DE102020122601A1

DE102020122601A1 - Dichtungssystem, Getriebe mit einem Dichtungssystem und Gasturbinentriebwerk mit einem Dichtungssystem

Info

Publication number: DE102020122601A1
Application number: DE102020122601.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Probert; Jakob VIOLET
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US20220099175A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem (100) mit mindestens einem Rechteckdichtring (50), der in einer Nutvorrichtung (51) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Rechteckdichtring (50) an einer Nutflanke (52) der Nutvorrichtung (51) mindestens teilweise anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutflanke (52) eine Profilierung (53) zur Verteilung von am Dichtungssystem (100) anliegendem Fluid, insbesondere Öl, zwischen Nutflanke (52) und Rechteckdichtring (50) aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe (30) und ein Gasturbinentriebwerk (10).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Dichtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
In mechanischen Systemen ist es häufig notwendig, mindestens zwei Räume mit verschiedenen Drücken und unterschiedlichen Medien gegeneinander abzudichten. Beispiele für diese Aufgabe sind die Trennung verschiedener Betriebsstoffe, die Trennung unterschiedlicher Mediumzustände, das Verhindern des Eindringens von Fremdkörpern oder die Vermeidung von Verlusten an Schmiermitteln.
Es ist bekannt, dass Dichtungssysteme, z.B. von Kolben- oder Wellendichtungen, Rechteckdichtringe verwenden (z.B. US 2002 / 0145259 A1 , US 3,759,148 A , KR. 10-0991990 B1 , KR 10-0774733 B1 , FVA Forschungsvorhaben Nr. 471/I Hochdruck-Wellendichtung, Meffert et al., Einfluss von statischen und dynamischen Lageabweichungen auf die Leckage eines Dichtsystems mit Rechteckdichtringen, Forsch. Ingenieurwes, 2020).
Rechteckdichtringe sind in einer Nutvorrichtung angeordnet und dichten sowohl an der umlaufenden Mantelfläche (d.h. radial auf der vom Nutgrund entgegengesetzten Seite) als auch an einer Nutflanke ab.
Dabei kann es im Betrieb zu funktionsbedingter Leckage kommen, die u.U. zur Schmierung der Kontaktfläche des Rechteckdichtrings erwünscht ist. Im Betrieb gibt es durchaus Relativbewegungen zwischen dem Rechteckdichtring und den Anschlussbauteilen an der Nutflanke. Die umlaufende Mantelfläche des Rechteckdichtrings wird an der Bohrungsfläche durch Reibung gehalten, welche durch ein konstruktives Übermaß des Rechteckdichtrings und / oder durch den anliegenden Fluiddruck verstärkt werden kann.
Der Rechteckdichtring mit der Nutvorrichtung kann dabei in einer rotierenden Welle angeordnet sein. Die umgekehrte Anordnung mit dem Rechteckdichtring in einer ruhenden Nut ist auch möglich.
Bei einer Kolbenringanwendung hat der Rechteckdichtring eine relative Geschwindigkeit zur Buchsenwand, so dass eine Mischreibung vorliegen kann.
Mit Fall einer Mischreibung führt dies zu einem Verschleiß der Rechteckdichtring-Oberfläche, da es sich in der Regel um den weicheren Werkstoff handelt. Infolgedessen lässt auch das Lastgleichwicht am Rechteckdichtring im Laufe der Zeit nach. Auch kann es z.B. durch das Eindringen von Schmutzpartikeln zu Beschädigungen führen. Dies ist besonders bei einem Gleiten über einen Flüssigkeitsfilm nachteilig.
All das wirkt sich auf die Lebensdauer des Rechteckdichtrings aus. Darüber ist es notwendig, beide Flanken der Rechteckdichtringe zu bearbeiten, um z.B. Schmiertaschen zu schaffen. Dies führt zu höheren Kosten bei einem Bauteil, dass regelmäßig ausgetauscht werden muss. Das Bearbeiten beider Kanten ist üblich, um eine unrichtige Montage zu vermeiden.
