DE102018107494A1

DE102018107494A1 - Planetengetriebevorrichtung mit einer Ölversorgungseinrichtung, Gasturbinentriebwerk mit einer Planetengetriebevorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Schaufelpumpe

Info

Publication number: DE102018107494A1
Application number: DE102018107494.8A
Authority: DE
Inventors: Jakob VIOLET
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US20190301466A1; US10823174B2

Abstract

Es werden eine Planetengetriebevorrichtung (30), ein Gasturbinentriebwerk (10) mit einer Planetengetriebevorrichtung (30) und ein Verfahren zum Herstellen einer Schaufelpumpe (46) vorgeschlagen. Die Planetengetriebevorrichtung (30) ist mit einer Ölversorgungseinrichtung (42) ausgeführt, wobei die Ölversorgungseinrichtung (42) eine mit einer drehbaren Welle (34) der Planetengetriebevorrichtung (30) verbundene ringförmige Schaufelpumpe (46) und eine gehäusefest angeordnete Ölzuführung (44) aufweist, mittels der der Schaufelpumpe (46) Öl zuführbar ist. Die Schaufelpumpe (46) weist mehrere in Umfangsrichtung (U) verlaufende umfangsseitig verteilte sowie sich von einem radial äußeren Bereich in Richtung eines radial inneren Bereiches erstreckende Schaufeln (50) auf. Die Schaufeln (50) begrenzen in Umfangsrichtung (U) verlaufende Nuten (51) in radialer Richtung (R) und bilden jeweils einen Nutgrund (52) der Nuten (51). Das Öl ist von der Ölzuführung (44) zu Auslässen (64) führbar, über die Öl in radialer Richtung (R) nach außen aus der Schaufelpumpe (46) ausführbar ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Planetengetriebevorrichtung mit einer Ölversorgungseinrichtung. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer Planetengetriebevorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Schaufelpumpe.
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. Zur Versorgung von Lagern und Zahneingriffen des Planetengetriebes werden diese mit Öl versorgt. Öl wird dabei über eine an einem gehäusefesten Bauteil angeordnete Ölzuführung einer drehbaren Welle des Planetengetriebes zugeführt und zu den Lagern und Zahneingriffen weitergeleitet.
Aus der DE 10 2014 117 841 A1 ist es bekannt einen Überleitungsbereich zwischen einem gehäusefesten Bauteil und einer drehbaren Welle gegenüber einer Umgebung mittels einer Dichteinrichtung abzudichten. Die Dichteinrichtung ist im Bereich einer Schnittstelle zwischen dem drehfesten Bauteil und der drehbaren Welle angeordnet. Dabei ist die Dichteinrichtung mit einem Gewindebereich ausgeführt.
Problematisch sind hierbei jedoch im Betrieb auftretende Auslenkungen und Schiefstellungen von Mittelachsen des drehfesten Bauteils und der drehbaren Welle zueinander. Diese können zu einer unerwünschten Leckage im Bereich der Dichteinrichtung führen. Um dies zu vermeiden sind gegebenenfalls aufwändige flexible Aufhängungen erforderlich. Zudem ist die Dichteinrichtung verschleißbehaftet.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 108 333.2 der Anmelderin ist eine Lösung bekannt, bei der Öl über eine Öldüse berührungslos in axialer Richtung in einen Leitungsbereich einleitbar ist. Der Leitungsbereich ist fest mit einer drehbar gelagerten Welle des Planetengetriebes verbunden. Innerhalb des Leitungsbereichs ist eine mit einem Flügelrad ausgeführte Pumpe angeordnet, über die Öl in radialer Richtung nach außen zu Verbrauchern förderbar ist.
Weiterhin ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 121 739.8 der Anmelderin ein Ölverteilungssystem bekannt. Über eine drehfest angeordnete Öldüse ist Öl in radialer Richtung nach außen berührungslos in eine Öffnung eines drehbar ausgeführten Bereichs einleitbar. Der Bereich weist einen Auffangbereich auf, der mit einer fest mit dem Bereich verbundenen Beschleunigungseinrichtung ausgeführt ist. Über die Beschleunigungseinrichtung ist dem Öl im Auffangbereich eine im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen orientierte Strömung aufprägbar.
