DE102021122161A1

DE102021122161A1 - Gleitlager und Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines Gleitlagers

Info

Publication number: DE102021122161A1
Application number: DE102021122161.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan UHKÖTTER; Uwe Kracht; Wolfram KURZ-HARDJOSOEKATMO; Rens Douma; Ivo Martin
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-02
Also published as: US20230061493A1

Abstract

Es wird ein Gleitlager (41), insbesondere ein Gleitlager eines Planetengetriebes (30) mit einem ersten drehfesten Bauteil (42) und einem damit drehbar in Verbindung stehenden zweiten Bauteil (32) beschrieben. Öl ist im Bereich einer Ölzuführtasche (47) des ersten Bauteils (42) in den Lagerspalt (51) zwischen den Bauteilen (32, 42) einleitbar. Das Öl ist über wenigstens eine Leitung (48), die in die Ölzuführtasche (47) mündet, in die Ölzuführtasche (47) einleitbar. Zusätzlich ist eine Ölzuführeinheit (52) vorgesehen, über die das Öl dem Lagerspalt (51) mit definiertem Druck zuführbar ist. Die Ölzuführeinheit (52) und ein Strömungsquerschnitt der wenigstens einen Leitung (48) sind dazu eingerichtet, dass ein Verhältnis zwischen dem Impuls, mit dem das Öl aus der Leitung (48) in den Lagerspalt (51) eingeleitet wird und der dem Produkt aus dem Quadrat der Einströmgeschwindigkeit des Öls in den Lagerspalt (51) und der Dichte des Öls entspricht, und dem Impuls des Öls, das an der Innenseite (54) des zweiten Bauteils (32) anhaftet, mindestens 5 * 10^-3 ist. Der Impuls des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls ist gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls und der Dichte des Öls.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gleitlager, insbesondere ein Gleitlager eines Planetengetriebes, mit einem ersten drehfesten Bauteil und einem damit drehbar in Verbindung stehenden zweiten Bauteil. Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren eines solchen Gleitlagers.
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 Getrieben, die in Gasturbinentriebwerken von Luftfahrzeugen eingesetzt werden, sind 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.
Aufgrund der hohen Belastungen im Bereich von Gleitlagern von Getrieben von Gasturbinentriebwerken können im Bereich eines Gleitlagers unerwünschte thermische Deformationen auftreten, welche die Funktionalität und die Betriebssicherheit negativ beeinflussen. Zudem gelangt nur ein kleiner Teil des zugeführten Ölstroms in den hochbelasteten Bereich eines Gleitlagers, wo die höchsten Temperaturen auftreten. Dies führt dazu, dass in den stärker belasteten Bereichen solcher Gleitlager hohe lokale Temperaturen auftreten, die auch kritisch für die Beschichtung im Bereich der Lagerflächen sein können.
Das Schmiermittel bzw. das Öl wird im Bereich von Gleitlagertaschen bzw. Ölzuführtaschen in den Lagerspalt eines Gleitlagers eingeleitet. Dabei stellen die Gleitlagertaschen konstruktiv hinzugefügte Schmiermittelvolumina dar, die im nicht rotierenden Bauteil des Gleitlagers vorgesehen sind. Diese Schmiermittelvolumina können beispielsweise Ab- oder Ausfräsungen sein, deren Formen in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles variieren. Des Weiteren erfolgt die Zuführung des Schmiermittels in eine solche Gleitlagertasche zumeist über Bohrungen oder eckig bzw. trichterförmig ausgebildete Kanäle.
Aus der Gleitlagertasche wird das Öl im Lagerspalt in Umfangsrichtung des Gleitlagers und in Drehrichtung der drehbar ausgeführten Lagerschale in den in Umfangsrichtung belastungsabhängig konvergierenden Lagerspalt transportiert. Das bedeutet, dass eine Lagerspalthöhe in Umfangsrichtung eines Gleitlagers in höher belasteten Bereichen kleiner ist als in niedriger belasteten Umfangsbereichen des Gleitlagers, in den üblicherweise eine Ölzuführtasche vorgesehen wird. Im konvergierenden Schmierspalt wird ein wesentlicher Teil des zugeführten Schmiermittels seitlich aus dem Gleitlager ausgepresst. Der konvergierende Lagerspalt weist seinen engsten Schmierspalt in dem Umfangsbereich eines Gleitlagers auf, in dem auch die größte Tragfähigkeit des Gleitlagers gefordert ist. Dabei wird das Schmiermittel im Bereich des engsten Schmierspaltes durch die dort vorherrschende Scherreibung signifikant aufgeheizt. Die Aufheizung findet in Umfangsrichtung des Lagerspaltes primär im Bereich des engsten Schmierspaltes und in Drehrichtung kurz nach dem engsten Schmierspalt statt, wobei die höchsten Lagertemperaturen in axialer Erstreckung des Gleitlagers in der Mitte des Gleitlagers auftreten.
Nach dem Bereich, in dem im Betrieb der engste Schmierspalt vorliegt, steigt die Höhe des Schmierspaltes wieder an. In diesem sogenannten divergierenden Schmierspalt-Umfangsbereich eines Gleitlagers ist eine gewisse Schmiermittelmenge vorhanden, die aus dem Bereich des engsten Schmierspaltes mitgeführt ist und durch eine hohe Betriebstemperatur gekennzeichnet ist. Da die mitgeführte Schmiermittelmenge aus dem engsten Schmierspalt sehr gering ist, ist der sich an den engsten Schmierspalt anschließende Lagerspaltbereich, dessen Lagerspalthöhe in Umfangsrichtung und in Richtung der Gleitlagertasche wieder ansteigt, nur teilweise mit Schmiermittel befüllt. Aufgrund der im Betrieb eines Gleitlagers am Schmiermittel angreifenden Zentrifugalkraft, wird das Schmiermittel radial nach au-ßen auf die äußere Lagerschale bzw. auf die Innenseite des Gleitlagers gefördert. Das in axialer Richtung in der Mitte des Gleitlagers am rotierenden Bauteil anliegende Schmiermittel, das eine hohe Betriebstemperatur aufweist und auch als überschlepptes Schmiermittel bezeichnet wird, wird im Bereich der Gleitlagertasche bzw. dem Zuführbereich des Schmiermittels in das Gleitlager nur unzureichend durch frisches kaltes Schmiermittel verdrängt oder vermischt sich mit diesem nur in unzureichendem Umfang. Dies beeinträchtigt jedoch eine Tragfähigkeit eines Gleitlagers in unerwünschtem Umfang.
Um die Gleitlagertemperatur im hochbelasteten Bereich auf zulässige Temperaturen begrenzen zu können, sind unerwünscht hohe Schmiermittelvolumenströme in das Gleitlager einzuleiten, die hohe Verlustleistungen sowie erhöhte Ansprüche an das Schmiermittelsystem stellen und damit Kosten und zusätzliches Gewicht verursachen und die insbesondere im Bereich von Flugtriebwerken einen Treibstoffverbrauch erhöhen.
Der vorliegenden Offenbarung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager, insbesondere ein Gleitlager eines Planetengetriebes, mit einem ersten drehfesten Bauteil und einem damit drehbar in Verbindung stehenden zweiten Bauteil zur Verfügung zu stellen, das durch eine hohe Tragfähigkeit gekennzeichnet ist und mit geringen Verlustleistungen betreibbar ist. Zusätzlich liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren eines solchen Gleitlagers zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Gleitlager und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Es wird ein Gleitlager, insbesondere ein Gleitlager eines Planetengetriebes, vorzugsweise eines Planetengetriebes eines Flugtriebwerkes, mit einem ersten drehfesten Bauteil und mit einem damit drehbar in Verbindung stehenden zweiten Bauteil vorgeschlagen. Öl ist im Bereich einer Ölzuführtasche bzw. einer Gleitlagertasche des ersten Bauteils in den Lagerspalt des Gleitlagers zwischen den Bauteilen einleitbar. Das Öl ist über wenigstens eine Leitung, die in die Ölzuführtasche mündet, in die Ölzuführtasche einleitbar.
Dabei wird vorliegend unter dem Begriff drehfestes erstes Bauteil ein Bauteil eines Planetengetriebes verstanden, das in Bezug auf die Lagerachse eines Gleitlagers drehfest ausgeführt ist, wobei die Lagerachse des Gleitlagers ortsfest ausgeführt sein kann oder um eine weitere Achse rotieren kann.
Es besteht die Möglichkeit, dass das erste Bauteil ein Planetenbolzen eines Planetengetriebes ist, auf dem das zweite Bauteil, wie ein Planetenrad, drehbar gelagert ist. Das erste Bauteil bzw. der Planetenbolzen kann drehfest mit einem Planetenträger verbunden sein, der drehfest oder auch selbst drehbar ausgeführt sein kann.
Das Gleitlager der vorliegenden Offenbarung kann zusätzlich eine Ölzuführeinheit aufweisen, über die das Öl dem Lagerspalt mit definiertem Druck zuführbar ist. Dabei können die Ölzuführeinheit und ein Strömungsquerschnitt der wenigstens einen Leitung dazu eingerichtet sein, dass ein Verhältnis zwischen dem Impuls, mit dem das Öl aus der Leitung in den Lagerspalt eingeleitet wird und dem Impuls des Öls, das an der Innenseite des zweiten Bauteils anhaftet, mindestens 5 * 10^-3 ist. Dabei entspricht der Impuls des eingeleiteten Öls dem Produkt aus dem Quadrat der Einströmgeschwindigkeit des Öls in den Lagerspalt und der Dichte des Öls. Der Impuls des am zweiten Bauteils anhaftenden Öls ist gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit des am zweiten Bauteil anhaftenden Öls und der Dichte des Öls.
Dieser Ausführungsform des Gleitlagers liegt die Kenntnis zugrunde, dass bei Werten des Impulsverhältnisses größer gleich 5 * 10^-3 das heiße überschleppte Schmiermittel vom zugeführten frischen Öl in axialer Richtung des Gleitlagers seitlich verdrängt und im Verlauf des konvergierenden Spaltes seitlich ausgepresst wird. Somit verbleibt primär das kalte Schmiermittel in der axialen Mitte des Gleitlagers und wird in gewünschter Art und Weise in den engsten Schmierspalt geschleppt. Dadurch wird das rotierende zweite Bauteil aufgrund des Auftreffens des kalten Schmierstoffstrahls mit dem dafür erforderlichen Impuls besser und axial mittiger gekühlt.
Um das heiße überschleppte Öl durch das frische zugeführte Öl in gewünschtem Umfang seitlich aus dem Lagerspalt des Gleitlagers ausschieben zu können, kann das frische Öl auf einfache Art und Weise in axialer Erstreckungsrichtung des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung möglichst mittig in die Ölzuführtasche eingeleitet werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich der Bereich der Ölzuführtasche, in dem das frische Öl in den Lagerspalt des Gleitlagers eingeleitet wird, ausgehend von der Lagermitte vorzugsweise symmetrisch in Richtung der Lageraußenseiten über eine Länge erstreckt, die bis zu 25% der gesamten axialen Lagerbreite des Gleitlagers entspricht.
Bei Werten des Impulsverhältnisses größer als 5 * 10^-3 ist eine impulsreiche Ölzuführung in den Lagerspalt gewährleistet. Hierfür kann das Schmiermittel außerhalb des Gleitlagers bereits über die Ölzuführeinheit unter einen entsprechend hohen Druck gesetzt und dann mittels entsprechend ausgeführter Strömungsquerschnitte im Mündungsbereich der Leitung und auch bereits vor dem Mündungsbereich der Leitung, d. h. schon in der Leitung und vor dem Eintritt in die Gleitlagertasche entsprechend stark beschleunigt werden. Das derart beschleunigte Schmiermittel trifft dann im Lagerspalt auf das heiße überschleppte Schmiermittel und auch auf die heiße rotierende Schale des Lagers bzw. auf die Innenseite des zweiten Bauteils.
Der Verlauf der wenigstens einen Leitung kann mit der radialen Richtung des Lagerspaltes einen Winkel einschließen, der dazu eingerichtet ist, das Öl unter einem Winkel von etwa 5° bis 60° gegenüber der radialen Richtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil aus der Leitung in die Ölzuführtasche in den Lagerspalt einzuleiten. Dann ist das frische Schmiermittel gezielt in den konvergierenden Lagerspalt transportierbar und eine seitliche Ausbreitung des frischen Schmiermittels in axialer Richtung verringert, weil das frische Schmiermittel mittiger im Lagerspalt und in Richtung des engsten Schmierspaltes transportiert wird. Da der tragende Bereich primär in der axialen Mitte des Lagers auftritt, kann hier das frische Schmiermittel gezielter wirken. Die reduzierte Temperatur bewirkt eine höhere Viskosität und damit eine verbesserte Tragfähigkeit.
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass die wenigstens eine Leitung mit der radialen Richtung des Lagerspaltes einen Winkel einschließt und dazu eingerichtet ist, das Öl unter einem Winkel von etwa 5° bis 20° gegenüber der radialen Richtung des Lagerspaltes und in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil aus der Leitung in die Ölzuführtasche einzuleiten. Die daraus resultierende gewinkelte Anstellung des Schmierstoffstrahls entgegen der Rotationsrichtung des zweiten Bauteils bewirkt, dass der Jet-Impuls bzw. der Strahlimpuls des ausgeleiteten Öls dem heißen überschleppten Öl an der Innenwand des zweiten Bauteiles entgegenwirkt. Das kalte Öl wird dadurch nach dem Auftreffen an der Innenseite des rotierenden zweiten Bauteils von diesem in gewünschter Art und Weise beschleunigt. Dann verdrängt das beschleunigte Öl aufgrund der angreifenden Fliehkraft das überschleppte heiße Öl im Lagerspalt in axialer Richtung nach außen und leitet dieses aus dem Lagerspalt.
