DE102019116090A1

DE102019116090A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Gleitlagers

Info

Publication number: DE102019116090A1
Application number: DE102019116090.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Gräber
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein Planetenrad (32) eines Getriebes (30) in einem Fangetriebe-Triebwerk (1), gekennzeichnet durch ein Detektionsmittel (4) für eine Relativbewegung zwischen einem Lagerbolzen (2) des Planetenrades (32) und einem Planetenträger (34) des Planetenrades (32), wobei durch das Detektionsmittel (4) bei Eintreten der Relativbewegung ein Steuersignal (S) zur Beeinflussung des Antriebes des Getriebes (30) abgebbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung eines Gleitlagers.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Überwachung eines Gleitlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Gleitlager werden insbesondere in Gasturbinentriebwerken von Flugzeugen in vielfältiger Weise verwendet. Dabei ist die Überwachung des Betriebszustands von großem Interesse, da z.B. eine versagende Schmierung in einem Gleitlager zu stark erhöhten Temperaturen und letztlich zu einem Versagen der Lagerung führen kann.
Umlaufgetriebe, wie z.B. Planetengetriebe, in Fangetriebe-Triebwerken erfordern, dass sich Planetenräder um eine Achse drehen, die innerhalb eines Planetenträgers angeordnet sind. Dabei sind die entsprechenden Planetenradlager sehr hohen Belastungen ausgesetzt, insbesondere wenn das Getriebe so konfiguriert ist, dass der Planetenträger rotiert, wie bei einer Planeten- oder Solarkonfiguration eines Umlaufgetriebes.
Aus der EP 3 343 030 A1 ist eine berührungslose Überwachung eines Lagers aus einem anderen technischen Einsatzgebiet bekannt.
Es besteht die Aufgabe, Überwachungsvorrichtungen und -verfahren für ein Gleitlager eines Planetenrades eines Getriebes in einem Fangetriebe-Triebwerk zu entwickeln, die insbesondere eine robuste Überwachung ermöglichen.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 adressiert diese Aufgabe. Dabei wird ein Detektionsmittel für eine Relativbewegung zwischen einem Lagerbolzen eines Planetenrades und einem Planetenträger des Planetenrades eingesetzt, wobei durch das Detektionsmittel bei Eintreten der Relativbewegung ein Steuersignal zur Beeinflussung des Antriebes des Getriebes abgebbar ist. Wenn im nominellen Betriebszustand eine feste Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Lagerbolzen des Planetenrads vorliegt, bedeutet das Vorhandensein einer Relativbewegung, dass der nominelle Zustand verlassen wurde. Die Erkennung der Relativbewegung kann damit zur Überwachung des Gleitlagers eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist die Verbindung zwischen Lagerbolzen und dem Planetenträger durch eine Kraftschlussverbindung und / oder eine Formschlussverbindung gebildet, so dass bei Überschreiten eines Grenzdrehmoments am Lagerbolzen die Relativbewegung einsetzt. Das Grenzdrehmoment wird z.B. durch ein Festfressen im Gleitlager ausgelöst, da sich das dabei plötzlich einsetzendes Drehmoment am Lagerbolzen auf die Verbindung zwischen Lagerbolzen und Planetenträger überträgt.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Detektionsmittel ein Bewegungsindikatormittel und ein Bewegungserfassungsmittel aufweisen. Das Bewegungsindikatormittel ist dabei mit dem Lagerbolzen gekoppelt. Das auf das Bewegungsindikatormittel abgestimmte Bewegungserfassungsmittel kann dann z.B. die Relativbewegung zwischen dem Bewegungsindikatormittel und dem Bewegungserfassungsmittel erfassen.
Durch eine Kopplung über ein Führungselement für das Bewegungsindikatormittel - im Sinne einer Kulissenführung - kann die Relativbewegung zwischen Lagerbolzen und Planetenträger durch das Führungselement zwangsweise in eine Bewegung des Bewegungsindikatormittels umgesetzt werden. Eine solche mechanische Umsetzung ist besonders robust.
