DE102017123639A1 - Overload protection and overload protection procedures for at least two mechanical components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Überlastsicherungsmittel für mindestens zwei mechanische Bauteile (1, 2), die ausgebildet sind, im nominellen Betrieb eine mechanische Last (F, M), insbesondere ein Drehmoment zu übertragen, gekennzeichnet durch mindestens ein mechanisches Reißmittel (3), das bei einer Relativbewegung (R) von mindestens einem mechanischen Bauteil (1, 23') gegenüber mindestens einem anderen mechanischen Bauteil (2, 23') in definierter Weise reißbar ausgebildet ist, und durch ein Überwachungsmittel (5) zur Überwachung der mechanischen Integrität des mindestens einen mechanischen Reißmittels (3) und / oder durch eine mechanische Auslösevorrichtung (7) zur automatischen Auslösung einer mechanischen Vorrichtung (36) im Falle des Reißens des Reißmittels (3). Die Erfindung betrifft auch ein Überlastsicherungsverfahren.The invention relates to an overload protection means for at least two mechanical components (1, 2), which are designed to transmit a mechanical load (F, M), in particular a torque, in nominal operation, characterized by at least one mechanical tear means (3) which is provided a relative movement (R) of at least one mechanical component (1, 23 ') with respect to at least one other mechanical component (2, 23') in a defined manner rupturable, and by a monitoring means (5) for monitoring the mechanical integrity of the at least one mechanical tear means (3) and / or by a mechanical release device (7) for the automatic release of a mechanical device (36) in case of rupture of the tear means (3). The invention also relates to an overload protection method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Überlastsicherungsmittel für mindestens zwei mechanische Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Überlastsicherungsverfahren für mindestens zwei mechanische Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 16.The invention relates to an overload protection device for at least two mechanical components having the features of
Für den sicheren Betrieb von Vorrichtungen - wie z.B. Flugzeugtriebwerken - ist es in vielen Fällen von Bedeutung, dass mechanische Bauteile feste räumliche Beziehungen untereinander einhalten, d.h. die mechanische Integrität muss gewahrt bleiben. Wenn in einer solchen Vorrichtung eine mechanische Überlast, z.B. ein Drehmoment oder eine Kraft jenseits einer vordefinierten Größe oder Richtung auftritt, so muss das Auftreten der Überlast erkennbar sein, so dass ggf. Maßnahmen in Abhängigkeit von der Erkennung der Überlast getroffen werden können.For the safe operation of devices - e.g. Aircraft engines - it is important in many cases that mechanical components comply with fixed spatial relationships with each other, i. E. the mechanical integrity must be maintained. If in such a device a mechanical overload, e.g. a torque or a force beyond a predefined size or direction occurs, the occurrence of the overload must be recognizable, so that measures can be taken depending on the detection of the overload, if necessary.
Die Aufgabe wird durch ein Überlastsicherungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by an overload protection means with the features of
Dabei sind mindestens zwei mechanische Bauteile so ausgebildet, dass sie im nominellen Betrieb eine mechanische Last, insbesondere ein Drehmoment, übertragen können. Mindestens ein mechanisches Reißmittel ist dabei so ausgebildet, dass es bei einer Relativbewegung von mindestens einem mechanischen Bauteil gegenüber mindestens einem anderen mechanischen Bauteil in definierter Weise reißbar ist. Das Reißen ist hier als mechanisches Versagen des Reißmittels zu verstehen. Die mechanische Last kann dabei aus mindestens einem Moment und / oder einer Kraft bestehen.At least two mechanical components are designed such that they can transmit a mechanical load, in particular a torque, during nominal operation. At least one mechanical tear means is designed so that it can be torn in a defined manner with respect to at least one other mechanical component in a relative movement of at least one mechanical component. The tearing is here to be understood as a mechanical failure of the tear means. The mechanical load can consist of at least one moment and / or one force.
Des Weiteren weist das Überlastsicherungsmittel ein Überwachungsmittel zur Überwachung der mechanischen Integrität des mindestens einen mechanischen Reißmittels und / oder durch eine mechanische Auslösevorrichtung zur automatischen Auslösung einer mechanischen Vorrichtung im Falle des Reißens des Reißmittels auf.Furthermore, the overload protection means comprises a monitoring means for monitoring the mechanical integrity of the at least one mechanical tear means and / or by a mechanical triggering device for the automatic release of a mechanical device in case of rupture of the tear means.
