DE102018133388A1

DE102018133388A1 - Planetengetriebe und Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes

Info

Publication number: DE102018133388A1
Application number: DE102018133388.9A
Authority: DE
Inventors: Hannes Wüstenberg
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2038-12-22
Also published as: DE102018133388B4; US11313441B2; US20200200236A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe (30), das ein Sonnenrad (28), eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), ein Hohlrad (38), eine Mehrzahl von Planetenstiften (6) sowie eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342) aufweist, wobei die Planetenstifte (6) mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind. Es ist vorgesehen, dass die Planetenstifte (6) an ihren axialen Enden jeweils eine Plattform (63, 64) aufweisen, an den Trägerplatten (341, 342) radial ausgerichtete Schlitze (71, 72) ausgebildet sind, und die Plattformen (63, 64) über Führungsnuten (73) in die radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) eingeschoben sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Montage eines solchen Planetengetriebes.
Es ist bekannt, den Fan eines Gasturbinentriebwerks über ein Getriebe mit einer Turbinenwelle zu koppeln. Ein solches Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei das Planetengetriebe einen Eingang von der Turbinenwelle empfängt und Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt. Das Planetengetriebe umfasst Planetenräder, die von einem Sonnenrad angetrieben werden und die in einem Hohlrad umlaufen. In den Planetenrädern ist jeweils ein Planetenstift angeordnet, der in Trägerplatten eines Planetenträgers befestigt ist. Der Planetenträger ist mit einem Antrieb für den Fan gekoppelt.
Zur Befestigung eines Planetenstifts in den Trägerplatten des Planetenträgers ist es bekannt, den Planetenstift unter Realisierung einer starken Presspassung in Öffnungen der Trägerplatte anzuordnen. Dies ist mit einem großen herstellungstechnischen Aufwand verbunden. Darüber hinaus wird durch die in den Trägerplatten ausgebildeten Öffnungen zur Aufnahme der Planetenstifte die Steifigkeit der Trägerplatten reduziert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Planetengetriebe bereitzustellen, bei dem die Verbindung zwischen den Planetenstiften und den Trägerplatten die Steifigkeit der Trägerplatten nicht oder in nur geringem Maße beeinträchtigt. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Montage eines solchen Planetengetriebes bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 und ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die vorliegende Erfindung ein Planetengetriebe, das ein Sonnenrad, eine Mehrzahl von Planetenrädern und ein Hohlrad umfasst. Das Sonnenrad rotiert um eine Drehachse des Planetengetriebes und wird von einer Sonnenwelle angetrieben. Die Mehrzahl von Planetenrädern wird von dem Sonnenrad angetrieben und steht in Eingriff mit dem Hohlrad. Das Planetengetriebe umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Planetenstiften, die jeweils ein vorderes axiales Ende und ein hinteres axiales Ende aufweisen, wobei jeweils ein Planetenstift in einem Planetenrad angeordnet ist. Es ist eine axial vordere Trägerplatte und eine axial hintere Trägerplatte vorgesehen, wobei die Planetenstifte mit den Trägerplatten verbunden sind.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ist vorgesehen, dass die Planetenstifte an ihren axialen Enden jeweils eine Plattform aufweisen, dass an den Trägerplatten radial ausgerichtete Schlitze ausgebildet sind, und dass die Plattformen über Führungsnuten in die radial ausgerichteten Schlitze eingeschoben sind. Hierdurch wird eine Verbindung der Planetenstifte mit den Trägerplatten bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Befestigungskonzept für die Verbindung der Planetenstifte mit den Trägerplatten des Planetenträgers bereit, das ohne die Verwendung von Öffnungen in den Trägerplatten zur Befestigung der Planetenstifte auskommt. Stattdessen sind in oder an den Trägerplatten Schlitze ausgebildet, in die an den Enden der Planetenstifte angeordnete Plattformen eingeschoben werden.
Zur Führung der Plattformen in den Schlitzen weisen die Trägerplatten Führungsnuten auf, in denen die Plattformen geführt werden. Alternativ können die Plattformen selbst Führungsnuten ausbilden, in die Randstrukturen der Schlitze eingreifen.
Dass die Schlitze an den Trägerplatten radial ausgebildet sind, bedeutet, dass ihre Erstreckungsrichtung eine radiale Komponente aufweist. Dabei ist nicht erforderlich, dass sich die Schlitze exakt in der radialen Richtung erstrecken. Des Weiteren können die Schlitze wahlweise geradlinig oder bogenförmig ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine erhöhte Steifigkeit der Trägerplatten bereit und führt dadurch zu einer verbesserten Kraftübertragung auf die Trägerplatten und damit insgesamt zu einer verbesserten Performance und einem reduziertem Verschleiß des Planetengetriebes. Aufwändige Maßnahmen zur Anordnung der Planetenstifte in Öffnungen unter Ausbildung einer Presspassung entfallen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die an den Trägerplatten radial ausgerichteten Schlitze sich in axialer Richtung jeweils über lediglich eine Teildicke der Trägerplatten erstrecken, d. h. sie bilden keine Öffnungen in den Trägerplatten aus. Vielmehr stellen die Trägerplatten in den Bereichen, die die Schlitze ausbilden, durchgehende Strukturen im Wesentlichen ohne Öffnungen dar, die im Bereich der Schlitze lediglich dünner ausgebildet sind. Hierdurch wird eine weiter erhöhte Steifigkeit der Trägerplatten bereitgestellt, die zu einer weiter verbesserten Kraftübertragung auf die Trägerplatten führt.
Jedoch wird darauf hingewiesen, dass in Ausgestaltungen der Erfindung alternativ vorgesehen sein kann, dass sich die radial ausgerichteten Schlitze über die komplette axiale Erstreckung der Trägerplatte erstrecken, somit Öffnungen in den Trägerplatten ausbilden. Bei einer solchen Ausgestaltung wird die erforderliche Steifigkeit in der Verbindung zwischen der Plattform des jeweiligen Planetenstifts und der Trägerplatte über die Nutverbindung bzw. die Führungsnuten erreicht. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine entsprechend tiefe Führungsnut eingesetzt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Plattformen einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, wobei mindestens eine der Plattformen einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers des Planetenstifts. Der Hauptkörper des Planetenstifts ist dabei das Teil des Planetenstifts, das sich zwischen den beiden Plattformen erstreckt. Der Hauptkörper ist zumindest näherungsweise zylindrisch oder hohlzylindrisch. Als Durchmesser der Plattform wird der größte Durchmesser der Plattform bezeichnen.
