DE3825528A1 - Getriebeanordnung zum antrieb von im gegensinn umlaufenden mehrfachschaufelrotoren - Google Patents

Getriebeanordnung zum antrieb von im gegensinn umlaufenden mehrfachschaufelrotoren

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DE3825528A1
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drivingly connected
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DE3825528A
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Adam Bagnall
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Rolls Royce PLC
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung zum Antrieb eines ersten Mehrfachschaufelrotors und eines zweiten koaxial hierzu angeordneten Mehrfachschaufelrotors, die im entgegengesetzten Drehsinn umlaufen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Getriebe zum Antrieb von einem ersten und einem zweiten Mehrfachschaufelpropeller, die im Gegensinn umlaufen, oder zum Antrieb eines ersten und eines zweiten Mehrfachschaufelfans mit Fangehäuse, die ebenfalls im Gegensinn umlaufen.
Bei einer bekannten Getriebeanordnung zum Antrieb eines ersten und eines zweiten Mehrfachschaufelpropellers, die im Gegensinn umlaufen (beschrieben und dargestellt in der GB 21 45 777A, GB 21 50 980A und GB 21 73 863A sowie GB 21 82 397A), wird ein einfaches Planetenrad-Differentialgetriebe benutzt. Bei dieser Getriebeanordnung wird ein Sonnenrad durch eine Eingangsantriebswelle angetrieben und mehrere Planetenräder kämmen mit diesem Sonnenrad und werden von diesem angetrieben. Ein Zahnkranz kämmt mit den Planetenrädern und wird von diesen angetrieben. Die Planetenräder sind drehbar in einem Planetenradträger gelagert und dieser Träger kann sich frei drehen und wird durch die Planetenräder im Gegensinn zu dem Zahnkranz angetrieben. Der Zahnkranz und der Träger sind antriebsmäßig mit dem ersten bzw. dem zweiten Mehrfachschaufelpropeller verbunden und treiben diese im Gegensinn an. Bei dieser bekannten Getriebeanordnung ergeben sich Ausgangsdrehmomente, d. h. Drehmomente der Propeller, die unterschiedlich von dem Wert des Eingangsdrehmoments sind, d. h. unterschiedlich zu dem Eingangsdrehmoment. Der Grund dafür liegt darin, daß sich sämtliche Drehmomente eines Planetenraddifferentialgetriebes zu Null addieren müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung zum Antrieb eines ersten Mehrschaufelrotors und eines zweiten hierzu koaxial liegenden Mehrschaufelrotors zu schaffen, die die Rotoren im Gegensinn und vorzugsweise mit gleichem, entgegengesetzt gerichteten Drehmoment antreibt.
Demgemäß sieht die Erfindung eine Getriebeanordnung zum Antrieb eines ersten Mehrschaufelrotors und eines koaxial hierzu liegenden zweiten Mehrschaufelrotors vor, die im Gegensinn umlaufen, wobei die Getriebeanordnung ein erstes Planetenradgetriebe und koaxial hierzu ein zweites Planetenradgetriebe aufweist und das erste Planetenradgetriebe ein erstes Sonnenrad, mehrere erste Planetenräder, die hiermit kämmen, und einen ersten Zahnkranz aufweist, der mit den Planetenrädern kämmt, wobei die ersten Planetenräder drehbar auf einem ersten Planetenradträger gelagert sind. Das zweite Planetenradgetriebe weist ein zweites Sonnenrad, mehrere hiermit in Eingriff stehende zweite Planetenräder auf, die ihrerseits mit einem zweiten Zahnkranz in Eingriff stehen und drehbar auf einem zweiten Planetenradträger gelagert sind; eine erste Antriebswelle ist antriebsmäßig mit dem ersten Planetenradgetriebe verbunden, eine zweite Eingangswelle ist mit dem zweiten Planetenradgetriebe verbunden und die zweite Eingangswelle steht still, wobei das erste Planetenradgetriebe antriebsmäßig mit dem ersten Mehrschaufelrotor und das zweite Planetenradgetriebe antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden sind und das erste Planetenradgetriebe und das zweite Planetenradgetriebe antriebsmäßig miteinander in Verbindung stehen, wodurch der erste Mehrschaufelrotor und der zweite Mehrschaufelrotor im Gegensinn angetrieben werden.
Die erste Eingangswelle kann antriebsmäßig mit dem ersten Sonnenrad verbunden sein, die zweite feste Eingangswelle ist mit dem zweiten Sonnenrad verbunden und der erste Zahnkranz ist antriebsmäßig mit dem ersten Mehrschaufelrotor verbunden, während der zweite Zahnkranz antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden ist und der erste Träger und der zweite Träger antriebsmäßig miteinander in Verbindung stehen.
Die erste Eingangswelle kann antriebsmäßig mit dem ersten Sonnenrad verbunden sein und die zweite feste Eingangswelle ist mit dem zweiten Sonnenrad verbunden, während der erste Planetenradträger antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor in Verbindung steht; der zweite Planetenradträger ist antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor verbunden und der erste Zahnkranz und der zweite Zahnkranz sind antriebsmäßig miteinander verbunden.