Alternativ dazu oder im Kombination hierzu kann die wenigstens eine Leitung jeweils mit wenigstens einem ersten Leitungsabschnitt und mit einem sich in Zuführrichtung des Öls in die Ölzuführtasche daran anschließenden zweiten Leitungsabschnitt ausgeführt sein. Die Leitungsabschnitte können jeweils einen in radialer Richtung des Lagerspaltes ausgerichteten Verlauf aufweisen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass der Strömungsquerschnitt des ersten Leitungsabschnittes kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des zweiten Leitungsabschnittes. Die Leitungsabschnitte können so zueinander angeordnet sein, dass sich der Strömungsquerschnitt für das Öl ausgehend vom ersten Leitungsabschnitt in Richtung des zweiten Leitungsabschnitts in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil stärker erweitert als gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass sich der Strömungsquerschnitt für das Öl ausgehend vom ersten Leitungsabschnitt in Richtung des zweiten Leitungsabschnitts in Umfangsrichtung des Lagerspalts und gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils stärker als in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils erweitert.
Durch die jeweils zueinander versetzte Anordnung der Strömungsquerschnitte der beiden Leitungsabschnitte erfolgt eine außermittige Strahlführung durch die Leitung und die Erzeugung bzw. Ausnutzung des sogenannten Coandä-Effekts. Dadurch wird der aus der Leitung in den Lagerspalt geführte Schmiermittelstrahl in Rotationsrichtung des zweiten Bauteils gegenüber dem ersten Bauteil oder gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils umgelenkt und dabei jeweils schräg gegenüber der radialen Richtung des Lagerspaltes durch den Lagerspalt in Richtung der Innenseite des zweiten Bauteils geführt. Dort verdrängt das zugeführte Öl das an der Innenseite des zweiten Bauteils anhaftende überschleppte heiße Öl aus dem engsten Lagerspalt, das aufgrund der im Betrieb des Gleitlagers angreifenden Fliehkraft an der Innenseite des rotierenden zweiten Bauteils anliegt und von diesem mitgeführt wird.
Das frische Schmiermittel wird durch die schräge Einleitung in den Lagerspalt in axialer Richtung des Gleitlagers möglichst mittig und in Umfangsrichtung sowie in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils im Gleitlager in Richtung des engsten Schmierspaltes von der Ölzuführtasche weg transportiert. Da der mit den höchsten Lagerlasten beaufschlagte Bereich des Gleitlagers primär in der axialen Mitte des Gleitlagers auftritt, kann hier das frische Schmiermittel gezielter wirken. Im hochbelasteten Bereich des Gleitlagers bewirkt die reduzierte Betriebstemperatur eine höhere Viskosität des Schmiermittels und damit eine verbesserte Tragfähigkeit des Gleitlagers.
Die Ausnutzung des sogenannten Coandä-Effekts bietet im Vergleich zu einer schräg verlaufenden Leitung eine einfachere Herstellbarkeit eines Gleitlagers, da schräg verlaufende Bohrungen zumeist einen höheren Bauraumbedarf aufweisen als gestufte und in radialer Richtung verlaufende Leitungen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die wenigstens eine Leitung mit einer Ausleiteinrichtung ausgeführt. Mittels der Ausleiteinrichtung ist eine Breite des Ölstrahls, der aus dem Mündungsbereich der Leitung in den Lagerspalt eingeleitet wird, mit zunehmenden Abstand von dem Mündungsbereich der Leitung in Umfangsrichtung des Lagerspaltes vergrößerbar. Die über die Ausleiteinrichtung erzielte Auffächerung des Ölstrahls, der in den Lagerspalt eingeleitet wird, reduziert ebenfalls die axiale Verteilung des frischen Schmiermittels im Lagerspalt, wodurch wiederum der mittige Gleitlagerbereich in gewünschtem Umfang mit frischem kühlen Schmiermittel beaufschlagt wird.
Es ist wenigstens eine weitere bzw. zweite Leitung vorgesehen, über die ebenfalls Öl in die Ölzuführtasche einleitbar ist. Der Mündungsbereich der zweiten Leitung in die Ölzuführtasche ist in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils gegenüber dem ersten Bauteil und/oder in axialer Richtung des Gleitlagers zum Mündungsbereich der ersten Leitung in die Ölzuführtasche beabstandet.
Die vorgeschlagene Anordnung der Mündungsbereiche der Leitungen bzw. der Ölzuführungsleitungen in der Gleitlagertasche bietet auf konstruktiv einfache Art und Weise die Möglichkeit, überschlepptes Öl im Lagerspalt besser aus dem Lagerspalt in axialer Richtung nach außen zu verdrängen und das Temperaturniveau im Gleitlager zu reduzieren. Des Weiteren bietet die Anordnung der Mündungsbereiche zueinander die Möglichkeit, die Vermischung des heißen überschleppten Öls bzw. Schmiermittels mit dem zugeführten kalten frischen Öl einzuschränken bzw. zu vermeiden. Durch die beiden vorgenannten Verbesserungen wird eine Tragfähigkeit eines Gleitlagers auf einfache Art und Weise erhöht. Des Weiteren sorgt die verbesserte Zuführung von frischem Schmiermittel für eine adäquate Kühlung und Schmierung des hochbelasteten Lagerbereiches.
Vorliegend wird unter dem Begriff Hauptdrehrichtung die Drehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil verstanden, die das zweite Bauteil gegenüber dem ersten Bauteil für eine wesentlich höhere Betriebsdauer aufweist als in die dazu entgegengesetzte Drehrichtung.
Grundsätzlich bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Ölzuführung in ein Gleitlager, insbesondere für ein Gleitlager eines sogenannten Hochleistungsgetriebes. Die Ölzuführung ist durch die Anordnung der Mündungsbereiche der Leitungen zueinander so gestaltet, dass das heiße verschleppte Schmiermittel aus dem engsten Lagerspalt an der rotierenden Wand des zweiten Bauteiles anhaftend effektiv durch kaltes frisch zugeführtes Schmiermittel verdrängt wird und auch die heiße rotierende Innenwand des zweiten Bauteiles gekühlt wird. Durch die effektive Verdrängung und Kühlung wird primär kaltes Schmiermittel in den engsten Schmierspalt geführt. Dadurch erhöht sich die Tragfähigkeit des Gleitlagers, und die Menge des zugeführten frischen Schmiermittels kann im Vergleich zu bekannten Lösungen reduziert werden. Dadurch ist der Kühlkreislauf eines Hochleistungsgetriebes effizienter und kann somit kleiner dimensioniert werden.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles bzw. Lastfalles besteht die Möglichkeit, dass die Ölzuführtasche und/oder die Mündungsbereiche der Leitungen in die Ölzuführtasche jeweils in axialer Erstreckung des Gleitlagers in der Mitte des Gleitlagers angeordnet sind oder außermittig des Gleitlagers positioniert sind. Dadurch ist mit geringem konstruktiven Aufwand gewährleistbar, dass die jeweils in axialer Richtung des Gleitlagers am höchsten belastete Zone mit möglichst kühlem Öl versorgt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung mündet eine dritte Leitung in die Ölzuführtasche. Der Mündungsbereich der dritten Leitung kann in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil im Wesentlichen den gleichen Abstand zum Mündungsbereich der ersten Leitung aufweisen wie der Mündungsbereich der zweiten Leitung vom Mündungsbereich der ersten Leitung. Dann ist der Mündungsbereich der dritten Leitung in Umfangsrichtung direkt neben dem Mündungsbereich der zweiten Leitung angeordnet.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es auch vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Mündungsbereich der dritten Leitung und dem Mündungsbereich der ersten Leitung im Umfangsrichtung und in Hauptdrehrichtung des drehbaren Bauteils vom Abstand zwischen dem Mündungsbereich der ersten Leitung und dem Mündungsbereich der zweiten Leitung in Umfangsrichtung abweicht, um eine möglichst gute Kühlung des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers zu erreichen.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass der Mündungsbereich der dritten Leitung vom Mündungsbereich der zweiten Leitung sowie vom Mündungsbereich der ersten Leitung in axialer Richtung des Gleitlagers beabstandet ist. Die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen der Leitungen können jeweils so aufeinander abgestimmt sein, dass der Mündungsbereich der ersten Leitung in axialer Richtung des Gleitlagers zwischen dem Mündungsbereich der zweiten Leitung und dem Mündungsbereich der dritten Leitung positioniert ist.
Dabei besteht wiederum die Möglichkeit, dass die Mündungsbereiche der Leitungen eine sogenannte A-Anordnung zueinander aufweisen, wobei der Mündungsbereich der ersten Leitung in Umfangsrichtung und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil vor den Mündungsbereichen der zweiten Leitung und der dritten Leitung angeordnet ist und in axialer Richtung zwischen den Mündungsbereichen der zweiten und dritten Leitung vorgesehen ist.
Eine solche Anordnung der Mündungsbereiche der Leitungen bewirkt, dass der über die erste Leitung in die Ölzuführtasche eingeleitete Ölvolumenstrom von den in Umfangsrichtung des Lagerspaltes später in den Lagerspalt eingeleiteten Ölvolumenströmen aus der zweiten Leitung und der dritten Leitung in Umfangsrichtung und in Bezug auf die axiale Erstreckung des Gleitlagers mittig gehalten wird, wodurch wiederum der Kühleffekt insbesondere im hochbelasteten Bereich des Gleitlagers im Vergleich zu bekannten Gleitlagern verbessert wird.
Die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen der Leitungen und die Abstände zwischen den Mündungsbereichen der Leitungen in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil sind zur verbesserten Kühlung und Schmierung in definiertem Umfang aufeinander abgestimmt. Dabei kann die Abstimmung derart sein, dass der Mündungsbereich der zweiten Leitung und der Mündungsbereich der dritten Leitung innerhalb eines Sektors angeordnet sind, dessen Mittelpunkt im Mündungsbereich der ersten Leitung liegt und der einen Winkel von etwa 120° einschließt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung mündet eine vierte Leitung in die Ölzuführtasche. Der Mündungsbereich der vierten Leitung ist in axialer Richtung des Gleitlagers vom Mündungsbereich der ersten Leitung beabstandet und kann in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil neben dem Mündungsbereich der ersten Leitung oder beabstandet zum Mündungsbereich der ersten Leitung angeordnet sein. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Abstände der Mündungsbereiche der Leitungen jeweils so aufeinander abzustimmen, dass die Mündungsbereiche der ersten Leitung und der vierten Leitung in axialer Richtung des Gleitlagers zwischen den Mündungsbereichen der zweiten und der dritten Leitung angeordnet sind.
Die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen der Leitungen sowie die Abstände zwischen den Mündungsbereichen der Leitungen in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil können zusätzlich in einem weiter definierten Umfang aufeinander abgestimmt sein. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Mündungsbereiche der zweiten Leitung und der dritten Leitung innerhalb eines Sektors angeordnet sind, dessen Mittelpunkt in einem Bereich der Ölzuführtasche liegt, in dem die Mündungsbereiche der ersten Leitung und der vierten Leitung vorgesehen sind. Der Sektor kann wiederum einen Winkel von etwa 120° einschließen, um die Ölvolumenströme, die aus der ersten Leitung und der vierten Leitung in die Ölzuführtasche eingeleitet werden, von den jeweils seitlich dazu und in Umfangsrichtung später in die Ölzuführtasche eingeleiteten Ölvolumenströme möglichst mittig im Lagerspalt des Gleitlagers geführt und gehalten werden. Dadurch wird eine Kühlung des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu bekannten Lösungen auf konstruktiv einfache Art und Weise verbessert.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung der Mündungsbereiche der Leitungen zueinander in Abhängigkeit der Lagerbreite in axialer Richtung des Gleitlagers vorzusehen, um ein vorzeitiges seitliches Ausschieben des Ölvolumenstromes, der aus der ersten Leitung in den Lagerspalt eingeleitet wird, aus dem Lagerspalt mittels der Ölvolumenströme, die jeweils aus der zweiten Leitung und aus der dritten Leitung in den Lagerspalt eingeleitet werden, zu vermeiden.
Der Mündungsbereich der ersten Leitung kann oder die Mündungsbereiche der ersten Leitung und der vierten Leitung können bei weiteren Ausführungen des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung im Bereich einer axialen Gleitlagermitte angeordnet sein, die sich über maximal 25% der axialen Lagerbreite des Gleitlagers erstreckt.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Mündungsbereiche der zweiten Leitung und der dritten Leitung im Bereich einer axialen Gleitlagermitte angeordnet sind, die sich über maximal 50% der Lagerbreite des Gleitlagers erstreckt.
Der Abstand zwischen dem Mündungsbereich der ersten Leitung und dem Mündungsbereich der zweiten Leitung kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in Umfangsrichtung und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der ersten Leitung oder maximal 10% des gesamten Lagerumfangs des Gleitlagers entsprechen.
Bei weiteren Ausführungsformen des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung besteht die Möglichkeit, dass der Abstand zwischen dem Mündungsbereich der ersten Leitung und dem Mündungsbereich der dritten Leitung in Umfangsrichtung und in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der ersten Leitung oder maximal 10% des gesamten Lagerumfangs des Gleitlagers entspricht.
Die axialen Abstände zwischen dem Mündungsbereich der ersten Leitung und dem Mündungsbereich der zweiten Leitung sowie zwischen dem Mündungsbereich der ersten Leitung und dem Mündungsbereich der dritten Leitung können jeweils maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der ersten Leitung entsprechen.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass der Mündungsbereich der ersten Leitung und/oder der Mündungsbereich der zweiten Leitung und/oder der Mündungsbereich der dritten Leitung und/oder der Mündungsbereich der vierten Leitung kreisförmig, elliptisch, rechteckig, trichterförmig oder langlochartig ausgeführt ist bzw. sind, um das Schmiermittel bzw. das Öl jeweils in einer Art und Weise in den Lagerspalt einleiten zu können, mit der eine möglichst hohe Kühlleistung erzielbar ist.
