EP3976320B1 - Werkzeug zur halterung der hochdruckwelle eines flugzeugtriebwerks - Google Patents

Werkzeug zur halterung der hochdruckwelle eines flugzeugtriebwerks Download PDF

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EP3976320B1
EP3976320B1 EP20729011.5A EP20729011A EP3976320B1 EP 3976320 B1 EP3976320 B1 EP 3976320B1 EP 20729011 A EP20729011 A EP 20729011A EP 3976320 B1 EP3976320 B1 EP 3976320B1
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EP
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end cap
shaft
shaft end
fastening
pressure
Prior art date
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Jan SAßMANNSHAUSEN
Eugen Roppelt
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Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05D2300/432—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the invention relates to a tool for holding and axially fixing the high-pressure shaft of an aircraft engine when the high-pressure turbine stage is dismantled, and its use.
  • the high-pressure shaft is mounted on one side in a non-rotating front bearing mount ("front bearing compartment") with a fixed bearing designed as a roller bearing, which is arranged in front of the high-pressure compressor module.
  • a fixed bearing designed as a roller bearing, which is arranged in front of the high-pressure compressor module.
  • another rolling bearing is provided as a floating bearing. If only the front bearing mount is removed - e.g. for maintenance purposes - the high-pressure shaft is secured axially solely by one on the high-pressure turbine module attached retainer. If only the high-pressure turbine module is removed, axial securing is provided solely by the fixed bearing of the front bearing mount.
  • the object of the present invention is to create a tool and a use of this tool with which the disadvantages of the prior art can be avoided or at least reduced.
  • the tool according to the invention it is possible to completely secure the high-pressure shaft of an aircraft engine in the axial direction when the high-pressure turbine stage is dismantled and at the same time to hold it in the radial direction via the spring element in such a way that the weight force acting on the high-pressure shaft when the high-pressure turbine stage is mounted can be simulated via the predetermined spring force .
  • the high-pressure shaft is therefore not completely fixed in the radial direction, but is only loaded with a spring force corresponding to the weight force mentioned, with which the shaft is held in the required, desired position on the one hand, but on the other hand no undesired stresses due to a fixed bearing at the rear end of the high-pressure shaft in these are entered.
  • the axial securing is achieved through the interaction of the shaft end cap receptacle, which prevents movement of the high-pressure shaft with the shaft end cap element fitted through the axial limitation in the first direction, in particular e.g. in the direction of the shaft end cap element, and a shaft connected to it, which with its fixing element causes an axial movement the high pressure wave relative to the shaft end cap receptacle opposite to the first direction (e.g., away from the shaft end cap member).
  • the high-pressure shaft can thus be completely fixed relative to the shaft end cap receptacle in the axial direction, while only a predetermined force is exerted in the radial direction, with the high-pressure shaft being at least slightly opposite each other in the radial direction of the shaft end cap mount can move, especially since there is no fixed bearing in this direction.
  • the desired mounting and axial fixing of the high-pressure shaft of an aircraft engine thus takes place with the fixing of the shaft end cap receptacle.
  • the spring element can be adjusted with regard to the spring force.
  • the spring force specified for a specific engine, a specific engine variant (ie one of several variants of an engine type) and/or a specific engine type can be set. It may also be possible, if necessary, to readjust the spring force when the tool is in the mounted state on an engine.
  • the fixing element on the shaft of the connector element can be designed for a non-positive connection with the inside of the hollow high-pressure shaft. However, it is preferably designed for a positive connection with the high-pressure shaft.
  • the fixing element can interact with undercuts that are regularly present in high-pressure shafts of an aircraft turbine due to an inner diameter that changes in the axial direction.
  • the fixing element can, for example, be a bolt arranged on the free end of the shaft to be inserted into the high-pressure shaft and extending around a latch on both sides of the shaft, which is preferably pivotable perpendicular to its longitudinal axis and/or to the axis of the shaft.
  • the fixing element In the pivoted state, the fixing element can be inserted into the hollow high-pressure axis, while in the non-pivoted state the latch extends maximally in the radial direction and can thus interact with a contact surface inside the hollow shaft.
  • An actuating device for example a cable pull, can be provided for actively pivoting the bolt.
  • the bolt has an asymmetrical weight distribution in relation to the shaft. In this case, simply by rotating the shaft, the bolt can be moved into a vertical orientation or an orientation pivoted relative to the shaft.
  • a fastening element is therefore preferably provided for stationary fastening of the tool on the aircraft engine when the high-pressure turbine stage is dismantled, with a fastening area for fastening the shaft end cap receptacle thereon.
  • the fastening element can be designed to fasten the tool to a flange of the combustion chamber.
  • the detachable attachment of the tool can be achieved with screws, for example.
  • the fastening element is preferably to be fastened in a predetermined position on the aircraft engine.
  • the attachment area can preferably be designed in such a way that the tool can actually only be attached to the engine in a single predetermined position. This can be achieved, for example, by adapting the fastening area and in particular the bores provided thereon for engaging screws with a precise fit to the fastening points provided on the engine.
  • the spring element at least is also arranged on the fastening element or fastened to it, a predetermined alignment of the spring element can be achieved by properly fastening the tool to the aircraft engine in order to be able to simulate weight forces, for example.
  • the abutment and/or contact surfaces of the shaft end cap element and/or the fixing element intended for contact with the high-pressure shaft are made of a material that is softer than the material of the high-pressure shaft, preferably plastic, more preferably PTFE. As a result, damage to the high-pressure shaft can be effectively prevented when using the tool according to the invention.
