DE69501399T2

DE69501399T2 - Kupplungsanordnung für ein planetengetriebe

Info

Publication number: DE69501399T2
Application number: DE69501399T
Authority: DE
Inventors: Gino Pagluica; William Sheridan
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: EP0752077B1; WO1995027860A1; DE69501399D1; JPH09512079A; JP3691063B2; US5433674A; EP0752077A1

Description

Die Erfindung betrifft Planetengetriebe und insbesondere ein Kopplungssystem zum flexiblen Verbinden des Sonnenrads und des Ringrads des Getriebes mit einer rotierenden Welle bzw. einer nicht rotierenden mechanischen "Erdung" so, daß die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Systemkomponenten des Getriebes verbessert sind. Die Erfindung ist besonders nützlich bei Flugzeugtriebwerken, bei denen Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Einfachheit hoch erwünscht sind.
Planetengetriebe sind komplexe Mechanismen zum Reduzieren oder gelegentlich Erhöhen der Drehzahl zwischen zwei rotierenden Wellen oder Rotoren. Die Kompaktheit der Planetengetriebe macht sie zur Verwendung bei Flugzeugtriebwerken interessant, wo Platz Priorität hat.
Die durch ein Planetengetriebe übertragenen Kräfte und Momente bringen auf die Getriebekomponenten enorrne Belastungen auf und machen sie selbst unter idealen Bedingungen anfällig für Bruch und Verschleiß. In der Praxis sind die Bedingungen häufig nicht ideal und bringen auf die Getriebekomponenten zusätzliche Belastungen auf. Beispielsweise sind die Längsachsen des Sonnenrads, des Planetenträgers und des Ringrads des Planetengetriebes idealerweise zur Längsachse einer externen Welle, die das Sonnenrad antreibt, koaxial. Eine derartige perfekte koaxiale Ausrichtung ist jedoch infolge zahlreicher Faktoren einschließlich von Ungleichgewichten bei den rotierenden Elementen, Herstellungsungenauigkeiten und momentaner Verforrnung der Wellen und der Abstützrahmen infolge von Flugzeugmanövern, selten. Die sich ergebenden parallelen und winkelmäßigen Fehlausrichtungen bringen Momente und Kräfte auf die Zahnradzähne, die Lager, welche die Planetenräder in ihrem Träger abstützen, und auf den Träger selbst auf. Diese aufgebrachten Kräfte und Momente beschleunigen den Verschleiß der Getriebekomponenten und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, daß ein Bauteil beim Betrieb bricht. Ein Brechen eines Bauteils ist bei sämtlichen Anwendungen offensichtlich unerwünscht, das trifft aber insbesondere bei Flugzeugtriebwerken zu. Außerdem erfordert ein beschleunigter Bauteilverschleiß häufig Inspektionen und das Austauschen von Teilen, was zur Folge haben kann, daß der Betrieb des Triebwerks und des Flugzeugs unökonomisch wird.
Das Bruchrisiko von Bauteilen kann reduziert werden, indem man die Getriebebauteile größer und deshalb stärker ausbildet. Eine vergrößerte Größe kann auch den Verschleiß reduzieren, indem die übertragenen Kräfte auf entsprechend größere Oberflächen verteilt werden. Aber die größere Größe rechnet sich gegen die Kompaktheit auf, die die Planetengetriebe für die Verwendung bei Flugzeugtriebwerken interessant macht, und der korrespondierende Gewichtsanstieg ist ähnlich unerwünscht. Die Verwendung hochfester Materialien und verschleißresistenter Beschichtungen kann auch vorteilhaft sein, aber eskaliert die Kosten des Getriebes und vermindert deshalb nicht das Bestreben, den Verschleiß zu reduzieren.
Spannungen infolge von Fehlausrichtungen können auch durch die Verwendung flexibler Kopplungen verringert werden, um das Getriebe mit externen Vorrichtungen, wie rotierenden Wellen oder nicht rotierenden Abstützungen zu verbinden. Beispielsweise biegt sich eine flexible Kopplung, die ein Sonnenrad mit einer Antriebswelle verbindet, so, daß das Sonnenrad nahe bei seiner idealen Ausrichtung bezogen auf die eingreifenden Planetenräder bleibt, selbst wenn die Achse der Welle schräg ist oder bezogen auf eine perfekt ausgerichtete Orientierung verlagert ist. Viele Kopplungen des Stands der Technik enthalten aber eine Mehrzahl von Teilen, die geschmiert werden müssen und selbst verschleißanfällig sind. Es kann Kopplungen des Stands der Technik auch an einer ausreichenden Steifigkeit und Festigkeit hinsichtlich der Torsion um eine Längsachse fehlen, um für Anwendungen bei hohem Drehmoment nützlich zu sein. Man kann eine Fehlausrichtung auch durch eine Schiebeverbindung aufnehmen. Aber die Bewegung, zu der es zwischen den einander berührenden Zähnen der Längsverzahnung einer Schiebeverbindung kommt, erzeugt eine Reibung, die hoch unterschiedlich ist und bewirkt, daß die Flexibilität einer derartigen Verbindung auch unterschiedlich ist.