Derartige Ölzuführsysteme weisen insbesondere in radialer Richtung große Abmessungen auf und sind somit durch einen großen Materialeinsatz und ein großes Gewicht gekennzeichnet.
Weiterhin ist aus der US 6,409,464 B1 ein Schmiersystem eines Gasturbinentriebwerks bekannt. Das Schmiersystem fördert Öl durch eine Vielzahl von umfangsseitigen und radialen Nuten zu einem Lager.
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planetengetriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein geringes Bauteilgewicht und einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist sowie durch einen geringen Verschleiß gekennzeichnet ist. Des Weiteren soll ein Gasturbinentriebwerk mit einer solchen Planetengetriebevorrichtung bereitgestellt werden. Zusätzlich soll ein Verfahren zur einfachen Herstellung einer Schaufelpumpe zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Planetengetriebevorrichtung mit einer Ölversorgungseinrichtung bereitgestellt, über die Bereiche der Planetengetriebevorrichtung mit Öl beaufschlagbar sind. Die Ölversorgungseinrichtung weist eine mit einer drehbaren Welle der Planetengetriebevorrichtung verbundene ringförmige Schaufelpumpe und eine gehäusefest angeordnete Ölzuführung auf. Über die Ölzuführung ist der Schaufelpumpe Öl zuführbar. Die Schaufelpumpe hat mehrere in Umfangsrichtung verlaufende und umfangsseitig verteilte sowie sich von einem radial äußeren Bereich in Richtung eines radial inneren Bereiches erstreckende Schaufeln. Die Schaufeln begrenzen in Umfangsrichtung verlaufende Nuten in radialer Richtung und bilden jeweils einen Nutgrund der Nuten. Die Nuten sind bereichsweise radial nach innen und bereichsweise radial nach außen offen ausgebildet. Das Öl ist von der Ölzuführung durch die Nuten zu Umlenkbereichen der Schaufelpumpe führbar und über die Umlenkbereiche vorzugsweise in axialer Richtung der Schaufelpumpe in Richtung von Kanalbereichen umlenkbar. Die Kanalbereiche weisen jeweils wenigstens einen Auslass auf, über die Öl in radialer Richtung nach außen aus der Schaufelpumpe ausführbar ist. Die Auslässe stehen jeweils mit einer in der drehenden Welle angeordneten Ölpassage in Wirkverbindung, über die die Bereiche mit Öl beaufschlagbar sind.
Die Schaufelpumpe ist in radialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung durch geringe Bauteilabmessungen gekennzeichnet. Hierdurch wird erreicht, dass die Planetengetriebevorrichtung mit geringem Bauteilgewicht und kostengünstig ausführbar ist. Die Schaufelpumpe stellt zusätzlich eine robuste Einrichtung dar, mit der auch unter ungünstigen Rahmenbedingungen ausreichend Öl zur Verfügung stellbar ist. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass eine Ölversorgung von Verbrauchern der Planetengetriebevorrichtung berührungsfrei erfolgt und dafür keine aufwändigen und verschleißbehafteten Dichteinrichtungen erforderlich sind. Die Planetengetriebevorrichtung ist somit durch einen geringen Verschleiß gekennzeichnet.
