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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger und einem fest damit verbundenen Trägerelement. Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einem Planetengetriebe sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen einem Planetenträger und einem Trägerelement des Planetengetriebes.
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Aus der Praxis sind Gasturbinentriebwerke bekannt, bei denen ein Bläser mittels eines Planetengetriebes mit einer Niederdruckturbine verbunden ist. Das Planetengetriebe ist mit feststehendem Hohlrad und rotierendem Planetenträger ausgeführt, Dabei ist der Planetenträger mehrteilig ausgebildet. In axialer Richtung des Gasturbinentriebwerks sind die Planetenräder zwischen zwei Planetenträgerbereichen drehbar auf damit verbundenen Trägereinrichtungen angeordnet. Die Trägereinrichtungen umfassen jeweils einen Bolzen, die über Presspassungen mit den Planetenträgerbereichen drehfest wirkverbunden sind. Zwischen den Planetenrädern und den Bolzen sind Gleit- oder Wälzlager vorgesehen, über die die Drehentkopplung realisiert ist.
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Die Presspassungen werden üblicherweise auf kostengünstige Art und Weise als Dehnverbände und/oder als Schrumpfverbände ausgeführt. Dabei werden Dehnverbände bekannterweise durch das Unterkühlen des Innenteils und Schrumpfverbände durch das Erwärmen des Außenteils gefügt. Bei großen Übermaßen werden beide Verfahren kombiniert.
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Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks greifen aufgrund der hohen Drehzahlen des Planetenträgers an den Planetenrädern des Planetengetriebes große Fliehkräfte an. In Abhängigkeit der jeweils gewählten Ausführung des Planetengetriebes werden nicht nur Fliehkräfte sondern auch die Lasten des jeweils im Gebrauch zu übertragenden Drehmomentes eingeleitet. Die jeweils daraus resultierenden Kräfte werden über die Presspassungen in die Planetenträgerbereiche eingeleitet.
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Problematisch dabei ist jedoch, dass die aus den zwischen den Bolzen und den Planetenträgerbereichen vorgesehenen Presspassungen resultierenden Haltekräfte bei Überschreiten einer zulässigen Belastungsgrenze überwunden werden und unerwünschte Relativbewegungen zwischen den Bolzen und den Planetenträgerbereichen auftreten. Aus solchen Relativbewegungen resultiert unerwünschterweise Verschleiß im Bereich der Bolzen und der Planetenträgerbereiche, die die Funktionsweise des Planetengetriebes auf Dauer beeinträchtigen und damit die Lebensdauer des Planetengetriebes herabsetzen.
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Aus der
EP 3 306 140 A1 ist eine Lösung bekannt, über die die Lebensdauer eines Planetengetriebes herabsetzende Relativbewegungen im Bereich zwischen den Lagerbolzen der Planetenräder und dem Planetenträger vermieden werden sollen. Hierfür wird vorgeschlagen, in den Verbindungsbereichen zwischen den Bolzen und den Planetenträgerbereichen jeweils wenigstens einen Keil vorzusehen, um möglichst hohe Haltekräfte der Presspassungen zwischen den Bolzen und den Planetenträgerbereichen zu erzielen.
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Die Keile werden durch Verwendung von flüssigem Stickstoff und Einspritzen von unter Hochdruck stehendem Öl zwischen die Bolzen und die Planetenträgerbereiche eingeschoben, was jedoch mit einem hohen Montageaufwand verbunden ist. Über die Keile werden dabei in den die Bolzen umgebenden Planetenträgerbereichen in den Bolzen Vorspannungen erzeugt, um jeweils die den Relativdrehbewegungen der Bolzen gegenüber den Planetenträgerbereichen entgegenwirkenden Haltekräfte zur Verfügung zu stellen.
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Die im Gebrauch an den Planetenrädern angreifenden Belastungen überlagern sich teilweise mit den eingebrachten Vorspannungen. Diese Überlagerungen begünstigen wiederum ein Lösen der Presspassungen zwischen den Bolzen und den Planetenträgerbereichen, da diese eine Reduktion der im Bereich der Presspassungen wirkenden Haltekräfte bewirken.