Die Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der ersten Leitung und/oder die Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der vierten Leitung weichen bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung von der Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der zweiten Leitung und/oder von der Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches der dritten Leitung ab, um die hochbelastete Zone des Gleitlagers in gewünschtem Umfang temperieren zu können. Dabei besteht die Möglichkeit, die Mündungsbereiche der ersten Leitung und der vierten Leitung größer als die Öffnungsquerschnitte der Mündungsbereiche der zweiten Leitung und der dritten Leitung auszuführen.
Die erste Leitung und/oder die vierte Leitung können von einem ersten Ölkreislauf und die zweite Leitung und/oder die dritte Leitung können von einem zweiten Ölkreislauf mit Öl beaufschlagt werden.
Dies bietet auf konstruktiv einfache Art und Weise die Möglichkeit, das Gleitlager mit einem Ölvolumenstrom aus der ersten Leitung und/oder aus der vierten Leitung zu versorgen, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur des Ölvolumenstromes, der jeweils über die zweite Leitung und/über die dritte Leitung in den Lagerspalt eingeleitet wird.
Durch die letztbeschriebene Vorgehensweise wird wiederum auf einfache Art und Weise durch eine im Vergleich zu bekannten Gleitlagerlösungen verbesserte Kühlung eine erhöhte Tragfähigkeit des Gleitlagers erreicht. Des Weiteren ist auch ein Ölsystem mit geringerer Kühlleistung auslegbar und daher effizienter betreibbar.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren eines Gleitlagers, insbesondere eines vorstehend näher beschriebenen Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen. Dabei wird das Öl über eine erste Leitung und/oder eine vierte Leitung mit einer geringeren Temperatur in den Lagerspalt eingeleitet als das Öl, das dem Lagerspalt über eine zweite Leitung und/oder eine dritte Leitung zugeführt wird.
Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise der möglichst mittig zugeführte Ölvolumenstrom aus der ersten Leitung oder die möglichst mittig zugeführten Ölvolumenströme aus der ersten Leitung und der vierten Leitung durch die in axialer Richtung jeweils außenseitig aus der zweiten Leitung und aus der dritten Leitung eingeleiteten wärmeren Ölvolumenströme gegen ein seitliches Auffächern geschützt ist bzw. sind. Damit wird der hochbelastete mittige Lagerbereich des Gleitlagers mit einer möglichst großen kühlen Schmiermittelmenge beaufschlagt und eine wesentliche Verbesserung der Tragfähigkeit des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu bekannten Gleitlagerlösungen erzielt.
Alternativ hierzu oder in Kombination dazu wird Öl in den Lagerspalt des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung von einer Ölzuführeinheit derart in den Lagerspalt eingeleitet, dass das Impulsverhältnis mindestens 5 * 10^-3 ist.
Zusätzlich kann es wiederum zusätzlich oder alternativ zu den beiden vorbeschriebenen Vorgehensweise vorgesehen sein, dass das Öl entweder in Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils gegenüber der radialen Richtung des Gleitlagers unter einem Winkel von 5° bis 60° oder gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteils unter einem Winkel von 5° bis 20° in den Lagerspalt und in Richtung einer Innenseite des zweiten Bauteils geleitet wird.
Grundsätzlich liegt der vorliegenden Offenbarung die Intention zugrunde, mittels gezielter Verteilung der Zuführungsbohrungen in die Ölzuführtasche, die anwendungsfallabhängig unterschiedlichen Zuführtemperaturen des Öls, das in die Ölzuführtasche eingeleitet wird, und die damit verbundenen Strömungsverhältnisse im Lagerspalt des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung auszunutzen, um das Gleitlager optimal mit Schmierstoff zu versorgen und zu Kühlen.
Eine Ausführung des Gleitlagers gemäß vorliegenden Offenbarung zeichnet sich durch die Verwendung mehrerer Ölzuführungen in die Gleitlagertasche aus, die mit unterschiedlich temperierten Schmiermittelströmen versorgt werden. Durch eine bzw. mehrere kalte Zuführungen in der axialen Mitte der Ölzuführtasche und durch außermittige Zuführung von wärmeren Schmiermittelströmen kann das kalte mittige Schmiermittel mittels Versperrung durch das außermittige wärmere Schmiermittel in der axialen Mitte gehalten werden. Dadurch ist auf einfache Art und Weise die Temperatur im engsten Lagerspalt gegenüber herkömmlichen Gleitlagern reduzierbar und die Tragfähigkeit des Gleitlagers aufgrund der dadurch erhöhten Viskosität des Öls im Lagerspalt verbessert.
Die gegenüber der radialen Richtung des Lagerspaltes und in oder gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles winkelige Einleitung des Öls in den Lagerspalt bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, das frische Schmiermittel gezielt in den konvergierenden Lagerspalt zu transportieren und eine seitliche Ausbreitung des frischen Schmiermittels in axialer Richtung zu verringern, weil das frische Schmiermittel dadurch mittiger im Lagerspalt und in Richtung des engsten Schmierspaltes geführt wird. Da der tragende Bereich primär in der axialen Mitte des Lagers auftritt, kann hier das frische Schmiermittel gezielter wirken. Die reduzierte Temperatur bewirkt eine höhere Viskosität und damit eine verbesserte Tragfähigkeit.
Wird das Öl gegenüber der radialen Richtung des Lagerspaltes und in Umfangsrichtung des Lagerspaltes und gegen die Hauptdrehrichtung des zweiten Bauteiles gegenüber dem ersten Bauteil unter einem Winkel aus der Leitung in die Ölzuführtasche eingeleitet, bewirkt der Schmierstoffstrahl, der entgegen der Rotationsrichtung des zweiten Bauteils ein den Lagerspalt eingeleitet wird, dass der Jet-Impuls bzw. der Strahlimpuls des ausgeleiteten Öls dem heißen überschleppten Öl an der Innenwand des zweiten Bauteiles entgegenwirkt. Das kalte Öl wird dadurch nach dem Auftreffen an der Innenseite des rotierenden zweiten Bauteils von diesem in gewünschter Art und Weise beschleunigt. Dann verdrängt das beschleunigte Öl aufgrund der angreifenden Fliehkraft das überschleppte heiße Öl im Lagerspalt in axialer Richtung nach außen und leitet dieses aus dem Lagerspalt.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung ein Planetengetriebe eines Flugtriebwerkes, bei dem ein Planetenrad über ein vorstehend näher beschriebenes Gleitlager drehbar auf einem Planetenbolzen angeordnet ist, der drehfest mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Planetenträger drehfest ausgeführt. Bei einer solchen Ausführung kann eine Hauptlastrichtung des Gleitlagers in Drehrichtung des Planetenrades mit einer radialen Richtung des Planetenträgers einen Winkel von etwa 90° einschließen. Der wenigstens eine Kanal 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° bis 150°, vorzugsweise von 90° bis 135° einschließt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Ölzuführtasche außerhalb eines Umfangsbereiches des Gleitlagers angeordnet ist, der mit der radialen Richtung des Planetenträgers in Drehrichtung des Planetenrades Winkelwerte in einem Bereich von 10° bis 120°, vorzugsweise von 10° bis 100° einschließt.
Bei dieser Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung ist gewährleistet, dass die Ölzuführtasche in Umfangsrichtung des Gleitlagers außerhalb der hochbelasteten Zone des Gleitlagers angeordnet ist. Damit kann das Öl in gewünschtem Umfang aus der Ölzuführtasche in den Lagerspalt des Gleitlagers eingebracht werden.
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 Trägerelement mit einer radialen Richtung des Planetenträgers betriebspunktabhängig Winkelwerte zwischen 110° bis 180° einschließen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Ölzuführtasche außerhalb eines Umfangsbereiches des Gleitlagers angeordnet ist, der mit der radialen Richtung des Planetenträgers in Drehrichtung des Planetenrades Winkelwerte in einem Bereich von 90° bis 190°, vorzugsweise von 30° bis 210° einschließt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Ölzuführtasche außerhalb eines hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers angeordnet ist und Öl mit geringem Aufwand in den Lagerspalt zwischen dem Planetenrad und dem Trägerelement einbringbar ist.
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 angegebenen Kombinationen der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der 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 die 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 Längsansicht des Planetenbolzens gemäß 4 entlang einer in 4 näher gekennzeichneten Schnittlinie IV-IV;
6 eine stark vereinfachte dreidimensionale Einzeldarstellung eines Planetenbolzens des Planetengetriebes gemäß 3 mit einer Ölzuführtasche, in die eine Leitung mündet;
7 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Planetengetriebes entlang einer in 3 näher gekennzeichneten Schnittlinie VII-VII;
8 eine Schnittansicht einer ersten Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform des Planetengetriebes entlang einer in 7 näher gekennzeichneten Schnittlinie VIII-VIII;
9 eine 8 entsprechende Darstellung der ersten Variante des Planetengetriebes gemäß 8 mit im Lagerspalt des Gleitlagers in Umfangsrichtung verlaufenden Temperaturzonen des in den Lagerspalt eingebrachten Öls;
10 eine 8 entsprechende Darstellung einer zweiten Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform des Planetengetriebes entlang der in 7 näher gekennzeichneten Schnittlinie VIII-VIII;
11 eine 9 entsprechend Darstellung der zweiten Variante des Planetengetriebes gemäß 10 mit in Umfangsrichtung des Lagerspaltes des Gleitlagers verlaufenden Temperaturzonen des Öls;
12 eine 6 entsprechende Darstellung eines Planetenbolzens einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß 3;
13 eine Schnittansicht einer Variante des in 12 gezeigten Planetengetriebes entlang einer in 12 näher gekennzeichneten Schnittlinie XIII-XIII;
14 eine vergrößerte Ansicht eines in 13 näher gekennzeichneten Bereiches XIV;
15 eine 13 entsprechende Darstellung einer weiteren Variante des Planetengetriebes gemäß 12;
16 eine vergrößerte Darstellung eines in 15 näher gekennzeichneten Bereiches XVI des Planetengetriebes;
17 eine Längsschnittansicht der in 13 gezeigten dritten Variante des Planetengetriebes sowie der in 15 dargestellten vierten Variante des Planetengetriebes entlang einer jeweils in 13 und 15 näher gekennzeichneten Schnittlinie XVII-XVII;
18 eine 9 entsprechende Darstellung der dritten Variante des Planetengetriebes gemäß 13 mit in Umfangsrichtung des Gleitlagers verlaufenden Temperaturzonen des im Lagerspalt vorhandenen Öls;
19 eine 18 entsprechende Darstellung der vierten Variante des Planetengetriebes gemäß 15 mit in Umfangsrichtung verlaufenden Temperaturzonen des im Lagerspalt vorhandenen Öls;
20 eine Abwicklung des Lagerspaltes eines mit Öl beaufschlagten Gleitlagers, das aus der Praxis bekannt ist, mit sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Gleitlagers erstreckenden Temperaturzonen;
21 eine 20 entsprechende Darstellung des Temperaturprofils in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Gleitlagers gemäß der vorliegenden Offenbarung, das der ersten Variante, der zweiten Variante, der dritten Variante oder der vierten Variante des Planetengetriebes entsprechend mit Öl versorgt wird;
22 eine stark vereinfachte Darstellung einer Ölzuführtasche einer weiteren Variante des Planetengetriebes gemäß 3 mit zwei Leitungen, deren Mündungsbereiche in der Ölzuführtasche münden und die in Umfangsrichtung und in Hauptdrehrichtung des Planetenrades gegenüber dem Planetenbolzen zueinander beabstandet sind sowie in axialer Richtung des Gleitlagers auf gleicher Höhe liegen;
23 eine 22 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß 3, wobei drei Leitungen in die Ölzuführtasche münden, deren Mündungsbereiche in einer sogenannten A-Anordnung zueinander angeordnet sind;
24 eine 23 entsprechende Darstellung der Variante des Planetengetriebes gemäß 23, wobei jeweils Strömungspfade des Öls, das aus den Mündungsbereichen der drei Leitungen in die Ölzuführtasche eingebracht wird, und von überschlepptem Öl im Lagerspalt angegeben sind;
24a eine schematisierte zweidimensionale Ansicht eines Bereiches des ersten Bauteiles, in dem die Ölzuführtasche mit den Mündungsbereichen der ersten, der zweiten und der dritten Leitung vorgesehen ist;
24b eine vereinfachte Darstellung der Mündungsbereiche der der ersten, der zweiten und der dritten Leitung;
25 bis 27 jeweils 23 entsprechende Darstellungen weiterer Anordnungsmöglichkeiten der Mündungsbereiche der drei Leitungen innerhalb der Ölzuführtasche;
28 bis 30 eine 23 entsprechende Darstellung weiterer Ausführungsformen des Planetengetriebes, bei denen jeweils vier Leitungen in die Ölzuführtasche münden;
31 eine 28 entsprechende Darstellung einer Ölzuführtasche mit vier Mündungsbereichen eines Gleitlagers, wobei die Mündungsbereiche zueinander in einer sogenannten V-Anordnung in der Ölzuführtasche des Gleitlagers positioniert sind;
32 eine 24 entsprechende Darstellung mit Strömungspfaden des frischen Öls und des überschleppten Öls, die sich jeweils aufgrund der in 31 dargestellten V-Anordnung der Mündungsbereiche der Leitungen in die Ölzuführtasche einstellen;
33 eine 6 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß 3 mit drei Leitungen, deren Mündungsbereiche in der in 23 näher dargestellten Art und Weise zueinander angeordnet sind;
34 eine 8 entsprechende Darstellung der Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß 33 entlang einer in 33 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXIV-XXXIV;
35 eine 34 entsprechende Darstellung der Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß 33 entlang der in 33 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXV-XXXV;
36 eine Längsschnittansicht des Planetengetriebes gemäß 33 entlang einer in 34 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXVI-XXXVI;
37 eine 36 entsprechende Darstellung des Planetengetriebes gemäß 33 entlang einer in 35 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXVII-XXXVII; und
38 eine 21 entsprechende Darstellung der Abwicklung des Lagerspaltes des Gleitlagers des Planetengetriebes gemäß 33, mit sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Gleitlagers erstreckenden Temperaturzonen.

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.
