DE102022116804A1

DE102022116804A1 - Planetary gear

Info

Publication number: DE102022116804A1
Application number: DE102022116804.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Prölß
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-01-11

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 Gleitlager (65) bilden und der Gleitlagerstift (6) an seiner Anlagefläche (61) eine Zuführtasche (4) ausbildet, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, Öl aufzunehmen und an das Gleitlager (65) abzugeben. Es ist vorgesehen, dass der Gleitlagerstift (6) an seiner Anlagefläche (61) zumindest in einem Teilbereich (610) eine Mikrostrukturierung (5) aufweist, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, als Mikro-Ölreservoir zu dienen.

The invention relates to a planetary gear that has a sun gear (28), a plurality of planetary gears (32), a ring gear (38) and a plurality of plain bearing pins (6). A plain bearing pin (6) is arranged in a planetary gear (32), the plain bearing pin (6) and the planetary gear (32) forming a plain bearing (65) and the plain bearing pin (6) forming a feed pocket (4) on its contact surface (61). ), which is intended and designed to absorb oil and deliver it to the plain bearing (65). It is envisaged that the plain bearing pin (6) has a microstructuring (5) on its contact surface (61), at least in a partial area (610), which is intended and designed to serve as a micro-oil reservoir.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Gasturbinentriebwerk mit einem solchen Planetengetriebe.The invention relates to a planetary gear according to the preamble of claim 1 and a gas turbine engine with such a planetary gear.

Bei einem abgeschalteten Gasturbinentriebwerk eines sich am Boden befindlichen Luftfahrzeugs kann die Situation auftreten, dass der Fan des Triebwerks durch externe Winde in Rotation versetzt wird (sogenanntes „windmilling on ground“). Sofern das Gasturbinentriebwerk als Getriebefan („geared turbofan“) ausgebildet ist und dementsprechend ein Planetengetriebe umfasst, das als Untersetzungsgetriebe wirkt, kann in einer solchen Situation das Problem auftreten, dass aufgrund des abgeschalteten Triebwerks kein Öl zur Schmierung eines Gleitlagers zwischen Gleitlagerstift und Planetenrad des Planetengetriebes zur Verfügung. Dies wiederum kann dazu führen, dass durch die externen Kräfte bewirkte Rotationen den Gleitlagerstift schädigen. Insbesondere kann abhängig von der Windstärke und der Dauer der Rotationen das Profil des Gleitlagerstifts verändert werden, was die Leistung des Planetengetriebes beeinträchtigen und zu einer Verkürzung der Wartungsintervalle führen kann.When the gas turbine engine of an aircraft on the ground is switched off, the situation can arise in which the fan of the engine is set into rotation by external winds (so-called “windmilling on ground”). If the gas turbine engine is designed as a geared turbofan and accordingly includes a planetary gear that acts as a reduction gear, the problem can arise in such a situation that, due to the engine being switched off, there is no oil to lubricate a plain bearing between the plain bearing pin and the planetary gear of the planetary gear available. This in turn can lead to rotations caused by the external forces damaging the plain bearing pin. In particular, depending on the wind strength and the duration of the rotations, the profile of the plain bearing pin can be changed, which can affect the performance of the planetary gear and lead to a shortening of the maintenance intervals.

Ein entsprechendes Problem kann sich auch beim Hochfahren und beim Herunterfahren eines Gasturbinentriebwerks ergeben, wenn das Ölversorgungssystem des Gasturbinentriebwerks zur Bereitstellung von Schmieröl noch nicht bzw. nicht mehr in optimaler Weise bereitsteht.A corresponding problem can also arise when starting up and shutting down a gas turbine engine if the oil supply system of the gas turbine engine is not yet ready or is no longer ready to provide lubricating oil in an optimal manner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe mit Planetenrädern und Gleitlagerstiften zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gefahr, dass die Gleitlagerstifte Beschädigungen erleiden, reduziert ist.The invention is based on the object of providing a planetary gear with planetary gears and plain bearing pins, in which the risk of the plain bearing pins suffering damage is reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a planetary gear with the features of patent claim 1 and a gas turbine engine with the features of patent claim 17. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Danach betrachtet die vorliegende Erfindung 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 außenseitige Anlagefläche auf. Es ist jeweils ein Gleitlagerstift in einem Planetenrad angeordnet, wobei der Gleitlagerstift und das Planetenrad ein Gleitlager bilden. Dabei bildet der Gleitlagerstift an seiner Anlagefläche eine Zuführtasche aus, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, Öl aufzunehmen und an das Gleitlager abzugeben.Thereafter, the present invention contemplates a planetary gear that includes a sun gear, a plurality of planetary gears, a ring gear and a plurality of plain bearing pins. The sun gear rotates about a rotation axis of the planetary gear, which defines an axial direction of the planetary gear. The majority of the planet gears are driven by the sun gear and mesh with the ring gear. The plain bearing pins each have an outside contact surface. A plain bearing pin is arranged in a planetary gear, with the plain bearing pin and the planetary gear forming a plain bearing. The plain bearing pin forms a feed pocket on its contact surface, which is intended and designed to absorb oil and deliver it to the plain bearing.

