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DE102016209262A1 - Adjustment device and adjustment method of an axial load in an aircraft engine - Google Patents

Adjustment device and adjustment method of an axial load in an aircraft engine Download PDF

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DE102016209262A1
DE102016209262A1 DE102016209262.6A DE102016209262A DE102016209262A1 DE 102016209262 A1 DE102016209262 A1 DE 102016209262A1 DE 102016209262 A DE102016209262 A DE 102016209262A DE 102016209262 A1 DE102016209262 A1 DE 102016209262A1
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DE
Germany
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axial load
deformation
bearing
aircraft engine
pressure
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Withdrawn
Application number
DE102016209262.6A
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German (de)
Inventor
Rudolf Lück
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung einer Axiallast (A) auf mindestens ein als Festlager ausgebildetes Wälzlager (1) in einem Flugzeugtriebwerk (100), gekennzeichnet durch mindestens ein Stellmittel für die Axiallast (A), das in Abhängigkeit von einem Betriebsdruck, insbesondere aus einer Kammer eines Verdichters, arbeitet. Die Erfindung umfasst auch ein Einstellverfahren.The invention relates to an adjustment device of an axial load (A) on at least one roller bearing (1) designed as a fixed bearing in an aircraft engine (100), characterized by at least one adjusting means for the axial load (A), which is dependent on an operating pressure, in particular from a chamber a compressor works. The invention also includes a setting method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung zur Einstellung der Axiallast in einem Flugzeugtriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Einstellverfahren für die Axiallast auf ein Wälzlager in einem Flugzeugtriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 12. The invention relates to an adjusting device for adjusting the axial load in an aircraft engine with the features of claim 1 and an adjustment method for the axial load on a rolling bearing in an aircraft engine with the features of claim 12.

Wälzlager in Flugzeugtriebwerken werden erheblichen Belastungen ausgesetzt, insbesondere auch Axiallasten, die durch axiale Kräfte an Verdichterstufen und / oder Turbinenstufen hervorgerufen werden. Eine Einstellung auf einen bestimmten Wert der Axiallasten führt dazu, dass die Lebensdauer der Wälzlager erhöht wird. Durch den Einsatz von Getrieben im Wellenstrang der Flugzeugtriebwerke, den sogenannten power gearboxes in Turbofantriebwerken, wird die Bedeutung der Wälzlager und die Einstellbarkeit der relevanten Axiallast noch erhöht werden. Rolling bearings in aircraft engines are exposed to considerable loads, in particular axial loads, which are caused by axial forces on compressor stages and / or turbine stages. Setting to a certain value of the axial loads will increase the life of the rolling bearings. The use of gears in the shaft train of aircraft engines, the so-called power gearboxes in turbofan engines, the importance of rolling bearings and the adjustability of the relevant axial load is still increased.

Daher besteht die Aufgabe, Einstellvorrichtungen und Einstellverfahren für die Einstellung der Axiallast in einem Flugzeugtriebwerk bereitzustellen. Therefore, the object is to provide adjusting devices and adjustment methods for adjusting the axial load in an aircraft engine.

Diese Aufgabe wird durch eine Einstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by an adjusting device with the features of claim 1.

Dabei wird mindestens ein Stellmittel für die Axiallast eingesetzt, das in Abhängigkeit von einem Betriebsdruck, insbesondere aus einer Kammer eines Verdichters, arbeitet. In this case, at least one adjusting means for the axial load is used, which operates in response to an operating pressure, in particular from a chamber of a compressor.

Dabei weist die Einstellvorrichtung ein Datenverarbeitungsmittel mit einem Rechenmodell für die Berechnung der Axiallast in Abhängigkeit von an einem Wälzlager gewonnenen Messdaten für die Verformung, insbesondere der Amplitude eines Überrollsignals, die Temperatur und / oder der Überrollfrequenz auf, wobei der Ausgangswert des Rechenmodells eine Stellgröße, insbesondere die Größe einer Ventilöffnung und / oder eines Drucks repräsentiert, mit der die Axiallast auf das mindestens eine Wälzlager auf einen Sollwert einstellbar ist. Beim Überrollen der Sensorposition werden die Amplitude und die Frequenz der Verformung gemessen. Mit diesen beiden Eingangsgrößen und der gemessenen Axiallast werden die Koeffizienten einer Funktion (z.B. Polynom) über eine least-square Schätzung (Fehlerquadratminimierung) geschätzt. Daraus wird eine Funktion gebildet, die eine Bestimmung der Axiallast mit diesen beiden Eingangsgrößen zulassen. Des Weiteren wird eine Drehzahl des Flugzeugtriebwerks erfasst. In this case, the setting device has a data processing means with a mathematical model for the calculation of the axial load as a function of measurement data obtained on a roller bearing for the deformation, in particular the amplitude of a rollover signal, the temperature and / or the rollover frequency, the output value of the computer model being a manipulated variable, in particular represents the size of a valve opening and / or a pressure with which the axial load on the at least one roller bearing is adjustable to a desired value. As the sensor position rolls over, the amplitude and frequency of the deformation are measured. With these two inputs and the measured axial load, the coefficients of a function (e.g., polynomial) are estimated via a least-square estimate (least-squares minimization). From this, a function is formed which allows a determination of the axial load with these two input variables. Furthermore, a rotational speed of the aircraft engine is detected.