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, während der Planetenbolzen 42 in 5 in einer Längsschnittansicht gezeigt ist. Eine in 4 gezeigte erste Kreislinie 42A1 entspricht dem Durchmesser des Planetenbolzens 42, wenn dieser im Wesentlichen die Umgebungstemperatur des Gasturbinentriebwerkes 10 aufweist. Im Unterschied dazu entspricht die weitere Linie 42B1 dem Umfang des Planetenbolzens 42 im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 10 eines herkömmlich ausgeführten Planetengetriebes 30. Zusätzlich gibt der Pfeil 43 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 am Planetengetriebe 30 anliegenden Drehmoment. Die weitere Lagerkraftkomponente FF resultiert aus der Fliehkraft, die im Betrieb des Planetengetriebes 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 32 einen Winkel phi ein, der gleich 90° ist. Die Lagerkraftkomponente FF schließt mit der radialen Erstreckungsrichtung des Planetenträgers 34 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 32 einen Winkel phi ein, der gleich 180° ist.
Wenn der Planetenträger 34 drehbar ausgeführt ist, variiert der Winkelwert des Winkels phi, den die Hauptlastrichtung 43 mit der radialen Richtung des Planetenträgers 34 einschließt, betriebszustandsabhängig in einem Bereich von 110° bis 180°.
Im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 10 steigt der Außendurchmesser des Planetenbolzens 42 der Linie 42B1 ausgehend von einem radial äußeren Punkt 45 einer Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 32 zunehmend an. Im Bereich des Planetenbolzens 42, der umfangsseitig die Hauptlastrichtung 43 umgibt, weicht der Außendurchmesser des Planetenbolzens 42 wesentlich stärker von der Kreislinie 42A ab als im radial äußeren Punkt 45 der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der nicht rotierende Planetenbolzen 42, der drehfest mit dem Planetenträger 34 verbunden ist, im Bereich der Hauptlastrichtung 43 den größten Wärmeeintrag erfährt. Dies ist der Fall, da hier ein Lagerspalt 63 des Gleitlagers 41 zwischen einer Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 und einer Innenseite 64 des Planetenrades 32 aufgrund der angreifenden Belastung am geringsten ist.
Im Unterschied dazu weist das rotierende Planetenrad 32 aufgrund der Rotation und der thermischen Trägheit keine dem Planetenbolzen 42 entsprechende lokal begrenzte Erwärmung auf. Aus diesem Grund erweitert sich der Innendurchmesser des Planetenrades 32 mit steigender Betriebstemperatur des Planetengetriebes 30 in Umfangsrichtung homogen.
Aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens des Planetenbolzens 42 und des Planetenrades 32 verringert sich die Höhe des Lagerspaltes 63 des Gleitlagers 41 in der Hauptlastzone noch stärker, die sich in Umfangsrichtung U um die Hauptlastrichtung 43 herum erstreckt. Dies bewirkt im Bereich der Hauptlastzone des Gleitlagers 41 und besonders im Planetenbolzen 42 lokal begrenzt sehr hohe Betriebstemperaturen. Diese hohen Betriebstemperaturen beeinträchtigen eine Tragfähigkeit und eine Lebensdauer des Gleitlagers 41 in unerwünschtem Umfang.
5 zeigt eine Längsschnittansicht des Planetenbolzens 42 entlang einer in 4 näher gekennzeichneten Schnittlinie V-V. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass sich der Planetenbolzen 42 bei höheren Betriebstemperaturen mittig stärker ausdehnt als im Bereich seiner Enden.
Eine stark vereinfachte dreidimensionale Einzeldarstellung einer ersten Ausführungsform eines der Planetenbolzen 42 des Planetengetriebes 30 gemäß 3 zeigt 6. Im Bereich seiner Außenseite 46 ist der Planetenbolzen 42 mit einer Ölzuführtasche 47 ausgeführt. Die Planetenbolzen 42 sind jeweils so im Planetenträger 34 montiert, dass die Ölzuführtaschen 47 in Umfangsrichtung U des Planetenbolzens 42 auf jeden Fall jeweils außerhalb des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 angeordnet ist. Die Ölzuführtasche 47 ist vorliegend als Ab- bzw. Ausfräsung an der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 ausgeführt.
In die Ölzuführtasche 47 mündet eine Leitung 48, deren Mündungsbereich 49 in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 in der Mitte des Gleitlagers 41 angeordnet ist. Zusätzlich ist der Mündungsbereich 49 in Umfangsrichtung U und in axialer Richtung X mittig in der Ölzuführtasche 47 angeordnet, die vorliegend im Wesentlichen rechteckig ausgeführt ist. Dabei erstreckt sich die Ölzuführtasche 47 in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 über einen größeren Bereich der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 als in Umfangsrichtung U.
Die Ölzuführtasche 47 ist vorliegend im Bereich des radial äußeren Punktes 45 des Planetenbolzens 42 und damit auch des Gleitlagers 41 vorgesehen. Damit ist die Ölzuführtasche 47 in Umfangsrichtung U des Planetenbolzens 42 in einem gering belasteten Bereich des Gleitlagers 41 angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass über die Leitung 48 in die Ölzuführtasche 47 zugeführtes Öl während der Rotation des Planetenrades 32 in gewünschter Art und Weise in einen Lagerspalt 51 des Gleitlagers 41 gelangt.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann der hochbelastete Bereich des Gleitlagers 41 in einem Umfangsbereich des Gleitlagers 41 vorliegen, der mit der radialen Richtung Y des Planetenträgers 34 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 42, die der Hauptdrehrichtung des Planetenrades 32 entspricht, Winkelwerte des Winkels phi in einem Bereich von 120° bis 225°, vorzugsweise von 120° bis 200° einschließen. Die Ölzuführtasche 47 kann außerhalb eines Umfangsbereiches des Gleitlagers 41 angeordnet sein, der mit der radialen Richtung Y des Planetenträgers 34 in Drehrichtung 44 des Planetenrades 32 Winkelwerte des Winkels phi in einem Bereich von 90° bis 190°, vorzugsweise von 30° bis 210° einschließt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Ölzuführtasche 47 außerhalb eines hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 angeordnet ist und Öl mit geringem Aufwand in den Lagerspalt 51 zwischen dem Planetenrad 32 und dem Planetenrad 42 einbringbar ist.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Planetengetriebes 30 entlang einer in 3 näher gekennzeichneten Schnittlinie VII-VII, die mit dem gemäß 6 ausgeführten Planetenbolzen 42 ausgebildet ist. Der Planetenträger 34 des Planetengetriebes 30 umfasst zwei in axialer Richtung X zueinander beabstandete Wangen 34A und 34B. Der Planetenbolzen 42 ist endseitig jeweils in einer Bohrung 50A bzw. 50B der Wange 34A bzw. 34B des Planetenträgers 34 drehfest angeordnet.
Zusätzlich zeigen 8 bis 12 jeweils eine Querschnittansicht verschiedener Ausführungsformen des Planetengetriebes 30 entlang einer in 7 näher gekennzeichneten Schnittlinie VIII-VIII, deren Planetenbolzen 42 jeweils in dem zu 6 beschriebenen Umfang ausgebildet ist und die sich jeweils im Wesentlichen lediglich in Bereich der Leitung 48 unterscheiden.
Öl wird unter Druck von einer Ölzuführeinheit 52 in eine im Planetenbolzen 42 im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Zuführleitung 53 eingeleitet, die mit der Leitung 48 in Verbindung steht. Die Zuführleitung 53 ist vorliegend als Sacklochbohrung ausgeführt.
Die Ölzuführeinheit 52 und ein Strömungsquerschnitt der Leitung 53 sowie ein Strömungsquerschnitt der Leitung 48 sind derart ausgelegt bzw. aufeinander abgestimmt, dass im Betrieb des Planetengetriebes 30 ein Verhältnis zwischen dem Impuls, mit dem das Öl aus der Leitung 48 in den Lagerspalt 51 eingeleitet wird, und dem Impuls des Öls, das an einer Innenseite 54 des Planetenrades 32 anhaftet, mindestens 5 * 10^-3 ist. Dabei entspricht der Impuls des eingeleiteten Öls dem Produkt aus dem Quadrat der Einströmgeschwindigkeit des Öls in die Ölzuführtasche 47, vorzugsweise im Mündungsbereich 49 der Leitung 48, und der Dichte dieses Öls. Darüber hinaus entspricht der Impuls des Öls, das an der Innenseite 54 des Planetenrades 32 anhaftet, gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit des am zweiten Bauteil bzw. am Planetenrad 32 anhaftenden Öls und der Dichte des Öls. Dabei ist die Geschwindigkeit des anhaftenden Öls im Wesentlichen gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Innenseite 54 des Planetenrades 32.
Das zugeführte Öl bzw. Schmiermittel wird außerhalb des Lagerspaltes 51 im Bereich der Ölzuführeinheit 52 unter Druck gesetzt und dann mittels eines entsprechend kleinen Strömungsquerschnittes im Bereich der Leitung 48 bzw. im Mündungsbereich 49, d.h. im Einlass zur Ölzuführtasche 47 stark beschleunigt. Das beschleunigte Öl trifft im Bereich der Ölzuführtasche 47 auf heißes überschlepptes Schmiermittel sowie die heiße rotierende Schale des Gleitlagers 41, die vorliegend die Innenseite 54 des Planetenrades 32 ist. Dadurch wird erreicht, dass das überschleppte Schmiermittel bzw. Öl seitlich aus dem Lagerspalt 51 verdrängt und aus dem Lagerspalt 51 ausgepresst wird. Dies führt dazu, dass primär das kalte zugeführte Öl in der axialen Mitte des Gleitlagers 41 verbleibt und in den engsten Schmierspalt bzw. in den hochbelasteten Bereich des Gleitlagers 41 geschleppt wird, in dem die radiale Höhe des Lagerspaltes 51 am geringsten ist.
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform des Planetengetriebes 30 schließt der Verlauf der Leitung 48 mit der radialen Richtung X des Lagerspaltes 51 einen Winkel α ein. Dabei variiert der Winkel α in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Anwendungsfalles, um eine möglichst hohe Kühlleistung im Bereich des Gleitlagers 41 zur Verfügung zu stellen.
Dabei wird der Winkel α derart vorgesehen, dass das Öl in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles aus der Leitung 48 unter Werten des Winkels α von etwa 5° bis 60° gegenüber der radialen Richtung Y des Lagerspaltes 51 und in Hauptdrehrichtung des Planetenrades 32, die in 8 durch den Pfeil HR näher gekennzeichnet ist, gegenüber dem ersten Bauteil bzw. dem Planetenbolzen 42 in den Lagerspalt 51 und in Richtung der Innenseite 54 des Planetenrades 32 geführt wird. Dadurch wird auf konstruktiv einfache Art und Weise eine gute Kühlung des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 und damit eine Verbesserung der Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 erzielt.
9 zeigt eine 8 entsprechende Darstellung der Ausführungsform des Planetengetriebes 30 gemäß 8, wobei eine Höhe des Lagerspaltes 51 in Umfangsrichtung U in 9 nicht maßstabsgerecht dargestellt ist. Zusätzlich zeigt 9 im Lagerspalt verschiedene Temperaturzonen 51A bis 51E des Schmiermittels bzw. des Öls, die sich sowohl in radialer Richtung Y als auch in Umfangsrichtung U erstrecken. Darüber hinaus weist das Gleitlager 41 auch in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 über der Lagerbreite ein Temperaturprofil auf, auf das später in der Beschreibung zu 21 näher eingegangen wird.
Die Temperaturzone 51A des Lagerspaltes 51 ist durch die niedrigste Temperatur des Öls im Lagerspalt 51 gekennzeichnet. Dabei erstreckt sich die Temperaturzone 51A zunächst vom Mündungsbereich 49 der Leitung 48 schräg durch dem Lagerspalt 51 in Richtung der Innenseite 54 des Planetenrades 32. Dieser erste Bereich der Temperaturzone 51A entsteht durch den Ölstrahl, der unter dem Winkel α aus dem Mündungsbereich 49 der Leitung 48 austritt. Dort wo der Ölstrahl auf die Innenseite 54 des Planetenrades 32 auftrifft, wird überschlepptes Öl durch das in den Lagerspalt 51 eingeleitete Öl abgekühlt. In Umfangsrichtung U vor dem Auftreffbereich des eingeleiteten Öls auf die Innenseite 54 des Planetenrades endet eine Temperaturzone 51B des Lagerspaltes 51, in der die höchste Betriebstemperatur des Öls vorliegt, die gleich der Temperatur des im Lagerspalt 51 in Umfangsrichtung U überschlepptem Öl aus dem engsten Lagerspalt ist.
Aufgrund des mit entsprechendem Impuls in den Lagerspalt 51 eingeleiteten Öls bleibt das kühle frische Öl an der Innenseite 54 des Planetenrades 32 haften und wird in Umfangsrichtung U vom Planetenrad 32 in Richtung des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 am äußeren Umfang des Lagerspaltes 51 mitgeschleppt. Zwischen der Zone 51A und der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 bildet sich eine dritte Temperaturzone 51C, in deren Bereich das Öl eine etwas höhere Temperatur als in der Zone 51A aufweist. Die Zone 51C erstreckt sich vom Ölstrahl bzw. von dem den Lagerspalt 51 unter dem Winkel α durchdringenden Bereich der Zone 51A in Umfangsrichtung U bis hin zum hochbelasteten Bereich des Gleitlagers 41, der vorliegend um die Hauptlastrichtung 43 herum vorliegt. Im Bereich der hochbelasteten Zone, in der die radiale Höhe des Lagerspaltes 51 am kleinsten ist, wird das Öl aufgrund der Scherbelastung erhitzt. Stromauf des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 konvergiert die Spalthöhe des Lagerspaltes 51 von der Ölzuführtasche 47 stetig bis zum hochbelasteten Bereich.