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Um das Lösen der Presspassungen im Betrieb sicher vermeiden zu können, ist die Steifigkeit der Planetenträgerbereiche entsprechend groß auszulegen, was jedoch ein Gewicht des Planetengetriebes nachteilhafterweise erhöht.
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Die
DE 1 906 571 A offenbart eine Verankerung für stab-, draht- oder seilförmige Bewehrungselemente, insbesondere Vorspannglieder.
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Des Weiteren sind aus der
DE 10 2010 017 463 A1 ein Planetenbolzen, ein Planetenträger, ein Planetengetriebe und ein Verfahren zur drehfesten Befestigung eines Planetenbolzens an einen Planetenträger bekannt.
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Der vorliegenden Offenbarung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein durch ein geringes Bauteilgewicht und durch eine hohe Lebensdauer gekennzeichnetes sowie einfach zu montierendes Planetengetriebe zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren soll ein Gasturbinentriebwerk mit einem solchen Planetengetriebe bereitgestellt werden. Zusätzlich soll ein einfach durchführbares Verfahren zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen einem Planetenträger und einem Trägerelement eines Planetengetriebes zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger und mit einem fest damit verbundenen Trägerelement bereitgestellt. Auf dem Trägerelement kann wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert sein. Das Trägerelement greift radial in eine Bohrung des Planetenträgers ein. Radial zwischen dem Planetenträger und dem Trägerelement ist eine Keilhülse vorgesehen. Die Keilhülse steht mit einem gestuften äußeren zylindrischen Mantelflächenbereich mit einer zylindrischen Fläche der Bohrung des Planetenträgers und mit einem inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich mit einem äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich des Trägerelements in Wirkverbindung. Der äußere zylindrische Mantelflächenbereich der Keilhülse umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, zwischen welchen ein kegelförmiger Abschnitt vorgesehen ist. Der Außendurchmesser des ersten Abschnittes ist kleiner als der Außendurchmesser des zweiten Abschnittes. Der Außendurchmesser des ersten Abschnittes und der Innendurchmesser der zylindrischen Fläche der Bohrung des Planetenträgers sind so aufeinander abgestimmt, dass im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträger und dem ersten Abschnitt eine Spielpassung oder eine Übergangspassung vorliegt.
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Damit wird erreicht, dass die Keilhülse mit geringen Fügekräften in der Bohrung des Planetenträgers vormontierbar und mit dem ersten Abschnitt in den Planetenträger eingeschoben sowie im Planetenträger für den weiteren Fügeprozess justiert anordenbar ist. Während des weiteren Fügeprozesses, während dem die Keilhülse auch mit ihrem zweiten Abschnitt zwischen den Planetenträger und das Trägerelement eingeschoben wird, ist dann ein gegenüber dem Planetenträger und dem Trägerelement verkippsicheres Einschieben der Keilhülse gewährleistet.
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Zusätzlich sind der Innendurchmesser der zylindrischen Fläche der Bohrung des Planetenträgers und der Außendurchmesser des zweiten Abschnittes so aufeinander abgestimmt, dass im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträger und dem zweiten Abschnitt eine Übermaßpassung vorliegt. Dadurch sind die im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträger und dem Trägerbereich die erforderlichen Lagerhaltekräfte mit geringen Fügekräften und ohne den Einsatz von flüssigem Stickstoff bei gleichzeitig geringem Montageaufwand bereitstellbar.
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Der Verlauf des Innendurchmessers des inneren kegelförmigen Mantelflächenbereiches und der Verlauf des äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereiches des Trägerelements können dabei so aufeinander abgestimmt sein, dass in vollständig gefügtem Betriebszustand der Keilhülse im Überlappungsbereich zwischen dem inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich und dem äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich des Trägerelements eine Übermaßpassung vorliegt. Damit sind wiederum mit geringem Aufwand die für eine verdrehsichere Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Trägerelement erforderlichen Haltekräfte zur Verfügung stellbar.
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Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die axiale Länge des ersten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse etwa einem Zehntel der gesamten axialen Länge des Überdeckungsbereiches zwischen dem Planetenträger und der Keilhülse entspricht. Diese Ausführung bietet wiederum mit geringem konstruktivem Aufwand die Möglichkeit, die Keilhülse verkippsicher und im erforderlichen Umfang justiert im Planetenträger vorzumontieren
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Die axiale Länge des ersten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse kann mindestens 5 mm betragen.