Durch die kontaktfreie Einleitung von Öl mittels der Ölzuführung in die Schaufelpumpe beeinflussen radiale Auslenkungen der Planetengetriebevorrichtung insbesondere gegenüber einem Gehäuse, die beispielsweise durch Unwuchten oder Schaufelbrüche verursacht werden, die Funktionalität der Ölzufuhr nicht. Hierdurch ist ein Ausfallrisiko reduziert und ein Motorlauf besonders sicher. Aus der Schaufelpumpe, die auch als radial scoop pump bezeichnet wird, wird Öl nach außen durch die Auslässe abgeführt und über die Ölpassagen zu den Verbrauchern geleitet. Das Öl wird dabei über die im Betrieb der Schaufelpumpe, während dem die Schaufelpumpe mit der Drehzahl der Welle rotiert, wirkende Zentrifugalkraft nach außen gefördert. Ein dabei aufgebauter Öldruck ist umso größer, je länger der Weg des Öls durch die Ölpassagen in radialer Richtung nach außen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung erstreckt sich wenigstens ein Kanalbereich zumindest bereichsweise im Wesentlichen in axialer Richtung der Schaufelpumpe. Wenn sich wenigstens ein Kanalbereich, insbesondere alle Kanalbereiche in axialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung erstreckt bzw. erstrecken, ist die Schaufelpumpe in radialer Richtung mit einem geringen Bauraum ausführbar und das Öl auf einfache Weise zu einem gewünschten Bereich der Planetengetriebevorrichtung führbar. Allerdings ist auch eine gegenüber der axialen Richtung geneigte Anordnung oder eine gebogene Ausführung der Kanalbereiche möglich.
Die Ölzuführung kann mehrere Öldüsen aufweisen, die beispielsweise über den Umfang der Schaufelpumpe gleichmäßig verteilt angeordnet sein können. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Ölzufuhr sicherstellbar.
Wenigstens eine Öldüse kann dabei zur Zuführung von Öl in im Wesentlichen radialer Richtung der Schaufelpumpe in die Schaufelpumpe mit im Wesentlichen in radialer Richtung der Planetengetriebevorrichtung ausgerichteter Orientierung gegenüber der Schaufelpumpe angeordnet sein, wobei die Öldüse insbesondere zur Zuführung von Öl in radialer Richtung von außen nach innen ausgebildet ist. Dann ist die Schaufelpumpe auf einem kleinen Durchmesserbereich anordenbar und entsprechend leicht ausführbar. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Öldüse zur Zuführung von Öl in die Schaufelpumpe in radialer Richtung von innen nach außen ausgeführt ist, wobei die Öldüse dann radial innerhalb der Schaufelpumpe angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung schließt eine Zuführrichtung des Öls ausgehend von der Öldüse zur Schaufelpumpe mit der radialen Richtung der Schaufelpumpe einen Winkel zwischen 0° und 90° ein. Hierdurch ist eine effektive Zuführung von Öl erreichbar. Die Öldüse kann hierbei insbesondere derart ausgeführt sein, dass eine Zuführrichtung des Öls von der Öldüse zur Schaufelpumpe mit der radialen Richtung der Planetengetriebevorrichtung in Umfangsrichtung der Schaufelpumpe den Winkel zwischen 0° und 90° einschließt. Dabei kann die Öldüse derart ausgebildet sein, dass Öl entgegen einer Drehrichtung der Welle in die Schaufelpumpe einleitbar ist. Allerdings kann die Öldüse auch derart ausgebildet sein, dass Öl in Drehrichtung der Welle der Schaufelpumpe zuführbar ist.
Die Ölzuführeinrichtung kann auch als Ölzuführring ausgeführt sein, über den Öl über den gesamten Umfang oder lediglich über einen Teilbereich des Umfangs in die Schaufelpumpe einleitbar ist.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Schaufelpumpe ein-, zwei- oder mehrteilig ausgeführt ist. Die Schaufelpumpe kann dabei aus Vollmaterial gefertigt sein oder ein Gussbauteil darstellen.
Die drehbare Welle kann ein Planetenträger, ein Hohlrad, ein Planetenrad oder ein Sonnenrad der Planetengetriebevorrichtung sein. Dabei kann eine Verdrehsicherung vorgesehen sein, um eine Verdrehung der Schaufelpumpe gegenüber dem Planetenträger, dem Hohlrad, dem Planetenrad oder dem Sonnenrad zu verhindern.
Es kann vorgesehen sein, dass jede Ölpassage einem Verbraucher des Planetengetriebes zugeordnet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass jedem Verbraucher kontrolliert eine gewünschte Ölmenge zuführbar ist.
