DE102017108333A1

DE102017108333A1 - Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102017108333A1
Application number: DE102017108333.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan UHKÖTTER
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US10914366B2; US20180306293A1

Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (25) mit wenigstens einem drehenden Bauteil (28), mit einem wenigstens einen Leitungsbereich (39) begrenzenden weiteren Bauteil und mit mindestens einer über den Leitungsbereich (39) mit Hydraulikfluid zu beaufschlagenden Verbrauchsstelle beschrieben. Hydraulikfluid ist von wenigstens einer Hydraulikfluidzuführeinrichtung (32, 33) über wenigstens eine Zuführöffnung (38) in den wenigstens Leitungsbereich (39) einführbar und über wenigstens eine Auslassöffnung (41) aus dem wenigstens einen Leitungsbereich (39) zum Versorgen der wenigstens einen Verbrauchsstelle ausführbar. Innerhalb des Leitungsbereichs (39) ist wenigstens eine von dem Bauteil (28) angetriebene Pumpeneinrichtung (46) zur Förderung von Hydraulikfluid von der wenigstens einen Zuführöffnung (38) in Richtung der wenigstens einen Auslassöffnung (41) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Strahltriebwerke bzw. Flugtriebwerke sind unter anderem mit als Planetengetriebe ausgeführten Getriebevorrichtungen ausgebildet, über die ein Bläser bzw. ein Fan mit einer Turbineneinrichtung in Wirkverbindung steht. Dabei umfassen die Planetengetriebe in Standardbauweise üblicherweise ein Hohlrad, mehrere Planetenräder und ein Sonnenrad, die miteinander in Eingriff stehen. Der Bläser ist im Bereich einer Bläserwelle mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden, während eine Welle der Turbineneinrichtung mit dem Sonnenrad gekoppelt ist. Damit wird erreicht, dass ein über die Welle der Turbineneinrichtung am Planetengetriebe anliegendes Antriebsmoment der Turbineneinrichtung der Standübersetzung des Planetengetriebes entsprechend angehoben und der Bläserwelle zugeführt wird, während die Drehzahl der Welle der Turbineneinrichtung um den Faktor der Standübersetzung des Planetengetriebes größer ist als die Drehzahl der Bläserwelle.
Um insbesondere bei sogenannten Hochgeschwindigkeitsplanetenradsätzen eine ausreichende Schmierung und Kühlung von Lagern und Zahneingriffen sicherstellen und im Betrieb auftretende Wärmeverluste in entsprechendem Umfang abführen zu können, werden Planetengetriebe bei bekannten Strahltriebwerken von einer Ölpumpe mit Öl versorgt. Mittels der Ölpumpe wird dem Planetengetriebe Öl mit einem zur Versorgung der Lager und Zahneingriffe erforderlichen Druck zugeführt.
Damit der erforderliche Druck im Bereich des Planetengetriebes aufrechterhalten werden kann, sind im Bereich der Planetengetriebe nachteilhafterweise verschleißbehaftete Kontaktdichtungen vorgesehen, über die der Bereich des rotierenden Planetengetriebes gegenüber der statischen Umgebung abdichtbar ist, innerhalb dem das unter Druck zugeführte Öl in gewünschtem Umfang zu den mit Öl zu beaufschlagenden Bereichen des Planetengetriebes, wie Zahneingriffen zwischen dem Hohlrad und den Planetenräder bzw. zwischen den Planetenräder und dem Sonnenrad sowie Lagereinheiten weitergeleitet wird.
Aus der nicht veröffentlichten DE 10 2016 111 855.9 der Anmelderin ist es bekannt einen Innenraum eines Gehäuse einer Einrichtung eines Strahltriebwerkes gegenüber einer Umgebung mittels wenigstens einer Dichtung betriebszustandsabhängig abzudichten, über die eine Dichtwirkung zwischen einem drehbaren Bauteil und einem gehäusefesten Bauteil zumindest bis zu einem definierten Schwellwert der Drehzahl des drehbaren Bauteiles zur Verfügung gestellt wird. Die wenigstens eine Dichtung gibt im Betrieb aufgrund der an dem rotierenden Bauteil angreifenden Zentrifugalkraft einen Spalt frei, womit der Innenraum des Gehäuses und die Umgebung über den im Bereich der Dichtung freigegebenen Spalt miteinander verbunden sind. Das über eine im Innenraum der Einrichtung angeordnete Öldüse in den Innenraum der Einrichtung zugeführte Öl wird von der Öldüse aufgrund der im Betrieb am eingeleiteten Öl angreifenden Zentrifugalkraft zu radial weiter außen angeordneten Verbrauchsstellen der Einrichtung gefördert.
