DE102021109637A1 - Planetengetriebe für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Abstract

Es wird ein Planetengetriebe (30) für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Planetenträger und wenigstens einem damit drehfest verbundenen Planetenbolzen (42) beschrieben, an dem wenigstens ein Planetenrad über ein Planetenlager (41) drehbar gelagert ist. Der Planetenbolzen (42) ist bereichsweise wenigstens annähernd hohlzylindrisch ausgeführt und es ist im Planetenbolzen (42) eine Hülse (60) vorgesehen, die einen Ölzuführungsbereich (48) umfasst, durch den das Gleitlager (41) mit Öl versorgt wird. Ein Außenseitenbereich (61) der Hülse (60) und ein Innenseitenbereich (62) des Planetenbolzens (42) stehen über eine Presspassung miteinander in Verbindung. Die Hülse (60) weist radial innerhalb des Außenseitenbereiches (61) wenigstens eine Strebe (63) auf. Die Strebe (63) erstreckt sich radial durch die Hülse (60) und ist einem Endbereich einer Hauptlastzone des Gleitlagers (41) mit dem Außenseitenbereich (61) und anderenends auf der dazu in radialer Richtung (Y) der Hülse gegenüberliegenden Seite des Außenseitenbereiches (61) mit diesem fest verbunden.