Es ist vorgesehen, dass der Gleitlagerstift an seiner Anlagefläche zumindest in einem Teilbereich eine Mikrostrukturierung aufweist, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, als Mikro-Ölreservoir zu dienen.It is envisaged that the plain bearing pin has a microstructuring on its contact surface at least in a partial area, which is intended and designed to serve as a micro-oil reservoir.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, den Gleitlagerstift zumindest in einem Teilbereich mit einer mikrostrukturierten Anlagefläche bzw. Oberfläche zu versehen, wobei die Mikrostrukturierung ein Mikro-Ölreservoir bildet, das sicherstellt, dass das Gleitlager auch in einer „windmilling on ground“ Situation, wenn keine aktive Ölversorgung des Gleitlagers erfolgt, mit Schmieröl versorgt ist. Hierdurch werden Beschädigungen der Anlagefläche des Gleitlagerstifts verhindert oder zumindest erheblich reduziert. Insbesondere werden die auf die Anlagefläche wirkenden Scherkräfte bei Mischreibung reduziert. Als Ergebnis liegen ein geringerer Verschleiß und eine erhöhte Lebensdauer, Robustheit und Zuverlässigkeit des Gleitlagers verbunden mit einer Verlängerung der Wartungsintervalle vor.The present invention is based on the idea of providing the plain bearing pin with a microstructured contact surface or surface, at least in a partial area, with the microstructuring forming a micro-oil reservoir, which ensures that the plain bearing remains stable even in a “windmilling on ground” situation There is no active oil supply to the plain bearing, it is supplied with lubricating oil. This prevents or at least significantly reduces damage to the contact surface of the plain bearing pin. In particular, the shear forces acting on the contact surface are reduced during mixed friction. The result is less wear and an increased service life, robustness and reliability of the plain bearing combined with an extension of the maintenance intervals.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird auch ein der Verschleiß der Planetenstifte beim Hochfahren und beim Herunterfahren des Gasturbinentriebwerks reduziert, wenn das Ölversorgungssystem zur Bereitstellung von Schmieröl noch nicht bzw. nicht mehr in optimaler Weise bereitsteht.The solution according to the invention also reduces wear on the planet pins when starting up and shutting down the gas turbine engine if the oil supply system for providing lubricating oil is not yet available or is no longer available in an optimal manner.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Bereitstellung einer Mikrostrukturierung in der Anlagefläche einen vernachlässigbaren Einfluss auf die hydrodynamischen Bedingungen im Planetengetriebe besitzt. Dies konnte durch Analysen verifiziert werden.It should be noted that the provision of microstructuring in the contact surface has a negligible influence on the hydrodynamic conditions in the planetary gear. This could be verified through analysis.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mikrostrukturierung in Umfangsrichtung des Gleitlagerstifts lediglich in einem Teilbereich der Anlagefläche ausgebildet ist. Die Mikrostrukturierung erstreckt sich somit in einem Teilbereich, der sich in Umfangsrichtung über einen Winkel kleiner als 360° erstreckt. Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass es nicht erforderlich ist, die gesamte Anlagefläche mit einer Mikrostrukturierung zu versehen. Vielmehr ist es ausreichend, lediglich bestimmte Bereiche, die im Betrieb mit einer Last beaufschlagt sind, mit einer Mikrostrukturierung zu versehen.One embodiment of the invention provides that the microstructuring in the circumferential direction of the plain bearing pin is formed only in a partial area of the contact surface. The microstructuring thus extends in a partial area that extends in the circumferential direction over an angle of less than 360°. This design is based on the knowledge that it is not necessary to provide the entire contact surface with microstructuring. Rather, it is sufficient to provide microstructuring only to certain areas that are subjected to a load during operation.

Dementsprechend sieht eine Ausführungsvariante vor, dass die Mikrostrukturierung nur in einem Teilbereich der Anlagefläche ausgebildet ist, die im Betrieb des Planetengetriebes den Bereich der Anlagefläche umfasst, in dem die auftretende Last maximal ist. Dabei ist die Anlagefläche gerade in der belasteten Zone aufgrund des Ölreservoirs, das die Mikrostrukturierung bereitstellt, vor Scherkräften bei Mischreibung geschützt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass im Betrieb des Planetengetriebes aufgrund der Rotationsbewegung der Planetenräder und der Interaktion zwischen der Verzahnung von Planetenrad und Hohlrad die einwirkende Last bei einem bestimmten Umfangswinkel ein Maximum aufweist.Accordingly, one embodiment variant provides that the microstructuring is only formed in a partial area of the contact surface, which, during operation of the planetary gear, includes the area of the contact surface in which the load occurring is maximum. The contact surface, especially in the loaded zone, is protected from shear forces caused by mixed friction due to the oil reservoir that the microstructuring provides. In this context, it should be noted that during operation of the planetary gear, due to the rotational movement of the planetary gears and the interaction between the toothing of the planetary gear and the ring gear, the acting load has a maximum at a certain circumferential angle.

Der Teilbereich der Anlagefläche, der mit einer Mikrostrukturierung versehen ist, kann auch dahingehend definiert sein, dass die Mikrostrukturierung in einem Teilbereich der Anlagefläche ausgebildet ist, der einem Teilbereich der Anlagefläche, in dem die Zuführtasche ausgebildet ist, im lokalen Koordinatensystem des Gleitlagerstifts gegenüberliegt. So ist die Zuführtasche typischerweise um etwa 180° versetzt gegenüber der belasteten Zone ausgebildet.The portion of the contact surface that is provided with a microstructuring can also be defined in such a way that the microstructuring is formed in a portion of the contact surface that is opposite a portion of the contact surface in which the feed pocket is formed in the local coordinate system of the plain bearing pin. The feed pocket is typically designed to be offset by approximately 180° from the loaded zone.

Der Teilbereich der Anlagefläche, der mit einer Mikrostrukturierung versehen ist, kann auch dahingehend definiert sein, dass, wenn die Längsachse der Zuführtasche im lokalen Koordinatensystem des Gleitlagerstifts auf der 0° Winkelkoordinate in Umfangsrichtung liegt, die Mikrostrukturierung im Bereich zwischen 100° und 300°, insbesondere im Bereich zwischen 130° und 280° ausgebildet ist.The portion of the contact surface that is provided with a microstructuring can also be defined in such a way that if the longitudinal axis of the feed pocket in the local coordinate system of the plain bearing pin lies at the 0° angular coordinate in the circumferential direction, the microstructuring is in the range between 100° and 300°, is formed in particular in the range between 130° and 280°.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Mikrostrukturierung Vertiefungen umfasst, die in die Anlagefläche des Gleitlagerstifts eingebracht sind. Der Gleitlagerstift ist ansonsten beispielsweise zylindrisch ausgebildet oder mit einer Balligkeit versehen. Die Vertiefungen sind dabei dazu geeignet und dienen dazu, Öl aufzunehmen und Mikro-Ölreservoire zu bilden, deren Öl bei ausgeschaltetem Gasturbinentriebwerk bei einer Belastung des Gleitlagerstifts als Schmieröl zur Verfügung steht. Ein Teil des Öls, das sich im Normalbetrieb des Planetengetriebes im Gleitlagerspalt befindet, lagert sich dabei ohne weitere Maßnahmen in den Vertiefungen ab. Da die Vertiefungen Mikrostrukturen darstellen, haftet das Öl durch Adhäsionskräfte in den Vertiefungen.A further embodiment provides that the microstructuring includes depressions that are introduced into the contact surface of the plain bearing pin. The plain bearing pin is otherwise, for example, cylindrical or provided with a crown. The depressions are suitable and serve to absorb oil and form micro-oil reservoirs, the oil of which is available as lubricating oil when the gas turbine engine is switched off when the plain bearing pin is loaded. Some of the oil that is in the plain bearing gap during normal operation of the planetary gear is deposited in the recesses without any further action. Since the depressions represent microstructures, the oil adheres to the depressions through adhesion forces.