Problematisch dabei ist jedoch, dass während ungünstiger Betriebszustandsverläufe mittels der zentrifugalkraftbedingten Ölförderung eine erforderliche Ölversorgung nicht gewährleistbar ist. Zusätzlich ist durch die im Betrieb zur Verringerung des Verschleißes vorgesehene Freigabe des Spaltes seitens der Dichtung deren Dichtwirkung reduziert, womit im Betrieb der Einrichtung ein stromauf der Öldüse vorliegender Öldruck im Innenraum der Einrichtung nicht zur Weiterleitung des Öl zu den Verbrauchsstellen aufrechterhalten und im vorbeschriebenen Umfang genutzt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auf konstruktiv einfache Weise in gewünschtem Umfang mit Hydraulikfluid versorgbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird eine Getriebevorrichtung, insbesondere eine Planetengetriebevorrichtung, mit wenigstens einem drehenden Bauteil, mit einem wenigstens einen Leitungsbereich begrenzenden weiteren Bauteil und mit mindestens einer über den Leitungsbereich mit Hydraulikfluid zu beaufschlagenden Verbrauchsstelle, insbesondere Zahneingriffe und/oder Lagerungen der Getriebevorrichtung, vorgeschlagen, wobei Hydraulikfluid von wenigstens einer Hydraulikfluidzuführeinrichtung über wenigstens eine Zuführöffnung in den wenigstens einen Leitungsbereich einführbar und über wenigstens eine Auslassöffnung aus dem Leitungsbereich ausführbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass innerhalb des Leitungsbereichs wenigstens eine von dem Bauteil der Getriebevorrichtung antreibbare Pumpeneinrichtung zur Förderung von Hydraulikfluid von der wenigstens einen Zuführöffnung in Richtung der wenigstens einen Auslassöffnung vorgesehen ist.
Bei einer erfindungsgemäß ausgeführten Getriebevorrichtung wird ein zur ausreichenden Versorgung der Verbraucher der Getriebevorrichtung erforderlicher Hydraulikfluiddruck auf konstruktiv einfache Weise durch die Pumpeneinrichtung zur Verfügung gestellt, weshalb eine verschleißbehaftete Abdichtung des Leitungsbereiches gegenüber der Umgebung nicht erforderlich ist. Dies ist deshalb möglich, weil die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung auch mit einem Zuführdruck in gewünschtem Umfang mit Hydraulikfluid versorgbar ist, der kleiner ist als der Zuführdruck, der zur Versorgung bekannter Getriebeeinrichtungen aufzubringen ist.
Das Hydraulikfluid wird hierbei von der wenigstens einen, beispielsweise gehäusefest angeordneten Hydraulikfluidzuführeinrichtung zu der wenigstens einen, insbesondere um eine Drehachse der Getriebevorrichtung rotierenden Auslassöffnung geführt.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Auslassöffnung in Bezug auf eine zentrale Achse der Getriebevorrichtung, die bei einer als Planetengetriebe ausgeführten Getriebevorrichtung die Drehachse eines Sonnenrad sein kann, insbesondere in radialer Richtung einen größeren Abstand zu der zentralen Achse aufweist als die wenigstens eine Zuführöffnung.
Es wird eine Differenz einer Drehgeschwindigkeit des Bauteils gegenüber dem den Leitungsbereich begrenzenden weiteren Bauteil für den Antrieb der Pumpeneinrichtung ausgenutzt, um innerhalb des Leitungsbereiches und stromab der Zuführeinrichtung sowie stromauf der Auslassöffnung einen zur ausreichenden Versorgung der Getriebevorrichtung erforderlichen Hydraulikfluidvolumenstrom bzw. Hydraulikfluiddruck zur Verfügung stellen zu können, ohne dafür eine aufwändige Abdichtung des Leitungsbereiches im Bereich der Zuführöffnung gegenüber der Umgebung vorsehen zu müssen. Bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist dabei auf einfache Weise ein aus der Auslassöffnung austretender Hydraulikfluidvolumenstrom erzielbar, der neben der Versorgung von Lagereinrichtungen der Getriebevorrichtung auch für die Versorgung von Zahneingriffen ausreichend ist, wobei für die Versorgung von Zahneingriffen üblicherweise ein höherer Versorgungsdruck erforderlich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die wenigstens eine Pumpeneinrichtung als Strömungspumpe bzw. Zentrifugalpumpe oder als Verdrängerpumpe ausgeführt. Die Pumpeneinrichtung kann sowohl eine Axialpumpe, eine Radialpumpe und/oder eine Diagonalpumpe sein und einen konstanten oder einen variierenden Hydraulikfluidförderstrom bereitstellen. Die Pumpeneinrichtung kann beispielsweise mit einer archimedischen Schraube ausgeführt sein.
Um einen besonders großen Hydraulikfluiddruck und einen ausreichenden Hydraulikfluidvolumenstrom zur Versorgung der Verbraucher der Getriebevorrichtung zur Verfügung stellen zu können, sind bei einer vorteilhaften Ausführung der Getriebevorrichtung mehrere Pumpeneinrichtungen in Strömungsrichtung des zugeführten Hydraulikfluids hintereinander in dem Leitungsbereich angeordnet und in Reihe zueinander geschaltet. Hierbei können Pumpeneinrichtungen der gleichen Bauart oder verschiedener Bauarten miteinander kombiniert sein.
Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstig umsetzbaren Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist wenigstens eine Pumpeneinrichtung drehfest mit dem Bauteil verbunden und vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung nicht verschieblich mit dem Bauteil wirkverbunden, so dass die Pumpeneinrichtung allein durch die Anbindung an das Bauteil ausreichend bestimmt festgelegt ist.
Die Pumpeneinrichtung weist bei einer einfachen Ausführung der Erfindung ein drehfest mit dem Bauteil verbundenes Flügelrad auf.
Wenn die Pumpeneinrichtung mittels einer Keilwellenverbindung mit dem Bauteil der Getriebevorrichtung verbunden ist und mittels einer Lagereinrichtung im Bereich eines weiteren drehbaren Bauteils der Getriebevorrichtung gelagert ist, ist auf konstruktiv einfache Weise eine Relativbewegung der Pumpeneinrichtung in radialer Richtung gegenüber dem Bauteil möglich. Hierdurch kann bei einer insbesondere mit einem Flügelrad ausgeführten Pumpeneinrichtung ein Spalt zwischen der Pumpeneinrichtung und dem weiteren Bauteil besonders klein eingestellt werden, um die Pumpeneinrichtung mit hohem Wirkungsgrad betreiben zu können.
