DE102021122450A1

DE102021122450A1 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102021122450A1
Application number: DE102021122450.0A
Authority: DE
Inventors: Paul GORENZ; Maximilian Prölß
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-02
Also published as: US20230063906A1; US11885410B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, das ein Sonnenrad (28), eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), ein Hohlrad (38) und eine Mehrzahl von Gleitlagerstiften (6) aufweist. Dabei ist jeweils ein Gleitlagerstift (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet, wobei der Gleitlagerstift (6) und das Planetenrad (32) ein geschmiertes Gleitlager (65) bilden, und bildet der Gleitlagerstift (6) an seiner Anlagefläche (61) eine Balligkeit aus, wobei der Außendurchmesser (e) der Anlagefläche von einem maximalen Außendurchmesser (D) zu mindestens einem axialen Ende der Anlagefläche (61) hin abnimmt. Die Balligkeit der Anlagefläche (61) ist derart ausbildet ist, dass die Anlagefläche (61) angrenzend an mindestens ein axiales Ende (610, 620) der Anlagefläche (61) oder einen sich an das axiale Ende (610, 620) anschließenden zylindrischen Bereich (68) konkav geformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Gasturbinentriebwerk mit einem solchen Planetengetriebe.
Es ist bekannt, den Fan eines Getriebefan-Triebwerks über ein Planetengetriebe mit einer Turbinenwelle zu koppeln, wobei das Planetengetriebe einen Eingang von der Turbinenwelle empfängt und Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt. Das Planetengetriebe umfasst Planetenräder, die von einem Sonnenrad angetrieben werden und die in einem Hohlrad umlaufen. In den Planetenrädern sind Gleitlagerstifte angeordnet, die mit dem Planetenrad jeweils ein Gleitlager bilden und die mit einem Planetenträger verbunden sind. Der Planetenträger ist mit einem Antrieb für den Fan gekoppelt. Ein solches Planetengetriebe ist beispielsweise aus der US 2019/162294 A1 bekannt.
Aus der US 2019/162294 A1 ist weiter bekannt, die Anlagefläche des Gleitlagerstifts ballig auszubilden. Hierdurch wird an mindestens einem Ende der Anlagefläche ein vergrößerter Gleitlagerspalt und damit einhergehend eine vergrößerte Schmierfilmdicke bereitgestellt. Dies führt dazu, dass bei im Betrieb auftretenden Deformationen und Schwingungen an den Enden der Anlagefläche, die auf Zentrifugalkräfte und eingeleitete Drehmomente zurückzuführen sind, die Schmierfilmdicke ausreichend groß bleibt, um einen überhöhten Schmierfilmdruck und die Gefahr eines Metall-Metall-Kontaktes zu vermeiden.
Jedoch besteht das Problem, dass die Spalthöhe des Gleitlagerspalts über die Länge des Gleitlagers variiert. Auch verhält es sich so, dass eine Balligkeit der Anlagefläche notwendiger Weise dazu führt, dass das Planetenrad an den axialen Enden des Gleitlagerstifts nicht optimal abgestützt wird, was die Tragfähigkeit des Gleitlagers verringert. Diese Effekte führen dazu, dass bei einer Deformation von Gleitlagerstift und Planetenrad trotz einer Balligkeit des Gleitlagerstifts der Gleitlagerspalt und damit die Schmierfilmdicke in axialer Richtung ungleichmäßig verlaufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe bereitzustellen, das die Gleichmäßigkeit des Gleitlagerspalts bei einer Deformation von Planetenrad und Planetenstift verbessert.
Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Gleitlagerstift mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die vorliegende Erfindung in einem ersten Erfindungsaspekt ein Planetengetriebe, das ein Sonnenrad, eine Mehrzahl von Planetenrädern, ein Hohlrad und eine Mehrzahl von Gleitlagerstiften umfasst. Das Sonnenrad rotiert um eine Drehachse des Planetengetriebes, die eine axiale Richtung des Planetengetriebes definiert. Die Mehrzahl der Planetenräder wird von dem Sonnenrad angetrieben und steht mit dem Hohlrad in Eingriff. Die Gleitlagerstifte weisen jeweils eine Längsachse und eine außenseitige Anlagefläche auf. Es ist jeweils ein Gleitlagerstift in einem Planetenrad angeordnet, wobei der Gleitlagerstift und das Planetenrad ein geschmiertes Gleitlager bilden. Dabei bildet der Gleitlagerstift an seiner Anlagefläche eine Balligkeit aus, wobei der Außendurchmesser der Anlagefläche von einem maximalen Außendurchmesser zu mindestens einem axialen Ende der Anlagefläche hin abnimmt.
Es ist vorgesehen, dass die Balligkeit des Gleitlagerstifts derart ausbildet ist, dass die Anlagefläche angrenzend an mindestens ein axiales Ende der Anlagefläche oder einen sich an das axiale Ende anschließenden zylindrischen Bereich konkav geformt ist.
Danach beruht die vorliegende Erfindung auf dem Gedanken, die Anlagefläche des Gleitlagerstifts mit einer Balligkeit zu versehen, die angrenzend an zumindest ein axiales Ende des Gleitlagerstifts oder einen sich daran anschließenden zylindrischen Bereich einen konkaven Abschnitt ausbildet. Die Ausbildung eines konkaven Abschnitts angrenzend an ein axiales Ende der Anlagefläche oder einen sich daran anschließenden zylindrischen Bereich ist mit dem Vorteil verbunden, dass ein sanfter Übergang vom axialen Ende der Anlagefläche zu dem Bereich mit maximaler Balligkeit bereitgestellt wird, da aufgrund der konkaven Form der Außendurchmesser der Anlagefläche zur axialen Mitte der Anlagefläche hin nur langsam zunimmt, anders als bei einem kreisförmigen Balligkeitsprofil, wie es aus der US 2019/162294 A1 bekannt ist.