Das Einbringen der die Mikrostrukturierung bildenden Vertiefungen erfolgt beispielsweise durch Laserablation, eine Mikrostrukturierung durch lithographische Verfahren, Dünnschichtstrukturierung oder OLED-Technologie.The depressions forming the microstructuring are introduced, for example, by laser ablation, microstructuring by lithographic processes, thin-film structuring or OLED technology.

Die Anzahl, Anordnung und Art der Vertiefungen kann dabei eine große Anzahl an Variationen erfahren. Ausführungsvarianten sehen vor, dass die Vertiefungen im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sind, wobei die Vertiefungen beispielsweise zylindrisch oder als inverse Kugelkalotten ausgebildet sind.The number, arrangement and type of depressions can experience a large number of variations. Embodiments provide that the recesses are circular in cross-section, with the recesses being designed, for example, as cylindrical or as inverse spherical caps.

Im Hinblick auf die Anordnung der Vertiefungen sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Vertiefungen bezogen auf eine abgerollte Ansicht der Anlagefläche in einem Punktraster angeordnet sind, bei dem jeweils vier benachbarte Rasterpunkte die Ecken eines Rechtecks, insbesondere Quadrats bilden. Hierdurch erfolgt eine gleichmäßige Bereitstellung von Mikro-Ölreservoiren auf der Anlagefläche.With regard to the arrangement of the recesses, one embodiment provides that the recesses are arranged in a dot grid based on an unrolled view of the contact surface, in which four adjacent grid dots form the corners of a rectangle, in particular a square. This ensures that micro-oil reservoirs are evenly provided on the contact surface.

Im Hinblick auf die Größe der Vertiefungen sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Mikrostrukturierung Vertiefungen umfasst, die einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere im Bereich zwischen 20 µm und 60 µm aufweisen. Sofern die Vertiefungen einen Durchmesser aufweisen, der von der Tiefe der Vertiefung abhängt, so wird als Durchmesser der größte Durchmesser der Vertiefung betrachtet.With regard to the size of the depressions, one embodiment provides that the microstructuring comprises depressions that have a diameter in the range between 10 µm and 100 µm, in particular in the range between 20 µm and 60 µm. If the depressions have a diameter that depends on the depth of the depression, the diameter is considered to be the largest diameter of the depression.

Im Hinblick auf die Tiefe der Vertiefungen sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Mikrostrukturierung Vertiefungen umfasst, die eine Tiefe im Bereich zwischen 5 µm und 40 µm, insbesondere im Bereich zwischen 10 µm und 20 µm aufweisen.With regard to the depth of the depressions, one embodiment provides that the microstructuring comprises depressions that have a depth in the range between 5 µm and 40 µm, in particular in the range between 10 µm and 20 µm.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Mikrostrukturierung mit einer Beschichtung versehen ist. Bei der Beschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Mehrlagen-Beschichtung. Sofern eine Beschichtung vorgesehen ist, befindet sich diese auf der Mikrostrukturierung und bildet die Vertiefungen der Mikrostrukturierung nach.Further embodiments of the invention provide that the microstructuring is provided with a coating. The coating is, for example, a multi-layer coating. If a coating is provided, it is located on the microstructuring and replicates the depressions of the microstructuring.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Mikrostrukturierung in Längsrichtung des Gleitlagerstifts über die gesamte Länge des Gleitlagerstifts ausgebildet ist. Alternativ erstreckt sich die Mikrostrukturierung in Längsrichtung des Gleitlagerstifts nur über einen Teilbereich und endet sie beispielsweise in einem definierten Abstand vor den axialen Enden des Gleitlagerstifts.A further embodiment provides that the microstructuring is formed in the longitudinal direction of the plain bearing pin over the entire length of the plain bearing pin. Alternatively, the microstructuring extends in the longitudinal direction of the plain bearing pin only over a partial area and ends, for example, at a defined distance in front of the axial ends of the plain bearing pin.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Zuführtasche in einer abgerollten Ansicht von oben rechteckförmig ausgebildet. Eine rechteckige Form der Zuführtasche ist einfach herstellbar und ermöglicht die definierte Abgabe von Öl in das Gleitlager an den Längsseiten der rechteckförmigen Taschen. Der Übergang zu den Bereichen der Anlagefläche des Gleitlagerstifts, in denen die Zuführtasche nicht ausgebildet ist, kann dabei stetig und ohne Kanten erfolgen.According to one embodiment, the feed pocket is rectangular in shape in an unrolled view from above. A rectangular shape of the feed pocket is easy to produce and enables the defined delivery of oil into the plain bearing on the long sides of the rectangular pockets. The transition to the areas of the contact surface of the plain bearing pin in which the feed pocket is not formed can take place continuously and without edges.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zuführtasche in jedem der Gleitlagerstifte des Planetengetriebes derart ausgebildet ist, dass sie bezogen auf die axiale Richtung des Planetengetriebes radial nach außen gerichtet ist. Die Zuführtaschen zeigen somit wie die Ziffern einer Uhr radial nach außen, wobei für das jeweilige Gleitlager die Position der Zuführtasche im lokalen Koordinatensystem auf der 0° Winkelkoordinate in Umfangsrichtung liegt. Dabei gilt allgemein, dass der 0° Winkelgrad im lokalen Koordinatensystem des Gleitlagerstifts durch die radiale Richtung im Koordinatensystem des Planetengetriebes definiert ist, d. h. bei 0° ragt die radiale Richtung radial nach außen aus dem Gleitlagerstift heraus. Alternativ können die Zuführtaschen versetzt zur 0° Position im Gleitlagerstift ausgebildet sein.A further embodiment provides that the feed pocket is in each of the plain bearing pins Planetary gear is designed such that it is directed radially outwards in relation to the axial direction of the planetary gear. The feed pockets thus point radially outwards like the numbers on a clock, with the position of the feed pocket in the local coordinate system being at the 0° angular coordinate in the circumferential direction for the respective plain bearing. The general rule is that the 0° angular degree in the local coordinate system of the plain bearing pin is defined by the radial direction in the coordinate system of the planetary gear, ie at 0° the radial direction protrudes radially outwards from the plain bearing pin. Alternatively, the feed pockets can be designed offset to the 0° position in the plain bearing pin.