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Beispielsweise weicht der Außendurchmesser des ersten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse um einen definierten Durchmesserwert vom Innendurchmesser der Fläche des Planetenträgers ab. Dabei kann der definierte Durchmesserwert Werte zwischen -0,05 mm bis +0,05 mm aufweisen.
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Der Außendurchmesser des zweiten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse kann um einen definierten Durchmesserwert vom Innendurchmesser der Fläche des Planetenträgers abweichen. Der definierte Durchmesserwert kann Werte größer null und kleiner oder gleich +0,4 mm aufweisen.
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Der Durchmesser des inneren kegelförmigen Mantelflächenbereiches kann in axialer Richtung ausgehend vom ersten Abschnitt des äußeren zylinderförmigen Mantelflächenbereiches in Richtung des zweiten Abschnittes des äußeren zylinderförmigen Mantelflächenbereiches abnehmen.
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Der kegelförmige Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches kann während eines Einschiebens des ersten Abschnittes der Keilhülse in den Planetenträger einen Anschlag bilden.
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Das Trägerelement kann mit einem Anschlag ausgebildet sein, an dem die Keilhülse mit einer dem ersten Abschnitt zugeordneten Stirnseite anliegt, wenn die Keilhülse mit ihrem zweiten Abschnitt vollständig in Überdeckung mit dem Planetenträger ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug vorgeschlagen, das Folgendes umfasst:
- einen Triebwerkskern, der eine Turbine, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst;
- ein Gebläse, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist, wobei das Gebläse mehrere Gebläseschaufeln umfasst; und
- ein Getriebe, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt, wobei das Getriebe als ein vorstehend näher beschriebenes Planetengetriebe ausgeführt ist.
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Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.
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Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht). Dabei kann das Getriebe als ein vorstehend näher beschriebenes Planetengetriebe ausgeführt sein.
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Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
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Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).
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Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obiqen Beispiel) anqetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger des vorstehend näher beschriebenen Planetengetriebes mit dem Trägerelement vorgeschlagen. Dabei wird der erste Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse an der Bohrung des Planetenträgers angelegt und der erste Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches in die Bohrung des Planetenträgers eingeschoben, bis der Planetenträger am kegelförmigen Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse anliegt. Die Keilhülse kommt dabei in Überdeckung mit dem Planetenträger und dem Trägerelement. Anschließend wird der zweite Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches in den Planetenträger eingeschoben, bis die Keilhülse am Anschlag des Trägerelementes anliegt. Die Überdeckungsbereiche zwischen der Keilhülse und dem Planetenträger sowie zwischen der Keilhülse und dem Trägerelement werden dabei vergrößert.
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Dabei kann die Fügekraft während des Einschiebens der Keilhülse konstant gehalten oder variiert werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die Fügekraft während des Einschiebens des ersten Abschnittes kleiner vorzugeben als während des Einschiebens des zweiten Abschnittes.
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Der Planetenträger kann vor dem Einschieben des ersten Abschnittes der Keilhülse in Bezug auf eine Umgebungstemperatur erwärmt und/oder die Keilhülse in Bezug auf die Umgebungstemperatur abgekühlt werden, um die Keilhülse mit geringen Fügekräften einschieben zu können.
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Zumindest während des Einschiebens des zweiten Abschnittes der Keilhülse zwischen den Planetenträger und das Trägerelement kann Öl unter Druck zwischen den äußeren zylindrischen Mantelflächenbereich der Keilhülse und der zylindrischen Fläche des Planetenträgers und/oder zwischen den inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich der Keilhülse und den äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich des Trägerelements eingeleitet werden.
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Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
- 2 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
- 3 eine Alleindarstellung eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
- 4 eine Teillängsschnittansicht eines Planetenträgers, eines Trägerelementes und einer Keilhülse des Getriebes gemäß 3 in nicht montiertem Zustand;
- 5 eine 4 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, des Trägerelementes und der Keilhülse, wobei die Keilhülse mit einem ersten äußeren zylinderförmigen Mantelflächenbereich in eine Bohrung des Planetenträgers eingeschoben ist; und
- 6 eine 4 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, des Trägerelementes und der Keilhülse in vollständig montiertem Zustand, in dem über die Keilhülse eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Trägerelement hergestellt ist.