Die erste Eingangswelle kann auch antriebsmäßig mit dem ersten Zahnkranz verbunden sein, während die zweite feste Eingangswelle mit dem zweiten Zahnkranz verbunden ist und der erste Planetenradträger mit dem ersten Mehrschaufelrotor in Verbindung steht, während der zweite Träger antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden ist und das zweite Sonnenrad und das erste Sonnenrad antriebsmäßig miteinander in Verbindung stehen.
Die erste Eingangswelle kann antriebsmäßig mit dem ersten Zahnkranz in Verbindung stehen, während die zweite feste Eingangswelle mit dem zweiten Zahnkranz in Verbindung steht und das erste Sonnenrad antriebsmäßig mit dem ersten Mehrschaufelrotor und das zweite Sonnenrad mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden sind und der zweite Planetenradträger und der erste Planetenradträger antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
Die erste Eingangswelle kann auch antriebsmäßig mit dem ersten Planetenradträger und die zweite feste Eingangswelle mit dem zweiten Planetenradträger verbunden sein, während der erste Zahnkranz mit dem ersten Mehrschaufelrotor und der zweite Zahnkranz mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden sind und das zweite Sonnenrad und das erste Sonnenrad antriebsmäßig miteinander in Verbindung stehen.
Die erste Eingangswelle kann antriebsmäßig auch mit dem ersten Träger und die zweite feste Eingangswelle antriebsmäßig mit dem zweiten Träger verbunden sein, wobei das erste Sonnenrad antriebsmäßig mit dem ersten Mehrschaufelrotor und das zweite Sonnenrad antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrschaufelrotor verbunden ist und zweiter Zahnkranz und erster Zahnkranz antriebsmäßig miteinander in Verbindung stehen.
Das erste Planetenradgetriebe und das zweite Planetenradgetriebe können so dimensioniert und ausgebildet sein, daß der erste Mehrfachschaufelrotor und der zweite Mehrfachschaufelrotor im Gegensinn mit gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Drehmomenten angetrieben werden.
Die Getriebeanordnung kann axial zwischen dem ersten Mehrfachschaufelpropeller und dem zweiten Mehrfachschaufelpropeller angeordnet werden.
Der erste und der zweite Mehrfachschaufelrotor können erste und zweite Mehrfachschaufelpropeller sein. Der erste und der zweite Mehrfachschaufelrotor können auch ein erster und ein zweiter Fan sein, die in einem Fangehäuse umlaufen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, die die Mehrfachschaufelrotoren im Gegensinn antreibt,
Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Turboprop-Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, die die Mehrfachschaufelrotoren im Gegensinn antreibt,
Fig. 3 eine im größeren Maßstab gezeichnete Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Getriebeanordnung für das Triebwerk gemäß Fig. 1 oder 2,
Fig. 4 eine in größerem Maßstab gezeichnete Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Getriebeanordnung für das Triebwerk nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 5 in einem größeren Maßstab eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Getriebeanordnung für das Triebwerk nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 6 in größerem Maßstab einen Schnitt einer vierten Ausführungsform einer Getriebeanordnung für das Triebwerk nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 7 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Getriebeanordnung in größerem Maßstab für das Triebwerk nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 8 in größerem Maßstab eine Schnittansicht einer letzten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung für ein Triebwerk nach Fig. 1 oder 2.
In Fig. 1 ist ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk (10) dargestellt, das in axialer Strömungsrichtung hintereinander einen Einlaß (12), einen Fanaufbau (14), einen Kompressor oder mehrere Kompressoren (16), eine Verbrennungseinrichtung (18), Turbinen (20) und eine Abgasdüse (22) aufweist.
Der Gebläseaufbau (14) umfaßt einen ersten Mehrfachschaufelrotor (23) und einen zweiten Mehrfachschaufelrotor (27), die koaxial zueinander innerhalb eines Fangehäuses (32) umlaufen. Der erste Mehrfachschaufelrotor (23) umfaßt einen ersten Fanrotor (24), der mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete, radial verlaufende erste Gebläseschaufeln (26) trägt. Der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) weist einen zweiten Fanrotor (28) auf, der mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete, radial verlaufende zweite Fanschaufeln (30) trägt. Das Fangehäuse (32) definiert die radial äußere Oberfläche eines Fankanals (34) und das Fangehäuse (32) wird vom stromaufwärtigen Ende eines Triebwerksgehäuses (36) über mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegende, radial verlaufende Auslaßleitschaufeln (38) getragen. Das Gehäuse (36) umschließt den Kompressor (16), die Verbrennungseinrichtung (18) und die Turbinen (20). Das stromabwärtige Ende des Fangehäuses (32) definiert einen Auslaß (40) für den Fankanal (34).
Ein ringförmiger Einlaß (42) liegt axial zwischen dem zweiten Fanrotor (28) und dem stromaufwärtigen Ende des Gehäuses (36) und ein ringförmiger Kanal (44) stellt eine Verbindung zwischen dem Ringeinlaß (42) und dem Kompressor (16) dar, um einen Teil der den Fankanal (34) durchfließenden Strömung nach einem Kompressor (16) zu leiten. Der Ringkanal (44) wird durch eine Außenwand (46) definiert, die am Gehäuse (36) festgelegt ist, und außerdem durch eine Innenwand (50), die an der Außenwand (46) durch mehrere radial verlaufende Streben oder Schaufeln (48) getragen wird.
