DE102018130801A1

DE102018130801A1 - Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes

Info

Publication number: DE102018130801A1
Application number: DE102018130801.9A
Authority: DE
Inventors: Christos KALLIANTERIS; Matti Meißner; Oliver Weber; Jan Schwarze; Silvio Eis
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: DE102018130801B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes, das ein Sonnenrad (28), eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), ein Hohlrad (38), eine Mehrzahl von holzylindrischen Planetenradbolzen (6), eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342) aufweist. Das Verfahren sieht vor, dass nach Einführen jeweils eines hohlzylindrischen Planetenradbolzens (6) in ein Planetenrad (32) eine vordere Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) eingepresst wird und eine hintere Spannhülse (42) in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342) eingepresst wird. Dies erfolgt unter Verwendung einer Pressvorrichtung, die eine axial hintere und eine axial vordere Presseinheit (82, 83) aufweist. Dabei wird entweder zuerst die vordere Spannhülse (41) oder die hintere Spannhülse (42) verpresst, wobei beim zuerst erfolgenden Verpressen der einen Spannhülse (41, 42) die axial entfernte Presseinheit (82, 83) sich an der jeweiligen Trägerplatte (342, 341) abstützt, und beim anschließenden Verpressen der anderen Spannhülse (42, 41) die axial entfernte Presseinheit (83, 82) sich am Planetenradbolzen (6) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes, das in einem Gasturbinentriebwerk einsetzbar ist.
Es ist bekannt, den Fan eines Gasturbinentriebwerks über ein Getriebe mit einer Turbinenwelle zu koppeln. Ein solches Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei das Planetengetriebe einen Eingang von der Turbinenwelle empfängt und Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt. Das Planetengetriebe umfasst Planetenräder, die von einem Sonnenrad angetrieben werden und die in einem Hohlrad umlaufen. In den Planetenrädern ist jeweils ein Planetenradbolzen angeordnet (auch als Planetenstift bezeichnet), der in Trägerplatten eines Planetenträgers befestigt ist. Der Planetenträger ist mit einem Antrieb für den Fan gekoppelt.
Zur Befestigung eines Planetenradbolzens in den Trägerplatten des Planetenträgers ist es bekannt, den Planetenradbolzen unter Realisierung einer starken Presspassung in Öffnungen der Trägerplatte anzuordnen um sicherzustellen, dass die Presspassung auch bei auftretenden hohen Zentrifugalkräften sicher hält, keine lokales Öffnen und damit Verschleiß an den Passungsflächen zulässt, und kein Öl aus der Presspassung oder aus in die Presspassung integrierten Ölleitungen austreten kann. Dies ist mit einem großen herstellungstechnischen Aufwand und der Gefahr einer Beschädigung der involvierten Teile verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes bereitzustellen, bei dem in effektiver Weise die Planetenradbolzen in der Trägerplatte befestigt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die vorliegende Erfindung ein Planetengetriebe, dass ein Sonnenrad aufweist, das um eine Drehachse des Planetengetriebes rotiert und von einer Sonnenwelle angetrieben wird. Das Planetengetriebe umfasst eine Mehrzahl von Planetenrädern, die von dem Sonnenrad angetrieben werden, wobei jedes Planetenrad eine axial vordere Stirnseite, eine axial hintere Stirnseite und eine mittige axiale Öffnung aufweist. Weiter ist ein Hohlrad vorgesehen, mit dem die Mehrzahl der Planetenräder in Eingriff steht. Eine Mehrzahl von holzylindrischen Planetenradbolzen ist vorgesehen, wobei jeweils ein Planetenradbolzen in einem Planetenrad angeordnet ist. Das Planetengetriebe umfasst des Weiteren eine axial vordere Trägerplatte und eine axial hintere Trägerplatte, wobei die Planetenradbolzen in Öffnungen der axial vorderen Trägerplatte und der axial hinteren Trägerplatte angeordnet und mit den Trägerplatten verbunden sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Planetengetriebes sieht vor, dass zunächst eine Anordnung bereitgestellt wird, in der die Planetenräder zwischen der axial vorderen Trägerplatte und der axial hinteren Trägerplatte angeordnet sind. Es wird in jedes Planetenrad ein hohlzylindrischer Planetenradbolzen eingeführt. Dabei werden die Planetenradbolzen jeweils durch eine Öffnung in der axial hinteren Trägerplatte, die axiale Öffnung des Planetenrads und eine Öffnung in der axial vorderen Trägerplatte gesteckt.
Des Weiteren werden eine vordere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte und eine hintere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte eingepresst. Dabei ist die Reihenfolge, welche der Spannhülsen zuerst eingepresst wird, grundsätzlich wählbar. Sämtliche der Planetenradbolzen werden mittels der Spannhülsen in die beiden Trägerplatten eingepresst.
Das Verfahren sieht weiter vor, dass das Einpressen der vorderen Spannhülse und das Einpressen der hinteren Spannhülse jeweils unter Verwendung einer Pressvorrichtung erfolgt. Die Pressvorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie eine axial hintere Presseinheit und eine axial vordere Presseinheit aufweist, die axial beabstandet sind und die durch ein längliches Stellelement, das beim Pressvorgang die axiale Öffnung des hohlzylindrischen Planetenradbolzens durchgreift, miteinander verbunden sind. Bei einer Längenverkürzung des Stellelements wirkt eine axiale Kraft auf die beiden Presseinheiten, wodurch diese die Spannhülsen verpressen können.
Mit der Pressvorrichtung wird entweder zuerst die vordere Spannhülse oder die hintere Spannhülse verpresst. Dabei ist vorgesehen, dass beim zuerst erfolgenden Verpressen einer der Spannhülsen die axial entfernte Presseinheit sich an der jeweiligen Trägerplatte abstützt. Wird also beispielsweise die hintere Spannhülse zuerst in der axial hinteren Trägerplatte verpresst, so stützt sich dabei die axial vordere Presseinheit an der axial vorderen Trägerplatte ab. Beim anschließenden Verpressen der anderen Spannhülse stützt sich die axial entfernte Presseinheit dagegen am Planetenradbolzen ab. Wenn also beispielsweise die hintere Spannhülse zuerst verpresst wurde und nun die vordere Spannhülse in der axial vorderen Trägerplatte verpresst wird, so stützt sich die axial hintere Presseinheit nicht an der axial hinteren Trägerplatte, sondern am Planetenradbolzen ab.