Um auch einen großen, insbesondere zur Versorgung von Zahneingriffen der Getriebevorrichtung erforderlichen Hydraulikfluiddruck auf konstruktiv einfache Weise bereitstellen zu können, kann stromab der Pumpeneinrichtung eine Druckrückgewinnungseinrichtung angeordnet sein.
Im Bereich einer solchen Druckrückgewinnungseinrichtung wird zumindest teilweise ein dynamischer Druck in statischen Druck umgewandelt.
Die Druckrückgewinnungseinrichtung weist bei einer einfachen und in axialer Richtung bauraumgünstigen Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ein drehfest mit dem weiteren Bauteil verbundenes und das Flügelrad umfangsseitig umfassendes weiteres Flügelrad auf.
Das Flügelrad und/oder das weitere Flügelrad können mit geraden oder in axialer Richtung und/oder radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung der jeweiligen Drehachse gebogenen Schaufeln ausgeführt sein, wobei die Schaufeln des weiteren Flügelrads zur Erzielung einer gewünschten Druckerhöhung insbesondere in Umfangsrichtung mit einer Krümmung ausgebildet sind, die zu einer Krümmung der Schaufeln des Flügelrads entgegengesetzt ist. Das bedeutet, dass die Oberflächen der Schaufeln des Flügelrades zumindest abschnittweise mit einer konvexen oder konkaven Krümmung ausgeführt sind, wenn die Oberflächen zumindest abschnittsweise konkav oder konvex gekrümmt sind.
Die Druckrückgewinnungseinrichtung ist bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit einem radial außerhalb des Flügelrads oder des weiteren Flügelrads angeordneten, sich zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung des Bauteils oder des weiteren Bauteils erstreckenden schneckenförmigen Leitungsbereich ausgeführt, der einen sich in Richtung der wenigstens einen Auslassöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist. Der schneckenförmige Leitungsbereich erstreckt sich in Umfangsrichtung der Drehachse des Flügelrads bzw. des weiteren Flügelrads insbesondere über einen möglichst großen Bereich und umfasst das Bauteil in Umfangsrichtung vorzugsweise nahezu vollständig. Die Pumpeneinrichtung kann sowohl eine Axialpumpe, eine Radialpumpe und/oder eine Diagonalpumpe sein und einen konstanten oder einen variierenden Hydraulikfluidförderstrom bereitstellen. Die Pumpeneinrichtung kann beispielsweise mit einer archimedischen Schraube ausgeführt sein.
Die Getriebevorrichtung ist vorzugsweise als Planetengetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle ausgeführt, und weist ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad auf, wobei die Planetenräder drehbar mit einem Planetenträger verbunden sind.
Das Planetengetriebe ist vorzugsweise Teil einer als Strahltriebwerk ausgeführten Strömungsmaschine, wobei ein Bauteil des Planetengetriebes, insbesondere ein Planetenträger der Planetengetriebevorrichtung, mit einem Bläser der Strömungsmaschine und ein weiteres Bauteil der Planetengetriebevorrichtung, insbesondere ein Sonnenrad der Planetengetriebevorrichtung, mit einer Turbineneinrichtung der Strömungsmaschine, wie einer Niederdruckturbine oder der gleichen, in Wirkverbindung stehen, wobei das Hohlrad gehäusefest festgelegt ist.
Vorzugsweise ist wenigstens einem Planetenrad, insbesondere allen Planetenrädern, oder dem Sonnenrad eine Pumpeneinrichtung zugeordnet.
Grundsätzlich ist die Erfindung sowohl bei umlaufenden als auch bei nicht umlaufenden Planetengetriebevorrichtungen anwendbar.
Das Bauteil stellt hierbei vorzugsweise ein Sonnenrad oder ein Planetenrad der Planetengetriebevorrichtung dar, wohingegen das weitere Bauteil vorzugsweise ein Planetenträger ist, der vorzugsweise zumindest bereichsweise den Leitungsbereich begrenzt.
Durch die im Betrieb im Vergleich zu der Drehgeschwindigkeit des Planetenträgers hohe Drehgeschwindigkeit des Sonnenrads oder des Planetenrads ist dabei auf einfache Weise ein hoher Hydraulikfluiddruck zur Versorgung der Planetengetriebevorrichtung bereitstellbar.
Bei einer einfachen Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die wenigstens eine Hydraulikfluidzuführeinrichtung als Hydraulikfluiddüse ausgeführt.
Es kann wenigstens eine Dichteinrichtung zur Abdichtung des weiteren Bauteils gegenüber einer Umgebung vorgesehen sein, die beispielsweise als Kontaktdichtung oder Labyrinthdichtung ausgeführt ist und vorzugsweise im Betrieb der Getriebevorrichtung aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft einen Dichtspalt zwischen einem Innenraum der Getriebevorrichtung und der Umgebung freigibt und ein sogenanntes temporär offenes System vorliegt. Im Betrieb kann durch die Öffnung des Dichtspaltes eine selbstjustierende Ölversorgung realisiert werden, während auf Grund der mindestens einen Dichtung im Stillstand eine Abdichtung gegenüber der Umgebung gewährleistet ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bereich zwischen dem weiteren Bauteil und der Umgebung ohne Dichteinrichtung ausgeführt ist und die Getriebevorrichtung zur Hydraulikfluidversorgung mit einem sogenannten permanent offenen System ausgebildet ist.