Darüber hinaus haben Versuche ergeben, dass jedenfalls bei relevanten Betriebszuständen des Planetengetriebes eine Deformationen des Planetenrads dahingehend erfolgt, dass die Innenfläche des Planetenrads zu den axialen Enden hin mit konvexer Wölbung ausläuft, so dass durch die Kombination eines konvexen Abschnitts des Planetenrads mit einem konkaven Abschnitt des Gleitlagerstifts zum axialen Ende der Anlagefläche hin ein Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitlagerstift und dem Planetenrad gebildet wird, dessen Höhe in axialer Richtung im Wesentlichen konstant ist, so dass die Gleichmäßigkeit des Gleitlagerspalts verbessert wird. Die Erfindung passt somit die Außenkontur des Gleitlagerstifts der Innenkontur des Planetenrads an, die dieses im belasteten Betriebszustand annimmt, um eine möglichst große Gleichmäßigkeit in der Höhe des Gleitlagerspalts und damit der Schmierfilmdicke im Betrieb zu erreichen. Hierdurch werden auch die Robustheit und Zuverlässigkeit des Lagers und des Planetengetriebes insgesamt erhöht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Anlagefläche denjenigen Bereich des Gleitlagerstifts bezeichnet, in dem das Gleitlager wirksam ist, also ein Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitlagerstift und dem Planetenrad ausgebildet ist. Die Anlagefläche weist zwei axiale Enden auf. Der gemäß der Erfindung vorgesehene, konkav geformte Abschnitt der Anlagefläche beginnt dabei nicht notwendigerweise unmittelbar an dem betrachteten axialen Ende, sondern kann in Ausgestaltungen der Erfindung auch in einem axialen Abstand zu dem axialen Ende beginnen. In einem solchen Fall bildet die Anlagefläche angrenzend an das axiale Ende zunächst einen zylindrischen Bereich aus, an denen sich der konkav geformte Abschnitt der Anlagefläche anschließt. Nachfolgend wird zwischen diesen beiden Situationen nicht notwendigerweise explizit unterschieden, wenn von einer konkaven Form oder einem konkaven Abschnitt gesprochen wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlagefläche an dem mindestens einen axialen Ende oder dem zylindrischen Bereich gerade ausläuft, also eine Ausrichtung parallel zur Längsachse des Gleitlagerstifts annimmt. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Krümmung der Anlagefläche an dem axialen Ende bzw. zylindrischen Bereich bei null liegt und die Außenkontur des Gleitlagerstifts an dem axialen Ende bzw. im Übergang zum zylindrischen Bereich keine Kanten bzw. Unstetigkeiten aufweist. Dies unterstützt, dass an den axialen Enden des Gleitlagers im Betrieb möglichst parallel ausgerichtete Kontaktflächen bereitgestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlagefläche angrenzend an beide axiale Enden oder sich daran anschließende zylindrische Bereiche der Anlagefläche unter Ausbildung zweier konkaver Abschnitte konkav geformt und zwischen den konkav geformten Abschnitten konvex geformt ist. Damit ergibt sich eine charakteristische Form der Außenfläche des Gleitlagerstifts mit zwei seitlichen konkaven Abschnitten und einem dazwischen liegenden konvexen Abschnitt.
Insbesondere kann diesbezüglich vorgesehen sein, dass die Anlagefläche des Gleitlagerstifts im Längsschnitt angrenzend an das eine axiale Ende oder den zylindrischen Bereich der Anlagefläche eine erste konkave Kurve ausbildet, die in eine konvexe Kurve übergeht, in deren Bereich der Außendurchmesser der Anlagefläche maximal ist, und die konvexe Kurve in eine zweite konkave Kurve übergeht, die sich bis zu dem anderen axialen Ende der Anlagefläche erstreckt. Am Übergang von der ersten konkaven Kurve zur konvexen Kurve und am Übergang von der konvexe Kurve zur zweiten konkaven Kurve bildet die Kurve jeweils einen Wendepunkt aus. Als Längsschnitte im Sinne der vorliegenden Erfindung werden dabei Längsschnitte betrachtet, die durch die Längsachse des Gleitlagerstifts gehen.
Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die beiden konkaven Kurven und die konvexe Kurve jeweils eine Krümmung aufweisen, die einem Kreisbogen entspricht. Dies ermöglicht es, die Außenkontur der Anlagefläche in den betrachteten Bereichen jeweils kreisförmig auszubilden, was die Herstellung der Anlagefläche des Gleitlagerstifts mittels spanender Verfahren erleichtert. Allerdings erlauben es moderne Zerspanungswerkzeuge, auch komplizierte Konturen herzustellen, so dass die Ausbildung als Kreisbogen nur beispielhaft zu verstehen ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlagefläche bezogen auf ihre axiale Mitte spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. In einem solchen Fall ist beispielsweise vorgesehen, dass die axialen Abschnitte, in denen sich die erste konkave Kurve und die zweite konkave Kurve erstrecken, die gleiche Länge aufweisen, wobei die konvexe Kurve mittig zwischen den beiden axialen Enden der Anlagefläche ausgebildet ist.