Eine solche Vorgehensweise ist mit dem Vorteil verbunden, dass verhindert wird, dass die durch die Spannhülse zuerst bereitgestellte Presspassung zwischen der einen Trägerplatte und dem Planetenradbolzen nicht durch das sich anschließende Verpressen der Spannhülse an der anderen Trägerplatte wieder gelöst wird. Dadurch, dass die axial entfernte Presseinheit beim Verpressen der zweiten Spannhülse sich am Planetenradbolzen und nicht an der Trägerplatte abstützt, entstehen keine Relativkräfte zwischen der Trägerplatte und dem Planetenradbolzen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die vordere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte eingepresst wird, bevor die hintere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte eingepresst wird. Es wird also zuerst die vordere Spannhülse und anschließend die hintere Spannhülse verpresst.
Dabei wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „anschließend“ dahingehend zu verstehen ist, dass der „anschließende“ Vorgang zeitlich hinter dem zuerst genannten Vorgang liegt. Dies bedeutet aber nicht, dass der anschließende Vorgang zeitlich unmittelbar an den zuerst genannten Vorgang anschließt. Dies kann der Fall sein, muss es aber nicht. Vielmehr kann ebenso vorgesehen sein, dass zwischen dem erstgenannten Vorgang und dem anschließenden Vorgang noch einer oder mehrere weitere Verfahrensschritte erfolgen. Dies gilt allgemein für die Verwendung des Begriffs „anschließend“ in dieser Beschreibung.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass die hintere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte eingepresst wird, bevor die vordere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte eingepresst wird. Bei dieser Ausführungsvariante wird somit zuerst die hintere Spannhülse und anschließend die vordere Spannhülse verpresst.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, die vordere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte zunächst nur teilweise eingepresst wird, anschließend die hintere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte vollständig eingepresst wird, und anschließend die vordere Spannhülse in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte vollständig eingepresst wird. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass beim Verpressen der hinteren Spannhülse der Planetenradbolzen durch die teilweise eingepresste vordere Spannhülse besser ausgerichtet und positioniert ist.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die axial vordere Trägerplatte oder die axial hintere Trägerplatte Positionierstrukturen aufweist, die der Positionierung und Abstützung der an dieser Trägerplatte anliegenden Presseinheit dienen. Bei den Positionierstrukturen handelt es sich beispielsweise um Erhebungen an der Oberfläche der Trägerplatte, die beispielsweise kreisförmig sind oder kreisförmige Segmente aufweisen. Hierdurch kann die Presseinheit besser positioniert und auf die Spannhülse ausgerichtet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Verpressen einer Spannhülse in zwei Schritten erfolgt. Dabei wird in einem ersten Schritt die Spannhülse mit nicht maximaler Kraft in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen und der Öffnung in der Trägerplatte eingepresst. Anschließend wird unter Hochdruck ein Hydraulikfluid in die Fügebereiche zwischen der Spannhülse und dem Planetenradbolzen und zwischen der Spannhülse und dem Rand der Öffnung der Trägerplatte eingeleitet. Daraufhin wird in einem zweiten Schritt die Spannhülse mit maximaler Kraft in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen und der Öffnung in der Trägerplatte eingepresst.
Das Einleiten eines Hydraulikfluid in die Fügebereiche kann dabei beispielsweise durch Leitungen erfolgen, die in dem länglichen Stellelement, dem Planetenradbolzen und der Spannhülse ausgebildet sind. Dabei werden die Leitungen bei der Montage aufeinander ausgerichtet, bevor das Hydraulikfluid bereitgestellt wird.
Durch Einsatz eines unter Hochdruck stehenden Hydraulikfluids werden beim Einschieben bzw. Einpressen der Spannhülse die Fügebereiche zwischen der Spannhülse und der Planetenhülse reversibel aufgeweitet, so dass die Spannhülse mit geringeren Fügekräften und verbessert zwischen die Wandung der Öffnung der Trägerplatte und dem Planetenradbolzen eingeschoben werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für jedes Planetenrad vor dem Einführen der Planetenradbolzen Abstandshalter, die beispielsweise als Unterlegscheiben ausgebildet sind, zwischen der axial vorderen Stirnseite des Planetenrads und der axial vorderen Trägerplatte und zwischen der axial hinteren Stirnseite des Planetenrads und der axial hinteren Trägerplatte angeordnet werden. Hierdurch wird verhindert, dass die Planetenräder bei den nachfolgenden Montageschritten mit den Trägerplatten in Kontakt treten und hierdurch möglicherweise Schaden nehmen. Die Abstandshalter werden jeweils entfernt, bevor die Spannhülse an der jeweiligen Trägerplatte vollständig eingepresst wird.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass die Planetenräder auf die in den Trägerplatten ausgebildeten Öffnungen vor Einführen der Planetenradbolzen ausgerichtet werden, indem ein Stift durch jeweils zwei gegenüberliegende Öffnungen in der axial vorderen Trägerplatte und der axial hinteren Trägerplatte sowie die axiale Öffnung des Planetenrads gesteckt und anschließend wieder entfernt wird. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine exakte Ausrichtung der Planetenräder bzw. deren axialer Öffnungen auf die beiden zugeordneten Öffnungen in den beiden angrenzenden Trägerplatten.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass beim Schritt des Einführens jeweils eines Planetenradbolzens in ein Planetenrad die Planetenradbolzen von der axial hinteren Trägerplatte aus eingeführt und dabei durch eine Öffnung in der axial hinteren Trägerplatte, das Planetenrad und eine Öffnung in der axial vorderen Trägerplatte gesteckt werden.
Weiter kann vorgesehen werden, dass nach dem Installieren der Planetenradbolzen eine Feinausrichtung der Planetenradbolzen unter Berücksichtigung von Positioniermarkern erfolgt, die an der jeweiligen Trägerplatte und/oder den Planetenradbolzen ausgebildet sind. Nach dieser Feinausrichtung der Planetenradbolzen werden diese mittels der Spannhülsen in den beiden Trägerplatten mittels einer Presspassung fixiert.