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1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse 23, das zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Das Gebläse 23 ist über eine Welle 26 und ein Epizykloidengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. Dabei wird die Welle 26 auch als Kernwelle bezeichnet.
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Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an, die auch als Kernwelle bezeichnet wird. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
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Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 der Epizykloidengetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit und sind jeweils drehbar auf drehfest mit dem Planetenträger 34 verbundenen Trägerelementen 29 angeordnet. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 auf den Trägerelementen 29 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Gebläse 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
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Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
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Das Epizykloidengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne um ihre Peripherie zum Kämmen mit den anderen Zahnrädern. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Epizykloidengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
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Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Epizykloidengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Epizykloidengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Epizykloidengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
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Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
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Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
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Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
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Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann oder können einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
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Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
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4 zeigt eine Teillängsschnittansicht des Planetenträgers 34, einer Keilhülse 25 und eines im Wesentlichen hohlzylindrischen Trägerelementes 29, auf dem ein Planetenrad 32 drehbar anordenbar ist und das in der nachfolgend näher beschriebenen Weise über die Keilhülse 25 drehfest mit dem Planetenträger 34 verbindbar ist. Dabei ist es vorgesehen, dass jedes der Planetenräder 32 des Planetengetriebes 30 auf einem separates Trägerelement 29 drehbar angeordnet ist und das jedes Trägerelement 29 endseitig über jeweils eine Keilhülse 25 mit in axialer Richtung des Planetengetriebes 30 zueinander beabstandeten und fest miteinander verbundenen Platten 31 des Planetenträgers 34 drehfest in Wirkverbindung steht. Die Trägerelemente 29 sind im Bereich ihrer beiden Enden kegelförmig zulaufend ausgebildet und wirken mit diesen Endbereichen über jeweils eine Keilhülse 25 mit den Platten 31 des Planetenträgers 34 zusammen.
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Da die Keilhülsen 25 und die jeweils damit zusammenwirkenden Bereiche des Planetenträgers 34 und der Trägerelemente 29 im Wesentlichen gleich ausgeführt sind, wird der konstruktive Aufbau des Planetengetriebes 30 und das Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen den Trägerelementen 29 und dem Planetenträger 34 anhand der Darstellungen gemäß 4 bis 6 näher erläutert.
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Für das drehfeste Verbinden des Trägerelementes 29 mit dem Planetenträger 34 ist die Keilhülse 25 in der in 4 bis 6 dargestellten Art und Weise sukzessive radial in die Bohrung 33 der Platte 31 des Planetenträgers 34 einzubringen. Die Keilhülse 25 ist am Ende des Fügeprozesses radial zwischen der Platte 31 des Planetenträgers 34 und dem Trägerelement 29 angeordnet. Dann steht die Keilhülse 25 mit einem im Wesentlichen äußeren zylindrischen Mantelflächenbereich 35 mit einer zylindrischen Fläche 44 der Bohrung 32 der Platte 31 des Planetenträgers 34 in Wirkverbindung. Zusätzlich steht die Keilhülse 25 mit einem inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich 37 mit einem äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich 39 des Trägerelementes 29 in Wirkverbindung.
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Der äußere zylindrische Mantelflächenbereich 35 der Keilhülse 25 ist gestuft ausgebildet und umfasst jeweils einen ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 42, zwischen welchen ein kegelförmiger Abschnitt 43 vorgesehen ist. Der Außendurchmesser D41 des ersten Abschnittes 41 ist kleiner als der Außendurchmesser D42 des zweiten Abschnittes 42. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles sind der Außendurchmesser D41 des ersten Abschnittes 41 und der Innendurchmesser D44 der zylindrischen Fläche 44 der Bohrung 33 des Planetenträgers 34 so aufeinander abgestimmt, dass im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträger 34 und dem ersten Abschnitt 41 eine Spielpassung oder eine Übergangspassung vorliegt. Darüber hinaus sind der Innendurchmesser D44 der zylindrischen Fläche 44 der Bohrung 33 des Planetenträgers 34 und der Außendurchmesser D42 des zweiten Abschnittes 42 so aufeinander abgestimmt, dass im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträger 34 und dem zweiten Abschnitt 42 eine Übermaßpassung vorliegt.