Das Rechenmodell (z.B. ein Schätzmodell) kann insbesondere zeitlich getrennt (d.h. offline) von eigentlichen Einsatz der Einstellvorrichtung gewonnen werden. So ist es möglich, dass z.B. anhand von Messungen und Parameteruntersuchungen an einem identischen oder ähnlichen Wälzlager das Rechenmodell bestimmt wird, das dann in Form von Software und / oder Hardware mit Einstellvorrichtung gekoppelt wird. In particular, the computational model (e.g., an estimation model) may be obtained separately (i.e., offline) from actual use of the adjuster. So it is possible that e.g. Based on measurements and parameter investigations on an identical or similar rolling bearing, the calculation model is determined, which is then coupled in the form of software and / or hardware with setting device.

Die Ausgangsgrößen des Rechenmodells liefert die Axialkraft. Dies ist der Istwert eines Regelkreises. Der Sollwert bei der Auslegung des Lagers wird bestimmt. Die Regeldifferenz zwischen Soll- und Istwert bestimmt über einen Regelalgorithmus die Stellgröße. The output variables of the calculation model provide the axial force. This is the actual value of a control loop. The setpoint in the design of the bearing is determined. The control difference between setpoint and actual value determines the manipulated variable via a control algorithm.

Der Ausgangswert des Rechenmodells repräsentiert eine Stellgröße. Die Stellgröße insbesondere die Größe einer Ventilöffnung und / oder eines Drucks sein, mit der die Axiallast auf das mindestens eine Wälzlager auf einen Sollwert einstellbar ist. Mittels des Rechnermodells ist ein z.B. Steuerdruck als Stellgröße berechenbar, mit dem die Axiallast auf das Wälzlager auf einen Sollwert (Nominalwert der Lagerlast) einstellbar ist. The output value of the calculation model represents a manipulated variable. The manipulated variable in particular be the size of a valve opening and / or a pressure with which the axial load on the at least one roller bearing is adjustable to a desired value. By means of the computer model is a e.g. Control pressure can be calculated as a manipulated variable with which the axial load on the rolling bearing can be set to a nominal value (nominal value of the bearing load).

Der Regler mit dem Rechenmodell stellt somit mittelbar einen funktionalen Zusammenhang zwischen den Messgrößen Verformung und Überrollfrequenz und der Stellgröße her, mit der die Axialkraft im Flugzeugtriebwerk einstellbar ist. The controller with the calculation model thus indirectly establishes a functional relationship between the measured variables deformation and rollover frequency and the manipulated variable with which the axial force in the aircraft engine can be adjusted.

Dabei kann das Rechenmodell in einer Ausführungsform ein parametrisiertes Modell, einen funktionalen Zusammenhang und / oder eine z.B. Lookup-Tabelle aufweisen. Alle diese Möglichkeiten können effizient als Software und / oder Hardware implementiert werden. In this case, in one embodiment, the computational model may have a parameterized model, a functional relationship and / or a e.g. Lookup table. All of these possibilities can be efficiently implemented as software and / or hardware.

In einer Ausführungsform ist ein repräsentativer Wert für die Verformung und Überrollhäufigkeit des mindestens einen Wälzlagers die Amplitude der Verformung, die sich aus einem Überrollsignal ergibt. Die Erfassung des repräsentativen Wertes für die Verformung des mindestens einen Wälzlagers kann in einer Ausführungsform ein piezoelektrisches, ein piezoresistives Element und / oder einen Beschleunigungssensor aufweisen. In one embodiment, a representative value for the deformation and rollover frequency of the at least one rolling bearing is the amplitude of the deformation resulting from a rollover signal. The detection of the representative value for the deformation of the at least one roller bearing may in one embodiment comprise a piezoelectric, a piezoresistive element and / or an acceleration sensor.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Einstellvorrichtung auch in einem geschlossenen Regelkreis verwendet werden, bei dem die Messdaten für die Verformung, die Temperatur und / oder die Überrollfrequenz an dem Wälzlager messbar sind, an dem die Axiallast einstellbar ist. Das Datenverarbeitungsmittel und das Rechenmodell befinden sich dann im geschlossenen Regelkreis. In a further embodiment, the adjusting device can also be used in a closed control loop, in which the measured data for the deformation, the temperature and / or the rollover frequency can be measured at the rolling bearing on which the axial load is adjustable. The data processing means and the computer model are then in a closed loop.

Somit kann mittels einiger Eingangsgrößen die Stellgröße bestimmt werden, mit der eine Axiallast an einem Wälzlager gezielt einstellbar ist. Wenn z.B. die Axiallast eingestellt werden soll, so kann der Steuerdruck gezielt so gewählt werden, dass er die anderen axialen Komponenten möglichst weit kompensiert. Dies kann auch in Form einer Regelung passieren, so dass diese Art der Axialkrafteinstellung kontinuierlich erfolgt. Thus, the manipulated variable can be determined by means of some input variables, with which an axial load on a rolling bearing is specifically adjustable. If, for example, the axial load is to be adjusted, then the control pressure can be selected specifically so that it as far as possible the other axial components compensated. This can also happen in the form of a control, so that this type of Axialkrafteinstellung takes place continuously.