Angesichts dieser Nachteile wird ein einfaches, zuverlässiges, ungeschmiertes Kopplungssystem zum Verbinden der Bauteile eines Planetengetriebes mit externen Vorrichtungen unter gleichzeitiger Aufnahme von Fehlausrichtung zwischen diesen benötigt.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Planetengetriebe bereit, das aufweist: ein Sonnenrad, das durch eine Welle drehbar ist, ein Ringrad, das an einem Ringradgehäuse befestigt ist, und ein Mehrzahl von Planetenrädern, die in einem Planetenträger drehbar montiert sind und mit dem Sonnenrad und dem Ringrad in Eingriff sind, und ein Kopplungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungssystems aufweist: eine Sonnenradkopplung, die das Sonnenrad mit der Welle verbindet, wobei die Sonnenradkopplung mindestens einen wellenartigen, flexiblen Abschnitt aufweist, der mit einer unflexiblen Spindel zum Unterbringen von Fehlausrichtung zwischen dem Sonnenrad und der Welle verbunden ist; und eine Ringradkopplung, die das Ringradgehäuse mit einer nicht rotierenden mechanischen Erdung verbindet, wobei die Ringradkopplung mindestens einen wellenartigen, flexiblen Bereich aufweist, der mit einer unfiexiblen Nabe zum Unterbringen von Fehlausrichtung zwischen dem Ringradgehäuse und der mechanischen Erdung verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Planetengetriebe bereit, das aufweist: ein Sonnenrad, das mit einer zugehörigen ersten externen Vorrichtung verbunden ist, ein Ringrad, das an einem Ringradgehäuse befestigt ist, wobei das Ringradgehäuse mit einer zugehörigen zweiten externen Vorrichtung verbunden ist, und eine Mehrzahl von Planetenrädem, die drehbar in einem Planetenträger angebracht sind und mit dem Sonnenrad und dem Ringrad in Eingriff sind, und eine Kopplung, wobei die Kopplung gekennzeichnet ist durch mindestens einen wellenartigen, flexiblen Abschnitt, der mit einer unflexiblen Spindel verbunden ist, wobei der flexible Abschnitt einen zylinderförmigen Ring aufweist, der einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Spindel, und der mit diesem durch zwei in Längsrichtung beabstandete Membranen verbunden ist, wobei der Verbindungsbereich zwischen den Membranen, dem Ring und der Spindel im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und Spannungskonzentrationen zu minimieren, wobei die Kopplung eines von dem Sonnenrad und dem Ringradgehäuse mit der zugehörigen externen Vorrichtung verbindet und eine Fehlausrichtung zwischen diesen unterbringt.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Planetengetriebe bereit, das aufweist: ein Sonnenrad, das mit einer zugehörigen ersten externen Vorrichtung verbunden ist, ein Ringrad, das an einem Ringradgehäuse befestigt ist, wobei das Ringradgehäuse mit einer zugehörigen zweiten externen Vorrichtung verbunden ist, und eine Mehrzahl von Planetenrädem, die drehbar in einem Planetenträger angebracht sind und mit dem Sonnenrad und dem Ringrad in Eingriff sind, und eine Kopplung, wobei die Kopplung gekennzeichnet ist durch mindestens einen wellenartigen, flexiblen Bereich, der mit einer unfiexiblen Nabe verbunden ist, wobei der flexible Bereich einen Bogen radial außerhalb von der Nabe und mit dieser verbunden aufweist, wobei der Verbindungsbereich zwischen diesen im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und Spannungskonzentrationen zu minimieren, wobei die Kopplung eines von dem Sonnenrad und dem Ringradgehäuse mit der zugehörigen externen Vorrichtung verbindet und Fehlausrichtung zwischen diesen unterbringt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das Sonnenrad und das Ringradgehäuse eines Planetengetriebes mit einer externen Welle bzw. einer externen mechanischen Erdung durch einzigartige Kopplungen verbunden, die zum Unterbringen von paralleler und winkelmäßiger Fehlausrichtungen im Schnitt wellenartig sind. Das Kupplungssystem ist hinsichtlich einer Torsion um die Längsachse des Getriebes steif, ist aber hinsichtlich einer Torsion um die vertikale und die laterale Achse und hinsichtlich einer Verlagerung längs aller drei Achsen nachgiebig.
Bei einer detaillierten Ausführungsform ist das Sonnenrad mit einer externen Welle durch eine Sonneradkopplung verbunden, die eine Spindel und einen Ring aufweist, der einen Durchmesser hat, der größer als der der Spindel ist, und der mit dieser durch in Längsrichtung beabstandete Membranen verbunden ist. Die Verbindungsbereiche zwischen der Spindel, dem Ring und den Membranen sind gekrümmt, um die Flexibilität der Kopplung zu verbessern und Spannungen an den Verbindungsbereichen zu minimieren. Das Ringradgehäuse ist mit einer externen Erdung durch eine Ringradkopplung verbunden, die eine zentrale Nabe aufweist, die mit einem radial außerhalb der Nabe angeordnetem Bogen verbunden ist. Der Verbindungsbereich zwischen dem Bogen und der Nabe ist gekrümmt, um die Flexibilität der Kopplung zu verbessern und die Spannungskonzentrationen daran zu minimieren.
