DE102019204507B4

DE102019204507B4 - Gleitlagervorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Gleitlagervorrichtung und ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102019204507B4
Application number: DE102019204507.3A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Lück
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2039-03-30
Also published as: US20200309031A1; DE102019204507A1

Abstract

Gleitlagervorrichtung (100) mit einer Primärgleitfläche (1) zwischen einem ersten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (101, 102), wobei in einem Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R1) entlang der Primärgleitfläche (1) zwischen den Bauelementen (101, 102) möglich ist, gekennzeichnet durch, mindestens eine Sekundärgleitfläche (2, 3) zwischen einem zweiten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (102, 103, 104), wobei ein Kopplungsmittel (110) im Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar der Bauelemente (102, 103, 104) unterbindet und wobei bei Eintreten eines vorbestimmbaren Ereignisses das Kopplungsmittel (110) automatisch lösbar ist, so dass eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar Bauelementen (102, 103, 104) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2, 3) ermöglicht ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Gleitlagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ein Verfahren zum Betrieb einer Gleitlagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Der Verschleiß von Gleitlagern von der ersten Erkennung eines bevorstehenden Verschleißes bis zum Totalausfall kann innerhalb von Sekunden vor sich gehen. Gleitlagervorrichtungen, die einen Notlaufbetrieb ermöglichen oder erkennen können, sind z.B. aus der DE 20 2016 102 133 U1 oder der DE 10 2014 200 725 A1 bekannt. Ebenso sind gattungsgleiche Gleitlagervorrichtungen aus der US 4 601 590 A sowie der DE 10 2016 209 262 A1 bekannt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, die diese bekannten Vorrichtungen verbessern sollen, insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Gleitlagervorrichtung bereitgestellt. Diese weist eine Primärgleitfläche zwischen einem ersten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente auf, wobei in einem Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung entlang der Primärgleitfläche zwischen den Bauelementen möglich ist, was der grundsätzlichen Funktion eines Gleitlagers entspricht.
Ferner weist die Gleitlagervorrichtung mindestens eine Sekundärgleitfläche zwischen einem zweiten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente auf, wobei ein Kopplungsmittel im Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung zwischen dem zweiten Paar der Bauelemente unterbindet und wobei bei Eintreten eines vorbestimmbaren Ereignisses das Kopplungsmittel automatisch lösbar ist, so dass eine Relativdrehbewegung zwischen dem zweiten Paar Bauelementen entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche ermöglicht ist.
Die mindestens eine Sekundärgleitfläche bietet somit eine Rückfallposition für einen Notlauf, falls eine Relativdrehbewegung entlang der Primärgleitfläche nicht mehr möglich ist. Das vorbestimmte Ereignis, z.B. die Überschreitung eines Grenzwertes für das Drehmoment, führt dazu, dass das entsprechend ausgebildete Kopplungsmittel bricht oder sich löst, und die Drehbewegung entlang der Sekundärgleitfläche ermöglicht wird.
Dabei kann das vorbestimmbare Ereignis zur Lösung des Kopplungsmittels eine Schmiermittelunterversorgung der Primärgleitfläche, eine Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des anliegenden Drehmomentes und / oder ein mindestens teilweises Trockenlaufens der Primärgleitfläche sein , wobei das Ereignis insbesondere über eine vorab definierte zeitliche Länge eintritt.
Das Ereignis tritt jeweils ein, wenn ein Grenzwert oder mehrere vorbestimmte Grenzwerte für eine Größe (z.B. Drehmoment, Temperatur etc.) überschritten werden. Die Bedingung kann auch ein Produkt aus dem Drehmoment und der Temperatur sein, z.B. bei hohen Temperaturen reicht bereit ein relativ kleines Drehmoment aus.
Dabei kann in einer Ausführungsform das Kopplungsmittel mindestens eine Sollbruchstelle aufweisen, die sich bei Überschreiten eines bestimmten, auf sie einwirkenden Drehmomentes löst, so dass eine Relativdrehbewegung zwischen den Bauelementen entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche möglich ist.