Es kann weiter vorgesehen werden, dass für sämtliche Planetenradbolzen mittels der Spannhülsen eine Presspassung in der einen Trägerplatte bereitgestellt wird, bevor die Planetenradbolzen in der anderen Trägerplatte mittels der Spannhülsen fixiert werden. Gemäß dieser Ausführungsvariante wird somit ein betrachteter Planetenradbolzen nicht zunächst an beiden Enden in die vordere und hintere Trägerplatte eingepresst, sondern werden zunächst sämtliche Planetenradbolzen in die eine Trägerplatte und anschließend in die andere Trägerplatte eingepresst. Das Einpressen der Planetenradbolzen in die Trägerplatte kann dabei sukzessive erfolgen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass beim anfänglichen Verfahrensschritt des Bereitstellens einer Anordnung, in der die Planetenräder zwischen der axial vorderen Trägerplatte und der axial hinteren Trägerplatte angeordnet sind, die Anordnung in vertikaler Ausrichtung bereitgestellt wird, in der die Achsen der Planetenräder in der vertikalen Richtung ausgerichtet sind. Damit wird eine vertikale Montagereihenfolge vorgegeben. Die Planetenradbolzen werden dabei vertikal von oben nach unten und damit von der axial hinteren (oberen) Trägerplatte zur axial vorderen (unteren) Trägerplatte in die Planetenräder eingesetzt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass während des gesamten Montageverfahrens diese Orientierung der beschriebenen Komponenten beibehalten wird. Besondere wird zwischen dem Einpressen der vorderen Spannhülse und dem Einpressen der hinteren Spannhülse der hinteren Spannhülse weder die Spannvorrichtung noch die bisherige Anordnung gewendet bzw. um 180° gedreht.
Gemäß einer Ausgestaltung werden für das Verfahren keilförmige Spannhülsen eingesetzt. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Spannhülsen im Bereich ihres äußeren Umfangs zylindrisch und im Bereich ihres inneren Durchmessers kegelförmig ausgebildet sind. Dementsprechend können gemäß dieser Ausführungsvariante Planetenradbolzen eingesetzt werden, die in ihrem Fügebereich zur Spannhülse eine der Spannhülse angepasste kegelförmige Außenkontur aufweisen. Hierdurch wird die Presspassung verbessert.
In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes, bei dem eine vordere Spannhülse am axial vorderen Ende des jeweiligen Planetenradbolzens angeordnet und diese vollständig in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte eingepresst wird. Anschließend wird eine hintere Spannhülse am axial hinteren Ende des Planetenradbolzens angeordnet und vollständig in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte eingepresst. Das Einpressen der vorderen Spannhülse und das Einpressen der hinteren Spannhülse erfolgt jeweils unter Verwendung einer Pressvorrichtung mit einer axial hinteren Presseinheit und eine axial vorderen Preiseinheit, die über ein längliches Stelleelement verbunden sind, das die axiale Öffnung des zylindrischen Planetenradbolzens durchgreift. Mittels der Pressvorrichtung wird zuerst die vordere Spannhülse und anschließend die hintere Spannhülse verpresst.
Eine solche Abfolge bei der Montage der Planetenradbolzen und beim Verpressen der Spannhülse ist mit dem Vorteil einer geringeren Deformation der axial vorderen Trägerplatte verbunden. So stützt sich beim Verpressen der vorderen Spannhülse die axial hintere Presseinheit an der axial hinteren Trägerplatte ab, und stützt sich beim anschließenden Verpressen der hinteren Spannhülse die axial entfernte Presseinheit sich am Planetenradbolzen ab. Eine Abstützung erfolgt damit nur an der axial hinteren Trägerplatte. Dies ist deswegen mit einem Vorteil verbunden, da die durch das Abstützen der Pressvorrichtung an der Trägerplatte erfolgte Verformung nicht vollständig reversibel ist. Die beim Pressvorgang erfolgte Verformung wird nach Beendigung des Pressvorgang nicht vollständig aufgehoben. Dies kann nachteilig mit einer Schwächung der Presspassung zwischen Planetenradbolzen und Trägerplatte verbunden sein. Es ist nun vorteilhaft, eine solche Schwächung nicht an der axial vorderen Trägerplatte vorzunehmen, da diese mit einem antriebsseitigen Drehmomentträger zum Antrieb der Fanwelle gekoppelt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei durch die Drehachse des Planetengetriebes definiert, die identisch mit einer Maschinenachse eines Getriebefan-Triebwerks ist, in dem das Planetengetriebe angeordnet ist. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk, in dem das Planetengetriebe angeordnet ist. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich auf die radiale Richtung.
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.
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).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder 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/oder 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, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. 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/oder 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/oder 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 Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks 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 Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder 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 und/oder beansprucht 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 und/oder beansprucht 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/oder 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 einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder 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, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk 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/oder 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.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gastu rbi n entriebwerk;
4 eine Schnittdarstellung von Elementen eines Planetengetriebes, das zum Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk gemäß 1 geeignet ist;
5 ein Ausführungsbeispiel einer Zwischenstruktur eines Planetengetriebes, die ein Sonnenrad, Planetenräder, eine vordere Trägerplatte und eine hintere Trägerplatte umfasst, wobei der Montagezustand dargestellt ist, bei dem die Planetenräder gegenüber den Trägerplatten ausgerichtet werden;
6 die Zwischenstruktur gemäß 5, bei der ein Planetenradbolzen durch Öffnungen der hinteren Trägerplatte, eines Planetenrats und einer vorderen Trägerplatte eingesetzt wird, sowie zwei Detaildarstellungen hierzu;
7 die Zwischenstruktur gemäß der 5, nachdem eine vordere Spannhülse in dem Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der vorderen Trägerplatte montiert worden ist;
8 Details der Zwischenstruktur gemäß der 7;
9 schematisch eine Trägerplatte, eine Spannhülse und ein Presselement einer Pressvorrichtung zum Verpressen einer hinteren Spannhülse in dem Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der hinteren Trägerplatte, wobei das Presselement stufig ausgebildet ist, um eine definierte axiale Verpresstiefe bereitzustellen;
10 beispielhaft eine Pressvorrichtung, die zum Verpressen von Spannhülsen einem Planetengetriebe geeignet ist;
11 die Zwischenstruktur gemäß den 5 und 7, wobei ein Montagezustand dargestellt ist, bei dem die hintere Spannhülse mittels einer axial hinteren Presseinheit der Pressvorrichtung verpresst wird, während eine axial vordere Presseinheit der Pressvorrichtung sich an der axial vorderen Trägerplatte abstützt;
12 eine vergrößerte Darstellung des axial vorderen Endes eines Planetenradbolzens und einer Spannhülse, unter zusätzlicher Darstellung von Fluidleitungen;
13 schematisch eine Trägerplatte, eine Spannhülse und ein Presselement einer Pressvorrichtung zum Verpressen einer vorderen Spannhülse in dem Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen und dem Rand der Öffnung der vorderen Trägerplatte, wobei das Presselement stufig ausgebildet ist, um eine definierte axiale Verpresstiefe bereitzustellen; und
14 die Zwischenstruktur gemäß den 5, 7 und 11, wobei ein Montagezustand dargestellt ist, bei dem die vordere Spannhülse mittels einer axial vorderen Presseinheit der Pressvorrichtung verpresst wird, während eine axial hintere Presseinheit der Pressvorrichtung sich am gegenüberliegenden Ende des Planetenradbolzens axial abstützt.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse bzw. Fan 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.