Durch die Verwendung eines Reißmittels und eines Überwachungsmittels für das Reißmittel kann insbesondere automatisch auf eine auftretende Überlast reagiert werden, wenn die mechanische Integrität des Reißmittels nicht mehr gegeben ist. Diese Reaktion kann z.B. im Rahmen einer Steuerung oder Regelung eingesetzt werden.The use of a tear means and a monitoring means for the tear means can in particular be automatically reacted to an overload occurring when the mechanical integrity of the tear means is no longer present. This reaction may e.g. be used in the context of a control or regulation.
In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei mechanischen Bauteile so ausgebildet, dass die Relativbewegung zwischen mindestens einem mechanischen Bauteil und mindestens einem anderen mechanischen Bauteil auftritt, wenn die mechanische Last eine vordefinierte Betriebsgrenze der Größe und / oder der Richtung nach überschreitet und damit die mechanische Integrität des Reißmittels aufgehoben wird. Das Reißen oder auch ein anderes mechanisches Versagen, das zur Aufhebung der mechanischen Integrität führt, ist damit ein Zeichen, dass eine Überlast vorliegt. Die Überlast, d.h. der nicht-nominelle Betriebsfall, kann z.B. durch mindestens ein anliegendes Moment ausgelöst werden, wobei die Drehrichtung und / oder die Richtung des mindestens einen angreifenden Moments außerhalb einer Betriebsgrenze liegt. Zusätzlich und / oder alternativ kann die Überlast auch durch mindestens eine Kraft ausgelöst werden, wobei Größe und / oder die Richtung der mindestens einen Kraft außerhalb einer Betriebsgrenze liegt.In one embodiment, the at least two mechanical components are designed so that the relative movement between at least one mechanical component and at least one other mechanical component occurs when the mechanical load exceeds a predefined operating limit of size and / or direction and thus the mechanical integrity of the Zipper is lifted. The tearing or other mechanical failure that leads to the abolition of mechanical integrity is thus an indication that there is an overload. The overload, i. the non-nominal operating case may be e.g. be triggered by at least one applied moment, wherein the direction of rotation and / or the direction of the at least one attacking torque is outside an operating limit. Additionally and / or alternatively, the overload can also be triggered by at least one force, wherein size and / or the direction of the at least one force is outside an operating limit.
In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei mechanischen Bauteile im nominellen Betrieb bei mindestens einem nicht-gerissenen Reißmittel relativ zueinander unbeweglich ausgebildet.In one embodiment, the at least two mechanical components are designed to be immovable relative to one another in nominal operation with at least one non-torn tear means.
Dabei kann in einer Ausführungsform das mindestens eine Reißmittel mindestens ein biegsames Element, insbesondere mindestens einen Draht, mindestens eine Faser, mindestens einen Faserverbund und / oder mindestens einen Stift aufweisen oder aus dem mindestens einen biegsamen Element gebildet sein, wobei das mindestens eine biegsame Element bei der vorbestimmten Relativbewegung mechanisch trennbar, insbesondere reißbar, ist.In this case, in one embodiment, the at least one tear means at least one flexible element, in particular at least one wire, at least one fiber, at least one fiber composite and / or at least one pin or be formed from the at least one flexible element, wherein the at least one flexible element at the predetermined relative movement mechanically separable, in particular tearable, is.
Für ein definiertes mechanisches Versagen des Reißmittels unter Überlast kann in einer Ausführungsform das mindestens eine mechanische Reißmittel mindestens eine Sollbruchstelle aufweisen oder selbst eine Sollbruchstelle bilden. Der letztere Fall umfasst die Möglichkeit, dass das Reißmittel nicht als separates Bauteil in einer Vorrichtung ausgebildet ist, sondern selbst ein Bauteil ist, das auf Grund der Sollbruchstelle kontrolliert mechanisch versagen kann.For a defined mechanical failure of the tear means under overload, in one embodiment, the at least one mechanical tear means may have at least one predetermined breaking point or even form a predetermined breaking point. The latter case includes the possibility that the tear means is not formed as a separate component in a device, but is itself a component that can mechanically fail due to the predetermined breaking point controlled.