In einem Umfangsbereich des Lagerspaltes 51, der dem hochbelasteten Bereich des Gleitlagers 41 in Umfangsrichtung U bzw. in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 folgt, divergiert die Spalthöhe des Lagerspaltes 51 bzw. steigt die radiale Spalthöhe des Lagerspaltes 51 wieder in Richtung der Ölzuführtasche 47 stetig an. Öl haftet nach dem Verlassen des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 an der Innenseite 54 des Planetenrades 32 aufgrund der im Betrieb am Öl angreifenden Fliehkraft in gleichem Umfang wie das zuvor in den Lagerspalt 51 eingeleitete frische Öl an und wird vom Planetenrad 32 in Umfangsrichtung U bzw. in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 in Richtung der Ölzuführtasche 47 mitgeschleppt. Zwischen der Temperaturzone 51B und der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 liegt eine weitere Temperaturzone 51D des Lagerspaltes 51 vor, innerhalb der der Lagerspalt 51 nicht vollständig mit Öl befüllt ist. Die Bereiche der Temperaturzone 51D, in den Öl in Form von Öltröpfchen vorliegt, sind in 9 unter dem Bezugszeichen 51DF näher gekennzeichnet. Die Schmiermittelbereiche 51DF der Zone 51 D weisen eine unwesentlich geringere Betriebstemperatur als das überschleppte Öl in der Temperaturzone 51B auf.
Zusätzlich stellt sich in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 zwischen der Zone 51D und der Zone 51A sowie radial innerhalb der Zone 51B eine weitere Zone 51E ein, die vollständig mit Öl befüllt ist und in deren Bereich das Öl eine Betriebstemperatur aufweist, die im Wesentlichen der Betriebstemperatur des Öls in der Zone 51C entspricht. Die im Vergleich zu den Zonen 51B und den Schmiermittelbereichen 51DF der Zone 51D geringere Betriebstemperatur des Schmiermittels in der Zone 51E stellt sich wiederum aufgrund des aus der Leitung 48 in den Lagerspalt 41 eingeleiteten Ölvolumenstroms ein.
Das durch die verschiedenen Temperaturzonen 51A bis 51 E in Umfangsrichtung des Gleitlagers 41 vorliegende Temperaturprofil des Schmiermittels bzw. des Öls im Lagerspalt 51 wirkt sich positiv auf die Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 aus. Dies resultiert aus der Tatsache, dass durch die Zuführung des Öls mit dem entsprechend hohen Impuls und die schräge Einleitung des Öls gegenüber der radialen Richtung Y und in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 gegenüber dem Planetenbolzen 42 eine verbesserte Kühlung und eine verbesserte Verdrängung des überschleppten warmen Öls in der Zone 51B erreicht wird.
10 zeigt eine 8 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles des Planetengetriebes 30, bei dem die Leitung 48 mit der radialen Richtung Y des Planetengetriebes 30 einen Winkel β einschließt, der in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles bzw. Lastfalles für eine gute Kühlung und eine gute Verdrängung von überschlepptem Warmöl aus dem Lagerspalt 51 des Gleitlagers 41 ausgelegt wird. Der Winkel β wird grundsätzlich so gewählt, dass die Ausleitrichtung des Öls aus der Leitung 48 mit der radialen Richtung Y des Lagerspaltes 51 und gegen die Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 gegenüber dem Planetenbolzen 42 Werte des Winkels β von etwa 5° bis 20° einschließt.
11 zeigt eine 9 entsprechende Darstellung mit den Temperaturzonen 51 A bis 51E im Lagerspalt 51, die sich aufgrund der zu 10 beschriebenen schrägen Einleitung des Öls aus der Leitung 48 in den Lagerspalt 51 einstellen. Ein Vergleich der Darstellungen gemäß 9 und 11 ergibt, dass sich die Temperaturzonen 51A und 51C bei dem Planetengetriebe 30 gemäß 10 über einen größeren Umfangsbereich des Gleitlagers 41 bzw. des Lagerspalts 51 erstrecken, als die Temperaturzonen 51A und 51C des Lagerspaltes 51 des Planetengetriebes 30 gemäß 9. Gleichzeitig erstreckt sich die Temperaturzone 51E bei der Ausführung des Planetengetriebes 30 gemäß 10 in Umfangsrichtung U über einen kleineren Winkelbereich bzw. Umfangsbereich des Lagerspaltes 51 als die Temperaturzone 51E des Gleitlagers 41 gemäß 8 bzw. 9.
12 zeigt eine stark schematisierte dreidimensionale Darstellung des Planetenbolzens 42 weiterer Ausführungsformen des Planetengetriebes 30. Der Planetenbolzen 42 ist mit der Ölzuführtasche 47 und der Leitung 48 ausgeführt. Dabei umfasst die Leitung 48 in dem zu 13 bis 19 näher beschriebenen Umfang zwei Leitungsabschnitte 48A, 48B, die sich in Zuführrichtung Z14 bzw. Z16 des Öls in die Ölzuführtasche 47 aneinander anschließen. Der Strömungsquerschnitt des ersten Leitungsabschnittes 48A, der direkt mit der Zuführleitung 53 in Verbindung steht, ist kleiner als der Strömungsquerschnitt des zweiten Leitungsabschnitts 48B, der in die Ölzuführtasche 47 mündet.
Die Strömungsquerschnitte der beiden Leitungsabschnitte 48A und 48B sind in Umfangsrichtung U bzw. in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 versetzt zueinander angeordnet. Dabei erweitert sich der Strömungsquerschnitt der Leitung 48 für das Öl ausgehend vom ersten Leitungsabschnitt 48A in Richtung des zweiten Leitungsabschnitt 48B in Umfangsrichtung U des Lagerspaltes 51 und gegen die Hauptdrehrichtung HR des zweiten Bauteils bzw. des Planetenrades 32 bei dem in 13, 14 und 18 näher dargestellten Ausführungsbeispiel stärker als in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32.
Im Unterschied dazu erweitert sich der Strömungsquerschnitt der Leitung 48 für das Öl ausgehend vom ersten Leitungsabschnitt 48A in Richtung des zweiten Leitungsabschnitts 48B in Umfangsrichtung U des Lagerspaltes 51 und in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 gegenüber dem Gleitlager 41 bei dem in 15, 16 und 19 dargestellten Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes 30 stärker als gegen die Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32.
Die außermittige Anordnung der Leitungsbereiche 48A und 48B der Leitung 48 gemäß 13, die eine außermittige Strahlführung des Ölvolumenstromes in der Leitung 48 bewirkt, lenkt den Ölvolumenstrom gegenüber der radialen Richtung X in Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32 und in Richtung der Innenseite 54 des Planetenrades 32 um. Die Umlenkung des Ölvolumenstromes in Rotationsrichtung bzw. in die Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 nutzt den sogenannten Coandä-Effekt aus. Dadurch wird das frisch zugeführte Schmiermittel bzw. Öl mittiger im Gleitlager 41 in Richtung des engsten Schmierspaltes bzw. der Hauptlastzone des Gleitlagers 41 transportiert. Da der tragende Bereich primär in der axialen Mitte des Gleitlagers 41 auftritt, kann hier das frische Schmiermittel gezielter wirken. 14 zeigt einen in 13 näher angegebenen Bereich XIV in vergrößerter Darstellung und die außermittige Anordnung der beiden Leitungsabschnitte 48A und 48B zueinander sowie die Zuführrichtung Z14 des Öls von der Leitung 48 bis in den Lagerspalt 51.
15 und 16 zeigen die außermittige Anordnung der beiden Leitungsbereiche 48A und 48B in Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32, die aufgrund des dadurch ebenfalls wirkenden Coandä-Effekts eine schräge Ausleitung des Ölvolumenstromes aus der Leitung 48 gegen die Rotationsrichtung HR und in Richtung der Innenseite 54 des Planetenrades 32 gemäß der Zuführrichtung Z16 bewirkt.
17 zeigt eine Längsschnittansicht der in 13 und 15 dargestellten Varianten des Planetengetriebes 30 entlang einer jeweils in 13 und 15 näher gekennzeichneten Schnittlinie XVII-XVII.
18 und 19 zeigen jeweils eine 9 entsprechende Darstellung der Ausführungsformen des Planetengetriebes 30 gemäß 13 bzw. 15. Die gegenüber der radialen Richtung Y des Planetengetriebes 30 bzw. des Gleitlagers 41 schräg verlaufende Einleitung des Ölvolumenstromes in den Lagerspalt 51 führt wiederum dazu, dass sich im Lagerspalt 51 in Umfangsrichtung U und in Rotationsrichtung HR des Planetenrades 42 im Lagerspalt 51 die verschiedenen Schmiermittelzonen bzw. Temperaturzonen 51A bis 51 E einstellen.
Ein Vergleich der Darstellung gemäß 9 bzw. 11 und der Darstellungen gemäß 18 bzw. 19 ergibt, dass sowohl eine schräg verlaufende Leitung 48 als auch die außermittige Anordnung der Leitungsabschnitte 48A und 48B zueinander in Verbindung mit einem entsprechend hohen Impulsverhältnis des Öls eine Verbesserung der Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 im Vergleich zu bekannten Gleitlagerausführungen bewirkt.
Bei weiteren Ausführungsformen des Planetengetriebes 30 kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der Leitungen 48, 55 bzw. 48, 55, 57 bzw. 67 bis 70 sowohl mit außermittig zueinander ausgeführten Leitungsabschnitten als auch mit einem gegenüber der radialen Richtung Y schrägen Verlauf ausgeführt ist.
20 zeigt eine Abwicklung eines Lagerspaltes 100 eines herkömmlich ausgeführten Gleitlagers, bei dem Öl im Bereich einer Ölzuführtasche im Wesentlichen in radialer Richtung Y und mit einem nicht ausreichenden Impulsverhältnis in den Lagerspalt eingeleitet wird. Im Lagerspalt 100 stellen sich im Betrieb in Umfangsrichtung U und in Drehrichtung bzw. in Hauptdrehrichtung HR des drehbaren Bauteiles des Gleitlagers verschiedene Temperaturzonen 100A bis 100H ein. Die Temperaturzonen 100A bis 100H stellen sich aufgrund der unzureichenden Schmiermittelzuführung in den Lagerspalt 100 ein. Zudem ist unter der Darstellung des aufgewickelten Lagerspaltes 100 in 20 eine Temperaturskala für die Temperaturzonen 100A bis 100H angegeben. Die Temperatur in der Zone 100A ist am niedrigsten und entspricht im Wesentlichen der Zuführtemperatur des Öls in den Lagerspalt 100. Darüber hinaus ist die Temperatur in der Temperaturzone 100H des Schmiermittels am höchsten und entspricht im Wesentlichen der Temperatur im Lagerspalt 100 im engsten Schmierspalt bzw. der Temperatur des überschleppten Öls.
Vorliegend umfasst ein Umfangsbereich U101 des Lagerspaltes 100 den Bereich des Lagerspaltes, in dem die Ölzuführtasche des Gleitlagers vorgesehen ist und in dem eine Vermischung zwischen dem im Lagerspalt 100 überschleppten Öl und dem zugeführten kühlen Öl stattfindet. An den Umfangsbereich U101 schließt sich ein zweiter Umfangsbereich U102 des Lagerspaltes 100 an, in dem der Lagerspalt bzw. dessen Höhe in Rotationsrichtung des drehbaren Bauteiles des Gleitlagers konvergiert und eine weitere Vermischung des heißen überschleppten Schmiermittels mit dem kalten zugeführten Schmiermittel stattfindet. Im Umfangsbereich U102 ist eine in axialer Richtung X des Gleitlagers mittlere Temperaturzone 100C zwischen zwei axial äußeren Temperaturzonen 100D angeordnet, wobei die Temperatur in der Temperaturzone 100C größer ist als in den seitlichen Temperaturzonen 100D des Lagerspaltes 100.
Aufgrund der sich reduzierenden Spalthöhe des Lagerspaltes 100 steigt die Temperatur im Lagerspalt 100 bereits im Umfangsbereich U102 an, weshalb die Temperatur in einer wenigstens annähernd torbogenförmig ausgeführten weitere Temperaturzone 100E höher ist als in den Temperaturzonen 100C und 100D. Die Temperaturzone 100E erstreckt sich aus dem Umfangsbereich U102 über die weiteren Umfangsbereiche U103, U104 bis in den Umfangsbereich U101. Sowohl in Umfangsrichtung U bzw. in Rotationsrichtung HR des drehbaren Bauteiles als auch in axialer Richtung X bzw. in Richtung der Lagermitte des Gleitlagers bzw. des Lagerspaltes 100 sind innerhalb der Temperaturzone 100E weitere Temperaturzonen 100F, 100G und die mittig gelegene Temperaturzone 100H vorgesehen. Dabei steigt die Temperatur des Öl von der Temperaturzone 100E in Richtung der Temperaturzone 100H jeweils an.
Der Umfangsbereich U103 umfasst das Gebiet bzw. den Umfangsbereich des Lagerspaltes 100, in dem der engste Schmierspalt bzw. die geringste Schmierspalthöhe vorliegt und in dem eine signifikante Aufheizung des Schmiermittels im Lagerspalt 100 stattfindet. An den Umfangsbereich U103 schließt sich der weitere Umfangsbereich U104 an, in dem die Höhe des Schmierspaltes in Umfangsrichtung U bzw. in Hauptdrehrichtung HR des drehbaren Bauteils wieder ansteigt. Dieser Bereich entspricht dem zu 9 und 11 beschriebenen teilgefüllten divergierenden Spaltbereich des Lagerspaltes 100. Die zwischen der Temperaturzone 100E und der inneren Temperaturzone 100H angeordnete Temperaturzone 100F und auch die Temperaturzone 100G weisen im Umfangsbereich U104 sowohl in Umfangsrichtung U als auch in axialer Richtung X einen im Wesentlichen konstanten Verlauf bzw. eine konstante Breite auf. Das zu 20 beschriebene Temperaturprofil des Lagerspaltes 100 wirkt sich insbesondere aufgrund der hohen Temperatur des Schmiermittels in der Temperaturzone 100H nachteilig auf die Tragfähigkeit eines Gleitlagers aus. Zusätzlich ist einem solchen Gleitlager eine hohe Schmiermittelmenge zuzuführen, um unerwünscht hohe Lagertemperaturen zu vermeiden.