Das Bewegungserfassungsmittel kann in einer weiteren Ausführungsform einen mechanischen, elektrischen, magnetischen und / oder optischen Sensor zur Erfassung einer Bewegung des Bewegungsindikatormittels aufweisen. Ein solcher Sensor kann z.B. eine Lage- und / oder Abstandsänderung zwischen dem Bewegungsindikatormittel und dem Bewegungserfassungsmittel erkennen. Dazu kann das Bewegungserfassungsmittel z.B. einen induktiven Sensor zur Detektion der Relativbewegung aufweisen.
Das Steuersignal kann dabei mechanisch und / oder elektrisch abgebbar sein. Mit einer mechanischen Abgabe kann z.B. eine automatische mechanische Entkopplung eines Antriebes des Getriebes ausgelöst werden, so das keine elektronischen Bauteile benötigt werden. Ein elektrisches Signal kann in einem Steuerrechner weiter verarbeitet werden.
Als Folge der Relativbewegung auf Grund eines Versagen des Gleitlagers kann das Steuersignal zu einer Verlangsamung, dem Anhalten des Planetenrades und / oder der Entkopplung antreibender und / oder angetriebener Elemente des Getriebes verwendet werden. Neben einer solchen automatischen Ausführung ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass durch das Steuersignal automatisch eine Signalisierung einer Bedienperson erfolgt.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 adressiert.
In einem ersten Schritt erfasst ein Detektionsmittel eine Relativbewegung zwischen einem Lagerbolzen des Planetenrades und einem Planetenträger des Planetenrades als Zeichen, dass kein nomineller Zustand mehr vorliegt.
In einem zweiten Schritt gibt das Detektionsmittel bei Eintreten der Relativbewegung ein Steuersignal zur Beeinflussung des Antriebes des Getriebes ab.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk, z.B. ein Flugzeugtriebwerk, beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Kerntriebwerk umfassen, das eine Turbine, eine Brennervorrichtung, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fanschaufeln) umfassen, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Getriebe-Fans, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das über die Kernwelle angetrieben wird und dessen Abtrieb den Fan so antreibt, dass er eine niedrigere Drehzahl als die Kernwelle aufweist. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt über die 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 der Fan 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 aufweisen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen. 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. Das Kerntriebwerk 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 einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, eine Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen generell ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend ausgebildet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel). Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es lediglich von der Kernwelle angetrieben wird, 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). Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es von einer oder mehreren Wellen angetrieben wird, beispielsweise der ersten und / oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine Brennvorrichtung axial stromabwärts des Fans und des Verdichters (oder der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Brennervorrichtung 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. Die Brennervorrichtung 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 handeln kann (d.h. der Anstellwinkel kann variabel sein). Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander 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 zueinander versetzt sein.
Jede Fanschaufel kann eine radiale Spannweite aufweisen, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden, von Gas überströmten Stelle oder sich von einer Position einer Spannweite von 0 % zu einer Spitze mit einer Spannweite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann bei 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 Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei Werten 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 der vorderen Kante (oder der axial am weitesten vorne liegenden Kante) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Fanschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Fans kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Fanschaufel an ihrer vorderen Kante gemessen werden. Der Durchmesser des Fans (der allgemein das Doppelte des Radius des Fans 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 Fandurchmesser kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Fans kann im Betrieb variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Fans mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans 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 Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser 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 Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser 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 der Fan (mit zugehörigen Fanschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Fanschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Fanschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Fanspitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Fanspitze, beispielsweise an der vorderen Kante der Spitze, ist (die als Fanspitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Fanspitzenbelastung 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 Fanspitzenbelastung kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 (oder 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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 Kerntriebwerks befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und / oder ein Fangehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Fans zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in die Brennervorrichtung) 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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 N kg^-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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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): 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 °C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 °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 zur Brennvorrichtung, 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): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K oder 2000 K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 Fanschaufel und / oder ein Blattabschnitt (aerofoil) einer Fanschaufel, 