Description

• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Planetengetriebe für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Planetenträger und wenigstens einem damit drehfest verbundenen Planetenbolzen, an dem wenigstens ein Planetenrad über ein Gleitlager drehbar gelagert ist.
• Gleitlager stellen neben Wälzlagern die im Maschinen- und Gerätebau am häufigsten gebrauchte Lagerbauart dar. Dabei haben die beiden sich relativ zueinander bewegenden Teile im Gleitlager direkten Kontakt. Sie gleiten aufeinander gegen den durch Gleitreibung verursachten Widerstand. Dieser kann niedrig gehalten werden durch Wahl einer reibungsarmen Materialpaarung, durch Schmierung oder durch Erzeugen eines Schmierfilms, der die beiden Kontaktflächen voneinander trennt. Wenn sich die beiden Teile berühren, was bei den meisten verwendeten Gleitlagern der Fall ist, entsteht in den Kontaktflächen Verschleiß, der die Lebensdauer eines Gleitlagers begrenzt. Die Erzeugung des trennenden Schmierfilms bei Vollschmierung verlangt einen Zusatzaufwand. Der Gleitwiderstand bewirkt eine Umwandlung eines Teiles der Bewegungsenergie in Wärmeenergie, die in die beiden Lagerteile fließt und gegebenenfalls abzuleiten ist.
• Gleitlager werden unter anderem in Abhängigkeit des Gleitwiderstands unterschieden. Dabei wird zwischen einfachen Gleitlagern, hydrodynamischen Gleitlagern und hydrostatischen Gleitlagern unterschieden. Einfache Gleitlager sind entweder ungeschmiert oder mittels eines Schmiermittels, wie Fett, geschmiert. Je nach Ausführung eines Gleitlagers resultiert der Gleitwiderstand aus einer sogenannten Festkörperreibung, einer Mischreibung oder einer Flüssigkeitsreibung.
• Bei Gleitlagern mit Festkörperreibung, die oftmals auch als Trockenreibung bezeichnet wird, werden reibungsarme Werkstoffpaarungen verwendet. Mitunter hat einer der beiden Partner eine sogenannte Selbstschmierungseigenschaft. Der zweite Partner ist meist aus Stahl hergestellt.
• In Turbinen und Generatoren werden oftmals Gleitlager eingesetzt, zwischen deren Partnern der Gleitwiderstand aus Flüssigkeitsreibung resultiert. Der im Lagerspalt angestrebte Schmierfilm muss unter Druck gesetzt werden, damit er die Kontaktflächen gegen die Lagerkraft voneinander trennen kann. Bei hydrostatischen Gleitlagern wird dazu eine Ölpumpe verwendet. Im Gegensatz dazu wird bei sogenannten hydrodynamischen Gleitlagern der Öldruck im Schmierfilm durch die beiden zueinander bewegten Kontaktflächen selbst erzeugt.
• Bei aus der Praxis bekannten Planetengetrieben von Gasturbinentriebwerken von Luftfahrzeugen sind im Inneren von zumindest bereichsweise hohl ausgeführten Planetenbolzen Hülsen angeordnet, die gemeinsam mit dem Planetenbolzen Ölzuführbereiche begrenzen, durch die Öl in eine Ölzuführtasche eines Gleitlagers zwischen einem Planetenbolzen und einem Planetenrad geführt wird.
• Dabei sind bei Getrieben, die in Gasturbinentriebwerken von Luftfahrzeugen eingesetzt werden, aufgrund der begrenzt zur Verfügung stehenden Ölmenge und den teils hohen Betriebstemperaturen besondere Anforderungen an Gleitlager gestellt. Zusätzlich soll ein Gesamtgewicht eines Gasturbinentriebwerkes möglichst gering sein. Diese Anforderung bedingt jedoch, dass eine Steifigkeit der Konstruktion im Vergleich zu klassischen Anwendungen, wie stationären Industrieanwendungen, durch eine geringere Steifigkeit gekennzeichnet ist.
• Bekannterweise sind Planetengetriebe von Gasturbinentriebwerken von Luftfahrzeugen im Betrieb großen Zentrifugalkräften und Drehmomenten ausgesetzt. Diese Zentrifugalkräfte und Drehmomente verformen die Planetenbolzen und Planetenräder, so dass ein Schmierfilm in den Gleitlagern jeweils beeinflusst wird, wodurch die Funktionalität eines Gleitlagers beeinträchtigt werden kann. Insbesondere eine entsprechende Steifigkeit der Planetenbolzen trägt zu einer Vergleichsmäßigung der Lagerspalthöhe und somit des Schmierfilms in axialer Erstreckungsrichtung des Gleitlagers bei. Aus den hierfür erforderlichen Bauteilabmessungen von Planetenbolzen resultiert jeweils ein hohes Gesamtgewicht von Planetengetrieben, was bei Luftfahrtanwendungen unerwünscht ist.
• Aus der EP 3 489 549 A1 ist ein Planetengetriebe eines Gasturbinentriebwerkes eines Luftfahrzeuges bekannt, bei dem ein Planeten-Gleitlagerstift bzw. ein Planetenbolzen mit einer axialen Bohrung ausgeführt ist. Derartige Planetenbolzen weisen einerseits ein niedriges Bauteilgewicht auf und sind andererseits mit geringerem Aufwand in Bohrungen von Planetenträgerbereichen montierbar. Um die Planetenbolzen mit einer gewünscht hohen Steifigkeit ausführen zu können, wird vorgeschlagen, Anlageflächen der Planetenbolzen für die Planetenräder jeweils ballig auszuführen. Die balligen Anlageflächen der Planetenbolzen bilden dabei jeweils Kontaktflächen von Gleitlagern zwischen Planetenbolzen und Planetenrädern.
• Zusätzlich wird vorgeschlagen, die Innendurchmesser der axialen Bohrungen der Planetenbolzen in axialer Richtung zu variieren und zusätzlich die Außenseiten der Planetenbolzen ballig auszubilden. Dadurch soll eine gewichtsarme Ausführung der Planetenbolzen bei gleichzeitiger Verringerung der Lagerbelastung erreicht werden. Derart ausgeführte Planetenbolzen sind im Betrieb im Bereich ihrer axialen Enden leicht verformbar. Dies bewirkt, dass sich die Planetenbolzen unter Last jeweils besser an die Planetenräder anschmiegen und sich ein gleichmäßiger Gleitlagerspalt mit parallel ausgerichteten Kontaktflächen über die axiale Länge der Gleitlager einstellt.
• Eine ähnliche Vorgehensweise zur Verbesserung der Tragfähigkeit und Lebensdauer von Gleitlagern ist in der EP 3 489 550 A1 beschrieben. Anlageflächen der Planetenbolzen sind ebenfalls ballig ausgeführt. Außendurchmesser der Planetenbolzen nehmen von einem maximalen Außendurchmesser zu mindestens einem axialen Ende der Anlagefläche hin ab, wobei jeweils an dem axialen Ende der Planetenbolzen ein Minimum vorliegt. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die in der Regel hohlen und mit einer axialen Öffnung bzw. Bohrung ausgeführten Planetenbolzen grundsätzlich beliebig ausgebildete Innenflächen aufweisen können. Beispielsweise können Planetenbolzen innenseitig hohlzylindrisch ausgebildet sein, also eine axiale Öffnung konstanten Durchmessers aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen variieren die Innendurchmesser der Planetenbolzen entlang ihrer axialen Erstreckung.
• Planetenbolzen von Gasturbinentriebwerken von Luftfahrzeugen, bei welchen der Innendurchmesser von axialen Bohrungen in axialer Richtung variieren, sind auch aus der EP 3 770 466 A1 bekannt. Die verschiedenen Ausführungsformen der Planetenbolzen sollen ebenfalls jeweils eine Lagerspalthöhe von Gleitlagern zwischen Planetenbolzen und Planetenrädern von Planetengetrieben dahingehend verbessern, dass die Gleitlager jeweils eine höhere Lebensdauer aufweisen.