Dadurch, dass mindestens eine der Plattformen einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers, wird erreicht, dass das Planetenrad vor der Montage des Planetenstifts am Planetenträger auf den Planetenstift aufgeschoben werden kann. Sofern diese Bedingung nicht erfüllt ist, muss das Planetenrad auf den Planetenstift aufgeschoben werden, bevor die zweite Plattform am Planetenstift angebracht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die eine Plattform einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers des Planetenstifts und die andere Plattform einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Hauptkörpers des Planetenstifts. Dabei verhält es sich so, dass ein großer Durchmesser der Plattform grundsätzlich vorteilhaft ist, denn über Längskanten der Plattform, die in Führungsnuten der Trägerplatte angeordnet sind, erfolgt eine Drehmomentübertragung von den Planetenstiften auf die Trägerplatte. Dementsprechend ist es auch vorteilhaft, wenn die Plattform, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Hauptkörpers des Planetenstifts, in der axial vorderen Trägerplatte angeordnet ist, also derjenigen Trägerplatte, die das Drehmoment des Planetengetriebes abtriebsseitig überträgt, beispielsweise auf eine mit dem Fan eines Gasturbinentriebwerks gekoppelte Welle.
Um auch bei der Plattform, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers des Planetenstifts, eine Drehmomentübertragung vom Planetenstift auf die Trägerplatte zu erreichen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen dieser Plattform und dem Hauptkörper des Planetenstifts eine Einschnürung ausgebildet ist, die beispielsweise der Breite des Schlitzes entspricht. Die gegenüber der Einschnürung radial hervorstehenden Bereiche der Plattform bilden dabei Bereiche, insbesondere Längskanten, die in Führungsnuten der Trägerplatte angeordnet sind und über die eine Drehmomentübertragung auf die Trägerplatte erfolgt.
Die Plattformen können jeweils als ebene Platte ausgebildet sein, die eine konstante Dicke aufweist (abgesehen von den Bereichen, die die Schlitze ausbilden, und evtl. Aussparungen). Weiter kann vorgesehen sein, dass die Plattformen die Form eines Polygons aufweisen, insbesondere beispielsweise als Rechteck, als Quadrat oder als Oktogon ausgebildet sind.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Trägerplatten jeweils eine mittige Aussparung aufweisen, die einen radial inneren Rand der Trägerplatte bildet, wobei die Schlitze sich ausgehend von dem radial inneren Rand an der Trägerplatte radial nach außen erstrecken. Über die mittige Aussparung werden die Plattformen in die radial innere Öffnung der Schlitze eingeführt. Nach Montage der Plattformen und Planetenstifte an den Trägerplatten dient die mittige Aussparung dazu, das Sonnenrad des Planetengetriebes axial in das Planetengetriebe einzuführen und mittig in diesem anzuordnen.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schlitze sich ausgehend von dem radial äußeren Rand der Trägerplatte radial nach innen erstrecken.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die radial ausgerichteten Schlitze der Trägerplatten eine radial innere Eingangsöffnung und ein radial äußere Ende aufweisen, wobei die Plattformen beabstandet zu dem radial äußeren Ende im Schlitz angeordnet sind, so dass jeweils der Abschnitt des Schlitzes zwischen der Plattform und dem radial äußeren Ende eine radiale Verlängerung bildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass diese radiale Verlängerung durch ein Füllelement gefüllt ist.
Die Ausbildung des Schlitzes mit einer solchen radialen Verlängerung ermöglicht es, vor dem Koppeln der Planetenräder mit dem Sonnenrad die Planetenstifte und damit auch die Planetenräder von ihrer Montageposition in den radial ausgerichteten Schlitzen der Trägerplatten radial nach außen zu verschieben, so dass das Sonnenrad über eine mittige Aussparung in einer der Trägerplatten axial in den Planetenträger eingeschoben werden kann, ohne dass die Verzahnung der Planetenräder eine solche Platzierung des Sonnenrads hindert. Anschließend werden die Planetenstifte unter Bereitstellung eines Eingriffs der Zähne von Planetenrad und Sonnenrad radial nach innen verschoben werden. Die dann freiwerdende und nicht mehr benötigte radiale Verlängerung wird nach der Kopplung der Planetenräder mit dem Sonnenrad jeweils mit einem Füllelement gefüllt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere sinnvoll, wenn die Zähne von Planetenrad und Sonnenrad als Doppelschrägverzahnung ausgebildet sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in die in den Trägerplatten ausgebildeten Schlitze Sicherungsplatten eingesetzt sind, die die Plattformen gegen ein Verschieben sichern. Nach Einführen der Plattformen in die Schlitze werden dementsprechend anschließend Sicherungsplatten in die Schlitze eingeführt und in diesen befestigt. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass die Sicherungsplatten über Befestigungselemente wie zum Beispiel Schraubverbindungen oder Bolzenverbindungen mit den Trägerplatten verbunden sind.
Weiteren kann vorgesehen sein, dass auch die Plattformen selbst zusätzlich über Befestigungselemente wie zum Beispiel Schraubverbindungen oder Bolzenverbindungen mit den Trägerplatten verbunden sind, wodurch die drehfeste Verbindung zwischen Planetenstift und Trägerplatte zusätzlich gesichert wird.
Wie bereits erwähnt, werden die Plattformen in Führungsnuten geführt. Diese sind beispielsweise an den Seitenbegrenzungen der radial ausgerichteten Schlitze in den Trägerplatten ausgebildet. Grundsätzlich können die Führungsnuten jedoch auch an den Plattformen selbst ausgebildet sein.
Der Hauptkörper und die Plattformen des Planetenstifts sind gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung einstückig ausgebildet und gemeinsam hergestellt. Alternativ werden die Plattformen an dem zuvor hergestellten Hauptkörper des Planetenstifts befestigt, beispielsweise an diesen angeschweißt.