  • the high-pressure turbine of an aircraft engine is first dismantled.
  • the rear end of the high-pressure shaft protrudes from the engine.
  • the high-pressure shaft is still axially fixed by the fixed bearing of the high-pressure shaft, which is provided, for example, in a front bearing mount close to the high-pressure compressor.
  • the shaft end cap element is then first placed on the turbine-side end of the high-pressure shaft and the shank of the connector element with the fixing element is inserted into the high-pressure shaft.
  • the shaft end cap receptacle is then fitted around the shaft end cap element and connected to the shank of the connector element when the connection of the connector element to the high-pressure shaft has been completed by the fixing element, such that the parts of the tool according to the invention mounted on the high-pressure shaft are stationary in the axial direction in relation to the high-pressure shaft.
  • the high-pressure shaft can then be fixed in the axial direction with respect to the engine by suitably fastening the shaft end cap receptacle, a certain mobility in the radial direction being retained due to the mobility of the shaft end cap element and the shaft end cap receptacle.
  • a predetermined spring force can be exerted in the radial direction on the shaft end cap element and thus on the high-pressure shaft if required.
  • the attachment of the shaft end cap receptacle can preferably be achieved by a fastener as described above, which allows for fixed attachment to the engine itself.
  • the spring element is preferably not yet installed during the fastening of the shaft end cap receptacle, but is only attached later.
  • the fastening element is fastened to the engine, for example to the combustion chamber flange, using the means provided for this purpose in such a way that the fastening area of the fastening element is suitable for fastening the shaft end cap receptacle thereto is arranged.
  • the shaft end cap mount is then fastened to the fastening area, preferably in an axially and/or radially variable manner, i.e. the shaft end cap mount and the fastening area do not have a fixed, defined relative position to one another for fastening, but can be connected to one another so that they are displaced relative to one another in the axial and/or radial direction.
  • the connection or attachment can be force-locked.
  • a predetermined spring force can be applied to the shaft end cap element in the radial direction via the already mentioned spring element, in particular in order to simulate the weight of the high-pressure turbine otherwise acting on the high-pressure shaft.
  • the spring element can preferably be arranged on or connected to the fastening element.
  • FIG 1 a first exemplary embodiment of a tool 1 according to the invention is shown, with the individual components of the tool explained below being assembled.
  • FIG 2 the tool 1 is shown in the state of use
  • Figure 3d finally shows a section through the tool 1 in the state of use according to FIG figure 2 .
  • Figures 2 and 3 also show parts of an aircraft engine, namely the rear end of the high-pressure shaft 80 and the end region of the combustion chamber 81 with a peripheral flange 82.
  • the tool 1 comprises a shaft end cap element 2, the inside diameter of which is adapted to the diameter of the turbine-side end of the high-pressure shaft of an aircraft engine for which the tool 1 is intended.
  • the shaft end cap element 2 can be separated from the other components of the tool 1 and is designed in such a way that it can be plugged onto the end in question of the high-pressure shaft.
  • the shaft end cap element 2 is arranged in a shaft end cap receptacle 3, which limits or prevents a movement of the shaft end cap element 2 in the first direction indicated by the arrow 90, but at the same time allows a radial movement of the shaft end cap element 2 to a certain extent.
  • the inner radius of the shaft end cap receptacle 3, which is also cap-shaped in this embodiment, is larger than the outer radius of the shaft end cap element 2.
  • the fixing element 6 is here, as follows with reference to the figure 3 explained, for the form-fitting connection with the high-pressure shaft 80 as a pivotable about the axis 7, extending on both sides of the shaft 5 bolt 8 is formed, which has an asymmetric weight distribution compared to the shaft 5. Due to this asymmetrical weight distribution, in which the center of gravity of the bolt 8 is located in the vertical orientation, which can be changed depending on the rotation of the shaft 5, below or above the axis 7, the bolt 8 moves either into the in figure 1 shown position for axial fixation or in a position angled relative to the shaft 5, in which the connector element 4 can be inserted into a high-pressure shaft of an engine or removed again.
  • a guide element 5' made of soft plastic is also provided on the shaft 5, with which it is ensured that the shaft 5 itself does not come into contact with the inner wall of the high-pressure shaft 80 and can possibly cause damage there.
  • the shaft end cap receptacle 3 is attached to the attachment area 9 of an attachment element 10 .
  • the fastening area 9 is designed in the form of a sleeve or bushing and is attached to the outer diameter of the shaft end cap receptacle 3 adjusted so that it can be variably fastened not only axially in the fastening area 9, but also to a certain extent in the axial direction.
  • the shaft end cap receptacle 3 has a certain amount of play in relation to the fastening area 9 before it can be fixed in the desired axial and radial position by the screws 11 .
  • a spring element 12 is also arranged on the fastening element 10 and is stationary relative to the latter when the shaft end cap receptacle 3 has been fixed on the fastening element 10 .
  • the spring element 12 protrudes through the shaft end cap receptacle 3 and is designed to apply its spring force to the shaft end cap element 2 in the radial direction (cf. figure 3 ).
  • the spring element 12 can be adjusted via the adjusting screw 13 with regard to the spring force exerted on the shaft end cap element 2 .
  • the fastening element 2 has three brackets 14 for fastening to the flange 82 of the combustion chamber 81 of an aircraft engine (cf. figure 2 ) on.
  • the brackets 14 are arranged and designed in such a way that the fastening element 10 can only be fastened to the aircraft engine in a predetermined position. Due to this clear position in the assembled state, it can be ensured that the spring element 12 arranged on the fastening element 10 is aligned vertically in the assembled state and can simulate a weight force of a high-pressure turbine stage otherwise acting on the turbine-side end.