Im Betrieb steht bei den beiden letztgenannten Ausführungen für ein Bauteil jeweils eine sogenannte sich selbsteinstellende Hydraulikfluidversorgung zur Verfügung.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind mehrere insbesondere zur Versorgung von Lagereinrichtungen oder Zahneingriffen der Getriebevorrichtung vorgesehene Auslassöffnungen vorgesehen, die zusammen insbesondere einen sogenannten Düsenstock oder eine sogenannte Spraybar bilden.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:

1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Strahltriebwerks mit einem Bläser und mit einer Niederdruckturbine, wobei der Bläser über ein Planetengetriebe mit der Niederdruckturbine in Wirkverbindung steht;
2 eine stark schematisierte Darstellung eines das Planetengetriebe umfassenden Teilbereichs des Strahltriebwerks gemäß 1, wobei der Bläser mit einem Planetenträger des Planetengetriebes in Wirkverbindung steht und die Niederdruckturbine mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt ist;
3 eine vereinfachte Schnittdarstellung des Planetengetriebes gemäß 1 und 2, wobei eine Pumpeneinrichtung gezeigt ist, mittels der dem Planetengetriebe über eine Hydraulikfluiddüse zugeführtes Hydraulikfluid bedruckbar ist;
4 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Planetengetriebe gemäß 3 entlang der Linie IV-IV;
5 eine 3 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Planetengetriebes;
6 eine 3 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Planetengetriebes mit zwei jeweils mit einem Flügelrad ausgeführten Pumpeneinrichtungen;
7 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Planetengetriebe gemäß 6 entlang der Linie VII-VII;
8 eine 3 entsprechende Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Planetengetriebes mit zwei Pumpeneinrichtungen, wobei eine Pumpeneinrichtung als Axialpumpe und die andere Pumpeneinrichtung mit einem Flügelrad ausgeführt ist;
9 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Planetengetriebe gemäß 8 entlang der Linie IX-IX;
10 eine 3 entsprechende Ansicht einer fünften Ausführungsform eines Planetengetriebes mit zwei Pumpeneinrichtungen, wobei eine Pumpeneinrichtung mit einer archimedischen Schraube und die andere Pumpeneinrichtung mit einem Flügelrad ausgeführt ist;
11 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Planetengetriebe gemäß 10 entlang der Linie XI-XI;
12 eine 3 entsprechende Ansicht einer sechsten Ausführungsform eines Planetengetriebes, bei der jedem Planetenrad eine Pumpeneinrichtung zugeordnet ist; und
13 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Planetengetriebe gemäß 12 entlang der Linie XIII-XIII.

In 1 ist eine als Strahltriebwerk 1 bzw. Gasturbinentriebwerk ausgeführte Strömungsmaschine gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausführbar ist. Aus dem Folgenden ergibt sich eindeutig, dass die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung auch in anderen Strömungsmaschinen bzw. Turbomaschinen eingesetzt werden kann.
Das Strahltriebwerk 1 weist eine Haupt- und Drehachse 12 auf. Des Weiteren umfasst das Strahltriebwerk 1 in axialer Strömungsrichtung einen Lufteinlass 3, einen Bläser 4, eine Getriebevorrichtung 25, einen Zwischendruckverdichter 15, einen Hochdruckverdichter 16, eine Verbrennungseinrichtung 17, eine Hochdruckturbine 18, eine Niederdruckturbine 19 und eine Ausströmdüse 7. Eine Triebwerksgondel 5 umgibt das Gasturbinentriebwerk 1 und begrenzt den Einlass 3.
Das Strahltriebwerk 1 arbeitet in herkömmlicher Weise, wobei in den Einlass 3 eintretende Luft durch den Bläser 4 beschleunigt wird, um zwei Luftströme zu erzeugen. Ein erster Luftstrom strömt in den Zwischendruckverdichter 15 und ein zweiter Luftstrom wird durch einen Bypasskanal 22 geführt, um einen Antriebsschub bereitzustellen. Der Zwischendruckverdichter 15 komprimiert den ihm zugeführten Luftstrom, bevor die Luft im Bereich des Hochdruckverdichters 16 weiter verdichtet wird.
Die aus dem Hochdruckverdichter 16 ausströmende Druckluft wird in die Verbrennungseinrichtung 17 eingeleitet, wo eine Vermischung mit Kraftstoff erfolgt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Die entstehenden heißen Verbrennungsprodukte expandieren und treiben dabei die Hochdruckturbine 18 und die Niederdruckturbine 19 an, bevor sie über die Ausströmdüse 7 ausgeführt werden, um einen zusätzlichen Antriebsschub bereitzustellen. Die Hochdruckturbine 18 und die Niederdruckturbine 19 treiben den Hochdruckverdichter 16 bzw. den Zwischendruckverdichter 15 jeweils über eine geeignete Verbindungswelle an. Die die Niederdruckturbine 19 mit dem Zwischendruckverdichter 15 koppelnde Verbindungswelle 20 treibt auch den Bläser 4 über die Getriebevorrichtung 25 an.