Der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) und der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) werden im Gegensinn durch eine Getriebeanordnung (56) angetrieben. Eine erste Eingangswelle (52) und eine zweite Eingangswelle (54) sind für die Getriebeanordnung (56) vorgesehen. Die erste Eingangswelle (52) wird durch die Turbinen (20) angetrieben und die zweite Eingangswelle (54) steht fest, d. h. sie ist an dem nicht drehbaren Aufbau und bei diesem Ausführungsbeispiel an der Innenwand (50) und über die Streben (48) am Gehäuse (36) festgelegt.
Das Turbofangasturbinentriebwerk (10) arbeitet in herkömmlicher Weise und die Luft wird zunächst durch den Fanaufbau (14) komprimiert, wobei ein Teil der Luft weiter durch den Kompressor (16) verdichtet und dann der Verbrennungseinrichtung (18) zugeführt wird. In der Verbrennungseinrichtung (18) wird Brennstoff in der Luft verbrannt, um heiße Gase zu erzeugen, die die Turbinen (20) durchströmen und diese antreiben, bevor die heißen Gase durch die Abgasdüse (22) in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Die Turbinen (20) sind antriebsmäßig mit dem Kompressor (16) und dem Fanaufbau (14) verbunden.
In Fig. 2 ist ein Turboprop-Gasturbinentriebwerk (16) dargestellt, das in Strömungsrichtung hintereinander einen ersten Mehrfachschaufelpropellerrotor (61), einen zweiten Mehrfachschaufelpropellerrotor (65), einen Lufteinlaß (80), einen oder mehrere Kompressoren (70), eine Verbrennungseinrichtung (72), Turbinen (74) und eine Abgasdüse (76) aufweist.
Der erste Mehrfachschaufelpropellerrotor (61) weist einen ersten Propellerrotor (62) auf, der mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegende erste Propellerblätter (64) trägt. Der zweite Mehrfachschaufelpropellerrotor (65) weist einen zweiten Propellerrotor (66) auf, der mehrere in Umfangsrichtung zueinander radial angeordnete zweite Propellerblätter (68) trägt.
Der ringförmige Einlaß (80) liegt axial zwischen dem zweiten Propellerrotor (66) und dem stromaufwärtigen Ende eines Gehäuses (78), das den Kompressor (70), die Verbrennungseinrichtung (72) und die Turbinen (74) umschließt. Ein Ringkanal (82) verläuft zwischen dem ringförmigen Einlaß (80) und dem Kompressor (70), um diesen mit Luft zu versorgen. Der Ringkanal (82) wird durch eine Außenwand (84), die am Gehäuse (78) befestigt ist, und eine Innenwand (88) begrenzt, die an der Außenwand (84) durch mehrere radial verlaufende Streben oder Schaufeln (86) festgelegt ist.
Der erste Mehrfachschaufelpropellerrotor (61) und der zweite Mehrfachschaufelpropellerrotor (65) sind so angeordnet, daß sie im Gegensinn durch ein Getriebe (56) angetrieben werden, das eine erste Eingangswelle (52) und eine zweite Eingangswelle (54) aufweist. Die erste Eingangswelle (52) wird durch die Turbinen (74) angetrieben und die zweite Eingangswelle (54) ist am statischen Aufbau und bei dem Ausführungsbeispiel an der Wand (88) festgelegt.
Das Turboprop-Gasturbinentriebwerk (60) arbeitet in herkömmlicher Weise.
Die Getriebeanordnung (56) zum gegensinnigen Antrieb von erstem Mehrfachschaufelfanrotor (23) und zweitem Mehrfachschaufelfanrotor (27) oder zum gegensinnigen Antrieb von erstem Mehrfachschaufelpropellerrotor (61) und zweitem Mehrfachschaufelpropellerrotor (65) ist in Fig. 3 deutlicher dargestellt. Hierbei wird jeweils nur auf die ersten und zweiten Mehrfachschaufelfanrotoren (23 und 27) hingewiesen.
Die ersten Fanschaufeln (26) haben Schaufelfüße (90), die drehbar im ersten Fanrotor (24) durch Kugellager (92) oder andere geeignete Lageranordnungen gelagert sind. In gleicher Weise besitzen die zweiten Fanschaufeln (30) Schaufelfüße (94), die drehbar auf dem zweiten Fanrotor (28) durch Kugellager (96) gelagert sind.
Der zweite Fanrotor (28) ist drehbar auf der zweiten Eingangswelle (54) durch axial im Abstand zueinander angeordnete Rollenlager (98) und Kugellager (100) gelagert. Der erste Fanrotor (24) ist drehbar auf dem zweiten Fanrotor (28) durch Kegelrollenlager (102) oder andere geeignete Lager abgestützt.
Die Getriebeanordnung (56) umfaßt ein erstes Planetenradgetriebe (104) und ein hierzu koaxiales zweiten Planetenradgetriebe (106).