  • the shaft end cap element 2 and fixing element 6 components that come into direct contact with the high-pressure shaft when the tool 1 is used are made entirely of plastic or are at least provided with a plastic layer on the corresponding contact surfaces. Because plastic, such as
  • PTFE which is usually softer than the material of the high-pressure shaft, can effectively prevent any damage to the high-pressure shaft.
  • the shaft end cap element 2 is slipped onto this exposed end 84 of the high-pressure shaft 80 ( Figure 3b ). Due to its inner radius adapted to the diameter of the high-pressure shaft 80, the shaft-end cap element 2 sits securely on the high-pressure shaft 80, with the shape of the cap ensuring that the shaft-end cap element 2 actually remains on the turbine-side end 84 of the high-pressure shaft 80.
  • the shaft 5 is kept away from the inner wall of the high-pressure shaft 80 by the guide element 5 ′.
  • the shaft end cap receptacle 3 is fitted around the shaft end cap element 2 and the connection between the shaft 5 of the connector element 4 is established ( Figure 3d ).
  • the already assembled components 2-4 of the tool 1 can be fixed in the axial direction relative to the high-pressure shaft 80: an axial movement of the shaft end cap element 2 relative to the high-pressure shaft 80 is prevented by the correspondingly limiting shaft end cap mount 3, which is in turn fixed by the tension with the connector element 4 in the axial direction.
  • the fastening element 10 is mounted ( Figure 3e ).
  • the fastening element 10 is fastened via the cantilevers 14 in the only possible position on the rear flange 82 of the combustor 80, on which at least one high-pressure turbine stage is otherwise fastened.
  • the shaft end cap receptacle 3 lies within the fastening area 9 and can be finely positioned therein until it is fixed in the desired position by the screws 11.
  • the spring element 12 provided on the fastening element 10 can then be finely adjusted via the adjusting screw 13, so that a predetermined spring force is exerted on the shaft end cap element 2, which is still basically movable radially, which simulates the weight of the high-pressure turbine stage(s) otherwise mounted at this point.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Halterung und axialen Fixierung der Hochdruckwelle eines Flugzeugtriebwerks bei demontierter Hochdruckturbinenstufe sowie dessen Verwendung.
  • Bei der Wartung, Instandhaltung oder Verbesserung von Flugzeugtriebwerken müssen einzelne Bauteile und Module vom Triebwerk demontiert werden, um nach einer gesonderten Bearbeitung wieder montiert zu werden. Sofern das Flugzeugtriebwerk nicht vollständig zerlegt wird, ist es aufgrund der bei Flugzeugtriebwerken typischen Leichtbauweise und dem damit verbundenen Verzicht auf eine gesonderte Tragstruktur häufig nicht möglich, beliebige Bauteile oder Module zu demontieren. Die Bauteile und Module eines Flugzeugtriebwerks sind nämlich derart miteinander verbunden, dass sie sich gegenseitig stützen oder ineinander lagern, wodurch auf eine gesonderte Tragstruktur, wie sie von anderen, insbesondere stationären Maschinen bekannt ist und an der Bauteile und Module einzeln lösbar befestigt sind, verzichtet werden kann.
  • Ein Beispiel hierfür ist neben einer Vielzahl weiterer Triebwerkstypen der Triebwerktyps V2500 des Herstellers International Aero Engines (IAE). Bei diesem Flugzeugtriebwerk ist die Hochdruckwelle auf der einen Seite in einer nicht-rotierenden vorderen Lageraufnahme ("Front Bearing Compartment") mit einem als Wälzlager ausgestaltetem Festlager, welche vor dem Hochdruckkompressor-Modul angeordnet ist, gelagert. Auf der anderen Seite ist im Bereich der Brennkammer und somit vor dem Hochdruckturbinen-Modul ein weiteres Wälzlager als Loslager vorgesehen. Wird nur die vordere Lageraufnahme - bspw. zu Wartungszwecken - entfernt, erfolgt die axiale Sicherung der Hochdruckwelle allein durch einen am Hochdruckturbinen-Modul angebrachten Retainer. Wird nur das Hochdruckturbinen-Modul entfernt, erfolgt die axiale Sicherung ausschließlich durch das Festlager der vorderen Lageraufnahme.