• Die vorstehend aufgeführten Lösungen verursachen alle einen hohen Fertigungsaufwand und sind durch hohe Herstellkosten gekennzeichnet, weil eine Gleichteileverwendung für unterschiedliche Lastanforderungen nicht möglich ist, da jeweils für verschiedene Lastfälle speziell ausgelegte Planetenbolzen verwendet werden müssen.
• Zusätzlich liegt der Auswahl der Materialien, die zur Herstellung der Planetenbolzen verwendet werden, ein Zielkonflikt zugrunde. Einerseits muss mit dem jeweils verwendeten Material eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit des Gleitlagers erzielbar sein und andererseits muss mit dem Material auch eine ausreichend hohe Steifigkeit eines Planetenbolzens bei gleichzeitig möglichst geringem Bauteilgewicht zur Verfügung stellbar sein. Jedoch weisen Werkstoffe, mit den eine hohe Bauteilsteifigkeit bei gleichzeitig geringem Bauteilgewicht erzielbar ist, oftmals nicht die Materialeigenschaften auf, die für den Einsatz im Bereich von Gleitlagern erforderlich sind. Da sowohl die Ermüdungsfestigkeit von Gleitlagern als auch die Steifigkeit von Planetenbolzen wichtige Einflussgrößen für die Lebensdauer von Gleitlagern darstellen, weisen auch zumindest bereichsweise hohl ausgeführte Planetenbolzen entsprechend große Wandstärken und daraus resultierend auch jeweils ein hohes Bauteilgewischt auf, um die erforderliche Festigkeit der Planetenbolzen zu erreichen.
• Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe zur Verfügung zu stellen, das durch ein geringes Bauteilgewicht gekennzeichnet ist und dessen Gleitlager zwischen Planetenrädern und Planetenbolzen jeweils eine hohe Lebensdauer aufweisen.
• Diese Aufgabe wird mit einem Planetengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
• Es wird ein Planetengetriebe für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Planetenträger und wenigstens einem damit drehfest verbundenen Planetenbolzen vorgeschlagen. Am Planetenbolzen ist wenigstens ein Planetenrad über ein Gleitlager drehbar gelagert. Der Planetenträger ist zumindest bereichsweise wenigstens annähernd hohlzylindrisch ausgeführt. Im Planetenbolzen ist eine Hülse vorgesehen, die einen Ölzuführungsbereich umfasst, durch den das Gleitlager mit Öl versorgt wird. Ein Außenseitenbereich der Hülse und ein Innenseitenbereich des Planetenbolzens stehen über eine Presspassung miteinander in Verbindung. Die Hülse weist radial innerhalb des Außenseitenbereiches wenigstens eine Strebe auf, die sich radial durch die Hülse erstreckt. Die Strebe ist einenends im Bereich einer Hauptlastzone des Gleitlagers mit dem Außenseitenbereich und anderenends auf der dazu in radialer Richtung der Hülse gegenüberliegenden Seite des Außenseitenbereiches mit diesem fest verbunden.
• Durch die Strebe der im Inneren des Planetenbolzens vorgesehenen Hülse wird eine radiale Steifigkeit des Planetenbolzens erhöht. Die Erhöhung der radialen Steifigkeit des Planetenbolzens hilft, den Belastungen im Betrieb des Planetenbetriebes entgegen zu wirken, denen der Planetenbolzen ausgesetzt ist. Durch die Erhöhung der radialen Steifigkeit des Planetenbolzens wird ein positiver Effekt auf die Dicke des Schmierfilms im Bereich des Lagerspaltes des Gleitlagers erreicht. Des Weiteren wirkt sich die Erhöhung der radialen Steifigkeit des Planetenbolzens auch positiv auf die Druckverteilung des Gleitlagers aus, wodurch sich die Robustheit und die Belastbarkeit des Gleitlagers erhöht. Zusätzlich wird durch die Verwendung der Hülse als Versteifungselement im Vergleich zu bekannten Lösungen eine Reduzierung des Bauteilgewichts des Planetengetriebes insgesamt erreicht.
• Des Weiteren sind die Planetenbolzen mit geringerem Fertigungsaufwand herstellbar und erlauben eine umfassendere Verwendung von Gleichteilen, da die radiale Steifigkeit der Planetenbolzen auf konstruktiv einfache Art und Weise durch unterschiedlich ausgeführte und im Inneren angeordnete Versteifungshülsen an den jeweilig vorliegenden Anwendungsfall anpassbar ist, ohne jeweils konstruktive Änderungen am Planetenbolzen selbst vornehmen zu müssen. Im Vergleich zu den bekannten Lösungen verursacht ein Planetengetriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung geringere Lagerhaltungs-, Entwicklungs- und Fertigungskosten bei gleichzeitig höherer Bauteilqualität.
• Zusätzlich ist die radiale Steifigkeit des Planetenbolzens zumindest teilweise unabhängig von dem Material, aus dem der Planetenbolzen hergestellt ist und das in Abhängigkeit der Materialeigenschaften, die für die Funktion des Gleitlagers erforderlich sind, ausgewählt wird. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Hülse aus einem wesentlich steiferen Material hergestellt werden kann als der Planetenbolzen, da die Materialauswahl für die Hülse unabhängig von den zur Verfügung zu stellenden Gleitlagereigenschaften erfolgen kann.
• Dabei liegt der vorliegenden Offenbarung zusätzlich die Kenntnis zugrunde, dass die Hauptlastzone eines Gleitlagers in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in Umfangsrichtung eines Gleitlagers in unterschiedlichen Umfangsbereichen vorzufinden ist.
• Bei einer drehfesten Ausführung des Planetenträgers kann eine Hauptlastrichtung des Gleitlagers in Drehrichtung des Planetenrades mit einer radialen Richtung des Planetenträgers einen Winkel von etwa 90 Grad einschließen. Der Grund dafür ist, dass dann am Planetenbolzen und an einem daran über das Gleitlager drehbar gelagerten Planetenrad keine Fliehkräfte angreifen und im Wesentlichen nur das jeweils zu übertragende Drehmoment die Lagerbelastung bewirkt. Die Strebe der Hülse kann dann in einem Umfangsbereich des Gleitlagers angeordnet sein, der mit der radialen Richtung des Planetenträgers in Drehrichtung des Planetenrades Winkelwerte in einem Bereich von 60 Grad bis 120 Grad, vorzugsweise von 85 Grad bis 95 Grad einschließt.
• Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, dass der Planetenträger des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung drehbar ausgeführt ist. Dann kann eine Hauptlastrichtung des Gleitlagers in Drehrichtung des Planetenrades gegenüber dem Planetenbolzen mit einer radialen Richtung des Planetenträgers betriebspunktabhängig Winkelwerte zwischen 110 Grad bis 180 Grad einschließen. Dies ergibt sich wiederum aus der Tatsache, dass eine resultierende Lagerkraft des Gleitlagers sich aus einer ersten Lagerkraftkomponente und einer zweiten Lagerkraftkomponente zusammensetzt. Die erste Lagerkraftkomponente resultiert jeweils aus dem am Planetengetriebe anliegenden Drehmoment. Die weitere bzw. zweite Lagerkraftkomponente resultiert aus der Fliehkraft, die im Betrieb des Planetengetriebes bei rotierendem Planetenträger am Planetenrad und am Planetenbolzen angreift.
• Die erste Lagerkraftkomponente schließt mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers, die durch den Mittelpunkt des Planetenbolzens verläuft, in Drehrichtung des Planetenrades einen Winkel ein, der gleich 90 Grad ist. Die zweite Lagerkraftkomponente schließt mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers in Drehrichtung des Planetenrades einen Winkel ein, der gleich 180 Grad ist. Somit variiert der Winkelwert, den die Hauptlastrichtung mit der radialen Richtung des Planetenträgers einschließt, wenn der Planetenträger drehbar ausgeführt ist, betriebszustandsabhängig im vorgenannten Winkelbereich von 110 Grad bis 180 Grad.