Vorzugsweise bilden die Nuten der Schaufelpumpe die Umlenkbereiche und weisen hierfür eine Geometrie auf, die zur Umlenkung des in die Nuten eingeleiteten Öls in Richtung der Kanalbereiche ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer vorstehend näher beschriebenen Schaufelpumpe vorgeschlagen, wobei die Schaufelpumpe in einem 3D-Druckverfahren bzw. einem sogenannten Additive-Layer-Manufacturing-Verfahren hergestellt ist. In einem 3D-Druckverfahren ist eine derartige Schaufelpumpe besonders einfach auch in einteiliger Ausführung herstellbar.
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 eine vorstehend näher beschriebene Planetengetriebevorrichtung ausgeführt ist.

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.
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.
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).
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 obigen Beispiel) angetrieben 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.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Gebläsespitzenbelastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Triebwerkskerns befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Gebläsegehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Der spezifische Schub eines Gasturbinentriebwerks kann als der Nettoschub des Gasturbinentriebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Gasturbinentriebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
Ein Gebläse, das hier beschrieben wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Das Gebläse eines Gasturbinentriebwerkes, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs bedeuten, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Gasturbinentriebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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 einer Planetengetriebevorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Teillängsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks gemäß 2, wobei eine Schaufelpumpe näher ersichtlich ist;
5 eine dreidimensionale Darstellung einer zweiteilig ausgeführten Schaufelpumpe in Alleinstellung, wobei die beiden Teile der Schaufelpumpe in nicht miteinander verbundenem Zustand gezeigt sind;
6 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Schaufelpumpe entlang einer Schnittlinie VI-VI in 4 mit vier Schaufeln;
7 eine vereinfachte der 6 entsprechende Querschnittsdarstellung der Schaufelpumpe mit fünf Schaufeln; und
8 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Schaufelpumpe entlang einer Schnittlinie VIII-VIII in 6.

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 1 und einen Bypassluftstrom 2. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom 1 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 2 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.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom 1 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
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.
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 Richtung A, die radiale Richtung R und die Umfangsrichtung U verlaufen senkrecht zueinander.
In 4 ist weiterhin ein Teil einer Ölversorgungseinrichtung 42 gezeigt, welche zur Versorgung von Verbrauchern des Getriebes 30 bzw. der Planetengetriebevorrichtung vorgesehen ist. Insbesondere ist die Ölversorgungseinrichtung 42 zur Schmierung und/oder Kühlung von Zahneingriffen der Planetenräder 32 mit dem Sonnenrad 28 oder mit dem Hohlrad 38 und zur Kühlung und/oder Schmierung von Lagern vorgesehen. Die Lager können zur Lagerung der Planetenräder 32 gegenüber dem Planetenträger 34 vorgesehen sein.
Die in 4 näher gezeigte Ölversorgungseinrichtung 42 ist mit einer Ölzuführung 44 und mit einer ringförmigen Schaufelpumpe 46 ausgeführt, wobei die Schaufelpumpe 46 einteilig ausgebildet ist. Die Ölzuführung 44 weist vorliegend eine Öldüse 45 auf und kann bei alternativen Ausführungen aber auch mehrere, insbesondere zwei, drei, vier oder noch mehr in Umfangsrichtung U verteilt angeordnete Öldüsen 45 umfassen. Wie in 4 näher ersichtlich ist, weist die Öldüse 45 in einer durch das Bezugszeichen 45' näher gekennzeichneten ersten Anordnung eine im Wesentlichen in radialer Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 ausgerichtete Mittelachse 48 auf. Mittels der Öldüse 45 ist in der ersten Anordnung 45' Öl in im Wesentlichen radialer Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 nach innen in Richtung der Schaufelpumpe 46 führbar.