  • Für das beispielhaft genannte Triebwerk V2500, aber auch bei einer Vielzahl anderer Triebwerkstypen, ist - sofern das Triebwerk nicht vollständig zerlegt wird - kein zulässiger Bauzustand definiert, in dem sowohl die vordere Lageraufnahme als auch das Hochdruckturbinen-Modul demontiert ist. In der Folge können Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an den beiden genannten Komponenten nur sequenziell erfolgen, wodurch sich die Bearbeitungsdauer eines Triebwerks erheblich erhöhen kann. Ein Werkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird in US 8 127 417 B1 gezeigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug sowie eine Verwendung dieses Werkzeugs zu schaffen, mit dem die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden oder zumindest reduziert werden können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug gemäß dem Hauptanspruch sowie dessen Verwendung gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Demnach betrifft die Erfindung ein Werkzeug zur Halterung und axialen Fixierung der hohlen Hochdruckwelle eines Flugzeugtriebwerks bei demontierter Hochdruckturbinenstufe umfassend
    • ein Wellenendkappenelement mit einem an einen vorgegebenen Wellendurchmesser angepassten Innenradius zum Aufstecken auf das turbinenseitige Ende der Hochdruckwelle,
    • eine Wellenendkappenaufnahme zur radial beweglichen und in einer ersten Richtung axial begrenzten Aufnahme des Wellenendkappenelements,
    • ein an der Wellenendkappenaufnahme befestigbares Verbinderelement mit einem in die Hochdruckwelle einführbaren Schaft umfassend ein Fixierungselement zur axialen Sicherung der Wellenendkappenaufnahme, wobei
    ein gegenüber der Wellenendkappenaufnahme ortsfestes Federelement zur Aufbringung einer vorgegebenen Federkraft auf das Wellenendkappenelement in radialer Richtung vorgesehen ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs mit den Schritten:
    1. a) Demontage der Hochdruckturbinestufe(n) des Flugzeugtriebwerkes;
    2. b) Aufstecken des Wellenendkappenelements auf das turbinenseitige Ende der Hochdruckwelle;
    3. c) Einführen des Schafts des Verbinderelements mit dem Fixierungselement in die Hochdruckwelle;
    4. d) Anbringen der Wellenendkappenaufnahme um das Wellenendkappenelement;
    5. e) Verbinden des Verbinderelements mit der Wellenendkappenaufnahme, sodass die Wellenendkappenaufnahme durch das Fixierungselement des Verbinderelements axial fixiert ist; und
    6. f) Aufbringen einer Federkraft auf das Wellenendkappenelement in radialer Richtung durch das gegenüber der Wellenendkappenaufnahme ortsfeste Federelement.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist es möglich, die Hochdruckwelle eines Flugzeugtriebwerks bei demontierter Hochdruckturbinenstufe in axialer Richtung vollständig zu sichern und gleichzeitig in radialer Richtung über das Federelement so zu halten, dass über die vorgegebene Federkraft die bei montierter Hochdruckturbinenstufe auf die Hochdruckwelle wirkende Gewichtskraft simuliert werden kann. Die Hochdruckwelle ist also in radialer Richtung nicht vollständig fixiert, sondern wird lediglich mit einer der genannten Gewichtskraft entsprechenden Federkraft belastet, womit die Welle einerseits in der erforderlichen, gewünschten Position gehalten wird, andererseits aber keine unerwünschten Spannungen durch eine Festlagerung am hinteren Ende der Hochdruckwelle in diese eingetragen werden.
  • Die axiale Sicherung erfolgt durch das Zusammenwirken der Wellenendkappenaufnahme, die eine Bewegung der Hochdruckwelle mit aufgesetztem Wellenendkappenelement durch die axiale Begrenzung in die erste Richtung, insbesondere bspw. in Richtung des Wellenendkappenelements, unterbindet, und einen damit verbundenen Schaft, der mit seinem Fixierungselement eine axiale Bewegung der Hochdruckwelle gegenüber der Wellenendkappenaufnahme entgegen der ersten Richtung (bspw. weg von dem Wellenendkappenelement) verhindern kann.
  • Die Hochdruckwelle kann somit gegenüber der Wellenendkappenaufnahme in axialer Richtung vollständig fixiert werden, währen in radialer Richtung lediglich eine vorgegebene Kraft ausgeübt wird, wobei sich die Hochdruckwelle aber grundsätzlich in radialer Richtung zumindest grundsätzlich etwas gegenüber der Wellenendkappenaufnahme bewegen kann, da insbesondere keine Festlagerung in dieser Richtung besteht. Mit Fixierung der Wellenendkappenaufnahme erfolgt also die gewünschte Halterung und axiale Fixierung der Hochdruckwelle eines Flugzeugtriebwerks.
  • Es ist bevorzugt, wenn das Federelement hinsichtlich der Federkraft einstellbar ist. Dadurch kann das für ein bestimmtes Triebwerk, eine bestimmte Triebwerksvariante (also eine von mehreren Varianten eines Triebwerkstyps) und/oder einen bestimmten Triebwerkstyp vorgegebene Federkraft eingestellt werden. Auch kann es ggf. möglich sein, die Federkraft bei an einem Triebwerk montierten Zustand des Werkzeuges bei Bedarf noch nachzujustieren.
  • Das Fixierungselement am Schaft des Verbinderelements kann grundsätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung mit der Innenseite der hohlen Hochdruckwelle ausgebildet sein. Es ist aber bevorzugt zur formschlüssigen Verbindung mit der Hochdruckwelle ausgebildet. Dazu kann das Fixierungselement mit regelmäßig bei Hochdruckwellen einer Flugzeugturbine vorhandenen Hinterschnitten aufgrund eines sich in axialer Richtung verändernden Innendurchmessers zusammenwirken.
  • So kann das Fixierungselement bspw. ein an dem freien, in die Hochdruckwelle einzuführenden Ende des Schaftes angeordneter, sich um einen zu beiden Seiten des Schafts erstreckenden Riegel sein, der vorzugsweise senkrecht zu seiner Längsachse und/oder zur Achse des Schafts verschwenkbar ist. Im verschwenkten Zustand lässt sich das Fixierungselement in die hohle Hochdruckachse einführen, während sich der Riegel im unverschwenkten Zustand maximal in radialer Richtung erstreckt und so mit einer Anlagefläche im Innern der Hohlwelle zusammenwirken kann.
  • Zum aktiven Verschwenken des Riegels kann eine Betätigungsvorrichtung, bspw. ein Drahtzug vorgesehen sein. Es ist aber besonders bevorzugt, wenn der Riegel gegenüber dem Schaft eine unsymmetrische Gewichtsverteilung aufweist. In diesem Fall kann allein durch Drehen des Schafts der Riegel in eine vertikale Ausrichtung oder eine gegenüber dem Schaft verschwenkte Ausrichtung bewegt werden.