In 2 ist ein Ausschnitt des Strahltriebwerks 1 gemäß 1 in stark schematisierter Weise gezeigt, wobei die in 1 gezeigte Getriebevorrichtung 25 als Planetengetriebe bzw. Planetengetriebevorrichtung ausgeführt ist. Die Verbindungswelle bzw. Welle 20 ist hier mit einem Sonnenrad 28 der Planetengetriebevorrichtung 25 verbunden, wohingegen der Bläser 4 im Bereich einer Bläserwelle 26 mit einem einen umlaufenden Planetenträger 27 darstellenden Bauteil der Planetengetriebevorrichtung 25 in Wirkverbindung steht. Bei der gezeigten Ausführung der Planetengetriebevorrichtung 25 ist ein Hohlrad 31 der Planetengetriebevorrichtung 25 gehäusefest angeordnet. Bei hierzu alternativen Ausführungen der Getriebevorrichtung kann auch der Planetenträger oder das Sonnenrad gehäusefest ausgeführt sein.
Mit der gezeigten Ankopplung der Bläserwelle 26 und der Welle 20 der Niederdruckturbine 19 an die Planetengetriebevorrichtung 25 wird ein über die Welle 20 an der Planetengetriebevorrichtung 25 anliegendes Antriebsmoment der Standübersetzung der Planetengetriebevorrichtung 25 entsprechend angehoben und der Bläserwelle 26 zugeführt, während die Drehzahl der Welle 20 um den Faktor der Standübersetzung der Planetengetriebevorrichtung 25 größer ist als die Drehzahl der Bläserwelle 26. Wenn der Bläser 4 von der Niederdruckturbine 19 angetrieben wird, wird die Drehzahl der Welle 20 der Übersetzung der Planetengetriebevorrichtung 25 im Bereich der Planetengetriebevorrichtung 25 entsprechend reduziert und die Bläserwelle 26 sowie der Bläser 4 mit dieser reduzierten Drehzahl und mit einem gegenüber dem an der Welle 20 anliegenden Drehmoment erhöhten Drehmoment angetrieben.
Zur Versorgung der Planetengetriebevorrichtung 25 mit Hydraulikfluid bzw. Öl wird der in 3 und 4 näher dargestellten Planetengetriebevorrichtung 25 beispielsweise über eine im Bereich einer Nebenaggregategetriebeeinrichtung angeordnete Hydraulikpumpe Öl zugeführt und vorliegend über mehrere umfangsseitig des Sonnenrads 28 angeordnete und als Öldüsen 32, 33 ausgeführte Hydraulikfluidzuführeinrichtungen durch einen in radialer Richtung des Sonnenrads 28 zwischen dem Sonnenrad 28 und dem Planetenträger 27 vorliegenden und eine Zuführöffnung 38 bildenden Spalt 36 in einen Innenraum 37 der Planetengetriebevorrichtung 25 eingeleitet bzw. eingesprüht.
Das durch die Zuführöffnung 38 zugeführte Öl wird über einen in dem Innenraum 37 der Planetengetriebevorrichtung 25 angeordneten Leitungsbereich 39 einem weiteren sich in Umfangsrichtung der Planetengetriebevorrichtung 25 zwischen Planetenrädern 43 der Planetengetriebevorrichtung 25 im Bereich von Zahneingriffen der Planetenräder 43 mit dem Sonnenrad 28 angeordneten Leitungsbereich 40 zugeführt, der sich im Wesentlichen in axialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung 25 erstreckt und stromab des Leitungsbereichs 39 angeordnet ist.
In dem weiteren Leitungsbereich 40, der als sogenannte Spraybar bzw. als Düsenstock ausgeführt ist, sind eine Vielzahl von Auslassöffnungen 41 angeordnet, über die vorliegend Zahneingriffe zwischen Planetenrädern 43 der Planetengetriebevorrichtung 25 und des Sonnenrads 28 mit Öl versorgbar sind. Vorliegend sind vier Planetenräder 43 vorgesehen, wobei jedem Planetenrad 43 ein weiterer Leitungsbereich 40 zugeordnet ist, so dass die jeweiligen Zahneingriffe der Planetenräder 43 mit dem Sonnenrad 28 in gewünschtem Umfang mit Öl versorgbar sind.
Um einen zur Versorgung der Zahneingriffe erforderlichen Öldruck im Bereich der Auslassöffnungen 41 bereitzustellen, ist stromab der Zuführöffnung 38 in dem Leitungsbereich 39 eine als Zentrifugalpumpeneinrichtung 46 ausgeführte und vorliegend diagonal wirkende Pumpeneinrichtung mit einem Flügelrad 47 angeordnet. Das Flügelrad 47 ist hier sowohl in axialer als auch in radialer Richtung der Getriebevorrichtung 25 fest mit dem Sonnenrad 28 verbunden, so dass das Flügelrad 47 mit dem Sonnenrad 28 dreht. Gegenüber dem hier in gleicher Drehrichtung 48 wie das Sonnenrad 28 drehenden Planetenträger 27 weist das Flügelrad 28 eine große Differenzdrehgeschwindigkeit auf und läuft schneller als der im Betrieb mit der geringsten Drehzahl der Planetengetriebevorrichtung 25 drehende Planetenträger 27 der Planetengetriebevorrichtung 25 um. Um einen möglichst großen Wirkungsgrad der Zentrifugalpumpeneinrichtung 46 zu erzielen, wird ein in axialer und radialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung 25 zwischen dem Flügelrad 28 und dem Planetenträger 27 vorliegender Spalt 49 möglichst klein gewählt.
Das Flügelrad 47 weist in einem radial äußeren Bereich einen Radius auf, der vorliegend im Wesentlichen einem Radius entspricht, in dessen Bereich sich der weitere Leitungsbereich 40 in axialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung 25 erstreckt. Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass das Flügelrad 47 einen demgegenüber größeren Radius aufweist, so dass Öl im Betrieb des Strahltriebwerks 1 zumindest bereichsweise von einem radial äußeren Randbereich des Flügelrads 47 über eine Rückführleitung zu dem auf einem kleineren Radiusbereich angeordneten weiteren Leitungsbereich 40 geführt wird.