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. 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. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 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 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. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
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.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes eines als Getriebefan-Triebwerk ausgebildeten Gasturbinentriebwerks 10 gemäß der 1 in einer Schnittdarstellung. Das Planetengetriebe 30 umfasst ein Sonnenrad 28, das von einer Antriebswelle bzw. Sonnenwelle 26 angetrieben wird. Bei der Antriebswelle 26 handelt sich um die Welle 26 der 1 und 2 bzw. allgemein um eine Turbinenwelle. Das Sonnenrad 28 und die Antriebswelle 26 drehen sich dabei um die Drehachse 9. Die Drehachse des Planetengetriebes 30 ist identisch mit der Drehachse 9 bzw. Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks 10.
Das Planetengetriebe 30 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Planetenrädern 32, von denen in der Schnittdarstellung der 4 eines dargestellt ist. Das Sonnenrad 28 treibt die Mehrzahl der Planetenräder 32 an, wobei eine Verzahnung des Sonnenrads 28 mit einer Verzahnung des Planetenrads 32 in Eingriff steht.
Das Planetenrad 32 ist hohlzylindrisch ausgebildet und bildet eine äußere Mantelfläche und eine innere Mantelfläche. Das Planetenrad 32 rotiert - angetrieben durch das Sonnenrad 28 - um eine Drehachse 90, die parallel zur Drehachse 9 verläuft. Die äußere Mantelfläche des Planetenrads 32 bildet eine Verzahnung aus, die mit der Verzahnung eines Hohlrads 38 in Eingriff steht. Das Hohlrad 38 ist feststehend, d. h. nichtrotierend angeordnet. Die Planetenräder 32 rotieren aufgrund ihrer Kopplung mit dem Sonnenrad 28 und wandern dabei entlang des Umfangs des Hohlrads 38. Die Rotation der Planetenräder 32 entlang des Umfangs des Hohlrads 38 und dabei um die Drehachse 90 ist langsamer als die Rotation der Antriebswelle 26, wodurch eine Untersetzung bereitgestellt wird.
Das Planetenrad 32 weist angrenzend an seine innere Mantelfläche eine zentrierte axiale Öffnung auf. In die Öffnung eingebracht ist ein Planetenradbolzen 6, der auch selbst eine axiale Bohrung 60 aufweist, also hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei die Längsachse der Bohrung identisch ist mit der Drehachse 90 des Planetenrads 32. Dabei bilden der Planetenradbolzen 6 und das Planetenrad 32 an ihren einander zugewandten Flächen ein Lager 65, beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager.
Die 4 zeigt des Weiteren eine vordere Trägerplatte 341 und eine hintere Trägerplatte 342, die Bestandteile des Planetenträgers 34 sind, vgl. 2. Der Planetenradbolzen 6 ist mit der vorderen Trägerplatte 341 und mit der hinteren Trägerplatte 342 fest verbunden. Die vordere Trägerplatte 341 ist beispielsweise mit einem Drehmomentträger verbunden, der mit einer Fanwelle gekoppelt ist.
Zur Schmierung des Lagers 65 zwischen Planetenradbolzen 6 und Planetenrad 32 ist eine Ölzuführeinrichtung vorgesehen, die einen Ölzuführungskanal umfasst (nicht dargestellt), über den Öl eines zirkulierenden Ölsystems in Schmierfilmöffnungen im Planetenradbolzen 6 geleitet wird.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Befestigung der Planetenradbolzen 6 an den Trägerplatten 341, 342 von Bedeutung.
Die 5 zeigt eine Teilstruktur eines Planetengetriebes, die einem Zwischenzustand bei der Montage eines Planetengetriebes entspricht. Die dargestellte Teilstruktur weist entsprechend der Darstellung der 4 eine Sonnenwelle 26, ein Sonnenrad 28 und mehrere Planetenräder 32 auf. Die Planetenräder 32 sind auf - noch zu montierenden - Planetenradbolzen gelagert, die in einer axial hinteren Trägerplatte 342 und eine axial vorderen Trägerplatte 341 befestigt werden. Mit der axial vorderen Trägerplatte 341 ist über Stege 76 ein Drehmomentträger 70 verbunden, der mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle, beispielsweise der Fanwelle eines Gasturbinentriebwerks gekoppelt ist.
Die 5 zeigt den Zustand, in dem die Planetenräder 32 noch lose zwischen der axial vorderen Trägerplatte 341 und der axial hinteren Trägerplatte 342 angeordnet sind. Zwischen den Stirnseiten der Planetenräder 32 und der jeweils angrenzenden Trägerplatte 341, 342 ist ein Abstandshalter 51, 52 angeordnet, der einen sonst möglichen direkten Kontakt zwischen den Planetenrädern 32 und den Trägerplatten 341, 342 verhindert. Die Abstandshalter 51, 52 sind beispielsweise als Unterlegscheiben mit radialem Schlitz ausgebildet, so dass die Unterlegscheiben durch seitliches Wegziehen entfernt werden können.
Des Weiteren ist ein Stift 53 in die dem jeweiligen Planetenrad 32 zugeordnete Öffnungen in der axial hinteren Trägerplatte 342 und in der axial vorderen Trägerplatte 341 eingesetzt, wobei dieser Stift 53 auch die im Planetenrad 32 axial ausgebildete Öffnung durchgreift. Hierzu wird die Öffnung des Planetenrads 32 exakt auf die Öffnungen in den Trägerplatten 341, 342 ausgerichtet. Nach diesem Ausrichtvorgang wird der Stift 53 wieder entfernt.
In der 5 ist des Weiteren im vormontierten Zustand eine vordere, ringförmige Spannhülse 41 dargestellt, deren Funktion noch erläutert wird. Eine solche Vormontage der Spannhülse 41 ist jedoch nur optional. Sie ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Spannhülse 41 für die späteren Verfahrensschritte bereits korrekt platziert ist.
Die dargestellte Anordnung bzw. Teilstruktur ist gemäß der 5 derart ausgerichtet, dass die Drehachsen 90 der Planetenräder 32 (vgl. 4) in vertikaler Ausrichtung sind. Dementsprechend erfolgt die nachfolgend erläuterte Montage der Planetenradbolzen ebenfalls in vertikaler Richtung, von oben nach unten.