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen eines Planetenträgers, der die axial vordere Trägerplatte und die axial hintere Trägerplatte umfasst,
- Aufschieben jeweils eines Planetenrads auf einen Planetenstift,
- anschließend Verbinden der Planetenstifte mit den Trägerplatten, indem die Planetenstifte mit ihren Plattformen in radial ausgerichtete Schlitze der Trägerplatten eingeschoben werden,
- Koppeln der Planetenräder mit dem Sonnenrad, und
- Koppeln der Planetenräder mit dem Hohlrad.

Danach zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die Planetenräder auf die Planetenstifte aufgeschoben werden, bevor eine Montage im Planetenträger erfolgt.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass vor dem Koppeln der Planetenräder mit dem Sonnenrad die Planetenstifte (mit den auf diesen montierten Planetenrädern) von der Montageposition (d. h. der Position, in der der Planetenstift im fertig montierten Planetengetriebe angeordnet ist) in den radial ausgerichteten Schlitzen der Trägerplatten radial nach außen verschoben werden. Der dadurch radial innen gewonnene Raum ermöglicht es, das Sonnenrad anschließend über eine mittige Aussparung in einer der Trägerplatten axial in den Planetenträger einzuschieben. Anschließend werden die Planetenstifte unter Bereitstellung eines Eingriffs jeweils der Zähne von Planetenrad und Sonnenrad wieder radial nach innen in die Montageposition verschoben. Um ein solches radiales Verschieben der Planetenstifte zu ermöglichen, weisen die Schlitze eine radiale Verlängerung auf. Diese wird gemäß einer Ausgestaltung nach der Kopplung mit dem Sonnenrad jeweils mit einem Füllelement gefüllt. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere sinnvoll, wenn die Zähne der Planetenräder und des Sonnenrads als Doppelschrägverzahnung ausgebildet sind.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Schlitze nach Einschieben der Plattformen der Planetenstifte durch Sicherungsplatten, die nach den Plattformen in die Schlitze eingeschoben werden, verschlossen werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Plattformen zusätzlich über Befestigungselemente mit den Trägerplatten verbunden werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe aufweist. Dabei umfasst das Gasturbinentriebwerk einen Triebwerkskern, der eine Turbine, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende, als Hohlwelle ausgebildete Turbinenwelle umfasst. Das Gasturbinentriebwerk umfasst des Weiteren einen Fan, der stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist, und ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe, das einen Eingang von der Turbinenwelle empfängt und Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung

- ist die Turbine eine erste Turbine, der Verdichter ein erster Verdichter und die Turbinenwelle eine erste Turbinenwelle;
- umfasst der Triebwerkskern ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Turbinenwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet; und
- sind die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Turbinenwelle dahingehend angeordnet, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Turbinenwelle zu drehen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung, soweit sie sich auf ein Flugtriebwerk bezieht, bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei durch die Drehachse des Planetengetriebes definiert, die identisch mit einer Maschinenachse eines Getriebefan-Triebwerks ist, in dem das Planetengetriebe angeordnet ist. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk, in dem das Planetengetriebe angeordnet ist. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich auf die radiale Richtung.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Gebläsespitzenbelastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Triebwerkskerns befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Gebläsegehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
Ein Gebläse, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und/oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Das Gebläse einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gastu rbi n entriebwerk;
4 eine Schnittdarstellung von Elementen eines Planetengetriebes, das zum Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk gemäß 1 geeignet ist;
5 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Planetengetriebes, in dessen Trägerplatten Schlitze zur Aufnahme von Plattformen ausgebildet sind, die an den Enden von Planetenstifte ausgebildet sind;
6 ein Ausführungsbeispiel eines Planetenstifts eines Planetengetriebes gemäß der 5, der zwei unterschiedliche groß ausgebildete Plattformen an seinen Enden ausbildet;
7 das Planetengetriebe der 5 in einer anderen teilweise geschnittenen perspektivischen Darstellung;
8 das Planetengetriebe der 5 in einer axialen Schnittansicht;
9 eine Draufsicht von innen auf die axial vordere Trägerplatte des Planetengetriebes der 5;
10 eine Draufsicht von innen auf die axial hintere Trägerplatte des Planetengetriebes der 5;
11 eine Draufsicht von außen auf die axial vordere Trägerplatte des Planetengetriebes der 5, wobei die vordere Trägerplatte transparent dargestellt ist;
12 eine Draufsicht von außen auf die axial hintere Trägerplatte des Planetengetriebes der 5, wobei die hintere Trägerplatte transparent dargestellt ist;
13 eine Detailansicht eines Abschnitts der axial hinteren Trägerplatte mit einem in einen Schlitz der Trägerplatte eingesetzten Planetenstift;
14 eine Detailansicht eines Abschnitts der axial vorderen Trägerplatte mit einem in einen Schlitz der Trägerplatte eingesetzten Planetenstift;
15 eine perspektivische, teilweise transparente Darstellung des mit zwei Plattformen versehenen Planetenstifts, wobei die axial hintere Plattform durch eine axial hintere Sicherungsplatte gesichert ist;
16 eine weitere perspektivische Darstellung des mit zwei Plattformen versehenen Planetenstifte, wobei die axial vordere Plattform durch eine axial vordere Sicherungsplatte gesichert ist;
17 das Planetengetriebe der 5 bis 16 in einer ersten perspektivischen Darstellung schräg von hinten;
18 das Planetengetriebe der 5 bis 16 in einer zweiten perspektivischen Darstellung schräg von vorne; und
19 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Montage eines Planetengetriebes.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse bzw. Fan 23, das zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Das Gebläse 23 ist über eine Welle 26 und ein Epizykloidengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 der Epizykloidengetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Gebläse 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das Epizykloidengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne um ihre Peripherie zum Kämmen mit den anderen Zahnrädern. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Epizykloidengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Epizykloidengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Epizykloidengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Epizykloidengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne Weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
Die 4 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausgestaltung eines Planetengetriebes eines als Getriebefan-Triebwerk ausgebildeten Gasturbinentriebwerks 10 gemäß der 1 in einer Schnittdarstellung. Das Planetengetriebe 30 umfasst ein Sonnenrad 28, das von einer Antriebswelle bzw. Sonnenwelle 26 angetrieben wird. Bei der Antriebswelle 26 handelt sich um die Welle 26 der 1 und 2 bzw. allgemein um eine Turbinenwelle. Das Sonnenrad 28 und die Antriebswelle 26 drehen sich dabei um die Drehachse 9. Die Drehachse des Planetengetriebes 30 ist identisch mit der Drehachse 9 bzw. Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks 10.