Dabei kann in einer Ausführungsform das Kopplungsmittel mindestens eine punktuelle, axial linear ausgebildete und / oder flächige Verbindungsstelle zwischen den Bauelementen über die mindestens eine Sekundärgleitfläche hinweg aufweisen. Eine Sollbruchstelle kann z.B. bei einem definierten Drehmoment brechen und / oder sich ab einer bestimmten Temperatur lösen.
Insbesondere kann die Primärgleitfläche zwischen einem ersten und einem zweiten konzentrisch angeordneten Bauelement angeordnet sein und die Sekundärgleitfläche kann dabei konzentrisch zwischen dem zweiten Bauelement und einem weiter innenliegenden dritten Bauelement angeordnet sein. Das zweite Bauelement ist damit eine Art Zwischenring zwischen dem ersten Bauelement außen und dem innenliegenden dritten Bauelement.
Dabei ist in einer Ausführungsform im Bereich der mindestens einen Sekundärgleitfläche zwischen den Bauelementen eine Füllung als Kopplungsmittel und / oder zur Notschmierung nach dem Eintreten des Ereignisses angeordnet. Die Füllung kann z.B. Grafit, Lagerbronze und / oder ein Polymer, insbesondere Teflon, aufweisen. Die Füllung kann je nach dem gewünschten Design verbraucht werden, so dass nach dem Verbrauch der Spalt und die Ölzuführung frei sind, um als hydrodynamisches Lager zu fungieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Füllung eine Notschmierung bereitstellen, die bis zum kontrollierten Abschalten und Herunterfahren durchhält. Ein Aufbrechen oder Lösen der Füllung kann durch das Überschreiten eines bestimmten Drehmoments und / oder durch das Überschreiten einer bestimmten Temperatur erfolgen.
Die eigentliche Schmierung mit einem Schmiermittel erfolgt über Schmiermittelkanäle, wobei die Primärgleitfläche und die mindestens eine Sekundärgleitfläche über mindestens einen gemeinsamen Schmiermittelkanal verbunden sind. Dabei kann sich der mindestens eine Schmiermittelkanal insbesondere radial vom Inneren der Gleitlagervorrichtung nach außen erstrecken. Damit kann der mindestens eine Schmiermittelkanal Primär- und Sekundärgleitflächen mit Schmiermittel versorgen.
Zur Erfassung eines Notlauffalls ist bei einer Ausführungsform eine Detektionsvorrichtung für eine Relativdrehbewegung entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche und / oder ein mechanisches Versagen des Kopplungsmittels vorgesehen. Eine Bewegung entlang der Sekundärgleitfläche bedingt, dass eine schmierende Bewegung um die Primärgleitfläche nicht mehr möglich ist.
Dabei kann die Detektionsvorrichtung mindestens mit einem Sensor gekoppelt sein, der als induktiver, kapazitiver, akustischer, Mikrowellen- oder optischer Sensor ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb einer Gleitlagervorrichtung mit einer Primärgleitfläche zwischen einem ersten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente, wobei in einem Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung entlang der Primärgleitfläche zwischen den Bauelementen (101, 102) vorliegt.
Dabei ist zunächst mindestens eine Sekundärgleitfläche zwischen zwei Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente vorhanden, wobei im Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung zwischen dem zweiten Paar der Bauelemente unterbunden wird.
Wenn vom Normalbetriebszustand abgewichen wird, d.h. bei Eintreten eines vorbestimmbaren Ereignisses, wird das Kopplungsmittel gezielt und automatisch gelöst, so dass eine Relativdrehbewegung zwischen dem zweiten Paar Bauelemente entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche einsetzt.