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Der Verlauf des Innendurchmessers D37 des inneren kegelförmigen Mantelflächenbereiches 37 der Keilhülse 25 und der Verlauf des Außendurchmessers D39 des äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereiches 39 des Trägerelements 29 sind zusätzlich so aufeinander abgestimmt, dass in vollständig gefügtem Betriebszustand der Keilhülse 25 im Überlappungsbereich zwischen dem inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich 37 der Keilhülse 25 und dem äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich 39 des Trägerelements 29 eine Übermaßpassung vorliegt.
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Die axiale Länge des ersten Abschnittes 41 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 kann etwa ein Zehntel der gesamten axialen Länge des Überdeckungsbereiches zwischen dem Planetenträger 34 und der Keilhülse 25 entsprechen und sollte mindestens 5 mm betragen, um den ersten Abschnitt 41 der Keilhülse 25 in der in 5 gezeigten Art und Weise mit ausreichender Genauigkeit in der Platte 31 des Planetenträgers 34 anordnen zu können und gegenüber dem Planetenträger 34 vor dem in 6 gezeigten vollständig gefügten Zustand gegenüber dem Planetenträger 34 justieren zu können.
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Der Außendurchmesser D41 des ersten Abschnittes 41 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 kann um einen definierten Durchmesserwert vom Innendurchmesser D44 der zylindrischen Fläche 44 der Bohrung 33 des Planetenträgers 34 abweichen, wobei der definierte Durchmesserwert Werte zwischen -0,05 mm bis +0,05 mm aufweist. Der Außendurchmesser D42 des zweiten Abschnittes 42 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 kann um einen definierten Durchmesserwert vom Innendurchmesser D44 der zylindrischen Fläche 44 der Bohrung 33 des Planetenträgers 34 abweichen, wobei der definierte Durchmesserwert Werte aufweist, die größer null und kleiner oder gleich +0,4 mm sind. Der Durchmesser D37 des inneren kegelförmigen Mantelflächenbereiches 37 der Keilhülse 25 nimmt in axialer Richtung ausgehend vom ersten Abschnitt 41 des äußeren zylinderförmigen Mantelflächenbereiches 35 in Richtung des zweiten Abschnittes 42 des äußeren zylinderförmigen Mantelflächenbereiches 35 in der in 4 bis 6 gezeigten Art und Weise ab.
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Der kegelförmige Abschnitt 43 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 bildet während eines Einschiebens des ersten Abschnittes 41 der Keilhülse 25 in den Planetenträger 34 einen Anschlag für die Keilhülse 25. Dabei sind die axiale Länge und der damit korrespondierende Kegelwinkel des kegelförmigen Abschnittes 43 so gewählt, dass die Keilhülse 25 unterhalb einer an der Keilhülse 25 anliegenden und in axialer Schieberichtung wirkenden definierten Fügekraft lediglich mit dem ersten Abschnitt 41 in die Bohrung 33 des Planetenträgers 34 eingeschoben wird. Erst bei Anliegen einer entsprechend höheren Fügekraft ist die Keilhülse 25 mit dem kegelförmigen Abschnitt 43 und dem zweiten Abschnitt 42 in die Bohrung 33 einschiebbar und die angestrebte drehfeste Verbindung zwischen dem Trägerelement 29 und dem Planetenträger 34 herstellbar.
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Zusätzlich kann das Trägerelement 29 mit einem Anschlag 45 ausgebildet sein, an dem die Keilhülse 25 mit einer dem ersten Abschnitt 41 zugeordneten Stirnseite 46 anliegt, wenn die Keilhülse 25 mit ihrem zweiten Abschnitt 42 vollständig in Überdeckung mit dem Planetenträger 34 ist. Dadurch ist auf einfache Art und Weise gewährleistbar, dass die Keilhülse 25 mit geringem Montageaufwand in die für die Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen dem Trägerelement 29 und dem Planetenträger 34 erforderliche Position überführbar ist.
