DE10258528A1

DE10258528A1 - Lageranordnung für eine rotierende Welle, insbesondere eine Gasturbinenwelle

Info

Publication number: DE10258528A1
Application number: DE2002158528
Authority: DE
Inventors: Gültekin Ölmez
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2002-12-14
Filing date: 2002-12-14
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-15
Also published as: DE10258528B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine rotierende Welle. DOLLAR A Die Lageranordnung umfasst mit eine rotierende Welle (11), mindestens ein Lager (14) für rotierende Bewegungen und eine Buchse bzw. einen Käfig (17), wobei das oder jedes Lager (14) mit einem Innenring (15) an der Welle (11) und mit einem Außenring (16) an dem Käfig (17) anliegt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Federsteifigkeit des Käfigs (17) veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine rotierende Welle, insbesondere eine Gasturbinenwelle, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Gasturbinen, die zum Beispiel in Flugzeugen als Triebwerke verwendet werden, oder bei anderen Vorrichtungen mit einer rotierenden Welle können im Belastungsfall Resonanzen auftreten, die zu einer Beschädigung zum Beispiel der Gasturbine führen können. Das Auftreten solcher Resonanzschwingungen soll demnach vermieden werden, und zwar vorzugsweise über den gesamten Betriebsbereich der Gasturbine.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Lageranordnung für eine rotierende Welle, insbesondere eine Gasturbinenwelle, zu schaffen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Eingangs genannte Lageranordnung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.

Im Sinne der Erfindung wird eine Lageranordnung für eine rotierende Welle, insbesondere für eine Gasturbinenwelle, vorgeschlagen, die eine rotierende Welle, mindestens ein Lager für rotierende Bewegungen und eine Buchse bzw. einen Käfig umfasst, wobei das oder jedes Lager mit einem Innenring an der Welle und mit einem Außenring an dem Käfig anliegt. Erfindungsgemäß ist eine Federsteifigkeit des Käfigs veränderbar. Durch die Veränderung der Federsteifigkeit des Käfigs kann mit einfachen konstruktiven Maßnahmen dem Auftreten von Resonanzen entgegengewirkt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Federsteifigkeit des Käfigs abhängig von der Drehzahl der Welle veränderbar. Hierdurch ist es möglich, über den gesamten Drehzahlbereich der Welle, vorzugsweise der Gasturbine, das Auftreten von Resonanzen zu vermeiden.