Das Planetengetriebe 30 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Planetenrädern 32, von denen in der Schnittdarstellung der 4 eines dargestellt ist. Das Sonnenrad 28 treibt die Mehrzahl der Planetenräder 32 an, wobei eine Verzahnung des Sonnenrads 28 mit einer Verzahnung des Planetenrads 32 in Eingriff steht.
Das Planetenrad 32 ist hohlzylindrisch ausgebildet und bildet eine äußere Mantelfläche und eine innere Mantelfläche. Das Planetenrad 32 rotiert - angetrieben durch das Sonnenrad 28 - um eine Drehachse 90, die parallel zur Drehachse 9 verläuft. Die äußere Mantelfläche des Planetenrads 32 bildet eine Verzahnung aus, die mit der Verzahnung eines Hohlrads 38 in Eingriff steht. Das Hohlrad 38 ist feststehend, d. h. nichtrotierend angeordnet. Die Planetenräder 32 rotieren aufgrund ihrer Kopplung mit dem Sonnenrad 28 und wandern dabei entlang des Umfangs des Hohlrads 38. Die Rotation der Planetenräder 32 entlang des Umfangs des Hohlrads 38 und dabei um die Drehachse 90 ist langsamer als die Rotation der Antriebswelle 26, wodurch eine Untersetzung bereitgestellt wird.
Das Planetenrad 32 weist angrenzend an seine innere Mantelfläche eine zentrierte axiale Öffnung auf. In die Öffnung eingebracht ist ein Planetenstift 6, der auch selbst eine axiale Bohrung 60 aufweist, deren Längsachse identisch ist mit der Drehachse 90 des Planetenrads 32, wobei der Planetenstift 6 und das Planetenrad 32 an ihren einander zugewandten Flächen ein Lager 65 bilden, beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager.
Die 4 zeigt des Weiteren eine vordere Trägerplatte 341 und eine hintere Trägerplatte 342, die Bestandteile des Planetenträgers 34 sind, vgl. 2. Der Planetenstift 6 ist mit der vorderen Trägerplatte 341 und mit der hinteren Trägerplatte 342 fest verbunden. Die vordere Trägerplatte 341 ist beispielsweise mit einem Drehmomentträger verbunden, der mit einer Fanwelle gekoppelt ist.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Verbindung des Planetenstifts 6 mit den Trägerplatten 341, 342 von Bedeutung.
Die 5 bis 18 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes bzw. Darstellungen von Teilen oder Bereichen eines solchen Planetengetriebes. Dabei sind für eine übersichtliche Darstellung der Verbindung der Planetenstifte mit den Trägerplatten weder das Sonnenrad noch die Planetenräder noch das Hohlrad des Planetengetriebes dargestellt. Insofern wird auf die Darstellung der 2 bis 4 verwiesen.
Gemäß der teilweise geschnittenen Ansicht der 5 umfasst das Planetengetriebe einen Planetenträger 34, der beabstandet und in paralleler Anordnung eine axial vordere Trägerplatte 341 und eine axial hintere Trägerplatte 342 aufweist. Die beiden Trägerplatten 341, 342 sind über Tragzapfen 95, die auch in den 17 und 18 erkennbar sind, fest miteinander verbunden. In den beiden Trägerplatten 341, 342 sind jeweils sich radial erstreckende Schlitze 71, 72 ausgebildet. Wie noch erläutert wird, dienen die Schlitze 71, 72 dazu, an den Planetenstiften ausgebildete Plattformen aufzunehmen.
Die Ausgestaltung der Planetenstifte 6 ist beispielhaft in der 6 dargestellt. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Planetenstifts 6 mit zwei an den Stirnseiten des Planetenstifts 6 ausgebildeten Plattformen 63, 64. Dabei umfasst der Planetenstift 6 einen Hauptkörper 66, der hohlzylindrisch oder im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. An dem einen Ende des zylindrischen Hauptkörpers 66 ist eine axial vordere Plattform 63 angeordnet, die einen größeren Durchmesser aufweist als der Hauptkörper 66 des Planetenstifts 6. An dem anderen Ende des zylindrischen Hauptkörpers 66 ist eine axial hintere Plattform 64 angeordnet, die einen kleineren Durchmesser aufweist als der Hauptkörper 66 des Planetenstifts 6.
Durch Ausbildung der axial hinteren Plattform 64 mit einem kleineren Durchmesser als dem Durchmesser des Hauptkörpers 66 ist es möglich, vom axial hinteren Ende ein Planetenrad (nicht dargestellt) auf den Hauptkörpers 66 aufzuschieben. Damit ist es möglich, zunächst das Planetenrad auf den Planetenstift aufzuschieben und anschließend den Planetenstift mit dem bereits installierten Planetenrad im Planetenträger 34 zu befestigen.
Die Plattformen 63, 64 sind beispielsweise an den Hauptkörper 66 angeschweißt. Alternativ sind sie integral mit dem Hauptkörper 66 gefertigt.
Der Planetenstift 6 weist an dem Ende, das die Plattform 64 mit einem kleineren Durchmesser als dem Durchmesser des Hauptkörpers 66 ausbildet, zwischen dem Hauptkörper 66 und der Plattform 64 eine Einschnürung 67 auf. Im Bereich der Einschnürung 67 besitzt der Planetenstift 6 dabei einen reduzierten Durchmesser, der gleich der Breite des Schlitzes 72 ist, in den die Plattform 64 eingeschoben ist. Die Bereiche der Plattform 64, die gegenüber der Einschnürung 67 radial abstehen, sind dabei in zwei gegenüberliegenden Abschnitten in einer Führungsnut der Trägerplatte 342 geführt. Die genaue Art der Befestigung der Plattform 64 in der Trägerplatte 342 wird anhand der weiteren Figuren, insbesondere der 10 und 12 beschrieben.