Die Schaufelpumpe 46 ist in der in 5 dargestellten Art und Weise zweiteilig ausgeführt und umfasst einen inneren Ringkörper 46A und einen damit dichtend wirkverbundenen äußeren Ringkörper 46B. Zudem ist die Schaufelpumpe 46 hier über einen im Bereich zwischen dem inneren Ringkörper 46A und dem Planetenträger 34 vorgesehenen Presssitz mit dem im Betrieb drehenden Planetenträger 34 drehfest verbunden. Um eine Verdrehung der Schaufelpumpe 46 gegenüber dem Planetenträger 34 sicher zu vermeiden, ist eine zusätzliche Verdrehsicherung vorgesehen, die beispielsweise mit einem in 4 schematisch dargestellten Pin 49 ausgeführt ist. Der Pin 49 ist in einer in dem Planetenträger 34 vorgesehenen Nut angeordnet. Zusätzlich ist vorliegend eine Axialsicherung mit einem Sprengring 47 oder alternativ hierzu mit einer Ringmutter oder dergleichen vorgesehen, um eine axiale Position der Schaufelpumpe 46 gegenüber dem Planetenträger 34 zu gewährleisten.
Zur Aufnahme und Weiterleitung des von der Öldüse 45 in Richtung der Schaufelpumpe 46 mit definiertem Impuls geleiteten bzw. gesprühten Öls weist die Schaufelpumpe 46 in einem ersten axialen Randbereich 53 mehrere Schaufeln 50 auf, die in Umfangsrichtung U der Planetengetriebevorrichtung 30 bzw. der Schaufelpumpe 46 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Vorliegend sind vier Schaufeln 50 entsprechend der Anzahl der Planetenräder 32 der Planetengetriebevorrichtung 30 vorgesehen. Die Schaufeln 50 erstrecken sich jeweils von einem radial äußeren Bereich in Richtung eines radial inneren Bereiches der Schaufelpumpe 46.
Die Anzahl der Schaufeln 50 kann je nach Anwendungsfall variieren, wobei sowohl weniger Schaufeln 50, beispielsweise eine, zwei oder drei Schaufeln 50 oder auch mehr Schaufeln 50, beispielsweise fünf, sechs, sieben, acht oder noch mehr Schaufeln 50 vorgesehen sein können. In 7 ist die Schaufelpumpe 56 mit fünf Schaufeln 50 ausgeführt.
Wie in 6 und 7 gezeigt ist, begrenzen die Schaufeln 50 in radialer Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 teilweise nach außen und teilweise nach innen offene, in Umfangsrichtung U verlaufende Nuten 51 bzw. Rinnen und bilden jeweils einen Nutgrund 52 bzw. eine Grundfläche 52 der Nuten 51. Ein radialer Abstand zwischen nach innen gewandten Grundflächen 52 oder nach außen gewandten Grundflächen 52 der Nuten 51 der Schaufeln 50 und der Hauptdrehachse 9 nimmt vorliegend jeweils in Umfangsrichtung U der Planetengetriebevorrichtung 30 und in Drehrichtung 54 des Planetenträgers 34 zu.
Um eine Ölaufnahme der Schaufelpumpe 46 zu optimieren und somit die Effizienz der Schaufelpumpe 46 zu erhöhen, schließt die Mittelachse 48 der Öldüse 45 in einer mit dem Bezugszeichen 45" näher gekennzeichneten zweiten Anordnung der Öldüse 45 in der Zeichenebene mit der radialen Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 einen Winkel 56 ein. Eine Einleitrichtung E des Öls ist dabei insbesondere teilweise entgegen der Drehrichtung 54 des Planetenträgers 34 ausgerichtet. Der Winkel 56 kann in der Zeichenebene Werte zwischen 0° und 90° gegenüber der radialen Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 aufweisen und liegt insbesondere im Bereich von etwa 45°. In der zweiten Anordnung 45" ist die Öldüse 45 in Umfangsrichtung U tangential gegenüber den Schaufeln 50 der Schaufelpumpe 46 angestellt.
Das von der Öldüse 45 zugeführte Öl wird von den Schaufeln 50 in Umfangsrichtung U mitgenommen und in radialer Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 durch die Nuten 51 nach innen gefördert.