Das erste Planetenradgetriebe (104) weist ein erstes Sonnenrad (108) auf, das fest mit der ersten Eingangswelle (52) verbunden oder einstückig damit hergestellt ist, und außerdem mehrere erste Planetenräder (110), die mit dem ersten Sonnenrad (108) und einem ersten Zahnkranz (112) in Eingriff stehen. Die ersten Planetenräder (110) sind drehbar auf einem ersten Planetenradträger (114) gelagert und die ersten Planetenräder (110) sind drehbar auf Achsen (116) gelagert, die axial von dem ersten Träger (114) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Der erste Träger (114) ist frei drehbar und der erste Zahnkranz (112) ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben.
Das zweite Planetenradgetriebe (106) weist ein zweites Sonnenrad (118) auf, das einstückig mit der zweiten Antriebswelle (54) hergestellt und mit dieser verbunden ist. Mehrere zweite Planetenräder (120) stehen mit dem zweiten Sonnenrad (118) und einem zweiten Zahnkranz (122) in Eingriff. Die zweiten Planetenräder (120) sind drehbar auf einem zweiten Planetenradträger (124) gelagert und diese Planetenräder (120) drehen sich um Achsen (126), die axial von dem zweiten Träger (124) vorstehen und an diesem befestigt sind. Der zweite Träger (124) ist frei drehbar und der zweite Zahnkranz (122) ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben.
Das erste Planetenradgetriebe (104) ist mit dem zweiten Planetenradgetriebe (106) antriebsmäßig verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel (nach Fig. 3) ist der erste Träger (114) des ersten Planetenradgetriebes (104) am zweiten Träger (124) des zweiten Planetenradgetriebes (106) festgelegt oder einstückig hiermit hergestellt, so daß diese Teile sich als Einheit drehen. Diese Achsen (116) des ersten Trägers (114) und die Achsen (124) des zweiten Trägers (124) sind an einem dritten Träger (128) festgelegt, der axial zwischen dem ersten und zweiten Planetenradgetriebe (104 bzw. 106) liegt. Der dritte Träger (128) ist drehbar auf der ersten Eingangswelle (52) durch ein Kugellager (130) abgestützt.
Im Betrieb wird die erste Eingangswelle (52) in einer Drehrichtung angetrieben und hierdurch wird der erste Zahnkranz (112) und der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) in Gegenrichtung angetrieben. Der erste Träger (114) dreht sich aber in der gleichen Richtung wie die erste Eingangswelle (52). Der zweite Träger (124) dreht sich mit dem ersten Träger (114) und da die zweite Eingangswelle (54) stillsteht, werden der zweite Zahnkranz (122) und der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) in der gleichen Richtung wie der zweite Träger (124) angetrieben, d. h. in Gegenrichtung zu dem ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23).
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß der erste Träger (114) ein Drehmoment erhält, das numerisch gleich mit dem Drehmoment der ersten Eingangswelle (52) plus dem Drehmoment des ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23). Das Drehmoment des zweiten Trägers (124) ist gleich dem des ersten Trägers (114), weil sie miteinander verbunden sind. Das Drehmoment des zweiten Trägers (124) ist ein Eingang für das zweite Planetenradgetriebe (106) und die zweite Eingangswelle (54) bildet einen zweiten Eingang für das zweite Planetenradgetriebe (106). Der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) empfängt ein Drehmoment, das numerisch gleich ist dem Drehmoment des zweiten Trägers (124) minus dem Drehmoment der zweiten Eingangswelle (54). Der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) und der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) empfangen daher gleiche und entgegengesetzte Drehmomente, unabhängig von ihrer Drehzahl, die aber bestimmt wird durch die Verhältnisse der Zähnezahl der Räder und das Eingangsdrehmoment der ersten Eingangswelle (52). Die stillstehende zweite Eingangswelle (54) wird einem Drehmoment ausgesetzt, das exakt gleich ist und entgegengesetzt zu dem Eingangsdrehmoment der ersten Eingangswelle (52). Daraus folgt, daß die Drehmomente der ersten Eingangswelle (52), der zweiten Eingangswelle (54), des ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23) und des zweiten Mehrfachschaufelgebläserotors (27) sich zu Null addieren.
Wenn
T A = Drehmoment der ersten Eingangswelle (52)
T B = Drehmoment der zweiten Eingangswelle (54)
T C = Drehmoment des ersten Zahnkranzes (112)
T D = Drehmoment des zweiten Zahnkranzes (122)
T E = Drehmoment des ersten Planetenradträgers (114)
T F = Drehmoment des zweiten Planetenradträgers (124)
und wenn
R A = der Radius des ersten Sonnenrades (108)
R B = der Radius des zweiten Sonnenrades (118)
R C = der Radius des ersten Zahnkranzes (112)
R D = der Radius des zweiten Zahnkranzes (122),
dann beträgt das Drehmomentverhältnis zwischen der ersten Eingangswelle (52) und dem ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23):
und
T E = -(T C + T A )
und daher
In gleicher Weise ist das Drehmomentverhältnis zwischen der zweiten Eingangswelle (54) und dem zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) gleich:
und
T F = -(T D + T B )
und daher
Da aber der erste Träger (114) mit dem zweiten Träger (124) starr verbunden ist, wird T F = -T E .
Daher wird
Aber
und deshalb
T A = -T B
T C = K × T A
und
T D = K × T A
d. h. der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) und der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) empfangen gleiche und entgegengesetzte Drehmomente.
