DE2445041A1

DE2445041A1 - Wellenkupplung insbesondere fuer gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2445041A1
Application number: DE19742445041
Authority: DE
Inventors: John Kenneth Rhodes
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1973-09-22
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1975-04-17
Also published as: FR2244934B3; FR2244934A1; JPS5059613A; IT1021475B; US3900270A

Description

Rolls-Royce (1971) Limited,London/England

Wellenkupplung insbesondere für Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kupplung zweier drehbarer Wellen z.B. zur Kupplung zweier Abschnitte, die zusammen eine Hauptwelle eines Gasturbinenstrahltriebwerks bilden.

Es ist bekannt, Wellen von Gasturbinenstrahltriebwerken aus zwei oder mehreren getrennten Abschnitten herzustellen, um den Zusammenbau der übrigen Teile des Triebwerks zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind zahlreiche Arten von Kupplungen entwickelt worden, die die getrennten Wellenabschnitte miteinander verbinden. Die meisten dieser Kupplungen haben entweder die Gestalt von zusammenarbeitenden Keilnuten oder sie besitzen Stiftverbindungen, die mit Verriegelungen versehen sind, welche gewährleisten, daß die Wellenabschnitte nicht voneinander gelöst werden, wenn sie in Betrieb befindlich sind. Eines der Hauptprobleme die sich bei derartigen Verbindungen ergeben besteht darin, daß im Betrieb die Wellenabschnitte um die Kupplung als Gelenk schwingen, wodurch sich eine übermäßige Abnutzung und sogar eine Beschädigung der Kupplung ergibt.

509816/0732

24A5UA1

Dies ist natürlich höchst unerwünscht, insbesondere wenn eine solche Kupplung bei einem Flugzeug-Gasturbinensträhltriebwerk benutzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zu schaffen, die einer solchen Gelenkkippbewegung nicht ausgesetzt ist.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Wellenkupplung mittels.derer es möglich wird, einen Wellenabschnitt achsial relativ zu dem anderen Wellenabschnitt zu verschieben, ohne daß es notwendig wäre, die gesamte Kupplung zu demontieren.

Die Erfindung geht aus von einer Wellenkupplung mit einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt, wobei der erste Wellenabschnitt als Hohlwelle ausgebildet ist und achsial verlaufende Innenkeilnuten besitzt, die mit einer weiteren Gruppe von Keilnuten zusammenwirken, die am äußeren Umfang des anderen Wellenabschnitts angeordnet sind.

Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß die Wellenabschnitte durch zwei Ringe gegen eine relative Achsialbexfegung gesichert sind und daß die Ringe auf einem Wellenabschnitt gelagert und mit sich verjüngenden Oberflächen ausgestattet sind, die mit entsprechend verjüngt ausgebildeten Oberflächen des anderen Wellenabschnitts zusammenwirken und daß Mittel vorgesehen sind, um die Ringe auf den einen Wellenabschnitt zu schieben und zu verriegeln.

Vorzugsweise sind die Ringe an dem Wellenabschnitt durch Sehraubmuttern festgelegt, die auf einem Schraubgewinde des

509816/0732

einen Wellenabschnitts laufen und die einander entsprechenden sich verjüngenden Oberflächen der Ringe bzw, des anderen Wellenteils in Eingriff halten, wobei jede Mutter mit einer Sicherung versehen ist, welche die Mutter gegen eine Relativdrehung gegenüber dem Wellenabschnitt festlegt.

Die Muttersicherung kann aus zwei achsial beweglichen Teilen bestehen, die mit mehreren achsial verlaufenden Keilnuten versehen sind und mit weiteren Keilnuten der Muttern zusammenwirken, wobei eine Muttersicherung mit einer federbelasteten Plungeranordnung zusammenwirkt, um es gegen Achsialverschiebung oder Drehung zu sichern.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einem teilweise aufgebrochenen Gehäuse, welches schematiseh die erfindungsgemäße Kupplung erkennen läßt;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplungseinrichtung.