Eine spiegelsymmetrische Ausgestaltung der Anlagefläche ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. In alternativen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass der Gleitlagerstift bezogen auf seine axiale Mitte asymmetrisch ausgebildet ist. In einem solchen Fall ist beispielsweise vorgesehen, dass die axialen Bereiche, in denen sich die erste konkave Kurve und die zweite konkave Kurve erstrecken, eine unterschiedliche axiale Länge aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gleitlagerstift minimale Außendurchmesser an den axialen Enden der Anlagefläche und den maximalen Außendurchmesser zwischen den axialen Enden aufweist. Da kann vorgesehen sein, dass die minimalen Außendurchmesser an den beiden axialen Enden identisch sind. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Alternativ können die minimalen Außendurchmesser an den beiden axialen Enden unterschiedlich sein, beispielsweise dann, wenn die beiden Enden mit unterschiedlichen Lasten beaufschlagt sind.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Maximum des Außendurchmessers des Gleitlagerstifts durch eine Umfangslinie gebildet ist, die sich in Umfangsrichtung des Gleitlagerstifts erstreckt. Im Längsschnitt des Gleitlagerstifts bildet das Maximum somit einen Punkt. Dies bedeutet, dass der konvexe Abschnitt der Anlagefläche ohne eine Plateaubildung ausgebildet ist und im Längsschnitt durch eine kontinuierlich gekrümmte konvexe Kurve gebildet ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Maximum des Außendurchmessers der Anlagefläche durch einen zylindrischen Bereich konstanten Außendurchmessers gebildet ist, der sich über eine definierte axiale Länge erstreckt, wobei ein solcher zylindrischer Plateaubereich mittig oder außermittig ausgebildet sein kann. An einen solchen zylindrischen Bereich schließen sich konvexe Bereiche an, die zumindest zu einem axialen Ende hin in einen konkaven Bereich übergehen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Gleitlagerstift in seiner axialen Mitte ein Maximum seines Außendurchmessers aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Gleitlagerstift außerhalb seiner axialen Mitte ein Maximum seines Außendurchmessers aufweist und dementsprechend asymmetrisch hinsichtlich seiner axialen Mitte ausgebildet ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Gleitlagerstift rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse des Gleitlagerstifts ausgebildet ist. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Gemäß alternativen Ausgestaltungen weist der Gleitlagerstift eine ballig ausgebildete Anlagefläche lediglich über einen Umfangswinkel kleiner 360° auf. Das ballige Profil des Gleitlagerstifts erstreckt sich in einem solchen Fall nicht über den gesamten Umfang des Gleitlagerstifts, sondern in Umfangsrichtung nur über einen definierten Winkelbereich. Der beschriebene positive Einfluss auf das Gleitlager ist auch bei einer solchen Ausgestaltung gegeben.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die durch die Anlagefläche im Längsschnitt gebildete Kurve eine Polynomfunktion vom Grad n ist. Eine Polynomfunktion ist wie folg definiert: $ƒ (x) = a_{n} x^{n} + a_{n - 1} x^{n - 1} + \dots + a_{2} x^{2} + a_{1} x + a_{0} = \sum_{k = 0}^{n} a_{k} x^{k}$
Eine solche Beschreibung der Kurve ist mit dem Vorteil verbunden, dass durch Änderung der einzelnen Parameter a_n die Kurve in effektiver Weise an die gegebenen Randbedingungen angepasst werden kann. Eine symmetrische Formgebung der Kurve kann beispielsweise in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass die Parameter der ungraden Exponenten gleich null gesetzt werden. Alternativ kann die Kurve beispielsweise durch Kosinus- und/oder Sinusfunktionen beschrieben werden.
Wie bereits angemerkt, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Gleitlagerstift eine Balligkeit derart ausbildet, dass die Anlagefläche bei mindestens einem betrachteten Betriebspunkt des Planetengetriebes eine Außenkontur bildet, die einer Innenkontur des Planetenrads entspricht, die dieser durch seine Deformation bei dem mindestens einen betrachteten Betriebspunkt ausbildet. Dabei haben Untersuchungen ergeben, dass die durch eine Deformation des Planetenrads sich einstellende Innenkontur des Planetenrads sich bei unterschiedlichen Betriebspunkten nur geringfügig ändert, so dass eine korrespondierende Form des Gleitlagerstifts über einen weiten Betriebsbereich einen gleichmäßigen Gleitlagerspalt bereitstellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Gleitlagerstift typischerweise ein axial vorderes Ende und ein axial hinteres Ende aufweist, die axial beabstandet zu dem axial vorderen Ende und dem axial hinteren Ende der Anlagefläche sind, wobei der Gleitlagerstift an seinem vorderen axialen Ende mit einer axial vorderen Trägerplatte und an seinem hinteren axialen Ende mit einer axial hinteren Trägerplatte verbunden ist. Der Gleitlagerstift erstreckt sich somit an beiden Enden jenseits der Anlagefläche und ist dort jeweils mit einer Trägerplatte verbunden. Es ist also zu unterscheiden zwischen den axialen Enden der Anlagefläche und den axialen Enden des Gleitlagerstifts.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedes Planetenrad an seiner axial vorderen Stirnseite und/oder an seiner axial hinteren Stirnseite eine Aussparung ausbildet, die sich ausgehend von der Stirnseite innerhalb des Planetenrads erstreckt. Dies beeinflusst die Steifigkeit des Planetenrads und ermöglicht, dass bei hohen auftretenden Kräften an den Enden des Gleitlagers die durch das Planetenrad gebildete Kontaktfläche des Gleitlagers sich an seinen Enden flexibel verformen kann, wodurch ein überhöhter Schmierfilmdruck verhindert wird.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Gleitlagerstift, insbesondere einen Gleitlagerstift für ein Planetengetriebe, wobei der Gleitlagerstift eine Längsachse und eine außenseitige Anlagefläche für ein Gleitlager aufweist, die Anlagefläche ein axial vorderes Ende und ein axial hinteres Ende aufweist, und wobei der Gleitlagerstift an seiner Anlagefläche eine Balligkeit ausbildet, bei der der Außendurchmesser der Anlagefläche von einem maximalen Außendurchmesser zu mindestens einem axialen Ende der Anlagefläche hin abnimmt. Dabei ist vorgesehen, dass die Balligkeit der Anlagefläche derart ausbildet ist, dass die Anlagefläche angrenzend an mindestens ein axiales Ende der Anlagefläche oder einen sich an das axiale Ende anschließenden zylindrischen Bereich konkav geformt ist.
Die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Planetengetriebe erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten in entsprechender Weise auch für den erfindungsgemäßen Gleitlagerstift.
Die Erfindung betrifft auch ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug, das aufweist:

- einen Triebwerkskern, der eine Turbine, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Turbinenwelle umfasst;
- einen Fan, der stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist, wobei der Fan mehrere Fanschaufeln umfasst und durch eine Fanwelle angetrieben wird; und
- ein Planetengetriebe gemäß Anspruch 1, dessen Eingang mit der Turbinenwelle und dessen Ausgang mit der Fanwelle verbunden ist.