Die Drehzahlen von ersten und zweiten Mehrfachschaufelfanrotoren (23 und 27) sind nicht festgelegt, aber die Beziehung zwischen den Drehzahlen von erstem und zweitem Mehrfachschaufelfanrotor (23 und 27) und erster und zweiter Eingangswelle (52 und 54) wird durch die folgende Geometrie bestimmt:
Wenn
N A = die Drehzahl der ersten Eingangswelle (52)
N B = die Drehzahl der zweiten Eingangswelle (54)
N C = die Drehzahl des ersten Zahnkranzes (112)
N D = die Drehzahl des zweiten Zahnkranzes (122)
N E = die Drehzahl des ersten Planetenradträgers (114)
N F = die Drehzahl des zweiten Planetenradträgers (124)
aber
und deshalb
und
oder
Wenn wir nun den ersten und den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (23 und 27) so steuern, daß sie gleiche und entgegengesetzte Drehzahlen haben, d. h. wenn N C = -N D , dann wird
D. h. das Nenn-Getriebeverhältnis R kann definiert werden als:
Eine abgewandelte Getriebeanordnung (144) zum Antrieb eines ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23) und eines zweiten Mehrfachschaufelfanrotors (27) mit entgegengesetztem Drehsinn oder zum Antrieb des ersten Mehrfachschaufelpropellerrotors (61) und des zweiten Mehrfachschaufelpropellerrotors (65) mit entgegengesetztem Drehsinn ist in Fig. 4 dargestellt. Bezug wird jedoch in Verbindung mit Fig. 4 nur auf die ersten und zweiten Mehrfachschaufelfanrotoren (23 und 27) gemäß Fig. 1 genommen.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, haben die ersten Fanschaufeln (26) Schaufelfüße (90), die drehbar auf dem ersten Fanrotor (24) über Kugellager (92) abgestützt sind, und in gleicher Weise besitzen die Fanschaufeln (30) Schaufelfüße (94), die drehbar am zweiten Fanrotor (28) über Kugellager (96) gelagert sind.
Der zweite Fanrotor (28) ist drehbar auf der zweiten Eingangswelle (142) durch axial im Abstand zueinander liegende Rollenlager (98) und Kugellager (100) abgestützt, und der erste Fanrotor (24) ist drehbar auf dem zweiten Fanrotor (28) durch Kegelrollenlager (102) oder andere geeignete Lager abgestützt.
Die Getriebeanordnung (144) weist ein erstes Planetenradgetriebe (146) und koaxial hierzu ein zweites Planetenradgetriebe (148) auf.
Das erste Planetenradgetriebe (146) besitzt ein erstes Sonnenrad (150), das integral mit einer ersten Eingangswelle (140) hergestellt oder fest mit dieser verbunden ist. Ferner weist das erste Planetenradgetriebe mehrere erste Planetenräder (152) auf, die mit dem ersten Sonnenrad (150) und einem ersten Zahnkranz (154) kämmen. Die ersten Planetenräder (152) sind drehbar auf einem ersten Planetenradträger (156) gelagert. Die ersten Planetenräder (152) laufen auf Achsen (158), die axial vom ersten Träger (156) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Der erste Träger (156) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben.
Das zweite Planetenradgetriebe (148) weist ein zweites Sonnenrad (160) auf, das integral mit der zweiten stillstehenden Eingangswelle (142) hergestellt oder fest mit dieser verbunden ist. Weiter besitzt das zweite Planetenradgetriebe (148) mehrere zweite Planetenräder (162), die mit dem zweiten Sonnenrad (160) und einem zweiten Zahnkranz (164) kämmen. Die zweiten Planetenräder (162) sind drehbar auf Achsen (168) gelagert, die axial von dem zweiten Träger (166) vorstehen und an diesem befestigt sind. Der zweite Träger (166) kann sich frei drehen und er ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben.
Das erste Planetenradgetriebe (146) ist mit dem zweiten Planetenradgetriebe (148) antriebsmäßig verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Zahnkranz (154) einstückig mit dem zweiten Zahnkranz (164) hergestellt oder an diesem befestigt, so daß sie sich als Einheit drehen. Der erste Zahnkranz (154) ist mit dem zweiten Zahnkranz (164) über ein axial verlaufendes Glied (170) verbunden.
Im Betrieb werden erste Eingangswelle (140) und erstes Sonnenrad (150) in einer Drehrichtung angetrieben, und hierdurch wird der erste Träger (156) und der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) in der gleichen Drehrichtung angetrieben, aber der erste Zahnkranz (154) dreht sich im Gegensinn zu der ersten Eingangswelle (140). Der zweite Zahnkranz (164) dreht sich mit dem ersten Zahnkranz (154) und weil die zweite Eingangswelle (142) und das zweite Sonnenrad (160) stillstehen, werden zweiter Träger (166) und zweiter Mehrfachschaufelfanrotor (27) im Gegensinn zu dem ersten Träger (156) und dem ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) angetrieben.
Wie bei der Getriebeanordnung nach Fig. 3 empfangen erster Mehrfachschaufelfanrotor (23) und zweiter Mehrfachschaufelfanrotor (27) gleiche, aber entgegengesetzte Drehmomente.