Dabei kann das Wälzlager als ein Kugellager oder Schrägkugellager ausgebildet sein. Typischerweise ist es möglich, dass in Ausführungsformen das Wälzlager an einer Welle für eine Fanstufe (z.B. in einem Turbofan-Triebwerk) und / oder einer Welle für einen Verdichter des Flugzeugtriebwerkes angeordnet ist. In this case, the rolling bearing may be formed as a ball bearing or angular contact ball bearings. Typically, in embodiments, it is possible for the rolling bearing to be disposed on a shaft for a fan stage (e.g., in a turbofan engine) and / or a shaft for a compressor of the aircraft engine.

In einer Ausführungsform umfasst ein Drucksteuerungsmittel mindestens einen pneumatischen Zylinder, mit dem eine axiale Kraft auf eine Welle aufbringbar ist. Der pneumatische Zylinder dient somit als Stellglied zur Einstellung der Axiallast. Auch umfasst in einer Ausführungsform das Drucksteuerungsmittel Wellendichtungen, insbesondere Labyrinthdichtungen und / oder Bürstendichtungen. Damit kann ein gezieltes Nachführen von Luft zur Einstellung des Steuerdrucks bewirkt werden. In one embodiment, a pressure control means comprises at least one pneumatic cylinder with which an axial force can be applied to a shaft. The pneumatic cylinder thus serves as an actuator for adjusting the axial load. Also, in one embodiment, the pressure control means comprises shaft seals, in particular labyrinth seals and / or brush seals. Thus, a targeted tracking of air for adjusting the control pressure can be effected.

Alternativ oder zusätzlich kann in einer Ausführungsform das Drucksteuerungsmittel in Abhängigkeit von einer am Wälzlager ermittelten Verformung automatisch eine Umschaltung von einem Betriebszustand auf einen anderen vornehmen. Damit kann z.B. in einem Schadensfall eine automatische Anpassung der axialen Belastung vorgenommen werden, indem z.B. bei einem Schrägkugellager von einer zerstörten Paarung in einer Lastumkehr auf eine noch nicht geschädigte Paarung der Lagerlaufflächen umgeschaltet wird. Alternatively or additionally, in one embodiment, the pressure control means may automatically switch over from one operating condition to another depending on a deformation detected on the rolling bearing. Thus, e.g. in case of damage, an automatic adjustment of the axial load is made by e.g. is switched in an angular contact ball bearing of a destroyed pairing in a load reversal on a not yet damaged pairing of bearing surfaces.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen werden anhand von Figuren beschrieben. Dabei zeigt The object is also achieved by a method having the features of claim 12. Embodiments of the methods and apparatus will be described with reference to figures. It shows

1 ein Flugzeugtriebwerk mit einem Getriebe zwischen einer Turbinenstufe und einer Fanstufe und einer Steuerung; 1 an aircraft engine having a transmission between a turbine stage and a fan stage and a controller;

2 ein Flugzeugtriebwerk mit einem Getriebe zwischen einer Turbinenstufe und einer Fanstufe und einer Regelung; 2 an aircraft engine having a transmission between a turbine stage and a fan stage and a controller;

3 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Lagerung einer Welle mit einer Drucksteuerungsvorrichtung; 3 a schematic sectional view of an embodiment of a bearing of a shaft with a pressure control device;

4 eine schematische Darstellung eines Flugzeugtriebwerkes mit einer Getriebevorrichtung und einer Drucksteuerungsvorrichtung; 4 a schematic representation of an aircraft engine with a transmission device and a pressure control device;

5 eine beispielhafte Darstellung für ein Rechenmodell zur Bestimmung der Axiallast. 5 an exemplary representation of a calculation model for determining the axial load.

In 1 ist ein Flugzeugtriebwerk 100 in Turbofan-Bauweise mit einer Drehachse 11 schematisch dargestellt, wobei hier eine Getriebevorrichtung 14 (power gearbox) zwischen einem Niederdruckverdichter 15 und einer Fanstufe 13 angeordnet ist. In 1 is an aircraft engine 100 in turbofan design with a rotation axis 11 schematically shown, in which case a transmission device 14 (power gearbox) between a low pressure compressor 15 and a fan stage 13 is arranged.

Das Flugzeugtriebwerk 100 weist in axialer Strömungsrichtung einen Lufteinlauf 12, die Fanstufe 13 (die hier als Teil des Niederdruckverdichters 15 aufgefasst wird), die Getriebevorrichtung 14, einen Hochdruckverdichter 16, eine Brennkammer 17, eine Hochdruckturbine 18, eine Niederdruckturbine 19 und einen Auslass 20 auf. Ein Gehäuse 21 (Nacelle) umschließt das Flugzeugtriebwerk 100 in Teilen und definiert den Lufteinlauf 12. The aircraft engine 100 has an air inlet in the axial flow direction 12 , the fan stage 13 (here as part of the low pressure compressor 15 understood), the transmission device 14 , a high pressure compressor 16 , a combustion chamber 17 , a high-pressure turbine 18 , a low-pressure turbine 19 and an outlet 20 on. A housing 21 (Nacelle) encloses the aircraft engine 100 in parts and defines the air intake 12 ,

Das Flugzeugtriebwerk 100 arbeitet in grundsätzlich bekannter Weise, so dass in den Lufteinlauf 12 eintretende Luft durch die Fanstufe 13 beschleunigt wird, wobei zwei Luftströme erzeugt werden: Ein erster Luftstrom wird in den Niederdruckverdichter 13 innerhalb des Kerntriebwerks geführt. Ein zweiter Luftstrom wird durch einen Nebenstromkanal 22 geführt, um den Hauptanteil des Schubes zu erzeugen. Die Luft, die nicht durch den Nebenstromkanal 22 geführt wird, fließt durch das Kerntriebwerk. The aircraft engine 100 works in a basically known way, so that in the air inlet 12 entering air through the fan stage 13 is accelerated, whereby two air flows are generated: A first air flow is in the low-pressure compressor 13 guided within the core engine. A second air flow is through a bypass duct 22 led to generate the majority of the thrust. The air is not through the bypass duct 22 is guided, flows through the core engine.