• Bevorzugterweise schließt der Verlauf der Strebe mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers Winkelwerte in einem Bereich von 160 bis 200 Grad, vorzugsweise von 170 bis 190 Grad ein.
• Eine Wandstärke der Strebe kann in einem Mittenbereich konstant sein, wodurch eine gewünscht hohe Knickwiderstandsfähigkeit der Strebe erreicht wird.
• Die Wandstärke der Strebe kann zwischen dem Mittenbereich und Enden der Strebe, die jeweils mit dem Außenseitenbereich der Hülse verbunden sind, ausgehend vom Mittenbereich in Richtung des Außenseitenbereiches jeweils stetig ansteigen. Dadurch sind möglichst harmonische Übergänge zwischen dem Mittenbereich der Strebe und dem Außenseitenbereich der Hülse erzielbar, die unerwünschte Kerbwirkungen und daraus resultierende Spannungsspitzen im Verbindungsbereich zwischen den Enden der Strebe und dem Außenseitenbereich der Hülse vermeiden bzw. auf zulässige Werte begrenzen.
• Eine Breite der Strebe ist bei einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung in axialer Erstreckungsrichtung des Planetenbolzens und der Hülse konstant. Eine solche Ausführungsform des Planetengetriebes ist durch einen geringen Fertigungsaufwand gekennzeichnet.
• Eine Außenseite der Hülse und eine Innenseite des Planetenbolzens können einen Hohlraum begrenzen, der mit dem Ölzuführungsbereich der Hülse und mit einer Ölzuführtasche des Gleitlagers fluidisch in Verbindung steht. Dann ist Öl auf konstruktiv einfache Art und Weise durch die Hülse und den Planetenbolzen zum Gleitlager führbar.
• Darüber hinaus kann der Planetenbolzen wenigstens eine in Bezug auf die Ölzuführtasche radial innenliegende Bohrung umfassen, über die Öl radial durch den Planetenbolzen in den Ölzuführungsbereich der Hülse einleitbar ist.
• Der Planetenbolzen kann wenigstens eine in Bezug auf die Ölzuführtasche radial innenliegende Radialbohrung umfassen, über die Öl aus dem Hohlraum radial durch den Planetenbolzen in die Ölzuführtasche des Gleitlagers einleitbar ist.
• Ist die Strebe in axialer Richtung des Planetenbolzens radial innerhalb der Ölzuführtasche vorgesehen, ist die verringerte Biegesteifigkeit des Planetenbolzens, die aus der Anordnung der Ölzuführtasche resultiert, auf konstruktiv einfache Art und Weise ausgleichbar.
• Der Planetenbolzen kann wenigstens zwei Radialbohrungen aufweisen, die in axialer Erstreckungsrichtung des Planetenbolzens nebeneinander angeordnet und zueinander beabstandet sind. Dabei kann die Strebe zusätzlich in axialer Richtung zwischen den beiden Radialbohrungen positioniert sein, um einen gewünschten Verlauf der Biegewiderstandsfähigkeit des Planetenbolzens in axialer Erstreckungsrichtung im erforderlichen Umfang zur Verfügung stellen zu können.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Hülse wenigstens zwei Streben auf, die in axialer Erstreckungsrichtung der Hülse nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind. Der Ölzuführungsbereich der Hülse kann in axialer Richtung zwischen den beiden Streben vorgesehen sein, um den Verlauf der Biegewiderstandsfähigkeit des Planetenbolzens in gewünschtem Umfang einstellen zu können.
• Liegt die Hülse endseitig jeweils im Bereich ihrer Außenseite an der Innenseite des Planetenbolzens an, sind unerwünschte Relativbewegungen zwischen der Hülse und dem Planetenbolzen durch entsprechende Passungen im Bereich der Enden der Hülse auf konstruktiv einfache Art und Weise vermeidbar.
• Die Außenseite der Hülse kann mit einem axialen Absatz an einem axialen Absatz der Innenseite des Planetenbolzens anliegen. Damit ist bei einem seitlichen Einfügen der Hülse in das Innere des Planetenbolzens ein axialer Verstellweg der Hülse gegenüber dem Planetenbolzen auf konstruktiv einfache Art und Weise begrenzt und die Montage des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung ist mit geringem Aufwand durchführbar.
• Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
• Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
• Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
• Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
• Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
• Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Gebläsespitzenbelastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Triebwerkskerns befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Gebläsegehäuse definiert werden.
• Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Der spezifische Schub eines Gasturbinentriebwerks kann als der Nettoschub des Gasturbinentriebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Gasturbinentriebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
• Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
• Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
• Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
• Ein Gebläse, das hier beschrieben wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
• Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne einer VAN zutreffen.
• Das Gebläse eines Gasturbinentriebwerkes, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
• Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs bedeuten, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Gasturbinentriebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
• Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
• Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
• Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
• So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
• Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
• Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
• Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die angegeben Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
• Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele des Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 eine schematisierte Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerkes;
• 2 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
• 3 eine Alleindarstellung eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
• 4 eine stark schematisierte Einzeldarstellung eines Planetenbolzens des Planetengetriebes gemäß 3, auf dem ein Planetenrad drehbar gelagert ist;
• 5 eine schematisierte Längsschnittansicht eines bekannten Planetengetriebes;
• 6 eine schematisierte Schnittansicht eines Planetenbolzens des Planetengetriebes gemäß 5 im Betrieb des Planetengetriebes;
• 7 das Planetenrad des Planetengetriebes gemäß 5 in einer Einzelschnittansicht unter Last;
• 8 mehrere Verläufe einer Schmierfilmdicke über der axialen Länge eines Gleitlagers zwischen einem Planetenbolzen und einem daran drehbar gelagerten Planetenrad des Planetengetriebes gemäß 5, wobei die Verläufe die Schmierfilmdicken in verschiedenen Umfangsbereichen des Gleitlagers zeigen;