Die Erfindung kann in bevorzugten Ausführungsformen auch einen Verformungsbegrenzer zum Begrenzen einer übermäßigen Verlagerung des Ringradgehäuses und eine Verdrehmoment verhindernde Verschiebeeinrichtung aufweisen, um für den Fall, daß die Ringradkopplung bricht oder verformt wird, einem Drehen des Ringradgehäuses zu widerstehen. Der Verformungsbegrenzer und die Verdrehmoment verhindernde Verschiebeeinrichtung können individuell oder in Kombination miteinander verwendet werden, und der Veformungsbegrenzer kann einen Dämpfer zum Dämpfen von beim Betrieb normal auftretenden Schwingungen aufweisen.
Der Hauptvorteil der Erfindung liegt in den verringerten Wartungskosten und der verbesserten Zuverlässigkeit des Getriebes infolge des verringerten Verschleiß und des verringerten Bruchrisikos von Getriebebauteilen.
Weitere Vorteile der Erfindung, welche die Einfachheit und die Zuverlässigkeit der Kopplungen einschließen, ergeben sich aus dem Fehlen einer Mehrzahl von Teilen, die verschleißanfällig sind und geschmiert werden müssen.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, fur die gilt:
Fig. 1 ist eine schematische Seitenschnittansicht einer Turbinenmaschine mit einem Planetengetriebe, das zwischen einem darin verwendeten Verdichter und einem Bläser angeordnet ist;
Fig. 2 ist eine obere Ansicht im Schnitt des Planetengetriebes von Fig. 1, die ein Kopplungssystem zeigt, das die vorliegende Erfmdung verkörpert; und
Fig. 3 ist eine Teilansicht von vorne einer Verdrehmoment verhindernden Längsverzalmung der Kopplung, die entlang der Schnittlinie 3-3 von Fig. 2 genommen wurde.
Es wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Eine Turbinenmaschine 10 weist als seine Hauptbauteile einen oder mehrere Verdichter 12, 13, eine oder mehrere Turbinen 14, 15 zum Antreiben der Verdichter, eine Brennkammer 16, einen Bläser 18, eine Hauptausströmdüse 20 und eine Bläserausströmdüse 22 auf. Eine Welle, wie die Wellen 24, 25, erstreckt sich von jeder Turbine zum Antreiben des korrespondierenden Verdichters. Die Drehbewegung von einem der Verdichter wird auf. den Bläser 18 mittels eines Planetengetriebes 26 in einer Art übertragen, die nachfolgend vollständiger beschrieben werden wird. Das Planetengetriebe reduziert die Drehzahl des Verdichters auf eine Drehzahl, die für den effizienten Betrieb des Bläsers geeigneter ist. Die Hauptbauteile der Maschine sind idealerweise zu einer Längsmittelachse 28 konzentrisch.
Fig. 2 zeigt das Planetengetriebe 26 von Fig. 1 und seine Beziehung zu der Maschine und zu dem Kopplungssystem, das die vorliegende Erfindung verkörpert, detaillierter. Das vordere Ende der Verdichterantriebswelle 24 ist durch Längsverzahnungen 30 mit dem hinteren Ende einer Sonnenradkopplung 32 verbunden. Das vordere Ende der Kopplung ist auch durch eine Längsverzahnung 34 mit dem Sonnenrad 36 des Planetengetriebes 26 verbunden. Eine Drehbewegung der Welle wird so auf das Sonnenrad 36 übertragen. Das Sonnenrad ist mit mehreren Planetenrädem im Eingriff, für die das gezeigte Planetenrad 40 als Beispiel dient. Jedes Planetenrad ist in einem Planetenträger 42 durch einen Lagerzapfen 44 oder eine andere geeignete Lagerung so drehbar angebracht, daß eine Drehbewegung des Sonnenrads eine Drehung jedes Planetenrads um seine eigene Längsachse 26 erzwingt. Jedes Planetenrad ist auch mit einem nicht rotierenden Ringrad 48 in Eingriff, das durch Längsverzahnungen 52 in einem Ringradgehäuse 50 angebracht ist. Eine Ringradkopplung 54 verbindet das Ringradgehäuse mit einer mechanischen "Erdung". Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Erdung eine nicht rotierende Wälzlagerabstützung 56, kann aber jede Erdung sein, die in der Lage ist, einem Drehen des Gehäuses und damit des Ringrads zu widerstehen. Da die Planetenräder sowohl mit dem nicht rotierenden Ringrad als auch mit dem rotierenden Sonnenrad in Eingriff sind, rotieren die Planetenräder nicht nur um ihre eigenen Achsen 46 sondern laufen auch um das Sonnenrad um und bewirken ein Rotieren des Planetenträgers 42 um die Achse 28. Die Bewegung des Planetenträgers wird auf den Bläser 18 (Fig. 1) mittels irgendeiner geeigneten Einrichtung, die nicht gezeigt ist, übertragen.