Die Niederdruck- und Hochdruckverdichter 15, 16 im Kerntriebwerk komprimieren den dortigen Luftstrom, der für die Verbrennung in die Brennkammer 17 geführt wird. The low pressure and high pressure compressor 15 . 16 in the core engine compress the local air flow, which for combustion in the combustion chamber 17 to be led.

Die entstehenden heißen Verbrennungsprodukte entspannen sich in den Hochdruck- und Niederdruckturbinen 18, 19 und treiben diese an. Anschließend treten die Verbrennungsprodukte durch den Luftauslass 20 aus und stellen einen weiteren Schubanteil zur Verfügung. The resulting hot combustion products relax in the high pressure and low pressure turbines 18 . 19 and drive these. Subsequently, the products of combustion pass through the air outlet 20 and provide another thrust share.

Die Hochdruckturbine 18 treibt über eine Hochdruckwelle 24 den Hochdruckverdichter 16 an. Die Niederdruckturbine 19 treibt über eine Niederdruckwelle 23 den Niederdruckverdichter 15 mit der Fanstufe 13 an. Somit liegt hier ein Zweiwellen-System vor. The high pressure turbine 18 drives over a high pressure shaft 24 the high pressure compressor 16 at. The low pressure turbine 19 drives over a low pressure wave 23 the low pressure compressor 15 with the fan stage 13 at. Thus, here is a two-shaft system.

Die Fanstufe 13 ist drehbar mit der Niederdruckwelle 23 über die Getriebevorrichtung 14 verbunden. The fan stage 13 is rotatable with the low pressure shaft 23 over the transmission device 14 connected.

Die Getriebevorrichtung 14 ist ein Reduktionsgetriebe, mit dem die Drehzahl der Fanstufe 13 relativ zur Niederdruckturbine 19 und dem Niederdruckverdichter 15 reduziert werden kann. Eine solche Anordnung ermöglicht eine höhere Drehzahl und eine effizientere Niederdruckturbine 19 und eine langsamer drehende Fanstufe 13, mit der ein höheres Nebenstromverhältnis erreichbar ist. The transmission device 14 is a reduction gear, with the speed of the Fanstufe 13 relative to the low-pressure turbine 19 and the low pressure compressor 15 can be reduced. Such an arrangement allows for higher speed and a more efficient low pressure turbine 19 and a slower rotating stage 13 with which a higher bypass ratio can be achieved.

Durch die Entkopplung der Drehzahlen ist es möglich, die Drehzahlen der Fanstufe 13 und der Niederdruckturbine 19 unabhängig voneinander zu optimieren, auch wenn dabei durch die Getriebevorrichtung 14 ein zusätzliches Gewicht eingeführt wird. By decoupling the speeds, it is possible to increase the speeds of the fan stage 13 and the low-pressure turbine 19 to optimize independently, even if doing so by the gear device 14 an additional weight is introduced.

Somit liegen bei dem hier schematisch dargestellten Flugzeugtriebwerk 100 zwei Wellen 23, 24 und eine Fanstufe 13 vor, die jeweils mit unterschiedlichen Drehzahlen ni arbeiten. Thus, in the aircraft engine shown schematically here 100 two waves 23 . 24 and a fan stage 13 before, each working with different speeds n i .

Das in 1 dargestellte Flugzeugtriebwerk 100 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Andere Flugzeugtriebwerke 100 weisen z.B. ein Dreiwellen-System auf oder weisen eine andere Ausgestaltung der Verdichter 15, 16 oder Turbinen 18, 19 auf. Grundsätzlich kann ein Flugzeugtriebwerk auch ohne Fanstufe 13 als Turbojet-Triebwerk ausgebildet sein. This in 1 illustrated aircraft engine 100 is merely an example. Other aircraft engines 100 For example, have a three-shaft system or have another embodiment of the compressor 15 . 16 or turbines 18 . 19 on. Basically, an aircraft engine without Fanstufe 13 be designed as a turbojet engine.

In Verbindung mit dem Zweiwellen-System ist in 1 beispielhaft ein Wälzlager 1 als Festlager dargestellt, das den Hochdruckverdichter 16 gegenüber der Hochdruckwelle 24 lagert. Das Wälzlager 1 ist hier als Schrägkugellager ausgebildet. Schrägkugellager sind grundsätzlich in der Lage, sowohl große axiale als auch radiale Kräfte aufzunehmen, wobei die Einstellung der axialen Lasten sich u.a. positiv auf die Lebensdauer des Wälzlagers 1 auswirkt. In conjunction with the twin-shaft system is in 1 an example of a rolling bearing 1 shown as a fixed bearing, which is the high pressure compressor 16 opposite the high pressure shaft 24 outsourced. The rolling bearing 1 is designed here as angular contact ball bearings. Angular contact ball bearings are basically able to absorb both large axial and radial forces, wherein the adjustment of the axial loads, among other things positive on the life of the bearing 1 effect.