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.

The invention also relates to a gas turbine engine for an aircraft, comprising:

- an engine core comprising a turbine, a compressor and a turbine shaft connecting the turbine to the compressor;
- a fan positioned upstream of the engine core, the fan comprising a plurality of fan blades and being driven by a fan shaft; and
- A planetary gear according to claim 1, whose input is connected to the turbine shaft and whose output is connected to the fan shaft.

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.

An embodiment of this can provide that

- the turbine is a first turbine, the compressor is a first compressor and the turbine shaft is a first turbine shaft;
- the engine core further comprises a second turbine, a second compressor and a second turbine shaft connecting the second turbine to the second compressor; and
- the second turbine, the second compressor and the second turbine shaft are arranged to rotate at a higher speed than the first turbine shaft.

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.It should be noted that the present invention is described with reference to a cylindrical coordinate system having the coordinates x, r and φ. Here x indicates the axial direction, r the radial direction and φ the angle in the circumferential direction. The axial direction is identical to the machine axis of the gas turbine engine in which the planetary gear is contained, with the axial direction pointing from the engine input towards the engine output. Starting from the x-axis, the radial direction points radially outwards. Terms such as "in front", "behind", "front" and "rear" refer to the axial direction or the direction of flow in the engine. Terms such as “outer” or “inner” refer to the radial direction.

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 einen Gleitlagerstift, der an seiner Anlagefläche eine Mikrostrukturierung ausbildet, wobei die Darstellung derart gewählt ist, dass die abgerollte Außenfläche des Gleitlagerstifts dargestellt ist, und wobei die 5 des Weiteren zwei Ausgestaltungen der Mikrostrukturierung schematisch darstellt; und
6 einen Gleitlagerstift gemäß der 5, wobei die Mikrostrukturierung mit einer Beschichtung versehen ist.

The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing using several exemplary embodiments. Show it:

1 a side sectional view of a gas turbine engine;
2 a side sectional close-up view of an upstream portion of a gas turbine engine;
3 a partially cutaway view of a gearbox for a gas turbine engine;
4 a sectional view of elements of a planetary gear for use in a gas turbine engine according to 1 suitable is;
5 a plain bearing pin which forms a microstructuring on its contact surface, the representation being chosen such that the rolled outer surface of the plain bearing pin is shown, and wherein the 5 furthermore schematically represents two embodiments of the microstructuring; and
6 a plain bearing pin according to 5 , whereby the microstructuring is provided with a coating.

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. 1 illustrates a gas turbine engine 10 having a main axis of rotation 9. The engine 10 includes an air inlet 12 and a thruster or fan 23 that generates two air streams: a core air stream A and a bypass air stream B. The gas turbine engine 10 includes a core 11 that generates the core air stream A absorbs. The engine core 11 includes, in axial flow order, a low-pressure compressor 14, a high-pressure compressor 15, a combustion device 16, a high-pressure turbine 17, a low-pressure turbine 19 and a core thrust nozzle 20. An engine nacelle 21 surrounds the gas turbine engine 10 and defines a bypass channel 22 and a bypass thrust nozzle 18. The bypass air flow B flows through the bypass channel 22. The fan 23 is attached to the low-pressure turbine 19 via a shaft 26 and an epicycloid gear 30 and is driven by it.

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.In use, the core air flow A is accelerated and compressed by the low-pressure compressor 14 and fed into the high-pressure compressor 15, where further compression occurs. The compressed air expelled from the high pressure compressor 15 is directed into the combustion device 16 where it is mixed with fuel and the mixture is burned. The resulting ones are called burns Voltage products then propagate through the high-pressure and low-pressure turbines 17, 19, thereby driving them, before being ejected through the nozzle 20 to provide a certain thrust. The high-pressure turbine 17 drives the high-pressure compressor 15 through a suitable connecting shaft 27. The fan 23 generally provides the majority of the thrust. The epicycloid gear 30 is a reduction gear.

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.An exemplary arrangement for a geared fan gas turbine engine 10 is shown in 2 shown. The low-pressure turbine 19 (see 1 ) drives the shaft 26, which is coupled to a sun gear 28 of the epicycloidal gear assembly 30. Several planet gears 32, which are coupled to one another by a planet carrier 34, are located radially outside of the sun gear 28 and mesh with it. The planet carrier 34 restricts the planet gears 32 from rotating synchronously around the sun gear 28 while allowing each planet gear 32 to rotate about its own axis. The planet carrier 34 is coupled to the fan 23 via linkage 36 to drive its rotation about the engine axis 9. An external gear or ring gear 38, which is coupled to a stationary support structure 24 via linkage 40, is located radially outside of the planet gears 32 and meshes with it.

Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht 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.It is noted that the terms “low pressure turbine” and “low pressure compressor” as used herein may be construed to mean the lowest pressure turbine stage and the lowest pressure compressor stage, respectively (i.e., not the fan 23) and/or the turbine and compressor stages interconnected by the lowest speed connecting shaft 26 in the engine (i.e. not including the transmission output shaft that drives the fan 23). In some literature, the “low pressure turbine” and “low pressure compressor” referred to herein may alternatively be known as the “medium pressure turbine” and “medium pressure compressor”. Using such alternative nomenclature, the blower 23 may be referred to as a first compression stage or lowest pressure compression stage.