In radialer Richtung des Sonnenrads 28 außerhalb des Flügelrads 47 ist vorliegend eine als weiteres Flügelrad 51 ausgeführte Druckrückgewinnungseinrichtung angeordnet, die drehfest mit dem Planetenträger 27 verbunden ist. Um eine möglichst große Druckerhöhung und daher eine möglichst günstige Umwandlung eines dynamischen Drucks in einen statischen Druck zu erzielen, sind Schaufeln 53 des Flügelrads 47 in Umfangsrichtung gegenläufig zu Schaufeln 54 des weiteren Flügelrads 51 gekrümmt. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Schaufeln 53, 54 auch in axialer Richtung und/oder Umfangsrichtung der Planetengetriebevorrichtung 25 gekrümmt ausgeführt sein.
Es ist insbesondere ein offenes Ölsystem vorgesehen, d. h., der Innenraum 37 weist in sämtlichen Betriebszuständen einen Zugang zu einer Umgebung 58 auf und ist gegenüber dieser nicht abgedichtet. Eine derartig ausgeführte Planetengetriebevorrichtung 25 mit einer selbstpumpenden Getriebeschmiermittelversorgung ist durch einen vorteilhafterweise geringen Verschleiß gekennzeichnet und ist besonders ausfallsicher. Durch das offene Ölsystem stellt sich im Betrieb des Strahltriebwerks 1 im Innenraum 37 der Planetengetriebevorrichtung 25 ein in 3 exemplarisch gezeigter Ölstand 56 in Abhängigkeit einer über die Öldüsen 32 zugeführten Ölmenge und eines im Bereich der Auslassöffnungen 41 vorliegenden Gegendrucks ein. Durch eine Erhöhung der Ölzuführmenge steigt ein in dem Innenraum 37 vorliegender Druck und bewirkt einen Anstieg des Ölstands 56 in Richtung des Sonnenrads 28, wohingegen bei einer Reduzierung der Ölzuführmenge der Druck sinkt und der Ölstand 56 abfällt. Der in dem Innenraum 37 bzw. in dem Leitungsbereich 39 und dem weiteren Leitungsbereich 40 vorliegende Ölstand 56 justiert sich somit selbst.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass der Planetenträger 27 mittels wenigstens einer beispielsweise als Kontaktdichtung oder Labyrinthdichtung ausgeführten Dichteinrichtung gegenüber der Umgebung 58 abgedichtet ist. Wenigstens eine Dichteinrichtung kann dabei als abhebende Dichtung derart ausgeführt sein, dass im Betrieb des Strahltriebwerks 1 im Bereich der Dichteinrichtung eine Öffnung zur Verbindung des Innenraums 37 mit der Umgebung 58 freigegeben wird und hierdurch ein Verschleiß der wenigstens einen Dichteinrichtung im Betrieb des Strahltriebwerks 1 stark reduziert ist. Zudem können bei nicht oder langsam drehenden Bauteilen der Planetengetriebevorrichtung 25 durch die in diesem Betriebszustand die Umgebung von dem Innenraum 37 abgrenzenden Dichteinrichtungen sämtliche Bereiche der Planetengetriebevorrichtung 25 durch den Innenraum 37 der Planetengetriebevorrichtung 25 auch ohne eine Wirkung der Zentrifugalkraft mit Öl versorgt werden.
In 5 bis 13 sind weitere Ausführungen von Planetengetriebevorrichtungen 60, 70, 80, 90, 100 gezeigt, die zur Verbindung der Welle 20 der Niederdruckturbine 19 mit der Bläserwelle 26 einsetzbar sind. Bezüglich der Funktionsweise der im Folgenden näher beschriebenen Planetengetriebevorrichtungen 60, 70, 80, 90, 100 wird grundsätzlich auf die Beschreibung zu der Planetengetriebevorrichtung 25 verwiesen und nachfolgend im Wesentlichen lediglich auf Unterschiede zwischen der Planetengetriebevorrichtung 25 und den Planetengetriebevorrichtungen 60, 70, 80, 90, 100 eingegangen.
Bei der in 5 gezeigten Planetengetriebevorrichtung 60 ist das Flügelrad 47 der Pumpeneinrichtung 46 über eine Keilwellenverbindung 62 drehfest mit dem Sonnenrad 28 verbunden, wobei das Flügelrad 47 zusätzlich über eine hier als Kugellager 63 ausgeführte Lagereinrichtung gegenüber dem Planetenträger 27 gelagert ist. Hierdurch ist im Betrieb des Strahltriebwerks 1 ein Verkippen bzw. eine radiale Bewegung des Flügelrads 47 gegenüber dem Sonnenrad 28 ermöglicht. Dies führt dazu, dass der Spalt 36 zwischen dem Planetenträger 27 und dem Flügelrad 47 auch bei im Betrieb des Strahltriebwerks 1 vorliegenden Bewegungen des Sonnenrads 28 gegenüber dem Planetenträger 27 vorteilhaft klein ist, wodurch wiederum ein Wirkungsgrad der Pumpeneinrichtung 46 vorteilhaft groß ist.