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 Fanschaufel 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 Fanschaufel 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 Fanschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Fanschaufel eine vordere Schutzkante aufweisen, die 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 eine vordere Kante kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Fanschaufel 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 Fan, der hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Fanschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Fanschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Fanschaufel 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 Fanschaufel 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 Fanschaufeln 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 Fanschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und / oder mindestens ein Teil der Fanschaufeln 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 im Betrieb eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals erlauben. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Der Fan einer Gasturbine, die hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Fanschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Fanschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindig-keitsbedingungen 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 Konstantgeschwindigkeitsbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantgeschwindigkeitsbedingung 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 entsprechen, 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. 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 °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 Fanbetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen der Fan (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Betrieb 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 zwei oder vier) Gasturbinentriebwerk(e) 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 Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturb i nentriebwerk;
4 eine schematische vergrößerte Schnittansicht durch ein an sich bekanntes Gleitlager eines Planetenrades;
5 eine schematische vergrößerte Schnittansicht durch ein Gleitlager mit einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung des Gleitlagers;
6A eine Detailansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung des Gleitlagers in einer nominellen Position;
6B eine Detailansicht der Ausführungsform gemäß 6A nach einer Relativbewegung zwischen Lagerbolzen und Planetenträger;
7A eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung des Gleitlagers in einer nominellen Position;
7B eine Detailansicht der Ausführungsform gemäß 7A nach einer Relativbewegung zwischen Lagerbolzen und Planetenträger.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 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. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 und ein epizyklisches Planetengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
Im Betrieb 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. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des epizyklischen Planetengetriebes 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 führt die Planetenräder 32 so, dass sie synchron um das Sonnenrad 28 kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 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 den Fan 23 umfassen) und / oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die verbindende Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 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 der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das epizyklische Planetengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne an ihrem Umfang, um ein Kämmen mit den anderen Zahnrädern zu ermöglichen. 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 epizyklischen Planetengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte epizyklische Planetengetriebe 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 Planetengetrieben 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 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 der Fan 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 Gasturbinentriebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Gasturbinentriebwerk 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 Gasturbinentriebwerks 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 Gasturbinentriebwerks 10 (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 epizyklisch 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 Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor (bei dem die Fanstufe 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.
Ein Gasturbinentriebwerk 10, insbesondere im Zusammenhang mit einem Planetengetriebe 30, weist eine Vielzahl von Bauteilen mit rotierenden Elementen auf, wie z.B. die Welle 26, die durch mehrere - in den 1 bis 3 nicht näher beschriebene - Wälzlager gelagert wird. Auch weist das Planetengriebe 30 z.B. Gleitlager auf, die die Planetenräder 34 lagern.
Da ein Gasturbinentriebwerk 10 hohen Sicherheitsstandards unterliegt und lange Wartungsintervalle aufweist, ist eine Überwachung der Gleitlager 1 für rotierende Elemente (z.B. ein Planetenrad) sinnvoll. In 4 ist zunächst der grundsätzlich bekannte Aufbau einer Lagerung eines Planetenrades 32 dargestellt.
Aufgrund der hohen Planetenradlasten sind die Planetenradlager in der Regel als Gleitlager 1 ausgeführt. Ein Fluid, z.B. Öl, zwischen einem Lagerbolzen und der Innenseite einer Lagerbohrung des Planetenrades 32 sorgt für die erforderliche Schmierung.
Die Lagerbolzen 2 sind mit dem Planetenträger 34 in der dargestellten Ausführungsform beidseits über einen Reibschluss, z.B. einen Presssitz verbunden, so dass unter nominellen Betriebsbedingungen keine Relativbewegung zwischen dem Lagerbolzen 2 und dem Planetenträger 34 einsetzen wird. Das Planetenrad 32 kann um eine Planetenrotationsachse 3 rotieren.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Verbindung zwischen Lagerbolzen 2 und Planetenträger 34 zusätzlich oder alternativ auch durch einen Formschluss gebildet werden.
Das Planetenrad 32 wird in der dargestellten Ausführungsform vom Sonnenrad 28 des Getriebes 30 angetrieben und rollt im Hohlrad 38 des Getriebes 30 ab.
Eine erhöhte Reibung, z.B. durch einen Schmierfilmriß oder durch das Auftreten von Partikeln im Schmiermittel kann einen Schadensfall hervorrufen. Ein solcher Schaden kann schnell zu einer Überhitzung im Gleitlager 1 und schließlich zu einem Festfressen des Gleitlagers 1 führen.