• 9 einen Verlauf einer radialen Verformung des Planetenrades gemäß 7 über der axialen Breite des Planetenrades;
• 10 eine Schnittansicht eines Planetenbolzens und einer darin angeordneten Hülse einer Ausführungsform eines Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung;
• 11 eine dreidimensionale Längsschnittansicht des Planetenbolzens und der Hülse gemäß 10;
• 12 den Planetenbolzen und die Hülse gemäß 10 in einer dreidimensionalen Seitenansicht;
• 13 einen Verlauf einer radialen Auslenkung des Planetenbolzens des Planetengetriebes gemäß 5 und einen Verlauf einer radialen Auslenkung des Planetenbolzens, in dem die in 10 näher dargestellte Hülse montiert ist, jeweils über der axialen Breite des Gleitlagers;
• 14 einen Verlauf einer Schmierfilmdicke über der axialen Breite und in einem Umfangsbereich von etwa 192 Grad des Gleitlagers des Planetengetriebes gemäß 5 und einen Verlauf der Schmierfilmdicke des Gleitlagers zwischen dem Planetenbolzen mit der Hülse gemäß 10 und dem Planetenrad in einem Umfangsbereich von etwa 190 Grad des Gleitlagers;
• 15 eine Gegenüberstellung von Verläufen eines Öldruckes im Schmierfilm des Gleitlagers des Planetengetriebes gemäß 5 und eines Öldruckes im Schmierfilm des Gleitlagers, das den Planetenbolzen und die Hülse gemäß 10 umfasst, über der axialen Lagerbreite der Gleitlager;
• 16a ein dreidimensionales Kennfeld eines herkömmlich ausgeführten Gleitlagers gemäß 5, das den Öldruck im Lagerspalt des Gleitlagers in Abhängigkeit des Umfangs und der Lagerbreite des Gleitlagers darstellt;
• 16b ein dreidimensionales Kennfeld, das den Öldruck im Gleitlagerspalt des Gleitlagers sowohl in Umfangsrichtung als auch über der Lagerbreite darstellt, wobei das Gleitlager einen Planetenbolzen und eine Hülse gemäß 10 umfasst, und wobei eine Presspassung zwischen der Hülse und dem Planetenbolzen ein Übermaß von 0,03 mm aufweist;
• 16c ein 16b entsprechendes Kennfeld des Öldruckes im Gleitlagerspalt des Gleitlagers mit dem Planetenbolzen und mit der Hülse gemäß 10, wobei die Presspassung zwischen der Hülse und dem Planetenbolzen ein Übermaß von 0,1 mm aufweist; und
• 17 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei die Längsschnittansicht einen Planetenbolzen und eine darin eingepresste Hülse zeigt.
• 1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse 23, das zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Das Gebläse 23 ist über eine Welle 26 und ein Umlaufrädergetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. Dabei wird die Welle 26 auch als Kernwelle bezeichnet.
• Im Gebrauch wird der Kernluftstrom 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, die auch als Kernwelle bezeichnet wird. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Umlaufrädergetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
• Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 der Umlaufrädergetriebe-Anordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit und sind jeweils drehbar auf drehfest mit dem Planetenträger 34 verbundenen und in 3 näher gezeigten Trägerelementen bzw. Planetenbolzen 42 angeordnet. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 auf den Planetenbolzen 42, die statische Achsen darstellen, um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Gebläse 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
• Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
• Das Umlaufrädergetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne um ihre Peripherie zum Kämmen mit den anderen Zahnrädern. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Umlaufrädergetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
• Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Umlaufrädergetriebe 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 Umlaufrädergetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Umlaufrädergetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
• Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne Weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
• Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
• Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
• Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann oder können einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
• Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung X (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung Y (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung U (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung X, Y und U verlaufen senkrecht zueinander.
• 4 zeigt den Planetenbolzen 42 in Alleindarstellung in einer stark schematisierten Seitenansicht. Eine in 4 gezeigte Kreislinie 42A entspricht dem Durchmesser des Planetenbolzens 42. Ein Pfeil 43 gibt die Hauptlastrichtung des Gleitlagers 41 zwischen dem Planetenrad 32 und dem Planetenbolzen 42 an.
• Die Hauptlastrichtung 43 entspricht der Richtung der resultierenden Lagerkraft des Gleitlagers 41, die sich aus der Lagerkraftkomponente FD und der weiteren Lagerkraftkomponente FF zusammensetzt. Die Lagerkraftkomponente FD resultiert jeweils aus dem jeweils am Planetengetriebe 30 anliegenden Drehmoment. Die weitere Lagerkraftkomponente FF resultiert aus der Fliehkraft, die im Betrieb des Planetengetriebes 30 bei rotierendem Planetenträger 34 am Planetenrad 32 angreift.
• Ist der Planetenträger 34 drehfest ausgeführt, entspricht die Hauptlastrichtung 43 des Gleitlagers 41 im Wesentlichen der Richtung der Lagerkraftkomponente FD, da dann am Planetenrad 32 keine Fliehkraft angreift. Zusätzlich ist in 4 unter dem Bezugszeichen 44 die Drehrichtung des Planetenrades 32 angegeben.
• Die Lagerkraftkomponente FD schließt mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers 34, die in 4 gleich der radialen Richtung y entspricht und durch den Mittelpunkt des Planetenbolzens 42 und den radial äußeren Punkt 45 verläuft, in Drehrichtung 44 des Planetenrades 42 einen Winkel phi ein, der gleich 90 Grad ist. Die Lagerkraftkomponente FF schließt mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers 34 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 42 einen Winkel phi ein, der gleich 180 Grad ist.
• Wenn der Planetenträger 34 drehbar ausgeführt ist, variiert der Winkelwert des Winkels phi, den die Hauptlastrichtung 43 mit der radialen Richtung Y des Planetenträgers 34 einschließt, betriebszustandsabhängig in einem Bereich von 160 Grad bis 200 Grad.
• 5 zeigt eine schematisierte dreidimensionale Längsschnittansicht einer an sich bekannten Ausführungsform des Planetengetriebes 30. Der Planetenbolzen 42 ist mit einer axialen Längsbohrung 46 ausgeführt, in der eine Hülse 47 angeordnet ist. Die Hülse 47 ist mit einem Ölzuführungsbereich 48 ausgeführt, in den Öl aus einer in Bezug auf eine Ölzuführtasche 49 radial innenliegende Bohrung 50 im Planetenbolzen 42 Öl in Richtung der Ölzuführtasche 49 einleitbar ist. Stromab des Ölzuführungsbereiches 48 begrenzen eine Außenseite 51 der Hülse 47 und eine Innenseite 52 des Planetenbolzens 42 einen Ringspalt 53 bzw. einen Hohlraum. Der Ringspalt 53 liegt in Bezug auf die Ölzuführtasche 49 radial innen und steht über Radialbohrungen 54, 55 mit der Ölzuführtasche 49 fluidisch in Verbindung.