Die 7 ist eine weitere perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Planetengetriebes bzw. des Planetenträgers 30. Dabei ist zu erkennen, dass die axial vordere Trägerplatte 341 mit einem zylindrischen Drehmomentträger 83 verbunden ist, über den ein ausgangseitiges Drehmoment beispielsweise auf eine Abtriebswelle übertragbar ist. Die axial hintere Trägerplatte 342 weist einen zylindrischen Stutzen 74 auf. Der zylindrische Drehmomentträger 83 und der zylindrische Stutzen 74 sind lediglich beispielhaft dargestellt und nicht notwendige Bestandteile des Planetenträgers. Sowohl die axial vordere Trägerplatte 341 als auch die axial hintere Trägerplatte 342 weisen eine mittige Aussparung 85 auf, die einen radial inneren Rand 850 der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 bildet.
Die bereits erwähnten Schlitze 71, 72 erstrecken sich ausgehend von dem radial inneren Rand 850 radial nach außen. Wie in den 5 und 7 dargestellt, sind in den Schlitzen 71, 72 Sicherungsplatten 81, 82 angeordnet. Diese Sicherungsplatten 81, 82 werden jedoch erst in die Schlitze 71, 72 eingesetzt, nachdem die Plattformen 63, 64 in die Schlitze 71, 72 eingeschoben worden sind. Sie dienen dazu, die Plattformen 63, 64 in ihrer Montageposition zu sichern und zusätzlich die Trägerplatten 341, 342 im Bereich der Schlitze 71, 72 strukturell zu verstärken.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schlitze 71, 72 sich ausgehend von dem radial äußeren Rand der Trägerplatten 341, 342 radial nach innen erstrecken. Die Sicherungsplatten 81, 82 werden in diesem Fall ebenfalls vom radial äußeren Rand in die Schlitze eingeschoben.
In den 5 und 7 ist des Weiteren zu erkennen, dass die Plattformen 63, 64 der Planetenstifte 6 (und ebenso die Sicherungsplatten 81, 82) in Führungsnuten 73 geführt sind, wobei die Führungsnuten 73 bei der axial vorderen Plattform 63 gegenüberliegende Bereiche der Plattform 63 aufnehmen, die gegenüber dem Hauptkörper 66 abstehen. Bei der axial hinteren Plattform 64 nehmen die Führungsnuten 73 gegenüberliegende Bereiche der Plattform 64 auf, die gegenüber der Einschnürung 67 (vergleiche 6) radial abstehen. Die Führungsnuten 73 sind dabei an den Seitenbegrenzungen der Schlitze 71, 72 in der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 ausgebildet.
Die 8 zeigt eine Schnittdarstellung des Planetengetriebes. Dabei verdeutlicht das Detail X, das vergrößert dargestellt ist, die Art der Ausbildung der Schlitze 71, 72 in der jeweiligen Trägerplatte 341, 342. So weist die Trägerplatte 342 gemäß dem Detail X eine Dicke d1 in axialer Richtung auf. Demgegenüber erstreckt sich der Schlitz 72 in axialer Richtung lediglich über eine Teildicke d2, die kleiner ist als die Gesamtdicke d1. Gleiches gilt für die Trägerplatte 341 und die dort ausgebildeten Schlitze 71. Die Schlitze 71, 72 stellen somit keine Aussparungen innerhalb der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 dar, die diese vollständig durchbrechen, sondern bilden eine Struktur an der Trägerplatte, die durchgehend ausgebildet ist und im Bereich der Schlitze 71, 72 lediglich eine dünnere Wandung bzw. Dicke ausbildet. Hierdurch wird erreicht, dass die Schlitze 71, 72 die strukturelle Festigkeit der Trägerplatten 341, 342 nicht beeinträchtigen und diese eine hohe Steifigkeit aufweisen.
In dem Detail X sind des Weiteren die Führungsnuten 73 zu erkennen.
Allerdings wird darauf hingewiesen, dass grundsätzlich auch Ausgestaltungen möglich sind, bei denen die Schlitze sich über die gesamte axiale Dicke der Trägerplatte erstrecken, d. h. Öffnungen in der Trägerplatte bilden. Für diesen Fall gilt d2 = d1. Bei einer solchen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Führungsnut eine vergleichsweise große Tiefe aufweist, da die nötige Steifigkeit der Verbindung zwischen Plattform bzw. Planetenstift und Trägerplatte in diesem Fall über die Nut-Verbindung erreicht wird.
Die 9 zeigt eine Draufsicht von innen auf die axial vordere Trägerplatte 341 des Planetengetriebes. Dabei ist gut zu erkennen, dass die Schlitze 71 sich jeweils von der mittige Aussparung 85 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Jeder Schlitz 71 weist zwei parallel verlaufende Seitenbegrenzungen 711, 712 auf. Jeder Schlitz 71 weist eine radial innere Eingangsöffnung 713, die am radial inneren Rand 850 der mittigen Aussparung 85 liegt, und ein radial äußeres Ende auf, das in der Darstellung der 9 nicht zu erkennen ist. Die Schlitze weisen zwischen den Seitenbegrenzungen 711, 712 eine Breite auf, die gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser des Hauptkörpers 66 der Planetenstifte 6 ist. Dabei ist ein kleiner Teil der Plattform 63 zu erkennen, die der Planetenstift 6 an seinem einen stirnseitigen Ende ausbildet.
Die 10 zeigt eine Draufsicht von innen auf die axial hintere Trägerplatte 342 des Planetengetriebes der 5. Die in der Trägerplatte 342 ausgebildeten Schlitze 72 erstrecken sich ebenfalls jeweils von der mittigen Aussparung 85 in radialer Richtung nach außen. Jeder Schlitz 72 weist zwei parallel verlaufende Seitenbegrenzungen 721, 722 auf. Jeder Schlitz weist eine radial innere Eingangsöffnung 723 auf, die am radial inneren Rand 850 der mittigen Aussparung 85 liegt, und ein radial äußeres Ende auf, das in der Darstellung der 10 nicht zu erkennen ist. Die Schlitze weisen zwischen den Seitenbegrenzungen 721, 722 eine Breite auf, die gleich oder geringfügig größer ist als der Durchmesser des Hauptkörpers 66 der Planetenstifte 6. Die radial hintere Plattform 64, die einen kleineren Durchmesser als der Hauptkörper aufweist, ist dabei durch den Hauptkörper 66 verdeckt.