Im Folgenden soll die resultierenden Axiallast A betrachtet werden, die auf das Wälzlager 1 einwirkt (siehe 1 und 2). Im Folgenden wird vor allem auf 3 Bezug genommen, bei der ein Wälzlager 1 einer Niederdruckwelle 23 vergrößert dargestellt ist. In the following, the resulting axial load A to be considered, which on the rolling bearing 1 acts (see 1 and 2 ). The following will be mainly on 3 Reference is made to a rolling bearing 1 a low pressure wave 23 is shown enlarged.

Der Axialkraftausgleich am Wälzlager 1 wird insbesondere notwendig, da Verdichter 15, 16, und Turbinen 18, 19, die jeweils auf einer gemeinsamen Welle 23, 24 gelagert sind, unterschiedlich große Axialkräfte hervorrufen, die zudem auch noch in entgegengesetzte Richtungen weisen (Verdichter 15, 16 leiten eine Kraft nach vorne ein, Turbinen 18, 19 eine Kraft nach hinten), so dass immer eine – in der Regel nach vorne gerichtete – resultierende Axialkraft A verbleibt, die u.a. vom Wälzlager 1 aufgenommen werden muss. Der Betrag dieser resultierenden Axialkraft A ist im Übrigen nicht konstant, sondern ändert sich mit dem Betriebszustand. The axial force compensation on the rolling bearing 1 becomes particularly necessary as compressor 15 . 16 , and turbines 18 . 19 , each on a common wave 23 . 24 are stored, cause different levels of axial forces, which also also have in opposite directions (compressor 15 . 16 introduce a force forward, turbines 18 . 19 a force to the rear), so that always a - usually forward - resulting axial force A remains, including the rolling bearing 1 must be recorded. The amount of this resulting axial force A is otherwise not constant, but changes with the operating state.

Neben den durch Verdichter 15, 16 und Turbinen 18, 19 erzeugten Axialkräften, werden Axiallastkomponenten durch unterschiedliche Luftdrücke und Luftströme (z.B. Sperrluft zum Abdichten ölgeschmierter Lager) bewirkt, die an Rotorscheiben der Verdichter 15, 16 und Turbinen 18, 19 anliegen. In addition to the through compressor 15 . 16 and turbines 18 . 19 axial forces generated, Axiallastkomponenten by different air pressures and air currents (eg sealing air for sealing oil-lubricated bearing) is effected on the rotor disks of the compressor 15 . 16 and turbines 18 . 19 issue.

In den 1 und 2 werden Ausführungsformen dargestellt, bei denen eine Steuerung (1) oder eine Regelung zur Einstellung der Axiallast A verwendet werden. In the 1 and 2 Embodiments are shown in which a controller ( 1 ) or a control for adjusting the axial load A can be used.

Bei der Steuerung gemäß 1 wird ein Datenverarbeitungsmittel 30 mit einem Rechenmodell 31 für die Berechnung der Axiallast A in Abhängigkeit von an einem Wälzlager gewonnenen Messdaten für die Verformung, insbesondere der Amplitude eines Überrollsignals (siehe z.B. 5), die Temperatur und / oder der Überrollfrequenz verwendet. Eingangswerte für das Rechenmodell 31 können auch die Drehzahl, die Flughöhe und / oder die Geschwindigkeit sein. In the control according to 1 becomes a data processing means 30 with a calculation model 31 for the calculation of the axial load A as a function of measurement data obtained for a deformation on a roller bearing, in particular the amplitude of a rollover signal (see, for example, US Pat 5 ), the temperature and / or the rollover frequency used. Input values for the calculation model 31 may also be the speed, the altitude and / or the speed.

Der Ausgangswert des Datenverarbeitungsmittels 30 ist eine Stellgröße (d.h. ein Steuersignal), hier ein Steuerdruck, der z.B. über eine 1 und 2 nicht dargestellte Ventileinrichtung aufgegeben wird. Konstruktive Ausführungen zur Stellmittelen sind in 3 und 4 dargestellt. The output value of the data processing means 30 is a manipulated variable (ie a control signal), here a control pressure, eg via a 1 and 2 not shown valve device is abandoned. Constructive designs for adjusting means are in 3 and 4 shown.

Mit der Stellgröße, die insbesondere die Größe einer Ventilöffnung und / oder einen Druck repräsentiert, ist die Axiallast A auf das mindestens eine Wälzlager 1 auf einen Sollwert einstellbar. With the manipulated variable, which in particular represents the size of a valve opening and / or pressure, the axial load A is on the at least one rolling bearing 1 adjustable to a setpoint.

In 2 ist ein analoges Einstellmittel mit einem geschlossenen Regelkreis dargestellt, wobei grundsätzlich auf die Beschreibung der 1 Bezug genommen werden kann. In 2 is an analog adjusting means shown with a closed loop, in principle to the description of the 1 Reference can be made.