Das in Figur 1 dargestellte Gasturbinenstrahltriebwerk 10 besitzt in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13.» eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine l6, an die sich die Abgasdüse anschließt. Der Kompressor 12 und die Turbine 16 sind auf einer gemeinsamen Welle gelagert, die allgemein mit dem Bezugszeichen

5 U 3 3 1 6 / U 7 3 2

17 bezeichnet ist. Der Hochdruckkompressor I3 und die Hochdruckturbine I5 sind über eine weitere, gemeinsame in der Zeichnung nicht dargestellte Welle verbunden.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab die Welle I7 in ihrem Kupplungsabschnitt. Die Kupplung besteht dabei aus zwei koachsial zueinander angeordneten Hauptwellenabschnitten 18 und 19, die drehfest miteinander über Keilnuten bzw. Federn 20 und 21 verbunden sind. Die Wellenabschnitte 18 und I9 werden gegen eine relative Achsialbewegung mittels zweier konisch ausgebildeter Klemmhülsen 22 und 25 gesichert, deren Konusflächen mit Konusflächen 24 und 25 zusammenwirken, welche auf der inneren Oberfläche des Wellenabschnitts 18 ausgebildet sind. Unter der Bezeichnung "verjüngt" oder "konisch" soll hierbei jede Oberfläche verstanden werden, deren radiale Abmessung über die achsiale Länge ansteigt, d.h. es können auch gekrümmte Konusflächen benutzt werden. Die Klemmhülsen 22 und 23 werden in Berührung mit der Welle

18 gebracht und abschließend durch Muttern 26 und 27 gesichert, die mit Gewindeabschnitten 28,29 auf dem Wellenabschnitt 19 zusammenwirken.

Die Muttern 26 und 27 können gegen Verdrehen gesichert werden. Die Sicherung für die Mutter 26 besteht aus einem Ring 30, der mit einem ersten Paar von radial nach außen vorstehenden Keilzähnen 3I, die mit radial nach innen gerichteten Keilnuten 32 zusammenwirken, die an der Mutter 26 angeordnet sind. Außerdem ist eine zweite Gruppe radial nach außen vorstehender Keilzähne 33 vorgesehen, die mit einer Gruppe radial nach innen gerichteter Keilnuten zusammenwirken, die am Innendurchmesser des Wellenabschnitts 19 angeordnet sind.

509816/0732

4 5 O 41

Der Ring 30 wird in üblicher Weise in achsialer Richtung durch weitere Teile des Triebwerksaufbaus gesichert, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Jedoch könnte er auch dadurch achsial gesichert werden, daß ein Paßsitz innerhalb des Wellenabschnitts 19 vorgesehen ist oder daß ein herkömmlicher Verriegelungsfederring Anwendung findet.

Die zweite Mutter 27 kann ebenfalls gegen Relativdrehung gegenüber dem Wellenabschnitt 19 mittels eines zylindrischen Körpers 34 gesichert werden, der mit radial nach innen einstehenden Keilzähnen 35 versehen ist, die ihrerseits mit einer weiteren Gruppe von Keilnuten in Eingriff stehen, die auf dem äußeren Umfang der Mutter 27 angeordnet sind. Der zylindrische Körper 3^ ist seinerseits mittels eines sekundären zylindrischen Körpers 3β und zwei Gruppen von miteinander in Eingriff stehenden Keilzähnen bzw. Keilnuten 37 und 38 gesichert. Der zylindrische Körper 3^ ist ebenfalls gegen eine achsiale Relativbewegung durch eine federbelastete Stiftanordnung gesichert, die innerhalb des zweiten zylindrischen Körpers 36 angeordnet und allgemein mit dem Bezugszeichen 39 versehen ist. Dieser Stift wirkt mit einer im ersten zylindrischen Körper J>K befindlichen Bohrung im Sinne einer Verriegelung zusammen. Dabei sind mehrere öffnungen im Winkelabstand versetzt angeordnet und es wird jeweils diejenige öffnung zum Einfallen des Stiftes herangezogen, Vielehe für die gewünschte Fixierung die richtige Winkellage hat.

Durch die Erfindung wird eine relativ einfache Möglichkeit einer achsialen Einstellung der beiden Wellenabschnitte relativ zueinander innerhalb des Gasturbinenstrahltriebwerks. Die Klemmbüchse 22 kann ganz einfach dadurch eingestellt werden,

./■

503816/0 7 32

daß der Verriegelungsring 30 entfernt und dann ein geeigneter Spanner eingeführt wird, der mit den auf der Mutter 26 vorgesehenen Keilverzahnungen zusammenwirkt. Durch Drehung der Mutter kann die Klemmbüchse achsial relativ zur Welle 19 verschoben werden.