In einer weiteren Ausgestaltung des Überlastsicherungsmittels ist mit dem Überwachungsmittel im Rahmen der Integritätsüberwachung der mindestens zwei mechanischen Bauteile ein Signal erzeugbar, wenn das mindestens eine mechanische Reißmittel mechanisch versagt hat, insbesondere gerissen ist. Dieses Signal kann z.B. im Rahmen einer Steuerung oder Regelung verwendet werden.In a further embodiment of the overload protection means, a signal can be generated with the monitoring means within the integrity monitoring of the at least two mechanical components if the at least one mechanical tear means has failed mechanically, in particular cracked. This signal can e.g. be used in the context of a control or regulation.
Somit kann eine Ausführungsform des Überwachungsmittels eine Sensorvorrichtung für die elektrische Leitfähigkeit des mindestens einen Reißmittels aufweisen, wobei anhand der Leitfähigkeit die mechanische Integrität des mindestens einen Reißmittels ermittelbar ist. Ändert sich die Leitfähigkeit, z.B. indem der elektrische Widerstand des Reißmittels steigt, kann dies ein Indikator für das mechanische Versagen des Reißmittels sein.Thus, an embodiment of the monitoring means may comprise a sensor device for the electrical conductivity of the at least one tear means, wherein the mechanical integrity of the at least one tear means can be determined on the basis of the conductivity. If the conductivity changes, e.g. By increasing the electrical resistance of the tearing means, this can be an indicator of the mechanical failure of the tearing agent.
Zusätzlich oder alternativ kann das Überwachungsmittel eine Sensorvorrichtung für eine optische, eine räumliche, eine mechanische und / oder ein magnetische Veränderung des mindestens einen Reißmittels aufweisen, mit der der Verlust der mechanischen Integrität des mindestens einen Reißmittels detektierbar ist. Additionally or alternatively, the monitoring means may comprise a sensor device for an optical, a spatial, a mechanical and / or a magnetic change of the at least one tear means, with which the loss of mechanical integrity of the at least one tear means is detectable.
Eine Ausführungsform des Überlastsicherungsmittels kann eingesetzt werden, wenn mindestens zwei mechanische Bauteile Teil einer Flanschverbindung, einer Schraubenverbindung, einer Wellen-Nabe-Verbindung oder einer Kupplungsverbindung sind. Ein Versagen dieser Verbindungen unter Überlast ist damit auf effiziente Weise möglich.An embodiment of the overload protection means may be used if at least two mechanical components are part of a flange connection, a screw connection, a shaft-hub connection or a coupling connection. Failure of these connections under overload is thus possible in an efficient manner.
Mögliche Einsatzgebiete für Ausführungsformen des Überlastsicherungsmittels können eine Turbine, ein Kompressor, eine Werkzeugmaschine oder eine Windkraftanlage sein.Possible fields of use for embodiments of the overload safety device may be a turbine, a compressor, a machine tool or a wind turbine.
Ferner ist es möglich, dass eines der mindestens zwei mechanischen Bauteile mit einem Getriebe eines Turbofan-Getriebetriebwerks verbindbar ist oder verbunden ist, da hier besonders hohe mechanische Lasten auftreten können. Dabei kann es insbesondere sinnvoll sein, wenn eine Ausführungsform des Überlastsicherungsmittels mindestens zwei mechanische Bauteile auf der Abtriebsseite des Getriebes sichert. Damit kann z.B. eine Überlastsicherung für eine Welle, insbesondere auf der Abtriebsseite des Getriebes, erreicht werden.Furthermore, it is possible for one of the at least two mechanical components to be connectable or connected to a transmission of a turbofan transmission, since particularly high mechanical loads can occur here. It may be particularly useful if an embodiment of the overload protection means secures at least two mechanical components on the output side of the transmission. Thus, e.g. an overload protection for a shaft, in particular on the output side of the transmission can be achieved.
In einer Ausführungsform kann das Reißmittel mit einem mechanischen Schalter, einem Ventil oder einer Schiebervorrichtung, insbesondere zur Steuerung eines Treibstoffflusses und / oder einer Stromversorgung, gekoppelt sein. Damit ist eine automatische, effiziente Ansteuerung von Stellmitteln durch das Überlastsicherungsmittel möglich.In one embodiment, the tearing means may be coupled to a mechanical switch, a valve or a slider device, in particular for controlling a fuel flow and / or a power supply. For an automatic, efficient control of actuating means by the overload protection means is possible.