Solche Schadensfälle können insbesondere in Verbindung mit einem Getriebe 30 eines Fangetriebe-Triebwerks relevant sein, da sie zu einem mechanischen Versagen von Getriebebauteilen und / oder einem Brand führen können.
In den 5, 6A, 6B ist schematisch eine Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers 1 eines Planetenrads 32 dargestellt, wobei der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung gemäß 4 entspricht, so dass auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen kann.
Mit der Vorrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers 1 wird eine Relativbewegung zwischen dem Lagerbolzen 2 und dem Planetenträger 34 überwacht.
Die Vorrichtung zur Überwachung beruht auf der Tatsache, dass bei Überschreiten einer Belastungsgrenze für die Verbindung zwischen dem Lagerbolzen 2 und dem Planetenträger 34 (z.B. dem Überschreiten eines Grenzdrehmoments) sich der Lagerbolzen 2 im Planetenträger 34 zumindest etwas drehen wird, d.h. es erfolgt eine Relativbewegung.
Das Grenzdrehmoment hängt u.a. von der Gestaltung der Verbindung zwischen Lagerbolzen 2 und Planetenträger 34 ab, z.B. der Auslegung des Presssitze oder der Materialwahl. Bei einer reinen kraftschlüssigen Verbindung, z.B. bei der reibschlüssigen Verbindung mittels Presssitzes wird ein Überschreiten des Durchrutschmomentes zu der Relativbewegung führen.
Denkbar ist aber auch, dass zwischen dem Lagerbolzen 2 und dem Planetenträger 34 eine formschlüssige Verbindung besteht, z.B. in Form eines Zahnkranzes (siehe 7A, 7B). Die Zähne haben eine definierte Lastgrenze gegen Drehbeanspruchungen. Oberhalb einer gewissen Drehmomentgrenze werden die Zähne der Zahnradverbindung versagen, so dass auf Grund des einsetzenden Durchrutschens ebenfalls eine Relativbewegung zwischen Lagerbolzen 2 und Planetenträger 34 auftreten wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, eine kraftschlüssige Verbindung mit einer formschlüssigen Verbindung zu verwenden.
In jedem Fall dient ein Detektionsmittel 4 dazu, die einsetzende Relativbewegung zwischen dem Lagerbolzen 2 und dem Planetenrad 34 zu erkennen, wobei im Folgenden noch Ausführungsformen näher beschrieben werden. In Abhängigkeit von dieser Erkennung wird dann ein Steuersignal S erzeugt, das dazu dient, die Ursache für die Relativbewegung zu mindern oder zu unterbinden.
Dies kann z.B. durch ein automatisches Bremsen, Abschalten und / oder ein Auskuppeln des Antriebs des Getriebes 30 bewirkt werden. Auch ein Auskuppeln eines angetriebene Teils des Getriebes 30 kann zu einer schnellen Entlastung in Reaktion auf den Schaden führen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Signal für einen Piloten bereitgestellt werden, der dann ein Bremsen, Abschalten und / oder Auskuppeln einleiten kann.
In der Ausführungsform gemäß der 5 weist das Detektionsmittel 4 ein Führungselement 7, ein Bewegungsindikatormittel 5 und ein Bewegungserfassungsmittel 6 auf. Das Bewegungsindikatormittel 5 ist hier an einem Ende des Lagerbolzens 2 (siehe 6A) fest am Planetenträger 34 angeordnet. Das Führungselement 7 ist fest am Lagerbolzen 2 angeordnet.
Nach dem Durchrutschen ist der Lagerbolzen 2 das bewegliche Teil der Relativbewegung.
Das Bewegungsindikatormittel 5 ist in der dargestellten Ausführungsform als Stift ausgebildet, der sich in radialer Richtung erstreckt und auch radial beweglich ist. Grundsätzlich können auch andere Formen, wie z.B. ein prismatischer Stab als Bewegungsindikatormittel 5 verwendet werden.