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.The epicycloid gear 30 is in 3 shown in more detail as an example. The sun gear 28, the planetary gears 32 and the ring gear 38 each include teeth around their periphery for meshing with the other gears. However, for the sake of clarity, only exemplary sections of the teeth are shown in 3 shown. Although four planetary gears 32 are illustrated, it will be apparent to those skilled in the art that more or fewer planetary gears 32 may be provided within the scope of the claimed invention. Practical applications of an epicycloidal gear 30 generally include at least three planet gears 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.This in 2 and 3 Epicycloidal gear 30 shown as an example is a planetary gear in which the planet carrier 34 is coupled to an output shaft via linkage 36, with the ring gear 38 being fixed. However, any other suitable type of epicycloidal gear 30 may be used. As another example, the epicycloidal gear 30 may be a star arrangement in which the planet carrier 34 is held fixed while allowing the ring gear (or outer gear) 38 to rotate. With such an arrangement, the fan 23 is driven by the ring gear 38. As another alternative example, the transmission 30 may be a differential gear in which both the ring gear 38 and the planet carrier 34 are allowed to rotate.

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.The geometry of the gas turbine engine 10 and components thereof are defined by a conventional axis system having an axial direction (aligned with the axis of rotation 9), a radial direction (in the bottom-up direction). 1 ) and a circumferential direction (perpendicular to the view in 1 ). The axial, radial and circumferential directions are perpendicular to each other.

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.For a better understanding of the background of the invention, a planetary gear known in the art is based on the 4 explained further. The 4 shows an exemplary embodiment of a planetary gear 30 of a gas turbine engine designed as a geared turbofan engine according to the 1 in a sectional view. The planetary gear 30 includes a sun gear 28, which is driven by a drive shaft 26 or sun shaft. The drive shaft 26 is the shaft 26 of the 1 and 2 or generally a turbine shaft. The sun gear 28 and the drive shaft 26 rotate about the axis of rotation 9. The axis of rotation of the planetary gear 30 is identical to the axis of rotation 9 or machine axis of the gas turbine engine 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.The planetary gear 30 further includes a plurality of planetary gears 32, of which in the sectional view 4 one is shown. The sun gear 28 drives the majority of the planetary gears 32, with a toothing of the sun gear 28 being in engagement with a toothing of the planetary gear 32.

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.The planet gear 32 is hollow cylindrical and forms an outer lateral surface and an inner lateral surface. The planet gear 32 rotates - driven by the sun gear 28 - about an axis of rotation 90 which runs parallel to the axis of rotation 9. The outer lateral surface of the planetary gear 32 forms a toothing which is in engagement with the toothing of a ring gear 38. The ring gear 38 is fixed, ie arranged non-rotating. However, it should be noted that the present invention is not limited to planetary gears with stationary ring gears. It can also be implemented in planetary gears with a stationary planet carrier and rotating ring gear.

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.The planet gears 32 rotate due to their coupling with the sun gear 28 and thereby migrate along the circumference of the ring gear 38. The rotation of the planet gears 32 along the circumference of the ring gear 38 and around the axis of rotation 90 is slower than the rotation of the drive shaft 26, resulting in a reduction provided.

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.The planet gear 32 has a centered axial opening adjacent to its inner surface. A plain bearing pin 6 is inserted into the opening, which itself also has an axial bore 60, the longitudinal axis of the bore being identical to the axis of rotation 90 of the planetary gear 32. The plain bearing pin 6 and the planetary gear 32 form a plain bearing 65 on their mutually facing surfaces The plain bearing pin 6 is also referred to as a planetary pin, planetary gear bolt or planetary gear bearing pin.

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.The mutually facing surfaces of the plain bearing pin 6 and planet gear 32 are an at least approximately cylindrical, outside contact surface or outer surface 61 of the plain bearing pin 6 and an at least approximately cylindrical inner surface 320 of the planet gear 32. These surfaces form the running surfaces of the plain bearing. There is lubricating oil between the running surfaces 61, 320, which creates a hydrodynamic lubricating film during rotation and separates the running surfaces from one another. The plain bearing forms a plain bearing gap 650 between the running surfaces 61, 320. The height of the plain bearing gap 650, which is a radial height, varies in the circumferential direction. The height of the plain bearing gap 650 defines the lubricating film thickness of the oil. The smaller the lubricant film thickness, the higher the lubricant film pressure.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Gleitlagerstift 6 zahlreiche Ausgestaltungen aufweisen kann. So kann seine Außenfläche 61 zylindrisch oder alternativ ballig ausgebildet sein, wie es in der US 2019/162294 A1 beschrieben ist. Die axiale Bohrung 60 des Gleitlagerstifts 6 kann hohlzylindrisch ausgebildet sein oder alternativ einen sich über die axiale Länge verändernden Innendurchmessers aufweisen, wie es ebenfalls in der US 2019/162294 A1 beschrieben ist. Dabei ist es auch denkbar, dass der Gleitlagerstift 6 über seine axiale Länge beispielsweise mittels unterschiedlicher Wanddicken eine variierende Steifigkeit aufweist, 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. Des Weiteren können Ausführungsvarianten vorsehen, in denen der Gleitlagerstift in radialer Richtung strukturiert ist, beispielsweise einen Hauptkörper umfasst und einen zum Hauptkörper radial beabstandeten Gleitlagerring, der das Gleitlager 65 mit dem Planetenrad 32 bildet. It should be noted that the plain bearing pin 6 can have numerous configurations. So its outer surface 61 can be cylindrical or alternatively spherical, as in the US 2019/162294 A1 is described. The axial bore 60 of the plain bearing pin 6 can be hollow cylindrical or alternatively have an inner diameter that changes over the axial length, as also shown in FIG US 2019/162294 A1 is described. It is also conceivable that the plain bearing pin 6 has a varying rigidity over its axial length, for example by means of different wall thicknesses, as in the US 2021/025477 A1 is described. Furthermore, the design of the plain bearing pin 6 with an axial bore 60 is only to be understood as an example. Alternatively, it can be provided that the plain bearing pin 6 has no axial bore and is solid. Furthermore, embodiment variants can be provided in which the plain bearing pin is structured in the radial direction, for example comprising a main body and a plain bearing ring which is radially spaced from the main body and which forms the plain bearing 65 with the planet gear 32.