Das Ereignis zur Lösung des Kopplungsmittels ist in einer Ausführungsform eine Schmiermittelunterversorgung der Primärgleitfläche, eine Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des anliegenden Drehmomentes und / oder ein mindestens teilweises Trockenlaufen der Primärgleitfläche, wobei das Ereignis insbesondere über eine vorab defnierte zeitliche Länge eintritt.
Dabei kann in einer Ausführungsform im Bereich der mindestens einen Sekundärgleitfläche zwischen den begrenzenden Bauelementen eine Füllung zur Notschmierung angeordnet sein, wobei sich nach dem Eintreten des Ereignisses ein Schmierfilm an der Sekundärgleitfläche aufbaut. Das Schmiermittel wird dazu durch den mindestens einen Schmiermittelkanal bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Relativdrehbewegung entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche und / oder ein Lösen des Kopplungsmittels durch ein Detektionsmittel erfasst und ein entsprechendes Signal zur Anzeige des einsetzenden Notlaufmodus an eine Steuerungsvorrichtung abgegeben.
Auch kann ein Gasturbinentriebwerk ein Getriebe mit mindestens einer Gleitlagervorrichtung mit den Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 1 bis 11 aufweisen. Dabei kann das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei die Planetenräder alle oder teilweise über eine Gleitlagervorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 am Planetenträger gelagert sind. Auch kann das Planetengetriebe mit einer Sensorvorrichtung gekoppelt sein, mit der die Bewegung der Planetenräder und deren Gleitlagervorrichtungen beobachtet wird.
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 zwei 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 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 (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 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 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 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 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 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): 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 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 °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 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): 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 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 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 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 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 Gasturbinentriebwerk;
4 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer Gleitlagervorrichtung;
5 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform einer Gleitlagervorrichtung mit einer Detektionsvorrichtung für eine Relativdrehbewegung (phonisches Rad);
6 eine schematische Darstellung eines induktiven Signalverlaufs aus der Ermittlung einer Relativdrehbewegung unter Verwendung der Ausführungsform gemäß 5;
7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Gleitlagervorrichtung unter Verwendung von Leiterschleifen;
8 eine Gleitlagervorrichtung mit zwei Sekundärgleitflächen.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein 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 epizylischen 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 Planetengetriebe 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 Gasturbinentriebwerk 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 Gasturbinentriebwerk 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.
In einem Planetenradgetriebe 30 (siehe insbesondere 2 und 3) werden vor allem die Planetenräder 32 auf dem Planetenträger 34 (auch Carrier genannt) drehbar mittels Gleitlagervorrichtungen 100 gelagert. Da ein Planetengetriebe 30 insbesondere bei einem Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk 10 eine hohe Betriebssicherheit aufweisen muss, sind Mittel sinnvoll, die einen Versagensfall detektieren und / oder im Versagensfall einen Notlauf der Gleitlagervorrichtungen 100 ermöglichen; eine Ausführungsform einer dafür ausgebildeten Gleitlagervorrichtung 100 ist in 4 dargestellt.
Eine solche Gleitlagervorrichtung 100 kann z.B. in einer Buchse für ein Planetenrad 32 angeordnet sein, wobei grundsätzlich auch andere Einsatzgebiete möglich sind.
Im Gegensatz zu bekannten Gleitlagervorrichtungen weist die hier dargestellte Ausführungsform zwei Gleitlagerflächen 1, 2 auf; eine Primärgleitfläche 1 und eine Sekundärgleitfläche 2. Die Primärgleitfläche 1 ist zwischen einem ersten äußeren Bauelement 101 und einem zweiten inneren Bauelement 102 angeordnet.
Die Bauelemente 101, 102 bilden ein erstes Paar Bauelemente 101, 102, wobei Bauelemente 101, 102 als Ringe konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dies entspricht der an sich bekannten Konfiguration eines Gleitlagers. Entlang der Primärgleitfläche 1 ist im Normalbetriebszustand eine erste Relativdrehbewegung R1 möglich.