Zur Einstellung auf einen Sollwert der Axiallast A an einem der Wälzlager 1, weist die Ausführungsform mit dem geschlossenen Regelkreis ein Mittel zur Erfassung (insbesondere Messung) eines repräsentativen Wertes für eine Verformung d des Wälzlagers 1 auf. Ein solcher repräsentativer Wert für die Verformung d kann z.B. aus der Amplitude des Überrollsignals des Wälzlagers 1 gewonnen werden. Je größer die Amplitude des Überrollsignals, desto größer ist die Verformung d. Die Amplitude kann z.B. durch ein piezoelektrisches Element oder einen Beschleunigungssensor aufgenommen werden, die an dem Wälzlager 1 angeordnet sind. To set to a setpoint of the axial load A on one of the bearings 1 , The closed-loop embodiment has a means for detecting (in particular measurement) a representative value for a deformation d of the rolling bearing 1 on. Such a representative value for the deformation d can, for example, from the amplitude of the rollover signal of the rolling bearing 1 be won. The greater the amplitude of the rollover signal, the greater the deformation d. The amplitude can be recorded, for example, by a piezoelectric element or an acceleration sensor attached to the rolling bearing 1 are arranged.

Des Weiteren wird ein Mittel 60 zur Erfassung (insbesondre Messung) einer Drehzahl n des Flugzeugtriebwerks 100 vorgesehen. Dabei kann es sich z.B. um die Drehzahl n1 der Niederdruckwelle 23 handeln. Furthermore, it becomes a means 60 for detecting (especially measuring) a rotational speed n of the aircraft engine 100 intended. This may be, for example, the speed n 1 of the low pressure shaft 23 act.

In einem Flugzeugtriebwerk ohne Reduktionsgetriebe findet über den Schaft eine axiale Lastbalance zwischen Fan und Turbine stat. Verwendet man ein Reduktionsgetriebe, dann ist diese axiale Lastbalance „aufgebrochen“. Deshalb sind zwischen dem Reduktionsgetriebe und der Turbine große axiale Kräfte aufzunehmen. In an aircraft engine without reduction gear finds an axial load balance between fan and turbine stat. If one uses a reduction gear, then this axial load balance is "broken". Therefore, between the reduction gear and the turbine to absorb large axial forces.

Die Werte für die Verformung d und die Drehzahl n liefern Eingangswerte für ein Rechnermodell 31 in einem Datenverarbeitungsmittel 30, das als Mikrorechner z.B. im Triebwerk 100 angeordnet ist. Des Weiteren verwendet das Rechnermodell 31 im Datenverarbeitungsmittel 30 mindestens einen Wert für einen pneumatischen Druck p1, p2 im Inneren des Flugzeugtriebwerkes 100. The values for the deformation d and the speed n provide input values for a computer model 31 in a data processing means 30 , as a microcomputer eg in the engine 100 is arranged. Of Further uses the computer model 31 in the data processing means 30 at least one value for a pneumatic pressure p 1 , p 2 inside the aircraft engine 100 ,

In 5 ist beispielhaft ein Rechenmodell 31 dargestellt, bei dem aus zwei Eingangsgrößen (Käfigfrequenz und Amplitudengröße) eine Axialkraft (d.h. als geschätzte Axialkraft) berechenbar ist. In 5 is an example of a calculation model 31 in which an axial force (ie as an estimated axial force) can be calculated from two input variables (cage frequency and amplitude variable).

Das Rechnermodell 31 kann aus diesen Werten die resultierende Axiallast A auf das Wälzlager 1 berechnen. Dabei berechnet es auch einen Steuerdruck pcontrol, der im Inneren des Flugzeugtriebwerkes 100 so eingestellt werden kann, dass die Axiallast A auf das Wälzlager 1 einem vorgegebenen Sollwert entspricht oder im Rahmen einer Optimierungsrechnung eingestellt wird. The computer model 31 can from these values the resulting axial load A on the rolling bearing 1 to calculate. It also calculates a control pressure p control , inside the aircraft engine 100 can be adjusted so that the axial load A on the rolling bearing 1 corresponds to a predetermined setpoint or is set as part of an optimization calculation.

In 3 ist dargestellt, dass das Datenverarbeitungsmittel 30 die Eingangswerte für die Verformung d, die Drehzahl n und Drücke p1, p2 erhält. Daraus berechnet das Rechnermodell den Steuerdruck pcontrol, mit dem z.B. die Axialkraft A eingestellt werden kann. In 3 is shown that the data processing means 30 receives the input values for the deformation d, the speed n and pressures p1, p2. From this, the computer model calculates the control pressure p control , with which, for example, the axial force A can be set.

Mit Bezug auf die 2 kann der Steuerdruck pcontrol durch eine Drucksteuerungsvorrichtung 40 (Hier nur schematisch dargestellt.) gezielt im Rahmen einer Regelung auf der stromabwärts liegenden Seite einer Rotorscheibe 25 aufgebaut werden, d.h. gesenkt werden, um der stromaufwärts gerichteten Axialkraft A entgegenzuwirken. Hier würde der Druck p2 entsprechend gesenkt werden. Die Einstellung von Drücken im Inneren von Flugzeugtriebwerken 100 zur Einflusseinnahme auf die Axiallasten A ist grundsätzlich bekannt. Hier ist wesentlich, dass unterschiedliche Daten, wie z.B. die Verformung d und die Drehzahl in einem Rechnermodell verwendet werden, um die Stellgröße pcontrol zu bestimmen. With reference to the 2 For example, the control pressure p control may be controlled by a pressure control device 40 (Shown here only schematically.) Targeted in the context of a control on the downstream side of a rotor disk 25 be built, ie lowered to counteract the upstream axial force A. Here, the pressure p 2 would be lowered accordingly. The adjustment of pressures inside aircraft engines 100 for influencing the axial loads A is basically known. Here it is essential that different data, such as the deformation d and the speed are used in a computer model to determine the manipulated variable p control .