Die Achsialverschiebung der Klemmbüchse 23 wird auf andere Weise bewirkt. Zunächst ist es notwendig den federbelasteten Plunger 38 derart niederzudrücken, daß der zylindrische Körper 34 achsial gegenüber den Wellenabschnitten 18 und 19 gelegt wird, bis die Keilverzahnung 40 auf dem zylindrischen Körper 34 in Eingriff mit den Keilverzahnungen 41 gelangt, die an einem weiteren zylindrischen Körper 42 ausgebildet ist, der seinerzeit durch ein Lager 43 abgestützt ist. Die Achsialbewegung des zylindrischen Körpers 34 bringt auch die Keilverzahnungen 37 außer Eingriff, so daß der zylindrische Körper 34 und die Mutter 29, die mit dem zylindrischen Körper 34 durch Keilverzahnung verbunden ist, frei drehbar gegenüber der Welle 19 wird, auf v/elcher die Mutter mittels des Gewindeabschnitts 29 gelagert ist. Daraus ergibt sich, daß die Drehbewegung des zylindrischen Körpers 42 über die Keilverzahnung 40 und 41 und den zylindrischen Körper 34 auf die Mutter 27 übertragen wird, die eine achsiale Versetzung der Klemmbuchse 23 gegenüber der Welle I9 ermöglicht.

Nachdem irgendeine erforderliche Einstellung durchgeführt ist, wird der zylindrische Körper 34 achsial derart versetzt, daß der federbelastete Stift 39 radial nach außen in eine entsprechende Öffnung des zylindrischen Körpers 34 einfällt und die Baugruppe kann dann mittels eines Spanners gegenüber der · Mutter 26 in geeigneter Weise festgeklemmt werden, wobei der

509816/0 7 32

ringförmige Verriegelungskörper 30 danach ersetzt wird um der Keilverzahnung auf der Mutter 26 bzw. der Keilverzahnung 33 auf der Welle 19 zu entsprechen.

Durch Anordnung der Klemmhülsen 22 und 23 wird eine Biegung oder eine gelenkige Verschwenkung der beiden Wellenabschnitte im Kupplungsbereich ausgeschaltet.

509816/0732

Claims

Patentansprüche :

1. Wellenkupplung zwischen einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt, von denen der erste Wellenabschnitt hohl ausgebildet ist und eine aehsialverlaufende Teilverzahnung besitzt, die mit einer entsprechenden Keilverzahnung am äußeren Umfang des anderen Wellenabschnitts in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenabsohnitte 18, 19 durch Bauteile 22, 2p gegen achsiale Verschiebung relativ zueinander gehindert sind und daß diese Bauteile 22,25 auf dem einen Wellenabschnitt 19 angeordnet und mit sich verjüngenden Oberflächen ausgestattet sind, die mit entsprechend verjüngt ausgebildeten Oberflächen 24,25 des anderen Wellenabschnitts 18 zusammenwirken und daß eine Einrichtung 26-39 vorgesehen ist, um die ringförmigen Bauteile 22,23 auf dem ersten Wellenabschnitt 19 zu verschieben und zu verriegeln.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörper 22*23 am Wellenabschnitt 19 durch Muttern 26, 27 gesichert sind^ die in Gewinde 28^,29 des einen Wellenabschnitts 19 eingreifen,, um die einander entsprechenden sich verjüngenden Oberflächen der Ringe 22 und 23 zusammenzudrücken und daß Verjüngungen 24 .,2.5 auf dem anderen Wellenabschnitt 18 in Singriff mit jeder Mutter 26,27 stehen, die mit Sicherungen versehen, sind., die die Muttern 26,27 gegenüber eine? Relativdreiiung auf den Wellanabsohnifcten festlegen.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Muttersicherung zwei aehsial verschiebbare Körper 33*34 aufweist, die mit einer Keilverzahnung 30-35 versehen sind,

Γ" Π A O "ι f^% f HT, ^εΊ ^e^- *Ί>

b υ 9 8 I ο / ü / .j 2

2U5041

die rait einer weiteren Keilverzahnung 51-37 auf den Muttern 26,27 zusammenwirkt.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die eine Muttersicherung 34 mit einem federbelasteten Stift 39 versehen ist, um eine Verriegelung sowohl in achsialer Richtung als auch in Drehrichtung zu bewirken.

5. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1-4 gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Verbindung von zwei getrennten Abschnitten der Hauptwelle eines Gasturbinenstrahltriebwe rks♦

509816/Ü732

ι ^/0-

Leerseite