21 zeigt eine 20 entsprechende Darstellung des Lagerspaltes 51 des Gleitlagers 41 des Planetengetriebes 30 mit verschiedenen umfangsseitigen Lagerspaltabschnitten U511 bis U514 und verschiedenen Temperaturzonen 51A bis 51B. Die Temperaturzonen 51A bis 51B stellen sich grundsätzlich bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen des Planetengetriebes 30 im Lagerspalt 51 ein. Dabei weist die Temperaturzone 51A im Wesentlichen das gleiche Temperaturniveau wie die Temperaturzone 100A des Lagerspaltes 100 auf. Beim Vergleich der beiden Darstellungen gemäß 21 und 20 ist erkennbar, dass sich die kühle Temperaturzone 51A über einen wesentlich größeren Umfangsbereich des Lagerspalts 51 erstreckt, als dies bei der Temperaturzone 100A des Lagerspaltes 100 der Fall ist.
Im Umfangsbereich U511 des Lagerspaltes 51 ist ein Bereich AUF gekennzeichnet, der das Strahlauftreffgebiet des Ölvolumenstromes aus der Leitung 48 an der Innenseite 54 des Planetenrades 32 kennzeichnet. Des Weiteren ist der Darstellung gemäß 21 entnehmbar, dass die vorbeschriebene Ölzuführung in den Lagerspalt 51 das gewünschte Abkühlen und Verdrängen des überschleppten Öls im Lagerspalt 51 bewirkt. Zusätzlich wird durch die impulsreiche und jeweils in Rotationsrichtung oder gegen die Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32 gerichtete Ölzuführung in den Lagerspalt 51 im Vergleich zum Gleitlager, dessen Temperaturprofil in 20 gezeigt ist, insgesamt eine Reduzierung des Temperaturniveaus im Lagerspalt 51 in Umfangsrichtung U und auch in axialer Richtung X erzielt.
Die äußeren Temperaturzonen 51A2 weisen im Wesentlichen das gleiche Temperaturniveau wie die Temperaturzone 100E im Lagerspalt 100 auf. Am signifikantesten zeigt sich die verbesserte Kühlung des Gleitlagers 41 darin, dass die innere Temperaturzone 51B ein niedrigeres Temperaturniveau als die mittlere Temperaturzone 100H des Lagerspaltes 100 aufweist. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel entspricht das Temperaturniveau der Temperaturzone 51B dem Temperaturniveau der Temperaturzone 100G des Lagerspaltes 100. Zusätzlich weist das Öl in der Temperaturzone 51B1 das Temperaturniveau der Temperaturzone 100F auf.
Der Umfangsbereich U511 des Lagerspaltes 51 umfasst neben dem Strahlauftreffgebiet AUF auch einen Teil des Lagerspaltbereiches in Umfangsrichtung U, in dem der Lagerspalt 51 bzw. dessen Höhe bereits in Richtung des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 konvergiert und in dem eine Vermischung des heißen überschleppten Schmiermittels mit kaltem zugeführtem Schmiermittel stattfindet. Die Vermischung des kalten Schmiermittels mit dem überschleppten heißen Schmiermittel setzt sich auch in dem Umfangsbereich U512 des Lagerspaltes 51 fort, in den sich die kälteste Temperaturzone 51A im dargestellten Umfang hinein erstreckt. An den Umfangsbereich U512 schließt sich der Umfangsbereich U513 an, der im Wesentlichen dem Umfangsbereich U103 des Lagerspaltes 100 entspricht und der in Umfangsrichtung U das Gebiet des Lagerspaltes 51 umfasst, in dem der engste Schmierspalt angeordnet ist und in dem eine signifikante Aufheizung des Schmiermittels stattfindet. In Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 schließt sich an den Umfangsbereich U513 der Umfangsbereich U514 des Lagerspaltes 51 an, der im Wesentlichen dem Umfangsbereich U104 des Lagerspaltes 100 entspricht und in dem der teilgefüllte divergierende Spaltbereich vorliegt.
22 zeigt eine Draufsicht auf die Ölzuführtasche 47 des Gleitlagers 41 einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes 30, bei der neben der Leitung 48 eine weitere Leitung 55 in die Ölzuführtasche 47 und damit in den Lagerspalt 51 mündet. Ein Mündungsbereich 56 der weiteren Leitung 55 ist in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 auf dem gleichen Umfangsbereich wie der Mündungsbereich 49 der Leitung 48 angeordnet. Die Leitungen 48 und 55 münden bei dem in 22 gezeigten Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes 30 in axialer Richtung X mittig in der Ölzuführtasche 47. In Umfangsrichtung U des Lagerspaltes 51 und in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 42 ist der Mündungsbereich 56 vom Mündungsbereich 49 beabstandet in der Ölzuführtasche 47 angeordnet.
Durch diese Anordnung der beiden Mündungsbereiche 56 und 49 zueinander stellt sich im Lagerspalt 51 ein Temperaturprofil ein, dass im Wesentlichen dem zu 21 näher beschrieben Temperaturprofil entspricht. Um eine weitere Verbesserung der Kühlung und Schmierung des Gleitlagers 41 zu erreichen, können die Leitungen 48 und 55 wie vorstehend näher erläutert jeweils schräg verlaufend oder mit außermittig zueinander angeordneten Leitungsabschnitten ausgeführt sein. Dann ist das Öl aus den Leitungen 48 und 55 jeweils in der vorstehend näher beschriebenen Art und Weise in Hauptdrehrichtung HR oder gegen die Hauptdrehrichtung HR in den Lagerspalt 51 und vorzugsweise mit einem entsprechend hohem Impuls einleitbar.
Bei weiteren Ausführungsformen besteht die Möglichkeit, den Mündungsbereich 56 zusätzlich auch in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 versetzt zum Mündungsbereich 49 in der Ölzuführtasche 47 anzuordnen. Dabei wird eine gute Kühlung und Schmierung des Gleitlagers 41 erzielt, wenn der Mündungsbereich 56 der Leitung 55 innerhalb eines Sektors S angeordnet ist, dessen Mittelpunkt SM im Mündungsbereich 49 der Leitung 48 liegt und der einen Winkel γ von etwa 120° einschließt.
23 zeigt eine 22 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Planetengetriebes 30, bei dem neben der Leitung 48 eine zweite Leitung 55 und eine dritte Leitung 57 in die Ölzuführtasche 47 münden. Die Leitungen 48, 55 und 57 können alle mit der Zuführleitung 53 in Verbindung stehen oder in dem später zu 33 bis 37 beschriebenen Umfang von unterschiedlichen Ölzuführeinheiten mit Öl beaufschlagt werden.
Mündungsbereiche 56 und 58 der Leitungen 55 und 57 sind sowohl in Umfangsrichtung U des Gleitlagers 41 sowie in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 und auch in axialer Richtung X vom Mündungsbereich 49 der Leitung 48 beabstandet. Dabei sind die Mündungsbereiche 56 und 58 der Leitungen 55 und 57 in Bezug auf den Mündungsbereich 49 der Leitung 48 in axialer Richtung X in der Ölzuführtasche 47 derart angeordnet, dass der Mündungsbereich 49 in axialer Richtung X zwischen den Mündungsbereichen 56 und 58 der Leitungen 55 und 57 angeordnet ist. Somit liegen die Mündungsbereiche 49, 56 und 58 der Leitungen 48, 55 und 57 zueinander in einer sogenannten A-Anordnung vor, die eine effiziente Kühlung des Gleitlagers 41 ermöglicht und im Vergleich zu bekannten Gleitlagerausführungen eine Reduzierung des Temperaturniveaus im Gleitlager 41 bewirkt. Die Mündungsbereiche 56 und 58 der Leitungen 55 und 57 sind in einem Sektor S angeordnet, dessen Mittelpunkt SM im Mündungsbereich 49 der Leitung 48 liegt und dessen Öffnungswinkel γ in etwa 120° entspricht.
In 24 ist in stark vereinfachtem Umfang der Ölfluss im Lagerspalt 51 im Bereich der Ölzuführtasche 47 gezeigt, in der die drei Leitungen 48, 55 und 57 bzw. deren Mündungsbereiche 49, 56 und 58 in dem zu 23 beschriebenen Umfang zueinander angeordnet sind und über die Öl jeweils entgegen der Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32 in den Lagerspalt 47 eingeleitet wird. Dabei geben die Linien P59 und P60 in 24 den Strömungsverlauf von überschlepptem Öl im Lagerspalt 51 wieder. Die Strömung des überschleppten Öls in Umfangsrichtung U bzw. in Rotationsrichtung HR verläuft vor der Ölzuführtasche 47 im Wesentlichen in Umfangsrichtung U. Während der Überströmung der Ölzuführtasche 47 wird das überschleppte Öl den Linien P59 und P60 entsprechend vom Öl, das über die Leitungen 48, 55 und 57 in die Ölzuführtasche 47 eingeleitet wird, in axialer Richtung X zunehmend nach außen in Richtung der axialen Lageraußenseiten des Gleitlagers 41 verdrängt und letztendlich dort aus dem Lagerspalt 51 ausgepresst.
Die Verdrängung des überschleppten Öls im Lagerspalt 51 ergibt sich besonders dann, wenn das kalte Öl aus den Leitungen 48, 55 und 57 mit hohem Impuls in den Lagerspalt 51 im Bereich der Ölzuführtasche 47 eingeleitet wird. Aufgrund des temperaturbedingten Dichteunterschiedes zwischen dem zugeführten kalten Öl und dem überschleppten heißen Öl erfolgt nur eine geringe Vermischung des heißen überschleppten Öls mit dem kalten frisch zugeführten Öl, wodurch eine erhöhte Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 erreicht wird.
Des Weiteren sorgt die mittige Zuführung des frischen Öls für eine adäquate Kühlung und Schmierung des hochbelasteten Bereiches im Umfangsbereich. Die Hauptströmungsrichtung des frisch zugeführten Öls aus der Leitung 48 ist in 24 durch die Linien P61 und P62 angegeben. Zusätzlich zeigen die Linien P63 und P64 die Hauptströmungsrichtung des Öls, das über die Leitung 55 in die Ölzuführtasche 47 eingeleitet wird. Die weiteren Linien P65 und P66 geben die Hauptströmungsrichtung des Öls wieder, das über die Leitung 57 in die Ölzuführtasche 47 eingeleitet wird.
24a zeigt eine schematisierte zweidimensionale Ansicht eines Bereiches des Planetenbolzens 42, in dem die Ölzuführtasche 47 mit den Mündungsbereichen 49, 56 und 58 der ersten Leitung 48, der zweiten Leitung 55 und der dritten Leitung 57 vorgesehen ist. Um die Mündungsbereiche 49 bis 58 ist ein Oberflächenbereich 46A der Außenseite 46 des Planetenbolzens 42 näher gekennzeichnet, in dem die Mündungsbereiche 49 bis 58 der Leitungen 48 bis 57 anwendungsfallabhängig angeordnet werden. Der Oberflächenbereich 46A ist vorliegend trapezförmig ausgebildet, wobei die beiden parallelen Seiten 46A1, 46A2 des Oberflächenbereiches 46A in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 verlaufen. Die zwischen den parallelen Seiten 46A1, 46A2 des Oberflächenbereiches 46A verlaufenden schrägen Seiten 46A3, 46A4 des Oberflächenbereiches 46A verbinden die kürzere parallele Seite 46A1 mit der längeren parallelen Seite 46A2, die der kürzeren parallelen Seite 46A1 in Umfangsrichtung U und in Hauptdrehrichtung HR folgt. Der Abstand zwischen der längeren Seite 46A2 und der kürzeren Seite 46A1 beträgt in Umfangsrichtung U und in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 10% des gesamten Lagerumfanges des Gleitlagers 41.
Der Oberflächenbereich 46A ist in axialer Richtung X in der Lagermitte des Gleitlagers 41 vorgesehen. Die Breite bzw. die axiale Länge der kürzeren parallelen Seite 46A1 ist gleich 25% der Lagerbreite L41 des Gleitlagers 41. Die Länge der längeren parallelen Seite 46A2 entspricht 50% der Lagerbreite L41 des Gleitlagers 41.
24b zeigt eine vereinfachte Darstellung der Mündungsbereiche 49, 57 und 59 der ersten Leitung 48, der zweiten Leitung 55 und der dritten Leitung 57, den ein Raster 150 unterlegt ist. Dabei sind die Abstände zwischen den Schnittpunkten der Rasterlinien des Rasters 150 gleich dem Durchmesser des Mündungsbereiches 49 der ersten Leitung 48. Aus der Darstellung gemäß 24b ist entnehmbar, dass der Mittelpunkt des Mündungsbereiches 49 der ersten Leitung 48 in Umfangsrichtung bzw. in Hauptrotationsrichtung HR des Planetenrades 32 um das Vierfache des Durchmessers des Mündungsbereiches 49 der ersten Leitung 48 von den Mittelpunkten der Mündungsbereiche 56 und 58 der Leitungen 55 und 57 beabstandet ist. Dieser Wert des Abstandes in Umfangsrichtung U stellt das Maximum dar, wenn das Vierfache des Durchmessers des Mündungsbereiches 49 der ersten Leitung kleiner ist als der zehnte Teil des gesamten Lagerumfanges des Gleitlagers 41. Ansonsten wird der zehnte Teil des gesamten Umfanges des Gleitlagers 41 als maximaler Wert für den maximalen Abstand im Umfangsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Mündungsbereiches 49 und den Mittelpunkten der Mündungsbereiche 56 und 58 vorgesehen.
Zusätzlich ist der Mittelpunkt des Mündungsbereiches 49 bei der in 24b gezeigten Anordnungsvariante der Mündungsbereiche 49 bis 57 jeweils um das Vierfache des Durchmessers des Mündungsbereiches 49 von den Mündungsbereichen 56 und 58 in axialer Richtung X entfernt. Diese axialen Abstände stellen jeweils wieder maximale Werte dar, innerhalb den das Gleitlager 41 bestmöglich mit Öl beaufschlagt wird, um eine möglichst hohe Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 zu erreichen.