Die Aufgabe wird auch durch ein Überlastsicherungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.The object is also achieved by an overload protection method having the features of
Dabei wird mit einem Überwachungsmittel die mechanische Integrität des mindestens eines mechanischen Reißmittels überwacht, das bei einer vorbestimmten Relativbewegung von mindestens einem mechanischen Bauteil gegenüber mindestens einem anderen mechanischen Bauteil in definierter Weise reißt und / oder es wird eine mechanische Auslösevorrichtung einer mechanischen Vorrichtung im Falle des Reißens des Reißmittels ausgelöst.In this case, the mechanical integrity of the at least one mechanical tear means is monitored with a monitoring means, which tears at a predetermined relative movement of at least one mechanical component against at least one other mechanical component in a defined manner and / or there is a mechanical release device of a mechanical device in the event of tearing triggered the tear means.
In Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine schematische Darstellung zwei mechanischer Bauteile einer Flanschverbindung mit einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels; -
2 eine Darstellung eines Reißmittels für eine Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels; -
3 eine Darstellung einer Schraubenverbindung und einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels mit einem Reißmittel; -
4 eine Darstellung einer Welle-Nabe-Verbindung und einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels mit einem Längsstift als Reißmittel; -
5 eine Darstellung einer Welle-Nabe-Verbindung und einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels mit einem Draht als Reißmittel; -
6 eine schematische Darstellung eines an sich bekannten Getriebefan-Triebwerks mit einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels in einer Kupplungsverbindung; -
7 eine schematische Darstellung einer Kupplungsverbindung in einem Getriebefan-Triebwerk und einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels mit einem Draht als Reißmittel; -
8 eine schematische Darstellung einer Verbindung eines Hohlrades in einem Getriebefan-Triebwerk und einer Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels mit einem Draht als Reißmittel; -
9 eine schematische Darstellung eines Überlastsicherungsmittels, wobei ein Reißmittel über eine Auslösevorrichtung mit einem Schieber zur Steuerung eines Treibstoffflusses gekoppelt ist; -
9a eine Darstellung der Ausführungsform gemäß9 nach dem Reißen des Reißmittels.
-
1 a schematic representation of two mechanical components of a flange with an embodiment of an overload protection means; -
2 an illustration of a tear means for an embodiment of an overload protection means; -
3 an illustration of a screw connection and an embodiment of an overload protection means with a tear means; -
4 an illustration of a shaft-hub connection and an embodiment of an overload protection means with a longitudinal pin as a tear means; -
5 an illustration of a shaft-hub connection and an embodiment of an overload protection means with a wire as a tear means; -
6 a schematic representation of a known Getriebefan engine with an embodiment of an overload protection means in a coupling connection; -
7 a schematic representation of a coupling connection in a geared turbofan engine and an embodiment of an overload protection means with a wire as a tear means; -
8th a schematic representation of a compound of a ring gear in a geared fan engine and an embodiment of an overload protection means with a wire as a tear means; -
9 a schematic representation of an overload protection means, wherein a tear means is coupled via a triggering device with a slide for controlling a fuel flow; -
9a a representation of the embodiment according to9 after tearing the tearing agent.
Die
Greift nun an einem oder an beiden der mechanischen Bauteile
Dieser nicht-nominelle Betriebszustand, d.h. die Änderung des räumlichen Zusammenhalts der Bauteile
Dazu weist das Überlastsicherungsmittel in der darstellten Ausführungsform mindestens ein Reißmittel
Die Reißmittel
Das Überwachungsmittel
In alternativen Ausgestaltungen kann nur ein Reißmittel
In der Ausführungsform gemäß
Auch ist es nicht zwingend, dass nur zwei mechanische Bauteile
Auch ist die Sensorvorrichtung
Beim Reißen kann sich z.B. die räumliche Lage des Reißmittels
In
Dabei kann das Reißmittel
Alternativ kann die Sollbruchstelle
Auch ist es möglich, dass zusätzlich oder alternativ das Reißmittel
Die Flanschvorrichtung
In
Hier ist parallel zur Schraubenverbindung
Das Reißmittel
In
Alternativ zu diesem Längsstift könnte auch eine Passfeder als Reißmittel
Auch ist möglich, in einer Welle-Nabe-Verbindung
Im Folgenden wird ein komplexerer Anwendungsfall dargestellt, bei dem es um eine Kupplungsverbindung
In Getriebefan-Triebwerken für Flugzeuge wird mindestens eine Fan-Stufe (d.h. ein Niederdruckverdichter) über mindestens eine Turbinenstufe, z.B. eine Niederdruckturbinenstufe, angetrieben, wobei ein zwischengeschaltetes Getriebe, z.B. ein Planetengetriebe, die Drehzahl der mindestens einen Fan-Stufe gegenüber der mindestens einen Turbinen-Stufe herabsetzt. Damit können die mindestens eine Fan-Stufe und die mindestens eine Turbinen-Stufe unabhängig voneinander in jeweils optimierten Drehzahlbereichen betrieben werden.In aircraft geared turbofan engines, at least one fan stage (i.e., a low pressure compressor) is connected via at least one turbine stage, e.g. a low pressure turbine stage, driven by an intermediate gearbox, e.g. a planetary gear, the speed of the at least one fan stage relative to the at least one turbine stage decreases. Thus, the at least one fan stage and the at least one turbine stage can be operated independently of each other in each optimized speed ranges.