Eine Ausgestaltung hierzu kann vorsehen, dass

- die Turbine eine erste Turbine ist, der Verdichter ein erster Verdichter ist und die Turbinenwelle eine erste Turbinenwelle ist;
- der Triebwerkskern ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Turbinenwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfasst; und
- die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Turbinenwelle dahingehend angeordnet sind, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Turbinenwelle zu drehen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei identisch mit der Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks, in dem das Planetengetriebe enthalten ist, wobei die axiale Richtung vom Triebwerkseingang in Richtung des Triebwerksausgangs zeigt. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich auf die radiale Richtung.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Gebläsespitzenbelastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Triebwerkskerns befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Gebläsegehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
Ein Gebläse, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und/oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Das Gebläse einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 eine Schnittdarstellung von Elementen eines Planetengetriebes, das zum Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk gemäß 1 geeignet ist;
5 in perspektivischer Ansicht einen Teilabschnitt eines Planetengetriebes, der ein auf ein auf einem Gleitlagerstift gelagertes Planetenrad darstellt, wobei der Gleitlagerstift mit einem Planetenträger verbunden ist;
6 eine Ansicht von vorne auf den Teilabschnitt der 5;
7 eine Schnittansicht des Teilabschnitts entlang der Linie A-A der 6;
8 eine Schnittansicht des Teilabschnitts entlang der Linie B-B der 7;
9 eine Darstellung eines Gleitlagerstifts und eines Planetenrads in einem Planetengetriebe entsprechend der 7 gemäß dem Stand der Technik;
10 eine Schnitterstellung eines Ausführungsbeispiels eines Gleitlagerstifts mit einer ballig ausgebildeten Anlagefläche, die zwei konkave Abschnitte und einen konvexen Abschnitt umfasst, entsprechend den 5 bis 8;
11 eine Ansicht von vorne auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts;
12 den Gleitlagerstift der 11 in einer Seitenansicht;
13 eine Schnittansicht des Gleitlagerstifts der 11 und 12 entlang der Linie AA-AA der 11;
14 eine Ansicht von vorne auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts;
15 den Gleitlagerstift der 14 in einer Seitenansicht; und
16 eine Schnittansicht des Gleitlagerstifts der 14 und 15 entlang der Linie AA-AA der 14.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse bzw. Fan 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 Epizykloidengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
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. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 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 Epizykloidengetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 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 Epizykloidengetriebe 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 Epizykloidengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Epizykloidengetriebe 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 Epizykloidengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Epizykloidengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne Weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung wird ein im Stand der Technik bekanntes Planetengetriebe anhand der 4 weitergehend erläutert. Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes 30 eines als Getriebefan-Triebwerk ausgebildeten Gasturbinentriebwerks gemäß der 1 in einer Schnittdarstellung. Das Planetengetriebe 30 umfasst ein Sonnenrad 28, das von einer Antriebswelle 26 bzw. Sonnenwelle angetrieben wird. Bei der Antriebswelle 26 handelt sich um die Welle 26 der 1 und 2 bzw. allgemein um eine Turbinenwelle. Das Sonnenrad 28 und die Antriebswelle 26 drehen sich dabei um die Drehachse 9. Die Drehachse des Planetengetriebes 30 ist identisch mit der Drehachse 9 bzw. Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks 10.
Das Planetengetriebe 30 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Planetenrädern 32, von denen in der Schnittdarstellung der 4 eines dargestellt ist. Das Sonnenrad 28 treibt die Mehrzahl der Planetenräder 32 an, wobei eine Verzahnung des Sonnenrads 28 mit einer Verzahnung des Planetenrads 32 in Eingriff steht.
Das Planetenrad 32 ist hohlzylindrisch ausgebildet und bildet eine äußere Mantelfläche und eine innere Mantelfläche. Das Planetenrad 32 rotiert - angetrieben durch das Sonnenrad 28 - um eine Drehachse 90, die parallel zur Drehachse 9 verläuft. Die äußere Mantelfläche des Planetenrads 32 bildet eine Verzahnung aus, die mit der Verzahnung eines Hohlrads 38 in Eingriff steht. Das Hohlrad 38 ist feststehend, d. h. nichtrotierend angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf Planetengetriebe mit stehendem Hohlrad. Sie ist ebenso realisierbar in Planetengetrieben mit stehendem Planetenträger und rotierendem Hohlrad.
Die Planetenräder 32 rotieren aufgrund ihrer Kopplung mit dem Sonnenrad 28 und wandern dabei entlang des Umfangs des Hohlrads 38. Die Rotation der Planetenräder 32 entlang des Umfangs des Hohlrads 38 und dabei um die Drehachse 90 ist langsamer als die Rotation der Antriebswelle 26, wodurch eine Untersetzung bereitgestellt wird.
Das Planetenrad 32 weist angrenzend an seine innere Mantelfläche eine zentrierte axiale Öffnung auf. In die Öffnung eingebracht ist ein Gleitlagerstift 6, der auch selbst eine axiale Bohrung 60 aufweist, wobei die Längsachse der Bohrung identisch ist mit der Drehachse 90 des Planetenrads 32. Dabei bilden der Gleitlagerstift 6 und das Planetenrad 32 an ihren einander zugewandten Flächen ein Gleitlager 65. Der Gleitlagerstift 6 wird auch als Planetenstift, Planetenradbolzen oder Planetenradlagerzapfen bezeichnet.
Bei den einander zugewandten Flächen von Gleitlagerstift 6 und Planetenrad 32 handelt es sich um eine zumindest näherungsweise zylindrische, außenseitige Anlagefläche bzw. Außenfläche 61 des Gleitlagerstifts 6 und eine zumindest näherungsweise zylindrische Innenfläche 320 des Planetenrads 32. Diese Flächen bilden die Laufflächen des Gleitlagers. Zwischen den Laufflächen 61, 320 befindet sich Schmieröl, was bei Drehung einen hydrodynamischen Schmierfilm aufbaut und die Laufflächen voneinander trennt. Dabei bildet das Gleitlager zwischen den Laufflächen 61, 320 einen Gleitlagerspalt 650 aus. Die Höhe des Gleitlagerspalts 650, die eine radiale Höhe ist, variiert dabei in Umfangsrichtung. Der Höhe des Gleitlagerspalts 650 definiert die Schmierfilmdicke des Öls. Je geringer die Schmierfilmdicke, desto höher der Schmierfilmdruck und desto größer die Temperaturentwicklung im Schmierfilm bzw. Öl.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Gleitlagerstift 6 über seine axiale Länge beispielsweise mittels unterschiedlicher Wanddicken eine variierende Steifigkeit aufweisen kann, wie es in der US 2021/025477 A1 beschrieben ist. Weiter ist die Ausbildung des Gleitlagerstifts 6 mit einer axialen Bohrung 60 nur beispielhaft zu verstehen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Gleitlagerstift 6 keine axiale Bohrung aufweist und voll ausgeführt ist.