Eine Schmierung der Primärgleitfläche 1 erfolgt über einen Schmiermittelkanal 5, der von der Mitte der Gleitlagervorrichtung 100 radial nach außen bis zur Primärgleitlagerfläche 1 geführt ist. Der Schmiermittelkanal 5 mündet in der dargestellten Ausführungsform außen in den Zwischenraum der Primärgleitfläche 1 und schneidet den Zwischenraum um die Sekundärgleitfläche 2. Grundsätzlich ist es möglich, das mehrere Schmiermittelkanäle 5 vorgesehen sind, die auch komplexere Formen haben können.
Radial innerhalb des zweiten Bauelements 102 ist konzentrisch ein drittes Bauelement 103 angeordnet, die beide über Kopplungsmittel 110 mechanisch miteinander verbunden sind und zusammen ein zweites Paar Bauelemente 102, 103 bilden. Im Normalbetriebszustand bildet das zweite Paar Bauelemente 102, 103 eine Einheit, d.h. es können keine Relativdrehbewegungen zwischen den Bauelementen 102, 103 ausgeführt werden.
Die Kopplungsmittel 110 können z.B. punkt- oder linienförmige formschlüssige und / oder stoffschlüssige Verbindungen aufweisen, die sich in der Art einer Sollbruchstelle gezielt bei einer bestimmten Belastung lösen. Die Kopplungsmittel 110 können auch als Stäbe ausgebildet sein, die mit Vertiefungen einen Formschluss ergeben. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Kopplungsmittel 110 als Füllung entlang der Sekundärgleitfläche 2 ausgebildet ist.
Wenn es nun in der Gleitlagervorrichtung 100 entlang der Primärgleitfläche 1 zu einem Versagen, z.B. einer Blockade, kommt (z.B. durch Verlust der Schmierung oder Bruchereignis), wird die Drehbewegung der Gleitlagervorrichtung 100 blockiert. Eine solche Blockade kann z.B. ein vorbestimmbares Ereignis auslösen, wie z.B. das Überschreiten eines vorbestimmten Drehmomentwertes, das in der Gleitlagervorrichtung 100 wirkt. Dadurch wird in der dargestellten Ausführungsform die mechanische Verbindung durch das Kopplungsmittel 110 zwischen dem zweiten und dritten Bauelement 102, 103 automatisch gelöst. Dies kann z.B. durch den Bruch der oben erwähnten Sollbruchstelle im Kopplungsmittel 110 bewirkt werden.
Damit wird dann - im Ersatz zu der blockierten Primärgleitfläche 1 - eine Relativdrehbewegung R2 entlang der Sekundärgleitfläche 2 möglich. Diese übernimmt hilfsweise die Funktion der Primärgleitfläche 1. Damit kann ein Notlauf auch bei Versagen der Primärgleitfläche sichergestellt werden.
Damit wird ein robuster mechanischer Automatismus geschaffen, denn eine Relativbewegung R2 entlang der Sekundärgleitfläche 2 zeigt zwingend an, dass die Bewegung entlang der Prmärlgeitfläche 1 nicht mehr nominell ist. Würde man sich z.B. an dieser Stelle auf Signale mit einem zugeordneten Signal-/Rauschverhältnis verlassen, dann würde es Unsicherheit gegeben, ob tatsächlich ein defektes Gleitlager vorliegt und z.B. ein Herunterfahren eines Gasturbinentriebwerkes 10 gerechtfertigt ist. Wenn der Zwischenring, sich bewegt, hat die Gleitlagervorrichtung 100 in jedem Fall einen Schaden und funktioniert nur noch für eine bestimmte Zeitspanne.
Im Zwischenraum zwischen dem zweiten Bauelement 102 und dem dritten Bauelement 103, also im Bereich der Sekundärleitfläche 2, ist eine Füllung 4, z.B. aus Lagerbronze, Grafit und / oder einem Polymer, insbesondere Teflon, angeordnet. Im Normalbetriebszustand, d.h. bei intaktem Kopplungsmittel 110, überträgt die Füllung 4 (und oder das Kopplungsmittel 110) Drehmomente vollflächig.