• Im Bereich der Radialbohrungen 54 und 55 sind jeweils nicht näher dargestellte Restriktoren angeordnet, über die jeweils die durch die Radialbohrungen 54 und 55 in die Ölzuführtasche 49 eingeleiteten Ölvolumenströme begrenzt werden. Dadurch werden unzulässig hohe Druckanstiege im Lagerspalt 56 des Gleitlagers 41 durch zu große zugeführte Ölvolumenströme sowie unerwünscht große Ölverluste aus dem Gleitlagerspalt 56 über die beiden axialen Endbereiche 41A, 41B des Gleitlagers 41 vermieden.
• 6 zeigt eine weiter schematisierte Teilschnittansicht des Planetengetriebes 30 gemäß 5 unter Last. Aus der Darstellung gemäß 6 geht hervor, dass der Planetenbolzen 42 im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 10, während dem der Planetenträger 34 rotiert und entsprechend Drehmoment über das Planetengetriebe 30 geführt wird, zwischen seinen beiden Endbereichen 42B und 42C in radialer Richtung Y im dargestellten Umfang verformt wird. Dabei weist die Verformung des Planetenbolzens 42 in etwa in einer axialen Lagermitte des Gleitlagers 41 ein Maximum auf.
• Zusätzlich zeigt 7 das Planetenrad 32 in Alleinstellung und im Wesentlichen während des Lastfalles, der der Darstellung gemäß 6 zugrunde liegt. Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass das Planetenrad 32, das eine Doppelschrägverzahnung aufweist, ebenfalls über der Lagerbreite des Gleitlagers 41 in radialer Richtung Y verformt wird.
• Die in 6 näher gezeigte Verformung des Planetenbolzens 42 und die in 7 dargestellte radiale Verformung des Planetenrades 32 wirken sich auf eine Lagerspalthöhe bzw. auf eine Schmierfilmdicke SD im Lagerspalt 56 sowohl in axialer Richtung X als auch in Umfangsrichtung U des Gleitlagers 41 aus. 8 zeigt drei Verläufe SD190, SD 192 und SD 194 der Schmierfilmdicke SD im Lagerspalt 56 des Gleitlagers 41 über der Lagerbreite B41 in drei unterschiedlichen Umfangsbereichen des Gleitlagers 41. Dabei zeigt der Verlauf SD190 die Schmierfilmdicke SD in einem Umfangswinkelbereich phi von etwa 190 Grad ausgehend vom obersten Punkt 45 des Planetenbolzens 42 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 32. Der Verlauf des SD192 gibt die Schmierfilmdicke des Gleitlagers 41 über der Lagerbreite B41 in einem Umfangswinkelbereich von etwa 192 Grad an. Zusätzlich gibt der Verlauf SD194 die Schmierfilmdicke SD über der Lagerbreite B41 im Umfangswinkelbereich von etwa 194 Grad an.
• Alle drei Verläufe SD190, SD192 und SD194 der Schmierfilmdicke SD fallen zunächst ausgehend vom ersten axialen Ende 42B des Planetenbolzens bzw. ausgehend von der dem ersten Endbereich 41A des Gleitlagers 41 jeweils bis auf ein erstes Minimum SDmin1901, SDmin1921, SDmin1941 ab, die bei einem Wert der Lagerbreite B41 von etwa 30 mm vorliegen. Ausgehend von den ersten Minimas SDmin1901, SDmin1921, SDmin1941 der Schmierfilmdicke SD steigen die Verläufe SD190 bis SD194 jeweils stetig bis zu einem Maximum SDmax190, SDmax192, SDmax194 an, die die Verläufe SD190 bis SD194 jeweils bei etwa 90 mm der Lagerbreite B41 ausgehend vom ersten axialen Lagerende 41A aufweisen. Im Anschluss daran fallen die Verläufe SD190 bis SD194 der Schmierfilmdicke SD jeweils in Richtung eines zweiten Minimums SDmin1902, SDmin1922, SDmin1942 ab, die bei dem betrachteten Lastfall bei einer Lagerbreite B41 von etwa 140 mm auftreten. Die Schmierfilmdicken SD190 bis SD194 steigen in Richtung des zweiten axialen Lagerendes 41B, das dem Endbereich 42C des Planetenbolzens 42 zugewandt ist, wieder stetig an.
• 9 zeigt einen Verlauf RD32 der radialen Auslenkung des Planetenrades 32 über der axialen Erstreckungsrichtung X des Planetenrades 30 des Planetengetriebes 30 gemäß 5. Der Verlauf RD32 zeigt das Verformungsverhalten des Planetenrades 32 unter Last. Aus dem Verlauf RD32 ergibt sich, dass das Planetenrad 32 im Bereich seiner axialen Seiten wesentlich weniger in radialer Richtung Y ausgelenkt wird als dies im Bereich seiner axialen Mitte der Fall ist.
• 10 zeigt den Planetenbolzen 42 eines Planetengetriebes 30, das in der axialen Längsbohrung 46 des Planetenbolzens 42 mit einer Hülse 60 ausgeführt ist. Die Hülse 60 ist im gleichen Umfang wie die Hülse 47 mit dem Ölzuführungsbereich 48 ausgebildet und begrenzt mit seiner Außenseite 65 mit der Innenseite 52 des Planetenbolzens 42 den Hohlraum 53. Im Unterschied zur Hülse 47 steht die Hülse 60 gemäß 10 mit einem in axialer Richtung X begrenzten Außenseitenbereich 61 mit einem ebenfalls in axialer Richtung X begrenzten Innenseitenbereich 62 des Planetenbolzens 42 über eine Presspassung in Verbindung.
• Zusätzlich weist die Hülse 60 radial innerhalb des Außenseitenbereiches 61 eine Strebe 63 auf, die sich radial durch die hohlzylindrisch ausgeführte Hülse 60 erstreckt und auch in 11 und 12 dargestellt ist. Dabei ist die Strebe 63 im Inneren des Planetenbolzens 42 in Umfangsrichtung U und in radialer Richtung Y mit einer solchen Orientierung angeordnet, dass die Hülse 60 einenends im Bereich der Hauptlastzone des Gleitlagers 41 mit dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 und anderenends auf der dazu in radialer Richtung der Hülse 60 gegenüberliegenden Seite des Außenseitenbereiches 61 der Hülse 60 mit dem Außenseitenbereich 61 fest verbunden ist. Der Verlauf der Strebe 63 schließt mit der radialen Richtung Y einen Winkel phi ein, der vorliegend etwa 170 Grad ist. Die Strebe 63 ist einenends umfangsseitig im Bereich der Hauptlastzone des Gleitlagers 41 mit dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 verbunden. Damit wird die radiale Steifigkeit des Planetenbolzens 42 durch die strukturell gegenüber der Hülse 47 versteiften Hülse 60 erhöht und die radiale Auslenkung RD 42 des Planetenbolzens 42 im Vergleich zu der in 5 dargestellten Ausführung des Planetengetriebes 30 verringert.
• Eine Wandstärke S63 der Strebe 63 ist in einem Mittenbereich 75 konstant, wodurch eine gewünscht hohe Knickwiderstandsfähigkeit der Strebe 63 erreicht wird. Zusätzlich steigt die Wandstärke S63 der Strebe 63 zwischen dem Mittenbereich 75 und Enden 63A, 63B der Strebe 63, die jeweils mit dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 verbunden sind, ausgehend vom Mittenbereich 75 in Richtung des Außenseitenbereiches 61 jeweils stetig an. Dadurch werden harmonische Übergänge zwischen dem Mittenbereich 75 der Strebe 63 und dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 erzielt, die unerwünschte Kerbwirkungen und daraus resultierende Spannungsspitzen im Verbindungsbereich zwischen den Enden 63A, 63B der Strebe 63 und dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 vermeiden bzw. auf zulässige Werte begrenzen. Eine Breite B63 der Strebe 63 ist in axialer Erstreckungsrichtung X des Planetenbolzens 42 und der Hülse 60 konstant.