Es besteht daher die Aufgabe, effiziente und kostengünstige Dichtungssysteme unter Verwendung von Rechteckdichtringen zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt weist das Dichtungssystem mindestens einen Rechteckdichtring auf, der in einer Nutvorrichtung angeordnet ist, wobei der mindestens eine Rechteckdichtring an einer Nutflanke der Nutvorrichtung mindestens teilweise anliegt. Dabei weist die Nutflanke eine Profilierung zur Verteilung eines an dem Dichtungssystem anliegenden Fluides (z.B. Öl) zwischen Nutflanke und Rechteckdichtring auf. Durch die Profilierung kann gezielt ein Fluiddruck, insbesondere ein Öldruck aufgebaut werden, der ein Kräftegleichgewicht über dem Rechteckdichtring aufbaut. Die Profilierung ist dabei in einfacher Weise herstellbar und robust gegenüber Abnutzung. Bei der Profilierung kann zwischen zwei generellen physikalischen Prinzipien unterschieden werden. Bei hydrostatisch wirkenden Strukturen baut sich im Bereich der Kontaktfläche durch das anliegende Fluid ein Gegendruck auf, welcher die Last auf den Dichtring verringert und so z.B. den Verschleiß vermindert, da der Ring weniger stark belastet ist. Bei hydrodynamisch wirkenden Strukturen bildet sich ein Fluidfilm zwischen Ring und Nut, wodurch der Verschleiß signifikant verringert wird.
In einer Ausführungsform ist die Profilierung als Schmiertasche z.B. für Schmieröl ausgebildet.
Die Nutvorrichtung für den Rechteckdichtring kann - je nach Dichtungsaufgabe - in einem statischen Teil oder einem rotatorisch bewegten Teil angeordnet sein.
In einer Ausführungsform des Dichtungssystems liegt hydrodynamische oder hydrostatische Ausbildung eines Kräftegleichgewichtes über dem Rechteckdichtring, insbesondere durch eine hydrodynamische oder hydrostatische Ausbildung der Schm iertasche.
Die guten Verschleißeigenschaften ergeben sich insbesondere dadurch, dass das Material der Nutflanke relativ härter ausgebildet ist als der Rechteckdichtring.
In einer Ausführungsform weist die Nutvorrichtung eine Nut mit einem rechteckigen Querschnitt mit einer Breite zwischen 1,5 und 10 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm und einer Tiefe zwischen 1 und 10 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm auf. Auch kann die Nutvorrichtung am radialen Boden einen Durchmesser zwischen 50 und 500 mm, insbesondere 300 und 500 mm aufweisen.
Die Nutvorrichtung kann einstückig ausgebildet sein. Sie kann in einer Ausführungsform aber auch aus zwei Teilen zusammengesetzt sein, wobei die Nutflanke insbesondere Teil einer Scheibe oder eines Flanschringes sein kann. Damit ist das Dichtungssystem leicht herstellbar.
Ausführungsformen des Dichtungssystems können in einem Getriebe oder an einer Wellendurchführung angeordnet sein, da hier z.B. Dichtungsaufgaben mit relativ hohen Druckdifferenzen und hohen mechanischen Belastungen zu bewältigen sind. Der mindestens eine Rechteckdichtring kann dabei z.B. aus Kunststoff, insbesondere einem Polyimide oder Polyetheretherketon und / oder Metall hergestellt sein oder diese Materialen aufweisen. So sind z.B. auch Verbundmaterialien als Dichtungsmaterial möglich.
Die Aufgabe wird auch durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Dabei kann das Getriebe insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet sein und das Dichtungssystem z.B. Teil einer Ölversorgung eines Planetenträgers sein. Insbesondere kann das Dichtungssystem zwei axial zueinander beabstandete Rechteckdichtringe aufweisen, die radial zwischen einer Antriebswelle des Planetengetriebes und dem Planetenträger angeordnet sind. Damit ist eine effiziente Schmierung der Planetenräder möglich.