Unmittelbar nach der Blockade an der Primärgleitfläche 1 und der Freigabe der Sekundärgleitfläche 2 dient die Füllung 4 dazu, einen Anlauf mit verminderter Reibung zu ermöglichen. Nach einer gewissen Zeit wird durch den radial verlaufenden Schmiermittelkanal 5 ein Schmierfilm entlang der Sekundärgleitfläche 2 aufgebaut, der dann einen Notlauf der Gleitlagervorrichtung 100 ermöglicht. Eine Zufuhr eines Schmiermittels (z.B. Öl) nach der Verdrehung zur Primärgleitfläche 1 wäre weiterhin möglich wenn in der Primärgleitfläche 1 eine Rille (in Umlaufrichtung) als Ölführung vorgesehen wäre.
In 5 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform aus der 4 dargestellt, so dass auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen werden kann.
Zusätzlich ist hier in der Gleitlagervorrichtung 100 eine Detektionsvorrichtung 6 (hier nur schematisch dargestellt) vorgesehen, mit der das Eintreten der Notlauffunktion, d.h. die Abweichung vom Normalbetriebszustand, erkannt werden kann.
Dazu sind im zweiten Bauelement 102, d.h. dem mittleren Ring der Gleitlagervorrichtung 100, ferromagnetische Zähne 7 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind vier ferromagnetisch Zähne 7 in einer Ebene jeweils um 90° versetzt angeordnet. In anderen Ausführungsformen können auch weniger oder mehr ferromagnetisch Zähne 7 eingesetzt werden, wobei grundsätzlich auch eine symmetrische Anordnung nicht zwingend ist.
Die ferromagnetischen Zähne 7 (in 5 schematisch dargestellt) sollen ermitteln, wenn eine Relativdrehbewegung R2 entlang der Sekundärgleitfläche 2 einsetzt, d.h. wenn die Gleitlagervorrichtung 100 in den Notlaufmodus übergeht.
In der dargestellten Ausführungsform sind die ferromagnetischen Zähne 7' eines phonischen Rades auf dem Zwischenring 102 ausgebildet, mit dem relative Positionsveränderungen ermittelt werden können. Ein phonisches Rad weist eine Anordnung von ferromagnetischen Zähnen 7 auf (Magnetelementen wären auch eine Option), die relativ beweglich sein können (d.h. hier nach dem Eintritt des Ergebnisses und dem Beginn des Notlaufmodus). Durch die Passage eines ferromagnetischen Zahnes 7 am stillstehenden Sensor 8 (siehe auch 6 oben; es können auch mehrere induktive Sensoren sein) ergibt sich eine Veränderung des magnetischen Flusses im Sensor 8. Dadurch wird eine Spannung im Sensor 8 induziert, die gemessen werden kann. Ist der Notlauf eines Lagers eingetreten, ändert sich das Timing der Signale (6 unten), die durch die Zähne auf den Planetenrädern 32 erzeugt werden. Wird kein Zahn des sich im Notlauf befindlichen Gleitlagers überstrichen, fällt das Signal dieses Planetenrade 32 weg.
Im Normalbetriebszustand gibt es keine Relativdrehbewegung R2 entlang der Sekundärgleitfläche 2.
Grundsätzlich ist es in alternativen Ausführungsformen auch möglich, dass als Sensoren 8 Ultraschallsensoren, optische Sensoren, Mikrowellensensoren und / oder akustische Sensoren verwendet werden. All diese Sensoren 8 können das Einsetzen einer Relativdrehbewegung R2 in der Sekundärgleitfläche 2 erkennen.