  • Es ist möglich, das erfindungsgemäße Werkzeug und insbesondere durch Ständer oder Halterungen gegenüber dem Flugzeugtriebwerks zu positionieren bzw. zu fixieren. Es ist aber bevorzugt, wenn das Werkzeug unmittelbar am Flugzeugtriebwerk befestigt wird, womit die Gefahr von Beschädigungen aufgrund von Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Flugzeugtriebwerk praktisch ausgeschlossen wird.
  • Vorzugsweise ist daher ein Befestigungselement zur ortsfesten Befestigung des Werkzeugs an dem Flugzeugtriebwerk bei demontierter Hochdruckturbinenstufe mit einem Befestigungsbereich zur Befestigung der Wellenendkappenaufnahme daran vorgesehen. Beispielsweise kann das Befestigungselement zur Befestigung des Werkzeugs an einem Flansch der Brennkammer ausgestaltet sein. Die lösbare Befestigung des Werkzeugs kann bspw. mit Schrauben erreicht werden.
  • Das Befestigungselement ist vorzugsweise in einer vorgegebenen Position an dem Flugzeugtriebwerk zu befestigen. Dazu kann der Befestigungsbereich vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass sich das Werkzeug tatsächlich nur in einer einzigen vorgegebenen Position am Triebwerk befestigen lässt. Dies kann bspw. erreicht werden, in dem der Befestigungsbereich und insbesondere daran vorgesehene Bohrungen zum Eingreifen von Schrauben passgenau auf die vorgesehenen Befestigungspunkte am Triebwerk angepasst sind. Insbesondere wenn das Federelement wenigstens auch an dem Befestigungselement angeordnet bzw. daran befestigt ist, kann durch entsprechende ordnungsgemäße Befestigung des Werkzeugs am Flugzeugtriebwerk eine vorgegebene Ausrichtung des Federelementes erreicht werden, um darüber bspw. Gewichtskräfte simulieren zu können.
  • Es ist bevorzugt, wenn die für den Kontakt mit der Hochdruckwelle vorgesehenen Anlage- und/oder Kontaktflächen des Wellenendkappenelement und/oder des Fixierungselements aus einem gegenüber dem Werkstoff der Hochdruckwelle weicherem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, weiter vorzugsweise aus PTFE, sind. Dadurch können Beschädigungen an der Hochdruckwelle bei Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeuges wirksam verhindert werden.
  • Es kann vorteilhaft sein, jeweils ein erfindungsgemäßes Werkzeug für jeden gewünschten Triebwerkstyp vorzusehen, welches dann jeweils genau auf den Triebwerkstyp abgestimmt ist. So kann der Befestigungsbereich an die jeweils vorgesehenen Befestigungspunkte eines Triebwerktyps und die relative Lage und Krümmung des Wellenanlageelementes an die Hochdruckwelle des Triebwerkstyps genau angepasst werden. Dadurch wird die Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs vereinfacht, da keine besonderen triebwerksspezifischen Einstellungen am Werkzeug vorgenommen werden müssen.
  • Für die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs wird zunächst die Hochdruckturbine eines Flugzeugtriebwerkes demontiert. In der Folge ragt das hintere Ende der Hochdruckwelle aus dem Triebwerk heraus. In diesem Zustand erfolgt die axiale Fixierung der Hochdruckwelle noch durch das Festlager der Hochdruckwelle, welches bspw. in einer vorderen Lageraufnahme nahe bei dem Hochdruckkompressor vorgesehen ist.
  • In einer mögliche Verwendungsvariante wird anschließend zunächst das Wellenendkappenelement auf das turbinenseitige Ende der Hochdruckwelle gesteckt und der Schaft des Verbinderelements mit dem Fixierungselement in die Hochdruckwelle eingeführt. Anschließend wird die Wellenendkappenaufnahme um das Wellenendkappenelement angebracht und so mit dem Schaft des Verbinderelements bei erfolgter Verbindung des Verbinderelements mit der Hochdruckwelle durch das Fixierungselement verbunden, dass die an der Hochdruckwelle montierten Teile des erfindungsgemäßen Werkzeugs in axialer Richtung ortsfest gegenüber der Hochdruckwelle sind.
  • Durch geeignete Befestigung der Wellenendkappenaufnahme kann dann die Hochdruckwelle in axialer Richtung gegenüber dem Triebwerk fixiert werden, wobei aufgrund der Beweglichkeit des Wellenendkappenelementes und der Wellenendkappenaufnahme eine gewisse Beweglichkeit in radialer Richtung erhalten bleibt. Durch das gegenüber der Wellenendkappenaufnahme ortsfeste Federelement kann jedoch bei Bedarf eine vorgegebene Federkraft in radialer Richtung auf das Wellenendkappenelement und somit die Hochdruckwelle ausgeübt werden.
  • Die Befestigung der Wellenendkappenaufnahme kann bevorzugt durch ein Befestigungselement erreicht werden, wie es oben beschrieben ist und welches eine ortsfeste Befestigung an dem Triebwerk selbst ermöglicht. Dabei ist bevorzugt das Federelement während der Befestigung der Wellenendkappenaufnahme noch nicht montiert, sondern wird erst später angebracht.