Eine dritte Getriebeanordnung (184) zum Antrieb von erstem Mehrfachschaufelfanrotor (23) und zweitem Mehrfachschaufelfanrotor (27) mit entgegengesetztem Drehsinn oder zum Antrieb des ersten Mehrfachschaufelpropellerrotors (61) und des zweiten Mehrfachschaufelpropellerrotors (65) mit entgegengesetztem Drehsinn ist in Fig. 5 dargestellt.
Die Getriebeanordnung (184) umfaßt ein erstes Planetenradgetriebe (186) und koaxial hierzu ein zweites Planetenradgetriebe (188).
Das erste Planetenradgetriebe (186) weist ein erstes Sonnenrad (190) und mehrere erste Planetenräder (192) auf, die mit dem Sonnenrad (190) und einem ersten Zahnkranz (194) in Eingriff stehen. Die ersten Planetenräder (192) sind drehbar auf Achsen (198) gelagert, die axial von dem ersten Träger (196) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Der erste Träger (196) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben. Der erste Zahnkranz (194) ist integral mit der ersten Eingangswelle (180) verbunden oder einstückig mit dieser hergestellt.
Das zweite Planetenradgetriebe (188) weist ein zweites Sonnenrad (200) und mehrere zweite Planetenräder (202) auf, die mit dem zweiten Sonnenrad (200) und einem zweiten Zahnkranz (204) kämmen. Die zweiten Planetenräder (202) sind drehbar auf Achsen (208) gelagert, die axial von dem zweiten Träger (206) vorstehen und an diesem befestigt sind. Der zweite Träger (206) kann sich frei drehen und er ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben. Der zweite Zahnkranz (204) ist integral mit der stillstehenden zweiten Eingangswelle (182) gefertigt oder mit dieser verbunden.
Das erste Planetenradgetriebe (186) ist mit dem zweiten Planetenradgetriebe (188) antriebsmäßig verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Sonnenrad (190) integral mit dem zweiten Sonnenrad (200) hergestellt oder mit diesem fest verbunden, so daß sie sich als Einheit drehen. Das erste Sonnenrad (190) und das zweite Sonnenrad (200) sind über ein axial verlaufendes Glied (210) verbunden.
Im Betrieb werden erste Eingangswelle (180) und erster Zahnkranz (194) in einer Richtung angetrieben. Hierdurch wird der erste Träger (196) und der erste Mehrfachschaufelfanrotor (23) im Gegensinn gedreht, und das erste Sonnenrad (190) dreht sich ebenfalls im Gegensinn zu dem Zahnkranz (194). Das zweite Sonnenrad (200) dreht sich mit dem ersten Sonnenrad (190) und weil die zweite Eingangswelle (182) und der zweite Zahnkranz (204) stationär sind, werden der zweite Träger (206) und der zweite Mehrfachschaufelfanrotor (27) mit entgegengesetztem Drehsinn zum ersten Träger (196) und dem ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) angetrieben.
Diese Getriebeanordnung gewährleistet auch, daß erster Mehrfachschaufelfanrotor (23) und zweiter Mehrfachschaufelfanrotor (27) gleiche und entgegengesetzte Drehmomente empfangen.
Eine vierte Getriebeanordnung (224) zum Antrieb des ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23) und des zweiten Mehrfachschaufelfanrotors (27) in entgegengesetztem Drehsinn ist in Fig. 6 dargestellt.
Die Getriebeanordnung (224) umfaßt ein erstes Planetenradgetriebe (226) und koaxial hierzu ein zweites Planetenradgetriebe (228).
Das erste Planetenradgetriebe umfaßt ein erstes Sonnenrad (230) und mehrere erste Planetenräder (232), die mit dem ersten Sonnenrad (230) und einem ersten Zahnkranz (234) kämmen. Die ersten Planetenräder (232) sind drehbar auf Achsen (238) gelagert, die axial von einem ersten Träger (236) vorstehen und an diesem befestigt sind. Das erste Sonnenrad (230) kann sich frei drehen und es ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben. Der erste Zahnkranz (234) ist einstückig mit der ersten Eingangswelle (220) hergestellt oder fest mit dieser verbunden.
Das zweite Planetenradgetriebe (228) umfaßt ein zweites Sonnenrad (240) und mehrere zweite Planetenräder (242), die mit dem zweiten Sonnenrad (240) und einem zweiten Zahnkranz (244) kämmen. Die zweiten Planetenträger (242) sind drehbar auf Achsen (248) gelagert, die axial von einem zweiten Träger (246) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Das zweite Sonnenrad (240) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben. Der zweite Zahnkranz (244) ist integral mit einer zweiten stationären Eingangswelle (22) gefertigt oder mit dieser verbunden.
Der erste Träger (236) ist integral mit dem zweiten Träger (246) gefertigt oder mit diesem verbunden, so daß sich die beiden Träger als Einheit drehen. Der erste Träger (236) und der zweite Träger (246) sind miteinander über ein axial verlaufendes Glied (250) verbunden.
Eine fünfte Getriebeanordnung (264) zum Antrieb des ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23) und des zweiten Mehrfachschaufelfanrotors (27) mit entgegengesetztem Drehsinn ist in Fig. 7 dargestellt.
Die Getriebeanordnung (264) umfaßt ein erstes Planetenradgetriebe (266) und ein zweites Planetenradgetriebe (268) koaxial hierzu.