Es wurde darauf hingewiesen, dass die Schlitze 71, 72 jeweils ein radial äußeres Ende aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass die radial äußeren Enden der Schlitze 71, 72 in radialer Richtung beabstandet zu den Plattformen 63, 64 der Planetenstifte 6 angeordnet sind, wenn diese sich in der finalen Montageposition befinden. Dementsprechend befindet sich zwischen der Plattform 63, 64 und dem radialen Ende des jeweiligen Schlitzes 71, 72 eine radiale Verlängerung. Diese radiale Verlängerung 77 ist in der 8 zu erkennen, sowohl bei der axial vorderen Plattform 341 als auch der axial hinteren Plattform 342.
Der Sinn einer solchen radialen Verlängerung 77 besteht darin, dass bei der Montage des Planetengetriebes die Planetenstifte 6 mit den darauf angeordneten Planetenrädern radial nach außen verschoben werden können, um radial innen einen zusätzlichen Raum zum Einschieben des Sonnenrads bereitzustellen. Anschließend werden die Planetenstifte 6 mit den Planetenrädern wieder radial nach innen in die Ausgangsposition verschoben, wobei die Zähne der Planetenräder und des Sonnenrads in Eingriff gelangen. Das entsprechende Verfahren wird in Bezug auf die 19 erläutert. Ein solches Verfahren ist bei der Verwendung von Doppelschrägverzahnungen sinnvoll.
Die 11 und 12 zeigen eine Draufsicht von außen auf die axial vordere Trägerplatte und die axial hintere Trägerplatte, wobei die Trägerplatten jedoch transparent dargestellt sind, so dass die Plattformen der Planetenstifte erkennbar sind.
So sind in der 11 die axial vorderen Plattformen 63 erkennbar. Diese weisen zwei gegenüberliegende Längskanten 631, 632 auf, die in den Führungsnuten 73 (die in der 11 nicht erkennbar sind) geführt und angeordnet sind. Über die Längskanten 631, 632 erfolgt dabei eine Drehmomentübertragung von den Planetenstiften 6 auf die axial vordere Trägerplatte 341.
In der 11 sind des Weiteren die nach den Plattformen 63 in die Schlitze 71 eingeschobenen Sicherungsplatten 81 zu erkennen. Diese sind über Befestigungselemente 86 zusätzlich mit der axial vorderen Trägerplatte 341 verbunden. Des Weiteren sind auch die Plattformen 63 selbst nach Erreichen der vorbestimmten Montageposition über Befestigungselemente 87 fest mit der axial vorderen Trägerplatte 341 verbunden.
In der 11 ist weiter zu erkennen, dass die radial ausgerichteten Schlitze eine radial innere Eingangsöffnung 713 und ein radial äußeres Ende 714 aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass die in der 8 dargestellte radiale Verlängerung 77 des radialen Schlitzes 71, die für die Montage des Sonnenrads benötigt wird, nach der Montage des Sonnenrads mit einem Füllelement 91 gefüllt wird. Bei dem Füllelement 91 handelt es sich beispielsweise um ein stabförmiges Element, das über einen seitlichen Schlitz eingeschoben wird und die radiale Verlängerung 77 ausfüllt. Dabei ragt ein Ende 911 des Füllelements 5 gegenüber der äußeren Oberfläche des Planetenträgers 34 hervor, so dass das Füllelement 91 eingeschoben und wieder entfernt werden kann.
In der 12 ist die axial hintere Plattform 64 zu erkennen, die an der axial hinteren Trägerplatte 342 befestigt ist. Die axial hintere Plattform 64 weist zwei gegenüberliegende Längskanten 641, 642 auf, die in den Führungsnuten 73 (die in der 12 nicht erkennbar sind) geführt werden. Diese Führung ist aufgrund der in der 6 dargestellten Einschnürung 67 möglich. Über die Längskanten 641, 642 erfolgt dabei eine Drehmomentübertragung von den Planetenstiften 6 auf die axial hintere Trägerplatte 342.
In der 12 sind des Weiteren die nach den Plattformen 64 in die Schlitze 72 eingeschobenen Sicherungsplatten 82 zu erkennen. Diese sind über Befestigungselemente 89 zusätzlich mit der axial hinteren Trägerplatte 342 verbunden. Des Weiteren sind auch die Plattformen 64 nach Erreichen der vorbestimmten Montageposition über Befestigungselemente 88 fest mit der axial hinteren Trägerplatte 342 verbunden.
In der 12 ist weiter zu erkennen, dass die radial ausgerichteten Schlitze eine radial innere Eingangsöffnung 723 und ein radial äußeres Ende 724 aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass die in der 8 dargestellte radiale Verlängerung 77 des radialen Schlitzes 72, die für die Montage des Sonnenrads benötigt wird, nach der Montage des Sonnenrads mit einem Füllelement 93 gefüllt wird. Bei dem Füllelement 93 handelt es sich beispielsweise um ein stabförmiges Element, das über einen seitlichen Schlitz eingeschoben wird und die radiale Verlängerung 77 ausfüllt. Dabei ragt ein Ende 931 des Füllelements 5 gegenüber der äußeren Oberfläche des Planetenträgers 34 hervor, so dass das Füllelement 93 eingeschoben und wieder entfernt werden kann.
Die 13 zeigt in vergrößerter Ausschnittsdarstellung die Anordnung eines Planetenstifts 6 an der axial hinteren Trägerplatte 342. Dabei ist zu erkennen, dass die eine Längskante 641 der Plattform 64 in der Führungsnut 73 angeordnet ist. Gleiches gilt für die gegenüberliegende Längskante. In die radiale Verlängerung 77, die in der 8 erkennbar ist, ist ein Füllelement 93 eingesteckt, dessen Ende 931 hervor steht. Weiter ist in den Schlitz 72 eine Sicherungsplatte 82 eingeschoben.