Das Getriebe mit mindestens einem Dichtungssystem kann aber auch einer Windkraftturbine oder einem Kraftfahrzeug angeordnet sein.
Die Aufgabe wird auch durch ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
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 (etwa 103 Inch), 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm (etwa 123 Inch), 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm (etwa 139 Inch), 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 Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und / oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und / oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe 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 Ausführungsform eines Dichtungssystems;
5 eine perspektivische Ansicht einer Nutflanke einer Ausführungsform eines Dichtungssystems;
6 eine Schnittansicht durch einen Teil eines Planetengetriebes mit einer Ausführungsform eines Dichtungssystems.

Bevor Ausführungsformen und Einzelheiten eines Dichtungssystems 100 beschrieben werden (siehe 4 bis 6), wird im Zusammenhang mit den 1 bis 3 ein Anwendungsfeld beschrieben, nämlich ein Gasturbinentriebwerk 10 eines Flugzeugs.
1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 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 dam it.
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 Verbindungswelle 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 Triebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks 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.
An verschiedenen Stellen des Planetengetriebes 30 kann es notwendig sein, Dichtungssysteme 100 vorzusehen, wie dies im Zusammenhang mit 6 gezeigt werden wird.
Zunächst wird aber auf eine Ausgestaltung eines Dichtungssystems 100 eingegangen. In 4 ist eine Schnittansicht durch einen Teil einer Ausführungsform eines Dichtungssystems 100 dargestellt, wobei hier eine Abdichtung zwischen einem statischen Teil 55 und einem rotierenden Teil 56 gegenüber einem relativ hohen Öldruck p auf der rechten Seite erfolgen soll.
Dazu ist ein Rechteckdichtring 50 ist in einer Nutvorrichtung 51 des statischen Teils 55 angeordnet. Die Nutvorrichtung 51 ist hier im Wesentlichen U-förmig in dem statischen Teil 55 ausgebildet, wobei der Rechteckdichtring 50 die Nutvorrichtung 51 nicht vollständig ausfüllt. Die eine Seite des Rechteckdichtrings 50 ist dabei dem Öldruck p ausgesetzt, der die Nutvorrichtung 51 ausfüllt.
Auf der einen Seite - hier der rechten Seite - des Rechteckdichtrings 50 liegt der - im Vergleich zur linken Seite - relativ hohe Öldruck p an, der den Rechteckdichtring 50 nach links gegen eine Nutflanke 52 drückt. Zwischen dem Boden der Nutvorrichtung 51 und der Innenseite des Rechteckdichtrings 50 kann der Öldruck p eine Presswirkung auf den Rechteckdichtring 50 radial nach außen ausüben. Damit wird die Außenseite des Rechteckdichtrings 50 dichtend an die Innenseite des rotierenden Teils 56 gedrückt.
Bei der Profilierung kann grundsätzlich zwischen zwei generellen physikalischen Prinzipien unterschieden werden. Bei hydrostatisch wirkenden Strukturen baut sich im Bereich der Kontaktfläche durch das anliegende Fluid ein Gegendruck auf, welcher die Last auf den Dichtring verringert und so z.B. den Verschleiß vermindert, da der Ring weniger stark belastet ist. Bei hydrodynamisch wirkenden Strukturen bildet sich ein Fluidfilm zwischen Ring und Nut, wodurch der Verschleiß signifikant verringert wird.
In der Nutflanke 52 ist eine Profilierung 53 zur Verteilung von Öl angeordnet, die in der Folge noch näher beschrieben wird. Die Profilierung 53 ist hier beispielsweise als Schmiertasche ausgebildet, wie dies in 5 schematisch dargestellt ist. Durch die Profilierung 53 kann der Öldruck p auch von der Seite der Nutflanke 52 wirksam werden, was zu einem verbesserten Druckgleichgewicht über den Rechteckdichtring 50 führt. Durch die Verringerung der Belastung wird eine Verringerung des Verschleißes oder des Abriebs erreicht.