In 6 ist eine Ausführungsform eines Planetengetriebes 30 mit fünf Planetenrädern 32 (hier nicht dargestellt) jeweils unter Verwendung von Ausführungsformen einer Gleitlagervorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die fünf Gleitlagervorrichtungen 100 weisen dabei Primär- und Sekundärgleitlagerflächen 1, 2 auf, was hier aus Gründen der Übersicht nur schematisch dargestellt ist.
Dabei weist die Sensorvorrichtung 8 induktive Sensoren (hier nur einer dargestellt) auf, die an feststehenden Positionen des Planetengetriebes 30 (hier nicht dargestellt) angeordnet sind. Damit wird jeweils der Durchlauf der ferromagnetischen Zähne 7 oder der Magnetelemente der verschiedenen (siehe z.B. 5) Bauelemente 102, 104 der Gleitlagervorrichtungen 100 der verschiedenen Planetenräder 32 erfasst.
Bei äquidistanten Abständen der Signale T (wie im unteren Teil der 6 dargestellt) des Sensoren ist keine Notlauffunktion ausgelöst.
Bei einer Veränderung der äquidistanten Abstände der ausgelesenen Sensorsignale oder dem Fehlen eines Signales ist eine Notlauffunktion eingetreten, was durch den Doppelpfeil an einem Signal dargestellt ist.
Im nominellen Zustand ist der Zwischenring (hier das zweite Bauelement 102) mit der Achse der Planetenträger 34 verbunden. Dies hat zur Folge, dass phonischen Räder auf dem Zwischenring 102 immer mit dem selben Zahn an dem stillstehenden externen induktiven Sensor 8 vorbeilaufen. Somit werden Signale im gleichbleibenden Abstand generiert-. Ist ein Notlauf der Gleitlagervorrichtung 100 aktiviert, ändert sich die Zeitbeziehung der Signale zueinender. Das Signal der Gleitlagervorrichtung 100, das sich im Notlauf befindet, ändert ständig die Phasenlage zu den Signalen der anderen Planetenräder 32 oder es fällt weg, da eine Postion mit einer Erhebung des phonischen Rades nicht überfahren wird.
Eine weitere Ausführungsform einer Gleitlagervorrichtung 100 ist in 7 dargestellt. Die Sekundärgleitfäche 2 ist hier konzentrisch innerhalb der Primärgleitfläche 1 angeordnet.
Dabei werden zur Erkennung der Notlauffunktion Leiterschleifen 105 durch mindestens einen der Festpunkte der Kopplungsmittel 110 geführt. Die Leiterschleifen 105 können z.B. in Material (z.B. Keramik) eingebettet sein.
Dieses Material ist mit den Kopplungsmitteln 110 fest verbunden, so dass es beim Bruch der Verbindungen beim Eintritt des Ereignisses zu einer Unterbrechung der Leiterschleifen 105 kommt. Durch die Leiterschleifen 105 wird im Normalbetriebszustand ein Strom geleitet. Wird dieser Strom unterbrochen ist die Notlauffunktion erkannt.
Findet eine Relativbewegung R2 entlang der Sekundärgleitfläche 2 durch den Bruch der Verbindung 105 statt, erfolgt eine Änderung des Stromes im stilstehenden Teil des Übertragers (105). Das innere dritte Bauelement 103 steht mit den zugeordneten Spulen still, der das äußere zweite Bauelement 102 dreht sich mit den zugeordneten Spulen. In den stillstehenden Teil wird ein Wechselstrom eingespeist. Kommt es zum Bruch einer Leiterschleife auf der drehenden Lagerseite ist ein Unterschied in der Strom-/Spannungsrelation auf der speisenden, stillstehenden Seite feststellbar. Es handelt sich um einen zweigeteilten Übertrager, bei dem ein Teil rotiert und ein Teil feststeht.
Bei Planetengetrieben 30, bei denen die Planetenräder 32 umlaufen, kann zwischen drehenden und stillstehenden Teilen der Strom über Spulen übertragen werden. Zur Speisung muss in diesem Fall Wechselstrom verwendet werden.