In 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein Wälzlager 1 im Zusammenhang mit einer Getriebevorrichtung 14 (siehe 1 und 2 und die betreffende Beschreibung) dargestellt ist. Bei einer solchen Ausführungsform sind die Fanstufe 13 und die hier symbolisch dargestellten Turbinen 18, 19 nicht mehr direkt miteinander verbunden. Deshalb müssen hohe axiale Kräfte A an den Wälzlagern 1 aufgefangen werden. In 4 an embodiment is shown in which a rolling bearing 1 in connection with a transmission device 14 (please refer 1 and 2 and the description in question). In such an embodiment, the fan stages are 13 and the here symbolically represented turbines 18 . 19 no longer directly connected. Therefore, high axial forces A on the rolling bearings 1 be caught.

In 4 weist die Drucksteuervorrichtung 40 einen pneumatischen Zylinder 41 auf, dessen Zylinder 41 fest mit einer Niederdruckwelle 23 verbunden ist. In dem Zylinder wird ein abgeschlossener Druckraum 43 durch den zum Zylinder passenden beweglichen Kolben 42 gebildet. Der berechnete Wert für den Steuerdruck pcontrol kann nun dazu verwendet werden, den Druck im Druckraum 43 so einzustellen, dass die Axialkraft A auf das Lager z.B. kleiner wird. Somit erfolgt eine geregelte Einstellung der resultierenden Axialkraft A über die Lasterkennung (d.h. die Verformung d) am Wälzlager 1. In 4 has the pressure control device 40 a pneumatic cylinder 41 on, its cylinder 41 firmly with a low pressure wave 23 connected is. In the cylinder becomes a closed pressure chamber 43 through the movable piston matching the cylinder 42 educated. The calculated value for the control pressure p control can now be used to control the pressure in the pressure chamber 43 to be set so that the axial force A on the bearing, for example, is smaller. Thus, a controlled adjustment of the resulting axial force A via the load detection (ie the deformation d) takes place on the rolling bearing 1 ,

Die Einstellbarkeit der Axiallast A kann aber auch in einem anderen Zusammenhang verwendet werden. The adjustability of the axial load A can also be used in a different context.

Die erfasste Verformung d an den Wälzlagern 1 kann in an sich bekannter Weise Auskunft über Schäden an den Wälzlagern 1 geben. Wenn z.B. in einem zweireihigen Schrägkugellager 1 auf Grund einer ermittelten Verformung d ein Schaden detektiert werden kann, dann kann die auf das Wälzlager 1 einwirkende Axiallast A so angepasst werden, dass zumindest ein kurzzeitiger Betrieb des Flugzeugtriebwerks 100 möglich ist. Auch kann durch die Drucksteuerungsvorrichtung 40 eine fail-safe Einstellung vorgenommen werden, so dass automatisch eine axiale Belastung eingestellt wird, die z.B. für Reiseflug typisch ist. The detected deformation d at the rolling bearings 1 can in known manner information about damage to the bearings 1 give. If, for example, in a double-row angular contact ball bearing 1 due to a determined deformation d damage can be detected, then the on the rolling bearing 1 acting axial load A can be adjusted so that at least a short-term operation of the aircraft engine 100 is possible. Also, by the pressure control device 40 a fail-safe setting can be made, so that automatically an axial load is set, which is typical for cruise, for example.

In 5 ist ein funktioneller Zusammenhang dargestellt, der so und ggf. mit anderen Zusammenhängen Teil eines Rechenmodells 31 sein kann. Hier ist die Abhängigkeit der Axialkraft von der Amplitudengröße des Überrollsignals (gemessen in V) und der Käfigfrequenz (gemessen in Hz) dargestellt. Mit jeweils steigender Amplitudengröße und Käfigfrequenz nimmt die Axialkraft zu. In 5 is shown a functional context, the so and possibly with other contexts part of a computational model 31 can be. Here, the dependence of the axial force on the amplitude size of the rollover signal (measured in V) and the cage frequency (measured in Hz) is shown. With increasing amplitude size and cage frequency, the axial force increases.

Solche Zusammenhänge können vorab gemessen werden und dann geeignet aufbereitet, z.B. als Wertetabelle, im Rechenmodell 31 hinterlegt werden. Such relationships can be measured in advance and then prepared appropriately, eg as a value table, in the calculation model 31 be deposited.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Wälzlager roller bearing
11 11
Drehachse des Flugzeugtriebwerkes Rotary axis of the aircraft engine
12 12
Lufteinlass air intake
13 13
Fanstufe fan stage
14 14
Getriebevorrichtung transmission device
15 15
Niederdruckverdichter Low-pressure compressor
16 16
Hochdruckverdichter High-pressure compressors
17 17
Brennkammer combustion chamber
18 18
Hochdruckturbine High-pressure turbine
19 19
Niederdruckturbine Low-pressure turbine
20 20
Auslass outlet
21 21
Gehäuse casing
22 22
Nebenstromkanal Bypass duct
23 23
Niederdruckwelle Low pressure shaft
24 24
Hochdruckwelle High pressure shaft
25 25
Rotorscheibe rotor disc
30 30
Datenverarbeitungsmittel Data processing means
31 31
Rechenmodell computer model
40 40
Drucksteuerungsvorrichtung Pressure control device
41 41
pneumatischer Zylinder pneumatic cylinder
42 42
Kolben des pneumatischen Zylinders Piston of the pneumatic cylinder
43 43
Druckraum pressure chamber
50 50
Mittel zur Erfassung einer Verformung des Wälzlagers Means for detecting a deformation of the rolling bearing
60 60
Mittel zur Erfassung einer Drehzahl des Flugzeugtriebwerkes Means for detecting a rotational speed of the aircraft engine
100 100
Flugzeugtriebwerk Jet Engine
d d
Verformung des Wälzlagers Deformation of the rolling bearing
ni i
Drehzahl einer Welle i (hier i = 1, 2, 3) im Flugzeugtriebwerk Speed of a shaft i (here i = 1, 2, 3) in the aircraft engine
p p
pneumatischer Druck im Flugzeugtriebwerk pneumatic pressure in the aircraft engine