  • Das Befestigungselement wird mit den dafür vorgesehenen Mitteln an dem Triebwerk, bspw. am Brennkammerflansch, derart befestigt, dass der Befestigungsbereich des Befestigungselementes zur Befestigung der Wellenendkappenaufnahme daran geeignet angeordnet ist. Anschließend erfolgt die Befestigung der Wellenendkappenaufnahme an dem Befestigungsbereich, vorzugweise axial und/oder radial variabel, d.h. Wellenendkappenaufnahme und Befestigungsbereich haben für die Befestigung keine fest definierte relative Position zueinander, sondern können in axial und/oder radialer Richtung relativ zueinander verschoben miteinander verbunden werden. Die Verbindung bzw. Befestigung kann kraftschlüssig erfolgen.
  • Nach erfolgter Befestigung der Wellenendkappenaufnahme an dem Brennkammerflansch kann über das bereits erwähnte Federelement eine vorgegebene Federkraft auf das Wellenendkappenelement in radialer Richtung aufgebracht werden, insbesondere um die ansonsten auf die Hochdruckwelle einwirkende Gewichtskraft der Hochdruckturbine zu simulieren. Das Federelement kann dabei vorzugsweise an dem Befestigungselement angeordnet bzw. mit diesem verbunden sein.
  • Aufgrund der mithilfe des Werkzeugs erreichten Halterung der Hochdruckwelle kann nachfolgend bspw. das Festlager der Hochdruckwelle demontiert werden. Dabei kann - um ein Absacken des vorderen Teils der Hochdruckwelle zu verhindern - zuvor eine temporäre radiale Stütze in dem von dem Werkzeug entfernten Bereich an der Hochdruckwelle angebracht werden. Entsprechende Stützen, die ein zusätzliches Loslager für die Hochdruckwelle bilden, sind aus dem Stand der Technik bekannt und für eine Vielzahl unterschiedlicher Triebwerkstypen verfügbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1:
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
    Figur 2:
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß verwendeten Werkzeugs gemäß Figur 1; und
    Figur 3a-e:
    schematische Darstellungen der Verwendung des Werkzeugs aus Figur 1 zur Erreichung des in Figur 2 dargestellten Zustands.
  • In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs 1 dargestellt, wobei die einzelnen und nachfolgend erläuterten Komponenten des Werkzeugs zusammengefügt sind. In Figur 2 ist das Werkzeug 1 im Verwendungszustand dargestellt, Figur 3d zeigt letztendlich einen Schnitt durch das Werkzeug 1 in dem Verwendungszustand gemäß Figur 2. In Figuren 2 und 3 sind neben dem Werkzeug 1 bzw. dessen Komponenten noch Teile eines Flugzeugtriebwerks angedeutet, nämlich das hintere Ende der Hochdruckwelle 80 sowie der Endbereich der Brennkammer 81 mit einem umlaufenden Flansch 82.
  • Das Werkzeug 1 umfasst ein Wellenendkappenelement 2, deren Innendurchmesser an den Durchmesser des turbinenseitigen Endes der Hochdruckwelle eines Flugzeugtriebwerks, für welches das Werkzeug 1 vorgesehen ist, angepasst ist. Das Wellenendkappenelement 2 ist von den übrigen Komponenten des Werkzeugs 1 abtrennbar und so ausgestaltet, dass es auf das fragliche Ende der Hochdruckwelle aufgesteckt werden kann.
  • Im montierten Zustand des Werkzeugs ist das Wellenendkappenelement 2 in einer Wellenendkappenaufnahme 3 angeordnet, welche eine Bewegung des Wellenendkappenelements 2 in die durch den Pfeil 90 angedeutete erste Richtung begrenzt bzw. unterbindet, die aber gleichzeitig eine radiale Bewegung des Wellenendkappenelements 2 in gewissem Maßen zulässt. Dazu ist der Innenradius der in diesem Ausführungsspiel ebenfalls kappenförmig ausgestalteten Wellenendkappenaufnahme 3 größer als der Außenradius des Wellenendkappenelements 2.
  • An der Wellenendkappenaufnahme 3 lösbar befestigt ist ein Verbinderelement 4 mit einem in die Hochdruckwelle einführbaren Schaft 5 umfassend ein Fixierungselement 6 zur axialen Sicherung der Wellenendkappenaufnahme 3.
  • Das Fixierungselement 6 ist dabei, wie nachfolgend noch anhand der Figur 3 erläutert, zur formschlüssigen Verbindung mit der Hochdruckwelle 80 als um die Achse 7 verschwenkbarer, sich zu beiden Seiten des Schafts 5 erstreckender Riegel 8 ausgebildet, der gegenüber dem Schaft 5 eine unsymmetrische Gewichtsverteilung aufweist. Aufgrund eben dieser unsymmetrischen Gewichtsverteilung, bei welcher sich der Schwerpunkt des Riegels 8 in vertikaler Ausrichtung je nach Drehung des Schaftes 5 veränderbaren Orientierung unter- oder oberhalb der Achse 7 befindet, bewegt sich der Riegel 8 entweder in die in Figur 1 dargestellte Position zur axialen Fixierung oder in eine gegenüber dem Schaft 5 angewinkelte Position, in welcher sich das Verbinderelement 4 in eine Hochdruckwelle eines Triebwerks einführen oder wieder daraus entfernen lässt.
  • Am Schaft 5 ist weiterhin ein Führungselement 5` aus weichem Kunststoff vorgesehen, mit dem sichergestellt wird, das der Schaft 5 selbst nicht in Kontakt mit der Innenwand der Hochdruckwelle 80 kommt und dort evtl. Beschädigungen verursachen kann.