Die 6 zeigt in der mittleren Darstellung einen Planetenradbolzen 6, der in vertikaler Richtung A von oben nach unten in ein Planetenrad 32 eingesetzt worden ist. Der Planetenradbolzen 6 durchgreift dabei eine Öffnung 345 in der axial hinteren Trägerplatte 342, die im Planetenrad 32 ausgebildete Öffnung und die Öffnung 345 in der axial vorderen Trägerplatte 341. Diese Öffnungen waren im zuvor beschriebenen Verfahrensschritt exakt aufeinander ausgerichtet worden.
In der Darstellung der 6 ist zu erkennen, dass der Planetenradbolzen 6 hohlzylindrisch ausgebildet ist und dementsprechend eine Bohrung 60 aufweist.
Weiter ist zu erkennen, dass am axial vorderen Ende des Planetenradbolzens 6 eine Spannhülse 41 angeordnet ist. Dies wird in Bezug auf die Darstellung des Details X1, das in vergrößerter Darstellung die Anordnung des Planetenradbolzens 6 in der axial vorderen Trägerplatte 341 zeigt, erläutert. Dabei gilt, dass die dargestellten Strukturen von Trägerplatte und Planetenradbolzen in gleicher Weise für die Anordnung des Planetenradbolzens 6 in der axial hinteren Trägerplatte 342 gelten.
Gemäß dem Detail X1 durchgreift der Planetenradbolzen 6 mit seinem Außenumfang 69 die Bohrung 345 in der axial vorderen Trägerplatte 341. Dabei ist zwischen dem Rand der Öffnung 345 und dem Planetenradbolzen 6 ein Ringspalt 77 ausgebildet. Um eine starke Presspassung zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Trägerplatte 341 zu erreichen, muss dieser Ringspalt 77 durch eine Spannhülse geschlossen werden. Dabei muss eine hochqualitative Presspassung erreicht werden, um sicherzustellen, dass auch während des Betriebs des Planetengetriebes kein Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Trägerplatte 341 entstehen kann, aus dem für die Schmierung des Getriebes erforderliches Öl austreten und der zu einem Verschleiß der Presspassungsflächen führen könnte.
Hierzu ist eine Spannhülse 41 vorgesehen, die ringförmig ausgebildet ist und dementsprechend eine ringförmige Fläche 411 ausbildet, die zur Schließung des Spalts 77 und zur Bereitstellung einer Presspassung in den Spalt 77 eingeschoben wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spannhülse keilförmig ausgebildet ist und hierzu in Richtung ihrer Stirnseite 413, die in den Spalt 77 einzuführen ist, einen kegelförmig ausgebildeten Bereich 412 ausbildet. Dies ist aber nur beispielhaft zu verstehen. Allgemein kann es vorteilhaft sein, dass sich die Spannhülse 41 zur Stirnseite 413 hin in ihrer Wanddicke verjüngt, wobei dies auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. Der Planetenradbolzen 6 variiert in seinem Außenumfang in korrespondierender Weise mit der Formgebung der Spannhülse 41, so dass er für den Fall, dass die Spannhülse 41 angrenzend an den Planetenradbolzen 6 kegelförmig ausgebildet ist, er dann eine entsprechend angepasste, ebenfalls kegelförmige Außenkontur aufweist.
In der Darstellung der 6 ist die Spannhülse 41 noch nicht vollständig in den Spalt 77 eingesetzt. Er ist lediglich teilweise eingesetzt. Dies ist gemäß einer Ausführungsvariante der Fall. Andere Ausführungsvarianten sehen vor, dass die Spannhülse 41 vollständig in den Spalt 77 der axial vorderen Trägerplatte 341 eingepresst wird, bevor in entsprechender Weise eine Spannhülse in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der axial hinteren Trägerplatte 342 eingesetzt wird.
Die 6 zeigt mit dem Detail X2 einen Positioniermarker 54, der dazu dient, den eingesetzten Planetenradbolzen 6 exakt zu positionieren. Der Marker 54 ist beispielsweise auf der axial hinteren Oberfläche der axial hinteren Trägerplatte 342 angeordnet. Durch Messung des Abstands zwischen dem Marker 54 und definierten, in der 6 schematisch eingezeichneten Punkten 66 beispielsweise auf der Stirnseite des Planetenradbolzens 6 kann bestimmt werden, ob der Planetenradbolzen 6 optimal positioniert oder in seiner Position noch zu verändern ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Detail X2 auch die axialen Öffnungen 320 der Planetenräder 32 zu erkennen sind.
Die 7 zeigt das Ergebnis der Montage einer vorderen Spannhülse 41 im Bereich zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der axial vorderen Trägerplatte 341. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannhülse 41 dabei nur teilweise und noch nicht vollständig montiert.
Die teilweise Montage der Spannhülse 41 kann dabei mittels einer in der 10 dargestellten hydraulischen Pressvorrichtung 8 erfolgen. Gemäß der 10 weist die Pressvorrichtung 8 eine axial hintere Presseinheit 82 und eine axial vordere Presseinheit 83 auf, die axial beabstandet und durch ein längliches Stellelement 84 miteinander verbunden sind. Über eine hydraulische Einheit 81 kann die Länge des Stelleelements 84 verändert werden. Bei einer Längenverkürzung des Stellelements 84 wirken axiale Kräfte auf die axial hintere Presseinheit 82 und die axial vordere Presseinheit 83, die darauf gerichtet sind, die Presseinheiten 82, 83 aufeinander zu zu bewegen.
Zur Ausübung eines Pressvorgang ist es vorgesehen, dass das längliche Stellelement 84 durch die Innenbohrung 60 des Planetenradbolzens geführt wird. Die axial hintere Presseinheit 82 kann dann eine axiale Kraft auf eine hintere Spannhülse ausüben, um diese in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte 342 einzupressen. Ebenso kann die axial vordere Presseinheit 83 eine axiale Kraft auf eine vordere Spannhülse ausüben, um diese in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und dem Rand der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte 341 einzupressen.
Die 8 zeigt dabei einen weiteren Zwischenzustand der Montage. Danach wird vor Anordnung einer hinteren Spannhülse das hintere Abstandselement 51 durch seitliches Herausziehen entfernt. Das vordere Abstandselement 51 kann noch verbleiben, wird jedoch spätestens entfernt, bevor die vordere Spannhülse 41 vollständig eingepresst wird.
Die 8 zeigt dabei ein weiteres Detail X3, das die axial vordere Oberfläche 3410 der axial vorderen Trägerplatte 341 zeigt. Es ist zu erkennen, dass der Planetenradbolzen 6 aus der Öffnung der axial vorderen Trägerplatte 341 heraussteht und eine Bohrung 60 aufweist. Die Oberfläche 3410 bildet dabei um den Planetenradbolzen 6 herum eine Erhebung 3411, die zumindest teilweise kreisförmig verläuft, aber auch in anderer Weise konturiert sein kann. Diese Erhebung 3411 stellt eine Positionierhilfe für die Presseinheit 83 der Pressvorrichtung 8 dar.