Bei der Ausführung der Planetengetriebevorrichtung 70 gemäß 6 und 7 ist neben der Pumpeneinrichtung 46 eine weitere Pumpeneinrichtung 71 vorgesehen, die vergleichbar zu der Pumpeneinrichtung 46 mit einem Flügelrad 72 ausgeführt und bezüglich der Zuführöffnung 38 stromauf der Pumpeneinrichtung 46 angeordnet ist. Bei der weiteren Pumpeneinrichtung 46 wird durch die Rückführung des Öls stromab des Flügelrads 72 auf einen geringeren Radius eine Druckerhöhung erzielt, so dass das der Pumpeneinrichtung 46 zugeführte Öl einen gegenüber der Ausführung der Planetengetriebevorrichtung 25 erhöhten Druck aufweist. Zur Versorgung der Zahneingriffe der Planetenräder 43 mit dem Sonnenrad 28 steht somit ein besonders großer Öldruck zur Verfügung.
In 8 und 9 ist eine Planetengetriebevorrichtung 80 gezeigt, bei der stromab der Zuführöffnung eine als Axialpumpe 81 ausgeführte Pumpeneinrichtung angeordnet ist, die wiederum stromauf der Pumpeneinrichtung 46 angeordnet ist. Vergleichbar zu der Planetengetriebevorrichtung 70 ist auch mit der Planetengetriebevorrichtung 80 ein an der Pumpeneinrichtung 46 anliegender Öldruck hoch, so dass wiederum ein zur Versorgung der Planetengetriebevorrichtung 80 zur Verfügung stehender Öldruck im Bereich der Auslassöffnungen 41 vorteilhaft groß ist. Das Flügelrad 47 der Pumpeneinrichtung 46 ist wiederum drehfest mit dem Sonnenrad 28 verbunden, kann bei einer alternativen Ausführung der Erfindung allerdings auch drehfest mit dem Planetenträger 27 verbunden sein.
Eine im Wesentlichen der Planetengetriebevorrichtung 80 entsprechende weitere Planetengetriebevorrichtung 90 ist in 10 und 11 gezeigt, wobei stromauf der Pumpeneinrichtung 46 hier eine mit einer archimedischen Spirale 92 ausgeführte Pumpeneinrichtung 91 angeordnet ist, mittels der ein Druck des im Bereich der Zuführöffnung 38 zugeführten Öls erhöhbar ist.
In 12 und 13 ist eine Planetengetriebevorrichtung 100 gezeigt, bei der jeweils die Planetenräder 43 jeweils das Bauteil und der Planetenträger 27 das weitere Bauteil darstellen. Planetenwellen 101 stehen in Wirkverbindung mit den Planetenrädern 43, wobei die Planetenräder 43 jeweils insbesondere über nicht näher ersichtliche Lagereinrichtungen gegenüber dem Planetenträger 27 drehbar gelagert sind. Hierfür sind die Lagereinrichtungen entweder in axialer Richtung der Planetenräder 43 innerhalb oder außerhalb der Planetenräder 43 angeordnet, um eine Drehentkopplung zwischen den Planetenwellen 101 und dem Planetenträger 27 oder zwischen den Planetenwellen 101 und den Planetenrädern 43 realisieren zu können.
Vorliegend ist mit sämtlichen Planetenrädern 43 jeweils eine mit einem Flügelrad 102 ausgeführte Pumpeneinrichtung 103 drehfest verbunden, wobei es auch vorgesehen sein kann, dass nur einem Planetenrad 43 oder ausgewählten Planetenräder 43 eine Pumpeneinrichtung 103 zugeordnet ist. Bezüglich der jeweiligen Planetenwellen 101 radial außerhalb des Flügelrads 102 ist jeweils eine Druckrückgewinnungseinrichtung 104 mit einem weiteren Flügelrad 105 angeordnet, wobei die Schaufeln 106, 107 der Flügelräder 102, 105 vergleichbar zu den Flügelrädern 47, 51 insbesondere in Umfangsrichtung der Planetenwelle 101 gegenläufig zueinander gebogen ausgeführt sind.
Wiederum bezüglich der jeweiligen Planetenwelle 101 radial außerhalb des weiteren Flügelrads 105 ist hier jeweils eine weitere Druckrückgewinnungseinrichtung 109 mit einem Leitungsbereich 110 vorgesehen, der vorzugsweise einen sich in Richtung des zugeordneten weiteren Leitungsbereichs 40 kontinuierlich erweiternden Strömungsquerschnitt zur Umwandlung von dynamischem Druck in statischen Druck aufweist. Der Leitungsbereich 110 ist hierbei vorzugsweise schneckenförmig ausgeführt. Ein vergleichbarer Leitungsbereich 110 kann auch bei den Ausführungen der Planetengetriebevorrichtungen 25, 60, 70, 80 und 90 vorgesehen sein.
Im Unterschied zu den Planetengetriebevorrichtungen 25, 60, 70, 80, 90 wird bei der Planetengetriebevorrichtung 100 Öl von den Öldüsen jeweils in einen drehfest mit dem Planetenträger 27 verbundenen Leitungsbereich 112 eingeleitet, wobei Öl über den Leitungsbereich 112 von der wiederum in radialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung 100 radial innerhalb der Auslassöffnungen 41 angeordneten Zuführöffnungen 38 in Richtung der jeweiligen Flügelräder 102 geführt wird, in deren Bereich ein Öldruck wiederum in vorbeschriebenem Umfang erhöht wird.
Im Betrieb der Planetengetriebevorrichtung 100 stellt sich dabei vergleichbar zu den Ausführungen zu der Planetengetriebevorrichtung 25 ein in 12 eingezeichneter Ölstand 113 in dem Leitungsbereich 112 ein.