Um das Öl dabei zu beschleunigen, besteht die Möglichkeit den Strömungsquerschnitt der Nuten 51 in Strömungsrichtung des Öls ausgehend vom Eintritt des Öls in die Nuten 51 bis zum Austritt aus den Nuten zumindest abschnittsweise kontinuierlich zu reduzieren.
Jeder Nut 51 ist vorliegend ein Umlenkbereich 58 und ein Kanalbereich 60 zugeordnet. Die Umlenkbereiche 58 können dabei jeweils von den Nuten 51 gebildet sein. Mittels der Umlenkbereiche 58 wird das den Nuten 51 zugeführte Öl in den jeweiligen, sich vorliegend in axialer Richtung A der Planetengetriebevorrichtung 30 erstreckenden Kanalbereich 60 eingeleitet. In den Kanalbereichen 60 wird das Öl von dem ersten axialen Randbereich 53 in Richtung eines zweiten axialen Randbereichs 62 geführt. Die Kanalbereiche 60 stellen in axialer Richtung A der Planetengetriebevorrichtung 30 verlaufende Kanäle mit einem insbesondere konstanten Strömungsquerschnitt dar.
Im zweiten axialen Randbereich 62 weisen die Kanalbereiche 60 in radialer Richtung R der Planetengetriebevorrichtung 30 jeweils einen beispielsweise als Bohrung ausgeführten Auslass 64 auf. Jeder Auslass 64 wirkt mit einer in dem Planetenträger 34 angeordneten kanalförmigen Ölpassage 66 zusammen, die sich ausgehend von der Bohrung 64 zumindest teilweise in radialer Richtung R nach außen erstreckt. Das Öl wird bei einer Drehung des Planetenträgers 34 durch die angreifende Zentrifugalkraft nach außen gefördert. Die Ölpassagen 66 führen das Öl zu den gewünschten Verbrauchern. Es kann dabei vorgesehen sein, dass jede Ölpassage 66 Öl zu einem Verbraucher führt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch vorgesehen sein, dass eine Ölpassage 66 Öl zu mehreren Verbrauchern führt, oder dass Öl über mehrere Ölpassagen 66 zu einem Verbraucher geführt wird.
In 8 ist eine vereinfachte Schnittdarstellung der Schaufelpumpe 56 gezeigt, wobei ein Strömungsweg des der Schaufelpumpe 56 zugeführten Öls von dem ersten axialen Randbereich 53 zu dem zweiten axialen Randbereich 62 näher ersichtlich ist.
Bei einer alternativen Ausführung können je nach Auslegung und Anforderungen auch mehrere Umlenkbereiche 58 in einem Kanalbereich 60 zusammengeführt werden bzw. in einen Kanalbereich 60 münden, um einen besonders großen, über diesen Kanalbereich 60 einem Verbraucher bzw. Konsumenten zugeführten Volumenstrom zu erzielen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.