Damit ist es nicht erforderlich, solche Schmiertaschen in dem Rechteckdichtring 50 selbst anzuordnen, was aufwändig wäre und diese z.B. durch Abrieb auch beschädigt werden könnten.
Wenn die Dichtvorrichtung 100 einteilig aus in einem Bauteil hergestellt ist, kann die Profilierung 53 z.B. durch ein Laserverfahren in die Nutflanke 52 eingebracht werden.
In 4 ist auch eine weitere Möglichkeit des Aufbaus dargestellt. Das statische Teil 55 kann z.B. aus zwei Teilen zusammengesetzt sein. Ein erster (hier linker) Teil der Nutvorrichtung 51a kann dabei z.B. als Scheibe ausgebildet sein, so dass die Nutflanke 52 (und die Profilierung 53) einen ringförmigen Bereich auf der Scheibe einnehmen würden. Eine solche Scheibe 51a ließe sich ein einfacher Weise spanend bearbeiten, um Profilierungen 53 einzubringen.
Ein zweiter (hier rechter) Teil der Nutvorrichtung 51b kann dann als ein Wellenteil mit einem Absatz ausgebildet sein. Im Zusammenbau der Teile 51a, 51b ergibt sich dann der im Wesentlichen U-förmige Aufbau der Nutvorrichtung 51.
Für typische Anwendungen, wie sie z.B. im Zusammenhang mit der 6 dargestellt werden, weist die Nutvorrichtung 51 eine Nut mit einem rechteckigen Querschnitt mit einer Breite zwischen 5 und 10 mm und einer Tiefe zwischen 5 und 10 mm auf. Ebenfalls kann die Nutvorrichtung 51 am radialen Boden einen Durchmesser zwischen 300 und 500 mm aufweisen.
Der Rechteckdichtring 50 kann dabei z.B. aus Kunststoff, insbesondere einem Polyimid oder einem Polyetheretherketon und / oder Metall (z.B. Gußmaterialien) hergestellt sein oder diese Materialen aufweisen. Dabei wird das Material der Nutflanke 52 in der Regel härter sein, als das Material des Rechteckdichtrings 51.
Mit einer solchen Ausgestaltung können Relativgeschwindigkeiten an der Dichtfläche von 20 bis 60 m/s realisiert werden und Druckdifferenzen von 10 bis 30 bar abgedichtet werden.
In 6 ist eine Anwendung eines Dichtungssystems 100 in einem Planetengetriebe 30 dargestellt, wie es z.B. in einem Gasturbinentriebwerk 10 (siehe 1 bis 3) einsetzbar ist.
Dabei sind hier das Sonnenrad 28 und ein Zapfen 61 eines Planetenrades 32 dargestellt. Das Planetenrad 32 kann um den Zapfen 61 rotieren, wobei diese Lagerung des Planetenrades 32 geschmiert werden muss.
Das Sonnenrad 28 des Planetengetriebes 30 wird hier über eine Antriebswelle 60) angetrieben. Radial außerhalb der Antriebswelle 60 ist eine Ölversorgung dargestellt, wobei Öl durch die schwarz gekennzeichneten Kanäle von rechts, aus dem Bereich des Gehäuses des Gasturbinentriebwerks 10 unter Druck zugeführt wird.
Das hier eingesetzte Dichtungssystem 100 weist zwei Rechteckdichtringe 50 in dem statischen Teil 55 in der Ölzuführung auf. Die Dichtung erfolgt hier gegenüber dem rotierenden Teil 56 das Planetenträgers 34. Die Nutvorrichtungen 51, in denen die Rechteckdichtringe 50 angeordnet sind, weisen Nutflanken 52 mit Profilierungen 53 entsprechend der Ausführungsform gemäß 4 auf.