Die 4 zeigt des Weiteren eine vordere Trägerplatte 341 und eine hintere Trägerplatte 342, die Bestandteile des Planetenträgers 34 sind, vgl. 2. Der Planetenradbolzen 6 ist mit der vorderen Trägerplatte 341 und mit der hinteren Trägerplatte 342 fest verbunden. Die vordere Trägerplatte 341 ist beispielsweise mit einem Drehmomentträger verbunden, der mit einer Fanwelle gekoppelt ist.
Zur Schmierung des Lagers 65 zwischen Gleitlagerstift 6 und Planetenrad 32 sind ein oder mehrere Ölversorgungssysteme vorgesehen, die Ölzuführungskanäle umfassen (nicht dargestellt), die jeweils in einer Zuführtasche für das Öl enden (nicht dargestellt), die an der außenseitigen Anlagefläche 61 des Gleitlagerstifts 6 ausgebildet bzw. in diese eingearbeitet ist. Über die Ölzuführungskanäle wird Öl eines zirkulierenden Ölsystems in die Zuführtaschen im Gleitlagerstift 6 geleitet. Die Zufuhr von Öl erfolgt dabei beispielsweise über die axiale Innenbohrung 60 des Gleitlagerstifts 6.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung des Gleitlagerstifts im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung des Schmieröls im Gleitlagerspalt von Bedeutung. Dabei gilt, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zwar anhand von Gleitlagern in einem Planetengetriebe eines Gasturbinentriebwerks beschrieben sind, grundsätzlich jedoch für Gleitlagerstifte für beliebige Gleitlager und Getriebe gelten.
Die 5 zeigt perspektivisch einen Ausschnitt eines Planetengetriebes gemäß der 4. Dabei ist ein Planetenrad 32 zu erkennen, das auf einem Gleitlagerstift 6 unter Ausbildung eines Gleitlagers gelagert ist. Der Gleitlagerstift 6 ist an seinen beiden Stirnseiten mit einer axial vorderen Trägerplatte 341 und einer axial hinteren Trägerplatte 342 eines Planetenträgers 34 verbunden, beispielsweise über eine Presspassung. Die 6 zeigt den Ausschnitt des Planetengetriebes gemäß der 5 in einer stirnseitigen Ansicht. Dabei ist auch eine Längsachse 69 des Gleitlagerstifts 6 dargestellt, die eine axiale Richtung des Gleitlagerstifts 6 definiert. Wenn das Planetengetriebe sich nicht im Betrieb befindet, sind die Längsachse 69 des Gleitlagerstifts 6 und die Drehachse 90 des Planetenrad 32 (vgl. 4) identisch.
Die 7 zeigt den betrachteten Ausschnitt des Planetengetriebes in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A der 6. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der Darstellung der 4, wobei das Sonnenrad und das Hohlrad nicht dargestellt sind. Das Planetenrad 32 ist derart ausgebildet, dass es zwei stirnseitige Aussparungen 325 ausbildet, die sich ausgehend von der jeweiligen Stirnseite 321, 322 innerhalb des Planetenrads 32 erstrecken. Eine solche Formgebung des Planetenrads 32 reduziert die Steifigkeit des Planetenrads an den axialen Stirnseiten 321, 322 und ermöglicht dadurch, dass bei hohen auftretenden Kräften an den Enden des Gleitlagers die durch das Planetenrad 32 gebildete Kontaktfläche des Gleitlagers sich an seinen Enden flexibel verformen kann. Eine solche Ausgestaltung ist jedoch optional.
Gemäß der 7 weist der Gleitlagerstift 6 eine in besonderer Weise ausgebildete Balligkeit an seiner Anlagefläche 61 auf. Als Balligkeit wird dabei eine Formgebung bezeichnet, bei der der Außendurchmesser der Anlagefläche 61 von einem maximalen Außendurchmesser zu mindestens einem der axialen Enden der Anlagefläche 61 hin abnimmt. So besitzt der Gleitlagerstift 6 der 7 einen maximalen Außendurchmesser in der axialen Mitte des Gleitlagerstifts 6. Der Abschnitt, in dem der Gleitlagerstift 6 den maximalen Außendurchmesser ausbildet, ist konvex geformt. Daran schließen sich zwei konkav geformte Abschnitte an, die sich bis zu den axialen Enden der Anlagefläche 61 erstrecken und dort gerade auslaufen, wie anhand der 10 im Einzelnen erläutert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Ausmaß der Balligkeit in der 7 und auch den anderen Figuren zur Anschaulichkeit nicht maßstabsgerecht und übertrieben dargestellt ist.
Die 7 zeigt das Planetengetriebe im Betrieb. Im Betrieb ist das Planetenrad 32 deformiert, wobei die Deformation, die das Planetenrad 32 einnimmt, bei einem betrachteten Betriebszustand im Wesentlichen konstant ist. Die Deformation führt insbesondere dazu, dass die Innenfläche 320 des Planetenrads 32, die die eine Lauffläche des Gleitlagers bildet, im axial mittleren Abschnitt 321 eine konkave Eindellung aufweist, die zu den axialen Enden hin in konvex geformten Abschnitten 322, 323 ausläuft. Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass eine solche Formgebung des Planetenrads 32 über weite Betriebsbereiche im Wesentlichen unverändert ist.