Es wird nun eine Spannhülse 42 in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und dem Rand der Öffnung 345 der axial hinteren Trägerplatte 342 eingeführt. Entsprechend der 6 ist auch dort ein Ringspalt ausgebildet, der durch die Spannhülse 42 geschlossen werden soll. Dies ist in der 9 schematisch dargestellt. Die 9 zeigt die die axial hintere Trägerplatte 342, die eine kreisförmige Öffnung 345 ausbildet. In die Öffnung ist die Spannhülse 42 einzupressen, wobei der Planetenradbolzen in der Darstellung der 9 nicht dargestellt ist. Das Einpressen der Spannhülse 42 erfolgt über die axial hintere Presseinheit 82 der Pressvorrichtung 8, die ebenso wie alle anderen Elemente lediglich schematisch dargestellt ist.
Dabei ist die Presseinheit 82 derart ausgebildet, dass sie eine stufig ausgebildeten Pressfläche aufweist, die eine Stufe 821 ausbildet. Über diese Stufe 821 wird sichergestellt, dass die Presseinheit die Spannhülse 42 nur bis zu einer definierten Tiefe und nicht weiter in den Spalt zwischen der Trägerplatte 342 und dem Planetenradbolzen einpressen kann.
Die 11 zeigt konkret den Vorgang des Einpressens der hinteren Spannhülse 42 in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und dem Rand der Öffnung der axial hinteren Trägerplatte 342. Gemäß der 11 ist die hydraulische Pressvorrichtung 8 installiert, wobei das längliche Stellelement 84 die Öffnung 60 des Planetenradbolzens 6 durchgreift. Die axial hintere Presseinheit 82 bildet eine ringförmige Kraftübertragungshülse 825 aus, die auf dem axial hinteren Ende der Spannhülse 42 zur Anlage kommt und bei deren Absenken die Spannhülse 42 in den Spalt zwischen Planetenradbolzen 6 und Trägerplatte 342 eingeschoben wird. Die Anlagepunkte 820 zwischen Kraftübertragungshülse 825 und Spannhülse 42 sind schematisch dargestellt.
Damit eine Kraftübertragung auf die Spannhülse 42 erfolgen kann, ist es erforderlich, dass die axial vordere Presseinheit 83 an der axial vorderen Trägerplatte 341 fixiert ist. Hierzu ist eine Kraftübertragungshülse 835 vorgesehen, die sich an schematisch dargestellten Anlagepunkten 830 an der axial vorderen Trägerplatte 341 abstützt. Für eine automatische und exakte Positionierung der Kraftübertragungshülse 835 ist dabei die in Bezug auf die 8 erläuterte Erhebung 3411 vorgesehen.
Auf diese Weise wird mittels der Pressvorrichtung 8 die hintere Spannhülse 42 vollständig in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der axial hinteren Trägerplatte 342 eingepresst.
Eine entsprechende Befestigung des Planetenradbolzens 6 an der axial hinteren Trägerplatte 342 erfolgt sukzessive für sämtliche Planetenradbolzen des Planetengetriebes, wobei beispielsweise vorgesehen ist, dass das Planetengetriebe fünf Planetenräder und dementsprechend fünf Planetenradbolzen aufweist.
Ohne ein Drehen der Anordnung oder der Pressvorrichtung 8 erfolgt anschließend das vollständige Verpressen der vorderen Spannhülse 41, die wie erläutert zuvor nur teilweise eingesetzt worden war. Der Pressvorgang ist schematisch in der 13 dargestellt, die der 9 entspricht. Die axial vordere Trägerplatte 341 bildet eine Öffnung 345 aus, in die die Spannhülse 41 einzusetzen ist. Der Planetenradbolzen ist nicht dargestellt. Zum Einsetzen der Spannhülse 41 wird eine axiale Kraft durch die axial vordere Presseinheit 83 ausgeübt. Dabei bildet die Presseinheit 83 eine stufig ausgebildete Pressfläche mit einer Stufe 831 aus, durch die sichergestellt wird, dass die Spannhülse 41 nur bis zu einer definierten Tiefe in den Ringspalt 77 zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Trägerplatte 341 eingeschoben wird.
Das vollständige Verpressen der Spannhülse 41 erfolgt gemäß der 14 mit der Spannvorrichtung 8, wobei die axial vordere Presseinheit 83 nunmehr eine Kraftübertragungshülse 836 bereitstellt, deren Durchmesser derart bemessen ist, dass sie eine axiale Kraft auf die Spannhülse 41 ausübt und diese in den Spalt 77 hinein presst.
Dabei ist vorgesehen, dass sich bei diesem Pressvorgang die axial hintere Presseinheit 82 an der Stirnseite des Planetenradbolzens 6 abstützt, wie schematisch durch Anlagepunkte 822 dargestellt ist. Hierdurch wird erreicht, dass bei dem Einpressen der Hülse 41 keine Kraft auf die bereits eingepresst Hülse 42 wirkt wird. Eine solche Kraft könnte dazu führen, dass sich die bereits hergestellte Presspassung zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Trägerplatte 342 wieder lockert.
Eine entsprechende Befestigung des Planetenradbolzens 6 an der axial vorderen Trägerplatte 341 erfolgt sukzessive für sämtliche Planetenradbolzen 6 des Planetengetriebes.
Im Folgenden wird erläutert, dass das Verpressen sowohl der hinteren Spannhülse 42 als auch der vorderen Spannhülse 41 gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens unter Verwendung eines Hydraulikfluids erfolgt, das unter Hochdruck in die Fügebereiche zwischen der Spannhülse 41, 42 und dem Planetenradbolzen 6 und zwischen der Spannhülse 41, 42 und dem Rand der Öffnung 345 der Trägerplatten 341, 342 eingeleitet wird. Dabei kann das Verpressen der Spannhülse in 41, 42 in zwei Schritten erfolgen.
In einem ersten Schritt wird die jeweilige Spannhülse noch nicht mit maximaler Kraft in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Öffnung 345 in der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 eingepresst. Die Spannhülse wird nur so weit in den Spalt eingeführt, bis im Fügebereich die die jeweiligen Flächen von Spannhülse einerseits und Planetenradbolzen und Trägerplatte andererseits aneinander liegen. Es wird dann unter Hochdruck ein Hydraulikfluid in die Fügebereiche eingepresst.