Die 14 zeigt in vergrößerter Ausschnittsdarstellung die Anordnung eines Planetenstifts 6 an der axial vorderen Trägerplatte 341. Die beiden Längskanten 631, 632 der axial vorderen Plattform 63 sind dabei in Führungsnuten 73 der axial vorderen Trägerplatte 341 angeordnet. In die radiale Verlängerung 77, die in der 8 erkennbar ist, ist ein Füllelement 91 gesteckt, dessen Ende 911 hervor steht. Des Weiteren ist in den Schlitz 71 eine Sicherungsplatte 81 eingeschoben.
Die 15 zeigt perspektivisch in transparenter Darstellung den hohlzylindrisch ausgebildeten Hohlkörper 66 des Planetenstifts 6, an dessen beiden Stirnseiten die Plattformen 63, 64 angeordnet sind. Es wird bei dieser Gelegenheit darauf hingewiesen, dass die Plattformen 63, 64 beispielsweise als Polygon, insbesondere quadratisch oder als Oktogon ausgeführt sind. Dabei ist die vordere größere Plattform 63 im Wesentlichen quadratisch (mit abgeflachten Ecken) und die hintere kleinere Plattform 64 im Wesentlichen als Oktogon ausgeführt. Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen.
Der 15 kann weiter entnommen werden, dass die Sicherungsplatten 82 seitliche Stege 821 ausbilden, die dazu vorgesehen sind, in die Führungsnuten 73 eingeschoben zu werden, wodurch die Sicherungsplatten 82 in den Schlitzen 72 geführt werden.
Die 16 zeigt perspektivisch den Planetenstift 6 mit den beiden Plattformen 63, 64 unter zusätzlicher Darstellung der Sicherungsplatten 81, die in den Schlitz 71 in der axial vorderen Plattform 341 eingesetzt wird. Diese Sicherungsplatte 81 weist ebenfalls seitliche Stege 811 auf, die dazu vorgesehen sind, in die Führungsnuten eingeschoben zu werden, wodurch die Sicherungsplatten 81 in den Schlitzen 71 geführt werden.
Die 17 und 18 zeigen in zwei perspektivischen Darstellungen den Planetenträger 34 mit den fertig montierten Planetenstiften 6, die mit ihren Plattformen 63, 64 in der beschriebenen Weise in die radial verlaufenden Schlitze 71, 72 der axial vorderen Trägerplatte 341 und der axial hinteren Trägerplatte 342 eingeschoben sind. Dabei sind die Füllelemente 91, 93 in die radialen Verlängerungen der Schlitze 71, 72 eingeschoben. Die Füllelemente 91, 93 sind dabei zusätzlich jeweils über ein Befestigungselement 92 mit der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 fest verbunden. Weiter sind die Sicherungsplatten über Befestigungselemente 86, 89 und die Plattformen über Befestigungselemente 87, 88 mit der jeweiligen Trägerplatte 341, 342 zusätzlich fest verbunden. Bei den Befestigungselementen 86-89, 92 handelt es sich beispielsweise um Schraubverbindungen oder Bolzenverbindungen.
Die 19 enthält ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten zur Montage eines Planetengetriebes gemäß den 5 bis 18. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Planetenräder auf die Planetenstifte aufgesteckt werden, bevor die Planetenstifte am Planetenträger befestigt werden.
So ist in einem ersten Verfahrensschritt 101 zunächst vorgesehen, dass ein Planetenträger bereitgestellt wird, der eine axial vordere Trägerplatte und eine axial hintere Trägerplatte umfasst. Die Planetenstifte sind dabei noch nicht an dem Planetenträger montiert.
Im Verfahrensschritt 102 wird auf jeden Planetenstift jeweils ein Planetenrad aufgeschoben. Erst daran anschließend erfolgt gemäß dem Verfahrensschritt 103 eine Verbindung der Planetenstifte mit den Trägerplatten. Die Verbindung wird dadurch bereitgestellt, dass die Planetenstifte mit ihren Plattformen in radial ausgerichtete Schlitze der Trägerplatten eingeschoben werden. Die radial ausgerichteten Schlitze können sich dabei von einer mittigen Aussparung der jeweilige Trägerplatte radial nach außen erstrecken oder alternativ von dem radial äußeren Rand der jeweiligen Trägerplatte radial nach innen erstrecken.
Anschließend werden die Planetenräder gemäß dem Verfahrensschritt 104 mit dem Sonnenrad gekoppelt. Hierzu sieht eine optionale Ausgestaltung, die bei einer Ausbildung von Planetenrad und Sonnenrad mit einer Doppelschrägverzahnung sinnvoll ist, gemäß dem Verfahrensschritt 105 vor, dass die Planetenstifte zunächst in den Schlitzen, in denen sie angeordnet sind, radial nach außen verschoben werden. Dies wird ermöglicht durch die radiale Verlängerung 77 entsprechend der 8. Hierdurch wird erreicht, dass die Zähne der Planetenräder ein Einführen des Sonnenrads nicht blockieren. Nachdem die Planetenstifte radial nach außen verschoben sind, wird das Sonnenrad durch die mittige Aussparung 85, vergleiche zum Beispiel 7, in den Planetenträger axial eingeschoben. Anschließend werden die Planetenstifte wieder in die Ausgangsposition zurück verschoben. Dabei treten die Verzahnungen der Planetenräder und des Sonnenrads miteinander in Eingriff. Anschließend werden die Planetenstifte in den Trägerplatten fixiert. Dies erfolgt durch zusätzliche Befestigungselemente wie zum Beispiel Schraubverbindungen, die die Plattformen mit den Trägerplatten verbinden. Eine weitere Fixierung erfolgt durch ein Einschieben von Sicherungsplatten in die radial ausgerichteten Schlitze. In die radiale Verlängerung 77 kann ein Füllelement 91, 93 entsprechend den 11 und 12 eingefügt werden.
Anschließend werden die Planetenräder mit dem Hohlrad gekoppelt, wobei das Hohlrad in der betrachteten Ausgestaltung, jedoch nicht notwendigerweise feststehend ausgebildet ist.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Insbesondere ist offensichtlich, dass das Planetengetriebe nur beispielhaft in einem Gasturbinentriebwerk eingesetzt wird und grundsätzlich in beliebigem Kontext zu Übertragung eines Drehmoments eingesetzt werden kann.