Die äußere Konturierung des Gleitlagerstifts 6 an seiner Anlagefläche 61 ist derart, dass sie der durch die Innenfläche 320 gebildeten Innenkontur des Planetenrads 32 folgt. Dementsprechend bildet der Gleitlagerstift 6 einen konvexen Abschnitt in dem axialen Bereich auf, in dem das Planetenrad 32 den konkaven Abschnitt 321 ausbildet. Der Gleitlagerstift bildet konkave Abschnitte in den Randbereichen des Gleitlagerstifts aus, in denen das Planetenrad an seiner Innenseite konvex geformte Abschnitte 322, 323 aufweist. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein Gleitlagerspalt 650, dessen Spalthöhe über die axiale Länge des Gleitlagers im Wesentlichen konstant ist.
Zum Vergleich zeigt die 9 ein Planetengetriebe, bei dem der Gleitlagerstift 6 ohne eine Balligkeit ausgeführt ist. Die erläuterte Verformung der Innenfläche 320 des Planetenrads 32 mit einem konkaven, mittleren Abschnitt und zwei sich daran anschließenden konvexen Abschnitten sowie ein in seiner Höhe variierender Gleitlagerspalt 650 sind dabei gut zu erkennen.
Die Formgebung des Gleitlagerstifts 6 gemäß der 7 erfolgt somit derart, dass die Anlagefläche 61 des Gleitlagerstifts 6 eine Außenkontur bildet, die der Innenkontur des Planetenrads 32 entspricht, die sich im Betrieb des Planetengetriebes bei dessen Deformation einstellt.
Die 8 zeigt das Planetengetriebe der 5-7 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B der 7. Es ist der Gleitlagerspalt 650 zu erkennen. Im Gleitlagerspalt 650 liegt eine Zone 651 vor, in der der Gleitlagerspalt 650 belastet ist, und eine Zone 652 vor, in der der Gleitlagerspalt 650 unbelastet ist. Dies hängt damit zusammen, dass im Betrieb des Planetengetriebes aufgrund der Rotationsbewegung der Planetenräder 32 und der Interaktion zwischen der Verzahnung von Planetenrad 32 und Hohlrad 38 die einwirkende Last bei einem bestimmten Umfangswinkel ein Maximum aufweist.
Die genaue Formgebung des in der 7 dargestellten Gleitlagerstifts wird im Folgenden anhand der 10 erläutert.
Der Gleitlagerstift 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch ausgebildet und besitzt eine Längsachse 69. Seine Gesamtlänge zwischen dem axial vordersten Ende 651 und dem axial hintersten Ende 661 ist als L1 bezeichnet. Diese gesamte Länge des Gleitlagerstifts umfasst auch Abschnitte 65, 66, die gegenüber der eigentlichen Anlagefläche 61 des Gleitlagerstifts axial vorstehenden und die dazu dienen, den Gleitlagerstift 6 entsprechend den 4-7 in einer axial vorderen Trägerplatte und einer axial hinteren Trägerplatte zu befestigen.
Die eigentliche Anlagefläche 61 des Gleitlagerstifts 6, an der ein Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitlagerstift und dem Planetenrad ausgebildet ist, weist ein axial vorderes Ende 610 und ein axial hinteres Ende 620 auf. Die Anlagefläche 61 besitzt eine Länge L2.
Weiter ist die Anlagefläche 61 über eine Länge bzw. einen Abschnitt L3 ballig geformt. Die ballige Formgebung kann dabei grundsätzlich an den axialen Enden 610, 620 der Anlagefläche 61 einsetzen. Im vorliegenden Fall ist allerdings vorgesehen, dass sich an das jeweilige axiale Ende 610, 620 der Anlagefläche ein zylindrischer Bereich 68 der Anlagefläche anschließt, an den sich dann die ballige Formgebung anschließt.
Der Außendurchmesser der Anlagefläche 61 ist mit e bezeichnet. Dabei gilt für den Außendurchmesser e wie auch für andere, in der 10 dargestellte radiale Abstände, dass dieser definitionsgemäß in dem jeweils betrachteten Querschnitt der größte Abstand zwischen zwei Punkten der Anlagefläche ist. Die Darstellung der 10, die bei der Längsachse 69 endet, zeigt den Außendurchmesser somit nur unvollständig.
Der Außendurchmesser e besitzt ein Maximum D. Dieses wird entlang einer Umfangslinie erreicht, die in der axialen Mitte 67 des Gleitlagerstifts 6 liegt, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Der Außendurchmesser e besitzt des Weiteren ein Minimum d, das an den axialen Enden 610, 620 der Anlagefläche 61 erreicht wird. Das Minimum d ist an beiden axialen Enden 610, 620 der Anlagefläche 61 identisch, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Die halbe Differenz zwischen dem Maximum D und dem Minimum d des Außendurchmessers gibt die Höhe h der Balligkeit an.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der Darstellung der 10 auch die Abschnitte 65, 66, die dazu dienen, jeweils in einer Trägerplatte angeordnet zu sein, den minimalen Außendurchmesser d aufweisen. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Wie beispielsweise anhand der 11-16 erkennbar ist, kann der Außendurchmesser in den Abschnitten 65, 66 abweichen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kommt es auf den Außendurchmesser der Anlagefläche 61 an.
Die ballige Formgebung der Anlagefläche 61 in dem Abschnitt L3 umfasst einen mittigen, konvex geformten Abschnitt L6 und zwei konkav geformte Abschnitte L4, L5, die sich an beiden Seiten an den konvex geformten Abschnitt L6 anschließenden. Die konkav geformten Abschnitte L4, L5 laufen dabei zu dem jeweiligen zylindrischen Bereich 68 aus und verlaufen im Übergang zu dem zylindrischen Bereich parallel zur Längsachse 66, so dass ein kantenfreier Übergang zwischen den konkav geformten Abschnitten L4, L5 und dem jeweiligen zylindrischen Abschnitt 68 vorliegt.