• Die Hülse 60 liegt endseitig jeweils im Bereich ihrer Außenseite 65 an der Innenseite 52 des Planetenbolzens 42 an und ist dort vorzugsweise wiederum über geeignete Presspassungen fest mit dem Planetenbolzen 42 verbunden. Zusätzlich liegt die Außenseite 65 der Hülse 60 mit einem axialen Absatz 66 an einem axialen Absatz 67 der Innenseite 52 des Planetenbolzens 42 an, womit ein axialer Fügeweg der Hülse 60 in Bezug auf den Planetenbolzen 42 zur Vereinfachung einer Montage der Hülse 60 mit geringem konstruktiven Aufwand begrenzt ist.
• Zusätzlich wird die Strebe 63 der Hülse 60 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in axialer Richtung X jeweils so zwischen den beiden Lagerenden 41A, 41B des Gleitlagers 41 angeordnet, dass eine radiale Auslenkung RD42 des Planetenbolzens 42 im gewünschten Umfang begrenzt wird und sich über der Lagerbreite B41 des Gleitlagers 41 ein möglichst homogener Verlauf der Schmierfilmdicke SD im Gleitlagerspalt 56 des Gleitlagers 41 einstellt. Dies trägt wesentlich zu einer Verbesserung der Gleitlagereigenschaften und der Lebensdauer des Gleitlagers 41 bei.
• 13 zeigt einen Verlauf RD42-47 der radialen Auslenkung RD 42 des Planetenbolzens 42 über der Lagerbreite B41 im Betrieb des Planetengetriebes 30 gemäß 5. Im Vergleich dazu zeigt 13 einen Verlauf RD42-60 der radialen Auslenkung RD42 des Planetenbolzens 42, der sich über der Lagerbreite B41 einstellt, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 60 vorgesehen ist. Aus dem Vergleich der beiden Verläufe RD42-47 und RD42-60 geht hervor, dass der Planetenbolzen 42 mit der Hülse 60 im mittleren Lagerbereich des Gleitlagers 41 wesentlich geringer in radialer Richtung Y nach außen verformt wird als dies bei dem Planetenbolzen 42 mit der Hülse 47 der Fall ist.
• Zusätzlich zeigt 14 einen Verlauf SD47 der Schmierfilmdicke SD im Lagerspalt 56 des Gleitlagers 41 in einem Bereich des Umfangswinkels phi von etwa 180 Grad über der Lagerbreite B41, der sich einstellt, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 47 angeordnet ist. Der Verlauf SD60 der Schmierfilmdicke SD im Gleitlager 41 stellt sich im Betrieb des Planetengetriebes 30 über der Lagerbreite B41 in einem Bereich des Umfangswinkels phi von etwa 174 Grad ein, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 60 montiert ist.
• Aus dem Vergleich der beiden Verläufe SD42 und SD60 geht hervor, dass der Verlauf SD60 ausgehend vom linken Lagerrand 41A des Gleitlagers 41 in Richtung eines ersten Minimums SD60min1 im geringerem Umfang absinkt als der Verlauf SD47 in Richtung des Minimums SD47min1. Das Maximum SD60max des Verlaufes SD60 ist kleiner als das Maximum SD47max des Verlaufes SD47. Die Verläufe SD47 und SD60 weisen im Bereich von zweiten Minima SD47min2 und SD60min2 in etwa gleiche Werte auf. Anschließend steigt der Verlauf SD60 im Vergleich zum Verlauf SD42 in Richtung der rechten Lagerseite 41B des Gleitlagers 41 stärker an. Die Schmierfilmdicke SD des Verlaufes SD60 weist im Bereich des rechten Lagerendes 41B einen Wert von etwa 10 µm auf, was dem Wert des Maximums SD60max und auch dem Wert der Schmierfilmdicke SD im Bereich des linken Lagerrandes 41A entspricht. Die Schmierfilmdicke SD weist gemäß dem Verlauf SD47 am rechten Lagerrand 41 B und am linken Lagerrand 41A jeweils Werte kleiner als 9 µm auf. Daraus lässt sich ableiten, dass die strukturell steifere Hülse 60 wesentlich zu einer Vergleichmäßigung der Höhe des Lagerspaltes 56 und auch der Schmierfilmdicke SD beiträgt.
• 15 zeigt einen Verlauf p_SD47 des Öldruckes p_SD im Lagerspalt 56 des Gleitlagers 41 über der Lagerbreite B41 für einen Umfangswinkel phi von etwa 180 Grad, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 47 montiert ist. Des Weiteren ist in 15 ein Verlauf p_SD60 des Öldruckes p_SD im Lagerspalt 56 des Gleitlagers 41 für einen Umfangswinkel phi gleich 174 dargestellt, der sich im Betrieb des Planetengetriebes 30 einstellt, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 60 eingepresst ist. Aus dem Vergleich der beiden Verläufe p_SD47 und p_SD60 geht hervor, dass der Verlauf p_SD60 des Öldruckes p_SD im mittleren axialen Lagerbereich des Gleitlagers 41 einen gleichmäßigeren Verlauf aufweist als der Verlauf p_SD47 des Öldruckes p_SD.
• 16a zeigt ein dreidimensionales Kennfeld des Öldrucks p_SD im Gleitlager 41 über der Lagerbreite B41 und zusätzlich über dem Umfangswinkel phi, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 47 angeordnet ist. Dabei ergibt sich aus der Darstellung gemäß 16a, dass der Schmierfilmdruck p_SD im Umfangsbereich von 0 Grad bis etwa 90 Grad und im Umfangsbereich von 210 Grad bis 360 Grad im Wesentlichen gleich null ist und im Umfangsbereich des Gleitlagers 41 zwischen 90 Grad und 210 Grad im dargestellten Umfang mit steilem Gradient ansteigt. Zusätzlich weist der Schmierdruck p_SD über der Lagerbreite B41 und auch in Umfangsrichtung U des Gleitlagers 41 Maxima und Minima auf. Diese Maxima und Minima des Schmierfilmdruckes p_SD47 beeinträchtigen jedoch die Ölversorgung des Gleitlagers 41 und resultieren aus der nicht ausreichenden radialen Steifigkeit des Planetenbolzens 42, wenn dieser mit der strukturell weniger steifen Hülse 47 ausgeführt ist.
• 16b zeigt eine 16a entsprechende Darstellung des Kennfeldes des Schmierfilmdrucks p_SD über der Lagerbreite B41 und über dem Umfangswinkel phi des Gleitlagers 41, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 60 eingepresst ist und die Presspassung zwischen dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 und dem Innenseitenbereich 62 des Planetenbolzens 42 ein Übermaß von 0,03 mm aufweist.
• Zusätzlich zeigt 16c das Kennfeld des Schmierfilmdruckes p_SD über der Lagerbreite B41 und über dem Umfangswinkel phi des Gleitlagers 41, wenn im Planetenbolzen 42 die Hülse 60 montiert ist und wenn die Presspassung zwischen dem Außenseitenbereich 61 der Hülse 60 und dem Innenseitenbereich 62 des Planetenbolzens 42 ein Übermaß von 0,1 mm aufweist.
• Aus dem Vergleich der beiden Kennfelder des Schmierfilmdrucks p_SD gemäß 16B und gemäß 16C geht hervor, dass bei einem Übermaß von 0,1 mm ein wesentlich homogenerer Verlauf des Schmierfilmdruckes p_SD vorliegt als bei einem Übermaß von 0,03 mm. Der homogenere Verlauf wirkt sich über die gesamte Lagerbreite B41 positiv auf die Ölversorgung des Gleitlagers 41 und damit auch auf dessen Lebensdauer aus.
• 17 zeigt eine weitere Ausführungsform des Planetengetriebes 30, das in der axialen Längsbohrung 46 des Planetenbolzens 42 eine weitere Hülse 70 aufweist, die wie die Hülse 60 im Vergleich zur Hülse 47 strukturell eine höhere Steifigkeit aufweist und eine alternative Ausführung der Hülse 60 darstellt. Die Hülse 70 ist mit zwei Streben 71, 72 ausgebildet, die in axialer Erstreckungsrichtung x der Hülse 70 nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind. Der Ölzuführungsbereich 48 der Hülse 70 ist in axialer Richtung zwischen den beiden Streben 71 und 72 vorgesehen. Des Weiteren steht die Hülse 70 im Bereich der Streben 71 und 72 umfangsseitig über Presspassungen mit dem Planetenbolzen 42 in Verbindung.
• Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung 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