Zum Einleiten eines Hydraulikfluids in die Fügebereiche sind Leitungen für das Hydraulikfluid vorgesehen, und zwar Leitungen in dem länglichen Stellelement 84, Leitungen im Planetenradbolzen 6 und Leitungen in der Spannhülse. Eine entsprechende Leitung 68 in der Spannhülse 6 ist beispielhaft und schematisch in der 12 dargestellt. Entsprechende Leitungen sind auch in dem Stellelement 84 und in der Spannhülse 41, 42 ausgebildet. Dabei ist vorzusehen, dass die entsprechenden Leitungen bei der Applikation des Bestellelements 84 und der Spannhülse 41, 42 aufeinander ausgerichtet werden.
Durch Einleiten des Hydraulikfluid werden die Spalte zwischen Spannhülse 41, 42, Planetenradbolzen 6 und Trägerplatte 341, 342 reversibel aufgeweitet. Hierdurch ist es möglich, dass die Spannhülse 41, 42 nun unter Aufwendung einer geringeren Kraft (verglichen mit der Situation ohne die Verwendung eines Hydraulikfluids) in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen 6 und der Öffnung 345 in der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 eingepresst werden kann. Das Einpressen erfolgt dabei unter fortlaufender Applikation des Hydraulikfluids.
Das beschriebene Verfahren kann zahlreiche Variationen erfahren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die vordere Spannhülse 41 vollständig in den Spalt zwischen Planetenradbolzen 6 und Trägerplatte 341 eingeführt wird, bevor die hintere Spannhülse 42 montiert wird. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die axial vordere Trägerplatte 341 bei der Applikation der vorderen Spannhülse 41 nicht deformiert wird. Eine solche Deformation findet dann statt, wenn sich die Spannvorrichtung bei der Applikation der gegenüberliegenden Spannhülse an der Trägerplatte 341 abstützt. Dies ist bei der Montagereihenfolge gemäß den 11 und 14 der Fall. Hier stützt sich die Spannvorrichtung 8 an der axial vorderen Trägerplatte 341 ab, wenn die hintere Spannhülse 42 montiert wird. Dies ist deswegen nachteilig, weil eine einmal erfolgte Deformation zwar im Wesentlichen, jedoch nicht vollständig reversibel ist. Dies kann dazu führen, dass die Presspassung nicht so optimal ausgeführt ist wie an der Trägerplatte, die nicht deformiert wird (weil sich die Spannvorrichtung bei der Befestigung der zweiten Spannhülse an dem Planetenradbolzen abstützt und es zu keiner Deformation der Trägerplatte kommt).
Wenn die vordere Spannhülse 41 als erstes vollständig montiert wird, stützt sich die Spannvorrichtung 8 an der axial hinteren Trägerplatte 342 ab, so dass diese deformiert wird (umgekehrt zu der Reihenfolge der 11 und 14). Dass die axial hintere Trägerplatte 342 anstatt der axial vorderen Trägerplatte 341 geringfügig deformiert wird, ist dabei deswegen zu bevorzugen, weil die axial vordere Trägerplatte 341 mit dem Drehmomentträger 70 verbunden ist und deswegen besonders hohe Lasten trägt.
Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass als erstes die hintere Spannhülse 42 montiert wird, ohne dass zuvor wie in Bezug auf die 5 bis 14 beschrieben die vordere Spannhülse 41 teilweise montiert wird.
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. Insbesondere ist offensichtlich, dass das beschriebene Verfahren zahlreiche Variationen und Ergänzungen erfahren kann. Dabei können zahlreiche Zusatzschritte vorgesehen sein, beispielsweise was die genaue Positionierung der einzelnen Komponenten angeht. Auch kann in alternativen Varianten vorgesehen sein, dass die bereits montierten Komponenten des Planetengetriebes und/oder die Pressvorrichtung einmal oder mehrfach gewendet werden.
Des Weiteren können beliebige der Merkmale 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. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes, das aufweist: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotiert und von einer Sonnenwelle (26) antreibbar ist, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, wobei jedes Planetenrad (32) eine axial vordere Stirnseite, eine axial hintere Stirnseite und eine mittige axiale Öffnung (320) aufweist; - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von holzylindrischen Planetenradbolzen (6), wobei jeweils ein Planetenradbolzen (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei die Planetenradbolzen (6) in Öffnungen (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet und mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bereitstellen einer Anordnung, in der die Planetenräder (32) zwischen der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet sind, - Einführen jeweils eines hohlzylindrischen Planetenradbolzens (6) in ein Planetenrad (32), wobei die Planetenradbolzen (6) jeweils durch eine Öffnung (345) in der axial hinteren Trägerplatte (342), die axiale Öffnung (320) des Planetenrads (32) und eine Öffnung in (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) gesteckt werden, - Einpressen einer vorderen Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341), - Einpressen einer hinteren Spannhülse (42) in den Ringspalt zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342), - wobei das Einpressen der vorderen Spannhülse (41) und das Einpressen der hinteren Spannhülse (42) jeweils unter Verwendung einer Pressvorrichtung (8) erfolgt, die o eine axial hintere Presseinheit (82) und eine axial vordere Presseinheit (83) aufweist, die axial beabstandet sind und die durch ein längliches Stellelement (84), das die axiale Öffnung (60) des hohlzylindrischen Planetenradbolzens (6) durchgreift, miteinander verbunden sind, o wobei durch Längenverkürzung des Stellelements (60) eine axial wirkende Kraft auf die beiden Presseinheiten (82, 83) wirkt; - wobei mittels der Pressvorrichtung (8) entweder zuerst die vordere Spannhülse (41) oder die hintere Spannhülse (42) verpresst wird, - wobei beim zuerst erfolgenden Verpressen der einen Spannhülse (41, 42) die axial entfernte Presseinheit (82, 83) sich an der jeweiligen Trägerplatte (342, 341) abstützt, und - beim anschließenden Verpressen der anderen Spannhülse (42, 41) die axial entfernte Presseinheit (83, 82) sich am Planetenradbolzen (6) abstützt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) eingepresst wird, bevor die hintere Spannhülse (42) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342) eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Spannhülse (42) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342) eingepresst wird, bevor die vordere Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) zunächst nur teilweise eingepresst wird, anschließend die hintere Spannhülse (42) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342) vollständig eingepresst wird, und anschließend die vordere Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) vollständig eingepresst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial vordere Trägerplatte (341) oder die axial hintere Trägerplatte (342) Positionierstrukturen (3411) aufweist, die der Positionierung und Abstützung der an dieser Trägerplatte (341, 342) anliegenden Presseinheit (82, 83) dienen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen einer