Diese Werte der axialen Abstände der Mittelpunkte der Mündungsbereiche 56 und 58 gegenüber dem Mündungsbereich 49 stellen die Maxima dar, wenn Mündungsbereiche 56 und 58 in dem Oberflächenbereich 46A angeordnet sind. Ansonsten wird die halbe Lagerbreite des Gleitlagers 41 als maximaler Wert für die Anordnung der Mündungsbereiche 56 und 58 vorgesehen, um eine gewünscht hohe Kühlung des Gleitlagers 41 zu garantieren.
Die 25 bis 27 geben weitere Anordnungsmöglichkeiten der Mündungsbereiche 49, 56 und 58 der Leitungen 48, 55 und 57 zueinander in Umfangsrichtung U und in axialer Richtung X an. Die Anordnungen der Mündungsbereiche 49, 56 und 58 zueinander und die Abstände zwischen diesen in Umfangsrichtung U und in axialer Richtung X können in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles variieren, um den Lagerspalt 51 bzw. das Gleitlager 41 lastabhängig optimal kühlen zu können. Dabei liegen die Mündungsbereiche 49, 56 und 58 jeweils in der vorbeschriebenen A-Anordnung vor.
28 bis 30 zeigen jeweils 23 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsformen des Planetengetriebes 30, bei den jeweils vier Leitungen 67 bis 70 in die Ölzuführtasche 47 münden und die jeweils in Umfangsrichtung U bzw. in Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32 und zusätzlich in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 zueinander beabstandet sind.
Bei dem in 28 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mündungsbereiche 71 und 72 der Leitungen 67 und 68 in Umfangsrichtung U auf gleicher Höhe angeordnet, während Mündungsbereiche 73 und 74 der Leitungen 69 und 70 in Umfangsrichtung U bzw. in Rotationsrichtung HR des Planetenrades 32 von den Mündungsbereichen 71, 72 der Leitungen 67, 68 beabstandet sind. Die Mündungsbereiche 73, 74 der Leitungen 69 und 70 sind in einem Sektor S angeordnet, dessen Mittelpunkt SM vorliegend zwischen den Mündungsbereichen 71, 72 der Leitungen 67, 68 liegt und der einen Öffnungswinkel γ von etwa 120° aufweist.
Die Mündungsbereiche 71 und 72 der Leitungen 67 und 68 sind bei dem in 29 dargestellten Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes 30 sowohl in Umfangsrichtung U als auch in axialer Richtung X zueinander beabstandet. Zusätzlich sind auch die Mündungsbereiche 73 und 74 der Leitungen 69 und 70 in Umfangsrichtung U und in Drehrichtung HR des Planetenrichtung 32 und zusätzlich auch in axialer Richtung X zueinander beabstandet. Dies gilt auch für die in 30 dargestellte Ausführungsform des Planetengetriebes 30.
Bei allen in 28 bis 30 dargestellten Ausführungsformen des Planetengetriebes 30 sind die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen 71 und 72 der Leitungen 67 und 68 sowie zwischen den Mündungsbereichen 73 und 74 der Leitungen 69 und 70 und auch die axialen Abstände der Mündungsbereiche 71 bis 74 der Leitungen 67 bis 70 so zueinander vorgesehen, dass die Mündungsbereiche 67 und 68 in axialer Richtung jeweils zwischen den Mündungsbereichen 73 und 74 der Leitungen 69 und 70 liegen. Dadurch wird wiederum eine gute Verdrängung des überschleppten heißen Öls in dem zu 24 beschriebenen Umfang durch das jeweils über die Leitungen 67 bis 74 eingeleitete kühle Öl in axialer Richtung X nach außen bewirkt. Durch die Verdrängung des überschleppten Öls aus dem Lagerspalt 51 wird ein gewünscht niedriges Temperaturniveau im Lagerspalt 51 des Gleitlagers 41 erzielt und eine adäquate Kühlung und Schmierung des hochbelasteten Bereiches des Gleitlagers 41 erreicht, wodurch das Gleitlager 41 eine ausreichend hohe Tragfähigkeit aufweist.
31 zeigt eine 28 entsprechende Darstellung einer Ölzuführtasche 470 eines aus der Praxis bekannten Gleitlagers. In die Ölzuführtasche 470 münden ebenfalls vier Leitungen 670, 680, 690 und 700, deren Mündungsbereiche 710 bis 740 zueinander in einer sogenannten V-Anordnung positioniert sind. Dabei sind die Mündungsbereiche 710 und 720 in axialer Richtung X der Ölzuführtasche 470 weiter voneinander beabstandet als die in Umfangsrichtung bzw. in Drehrichtung HR eines drehbaren Bauteiles davon beabstandeten Mündungsbereiche 730 und 740 der Leitungen 690 und 700. Die Mündungsbereiche 730 und 740 sind in axialer Richtung zwischen den Mündungsbereichen 710 und 720 der Leitungen 670 und 680 angeordnet. Die Hauptströmungsrichtungen des frischen Öls, das aus den Leitungen 670 bis 740 in die Ölzuführtasche 470 eingeleitet wird, sind durch die Linien P630, P640, P641, P642, P643, P644, P650 und P660 in 32 angegeben.
Diese Anordnung der Mündungsbereiche 710 bis 740 zueinander führt dazu, dass das heiße überschleppte Öl gemäß den in 32 dargestellten Linien P590 und P600 von dem frisch in die Ölzuführtasche 470 zugeleiteten Öl in unerwünschtem Umfang in die Lagermitte des Gleitlagers geführt wird. Dadurch findet im Wesentlichen keine Verdrängung des überschleppten Öls in Richtung der Lageraußenseiten statt. Das Temperaturniveau wird deshalb im Lagerspalt 470 durch die Zuführung von frischem kühlem Öl nicht wesentlich reduziert.
33 zeigt eine Ausführung eines Planetenbolzens 42, bei dem die drei Leitungen 48, 55 und 57 in dem zu 23 beschriebenen Umfang in der Ölzuführtasche 47 angeordnet sind und in diese münden. 34 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform des Planetengetriebes 30 mit dem Planetenbolzen 42 gemäß 33 in einer Querschnittansicht entlang einer in 33 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXIV-XXXIV. Des Weiteren zeigt 35 eine 34 entsprechende Darstellung des Planetengetriebes 30 entlang einer in 33 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXV-XXXV. Zusätzlich ist in 36 eine Längsschnittansicht des Planetengetriebes 30 entlang einer in 34 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXVI-XXXVI dargestellt. 37 zeigt eine 36 entsprechende Darstellung des Planetengetriebes entlang einer in 35 näher gekennzeichneten Schnittlinie XXXVII-XXXVII.
Aus den Darstellungen gemäß 33 bis 37 geht hervor, dass die Leitung 48 in dem zu 7 beschriebenen Umfang über die Leitung 53 von der Ölzuführeinheit 52 unter Druck mit Öl versorgt wird. Zusätzlich werden die Leitungen 55 und 57 über eine weitere im Planetenbolzen 42 in axialer Richtung X verlaufende Leitung 80 von einer weiteren Ölzuführeinheit 81 unter Druck mit Öl beaufschlagt. Durch die getrennte Ausführung der Ölzuführeinheiten 52 und 81 besteht die Möglichkeit, über die Leitung 48 Öl mit einer geringeren Temperatur als über die Leitungen 55 und 57 in den Lagerspalt 51 des Gleitlagers 41 einzuleiten. Zudem ist das Gleitlager 41 selbst bei einem Funktionsausfall der Ölzuführeinheit 52 oder der Ölzuführeinheit 81 weiter über die jeweils andere Ölzuführeinheit 81 oder 52 mit Öl versorgbar.
Die beiden über die Leitungen 55 und 57 außermittig in den Lagerspalt 51 eingeleiteten frischen Ölvolumenströme, deren Temperatur höher ist als die Temperatur des Ölvolumenstromes, der über die Leitung 48 axial zwischen den Ölvolumenströmen aus den Leitungen 55 und 57 in den Lagerspalt 51 eingeleitet wird, wirken einer Ausbreitung des kühleren und mittig zugeführten Ölvolumenstromes in axialer Richtung X des Lagerspaltes entgegen. Das Schmiermittel aus der Leitung 48 wird in der in 38 dargestellten Art und Weise mittels Versperrung durch die wärmeren Schmiermittelströme aus den Leitungen 55 und 57 in der axialen Mitte des Gleitlagers 41 gehalten.
Durch die beiden voneinander getrennten Ölzuführungen in die Ölzuführtasche 47, die durch eine Zuführung von kühlem Öl in der axialen Mitte der Gleitlagertasche 47 und durch außermittige Zuführungen von wärmerem Schmiermittel gekennzeichnet ist, wird wiederum der engste Schmierspalt des Gleitlagers 41 in gewünschtem Umfang gekühlt. Mit der aus der guten Kühlung resultierenden Viskosität des Öls im Lagerspalt 51 wird auch eine hohe Tragfähigkeit des Gleitlagers 41 erzielt. Des Weiteren kann auch die Menge des eingesetzten frischen Schmiermittels im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Gleitlagern reduziert werden. Dadurch kann der Kühlkreislauf des Hochleistungsgetriebes 30 effizienter und somit kleiner gestaltet werden.
38 zeigt eine 21 entsprechende Darstellung des Lagerspaltes 51 des Planetengetriebes 30 gemäß 33 bis 37. Im Lagerspalt 51 stellen sich im Betrieb des Planetengetriebes 30 aufgrund des Öls, das mit unterschiedlichen Öltemperaturen in den Lagerspalt 51 eingeleitet wird, verschiedene Temperaturzonen 90A bis 90 H ein, die sich in Umfangsrichtung U und in axialer Richtung X des Gleitlagers 41 erstrecken. Dabei ist der Lagerspalt 51 in Umfangsrichtung U sowie in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 32 wiederum in mehrere Umfangsbereiche U511 bis U514 unterteilt. Die Umfangsbereiche U511 bis U514 entsprechen im Wesentlichen den Umfangsbereichen U511 bis U514 des Lagerspaltes 51, die zu 21 näher spezifiziert wurden.
Die Temperaturzone 90A stellt sich im Lagerspalt 51 in dem Bereich ein, in dem das kühlere Öl über die Leitung 48 in die Ölzuführtasche 47 eingeleitet wird. In axialer Richtung X neben der Temperaturzone 90A sind jeweils die weiteren Temperaturzonen 90B und 90C dargestellt, in denen die Temperatur des Öls größer ist als die Temperatur des Öls in der Temperaturzone 90A. Dabei entsprechen die Temperaturen des Öls in den Tempteraturzonen 90A sowie 90B und 90C jeweils den Zuführtemperaturen des Öls aus der Leitung 48 bzw. aus den Leitungen 55 und 57. Durch die unterschiedlich temperierten Ölvolumenströmen, die aus den Leitungen 48 bzw. 55 und 57 in die Ölzuführtasche 47 in oder entgegen der Rotationsrichtung HR in die Ölzuführtasche 47 eingeleitet werden, stellen sich im Lagerspalt 51 in Rotationsrichtung HR nach den Temperaturzonen 90A und 90B sowie 90C die weiteren Temperaturzonen 90A1, 90B1 und 90C1 ein. In der Temperaturzone 90A1 ist die Temperatur des Öls größer als in der Temperaturzone 90A, da das Öl an der Innenseite 54 des Planetenrades 32 sowohl vom Planetenrad 32 als auch von dem überschleppten Öl im Lagerspalt 51 erwärmt wird. Das Gleiche gilt für die Temperaturzonen 90B1 und 90C1, in denen das Temperaturniveau des Öls größer als in den Temperaturzonen 90B und 90C ist.
Jeweils axial neben den Temperaturzonen 90B1 und 90C1 stellen sich weitere Temperaturzonen 90D und 90E ein, in denen die Öltemperatur wiederum größer ist als in den Temperaturzonen 90B1 und 90C1. Dies liegt daran, dass in den Temperaturzonen 90D und 90E Öl in axialer Richtung X seitlich aus dem Lagerspalt 51 ausgeschoben wird. Das ausgeschobene Öl weist gegenüber dem überschleppten Öl eine geringere Temperatur auf. Dies ist der Fall, da das überschleppte Öl von dem frischen kühlen Öl, das über die Leitungen 48, 55 und 57 in den Lagerspalt 51 eingeleitet wird, abgekühlt wurde.
Kurz vor dem Übergang zwischen den Umfangsbereichen U512 und U513 steigt die Temperatur des Öls im Lagerspalt 51 aufgrund des sich umfangsseitig verengenden bzw. des konvergierenden Lagerspaltes 51 und der zunehmenden Belastung des Gleitlagers 41 im Wesentlichen über die gesamte Lagerbreite an. Aus dem Temperaturanstieg des Öl resultiert die wenigstens annähernd torbogenförmige Temperaturzone 90F, in der das Öl ein höheres Temperaturniveau aufweist als in den Temperaturzonen 90B1 und 90C1.
Erreicht das Öl den Umfangsbereich U513 des Gleitlagers 41, in dem der engste Schmierspalt aufgrund der angreifenden Belastung vorliegt, tritt wieder eine signifikante Aufheizung des Schmiermittels im Lagerspalt 51 auf. Dies führt dazu, dass sich sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung innerhalb der Temperaturzone 90F zwei weitere Temperaturzonen 90G und 90H einstellen. Die Temperaturzone 90G bildet sich zwischen der Temperaturzone 90F und der inneren Temperaturzone 90H aus, in der die Öltemperatur am höchsten ist.
