstruktur getrennt wird. - Die
GB 2 281 105 A - Bekannte Strahltriebwerke nach dem Stand der Technik können auch über Scherbolzen, im Englischen fuse genannt, verfügen, mit denen das Lagergehäuse und das Lagerstützgehäuse verbunden sind. Die Scherbolzen haben den Zweck, bis zum limitierenden Lastfall eine steife Anbindung des Lagergehäuses an das Lagerstützgehäuse sicher zu stellen. Im Überlastfall sollen die Scherbolzen abscheren, ohne die Strukturbauteile zu überlasten.
- Nach dem Abscheren der Scherbolzen erlaubt ein vorgegebener Radialspalt zwischen dem Lagergehäuse und dem Lagerstützgehäuse ein Auslenken der Hauptwelle des Strahltriebwerks und damit eine Lastenreduzierung von der Welle in die Strukturbauteile. Die Auslegung der Festigkeit der Strukturbauteile hängt dabei maßgeblich von den Scherlasten und den resultierenden Lasten nach Auslenkung der Welle im vorgegebenen Radialspalt ab.
- Bei diesem Stand der Technik ist es nachteilig, dass das Konzept mit den Scherbolzen enger Form- und Lagetoleranzen bedarf, um eine hinreichend genaue Lagerpositionierung zu gewährleisten und einer Vorverspannung der Scherbolzen vorzubeugen. Zudem ist eine spezielle Befestigung des Scherbolzens zum Lagerstützgehäuse notwendig, um eine Torsionsverspannung der Scherbolzen zu vermeiden. Die Vorspannungen auf dem Scherbolzen sind zu vermeiden, um eine hinreichende Sicherheit gegen Versagen bei limitierenden Lastfällen sicher zu stellen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Probleme der Scherbolzen entfallen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung für den Überlastfall nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
- Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe in einem Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung für den Überlastfall an einem Lagergehäuse mit einem Lager, wobei das Lagergehäuse in einem Lagerstützgehäuse aufgenommen ist, wobei die Sollbruchstellenvorrichtung in das Lagergehäuse integriert ist.
- Die Integration in das Lagergehäuse vermeidet Vorspannungen in den Sollbruchstellen durch Einflüsse von Einzelkomponenten (Lagetoleranzen/Torsion bei der Montage). Weiterhin werden Gewicht, Montagezeit und Kosten eingespart. Die Risiken durch Beschädigungen und Montagefehler sind gering. Es ergeben sich eine hohe Zuverlässigkeit geringe potenzielle Folgekosten.
- Das Lagergehäuse mittels eines Flansches an dem Lagerstützgehäuse befestigt und umfasst Gabeln, wobei die Sollbruchstellenvorrichtung zwischen dem Flansch und den Gabeln angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht ein Abbrechen des stromaufwärtigen Endes des Lagergehäuses im Überlastfall. Die Sollbruchstellen stellen eine ausreichend steife Anbindung des Lagergehäuses am Lagerstützgehäuse dar. Der Flansch am Lagergehäuse ist einfach herzustellen und ermöglicht somit eine Kosteneinsparung.
- Die Sollbruchstellenvorrichtung weist von Stegen unterbrochene Ventilationsöffnungen auf, wobei die Stege die Sollbruchstellen bilden. Die Ventilationsöffnungen ermöglichen einen Druckausgleich, während die Stege die Stellen sind, an denen das Lagergehäuse abbrechen kann. Weitere Ventilationsöffnungen an anderen Stellen können entfallen.
- Außerdem sind in den Gabeln geführte Axialspielbegrenzungsbolzen für den Überlastfall vorhanden, die das Lagergehäuse in dem Lagerstützgehäuse halten. Die Axialspielbegrenzungsbolzen begrenzen die Bewegung in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Lagergehäuses nach einem überlastbedingten Bruch an den Sollbruchstellen.
- Weiterhin ist im Bereich des Lagers ein Radialspalt zwischen dem Lagergehäuse und dem Lagerstützgehäuse vorhanden. Der Radialspalt begrenzt die radiale Bewegung des Lagergehäuses nach einem Bruch im Überlastfall.
- Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Niederdruckwellen-Schublager ist. An diesem Lager ist die Sollbruchstellenvorrichtung optimal einsetzbar.
- Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellenvorrichtung acht Stege umfasst. Acht Stege sind ausreichend und lassen genug Platz für die Ventilationsöffnungen.
- Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Sollbruchstellenvorrichtung eines Strahltriebwerks nach dem Stand der Technik, -
2 eine Schnittansicht einer Sollbruchstellenvorrichtung eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks und -
3 eine perspektivische Ansicht der Sollbruchstellenvorrichtung aus2 . -
1 zeigt eine Sollbruchstellenvorrichtung5 in einem nicht dargestellten Strahltriebwerk nach dem Stand der Technik. Die Sollbruchstellenvorrichtung5 ist in Verbindung mit einem Lager1 , einem Lagergehäuse2 und einem Lagerstützgehäuse3 dargestellt. - Das Lager
1 ist im Lagergehäuse2 befestigt. Am äußeren Umfang des rohrförmigen Lagergehäuses2 ist die Sollbruchstellenvorrichtung5 angebracht. Die Sollbruchstellenvorrichtung5 umfasst mehrere über den Umfang verteilte axial angeordnete Scherbolzen6 mit jeweils einer Sollbruchstelle7 . Die Scherbolzen6 verbinden das Lagergehäuse2 mit dem Lagerstützgehäuse3 . Zwischen dem Lagergehäuse2 und dem Lagerstützgehäuse3 befindet sich der Radialspalt4 . - Im Betrieb kann es vorkommen, dass ein so genannter Vogelschlag auftritt, d. h. ein Vogel gerät in das Strahltriebwerk und eine oder mehrere Schaufeln werden beschädigt oder sogar abgetrennt. Dies hat eine Unwucht der Rotorwelle zur Folge. Aufgrund der Unwucht erfolgt ein Durchbiegen der Rotorwelle. Die dabei auftretenden Kräfte werden über das Lager
1 auf das Lagergehäuse2 und damit auf die Scherbolzen6 übertragen. Die Scherbolzen6 brechen dann an den Sollbruchstellen7 . Der Radialspalt4 ermöglicht eine Auslenkung der Rotorwelle. - Die
2 und3 zeigen eine Sollbruchstellenvorrichtung5 eines nicht dargestellten Strahltriebwerks. Auch hier ist die Sollbruchstellenvorrichtung5 im Zusammenhang mit einem Lager1 , einem Lagergehäuse2 und einem Lagerstützgehäuse3 dargestellt. - Das Lagergehäuse
2 ist rohrförmig ausgebildet und nimmt das Lager1 auf. Am Lagergehäuses2 ist die Sollbruchstellenvorrichtung5 angeordnet, die um das Lagergehäuse2 herum verläuft und mit diesem verbunden ist. - Ein Flansch
9 am Lagergehäuse2 umfasst die in Umfangsrichtung um das Lagergehäuse2 verlaufende Sollbruchstellenvorrichtung5 und Gabeln10 . Mittels des Flansches9 ist das Lagergehäuse2 am Lagerstützgehäuse3 angeflanscht. Die Gabeln10 sind in radialer Richtung am Lagergehäuse3 ausgebildet. Die Gabeln10 nehmen Axialspielbegrenzungsbolzen11 auf, die das Lagergehäuse2 in axialer Richtung mit dem Lagerstützgehäuse3 verbinden und im Schadensfall die Bewegung des Lagergehäuses2 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung begrenzen. - Die Sollbruchstellenvorrichtung
5 weist in Umfangsrichtung ausgebildete Ventilationsöffnungen8 auf, zwischen denen stegförmige Sollbruchstellen7 ausgebildet sind. - Die stegförmigen Sollbruchstellen
7 können durch runde Einschnitte in der Mitte zusätzlich geschwächt werden, um eine Beeinträchtigung der Scherfunktion durch Biegung zu reduzieren. Durch die lokale Begrenzung der Sollbruchstelle wird die Steifigkeit der Sollbruchstellenvorrichtung5 und damit auch ein zuverlässiges Scherverhalten erreicht. - Zwischen dem Lagergehäuse
2 und dem Lagerstützgehäuse3 befindet sich ein Radialspalt4 , der im Schadensfall die Bewegung des Lagergehäuses2 in radialer Richtung begrenzt. Zusammen mit der Begrenzung der Bewegung des Lagergehäuses2 durch die Axialspielbegrenzungsbolzen11 wird die Lagerung und Führung der nicht dargestellten Rotorwelle im ausgelenkten Zustand sichergestellt. - Beim Auftreten eines Vogelschlags und einer damit verbundenen Zerstörung einer oder mehrerer Schaufeln wird eine Unwucht an der Rotorwelle erzeugt, die zu einer Auslenkung bzw. Biegung der Rotorwelle führt. Aufgrund dieser Biegung bricht der Flansch
9 des Lagergehäuses2 an den Sollbruchstellen7 ab. Das Lagergehäuse wird dann nur noch durch die Axialspielbegrenzungsbolzen11 am Lagerstützgehäuse3 gehalten. Der Radialspalt4 und die Axialspielbegrenzungsbolzen11 dienen zur Lagerung und Führung der Rotorwelle im ausgelenkten Zustand. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lager
- 2
- Lagergehäuse
- 3
- Lagerstützgehäuse
- 4
- Radialspalt
- 5
- Sollbruchstellenvorrichtung
- 6
- Scherbolzen
- 7
- Sollbruchstelle
- 8
- Ventilationsöffnung
- 9
- Flansch
- 10
- Gabel
- 11
- Axialspielbegrenzungsbolzen
Claims (5)
- Strahltriebwerk mit einer Sollbruchstellenvorrichtung (5) für den Überlastfall an einem einstückigen Lagergehäuse (2) mit einem Lager (1), wobei das Lagergehäuse (2) in einem Lagerstützgehäuse (3) aufgenommen ist, wobei - das Lagergehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist und das Lager (1) aufnimmt, - die Sollbruchstellenvorrichtung (5) in das Lagergehäuse (2) integriert ist, und - die Sollbruchstellenvorrichtung (5) von Stegen unterbrochene Ventilationsöffnungen (8) aufweist, wobei die Stege die Sollbruchstellen (7) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (2) mittels eines Flansches (9) des Lagergehäuses (2) an dem Lagerstützgehäuse (3) befestigt ist und Gabeln (10) umfasst, wobei die Sollbruchstellenvorrichtung (5) zwischen dem Flansch (9) und den Gabeln (10) angeordnet ist.
- Strahltriebwerk nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Gabeln (10) geführte Axialspielbegrenzungsbolzen (11) für den Überlastfall vorhanden sind, die das Lagergehäuse (2) in dem Lagerstützgehäuse (3) halten. - Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Lagers (1) ein Radialspalt (4) zwischen dem Lagergehäuse (2) und dem Lagerstützgehäuse (3) vorhanden ist.
- Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (1) ein Niederdruckwellen-Schublager ist.
- Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellenvorrichtung (5) acht Stege umfasst.
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