Vorzugsweise liegt an dem Käfig ein in axialer Richtung der Welle bzw. ein in axialer Richtung des Käfigs verschiebbar ausgebildetes Bauteil an, wobei das Bauteil zur Veränderung der Federsteifigkeit des Käfigs in axialer Richtung verschiebbar ist. Der Käfig weist zumindest abschnittsweise in axialer Richtung verlaufende Aussparungen mit zwischen den Aussparungen verlaufenden, elastischen Rippen auf, wobei das Bauteil zur Veränderung der Federsteifigkeit bei axialer Verschiebung desselben eine elastisch effektive Länge der Rippen verändert.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Lageranordnung für eine rotierende Welle nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im stark schematisierten Querschnitt; und
2: eine erfindungsgemäße Lageranordnung für eine rotierende Welle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im stark schematisierten Querschnitt.
Anhand der 1 und 2 werden zwei Ausführungsbeispiele der hier vorliegenden Erfindung beschrieben, mit denen Lageranordnungen für eine rotierende Welle bereitgestellt werden, bei welchen dem Auftreten von Resonanzschwingungen an der Lageranordnung bzw. an der rotierenden Welle entgegengewirkt werden kann.
So zeigt 1 einen stark schematisierten Querschnitt durch eine Lageranordnung 10 einer Gasturbine, mit einer Gasturbinenwelle 11, welche in einem feststehenden Gehäuse 12 positioniert ist und um welche eine Drehachse 13 rotiert. An der Welle 11 greift ein Lager 14 für rotierende Bewegungen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgebildet ist, mit einem Innenring 15 an. Mit einem Außenring 16 greift das Lager 14 an einer feststehenden Buchse bzw. einem feststehenden Käfig 17 an, wobei der Käfig 17 die Welle 11 in axialer Richtung zumindest abschnittsweise umschließt und über einen Befestigungsflansch 18 am Gehäuse 12 befestigt ist.
In einem sich in etwa parallel zur Gasturbinenwelle 11 erstreckenden Abschnitt 19 des Käfigs 17 sind benachbart zum Gehäuse 12 Nuten 20 eingebracht, die von Öl durchströmt sind und zwischen der Lageranordnung 10 und dem Gehäuse 12 für eine sogenannte Squeezefilm-Dämpfung sorgen.
In einem mittleren Abschnitt des zylindrischen Käfigs 17 sind in axialer Richtung verlaufende Aussparungen 21 eingebracht. Über den Umfang des Käfigs 17 sind mehrere solche, sich in axialer Richtung des Käfigs 17 erstreckende Aussparungen 21 vorgesehen. Zwischen den Aussparungen 21 verbleiben Rippen 22, die sich ebenfalls in axialer Richtung des Käfigs 17 erstrecken. Die Rippen 22 sind elastisch. Bedingt durch diese Ausgestaltung des Käfigs 17 wird ein elastischer sowie verformbarer Käfig 17 bereitgestellt. Der Käfig 17 kann auch als Federkäfig oder als Squirrelcage bezeichnet werden.
Es liegt nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung die Federsteifigkeit und damit die Verformbarkeit des Käfigs 17 bzw. der Squirrelcage zu verändern. Hierzu liegt an dem Käfig 17 ein in axialer Richtung des Käfigs 17 bzw. in axialer Richtung der Welle 11 verschiebbar ausgebildetes Bauteil 23 an. Das Bauteil 23 kann im Sinne des in 1 gezeigten Pfeils 24 in zwei Richtungen verschoben. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das Bauteil 23 an einer Innenseite des Käfigs 17 an. Wird das Bauteil 23, welches ebenso wie der Käfig 17 zylindrisch ausgebildet ist, in den Käfig 17 weiter hineingeschoben, so werden hierbei die Aussparungen 21 bzw. die Rippen 22 überdeckt. Wird hingegen das Bauteil 23 aus dem Käfig 17 herausgezogen, so werden die Aussparungen 21 bzw. die Rippen 22 freigegeben.
Durch eine derartige axiale Relativverschiebung des Bauteils 23 zum Käfig 17 wird demnach die effektive, elastische Länge der Rippen 22 beeinflusst. Ist das Bauteil 23 vollständig in den Käfig 17 hineingeschoben und werden dann alle Rippen 22 bzw. Ausnehmungen 21 vollständig von dem Bauteil 23 abgedeckt, so wird hierdurch eine maximale Steifigkeit für den Käfig 17 eingestellt. Je weiter hingegen das Bauteil 23 aus dem Käfig 17 herausgezogen ist, desto elastischer wird das Verhalten des Käfigs 17. Durch eine einfache, axiale Verschiebung des Bauteils 23 ist demnach die Steifigkeit bzw. Elastizität des Käfigs 17 veränderbar. Die Verschiebung des Bauteils 23 in axialer Richtung kann zum Beispiel über ein Zahnrad 25 erfolgen, welches mit dem Bauteil 23 zusammenwirkt.
Wie bereits erwähnt, liegt im Ausführungsbeispiel der 1 das Bauteil 23 an der Innenseite des Käfigs 17 an. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der hier vorliegenden Erfindung, bei welcher das Bauteil 23 zur Veränderung der Federsteifigkeit des Käfigs 17 an der Außenseite des Käfigs 17 anliegt. Da das Ausführungsbeispiel gemäß 2 ansonsten jedoch dem Ausführungsbeispiel der 1 entspricht, werden zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet.
So ist beim Ausführungsbeispiel der 2 das Bauteil 23, welches auf der Außenseite des Käfigs 17 anliegt und auf der Außenseite des Käfigs 17 in axialer Richtung relativ zum Käfig 17 verschoben wird, über auf der Unterseite des Bauteils 23 angeordnete Rollen 26 relativ zum Käfig 17 verschiebbar. An der Unterseite wird das Bauteil 23 seitlich von Dichtlippen 27 begrenzt. Auch beim Ausführungsbeispiel der 2 wird die elastische, effektive Länge der Rippen 22 durch die axiale Verschiebung des Bauteils 23 im Sinne des Pfeils 24 verändert. Wird bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel das Bauteil 23 nach rechts verschoben, so werden die Rippen 22 bzw. die Ausnehmungen 21 stärker überdeckt und die Federsteifigkeit des Käfigs 17 wird erhöht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann demnach durch einfache, axiale Verstellung des Bauteils 23 die Federsteifigkeit bzw. die Elastizität des Käfigs 17 verändert werden.
Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Federsteifigkeit bzw. Elastizität des Käfigs abhängig von der Drehzahl der Gasturbinenwelle 11 zu verändern. Hierzu ist über eine nicht-dargestellte Steuerungseinrichtung die axiale Verschiebung des Bauteils 23 derart steuerbar, dass das Bauteil 23 abhängig von der Drehzahl der Gasturbinenwelle 11 in axialer Richtung verschoben wird. Hierdurch kann über den gesamten Drehzahlbereich der Welle 11 das Auftreten von Resonanzschwingungen vermieden werden.
Im Sinne der Erfindung wird demnach eine Lageranordnung für eine rotierende Gasturbinenwelle 11 vorgeschlagen, die einen Käfig 17 umfasst, dessen Steifigkeit abhängig von der Drehzahl der Gasturbinenwelle 11 eingestellt werden kann. Dies wird durch axiale Verschiebung eines Bauteils 23 erreicht, das entweder an der Innenseite oder der Außenseite des Käfigs 17 anliegt. Das Bauteil 23 wird in axialer Richtung der Welle 11 bzw. des Käfigs 17 verschoben.