Das Kopplungssystem weist die Sonnenradkopplung 32 und die Ringradkopplung 54 auf. Die Sonnenradkopplung weist eine unflexible Spindel 60 und mindestens einen wellenartigen, flexiblen Abschnitt 62 auf. Der flexible Abschnitt weist einen zylinderförmigen Ring 64 mit Drainageöffnungen 65 auf, die um den Umfang jedes Rings so verteilt sind, daß jegliches Öl, das unbeabsichtigterweise in das Innere des wellenartigen Abschnitts eindringt, sich darin nicht anhäufen wird und keine Unwucht erzeugen wird. Der Ring besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der der Spindel, und ist mit der Spindel durch in Längsrichtung beabstandete Membranen 66 und 68 verbunden. Die Verbindungsbereiche 70 zwischen den Membranen und der Spindel und die Verbindungsbereiche 72 zwischen den Membranen und dem Ring besitzen im Schnitt ein gekrümmtes Profil, um die Flexibilität der Kopplung zu verbessern und Spannungskonzentrationen an den Verbindungsbereichen zu minimieren. Ein einziger flexibler Abschnitt ist ausreichend zum Unterbringen einer winkelmäßigen Fehlausrichtung zwischen dem Sonnenrad 36 und der Welle 24. Zwei oder mehrere in Längsrichtung beabstandete flexible Abschnitte werden zum Unterbringen von paralleler Fehlausrichtung oder einer Kombination von winkelmäßiger und paralleler Fehlausrichtung verwendet. Die Längsverzahnungen 30 und 34 an beiden Enden der Kopplung tragen nicht wesentlich zu der Flexibilität der Kopplung bei, vielmehr bezieht die Kopplung ihre Flexibilität hauptsächlich von den wellenartigen Abschnitten. Die Torsionssteifigkeit des Rings 64 und der Spindel 60 macht die Kopplung hinsichtlich einer Torsion um die Längsachse steif. Zusätzlich macht der gewellte Charakter des flexiblen Abschnitts die Kopplung hinsichtlich einer Torsion um die vertikale und die laterale Achse (d. h. hinsichtlich winkelmäßiger Fehlausrichtungen in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Ebene parallel zur Achse 28) und hinsichtlich von Verlagerungen um alle drei Achsen nachgiebig. Folglich überträgt die Kopplung ein hohes Drehmoment, während sie das Getriebe von Kräften und Momenten isoliert, die sich aus Fehlausrichtungen zwischen dem Sonnenrad und der externen Welle ergeben.
Die Sonnenradkopplung ist in Längsrichtung von einer Mutter 80 gehalten, die auf das vordere Ende der Kopplung geschraubt ist. Die Mutter liegt an einer vorderen Schulter 82 an dem Sonnenrad an und zwingt dadurch die Schulter 86 an der Kopplung in Kontakt mit der hinteren Schulter 84 an dem Sonnenrad. Ein Kontakt zwischen der vorderen Schulter und der Mutter verhindert eine Verlagerung der Kopplung in Längsrichtung nach hinten, während ein Kontakt zwischen den zusammenwirkenden Schultern 84, 86 eine Verlagerung der Kopplung in Längsrichtung nach vorne verhindert.
Es kann wünschenswert sein, das Innere der Sonnenradkopplung als eine Ölzuführleitung zu verwenden, beispielsweise um Öl nach hinten zu der Längsverzahnung 30 zu liefern. Die Sonnenradkopplung kann deshalb einen flexiblen rohrförmigen Einsatz 90 mit einem Einlaß 92 und einem Auslaß 94 aufweisen. Nicht gezeigtes Öl wird durch Passagen 96 dem Einlaß zugeführt und wird durch die Rotation der Kopplung und des Einsatzes radial nach außen zentrifügiert, so daß das Öl einen Film an der Innenoberfläche 98 des Einsatzes bildet. Die maximale Tiefe des Films ist auf die Höhe 100 einer Lippe 102 an dem Einlaß begrenzt. Der Innendurchmesser des Einsatzes kann konstant sein, der Durchmesser nimmt aber idealerweise kontinuierlich vom Einlaß zum Auslaß zu, um ein Fließen des zentrifügierten Öls in Längsrichtung nach hinten statt nach vorne zu fördern. Ein Sicherungsring 104, der in einem ringförmigen Schlitz um das Innere der Mutter 80 angeordnet ist, liegt an einem vorderen Flansch 106 des Einsatzes an, um für dessen Halt im Inneren der Spindel in Längsrichtung zu sorgen. Vordere und hintere Überstände 110 und 112 bilden je einen Ring um den Umfang des Einsatzes, um ihn radial in der Kopplung abzustützen Die Oberflächen 114 und 116 der Überstände sind sphärisch, so daß sie an der Innenwand 112 der Kopplung abwälzen können und deren Verbiegen nicht entgegenstehen. Jede sphärische Oberfläche weist außerdem eine Nut 122, 124 auf, in der ein Dichtungsring 125, 127 angeordnet ist, um ein Ausfließen von Öl in die wellenartigen Abschnitte zu verhindern. Eine Gruppe von Kniestücken 130, die jedem der wellenartigen, flexiblen Abschnitte zugeordnet ist, ragt durch die Wand des Einsatzes so, daß das Innere jedes wellenartigen Abschnitts mit einem flexiblen optischen Instrument, das nicht gezeigt ist, leicht inspiziert werden kann. Das optische Instrument wird in Längsrichtung entlang der Kopplung und in den Mund 132 eines Kniestucks eingebracht. Ein weiteres Einbringen des Instruments läßt dieses der Kontur des Kniestücks folgen und sich radial nach außen biegen, so daß das Innere der Membranen 66, 68 und des Rings 64 leicht betrachtet werden kann. Der Mund jedes Kniestücks ist von der Innenoberfläche 98 des Einsatzes um einen Abstand der mindestens so groß wie die radiale Höhe 100 der Lippe 102 ist, radial beabstandet. Das stellt sicher, daß der Ölfilm, dessen radiale Tiefe nicht größer als die Höhe 100 sein wird, von dem Mund nicht eingefangen wird und in das Innere des wellenartigen Abschnitts zentrifügiert wird, wo er eine Unwucht verursachen kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden drei Kniestücke an jedem wellenartigen Abschnitt verwendet, es kann aber jede Anzahl von Kniestücken, die größer oder gleich zwei ist, verwendet werden, vorausgesetzt, sie sind gleichmäßig um den Umfang des Einsatzes verteilt, um ein Ungleichgewicht auszuschließen.