Des Weiteren können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Planetengetriebe (30), das aufweist: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotiert, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von Planetenstiften (6), die jeweils ein vorderes axiales Ende und ein hinteres axiales Ende aufweisen, wobei jeweils ein Planetenstift (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei die Planetenstifte (6) mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - die Planetenstifte (6) an ihren axialen Enden jeweils eine Plattform (63, 64) aufweisen, - an den Trägerplatten (341, 342) radial ausgerichtete Schlitze (71, 72) ausgebildet sind, und - die Plattformen (63, 64) über Führungsnuten (73) in die radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) eingeschoben sind.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Trägerplatten (341, 342) radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) sich in axialer Richtung über lediglich eine Teildicke (d2) der Trägerplatten (341, 342) erstrecken.
Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformen (63, 64) einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, wobei mindestens eine der Plattformen (63, 64) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers (66) des Planetenstifts (6).
Planetengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Plattform (64) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers (66) des Planetenstifts (6), und die andere Plattform (63) einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Hauptkörpers (66) des Planetenstifts (6).
Planetengetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Plattform (64), die einen kleineren Durchmesser als der Hauptkörper (66) des Planetenstifts (6) aufweist, und dem Hauptkörper (66) des Planetenstifts (6) eine Einschnürung (67) ausgebildet ist, wobei die gegenüber der Einschnürung (67) radial hervorstehenden Bereiche der Plattform (64) Bereiche bilden, die in Führungsnuten (73) der Trägerplatte (242) angeordnet sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformen (63, 64) als ebene Platte ausgebildet sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformen (63, 64) die Form eines Polygons aufweisen.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (341, 342) jeweils eine mittige Aussparung (85) aufweisen, die einen radial inneren Rand (850) der Trägerplatte (341, 342) definiert, wobei die Schlitze (71, 72) sich ausgehend von dem radial inneren Rand (850) an der Trägerplatte (341, 342) radial nach außen erstrecken.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (71, 72) sich ausgehend von dem radial äußeren Rand der Trägerplatte (341, 342) radial nach innen erstrecken.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) der Trägerplatten (341, 342) eine radial innere Eingangsöffnung (713, 723) und ein radial äußeres Ende (723, 724) aufweisen, wobei die Plattformen (63, 64) beabstandet zu dem radial äußeren Ende im Schlitz (71, 72) angeordnet sind und jeweils der Abschnitt des Schlitzes (71, 72) zwischen der Plattform (63, 64) und dem radial äußeren Ende eine radiale Verlängerung (77) bildet.
Planetengetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Verlängerung (77) durch ein Füllelement (91, 93) gefüllt ist.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die in den Trägerplatten (341, 342) ausgebildeten Schlitze (71, 72) Sicherungsplatten (81, 82) eingesetzt sind, die die Plattformen (63, 64) gegen ein Verschieben sichern.
Planetengetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsplatten (81, 82) über Befestigungselemente (86, 89) mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformen (63, 64) zusätzlich über Befestigungselemente (87, 88) mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (73) an den Seitenbegrenzungen (711, 712; 721, 722) der radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) in den Trägerplatten (341, 342) ausgebildet sind.
Planetengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (66) und die Plattformen (63, 64) des Planetenstifts (6) einstückig ausgebildet sind.
Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes, das aufweist: - ein Sonnenrad (28), - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von Planetenstiften (6), die jeweils ein vorderes axiales Ende und ein hinteres axiales Ende und an ihren axialen Enden jeweils eine Plattform (63, 64) aufweisen, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei an den Trägerplatten (341, 342) radial ausgerichtete Schlitze (71, 72) ausgebildet sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bereitstellen (101) eines Planetenträgers (34), der die axial vordere Trägerplatte (341) und die axial hintere Trägerplatte (342) umfasst, - Aufschieben (102) jeweils eines Planetenrads (32) auf einen Planetenstift (6), - anschließend Verbinden (103) der Planetenstifte (6) mit den Trägerplatten (341, 342), indem die Planetenstifte (6) mit ihren Plattformen (63, 64) in die radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) der Trägerplatten (341, 342) eingeschoben werden, - Koppeln (104) der Planetenräder (32) mit dem Sonnenrad (28), und - Koppeln (106) der Planetenräder (32) mit dem Hohlrad (38).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Koppeln der Planetenräder (32) mit dem Sonnenrad (28) die Planetenstifte (6) von der Montageposition in den radial ausgerichteten Schlitzen (71, 72) der Trägerplatten (341, 342) radial nach außen verschoben werden, das Sonnenrad (28) anschließend über eine mittige Aussparung (85) in einer der Trägerplatten (341, 342) axial in den Planetenträger (34) eingeschoben wird, und die Planetenstifte (6) anschließend unter Bereitstellung eines Eingriffs der Zähne jeweils von Planetenrad (32) und Sonnenrad (28) wieder radial nach innen in die Montageposition verschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (71, 72) nach Einschieben der Plattformen (63, 64) der Planetenstifte durch Sicherungsplatten (81, 82), die nach den Plattformen (63, 64) in die Schlitze (71, 72) eingeschoben werden, verschlossen werden.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das aufweist: - einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende, als Hohlwelle ausgebildete Turbinenwelle (26) umfasst; - einen Fan (23), der stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst; und - ein Planetengetriebe (30), das einen Eingang von der Turbinenwelle (26) empfängt und Antrieb für den Fan (23) zum Antreiben des Fans (23) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle (26) abgibt, wobei das Planetengetriebe umfasst: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotiert und von einer Sonnenwelle (26) angetrieben wird, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von Planetenstiften (6), die jeweils ein vorderes axiales Ende und ein hinteres axiales Ende aufweisen, wobei jeweils ein Planetenstift (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei die Planetenstifte (6) mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, - die Planetenstifte (6) an ihren axialen Enden jeweils eine Plattform (63, 64) aufweisen, - an den Trägerplatten (341, 342) radial ausgerichtete Schlitze (71, 72) ausgebildet sind, und - die Plattformen (63, 64) über Führungsnuten (73) in die radial ausgerichteten Schlitze (71, 72) eingeschoben sind.