Im Längsschnitt bildet der konkav geformte Abschnitt L4 eine erste konkave Kurve 62 aus, die sich ausgehend von dem zylindrischen Bereich 68 am axialen Ende 610 erstreckt und die in eine konvexe Kurve 63 übergeht, die der konvex geformte Abschnitt L6 ausbildet. Die konvexe Kurve 63 geht in eine zweite konkave Kurve 64 über, die sich bis zu dem angrenzenden zylindrischen Bereich 68 am anderen axialen Ende 620 erstreckt. Am Übergang zwischen der ersten konkaven Kurve 62 und der konvexen Kurve 63 liegt ein Wendepunkt 611 vor, in dem sich das Krümmungsverhalten der durch die Kurven 62, 63 gebildeten Kurve ändert. Am Übergang zwischen der konvexen Kurve 63 und der zweiten konkaven Kurve 64 liegt ein weiterer Wendepunkt 612 vor.
Die erste konkave Kurve 62 ist dabei als Kreisbogen mit dem Radius R1 gebildet. Die konvexe Kurve 63 ist als Kreisbogen mit dem Radius R3 gebildet. Die zweite konkave Kurve 64 ist als Kreisbogen mit dem Radius R2 gebildet, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise R1 gleich R2 ist. Die Bildung der konkaven Abschnitte L4, L5 und des konvexen Abschnitts L6 durch Kreisbögen ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine Herstellung durch spanende Verfahren vereinfacht ist. Grundsätzlich kann die Formgebung der konkaven Abschnitte L4, L5 und des konvexen Abschnitts L6 jedoch einer vorgegebenen mathematischen Funktion folgen und durch die geeignete Einstellung von Parametern einen gewünschten Verlauf erhalten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die durch die Teilkurven 62, 63, 64 gebildete Gesamtkurve durch eine Polynomfunktion vom Grad n beschrieben wird.
Das Maximum D des Außendurchmessers ist in dem konvexen Abschnitt L6 ausgebildet, und zwar in der axialen Mitte 67 dieses Abschnitts. So ist der in der 10 dargestellte Gleitlagerstift 6 insgesamt spiegelsymmetrisch bezüglich der axialen Mitte 67 des Gleitlagerstifts 6 ausgebildet. Dementsprechend sind die Längen L4 und L5 identisch. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Zahlreiche Abwandlungen sind möglich. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die axiale Position, an der der konvexe Abschnitt L6 das Maximum D ausbildet, von der axialen Mitte zu einer der axialen Enden 610, 620 verschoben ist. In einem weiteren Beispiel unterscheiden sich die Längen L4, L5. Weiter können sich die Radien R1, R2 und die minimalen Außendurchmesser d an den axialen Enden 610, 620 unterscheiden. Eine weitere Alternative besteht darin, dass das Maximum D im konvexen Abschnitt 6 nicht an einem Punkt (in der Schnittansicht) bzw. entlang einer Umfangslinie (bei dreidimensionaler Betrachtung) erreicht wird, sondern über ein Plateau mit einer axialen Länge konstant ist. Auch bestehen Alternativen darin, dass ein zylindrischer Bereich 68 gemäß der 10 an beiden Enden, an keinem der Enden, oder an nur einem der Enden vorgesehen ist.
Die 11-13 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts 6 in einer Ansicht von vorne, einer Seitenansicht und einer Schnittansicht. Es wird auf die 11-13 gemeinsam Bezug genommen. Die Formgebung der Anlagefläche 61 entspricht der in der 10 dargestellten Formgebung. So besitzt die Anlagefläche 61 in einem Abschnitt L2 eine ballige Form, die zwei konkav geformte Abschnitte mit in der Schnittansicht konkaven Kurven 62, 64, die an das jeweilige axiale Ende 610, 620 der Anlagefläche 61 angrenzen, und einen dazwischenliegenden konvex geformten Abschnitt mit einer in der Schnittansicht konvexen Kurve 63 aufweist. Zwischen den beiden konkaven Kurven 62 und der konvexen Kurve 63 ist jeweils ein Wendepunkt 611, 612 ausgebildet. Das Maximum des Außendurchmessers ist dabei in der axialen Mitte 67 im Bereich des konvex geformten Abschnitts erreicht.
Es ist weiter zu erkennen, dass die axialen Enden 65, 66 des Gleitlagerstifts, die nicht zu der Anlagefläche 61 beitragen und im montierten Zustand jeweils in einer Trägerplatte befestigt sind, einen abweichenden Außendurchmesser aufweisen.
Die 14-16 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts in einer Ansicht von vorne, einer Seitenansicht und einer Schnittansicht. Es wird auf die 14-16 gemeinsam Bezug genommen. Die Formgebung der Anlagefläche 61 weist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Balligkeit auf, die zwei konkave Abschnitte mit in der Schnittansicht konkaven Kurven 62, 64 und einen konvexen Abschnitt mit einer in der Schnittansicht konvexen Kurve 63 umfasst, wobei die konkaven Abschnitte angrenzend an die axialen Enden 610, 620 der Anlagefläche 61 ausgebildet sind und der konvexe Abschnitt zwischen den beiden konkaven Abschnitten ausgebildet ist. Zwischen den beiden konkaven Kurven 62, 64 und der konvexen Kurve 63 ist jeweils ein Wendepunkt 611, 612 ausgebildet.
Beim Ausführungsbeispiel der 14-16 ist, wie insbesondere der 16 zu entnehmen ist, das Maximum des Außendurchmessers leicht gegenüber der axialen Mitte der Anlagefläche 61 verschoben und in einem außermittigen Punkt 671 ausgebildet. Dementsprechend ist die axiale Länge des ersten konkaven Abschnitts etwas kürzer als die axiale Länge des zweiten konkaven Abschnitts. Darüber hinaus ist die Krümmung der Kurve 62 im ersten konkaven Abschnitt stärker als die Krümmung der Kurve 64 im zweiten konkaven Abschnitt, d. h. bezogen auf die Darstellung der 10 unterscheiden sich die Radien R1, R2. Dies geht damit einher, dass der erste axiale Abschnitt mit der Kurve 62 sich ausgehend von einem zylindrischen Bereich 68 erstreckt, der an das eine axiale Ende 610 angrenzt. Insofern wird auch auf die Erläuterungen zu 10 verwiesen. Der zweite axiale Abschnitt, der die konkave Kurve 64 ausbildet, verläuft dagegen bis zu dem anderen axialen Ende 620 der Anlagefläche 61.