Das Kopplungssystem weist auch eine Ringradkopplung 54 auf. Schrauben 140 befestigen das vordere Ende der Ringradkopplung an einer nicht rotierenden Lagerabstutzung 56. Schrauben 142 befestigen das hintere Ende der Kopplung an einer Abstützung 148, die in Längsrichtung von dem Ringradgehäuse 50 weg ragt und ein Teil davon ist. Die Ringradkopplung besitzt eine unflexible Nabe 150 und mindestens einen wellenartigen, flexiblen Bereich 152. Der flexible Bereich weist einen Bogen 154 von der Nabe radial nach außen auf. Die Verbindungsbereiche 156 zwischen der Nabe und dem Bogen sind im Schnitt gekrümmt, um die Flexibilität der Kopplung zu verbessern und Spannungskonzentrationen daran zu minimieren. Ein einziger flexibler Bereich ist zum Unterbringen winkelmäßiger Fehlausrichtung zwischen dem Ringrad 48 und der Mittelachse 28 ausreichend. Zwei oder mehr in Längsrichtung beabstandete flexible Abschnitte werden zum Unterbringen paralleler Fehlausrichtung oder einer Kombination von winkelmäßiger und paralleler Fehlausrichtung verwendet. Die Torsionssteifigkeit des Bogens 154 und der Nabe 150 macht die Kopplung hinsichtlich einer Torsion um die Längsachse steif. Der wellenartige Charakter des flexiblen Bereichs macht die Kopplung hinsichtlich einer Torsion um die vertikale und die laterale Achse und hinsichtlich einer Verlagerung entlang aller drei Achsen nachgiebig. Folglich wirkt die Kopplung einem Drehen des Ringradgehäuses entgegen, während sie das Getriebe von Kräften und Momenten isoliert, die sich aus Fehlausrichtungen zwischen dem Ringradgehäuse und der Längsmittelachse 28 ergeben.
Weil das Planetengetriebe mit seinen benachbarten Bauteilen in der Maschine flexibel gekoppelt ist, kann es leicht aus seiner idealerweise zentrierten Position radial verlagert werden. Obgleich ein derartiges Verhalten mit dem Reduzieren von Verschleiß an den Getriebebauteilen konsistent ist und dafür erforderlich ist, ist eine übermäßige Verlagerung unerwünscht. Verlagerungen des Getriebes mit einer hohen Amplitude beispielsweise (die sich beispielsweise aus einer unerwarteten Unwucht in einer externen Vorrichtung, mit der das Getriebe gekoppelt ist, ergeben) kann die Sonnenradkopplung berechen und dazu führen, daß der Bläser ohne Antrieb ist, oder kann die Ringradkopplung brechen und dazu führen, daß das Getriebe in der Maschine unabgestützt ist.
Um eine übermäßige radiale Verlagerung des Getriebes zu begrenzen, kann das Kopplungssystem und insbesondere die Ringradkopplung einen Verformungsbegrenzer 158 aufweisen. Der Verformungsbegrenzer weist eine in Längsrichtung verlaufende erste Abstützung 148 und eine zweite Abstützung 162 auf, die sich mindestens teilweise in Längsrichtung zusammen mit der ersten Abstützung erstreckt. Die zweite Abstützung ist durch Schrauben 164 an der Wand 168 befestigt, die die Begrenzung des inneren Strömungswegs der Maschine bildet und so als eine mechanische Erdung dient. Die erste und die zweite Abstützung sind durch einen schmalen Spalt 172 so voneinander beabstandet, daß eine übermäßige radiale Verlagerung des Ringradgehäuses durch einen Kontakt zwischen den Abstützungen ausgeschlossen ist. Die mit derartigen übermäßigen Verlagerungen verbundene Energie wird durch die zweite Abstützung und auf die Wand des Strömungswegs übertragen, was die Kontaktenergie ohne bleibenden Schaden absorbiert.
Es ist außerdem erwünscht, die zu normalen Schwingungen des Getriebes gehörige Energie zu verteilen. Folglich weist die zweite Abstützung der bevorzugten Ausführungsform ein Paar von Nuten 176 und 178 mit darin angeordneten Fluiddichtungen 180, 182 auf. Die zweite Abstützung besitzt auch eine Leitung 184 zum Zuführen eines viskosen, schwingungsdämpfenden Fluids, das nicht gezeigt ist, von einer ebenfalls nicht gezeigten Quelle zu dem Ringraum mit der Höhe 172, der von den Dichtungen und durch die erste und die zweite Abstützung begrenzt wird. Die erste und die zweite Abstützung wirken so zusammen, um einen Quetschfilmdämpfer zu definieren, dessen Betriebsprinzipien bekannt sind und deshalb hier nicht ausführlicher beschrieben werden müssen.