In
Das Getriebefan-Triebwerk
Der Mitteldruckverdichter
Die verdichtete Luft, die aus dem Hochdruckverdichter
Die Hochdruckturbine
Eine Mitteldruckwelle treibt die Fanstufe
Das Getriebe
Grundsätzlich sind auch andere Ausführungsformen des Getriebes
Die Ausgestaltung des Getriebefan-Triebwerks
In
Hier wird eine Ausführungsform eines Überlastsicherungsmittels in Verbindung mit einer Kupplungsverbindung
Eine Wirkflächenpaarung eines Kupplungsmittels
Die beiden Teile der Welle
Das Kupplungsmittel
Grundsätzlich können Ausführungsformen der Überlastsicherungsmittel auch an anderen Stellen eines Flugzeugtriebwerks
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in
Alternativ zu einem Flugzeugtriebwerk
Das Reißen eines Reißmittels
Wie in den anderen Ausführungsformen sind hier zwei mechanische Bauteile
Das Reißmittel
Die Schiebervorrichtung
Damit kann z.B. in einem nicht-nominellen Betriebszustand die Relativbewegung
Grundsätzlich kann ein mechanischer Schalter, wie z.B. eine Schiebervorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erstes mechanisches Bauteilfirst mechanical component
- 22
- zweites mechanisches Bauteilsecond mechanical component
- 33
- mechanisches Reißmittelmechanical tear-off agent
- 44
- Sollbruchstelle des ReißmittelsPredetermined breaking point of the tear means
- 55
- Überwachungsmittelmonitoring means
- 66
- Sensorvorrichtung des ÜberwachungsmittelsSensor device of the monitoring means
- 77
- Auslösevorrichtungtriggering device
- 88th
- Treibstoffleitungfuel line
- 99
- Feder feather
- 1010
- Turbofan-GetriebetriebwerkTurbofan engine transmission
- 1111
- Drehachse des Turbofan-GetriebetriebwerksRotary axis of the turbofan gearbox
- 1212
- Lufteinlaufair inlet
- 1313
- Fanstufefan stage
- 1414
- Getriebe (Planetengetriebe)Gearbox (planetary gearbox)
- 1515
- MitteldruckverdichterMedium-pressure compressor
- 1616
- HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
- 1717
- Verbrennungsvorrichtungincinerator
- 1818
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1919
- MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
- 2020
- Düsejet
- 2121
- Fangehäusefan casing
- 2222
- NebenstromkanalBypass duct
- 2323
- Welle auf Abtriebsseite eines GetriebesShaft on output side of a gearbox
- 23'23 '
- erster Teil der Welle (Fanshaft)first part of the wave (Fanshaft)
- 23"23 "
- zweiter Teil der Welle (Fanshaft)second part of the wave (Fanshaft)
- 2424
- Kupplungsmittel coupling agent
- 3030
- Flanschverbindungflange
- 3131
- Schraubenverbindungscrew connection
- 3232
- Wellen-Naben-VerbindungShaft-hub connection
- 3333
- Kupplungsverbindungcoupling connection
- 3434
- Schiebervorrichtungslider device
- 3535
- Dichtung poetry
- 101101
- Hohlradring gear
- 102102
- Sonnenradsun
- 103103
- Planetenräderplanetary gears
- 104104
- Steg web
- FF
- mechanische Last, Kraftmechanical load, force
- MM
- mechanische Last, Momentmechanical load, moment
- RR
- Relativbewegungrelative movement
- SS
- Signalsignal
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