In der 6A, die den nominellen Fall ohne Durchrutschen zeigt, ist dargestellt, dass das Bewegungsindikatormittel 5 sich radial von oben vor dem Lagerbolzen 2 in dessen Umfang hinein erstreckt. In dieser Lage wird das Bewegungsindikatormittel 5 radial durch das Führungselement 7 positioniert, das hier als Absatz an der Stirnseite des Lagerbolzens 2 ausgebildet ist.
Das Führungselement 7 ist hier kurvenförmig (d.h. im Sinne eine Kulissenführung) ausgebildet, wobei sich der Abstand der Führungsfläche zum Umfang des Lagerbolzens 2 bei einer Relativbewegung verringert. In 6B ist dargestellt, dass bei einer Linksdrehung die Führungsfläche des Führungselementes 7 die radiale Position des Bewegungsindikatormittels 5 verändert.
Durch diese Drehbewegung wird das auf der Führungsfläche des Führungselementes 7 anliegende Bewegungsindikatormittel 5 nach außen bewegt, was in 6B durch einen Pfeil dargestellt ist. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen dem Bewegungsindikatormittel 5 zum Bewegungserfassungsmittel 6. Durch die Neigung zum Umfang des Lagerbolzens und die Länge der Führungsfläche, kann die Sensitivität auf den Drehwinkel (d.h. die Relativbewegung) des Lagerbolzens 2 angepasst werden
Die Änderung des Abstandes kann z.B. durch einen magnetischen Sensor, einen optischen Sensor und / oder einen akustischen Sensor des Bewegungserfassungsmittels 6 detektiert werden.
Damit kann die Relativbewegung auf einfache und robuste Weise nachgewiesen werden, so dass das Bewegungserfassungsmittel 6 ein Steuersignal S erzeugen kann, das z.B. automatisch zu einem Stoppen der Drehbewegung verwendet werden kann. Alternativ kann das Steuersignal S auch dazu verwendet werden, eine Abbremsung oder Abschalten des Antriebs des Getriebes 30 zu bewirken und / oder ein Auskuppeln eines angetriebenen Teil oder eines antreibenden Teils des Getriebes 30. Das Steuersignal S kann als elektrisches Signal oder auch als mechanisches Signal abgegeben werden.
In der Ausführungsform gemäß 5, 6A, 6B ist das Detektionsmittel 4 nur auf einer Seite des Lagerbolzens 2 angeordnet. In einer alternativen Ausbildung kann das Detektionsmittel 4 für die Relativbewegung auch an beiden Seiten des Lagerbolzens 2 angeordnet sein, so dass eine Redundanz vorliegt.
Auch ist es möglich, dass das Führungselement 7 - z.B. durch eine andere Krümmung als in 6A, 6B - so ausgebildet ist, dass sich auf Grund der Relativbewegung der Abstand zwischen Bewegungsindikatormittel 5 und Bewegungserfassungsmittel 6 vergrößert. Auch eine solche Veränderung der relativen Position zueinander kann durch das Bewegungserfassungsmittel 6 erkannt werden, so dass in Abhängigkeit davon das Steuersignal S erzeugt werden kann.
In den 7A und 7B ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß der 5, 6A, 6B dargestellt, so dass auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann.
Im Unterschied zur bereits dargestellten Ausführungsform, liegt hier eine formschlüssige Verbindung zwischen Lagerbolzen 2 und dem Planetenträger 34 durch deine Verzahnung vor.
In dieser Ausführungsform wird eine Lageveränderung zwischen Bewegungsindikatormittel 5 und dem Bewegungserfassungsmittel 6 auf Grund der Relativbewegung berührungslos erfasst.
Dazu weist der Lagerbolzen 2 ein integriertes magnetisches Element als Bewegungsindikatormittel 5 auf, das hier am Ende des Lagerbolzens 2 angeordnet ist. In 7A ist - analog zur 6A - die nominelle Lage dargestellt.
In 7B wird dann - analog zur 6B - die Lage nach der Relativbewegung dargestellt. Das Bewegungsindikatormittel 5 hat sich aus der nominellen Lage herausgedreht, was eine Veränderung der Lage relativ zum Bewegungserfassungsmittel 6 bedeutet. Durch einen Magnetsensor im Bewegungserfassungsmittel 6 kann diese Lageveränderung erfasst werden und somit das Steuersignal S ausgelöst werden.