Bezugszeichenliste

1: Kernluftstrom
2: Bypassluftstrom
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
26: Welle, Verbindungswelle
27: Verbindungswelle
28: Sonnenrad
29: Trägerelement
30: Getriebe, Planetengetriebe
32: Planetenrad
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Gestänge
42: Ölversorgungseinrichtung
44: Ölzuführung
45: Öldüse
45': erste Anordnung der Öldüse
45": zweite Anordnung der Öldüse
46: Schaufelpumpe
46A: innerer Ringkörper der Schaufelpumpe
46B: äußerer Ringkörper der Schaufelpumpe
47: Sprengring
48: Mittelachse der Öldüse
49: Pin
50: Schaufel
51: Nut
52: Nutgrund
53: erster axialer Randbereich der Schaufelpumpe
54: Drehrichtung des Planetenträgers
56: Winkel
58: Umlenkbereich
60: Kanalbereich
62: zweiter axialer Randbereich der Schaufelpumpe
64: Auslass; Bohrung
66: Ölpassage
A: axiale Richtung
E: Einleitrichtung
R: radiale Richtung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014117841 A1 [0003]
DE 102017108333 [0005]
DE 102017121739 [0006]
US 6409464 B1 [0008]

Claims

Planetengetriebevorrichtung (30) mit einer Ölversorgungseinrichtung (42), über die Bereiche der Planetengetriebevorrichtung (30) mit Öl beaufschlagbar sind, wobei - die Ölversorgungseinrichtung (42) eine mit einer drehbaren Welle (34) der Planetengetriebevorrichtung (30) verbundene ringförmige Schaufelpumpe (46) und eine gehäusefest angeordnete Ölzuführung (44) aufweist, - über die der Schaufelpumpe (46) Öl zuführbar ist, wobei - die Schaufelpumpe (46) mehrere in Umfangsrichtung verlaufende und umfangsseitig verteilte sowie sich von einem radial äußeren Bereich in Richtung eines radial inneren Bereiches erstreckende Schaufeln (50) aufweist, - die in Umfangsrichtung (U) verlaufende Nuten (51) in radialer Richtung (R) begrenzen und jeweils einen Nutgrund (52) der Nuten (51) bilden, wobei - die Nuten (51) bereichsweise radial nach innen und bereichsweise radial nach außen offen ausgebildet sind, wobei - das Öl von der Ölzuführung (44) durch die Nuten (51) zu Umlenkbereichen (58) der Schaufelpumpe (46) führbar ist und - über die Umlenkbereiche (58) in Richtung von Kanalbereichen (60) umlenkbar ist, wobei - die Kanalbereiche (60) jeweils wenigstens einen Auslass (64) aufweisen, über die Öl in radialer Richtung (R) nach außen aus der Schaufelpumpe (46) ausführbar ist, und wobei - die Auslässe (64) jeweils mit einer in der drehenden Welle (34) angeordneten Ölpassage (66) in Wirkverbindung stehen, über die die Bereiche mit Öl beaufschlagbar sind.
Planetengetriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Kanalbereich (60) zumindest bereichsweise im Wesentlichen in axialer Richtung (A) der Schaufelpumpe (46) erstreckt.
Planetengetriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführung (44) mehrere Öldüsen (45) aufweist.
Planetengetriebevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Öldüse (45) zur Zuführung von Öl in im Wesentlichen radialer Richtung (R) der Schaufelpumpe (46) ausgeführt ist.
Planetengetriebevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuführrichtung (E) des Öls ausgehend von der Öldüse (45) zur Schaufelpumpe (46) mit der radialen Richtung (R) der Schaufelpumpe (46) einen Winkel (56) zwischen 0° und 90° einschließt.
Planetengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführung (44) als Ölzuführring ausgeführt ist.
Planetengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelpumpe (46) einteilig, zweiteilig oder mehrteilig ausgeführt ist.
Planetengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle ein Planetenträger (34), ein Hohlrad (38), ein Planetenrad (32) oder ein Sonnenrad (28) der Planetengetriebevorrichtung (30) ist.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine (19) mit dem Verdichter (14) verbindende Kernwelle (26) umfasst; ein Gebläse (23), das stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei das Gebläse (23) mehrere Gebläseschaufeln umfasst; und ein Getriebe (30), das einen Eingang von der Kernwelle (26) empfängt und Antrieb für das Gebläse (23) zum Antreiben des Gebläses (23) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) abgibt, wobei das Getriebe (30) als eine Planetengetriebevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine erste Turbine (19) ist, der Verdichter ein erster Verdichter (14) ist und die Kernwelle eine erste Kernwelle (26) ist; der Triebwerkskern (11) ferner eine zweite Turbine (17), einen zweiten Verdichter (15) und eine zweite Kernwelle (27), die die zweite Turbine (17) mit dem zweiten Verdichter (15) verbindet, umfasst; und die zweite Turbine (17), der zweite Verdichter (15) und die zweite Kernwelle (27) dahingehend angeordnet sind, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle (26) zu drehen.
Verfahren zum Herstellen einer Schaufelpumpe (46) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die Schaufelpumpe (46) in einem 3D-Druckverfahren hergestellt ist.