Dies zeigt, dass das Dichtungssystem 100 auch mehr als einen Reckteckdichtring 50 aufweisen kann.
Dichtungssysteme, der hier beschriebenen Art können auch für andere Dichtungsaufgaben verwendet werden, wie z.B. in Verbrennungsmotoren oder Windkraftanlagen. Auch wurden die Ausführungsformen der Dichtungssysteme 100 hier in Zusammenhang mit Öl beschrieben, dass als Schmiermittel eingesetzt wird. Grundsätzlich können Dichtungssysteme 100 dieser Art auch zur Abdichtung gegenüber anderen Fluiden verwendet 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

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, Planetengetriebe
32: Planetenräder
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Gestänge
50: Rechteckdichtring
51: Nutvorrichtung
51a: erster Teil der Nutvorrichtung
51b: zweiter Teil der Nutvorrichtung
52: Nutflanke
53: Profilierung in Nutflanke
55: statisches Teil des Dichtungssystems
56: rotierendes Teil des Dichtungssystems
60: Antriebswelle
61: Zapfen für Planetenrad
100: Dichtungssystem
A: Kernluftstrom
B: Bypassluftstrom
p: Öldruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/0145259 A1 [0003]
US 3759148 A [0003]
KR 100991990 B1 [0003]
KR 100774733 B1 [0003]

Claims

Dichtungssystem (100) mit mindestens einem Rechteckdichtring (50), der in einer Nutvorrichtung (51) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Rechteckdichtring (50) an einer Nutflanke (52) der Nutvorrichtung (51) mindestens teilweise anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutflanke (52) eine Profilierung (53) zur Verteilung von am Dichtungssystem (100) anliegendem Fluid, insbesondere Öl, zwischen Nutflanke (52) und Rechteckdichtring (50) aufweist.
Dichtungssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (53) als Schmiertasche ausgebildet ist.
Dichtungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutvorrichtung (51) in einem statischen Teil (55) oder einem rotatorisch bewegten Teil (56) angeordnet ist.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hydrodynamische oder hydrostatische Ausbildung eines Kräftegleichgewichtes über dem Rechteckdichtring (50), insbesondere durch eine hydrodynamische oder hydrostatische Ausbildung der Schmiertasche.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Nutflanke (52) relativ härter ausgebildet ist als der Rechteckdichtring (51).
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutvorrichtung (51) eine Nut mit einem rechteckigen Querschnitt mit einer Breite zwischen 1,5 und 10 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm und einer Tiefe zwischen 1 und 10 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm aufweist.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutvorrichtung (51) am radialen Boden einen Durchmesser zwischen 50 und 500 mm, insbesondere zwischen 300 und 500 mm aufweist.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutvorrichtung (51) aus zwei Teilen (51a, 51b) zusammengesetzt ist, wobei die Nutflanke (52) insbesondere Teil einer Scheibe oder eines Flanschringes ist.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem Getriebe (30) oder an einer Wellendurchführung angeordnet ist.
Dichtungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rechteckdichtring (50) aus Kunststoff, insbesondere einem Polyimide oder Polyetheretherketon und / oder Metall hergestellt ist oder die Materialen aufweist.
Getriebe (30) mit mindestens einem Dichtungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
Getriebe (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Planetengetriebe ausgebildet ist.
Getriebe (30) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungssystem (100) Teil einer Ölversorgung eines Planetenträgers (34) ist.
Getriebe (30) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungssystem (100) zwei axial zueinander beabstandete Rechteckdichtringe (50) aufweist, die radial zwischen einer Antriebswelle des Planetengetriebes (30) und dem Planetenträger (34) angeordnet ist.
Getriebe (30) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einer Windkraftturbine oder einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
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) eine Dichtvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15 aufweist.