Das erste Planetenradgetriebe (266) umfaßt ein erstes Sonnenrad (270) und mehrere erste Planetenräder (272), die mit dem ersten Sonnenrad (270) und einem ersten Zahnkranz (274) kämmen. Die ersten Planetenräder (272) sind drehbar auf Achsen (278) gelagert, die axial von dem ersten Träger (276) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Der erste Zahnkranz (274) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben. Der erste Träger (276) ist integral mit einer ersten Eingangswelle (260) gefertigt oder fest mit dieser verbunden.
Das zweite Planetenradgetriebe (268) umfaßt ein zweites Sonnenrad (280) und mehrere zweite Planetenräder (282), die mit dem zweiten Sonnenrad (280) und einem zweiten Zahnkranz (284) kämmen. Die zweiten Planetenräder (282) sind drehbar auf Achsen (288) gelagert, die axial von einem zweiten Träger (286) vorstehen und mit diesem fest verbunden sind. Der zweite Zahnkranz (284) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben. Der zweite Träger (286) ist integral mit der zweiten stationären Antriebswelle (262) gefertigt oder starr mit dieser verbunden.
Das erste Sonnenrad (270) ist integral mit dem zweiten Sonnenrad (280) gefertigt oder fest mit diesem verbunden, so daß sich die beiden Sonnenräder als Einheit drehen. Das erste Sonnenrad (270) ist mit dem zweiten Sonnenrad (280) über ein axial verlaufendes Glied (290) verbunden.
Eine letzte Getriebeanordnung (304) zum Antrieb des ersten Mehrfachschaufelfanrotors (23) und des zweiten Mehrfachschaufelfanrotors (27) mit entgegengesetztem Drehsinn ist in Fig. 8 dargestellt.
Die Getriebeanordnung (304) umfaßt ein erstes Planetenradgetriebe (308) und koaxial hierzu ein zweites Planetenradgetriebe (306).
Das erste Planetenradgetriebe (308) umfaßt ein erstes Sonnenrad (320) und mehrere erste Planetenräder (322), die mit dem ersten Sonnenrad (320) und einem ersten Zahnkranz (324) kämmen. Die ersten Planetenräder (322) sind drehbar auf Achsen (328) gelagert, die axial von dem ersten Träger (326) vorstehen und an diesem festgelegt sind. Das erste Sonnenrad (320) kann sich frei drehen und ist antriebsmäßig mit dem ersten Fanrotor (24) verbunden, um den ersten Mehrfachschaufelfanrotor (23) anzutreiben. Der erste Träger (326) ist integral mit einer ersten Eingangswelle (300) gefertigt oder starr mit dieser verbunden.
Das zweite Planetenradgetriebe (306) umfaßt ein zweites Sonnenrad (310) und mehrere zweite Planetenräder (312), die mit dem zweiten Sonnenrad (310) und einem zweiten Zahnkranz (314) kämmen. Die zweiten Planetenräder (312) sind drehbar auf Achsen (318) gelagert, die axial von einem zweiten Träger (316) vorstehen und an diesem befestigt sind. Das zweite Sonnenrad (310) dreht sich frei und ist antriebsmäßig mit dem zweiten Fanrotor (28) verbunden, um den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor (27) anzutreiben. Der zweite Träger (316) ist integral mit einer zweiten Eingangswelle (302) hergestellt oder fest mit dieser verbunden.
Der erste Zahnkranz (324) ist integral mit dem zweiten Zahnkranz (314) hergestellt oder mit diesem verbunden, so daß sich die beiden Zahnkränze als Einheit drehen. Der erste Zahnkranz (324) und der zweite Zahnkranz (314) sind miteinander durch ein axial verlaufendes Glied (330) verbunden.
Die beschriebenen Getriebeanordnungen besitzen zwei gegenläufig rotierende Ausgänge, die ständig gleiche, aber entgegengesetzte Drehmomente führen, unabhängig von ihrer Drehzahl. Dieser numerische Durchschnittswert der beiden Abtriebsdrehzahlen steht fest, aber die Drehzahlen können gewählt werden, um den Erfordernissen der beiden Schaufelreihen gerecht zu werden.
Ein Vorteil der Anordnung mit zwei gegenläufig rotierenden Mehrfachschaufelfanrotoren oder -propellerrotoren mit gleichem Drehmoment besteht darin, daß der Triebwerksaufbau, der erforderlich ist, um die gegenläufig rotierenden Mehrfachschaufelfanrotoren oder -propellerrotoren zu tragen, in seiner Festigkeit und im Gewicht vermindert werden kann, da es nicht erforderlich ist, irgendwelche Drehmomentbelastungen aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Wirbelenergie, die auf den Luftstrom durch den ersten Mehrfachschaufelfanrotor oder -propellerrotor aufgeprägt wird, vollständig aus dem Luftstrom durch den zweiten Mehrfachschaufelfanrotor oder -propellerrotor entfernt wird, ohne daß Leitschaufeln erforderlich wären.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die zwischen den beiden Schaufelreihen, Fanreihen oder Propellerreihen aufgespaltete Drehzahl frei so gewählt werden kann, wie es die Fanschaufeln oder Propeller erfordern.