Die erste und die zweite Abstützung der bevorzugten Ausführungsform weisen auch zusammenwirkende Verdrehmoment verhindernde Längsverzahnungen 190 auf. Wie in der Fig. 3 gezeigt, sind die Zähne 192, 194 der Längsverzahnungen normalerweise nicht in Kontakt, sondern sind stattdessen radial und umfangsmäßig durch Zwischenräume 196, 198 getrennt, die größer sind als der Spalt 172 (Fig. 2) in dem Verformungsbegrenzer 158. Deshalb reguliert der Verformungsbegrenzer und nicht die Längsverzahnung die maximale radiale Verlagerung des Ringradgehäuses. Wenn sich jedoch die Ringradkopplung übermäßig um die Längsachse verformt oder verdreht (beispielsweise wegen der Aufbringung eines unerwartet hohen Drehmoments), kommen die Längsverzahnungen in Eingriff, um einen alternativen Drehmomentweg zu einem Rotieren des Ringradgehäuses Entgegenwirken zu schaffen und eine weitere Verformung der Kopplung zu verhindern. Entsprechend kommen die Längsverzahnungen miteinander in Eingriff, wenn die Ringradkopplung gebrochen ist, um einem Rotieren des Ringradgehäuses entgegenzuwirken, während die erste und die zweite Abstützung eine vertikale und laterale Abstützung des Gehäuses sicherstellen.
Die wellenartige Sonnenrad- und Ringradkopplung der bevorzugten Ausführungsform sind von durchgehendem Aufbau, d. h., es gibt keine leicht lösbaren Verbindungsstellen wie verschraubte Flansche entlang der Länge der Kopplungen in Längsrichtung. Die Ringradkopplung besteht aus einem durchgehenden Metallblech, das in einer Form in die gewünschte wellenartige Form kaltverformt ist und nachfolgend gebogen ist, um seine lateralen Ränder in anliegenden Kontakt zu bringen. Die anliegenden lateralen Ränder werden dann miteinander verschweißt Die Sonnenradkopplung wird aus drei geschmiedeten, bearbeiteten Stücken 202, 204, 206 hergestellt, die an Schweißverbindungen 208 und 210 (die in dem fertigen Teil nicht leicht unterscheidbar sind) elektronenstrahlverschweißt werden, um eine durchgehende Kopplung zu bilden. Der Bereich eines jeden Rings 64 unmittelbar der Schweißverbindung benachbart ist dicker als der Rest des Rings, um Spannungen durch ein Maximieren des Oberflächenbereichs, auf den die auf die Verbindungsstelle wirkenden Kräfte verteilt werden, zu reduzieren. Der durchgehende Charakter der Kopplungen sorgt für eine größere Flexibilität, als man sie mit einem verschraubten Flansch in einem äquivalenten radialen Raum erhalten könnte.
Das Kopplungssystem liefert einmalige Betriebsvorteile, die mit den Kopplungen des Stands der Technik nicht zu erhalten waren. Die Sonnenrad- und Ringradkopplung sind hinsichtlich einer Torsion um die Längsachse steif und übertragen oder widerstehen folglich hohem Drehmoment um die Längsachse. Innerhalb der Elastizitätsgrenzen der für deren Aufbau verwendeten Materialien sind die Kopplungen hinsichtlich einer Torsion um die laterale und die vertikale Achse und hinsichtlich einer Verlagerung in allen drei Achsen flexibel. Wenn beispielsweise die Antriebswelle 24 zu der Längsachse 28 fehlausgerichtet wird, biegt die Sonnenradkopplung, um sicherzustellen, daß die Sonnenradachse an oder nahe bei ihrer idealen Ausrichtung verbleibt und hält dadurch einen optimalen Kontakt zwischen den Zähnen des Sonnenrads und des Planetenrads bei. Wenn die flexible Kopplung nicht vorhanden wäre, würde die Fehlausrichtung der Welle das Sonnenrad umorientieren und zusätzliche Belastungen auf die ineinandergreifenden Zähne des Sonnenrads und des Planetenrads aufbringen. Das Kopplungssystem der vorliegenden Erfindung erreicht eine derartige Flexibilität ohne die mechanische Komplexität von mehreren Bestandteilen, die für einige Kopplungen des Stands der Technik charakteristisch ist. Außerdem benötigen die Kopplungen des vorliegenden Systems keinerlei Schmierung und sind radial kompakt.
Die bevorzugte Ausführungsforrn der Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem die Drehzahl untersetzenden Planetengetriebe dargestellt, dessen Sonnenrad von einer externen Rotationsbewegungsquelle die Leistungseingabe annimmt und dessen Planetenträger eine externe Drehvorrichtung antreibt. Die Erfindung ist jedoch ebenso auf ein drehzahlübersetzendes Getriebe anwendbar, bei dem die Leistungseingabe an den Planetenträger gerichtet ist und die Leistungsausgabe von dem Sonnenrad geliefert wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschreibt auch die kombinierte Verwendung der wellenartigen Sonnenradkopplung und der Ringradkopplung, um für eine parallele und winkelmäßige Fehlausrichtung eine maximale Toleranz zu erzielen. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen kann es akzeptabel sein, eine einzige wellenartige Kopplung zu verwenden, um das Sonnenrad und oder das Ringradgehäuse mit einer ersten externen Vorrichtung zu verbinden, während eine konventionellere Kopplung zum Verbinden des anderen Teils von Sonnenrad und Ringradgehäuse mit einer zweiten externen Vorrichtung verwendet wird.
Der durch das Zusammenwirken der ersten und der zweiten Abstützung gebildete Dämpfer wurde als Quetschfilmdämpfer beschrieben. Es können jedoch auch andere Dämpfer wie ein elastisches Material in den Spalt zwischen der inneren und der äußeren Abstützung eingebracht werden, um Schwingungen zu dämpfen, die normalerweise beim Betrieb auftreten.