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.The 4 further shows a front carrier plate 341 and a rear carrier plate 342, which are components of the planet carrier 34, cf. 2 . The planetary gear bolt 6 is firmly connected to the front carrier plate 341 and to the rear carrier plate 342. The front carrier plate 341 is connected, for example, to a torque carrier that is coupled to a fan shaft.

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.To lubricate the bearing 65 between the plain bearing pin 6 and the planet gear 32, one or more oil supply systems are provided, which include oil supply channels (not shown), each of which ends in a feed pocket for the oil (not shown), which is formed on the outside contact surface 61 of the plain bearing pin 6 or is incorporated into it. Oil from a circulating oil system is fed into the feed pockets in the plain bearing pin 6 via the oil supply channels. Oil is supplied, for example, via the axial inner bore 60 of the plain bearing pin 6.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der Anlagefläche 61 des Gleitlagerstifts 6 von Bedeutung.In the context of the present invention, the design of the contact surface 61 of the plain bearing pin 6 is important.

Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitlagerstifts 6. Dabei zeigt die 5 die Anlagefläche 61 eines Gleitlagerstifts 6 in einer abgerollten Darstellung. Der Winkelgrad φ in Umfangsrichtung ist am linken Rand dargestellt.The 5 shows an exemplary embodiment of a plain bearing pin 6 according to the invention 5 the contact surface 61 of a plain bearing pin 6 in an unrolled view. The angle degree φ in the circumferential direction is shown on the left edge.

Die Anlagefläche 61 bildet eine Vertiefung aus, die eine Zuführtasche 4 für Öl eines Ölversorgungssystems bildet. Die Zuführtasche 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet. Sie umfasst eine Mittellinie bzw. Längsachse 43 und zwei Längsseiten 41, 42, die sich in axialer Richtung erstrecken. Die Zuführtasche 4 kann derart ausgebildet sein, dass ihre maximale Tiefe in axialer Richtung entlang der Längsachse 43 konstant ist und sie an ihren in Umfangsrichtung beabstandeten Längsseiten 41, 42 glatt und ohne Kanten in die Anlagefläche 61 übergeht.The contact surface 61 forms a depression which forms a supply pocket 4 for oil of an oil supply system. The feed pocket 4 is rectangular in the illustrated embodiment. It includes a center line or longitudinal axis 43 and two longitudinal sides 41, 42 which extend in the axial direction. The feed pocket 4 can be designed in such a way that its maximum depth is constant in the axial direction along the longitudinal axis 43 and it merges smoothly and without edges into the contact surface 61 on its longitudinal sides 41, 42, which are spaced apart in the circumferential direction.

Weiter ist vorgesehen, dass in der Zuführtasche 4 nicht dargestellte Ölzuführungsbohrungen eines Ölversorgungssystems enden und diese mit Öl versorgen.It is further provided that oil supply holes of an oil supply system, not shown, end in the feed pocket 4 and supply them with oil.

Allgemein gilt, dass der 0° Winkelgrad im lokalen Koordinatensystem des Gleitlagerstifts 6 durch die radiale Richtung im Koordinatensystem des Planetengetriebes definiert ist, d. h. bei 0° ragt gewissermaßen die radiale Richtung radial nach außen aus dem Gleitlagerstift 6 heraus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zuführtasche 4 derart positioniert, dass die Position ihrer Längsachse 43 auf dem 0° Winkelgrad liegt. In general, the 0° angular degree in the local coordinate system of the plain bearing pin 6 is defined by the radial direction in the coordinate system of the planetary gear, i.e. H. At 0°, the radial direction protrudes radially outwards from the plain bearing pin 6, so to speak. In the illustrated embodiment, the feed pocket 4 is positioned such that the position of its longitudinal axis 43 is at 0°.

Dies ist aber nicht notwendigerweise der Fall. Die Drehrichtung n, in der der Winkel gemessen wird, entspricht der Drehrichtung des Planetenrads, der auf dem Gleitlagerstift 6 rotiert.But this is not necessarily the case. The direction of rotation n, in which the angle is measured, corresponds to the direction of rotation of the planet gear, which rotates on the plain bearing pin 6.

Die Anlagefläche 61 besitzt eine axial vordere Stirnseite 62 und eine axial hintere Stirnseite 63. Dabei wird darauf hingewiesen, dass das stirnseitige Ende des Gleitlagerstifts 6 mit der axialen Position der Stirnseiten 62, 63 der Anlagefläche 61 nicht übereinstimmen muss. Insbesondere kann gemäß der 4 vorgesehen sein, dass der Gleitlagerstift 6 stirnseitige Bereiche ausbildet, die sich axial nach vorne bzw. axial nach hinten über das Gleitlager 65 hinaus erstrecken, mit denen der Gleitlagerstift 6 mit einer vorderen Trägerplatte und einer hinteren Trägerplatte eines Planetenträger verbunden ist.The contact surface 61 has an axially front end face 62 and an axially rear end face 63. It should be noted that the front end of the plain bearing pin 6 does not have to match the axial position of the end faces 62, 63 of the contact surface 61. In particular, according to the 4 It can be provided that the plain bearing pin 6 forms frontal regions which extend axially forward or axially backwards beyond the plain bearing 65, with which the plain bearing pin 6 is connected to a front carrier plate and a rear carrier plate of a planetary carrier.

Die Anlagefläche 61 bildet des Weiteren eine Mikrostrukturierung 5 aus. Die Mikrostrukturierung 5 besteht aus einer Vielzahl von Vertiefungen 51, 52, die entsprechend einem Punktraster auf der Anlagefläche 6 angeordnet sind, wobei als Punktraster ein Raster bezeichnet wird, dessen Rasterpunkte in Reihen und Spalten angeordnet sind, so dass jeweils vier benachbarte Rasterpunkte die Ecken eines Rechtecks, beispielsweise eines Quadrats bilden. Bei einem quadratischen Raster liegt der Abstand der Rasterpunkte beispielsweise im Bereich zwischen 50 µm und 500 µm.The contact surface 61 also forms a microstructuring 5. The microstructuring 5 consists of a large number of depressions 51, 52, which are arranged in accordance with a dot grid on the contact surface 6, a grid being referred to as a dot grid, the grid points of which are arranged in rows and columns, so that four adjacent grid points are the corners of one Rectangle, for example a square. For a square grid, for example, the distance between the grid points is between 50 µm and 500 µm.