  • Die Wellenendkappenaufnahme 3 ist am Befestigungsbereich 9 eines Befestigungselementes 10 befestigt. Der Befestigungsbereich 9 ist dabei hülsen- bzw. buchsenförmig ausgestaltet und derart an den Außendurchmesser der Wellenendkappenaufnahme 3 angepasst, dass diese nicht nur axial im Befestigungsbereich 9, sondern in gewissen Umfang auch in axialer Richtung variabel befestigbar ist. Dazu weist die Wellenendkappenaufnahme 3 ein gewisses Spiel gegenüber dem Befestigungsbereich 9 auf, bevor sie durch die Schrauben 11 in der gewünschten axialen und radialen Position fixiert werden kann.
  • An dem Befestigungselement 10 ist weiterhin ein Federelement 12 angeordnet, welches bei erfolgter Fixierung der Wellenendkappenaufnahme 3 am Befestigungselement 10 ortsfest gegenüber dieser ist. Das Federelement 12 ragt durch die Wellenendkappenaufnahme 3 und ist zum Aufbringen seiner Federkraft auf das Wellenendkappenelement 2 in radialer Richtung ausgebildet (vgl. Figur 3). Das Federelement 12 ist über die Stellschraube 13 hinsichtlich der auf das Wellenendkappenelement 2 ausgeübten Federkraft einstellbar.
  • Das Befestigungselement 2 weist drei Ausleger 14 zur Befestigung an dem Flansch 82 der Brennkammer 81 eines Flugzeugtriebwerks (vgl. Figur 2) auf. Dabei sind die Ausleger 14 so angeordnet und ausgebildet, dass sich das Befestigungselement 10 nur in einer vorgegebenen Lage an dem Flugzeugtriebwerk befestigen lässt. Aufgrund dieser eindeutigen Lage im montierten Zustand kann sichergestellt werden, dass das an dem Befestigungselement 10 angeordnete Federelement 12 im montierten Zustand vertikal ausgerichtet ist und eine ansonsten auf das turbinenseitige Ende einwirkende Gewichtskraft einer Hochdruckturbinenstufe simulieren kann.
  • Die bei der Verwendung des Werkzeugs 1 in unmittelbar mit der Hochdruckwelle in Kontakt kommenden Bauteile Wellenendkappenelement 2 und Fixierungselement 6 sind vollständig aus Kunststoff oder zumindest an den entsprechenden Kontaktflächen mit einer Kunststoffschicht versehen. Da Kunststoff, wie bspw.
  • PTFE, in der Regel weicher ist als das Material der Hochdruckwelle können evtl. Beschädigungen an der Hochdruckwelle wirksam vermieden werden.
  • Anhand der Figuren 3a-e wird nun exemplarisch die Montage des Werkzeugs 1 gemäß Figur 1 erläutert, um den in Figur 2 gezeigten Verwendungszustand zu erreichen.
  • In Figur 3a ist von einem Flugzeugtriebwerk, von dem nur der hintere Teil der Hochdruckwelle 80 und der Endbereich der Brennkammer 81 dargestellt ist, die Hochdruckturbinenstufe(n) demontiert, sodass das turbinenseitige Ende 84 der Hochdruckwelle 80 freiliegt.
  • Auf dieses freiliegende Ende 84 der Hochdruckwelle 80 wird das Wellenendkappenelement 2 aufgesteckt (Figur 3b). Aufgrund seines an den Durchmesser der Hochdruckwelle 80 angepassten Innenradius sitzt das Wellenendkappenelement 2 sicher auf der Hochdruckwelle 80, wobei durch die Kappenform sichergestellt ist, dass das Wellenendkappenelement 2 auch tatsächlich am turbinenseitige Ende 84 der Hochdruckwelle 80 verbleibt.
  • Anschließend wird der Schaft 5 des Verbinderelements 4 soweit in die Hochdruckwelle 80 eingeführt, dass sich das Fixierungselement 6 in einem Bereich 85 der Hochdruckwelle 80 befindet, in dem der Wellendurchmesser vergrößert ist (Figur 3c). Durch geeignete Drehen des Schaftes 5 um seine Längsachse kann dann aufgrund der ungleichen Gewichtsverteilung des als Riegel 8 ausgebildeten Fixierungselements 6 eine orthogonale Ausrichtung gegenüber dem Schaft 5 erreicht werden, in der das Fixierungselement 6 nicht mehr durch die Hochdruckwelle 80 herausgezogen werden kann, sondern vielmehr eine formschlüssige Verbindung mit dem durch den im Bereich 85 der Durchmesservergrößerung der Hochdruckwelle 80 entstehenden Hinterschnitt bilden.
  • Durch das Führungselement 5' wird der Schaft 5 von der Innenwand der Hochdruckwelle 80 ferngehalten.
  • Im nächsten Schritt wird die Wellenendkappenaufnahme 3 um das Wellenendkappenelement 2 angebracht und die Verbindung zwischen Schaft 5 des Verbinderelements 4 hergestellt (Figur 3d). Durch ausreichendes Verspannen von Wellenendkappenaufnahme 3 und Verbinderelements 4 können die bereits montierten Komponenten 2-4 des Werkzeugs 1 in axialer Richtung gegenüber der Hochdruckwelle 80 fixiert werden: eine axiale Bewegung des Wellenendkappenelements 2 gegenüber der Hochdruckwelle 80 wird durch die entsprechend begrenzende Wellenendkappenaufnahme 3 unterbunden, die wiederum durch die Verspannung mit dem Verbinderelement 4 in axialer Richtung fixiert ist.