Claims

1.Planetengetriebe (26), aufweisend:

ein Sonnenrad (36), das durch eine Welle (24) drehbar ist,

ein Ringrad (48), das an einem Ringradgehäuse (50) befestigt ist, und

ein Mehrzahl von Planetenrädem (46), die in einem Planetenträger (42) drehbar montiert sind und mit dem Sonnenrad (36) und dem Ringrad (48) in Eingriff sind, und

ein Kopplungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungssystems aufweist:

eine Sonnenradkopplung (32), die das Sonnenrad (36) mit der Welle (24) verbindet, wobei die Sonnenradkopplung mindestens einen wellenartigen, flexiblen Abschnitt (62) aufweist, der mit einer unflexiblen Spindel (60) zum Unterbringen von Fehlausrichtung zwischen dem Sonnenrad und der Welle verbunden ist; und eine Ringradkopplung (54), die das Ringradgehäuse (50) mit einer nicht rotierenden mechanischen Erdung verbindet, wobei die Ringradkopplung mindestens einen wellenartigen, flexiblen Bereich (152) aufweist, der mit einer unfiexiblen Nabe (150) zum Unterbringen von Fehlausrichtung zwischen dem Ringradgehäuse und der mechanischen Erdung verbunden ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (62) einen zylinderförmigen Ring (64) aufweist, der einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Spindel (60), und der mit dieser durch zwei in Längsrichtung beabstandete Membranen (66, 68) verbunden ist, wobei der Verbindungsbereich (70) zwischen den Membranen, dem Ring und der Spindel im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und Spannungskonzentrationen zu minimieren; und/oder