Die Mikrostrukturierung 5 bildet mittels der Vertiefungen 51, 52 Mikro-Reservoire, die Schmieröl für den Fall bereitstellen, dass das Gasturbinentriebwerk ausgeschaltet ist und dementsprechend das Ölversorgungssystem die Zuführtasche 4 nicht mit Öl versorgt.The microstructuring 5 forms micro-reservoirs by means of the depressions 51, 52, which provide lubricating oil in the event that the gas turbine engine is switched off and accordingly the oil supply system does not supply the feed pocket 4 with oil.

Die Mikrostrukturierung erstreckt sich in einem Teilbereich 610 der Anlagefläche 61. Der Teilbereich 610 ist oder umfasst den Bereich der Anlagefläche 61, der im Betrieb des Planetengetriebes mit einer maximalen Last beaufschlagt ist. Dabei gilt, dass im Betrieb des Planetengetriebes aufgrund der Rotationsbewegung der Planetenräder und der Interaktion zwischen der Verzahnung von Planetenrad und Hohlrad die einwirkende Last bei einem bestimmten Umfangswinkel φ ein Maximum aufweist. Dementsprechend bildet der Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitlagerstift 6 und dem Planetenrad in Umfangsrichtung angrenzend an die 0° Position zunächst einen konvergenten Bereich, dann eine minimale Spalthöhe, die der maximal einwirkenden Last entspricht, und dann einen divergenten Bereich aus.The microstructuring extends in a partial area 610 of the contact surface 61. The partial area 610 is or includes the area of the contact surface 61 which is subjected to a maximum load during operation of the planetary gear. It applies that during operation of the planetary gear, due to the rotational movement of the planetary gears and the interaction between the toothing of the planetary gear and the ring gear, the acting load has a maximum at a certain circumferential angle φ. Accordingly, the plain bearing gap between the plain bearing pin 6 and the planet gear in the circumferential direction adjacent to the 0° position first forms a convergent area, then a minimum gap height that corresponds to the maximum acting load, and then a divergent area.

Der genannte Teilbereich 610 umfasst den Bereich minimaler Spalthöhe, der der maximal einwirkenden Last entspricht, und erstreckt sich beispielsweise im lokalen Koordinatensystem des Gleitlagerstifts 6 in Umfangsrichtung im Winkelbereich zwischen 130° und 280°. Er ist gleichzeitig im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem Teilbereich der Anlagefläche 61 angeordnet, in dem die Zuführtasche 4 ausgebildet ist.Said partial area 610 includes the area of minimum gap height, which corresponds to the maximum acting load, and extends, for example, in the local coordinate system of the plain bearing pin 6 in the circumferential direction in the angular range between 130° and 280°. At the same time, it is arranged essentially opposite to the portion of the contact surface 61 in which the feed pocket 4 is formed.

In axialer Richtung erstreckt sich die Mikrostrukturierung 5 über die gesamte axiale Länge des Gleitlagerstifts 6. Dies ist aber nicht notwendigerweise der Fall und alternativ endet die Mikrostrukturierung in axialem Abstand zu den Stirnseiten 62, 63.In the axial direction, the microstructuring 5 extends over the entire axial length of the plain bearing pin 6. However, this is not necessarily the case and alternatively the microstructuring ends at an axial distance from the end faces 62, 63.

Die Vertiefungen 51, 52 der Mikrostrukturierung 5 werden beispielsweise mittels Laser oder lithographischer Verfahren in die Anlagefläche 61 bzw. Oberfläche des Gleitlagerstifts 6 eingebracht.The depressions 51, 52 of the microstructuring 5 are introduced into the contact surface 61 or surface of the plain bearing pin 6, for example by means of laser or lithographic processes.

Die 5 zeigt oben rechts ein erstes Ausführungsbeispiel für die Form der Vertiefungen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Mikrostrukturierung 5 Vertiefungen 52 auf, die als inverse Kugelkalotten ausgebildet sind. Die Vertiefungen 52 sind dabei zum einen in einer Ansicht von oben und zum anderen in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Sie weisen dabei eine Tiefe t auf, die beispielsweise im Bereich zwischen 5 µm und 40 µm, beispielsweise im Bereich zwischen 10 µm und 20 µm liegt.The 5 shows a first exemplary embodiment of the shape of the depressions at the top right. According to this exemplary embodiment, the microstructuring has 5 depressions 52, which are designed as inverse spherical caps. The depressions 52 are shown on the one hand in a view from above and on the other hand in a longitudinal section along the line AA. They have a depth t, which is, for example, in the range between 5 µm and 40 µm, for example in the range between 10 µm and 20 µm.

Die Vertiefungen 52 sind in der Ansicht von oben und im Querschnitt kreisförmig, wobei der größte Durchmesser d beispielsweise im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere im Bereich zwischen 20 µm und 60 µm liegt. Aufgrund der Form als Kugelkalotte nimmt der Durchmesser d mit zunehmender Tiefe t dabei ab.The depressions 52 are circular in the view from above and in cross section, the largest diameter d being, for example, in the range between 10 μm and 100 μm, in particular in the range between 20 μm and 60 μm. Due to its spherical shape, the diameter d decreases as the depth t increases.

Die 5 zeigt unten rechts ein zweites Ausführungsbeispiel für die Form der Vertiefungen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Mikrostrukturierung 5 Vertiefungen 51 auf, die eine zylindrische Form besitzen. Die Vertiefungen 51 sind dabei zum einen in einer Ansicht von oben und zum anderen in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Sie weisen eine Tiefe t auf, die beispielsweise im Bereich zwischen 5 µm und 40 µm, beispielsweise im Bereich zwischen 10 µm und 20 µm liegt.The 5 shows a second exemplary embodiment of the shape of the depressions at the bottom right. According to this exemplary embodiment, the microstructuring has 5 depressions 51 which have a cylindrical shape. The depressions 51 are shown on the one hand in a view from above and on the other hand in a longitudinal section along the line AA placed. They have a depth t which is, for example, in the range between 5 µm and 40 µm, for example in the range between 10 µm and 20 µm.