Spannhülse (41, 42) in zwei Schritten erfolgt, wobei - in einem ersten Schritt die Spannhülse (41, 42) mit nicht maximaler Kraft in den Spalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und der Öffnung (345) in der Trägerplatte (341, 342) eingepresst wird; - anschließend unter Hochdruck ein Hydraulikfluid in die Fügebereiche zwischen der Spannhülse (41, 42) und dem Planetenradbolzen (6) und zwischen der Spannhülse (41, 42) und dem Rand der Öffnung (345) der Trägerplatte (341, 342) eingeleitet wird; - anschließend in einem zweiten Schritt die Spannhülse (41, 42) mit maximaler Kraft in den Spalt zwischen dem Planetenradbolzen (6) und der Öffnung (345) in der Trägerplatte (341, 342) eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten eines Hydraulikfluid in die Fügebereiche Leitungen (68) in dem länglichen Stellelement (68), dem Planetenradbolzen (6) und der Spannhülse (41, 42) ausgebildet sind, wobei die Leitungen aufeinander ausgerichtet werden, bevor das Hydraulikfluid bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Planetenrad (32) vor dem Einführen der Planetenradbolzen (6) Abstandshalter (51, 52) zwischen der axial vorderen Stirnseite des Planetenrads (32) und der axial vorderen Trägerplatte (341) und zwischen der axial hinteren Stirnseite des Planetenrads (32) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet werden, wobei die Abstandshalter (51, 52) jeweils entfernt werden, bevor die Spannhülse (41, 42) an der jeweiligen Trägerplatte (341, 342) vollständig eingepresst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (32) auf die in den Trägerplatten (341, 342) ausgebildeten Öffnungen (345) vor Einführen der Planetenradbolzen (6) ausgerichtet werden, indem ein Stift (53) durch jeweils zwei gegenüberliegende Öffnungen (345) in der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) sowie die axiale Öffnung (320) des Planetenrads (32) gesteckt und anschließend wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Einführens jeweils eines Planetenradbolzens (6) in ein Planetenrad (32) die Planetenradbolzen (6) von der axial hinteren Trägerplatte (342) aus eingeführt und dabei durch eine Öffnung (345) in der axial hinteren Trägerplatte (342), das Planetenrad (32) und eine Öffnung (345) in der axial vorderen Trägerplatte (341) gesteckt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Installieren der Planetenradbolzen (6) eine Feinausrichtung der Planetenradbolzen (6) unter Berücksichtigung von Positioniermarkern (54) erfolgt, die an der jeweiligen Trägerplatte (341, 342) und/oder den Planetenradbolzen (6) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Planetenradbolzen (6) mittels der Spannhülsen (41, 42) eine Presspassung in der einen Trägerplatte (341, 342) bereitgestellt wird, bevor für die Planetenradbolzen (6) in der anderen Trägerplatte (341, 342) mittels der Spannhülsen (41, 42) eine Presspassung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Trägerplatte (341, 342) die Planetenradbolzen (6) sukzessive mittels jeweils einer Spannhülse (341, 342) eingepresst werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahrensschritt des Bereitstellens einer Anordnung, in der die Planetenräder (32) zwischen der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet sind, die Anordnung in vertikaler Ausrichtung bereitgestellt wird, in der die Achsen (90) der Planetenräder (32) in der vertikalen Richtung ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einpressen der vorderen Spannhülse (41) und der hinteren Spannhülse (42) weder die Spannvorrichtung (8) noch die bisherige Anordnung um 180° gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verfahren keilförmige Spannhülsen (41, 42) eingesetzt werden, die im Bereich ihres äußeren Umfangs zylindrisch und im Bereich ihres inneren Durchmessers kegelförmig ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verfahren Planetenradbolzen (6) eingesetzt werden, die in ihrem Fügebereich zur Spannhülse eine der Spannhülse angepasste kegelförmige Außenkontur aufweisen.
Verfahren zur Montage der Planetenradbolzen eines Planetengetriebes, das aufweist: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotiert und von einer Sonnenwelle (26) antreibbar ist, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, wobei jedes Planetenrad (32) eine axial vordere Stirnseite, eine axial hintere Stirnseite und eine mittige axiale Öffnung (320) aufweist; - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von holzylindrischen Planetenradbolzen (6), wobei jeweils ein Planetenradbolzen (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei die Planetenradbolzen (6) in Öffnungen (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet und mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bereitstellen einer Anordnung, in der die Planetenräder (32) zwischen der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet sind, - Einführen jeweils eines hohlzylindrischen Planetenradbolzens (6) in ein Planetenrad (32), wobei die Planetenradbolzen (6) jeweils durch eine Öffnung (345) in der axial hinteren Trägerplatte (342), die axiale Öffnung (320) des Planetenrads (32) und eine Öffnung in (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) gesteckt werden, - Anordnen einer vorderen Spannhülse (41) am axial vorderen Ende des jeweiligen Planetenradbolzens (6) und vollständiges Einpressen der vorderen Spannhülse (41) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial vorderen Trägerplatte (342), anschließend - Anordnen einer hinteren Spannhülse (42) am axial hinteren Ende des Planetenradbolzens (6) und vollständiges Einpressen der hinteren Spannhülse (42) in den Ringspalt (77) zwischen dem Planetenradbolzen (6) und dem Rand der Öffnung (345) der axial hinteren Trägerplatte (342); - wobei das Einpressen der vorderen Spannhülse (41) und das Einpressen der hinteren Spannhülse (42) jeweils unter Verwendung einer Pressvorrichtung (8) erfolgt, die ◯ eine axial hintere Presseinheit (82) und eine axial vordere Presseinheit (83) aufweist, die axial beabstandet sind und die durch ein längliches Stellelement (84), das die axiale Öffnung (60) des hohlzylindrischen Planetenradbolzens (6) durchgreift, miteinander verbunden sind, o wobei durch Längenverkürzung des Stellelements (84) eine axial wirkende Kraft auf die beiden Presseinheiten (82, 83) wirkt, o wobei mittels der Pressvorrichtung (8) zuerst die vordere Spannhülse (41) und anschließend die hintere Spannhülse (82) verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verpressen der vorderen Spannhülse (41) die axial hintere Presseinheit (82) sich an der axial hinteren Trägerplatte (342) abstützt, und beim anschließenden Verpressen der hinteren Spannhülse (42) die axial vordere Presseinheit (83) sich am Planetenradbolzen (6) abstützt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die axial hintere Trägerplatte (342) eine Positionierstruktur (3411) im Form einer zumindest teilweise kreisförmigen Erhebung aufweist, die der Positionierung und Abstützung der an dieser Trägerplatte (324) anliegenden axial hinteren Presseinheit (82) dient.