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Zum Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger 34 des Planetengetriebes 30 und dem Trägerelement 29 wird zunächst der erste Abschnitt 41 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 an der Bohrung 33 des Planetenträgers 34 angelegt. Anschließend wird der erste Abschnitt 41 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 durch Anlegen einer entsprechenden axialen Fügekraft an der Keilhülse 25 in die Bohrung 33 des Planetenträgers 34 eingeschoben, bis der Planetenträger 34 am kegelförmigen Abschnitt 43 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 anliegt. Dabei kommt die Keilhülse 25 zunehmend in Überdeckung mit dem Planetenträger 34 und mit dem Trägerelement 29.
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Wiederum daran anschließend wird die Keilhülse 25 durch Anheben der axialen Fügekraft weiter in den Bereich zwischen dem Planetenträger 34 und dem Trägerelement 29 eingeschoben, bis der zweite Abschnitt 42 des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches 35 der Keilhülse 25 in den Planetenträger 34 eingeschoben ist und die Keilhülse 25 mit einer Stirnseite 46 am Anschlag 45 des Trägerelementes 29 anliegt. Die Überdeckungsbereiche zwischen der Keilhülse 25 und dem Planetenträger 34 sowie zwischen der Keilhülse 25 und dem Trägerelement 29 werden dabei vergrößert.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht die Möglichkeit, dass der Planetenträger 34 vor dem Einschieben des ersten Abschnittes 41 der Keilhülse 25 in Bezug auf eine Umgebungstemperatur erwärmt und/oder die Keilhülse 25 in Bezug auf die Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Des Weitere kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest während des Einschiebens des zweiten Abschnittes 42 der Keilhülse 25 zwischen den Planetenträger 34 und das Trägerelement 29 Öl unter Druck zwischen den äußeren zylindrischen Mantelflächenbereich 35 der Keilhülse 25 und der zylindrischen Fläche 44 des Planetenträgers 34 und/oder zwischen den inneren kegelförmigen Mantelflächenbereich 37 der Keilhülse 25 und den äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereich 39 des Trägerelements 29 eingeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 9
- Hauptdrehachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 11
- Kern
- 12
- Lufteinlass
- 14
- Niederdruckverdichter
- 15
- Hochdruckverdichter
- 16
- Verbrennungseinrichtung
- 17
- Hochdruckturbine
- 18
- Bypassschubdüse
- 19
- Niederdruckturbine
- 20
- Kernschubdüse
- 21
- Triebwerksgondel
- 22
- Bypasskanal
- 23
- Schubgebläse
- 24
- Stützstruktur
- 25
- Keilhülse
- 26
- Welle, Verbindungswelle
- 27
- Verbindungswelle
- 28
- Sonnenrad
- 29
- Trägerelement
- 30
- Getriebe, Planetengetriebe
- 31
- Platte des Planetenträgers
- 32
- Planetenrad
- 33
- Bohrung des Planetenträgers
- 34
- Planetenträger
- 35
- äußerer zylindrischer Mantelflächenbereich der Keilhülse
- 36
- Gestänge
- 37
- innerer kegelförmiger Mantelflächenbereich der Keilhülse
- 38
- Hohlrad
- 39
- äußerer kegelförmiger Mantelflächenbereich des Trägerelementes
- 40
- Gestänge
- 41
- erster Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- 42
- zweiter Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- 43
- kegelförmiger Abschnitt des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- 44
- zylindrische Fläche der Bohrung des Planetenträgers
- 45
- Anschlag des Trägerelementes
- 46
- Stirnseite der Keilhülse
- A
- Kernluftstrom
- B
- Bypassluftstrom
- D37
- Innendurchmessers des inneren kegelförmigen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- D39
- Außendurchmesser des äußeren kegelförmigen Mantelflächenbereiches des Trägerelements
- D41
- Außendurchmesser des ersten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- D42
- Außendurchmesser des zweiten Abschnittes des äußeren zylindrischen Mantelflächenbereiches der Keilhülse
- D44
- Innendurchmesser der Fläche der Bohrung des Planetenträgers