Die Vertiefungen 51 sind in der Ansicht von oben und im Querschnitt kreisförmig, wobei der Durchmesser d beispielsweise im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere im Bereich zwischen 20 µm und 60 µm liegt. Der Durchmesser d ist dabei aufgrund der Zylinderform der Vertiefungen 51 über die gesamte Tiefe t konstant.The depressions 51 are circular in the view from above and in cross section, the diameter d being, for example, in the range between 10 μm and 100 μm, in particular in the range between 20 μm and 60 μm. The diameter d is constant over the entire depth t due to the cylindrical shape of the depressions 51.

Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerstifts 6 mit einer Anlagefläche 61, die abgerollt dargestellt ist, wobei die Anlagefläche 61 eine Mikrostrukturierung 5 aufweist. Soweit der Gleitlagerstift 6 dem Gleitlagerstift der 5 entspricht, wird auf die diesbezüglichen Ausführungen Bezug genommen, wobei die 5 die Ausführungsvariante betrachtet, bei der die Vertiefungen 51 als Kugelkalotte ausgebildet sind.The 6 shows a further exemplary embodiment of a plain bearing pin 6 with a contact surface 61, which is shown unrolled, the contact surface 61 having a microstructuring 5. As far as the plain bearing pin 6 the plain bearing pin 5 corresponds, reference is made to the relevant statements, whereby the 5 the embodiment variant is considered, in which the recesses 51 are designed as a spherical cap.

Der Gleitlagerstift 6 der 6 unterscheidet sich von dem Gleitlagerstift der 5 dadurch, dass die Mikrostrukturierung 5 zusätzlich mit einer Beschichtung 8 versehen ist. Bei der Beschichtung 8 handelt es sich beispielsweise um eine Mehrlagen-Beschichtung. Die Beschichtung 8 bildet dabei die Vertiefungen 51 nach und weist somit entsprechende Vertiefungen 81 auf. Das Herstellungsverfahren ist dabei derart, dass zuerst die Vertiefungen 51 in die Anlagefläche 61 eingebracht und anschließend die Beschichtung 8 aufgebracht wird. Die Beschichtung 8 ermöglicht es, den Verschleiß des Planetenstifts 6 zu reduzieren.The plain bearing pin 6 of the 6 differs from the plain bearing pin 5 in that the microstructuring 5 is additionally provided with a coating 8. The coating 8 is, for example, a multi-layer coating. The coating 8 forms the depressions 51 and thus has corresponding depressions 81. The manufacturing process is such that first the depressions 51 are introduced into the contact surface 61 and then the coating 8 is applied. The coating 8 makes it possible to reduce the wear of the planetary pin 6.

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.The invention is not limited to the present exemplary embodiments, which are only to be understood as examples. In particular, it should be noted that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein. If ranges are defined, they include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2019162294 A1 [0042]
US 2021025477 A1 [0042]

Claims

Planetary gear, which has: - a sun gear (28), which is rotatable about a rotation axis (9) of the planetary gear (30) and defines an axial direction of the planetary gear (30), - a plurality of planet gears (32) which are connected to the sun gear (28) are driven, - a ring gear (38), with which the plurality of planet gears (32) is engaged, - a plurality of plain bearing pins (6), each of which has an outside contact surface (61), whereby - one each Plain bearing pin (6) is arranged in a planetary gear (32), the plain bearing pin (6) and the planetary gear (32) forming a plain bearing (65), and - the plain bearing pin (6) has a feed pocket (4) on its contact surface (61) which is intended and designed to absorb oil and deliver it to the plain bearing (65), characterized in that the plain bearing pin (6) has a microstructuring (5) on its contact surface (61), at least in a partial area (610), which is intended and designed to serve as a micro oil reservoir.

Planetary gear Claim 1 , characterized in that the microstructuring (5) is formed in the circumferential direction of the plain bearing pin (6) only in a partial area (610) of the contact surface (61).

Planetary gear Claim 2 , characterized in that the microstructuring (5) is formed in a partial area (610) of the contact surface (61), which, during operation of the planetary gear, includes the area of the contact surface (61) in which the load occurring is maximum.

Planetary gear Claim 2 or 3 , characterized in that the microstructuring (5) is formed in a partial area (610) of the contact surface (61) which lies opposite a partial area of the contact surface in which the feed pocket (4) is formed in the local coordinate system of the plain bearing pin (6).

Planetary gear according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that if the longitudinal axis (43) of the feed pocket (4) in the local coordinate system of the plain bearing pin (6) lies at the 0° angular coordinate in the circumferential direction, the microstructuring (5) is in the range between 100° and 300°, in particular in Range between 130 ° and 280 ° is formed.

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructuring (5) comprises depressions (51, 52) which are introduced into the contact surface (61) of the plain bearing pin (6).

Planetary gear Claim 6 , characterized in that the depressions (51, 52) are circular in cross section.

Planetary gear Claim 6 or 7 , characterized in that the depressions (52) are cylindrical.

Planetary gear Claim 6 or 7 , characterized in that the depressions (51) are designed as inverse spherical caps.

Planetary gear according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that the depressions (51, 52) are arranged in a dot grid (7) based on an unrolled view of the contact surface (61).

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructuring (5) comprises depressions (51, 52) which have a diameter (d) in the range between 10 µm and 100 µm, in particular in the range between 20 µm and 60 µm.

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructuring (5) comprises depressions (51, 52) which have a depth (t) in the range between 5 µm and 40 µm, in particular in the range between 10 µm and 20 µm.

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructuring (5) is provided with a coating (8).

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructuring (5) is formed in the longitudinal direction of the plain bearing pin (6) over the entire length of the plain bearing pin (6).

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the feed pocket (4) is rectangular in shape in an unrolled view.

Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the feed pocket (4) in each of the plain bearing pins (6) of the planetary gear (30) is designed such that it is directed radially outwards with respect to the axial direction of the planetary gear (30).

Gas turbine engine (10) for an aircraft, comprising: - an engine core (11), which comprises a turbine (19), a compressor (14) and a turbine shaft (26) connecting the turbine to the compressor; - a fan (23) positioned upstream of the engine core (11), the fan (23) comprising a plurality of fan blades and being driven by a fan shaft; and - a planetary gear (30) according to Claim 1 , whose input is connected to the turbine shaft (26) and whose output is connected to the fan shaft.