Im Umfangsbereich U514, in dem sich der Schmierspalt bzw. die Höhe des Lagerspaltes 51 in Hauptdrehrichtung HR des Planetenrades 52 wieder stetig vergrößert, bleibt die Öltemperatur in den Temperaturzonen 90F bis 90H im Wesentlichen gleich. Dabei umfasst der Umfangsbereich U514 des Lagerspaltes 51 wiederum den vorbeschriebenen Bereich des Lagerspaltes 51, der nur teilweise mit Öl befüllt ist. An den Umfangsbereich U514 schließt sich dann wieder der Umfangsbereich U511 an, in dem wieder frisches und kühles Öl über die Leitungen 48, 55 und 57 in den Lagerspalt 51 eingeleitet wird.
Die Mündungsbereiche 49, 56 und 58 bzw. 71 bis 74 der Leitungen 48, 55, 57 bzw. 67 bis 70 können in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles jeweils unterschiedlich große Strömungsquerschnitte aufweisen. Dadurch kann das Öl mit unterschiedlichen Impulsen in die Ölzuführtasche 47 und damit auch in den Lagerspalt 51 in Richtung der Innenseite 54 des Planetenrades 32 eingeleitet werden, um das überschleppte Öl im Lagerspalt 51 in gewünschter Art und Weise in axialer Richtung X nach außen zu verdrängen.
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
42: Planetenbolzen
42A, 42B, 42C: Außendurchmesser des Planetenbolzens
43: Pfeil, Hauptlastrichtung
44: Drehrichtung des Planetenrades
45: radial äußerer Punkt des Planetenbolzens
46: Außenseite des Planetenbolzens
46A: Oberflächenbereich der Außenseite 46 des Planetenbolzens
46A1, 46A2: parallele Seiten des Oberflächenbereiches 46A
46A3, 46A4: schräge Seiten des Oberflächenbereiches 46A
47: Ölzuführtasche
48: Leitung
49: Mündungsbereich der Leitung 48
50A, 50B: Bohrungen der Wangen 34A, 34B
51: Lagerspalt
51A, 51A1, 51A2: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
51B, 51B1: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
51C bis 51E: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
51DF: Bereich der Temperaturzone 51D des Lagerspaltes 51
52: Ölzuführeinheit
53: Zuführleitung
54: Innenseite des Planetenrads
55: weitere Leitung, zweite Leitung
56: Mündungsbereich der Leitung 55
57: dritte Leitung
58: Mündungsbereich der dritten Leitung
67: erste Leitung
68: zweite Leitung
69: dritte Leitung
70: vierte Leitung
71: Mündungsbereich der ersten Leitung 67
72: Mündungsbereich der zweiten Leitung 68
73: Mündungsbereich der dritten Leitung 69
74: Mündungsbereich der vierten Leitung 70
80: Leitung
81: weitere Ölzuführeinheit
90A, 90A1: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
90B, 90B1: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
90C, 90C1: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
90E bis 90H: Temperaturzonen des Lagerspaltes 51
100A bis 100H: Temperaturzonen des Lagerspaltes 100
150: Raster
470: Ölzuführtasche
670: erste Leitung
680: zweite Leitung
690: dritte Leitung
700: vierte Leitung
710: Mündungsbereich der ersten Leitung 670
720: Mündungsbereich der zweiten Leitung 680
730: Mündungsbereich der dritten Leitung 690
740: Mündungsbereich der vierten Leitung 700
A: Kernluftstrom
AUF: Auftreffbereich
B: Luftstrom
FD: Lagerkraftkomponente
FF: Lagerkraftkomponente
HR: Hauptdrehrichtung des Planetenrades
L41: Lagerbreite des Gleitlagers 41
phi: Winkel
P59, P60: Strömung überschlepptes Öl
P61 bis P66: Strömung frisches Öl
P590, P600: Strömung überschlepptes Öl
P630 bis 660: Strömung kühles Öl
S: Sektor
SM: Mittelpunkt des Sektors
U: Umfangsrichtung
U101 bis U104: Umfangsbereich des Lagerspaltes 100
U511 bis U514: Umfangsbereich des Lagerspaltes 51
X: axiale Richtung
Y: radiale Richtung
Z14, Z16: Zuführrichtung
α, β, γ: Winkel

Claims

Gleitlager (41), insbesondere Gleitlager eines Planetengetriebes (30), mit einem ersten drehfesten Bauteil (42) und einem damit drehbar in Verbindung stehenden zweiten Bauteil (32), wobei Öl im Bereich einer Ölzuführtasche (47) des ersten Bauteils (42) in den Lagerspalt (51) zwischen den Bauteilen (32, 42) einleitbar ist, wobei das Öl über wenigstens eine Leitung (48; 67, 68), die in die Ölzuführtasche (47) mündet, in die Ölzuführtasche (47) einleitbar ist, wobei eine Ölzuführeinheit (52; 81) vorgesehen ist, über die das Öl dem Lagerspalt (51) mit definiertem Druck zuführbar ist, wobei die Ölzuführeinheit (52; 81) und ein Strömungsquerschnitt der wenigstens einen Leitung (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) dazu eingerichtet sind, dass ein Verhältnis zwischen dem Impuls, mit dem das Öl aus der Leitung (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) in den Lagerspalt (51) eingeleitet wird und der dem Produkt aus dem Quadrat der Einströmgeschwindigkeit des Öls in den Lagerspalt (51) und der Dichte des Öls entspricht, und dem Impuls des Öls, das an der Innenseite (54) des zweiten Bauteils (32) anhaftet, mindestens 5 * 10^-3 ist, wobei der Impuls des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls und der Dichte des Öls ist.
Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der wenigstens einen Leitung (48) mit der radialen Richtung (Y) des Lagerspaltes (51) einen Winkel einschließt und dazu eingerichtet ist, das Öl unter einem Winkel (α) von etwa 5° bis 60° gegenüber der radialen Richtung (Y) des Lagerspaltes (51) in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) oder unter einem Winkel (β) von etwa 5° bis 20° gegenüber der radialen Richtung (Y) des Lagerspaltes (51) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und gegen die Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) aus der Leitung (48) in die Ölzuführtasche (47) geleitet wird.
Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leitung (48) jeweils mit wenigstens einem ersten Leitungsabschnitt (48A) und mit einem sich in Zuführrichtung (Z14; Z16) des Öls in die Ölzuführtasche (47) daran anschließenden zweiten Leitungsabschnitt (48B) ausgeführt sind, wobei der Strömungsquerschnitt des ersten Leitungsabschnittes (48A) kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des zweiten Leitungsabschnitts (48B), und wobei die Leitungsabschnitte (48A, 48B) so zueinander angeordnet sind, dass sich der Strömungsquerschnitt für das Öl ausgehend vom ersten Leitungsabschnitt (48A) in Richtung des zweiten Leitungsabschnitts (48B) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) stärker erweitert als gegen die Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) oder in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und gegen die Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) stärker erweitert als in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32).
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leitung (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) mit einer Ausleiteinrichtung ausgeführt ist, mittels der eine Breite des aus dem Mündungsbereich (49, 56; 49, 56, 58; 71 bis 74) der Leitung (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) in den Lagerspalt (51) eingeleiteten Ölstrahls mit zunehmendem Abstand von dem Mündungsbereich (49, 56; 49, 56, 58; 71 bis 74) der Leitung (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) vergrö-ßerbar ist.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Leitung (55, 57; 69, 70) vorgesehen ist, über die ebenfalls Öl in die Ölzuführtasche (47) einleitbar ist und deren Mündungsbereich (56, 58; 73, 74) in die Ölzuführtasche (47) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) und/oder in axialer Richtung (X) des Gleitlagers (41) zum Mündungsbereich (49; 70, 71) der ersten Leitung (48; 67, 68) in die Ölzuführtasche (47) beabstandet ist.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführtasche (47) und/oder die Mündungsbereiche (49, 56; 49, 56, 58; 71 bis 74) der Leitungen (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) in die Ölzuführtasche (47) jeweils in axialer Erstreckung des Gleitlagers (41) in der Mitte des Gleitlagers (41) angeordnet sind.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführtasche (47) und/oder die Mündungsbereiche (49, 56; 49, 56, 58; 71 bis 74) der Leitungen (48, 55; 48, 55, 57; 67 bis 70) in die Ölzuführtasche jeweils in axialer Erstreckung des Gleitlagers (41) außermittig des Gleitlagers (41) angeordnet sind.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Leitung (57) in die Ölzuführtasche (47) mündet, wobei der Mündungsbereich (58) der dritten Leitung (57) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) im Wesentlichen den gleichen Abstand zum Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) wie der Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) oder einen hiervon abweichenden Abstand aufweist und vom Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) sowie vom Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) in axialer Richtung (X) des Gleitlagers (41) beabstandet ist, wobei die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen (49, 56, 58) der Leitungen (48, 56, 58) jeweils so aufeinander abgestimmt sind, dass der Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) in axialer Richtung (X) des Gleitlagers (41) zwischen dem Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) und dem Mündungsbereich (58) der dritten Leitung (57) positioniert ist.
Gleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen (49, 56, 58) der Leitungen (48, 55, 57) und die Abstände zwischen den Mündungsbereichen (49, 56, 58) der Leitungen (48, 55, 57) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) so aufeinander abgestimmt sind, dass der Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) und der Mündungsbereich (58) der dritten Leitung (57) innerhalb eines Sektors (S) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt (SM) innerhalb des Mündungsbereiches (49) der ersten Leitung (48) liegt und der einen Winkel (γ) von etwa 120° einschließt.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Leitung (68) in die Ölzuführtasche (47) mündet, deren Mündungsbereich (72) in axialer Richtung (X) des Gleitlagers (41) vom Mündungsbereich (71) der ersten Leitung (67) beabstandet ist und in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) neben dem Mündungsbereich (71) der ersten Leitung (67) oder beabstandet zum Mündungsbereich (71) der ersten Leitung (67) angeordnet ist, wobei die Abstände der Mündungsbereiche (71 bis 74) der Leitungen (67 bis 70) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Mündungsbereiche (71, 72) der ersten Leitung (67) und der vierten Leitung (68) in axialer Richtung (X) des Gleitlagers (41) zwischen den Mündungsbereichen (73, 74) der zweiten Leitung (69) und der dritten Leitung (70) angeordnet sind.
Gleitlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Abstände zwischen den Mündungsbereichen (71 bis 74) der Leitungen (67 bis 70) sowie die Abstände zwischen den Mündungsbereichen (71 bis 74) der Leitungen (67 bis 70) in Umfangsrichtung (U) des Lagerspaltes (51) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteiles (32) gegenüber dem ersten Bauteil (42) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Mündungsbereiche (73, 74) der zweiten Leitung (69) und der dritten Leitung (70) innerhalb eines Sektors (S) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt (SM) in einem Bereich der Ölzuführtasche (47) liegt, in dem die Mündungsbereiche (71, 72) der ersten Leitung (67) und der vierten Leitung (68) vorgesehen sind, und der einen Winkel (γ) von etwa 120° einschließt.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) oder die Mündungsbereiche (71, 72) der ersten Leitung (67) und der vierten Leitung (68) im Bereich einer axialen Gleitlagermitte angeordnet ist bzw. sind, die sich über maximal 25% der axialen Lagerbreite (L41) des Gleitlagers (41) erstreckt.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsbereiche (73, 74) der zweiten Leitung (69) und der dritten Leitung (70) im Bereich einer axialen Gleitlagermitte angeordnet sind, die sich über maximal 50% der Lagerbreite (L41) des Gleitlagers (41) erstreckt.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) und dem Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) in Umfangsrichtung (U) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (49) der ersten Leitung (48) oder maximal 10% des gesamten Lagerumfangs des Gleitlagers (41) entspricht.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) und dem Mündungsbereich (58) der dritten Leitung (57) in Umfangsrichtung (U) und in Hauptdrehrichtung (HR) des zweiten Bauteils (32) maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (49) der ersten Leitung (48) oder maximal 10% des gesamten Lagerumfangs des Gleitlagers (41) entspricht.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Abstände zwischen dem Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) und dem Mündungsbereich (56) der zweiten Leitung (55) sowie zwischen dem Mündungsbereich (49) der ersten Leitung (48) und dem Mündungsbereich (58) der dritten Leitung (57) jeweils maximal dem Vierfachen des Durchmessers des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (49) der ersten Leitung (48) entsprechen.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich (49; 71) der ersten Leitung (48; 67) und/oder der Mündungsbereich (56; 72) der zweiten Leitung (55; 68) und/oder der Mündungsbereich (58; 73) der dritten Leitung (57; 69) und/oder der Mündungsbereich (74) der vierten Leitung (70) kreisförmig, elliptisch oder langlochartig ausgeführt ist bzw. sind.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (49; 71) der ersten Leitung (48; 67) und/oder die Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (72) der vierten Leitung (68) von der Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (56; 73) der zweiten Leitung (55; 69) und/oder von der Größe des Öffnungsquerschnittes des Mündungsbereiches (58; 74) der dritten Leitung (57; 70) abweicht.
Gleitlager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (48; 67) und/oder die vierte Leitung (68) von einem ersten Ölkreislauf und die zweite Leitung (55; 69) und/oder die dritte Leitung (57; 70) von einem zweiten Ölkreislauf mit Öl beaufschlagt werden.
Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines Gleitlagers (41), insbesondere eines Gleitlagers gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Öl über eine erste Leitung (48; 67) und/oder eine vierte Leitung (68) mit einer geringeren Temperatur in den Lagerspalt (51) eingeleitet wird als das Öl, das dem Lagerspalt (51) über eine zweite Leitung (55; 69) und/oder eine dritte Leitung (57; 70) zugeführt wird und/oder das Öl so zugeführt wird, dass ein Verhältnis zwischen dem Impuls, mit dem das Öl aus wenigstens einer Leitung (48; 48, 55, 57; 67 bis 70) in den Lagerspalt (51) eingeleitet wird und dem Impuls des Öls, das an der Innenseite (54) des zweiten Bauteils (32) anhaftet, mindestens 5 * 10^-3 ist, wobei der Impuls des eingeleiteten Öls dem Produkt aus dem Quadrat der Einströmgeschwindigkeit des Öls in den Lagerspalt (51) und der Dichte des Öls entspricht, während der Impuls des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit des am zweiten Bauteil (32) anhaftenden Öls und der Dichte des Öls ist.