Die 14-16 stellen beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts dar, der eine asymmetrische Balligkeit ausbildet. Wie erläutert, sind zahlreiche Abwandlungen möglich.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2019162294 A1 [0002, 0003, 0009]
US 2021025477 A1 [0079]

Claims

Planetengetriebe, das aufweist: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotierbar ist und eine axiale Richtung des Planetengetriebes (30) definiert, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, und - eine Mehrzahl von Gleitlagerstiften (6), die jeweils eine Längsachse (69) und eine außenseitige Anlagefläche (61) aufweisen, wobei - jeweils ein Gleitlagerstift (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, wobei der Gleitlagerstift (6) und das Planetenrad (32) ein geschmiertes Gleitlager (65) bilden, und - der Gleitlagerstift (6) an seiner Anlagefläche (61) eine Balligkeit ausbildet, wobei der Außendurchmesser (e) der Anlagefläche (61) von einem maximalen Außendurchmesser (D) zu mindestens einem axialen Ende (610, 620) der Anlagefläche (61) hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Balligkeit der Anlagefläche (61) derart ausbildet ist, dass die Anlagefläche (61) angrenzend an mindestens ein axiales Ende (610, 620) der Anlagefläche (61) oder einen sich an das axiale Ende (610, 620) anschließenden zylindrischen Bereich (68) konkav geformt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (61) an dem mindestens einen axialen Ende (610, 620) oder dem zylindrischen Bereich (68) gerade ausläuft.
Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (61) angrenzend an beide axiale Enden (610, 620) oder sich daran anschließende zylindrische Bereiche (68) der Anlagefläche (6) unter Ausbildung zweier konkaver Abschnitte (L4, L5) konkav geformt und zwischen den konkav geformten Abschnitten (L4, L5) in einem konvexen Abschnitt (L6) konvex geformt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (61) des Gleitlagerstifts (6) im Längsschnitt angrenzend an das eine axiale Ende (610) oder den zylindrischen Bereich (68) der Anlagefläche eine erste konkave Kurve (62) ausbildet, die in eine konvexe Kurve (63) übergeht, in deren Bereich der Außendurchmesser (e) der Anlagefläche (61) maximal ist, und die konvexe Kurve (63) in eine zweite konkave Kurve (64) übergeht, die sich bis zu dem anderen axialen Ende der Anlagefläche (620) erstreckt.
Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden konkaven Kurven (62, 64) und die konvexe Kurve (63) jeweils eine Krümmung aufweisen, die einem Kreisbogen entspricht.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (61) bezogen auf ihre axiale Mitte (67) spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 6, soweit rückbezogen auf Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Bereiche (L4, L5), in denen sich die erste konkave Kurve (62) und die zweite konkave Kurve (64) erstrecken, die gleiche Länge aufweisen, wobei der konvexe Abschnitt (L6) mittig zwischen den beiden axialen Enden (610, 620) der Anlagefläche (61) ausgebildet ist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (61) bezogen auf ihre axiale Mitte (67) asymmetrisch ausgebildet ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 8, soweit rückbezogen auf Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Bereiche (L4, L5), in denen sich die erste konkave Kurve (62) und die zweite konkave Kurve (64) erstrecken, eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerstift (6) minimale Außendurchmesser (d) an den axialen Enden (610, 620) der Anlagefläche (61) und den maximalen Außendurchmesser (D) zwischen den axialen Enden (610, 620) aufweist.
Planetengetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die minimalen Außendurchmesser (d) an den beiden axialen Enden (610, 620) identisch sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum des Außendurchmessers (D) des Gleitlagerstifts (6) durch eine Umfangslinie gebildet ist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerstift (6) in seiner axialen Mitte (67) das Maximum seines Außendurchmessers (D) aufweist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerstift (6) außerhalb seiner axialen Mitte (67) das Maximum seines Außendurchmessers (D) aufweist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerstift (6) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Anlagefläche (61) im Längsschnitt gebildete Kurve (62, 63, 64) eine Polynomfunktion vom Grad n ist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerstift (6) eine Balligkeit derart ausbildet, dass die Anlagefläche (61) bei mindestens einem betrachteten Betriebspunkt des Planetengetriebes eine Außenkontur bildet, die einer Innenkontur (320) des Planetenrads (32) entspricht, die dieses durch seine Deformation bei dem mindestens einen betrachteten Betriebspunkt ausbildet.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad (32) an seiner axial vorderen Stirnseite (321) und/oder an seiner axial hinteren Stirnseite (322) eine Aussparung (325) ausbildet, die sich ausgehend von der Stirnseite (321, 322) innerhalb des Planetenrads (32) erstreckt.
Gleitlagerstift (6), insbesondere für ein Planetengetriebe (30), der eine außenseitige Anlagefläche (61) für ein Gleitlager (65) aufweist, wobei die Anlagefläche (61) ein axial vorderes Ende (610) und ein axial hinteres Ende (620) aufweist, und wobei der Gleitlagerstift (6) an seiner Anlagefläche (61) eine Balligkeit ausbildet, bei der der Außendurchmesser (e) der Anlagefläche (61) von einem maximalen Außendurchmesser (D) zu mindestens einem axialen Ende der Anlagefläche (61) hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Balligkeit der Anlagefläche (61) derart ausbildet ist, dass die Anlagefläche (61) angrenzend an mindestens ein axiales Ende (610, 620) der Anlagefläche (61) oder einen sich an das axiale Ende (610, 620) anschließenden zylindrischen Bereich (68) konkav geformt ist.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das aufweist: - einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Turbinenwelle (26) umfasst; - einen Fan (23), der stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst und durch eine Fanwelle angetrieben wird; und - ein Planetengetriebe (30) gemäß Anspruch 1, dessen Eingang mit der Turbinenwelle (26) und dessen Ausgang mit der Fanwelle verbunden ist.