Kern

12

Lufteinlass

14

Niederdruckverdichter

15

Hochdruckverdichter

16

Verbrennungseinrichtung

17

Hochdruckturbine

18

Bypassschubdüse

19

Niederdruckturbine

20

Kernschubdüse

21

Triebwerksgondel

22

Bypasskanal

23

Schubgebläse

24

Stützstruktur

26

Welle, Verbindungswelle

27

Verbindungswelle

28

Sonnenrad

30

Getriebe, Planetengetriebe

32

Planetenrad

34

Planetenträger

34A, 34B

Wangen

36

Gestänge

38

Hohlrad

40

Gestänge

41

Gleitlager

41A, 41B

axiale Endbereiche des Gleitlagers

42

Planetenbolzen

42A

Außendurchmesser des Planetenbolzens

42B, 42C

Endbereiche des Planetenbolzens

43

Pfeil, Hauptlastrichtung

44

Drehrichtung des Planetenrades

45

radial äußerer Punkt des Planetenbolzens

46

axiale Längsbohrung des Planetenbolzens

47

Hülse

48

Ölzuführungsbereich

49

Ölzuführtasche

50

radial innenliegende Bohrung

51

Außenseite der Hülse 47

52

Innenseite des Planetenbolzens

53

Ringspalt

54

Radialbohrung

55

Radialbohrung

56

Lagerspalt

60

Hülse

61

Außenseitenbereich der Hülse 60

62

Innenseitenbereich des Planetenbolzens

63

Strebe der Hülse 60

63A, 63B

Ende der Strebe 63

65

Außenseite der Hülse 60

66

axialer Absatz der Hülse 60

67

axialer Absatz des Planetenbolzens

70

Hülse

71, 72

Strebe der Hülse 70

75

Mittenbereich der Strebe 63

A

Kernluftstrom

B

Luftstrom

B41

Lagerbreite

B63

Breite der Strebe 63

FD

Lagerkraftkomponente

FF

Lagerkraftkomponente

phi

Winkel

p_SD

Öldruck

RD32

radiale Auslenkung des Planetenrades

RD42

radiale Auslenkung des Planetenbolzens

SD

Schmierfilmdicke

S63

Wandstärke der Strebe 63

U

Umfangsrichtung

Y

radiale Richtung

X

axiale Richtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 3489549 A1 [0009]
• EP 3489550 A1 [0011]
• EP 3770466 A1 [0012]

Claims (12)

1. Planetengetriebe (30) mit einem Planetenträger (34) und mit wenigstens einem damit drehfest verbundenen Planetenbolzen (42), an dem wenigstens ein Planetenrad (32) über ein Gleitlager (41) drehbar gelagert ist, wobei der Planetenbolzen (42) zumindest bereichsweise wenigstens annährend hohlzylindrisch ausgeführt ist und im Planetenbolzen (42) eine Hülse (60) vorgesehen ist, die einen Ölzuführungsbereich (48) umfasst, durch den das Gleitlager (41) mit Öl versorgt wird, wobei ein Außenseitenbereich (61) der Hülse (60) und ein Innenseitenbereich (62) des Planetenbolzens (42) über eine Presspassung miteinander in Verbindung stehen, und wobei die Hülse (60) radial innerhalb des Außenseitenbereiches (61) wenigstens eine Strebe (63) aufweist, die sich radial durch die Hülse (60) erstreckt und einenends im Bereich einer Hauptlastzone des Gleitlagers (41) mit dem Außenseitenbereich (61) und anderenends auf der dazu in radialer Richtung der Hülse (60) gegenüberliegenden Seite des Außenseitenbereiches (61) mit diesem fest verbunden ist.
2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (S63) der Strebe (63) in einem Mittenbereich (75) konstant ist.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (S63) der Strebe (63) zwischen dem Mittenbereich (75) und Enden (63A, 63B) der Strebe (63), die jeweils mit dem Außenseitenbereich (61) verbunden sind, ausgehend vom Mittenbereich (75) in Richtung des Außenseitenbereiches (61) jeweils stetig ansteigt.
4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B63) der Strebe (63) in axialer Erstreckungsrichtung (X) des Planetenbolzens (42) und der Hülse (60) konstant ist.
5. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite (65) der Hülse (60) und eine Innenseite (52) des Planetenbolzens (42) einen Hohlraum (53) begrenzen, der mit dem Ölzuführungsbereich (48) der Hülse (60) und mit einer Ölzuführtasche (49) des Gleitlagers (41) fluidisch in Verbindung steht.
6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (42) wenigstens eine in Bezug auf die Ölzuführtasche (49) radial innenliegende Bohrung (50) umfasst, über die Öl radial durch den Planetenbolzen (42) in den Ölzuführungsbereich (48) der Hülse (60) einleitbar ist.
7. Planetengetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (42) wenigstens eine in Bezug auf die Ölzuführtasche (49) radial innenliegende Radialbohrung (54, 55) umfasst, über die Öl aus dem Hohlraum (53) radial durch den Planetenbolzen (42) in die Ölzuführtasche (49) des Gleitlagers (41) einleitbar ist.
8. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (63) radial innerhalb der Ölzuführtasche (49) vorgesehen ist.
9. Planetengetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (42) wenigstens zwei Radialbohrungen (54, 55) aufweist, die in axialer Erstreckungsrichtung (X) des Planetenbolzens (42) nebeneinander angeordnet und zueinander beabstandet sind, wobei die Strebe (63) in axialer Richtung (X) zwischen den beiden Radialbohrungen (54, 55) positioniert ist.
10. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (70) wenigstens zwei Streben (71, 72) aufweist, die in axialer Erstreckungsrichtung (X) der Hülse (70) nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Ölzuführungsbereich (49) der Hülse in axialer Richtung (X) zwischen den beiden Streben (71, 72) vorgesehen ist.
11. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (60) endseitig jeweils im Bereich ihrer Außenseite (65) an der Innenseite (52) des Planetenbolzens (42) anliegt.
12. Planetengetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (65) der Hülse (60) mit einem axialen Absatz (66) an einem axialen Absatz (67) der Innenseite (52) des Planetenbolzens (42) anliegt.

Images