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: Gleitlager
2: Lagerbolzen
3: Rotationsachse für Planetenrad
4: Detektionsmittel
5: Bewegungsindikatormittel
6: Bewegungserfassungsmittel
7: Führungselement
9: Hauptdrehachse
10: Gasturbinentriebwerk
11: Kerntriebwerk
12: Lufteinlass
14: Niederdruckverdichter
15: Hochdruckverdichter
16: Verbrennungseinrichtung
17: Hochdruckturbine
18: Bypassschubdüse
19: Niederdruckturbine
20: Kernschubdüse
21: Triebwerksgondel
22: Bypasskanal
23: Fan
24: stationäre Stützstruktur
26: Welle
27: Verbindungswelle
28: Sonnenrad
30: Getriebe
32: Planetenräder
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Gestänge
S: Steuersignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3343030 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein Planetenrad (32) eines Getriebes (30) in einem Fangetriebe-Triebwerk (1), gekennzeichnet durch ein Detektionsmittel (4) für eine Relativbewegung zwischen einem Lagerbolzen (2) des Planetenrades (32) und einem Planetenträger (34) des Planetenrades (32), wobei durch das Detektionsmittel (4) bei Eintreten der Relativbewegung ein Steuersignal (S) zur Beeinflussung des Antriebes des Getriebes (30) abgebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Lagerbolzen (2) und dem Planetenträger (34) durch eine Kraftschlussverbindung und / oder eine Formschlussverbindung gebildet ist, so dass bei Überscheiten eines Grenzdrehmoments am Lagerbolzen (2) die Relativbewegung einsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmittel (4) ein Bewegungsindikatormittel (5) und ein Bewegungserfassungsmittel (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung die Position zwischen dem Bewegungsindikatormittel (5) und dem Bewegungserfassungsmittel (6) änderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsindikatormittel (5) mit dem Lagerbolzen (2) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung über ein Führungselement (7) für das Bewegungsindikatormittel (5) ausgebildet ist, so dass die Relativbewegung, vermittelt durch das Führungselement (7), in eine Bewegung des Bewegungsindikatormittels (5) umsetzbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungserfassungsmittel (6) einen mechanischen, elektrischen, magnetischen und / oder optischen Sensor zur Erfassung einer Bewegung des Bewegungsindikatormittels (5) aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungserfassungsmittel (6) einen induktiven Sensor zur Detektion der Relativbewegung aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) mechanisch und / oder elektrisch abgebbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) zu einer Verlangsamung, dem Anhalten des Planetenrades (32) und / oder der Entkopplung antreibender und / oder angetriebener Elemente des Getriebes (30) einsetzbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuersignal (S) automatisch eine Signalisierung einer Bedienperson erfolgt.
Verfahren zur Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein Planetenrad (32) eines Getriebes (30) in einem Fangetriebe-Triebwerk (1), dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Detektionsmittel (4) eine Relativbewegung zwischen einem Lagerbolzen (2) des Planetenrades (32) und einem Planetenträger (34) des Planetenrades (32) erfasst, wobei b) das Detektionsmittel (4) bei Eintreten der Relativbewegung ein Steuersignal (S) zur Beeinflussung des Antriebes des Getriebes (30) abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) mechanisch und / oder elektrisch abgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmittel (4) ein Bewegungsindikatormittel (5) und ein Bewegungserfassungsmittel (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung die Position zwischen dem Bewegungsindikatormittel (5) und dem Bewegungserfassungsmittel (6) geändert wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) zu einer Verlangsamung, dem Anhalten des Planetenrades (32) und / oder der Entkopplung antreibender und / oder angetriebener Elemente des Getriebes (30) eingesetzt wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuersignal (S) automatisch eine Signalisierung einer Bedienperson erfolgt.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Kerntriebwerk (11), das eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle (26) umfasst; einen Fan (23), der stromaufwärts des Kerntriebwerks (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst; und ein Getriebe (30), das von der Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei der Fan (23) mittels des Getriebes (30) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei mindestens ein Gleitlager (3) und / oder ein rotierendes Element (4, 26) mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 gekoppelt ist.