Die beschriebene Getriebeanordnung kann dimensionell verändert werden, d. h. es können die Getriebeverhältnisse verändert werden, um das zwischen den gegenläufig umlaufenden Mehrfachschaufelfanrotoren oder Propellern aufgespaltete Drehmoment zu ändern, wenn dies bei einem speziellen Turbofan- oder Turbopropellertriebwerk erwünscht sein sollte.
Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen befindet sich die Getriebeanordnung zwischen dem ersten Mehrfachschaufelfanrotor und dem zweiten Mehrfachschaufelfanrotor, jedoch könnte die Getriebeanordnung auch stromauf oder stromab von erstem und zweitem Mehrfachschaufelfanrotor oder Mehrfachschaufelpropellerrotor angeordnet werden.

Claims (11)

1. Getriebeanordnung zum Antrieb eines ersten Mehrfachschaufelrotors und eines zweiten, hierzu koaxialen, im Gegensinn zu dem ersten Rotor umlaufenden Mehrfachschaufelrotors, welcher folgende Baueinheiten umfaßt: ein erstes Planetenradgetriebe und ein koaxial hierzu liegendes zweites Planetenradgetriebe, wobei das erste Planetenradgetriebe ein erstes Sonnenrad und mehrere Planetenräder aufweist, die mit dem ersten Sonnenrad kämmen, und ein erster Zahnkranz mit den ersten Planetenrädern kämmt, die drehbar auf einem ersten Träger gelagert sind, und wobei das zweite Planetenradgetriebe ein zweites Sonnenrad und mehrere zweite Planetenräder aufweist, die mit dem zweiten Sonnenrad und einem zweiten Zahnkranz in Eingriff stehen und auf einem zweiten Träger gelagert sind; eine erste Antriebswelle, die mit dem ersten Planetenrädergetriebe verbunden ist; eine zweite Antriebswelle, die mit dem zweiten Planetenrädergetriebe verbunden ist, wobei das erste Planetenrädergetriebe antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor und das zweite Planetenradgetriebe antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebswelle (52) antriebsmäßig mit dem ersten Planetenrädergetriebe (104) verbunden ist, daß die zweite Antriebswelle (54) stillsteht, daß das erste Planetenrädergetriebe (104) und das zweite Planetenrädergetriebe (106) antriebsmäßig verbunden sind, wodurch der erste Mehrfachschaufelrotor (23) und der zweite Mehrfachschaufelrotor (27) in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebswelle (52) antriebsmäßig mit dem ersten Sonnenrad (108) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (54) mit dem zweiten Sonnenrad (118) verbunden ist, daß der erste Zahnkranz (112) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß der zweite Zahnkranz (122) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist und daß der erste Träger (114) und der zweite Träger (124) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebswelle (140) antriebsmäßig mit dem ersten Sonnenrad (150) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (142) mit dem zweiten Sonnenrad (160) verbunden ist, daß der erste Träger (156) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß der zweite Träger (166) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist und daß der erste Zahnkranz (154) und der zweite Zahnkranz (164) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
4. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangswelle (180) antriebsmäßig mit dem ersten Zahnkranz (194) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (182) mit dem zweiten Zahnkranz (204) verbunden ist, daß der erste Träger (196) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß der zweite Planetenradträger (206) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist, und daß das zweite Sonnenrad (208) und das erste Sonnenrad (190) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
5. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangswelle (220) antriebsmäßig mit dem ersten Zahnkranz (234) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (222) mit dem zweiten Zahnkranz (244) verbunden ist, daß das erste Sonnenrad (230) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß das zweite Sonnenrad (240) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist und daß der zweite Träger (246) und der erste Träger (236) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
6. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangswelle (260) antriebsmäßig mit dem ersten Träger (276) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (262) mit dem zweiten Träger (286) verbunden ist, daß der erste Zahnkranz (274) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß der zweite Zahnkranz (284) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist und daß das zweite Sonnenrad (280) und das erste Sonnenrad (270) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
7. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangswelle (300) antriebsmäßig mit dem ersten Träger (326) verbunden ist, daß die zweite feste Eingangswelle (302) mit dem zweiten Planetenradträger (316) verbunden ist, daß das erste Sonnenrad (320) antriebsmäßig mit dem ersten Mehrfachschaufelrotor (23) verbunden ist, daß das zweite Sonnenrad (310) antriebsmäßig mit dem zweiten Mehrfachschaufelrotor (27) verbunden ist und daß der zweite Zahnkranz (314) und der erste Zahnkranz (324) antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
8. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Planetenradgetriebe und das zweite Planetenradgetriebe derart dimensioniert und ausgebildet sind, daß der erste Mehrfachschaufelrotor (23) und der zweite Mehrfachschaufelrotor (27) mit entgegengesetztem Drehsinn und gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Drehmomenten umlaufen.
9. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung axial zwischen dem ersten Mehrfachschaufelrotor und dem zweiten Mehrfachschaufelrotor untergebracht ist.
10. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Mehrfachschaufelrotor von einem ersten und einem zweiten Mehrfachschaufelpropeller gebildet sind.
11. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Mehrfachschaufelrotor von einem ersten und einem zweiten Mehrfachschaufelfan mit Fangehäuse gebildet werden.
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