10: Lageranordnung
11: Gasturbinenwelle
12: Gehäuse
13: Drehachse
14: Lager
15: Innenring
16: Außenring
17: Käfig
18: Befestigungsflansch
19: Abschnitt
20: Nut
21: Aussparung
22: Rippe
23: Bauteil
24: Pfeil
25: Zahnrad
26: Rolle
27: Dichtlippe

Claims

Lageranordnung für eine rotierende Welle, insbesondere für eine Gasturbinenwelle, mit einer rotierenden Welle (11), mit mindestens einem Lager (14) für rotierende Bewegungen und mit einer Buchse bzw. einem Käfig (17), wobei das oder jedes Lager (14) mit einem Innenring (15) an der Welle (11) und mit einem Außenring (16) an dem Käfig (17) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federsteifigkeit des Käfigs (17) veränderbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit des Käfigs (17) abhängig von der Drehzahl der Welle (11) veränderbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Käfig (17) ein in axialer Richtung der Welle (11) bzw. des Käfigs (17) verschiebbar ausgebildetes Bauteil (23) anliegt, wobei das Bauteil (23) zur Veränderung der Federsteifigkeit des Käfigs (17) in axialer Richtung verschiebbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (23) zur Veränderung der Federsteifigkeit an einer Innenseite des Käfigs (17) anliegt.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (23) zur Veränderung der Federsteifigkeit an einer Außenseite des Käfigs (17) anliegt.
Lageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (17) zumindest abschnittsweise in axialer Richtung verlaufende Aussparungen (21) mit zwischen den Aussparungen (21) verlaufenden, elastischen Rippen (22) aufweist, und dass das Bauteil (23) zur Veränderung der Federsteifigkeit bei axialer Verschiebung desselben eine elastisch effektive Länge der Rippen (22) verändert.
Lageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung die axialer Verschiebung des Bauteils (23) zur Veränderung der Federsteifigkeit abhängig von der Drehzahl der Welle (11) steuert.