Bei der Verwendung der Lösung mit Drähten (Leiterschleifen 105) in dem Koppelungsmittel 110 würde es ausreichen, dass ein Kopplungsmittel 110 mit einem Draht bricht. Bei der Verwendung der Lösung mit dem phonischen Rad (siehe 5) müssen alle Sollbruchstellen brechen, damit sich der Zwischenring bewegen kann und diese Bewegung durch einen externen Induktiven Sensor 8 erkannt werden kann.
In 8 wird eine weitere Fortbildung einer Ausführungsform einer Gleitlagervorrichtung 100 schematisch dargestellt. Im Wesentlichen entspricht diese den Ausführungsformen gemäß 4, 5 oder 7, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit die Schmiermittelkanäle 5 und andere Einheiten weggelassen worden sind. Auf die entsprechende Beschreibung kann Bezug genommen werden.
Die bisher dargestellten Ausführungsformen wiesen eine Sekundärgleitfläche 2 auf, wobei die Ausführungsform der 8 zwei Sekundärgleitflächen 2, 3 aufweist. Die zweite Sekundärgleitfläche 3 ist dabei konzentrisch innerhalb des dritten Bauelements 103 angeordnet und erstreckt sich um ein viertes Bauelement 104 herum. Das dritte und vierte Bauelement 103, 104 sind über Kopplungsmittel 110 verbunden.
Die erste Sekundärgleitfläche 2 wird dabei so eingesetzt wie bereits zuvor beschrieben, d.h. das zweite und das dritte Bauelement 102, 103 bilden ein erstes Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente.
Sollte es auch entlang der ersten Sekundärgleitfläche 2 zu einer Blockade kommen, werden die Kopplungsmittel 110 entlang der zweiten Sekundärgleitfläche 3 automatisch aufbrechen, so dass nun eine Relativdrehbewegung R3 möglich ist. Nun bilden das dritte und das vierte Bauelement 103, 104 ein Paar.
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: Primärgleitfläche
2: erste Sekundärgleitfläche
3: zweite Sekundärgleitfläche
4: Füllung
5: Schmiermittelkanal
6: Detektionsvorrichtung
7: Zahn phonisches Rad
8: Sensorvorrichtung im Planetengetriebe
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
100: Gleitlagervorrichtung
101: erstes Bauelement
102: zweite Bauelement
103: drittes Bauelement
104: viertes Bauelement
105: Leiterschleife
110: Kopplungsmittel
R1: erste Relativdrehbewegung
R2: zweite Relativdrehbewegung
S: Signal einer Detektionsvorrichtung
T: Signal

Claims

Gleitlagervorrichtung (100) mit einer Primärgleitfläche (1) zwischen einem ersten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (101, 102), wobei in einem Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R1) entlang der Primärgleitfläche (1) zwischen den Bauelementen (101, 102) möglich ist, gekennzeichnet durch, mindestens eine Sekundärgleitfläche (2, 3) zwischen einem zweiten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (102, 103, 104), wobei ein Kopplungsmittel (110) im Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar der Bauelemente (102, 103, 104) unterbindet und wobei bei Eintreten eines vorbestimmbaren Ereignisses das Kopplungsmittel (110) automatisch lösbar ist, so dass eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar Bauelementen (102, 103, 104) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2, 3) ermöglicht ist.
Gleitlagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmbare Ereignis zur Lösung des Kopplungsmittels (110) eine Schmiermittelunterversorgung der Primärgleitfläche (1), eine Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des anliegenden Drehmomentes und / oder ein mindestens teilweises Trockenlaufens der Primärgleitfläche (1) ist, wobei das Ereignis über eine vorab definierte zeitliche Länge eintritt.
Gleitlagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmittel (110) mindestens eine Sollbruchstelle aufweist, die sich bei Überschreiten eines bestimmten, auf sie einwirkenden Drehmomentes löst, so dass eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen den Bauelementen (102, 103, 104) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2, 3) möglich ist.
Gleitlagervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmittel (110) mindestens eine punktuelle, axial linear ausgebildete und / oder flächige Verbindungsstelle zwischen den Bauelementen (102, 103, 104) über die mindestens eine Sekundärgleitfläche (2, 3) hinweg aufweist.
Gleitlagervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärgleitfläche (1) zwischen einem ersten und einem zweiten konzentrisch angeordneten Bauelement (101, 102) angeordnet ist und die mindestens eine Sekundärgleitfläche (2) konzentrisch zwischen dem zweiten Bauelement (102) und einem weiter innenliegenden dritten Bauelement (103) angeordnet ist.
Gleitlagervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2) zwischen den Bauelementen (102, 103, 104) eine Füllung (4) als Kopplungsmittel (110) und / oder zur Notschmierung nach dem Eintreten des Ergebnisses angeordnet ist.
Gleitlagervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Grafit, Keramik, Lagerbronze und / oder ein Polymer, insbesondere Teflon, aufweist.
Gleitlagerverbindung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärgleitfläche (1) und die mindestens eine Sekundärgleitfläche (2, 3) über mindestens einen gemeinsamen Schmiermittelkanal (5) verbunden sind.
Gleitlagervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schmiermittelkanal (5) sich radial vom Inneren der Gleitlagervorrichtung (100) nach außen erstreckt.
Gleitlagervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Detektionsvorrichtung (6) für eine Relativdrehbewegung (R2) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2) und / oder ein mechanisches Versagen des Kopplungsmittels (110).
Gleitlagervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (6) mindestens mit einem Sensor (7) gekoppelt ist, der als induktiver, kapazitiver, akustischer, Mikrowellen- oder optischer Sensor ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Gleitlagervorrichtung (100) mit einer Primärgleitfläche (1) zwischen einem ersten Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (101, 102), wobei in einem Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R1) entlang der Primärgleitfläche (1) zwischen den Bauelementen (101, 102) erfolgt, gekennzeichnet durch, a) mindestens eine Sekundärgleitfläche (2, 3) zwischen einem zwei Paar konzentrisch angeordneter Bauelemente (102, 103, 104), wobei im Normalbetriebszustand eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar der Bauelemente (102, 103, 104) unterbunden wird und wobei b) bei Eintreten eines vorbestimmbaren Ereignisses das Kopplungsmittel (110) gezielt und automatisch gelöst wird, so dass eine Relativdrehbewegung (R2) zwischen dem zweiten Paar Bauelementen (102, 103, 104) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2, 3) einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis zur Lösung des Kopplungsmittels (110) eine Schmiermittelunterversorgung der Primärgleitfläche (1), eine Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des anliegenden Drehmomentes und / oder ein mindestens teilweises Trockenlaufen der Primärgleitfläche (1) ist, wobei das Ereignis insbesondere über eine vorabdefnierte zeitliche Länge eintritt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2) zwischen den Bauelementen (102, 103, 104) eine Füllung (4) zur Notschmierung angeordnet ist, wobei nach dem Eintreten des Ereignisses sich ein Schmierfilm an der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2) aufbaut.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativdrehbewegung (R2) entlang der mindestens einen Sekundärgleitfläche (2) und / oder ein Versagen des Kopplungsmittels (110) durch ein Detektionsmittel (6) erfasst wird und ein entsprechendes Signal (S) an eine Steuerungsvorrichtung (7) abgegeben wird.
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 das Getriebe (30) mindestens eine Gleitlagervorrichtung (100) mit den Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (30) als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei die Planetenräder (32) alle oder teilweise über eine Gleitlagervorrichtung (100) gemäß mindestens eines der Ansprüche 1 bis 11 am Planetenträger (34) gelagert sind.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (30) mit einer Sensorvorrichtung (8) gekoppelt ist, die die Bewegung der Planetenräder (32) und deren Gleitlagervorrichtungen (100) beobachtet.