  • Trotz dieser axialen Fixierung sind zumindest kleinere relative Bewegungen des Wellenendkappenelement 2 gegenüber der die Wellenendkappenaufnahme 3 in radialer Richtung weiterhin möglich.
  • Abschließend wird das Befestigungselement 10 montiert (Figur 3e). Dazu wird das Befestigungselement 10 über die Ausleger 14 in der einzig möglich Position an dem hinteren Flansch 82 der Brennkammer 80, an der ansonsten wenigstens eine Hochdruckturbinenstufe befestigt ist, befestigt. In diesem Zustand liegt die Wellenendkappenaufnahme 3 innerhalb des Befestigungsbereichs 9 und kann darin feinpositioniert werden, bis sie in der wünschten Position durch die Schrauben 11 fixiert wird.
  • Das an dem Befestigungselement 10 vorgesehene Federelement 12 kann anschließend über die Stellschraube 13 feinjustiert werden, sodass auf das radial weiterhin grundsätzlich bewegbare Wellenendkappenelement 2 eine vorgegebene Federkraft ausgeübt wird, welche die Gewichtskraft der ansonsten an dieser Stelle montierten Hochdruckturbinenstufe(n) simuliert.

Claims (12)

  1. Werkzeug (1) zur Halterung und axialen Fixierung der hohlen Hochdruckwelle (80) eines Flugzeugtriebwerks bei demontierter Hochdruckturbinenstufe umfassend
    - ein Wellenendkappenelement (2) mit einem an einen vorgegebenen Wellendurchmesser angepassten Innenradius zum Aufstecken auf das turbinenseitige Ende (84) der Hochdruckwelle (80), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug weiterhin umfasst
    - eine Wellenendkappenaufnahme (3) zur radial beweglichen und in einer ersten Richtung axial begrenzten Aufnahme des Wellenendkappenelements (2), und
    - ein an der Wellenendkappenaufnahme (3) befestigbares Verbinderelement (4) mit einem in die Hochdruckwelle einführbaren Schaft (5) umfassend ein Fixierungselement (6) zur axialen Sicherung der Wellenendkappenaufnahme (3), wobei
    ein gegenüber der Wellenendkappenaufnahme (3) ortsfestes Federelement (12) zur Aufbringung einer vorgegebenen Federkraft auf das Wellenendkappenelement (2) in radialer Richtung vorgesehen ist.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (12) hinsichtlich der Federkraft einstellbar ist.
  3. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Fixierungselement (6) zur formschlüssigen Verbindung mit der Hochdruckwelle (80) ausgebildet ist.
  4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Fixierungselement (6) ein verschwenkbarer, sich zu beiden Seiten des Schafts (5) erstreckender Riegel (8) ist.
  5. Werkzeug nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Riegel (8) gegenüber dem Schaft (5) eine unsymmetrische Gewichtsverteilung aufweist.
  6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Befestigungselement (10) zur ortsfesten Befestigung des Werkzeugs (1) an dem Flugzeugtriebwerk bei demontierter Hochdruckturbinenstufe mit einem Befestigungsbereich (9) zur Befestigung der Wellenendkappenaufnahme (3) daran vorgesehen ist.
  7. Werkzeug nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Befestigungsbereich (9) und/oder die Wellenendkappenaufnahme (3) zur gegenüber dem Befestigungsbereich (9) axial und/oder radial variablen Befestigung der Wellenendkappenaufnahme (3) ausgebildet ist.
  8. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Befestigungselement (10) zur Befestigung an einem Flansch (82) der Brennkammer (81) des Flugzeugtriebwerks ausgebildet ist.
  9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Befestigungselement (10) derart ausgestaltet ist, dass es nur in einer einzigen vorgegebenen Position am Flugzeugtriebwerk befestigbar ist.
  10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die für den Kontakt mit der Hochdruckwelle (80) vorgesehenen Anlage- und/oder Kontaktflächen des Wellenendkappenelements (2) und/oder des Fixierungselements (6) aus einem gegenüber dem Werkstoff der Hochdruckwelle (80) weicherem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, weiter vorzugsweise aus PTFE, sind.
  11. Verwendung eines Werkzeugs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Halterung und axialen Fixierung der Hochdruckwelle (80) eines Flugzeugtriebwerks, mit den Schritten:
    a) Demontage der Hochdruckturbinestufe(n) des Flugzeugtriebwerkes;
    b) Aufstecken des Wellenendkappenelements (2) auf das turbinenseitige Ende (84) der Hochdruckwelle (80);
    c) Einführen des Schafts (5) des Verbinderelements (4) mit dem Fixierungselement (6) in die Hochdruckwelle (80);
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung weiterhin folgende Schritte umfasst:
    d) Anbringen der Wellenendkappenaufnahme (3) um das Wellenendkappenelement (2);
    e) Verbinden des Verbinderelements (4) mit der Wellenendkappenaufnahme (3), sodass die Wellenendkappenaufnahme (3) durch das Fixierungselement (6) des Verbinderelements (4) axial fixiert ist; und
    f) Aufbringen einer Federkraft auf das Wellenendkappenelement (2) in radialer Richtung durch das gegenüber der Wellenendkappenaufnahme (3) ortsfeste Federelement (12) .
  12. Verwendung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Fixierung des Werkzeugs (1) in axialer Richtung gegenüber dem Flugzeugtriebwerk ein an dem Flugzeugtriebwerk befestigtbares Befestigungslement (10) mit einem Befestigungsbereich (9) zur Befestigung der Wellenendkappenaufnahme (3) daran vorgesehen wird.
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