daß der flexible Bereich (152) einen Bogen (154) radial außerhalb von der Nabe (150) und mit dieser verbunden aufweist, wobei der Verbindungsbereich (156) dazwischen im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und die Spannung zu minimieren.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Einsatz (90) in dem Inneren der Spindel (60) befestigt ist und mindestens zwei Kniestücke (130) aufweist, die zu jedem der wellenartigen flexiblen Abschnitte (62) zum Führen eines optischen Instruments in Position zum Inspizieren des Inneren der flexiblen Abschnitte gehören.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verforrnungsbegrenzer (158), der eine erste Abstützung (148), die sich von dem Ringradgehäuse in Längsrichtung erstreckt, und eine zweite Abstützung (162) aufweist, die an der mechanischen Erdung befestigt ist, wobei sich die zweite Abstützung mindestens teilweise in Längsrichtung zusammen mit der ersten Abstützung erstreckt und radial von dieser beabstandet ist, so daß eine Berührung zwischen der ersten und der zweiten Abstützung eine übermäßige radiale Verlagerung des Ringradgehäuses ausschließt.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingungsdämpfer radial zwischen der ersten Abstützung (148) und der zweiten Abstützung (162) angeordnet ist, um die Schwingung des Ringradgehäuses zu begrenzen.

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer ein Quetschfilmdämpfer ist.

7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringradgehäuse (50) eine Verdrehmoment verhindernde Längsverzahnung aufweist und daß die mechanische Erdung eine kooperierende Längsverzahnung aufweist, wobei die Längsverzahnungen (190) während Normalbetrieb nicht im Eingriff sind und im Fall des Bruchs oder der Verforrnung der Ringradkopplung (54) in Eingriff sind, um einem Drehen des Ringradgehäuses (50) zu widerstehen.

8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (62) und der flexible Bereich (152) jeweils kontinuierlich sind.

9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenradkopplung (32) von einer Drehmoment- und Drehbewegungsquelle angetrieben ist und der Planetenträger (42) Drehmoment und Drehbewegung einer externen Drehvorrichtung zuführt.

10. Planetengetriebe (26), aufweisend:

ein Sonnenrad (36), das mit einer zugehörigen ersten externen Vorrichtung verbunden ist,

ein Ringrad (48), das an einem Ringradgehäuse (50) befestigt ist, wobei das Ringradgehäuse mit einer zugehörigen zweiten externen Vorrichtung verbunden ist, und

eine Mehrzahl von Planetenrädern (46), die drehbar in einem Planetenträger (42) angebracht sind und mit dem Sonnenrad und dem Ringrad in Eingriff sind, und

eine Kopplung, wobei die Kopplung gekennzeichnet ist durch mindestens einen wellenartigen, flexiblen Abschnitt (62), der mit einer unfiexiblen Spindel (60) verbunden ist, wobei der flexible Abschnitt einen zylinderförmigen Ring (64) aufweist, der einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Spindel, und der mit dieser durch zwei in Längsrichtung beabstandete Membranen (66, 68) verbunden ist, wobei der Verbindungsbereich (70) zwischen den Membranen, dem Ring und der Spindel im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und Spannungskonzentrationen zu minimieren, wobei die Kopplung eines von dem Sonnenrad (26) und dem Ringradgehäuse (50) mit der zugehörigen externen Vorrichtung verbindet und eine Fehlausrichtung zwischen diesen unterbringt.

11. Planetengetriebe (26), aufweisend:

eine Mehrzahl von Planetenrädem (46), die drehbar in einem Planetenträger (42) angebracht sind und mit dem Sonnenrad und dem Ringrad in Eingriff sind, und

eine Kopplung, wobei die Kopplung gekennzeichnet ist durch mindestens einen wellenartigen, flexiblen Bereich (152), der mit einer unflexiblen Nabe (150) verbunden ist, wobei der flexible Bereich einen Bogen (154) radial außerhalb der Nabe (150) und mit dieser verbunden aufweist, wobei der Verbindungsbereich zwischen diesen im Schnitt gekrümmt ist, um die Flexibilität zu verbessern und Spannungskonzentrationen zu minimieren, wobei die Kopplung eines von dem Sonnenrad (36) und dem Ringradgehäuse (50) mit der zugehörigen externen Vorrichtung verbindet und Fehlausrichtung zwischen diesen unterbringt.