Bezugszeichenliste

1: Strömungsmaschine; Strahltriebwerk
3: Lufteinlass
4: Bläser
5: Triebwerksgondel
7: Ausströmdüse
12: Triebwerksachse
15: Zwischendruckverdichter
16: Hochdruckverdichter
17: Verbrennungseinrichtung
18: Hochdruckturbine
19: Niederdruckturbine
20: Verbindungswelle
22: Bypasskanal
25: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
26: Bläserwelle
27: weiteres Bauteil der Planetengetriebevorrichtung; Planetenträger
28: Bauteil der Planetengetriebevorrichtung; Sonnenrad
31: Hohlrad der Planetengetriebevorrichtung
32, 33: Hydraulikfluidzuführeinrichtung; Öldüse
36: Spalt
37: Innenraum der Planetengetriebevorrichtung
38: Zuführöffnung
39: Leitungsbereich
40: weiterer Leitungsbereich
41: Auslassöffnung
43: Planetenrad
46: Pumpeneinrichtung; Zentrifugalpumpeneinrichtung
47: Flügelrad
48: Drehrichtung
49: Spalt
51: Druckrückgewinnungseinrichtung; weiteres Flügelrad
53: Schaufeln des Flügelrads
54: Schaufeln des weiteren Flügelrads
56: Ölstand
58: Umgebung
60: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
62: Keilwellenverbindung
63: Lagereinrichtung; Kugellager
70: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
71: weitere Pumpeneinrichtung
72: Flügelrad
80: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
81: Pumpeneinrichtung; Axialpumpe
90: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
91: Pumpeneinrichtung
92: archimedische Spirale
100: Getriebevorrichtung; Planetengetriebevorrichtung
101: Planetenwelle
102: Flügelrad
103: Pumpeneinrichtung
104: Druckrückgewinnungseinrichtung
105: weiteres Flügelrad
106: Schaufel des Flügelrads
107: Schaufel des weiteren Flügelrads
109: weitere Druckrückgewinnungseinrichtung
110: Leitungsbereich
112: Leitungsbereich
113: Ölstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016111855 [0005]

Claims

Getriebevorrichtung (25; 60; 70; 80; 90; 100) mit wenigstens einem drehenden Bauteil (28; 101), mit einem wenigstens einen Leitungsbereich (39; 112) begrenzenden weiteren Bauteil (27) und mit mindestens einer über den Leitungsbereich (39; 112) mit Hydraulikfluid zu beaufschlagenden Verbrauchsstelle, wobei Hydraulikfluid von wenigstens einer Hydraulikfluidzuführeinrichtung (32, 33) über wenigstens eine Zuführöffnung (38) in den wenigstens Leitungsbereich (39; 112) einführbar und über wenigstens eine Auslassöffnung (41) aus dem wenigstens einen Leitungsbereich (39; 112) zum Versorgen der wenigstens einen Verbrauchsstelle ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Leitungsbereichs (39; 112) wenigstens eine vom Bauteil (28; 101) antreibbare Pumpeneinrichtung (46; 71; 81; 91; 103) zur Förderung von Hydraulikfluid von der wenigstens einen Zuführöffnung (38) in Richtung der wenigstens einen Auslassöffnung (41) vorgesehen ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Pumpeneinrichtung (46; 71; 81; 91; 103) als Strömungspumpe oder als Verdrängerpumpe ausgeführt ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumpeneinrichtungen (46; 71; 81; 91; 103) in Strömungsrichtung des zugeführten Hydraulikfluids hintereinander in dem Leitungsbereich (39; 112) angeordnet sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Pumpeneinrichtung (46; 71; 81; 91; 103) drehfest mit dem Bauteil (28; 101) verbunden ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung (46; 71; 103) mit einem drehfest mit dem Bauteil (28; 101) verbundenen Flügelrad (47; 72; 102) ausgeführt ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung (46) mittels einer Keilwellenverbindung (62) mit dem Bauteil (28) der Getriebevorrichtung (60) verbunden ist und mittels einer Lagereinrichtung (63) gegenüber einem weiteren drehbaren Bauteil (27) der Getriebevorrichtung (60) gelagert ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Pumpeneinrichtung (46; 71; 81; 91; 103) eine Druckrückgewinnungseinrichtung (51; 104, 109) angeordnet ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrückgewinnungseinrichtung (51; 104, 109) ein drehfest mit dem weiteren Bauteil (27) verbundenes und das Flügelrad (47; 102) umfassendes weiteres Flügelrad (51; 105) aufweist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (47; 72; 102) und/oder das weitere Flügelrad (51; 105) mit geraden oder in axialer Richtung und/oder radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung gebogenen Schaufeln (53, 54; 106, 107) ausgeführt ist bzw. sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrückgewinnungseinrichtung (51; 109) durch einen radial außerhalb des Flügelrads (47; 72; 102) oder des weiteren Flügelrads (51; 105) angeordneten, sich zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung des Bauteils (28; 101) oder des weiteren Bauteils (27) erstreckenden Leitungsbereich (110) geführt ist, der einen sich in Richtung der wenigstens einen Auslassöffnung (41) erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Sonnenrad (28) oder ein Planetenrad (101) ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil ein Planetenträger (27) ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hydraulikfluidzuführeinrichtung (32, 33) als Hydraulikfluiddüse ausgeführt ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Dichteinrichtung zur Abdichtung des weiteren Bauteils (27) gegenüber einer Umgebung (58) vorgesehen ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichteinrichtung im Betrieb aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft einen Spalt zwischen einem Innenraum (37) des weiteren Bauteils (27) und der Umgebung (58) freigibt.