Claims (12)

Einstellvorrichtung einer Axiallast (A) auf mindestens ein als Festlager ausgebildetes Wälzlager (1) in einem Flugzeugtriebwerk (100), gekennzeichnet durch mindestens ein Stellmittel für die Axiallast (A), das in Abhängigkeit von einem Betriebsdruck, insbesondere aus einer Kammer eines Verdichters, arbeitet. Adjustment device of an axial load (A) on at least one bearing designed as a fixed bearing ( 1 ) in an aircraft engine ( 100 ), characterized by at least one adjusting means for the axial load (A), which operates in dependence on an operating pressure, in particular from a chamber of a compressor. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Datenverarbeitungsmittel (30) mit einem Rechenmodell (31) für die Berechnung der Axiallast (A) in Abhängigkeit von an einem Wälzlager gewonnenen Messdaten für die Verformung, insbesondere der Amplitude eines Überrollsignals, die Temperatur und / oder der Überrollfrequenz, wobei der Ausgangswert des Rechenmodells (31) eine Stellgröße, insbesondere die Größe einer Ventilöffnung und / oder eines Drucks repräsentiert, mit der die Axiallast (A) auf das mindestens eine Wälzlager (1) auf einen Sollwert einstellbar ist. Adjusting device according to claim 1, characterized by data processing means ( 30 ) with a calculation model ( 31 ) for the calculation of the axial load (A) as a function of measured data obtained for a deformation on a roller bearing, in particular the amplitude of a rollover signal, the temperature and / or the rollover frequency, wherein the output value of the mathematical model ( 31 ) represents a manipulated variable, in particular the size of a valve opening and / or a pressure with which the axial load (A) on the at least one rolling bearing ( 1 ) is adjustable to a desired value. Einstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell (31) ein parametrisiertes Modell, einen funktionalen Zusammenhang und / oder eine Lookup-Tabelle aufweist. Adjustment device according to claim 2, characterized in that the calculation model ( 31 ) has a parameterized model, a functional relationship and / or a look-up table. Einstellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein repräsentativer Wert für die Verformung (d) des mindestens einen Wälzlagers (1) die Amplitude der Verformung (d) ist, die sich aus einem Überrollsignal ergibt. Adjusting device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a representative value for the deformation (d) of the at least one roller bearing ( 1 ) is the amplitude of deformation (d) resulting from a rollover signal. Einstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (50) zur Erfassung des repräsentativen Wertes für die Verformung (d) des mindestens einen Wälzlagers (1) ein piezoelektrisches Element, ein piezoresistives Element und / oder einen Beschleunigungssensor aufweist. Adjustment device according to claim 4, characterized in that the means ( 50 ) for detecting the representative value for the deformation (d) of the at least one roller bearing ( 1 ) comprises a piezoelectric element, a piezoresistive element and / or an acceleration sensor. Einstellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten für die Verformung, die Temperatur und / oder die Überrollfrequenz an dem Wälzlager (1) messbar sind, an dem die Axiallast (A) einstellbar ist. Adjustment device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measurement data for the deformation, the temperature and / or the rollover frequency on the roller bearing ( 1 ) are measurable, on which the axial load (A) is adjustable. Einstellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) als ein Kugellager oder Schrägkugellager ausgebildet ist. Adjusting device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rolling bearing ( 1 ) is designed as a ball bearing or angular contact ball bearings. Einstellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) an einer Welle (23, 24) für eine Fanstufe (13) und / oder einer Welle (23, 24) für einen Verdichter (15, 16) des Flugzeugtriebwerkes (100) angeordnet ist. Adjusting device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rolling bearing ( 1 ) on a shaft ( 23 . 24 ) for a fan stage ( 13 ) and / or a wave ( 23 . 24 ) for a compressor ( 15 . 16 ) of the aircraft engine ( 100 ) is arranged. Einstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksteuerungsmittel (40) mindestens einen pneumatischen Zylinder umfasst, mit dem eine axiale Kraft auf die Welle (23, 24) aufbringbar ist. Adjustment device according to claim 8, characterized in that a pressure control means ( 40 ) comprises at least one pneumatic cylinder, with which an axial force on the shaft ( 23 . 24 ) can be applied. Einstellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerungsmittel (40) Wellendichtungen, insbesondere Labyrinthdichtungen und / oder Bürstendichtungen umfasst. Adjustment device according to claim 9, characterized in that the pressure control means ( 40 ) Shaft seals, in particular labyrinth seals and / or brush seals comprises. Einstellvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerungsmittel (40) in Abhängigkeit von einer am Wälzlager (1) ermittelten Verformung (d) automatisch eine Umschaltung von einem Betriebszustand auf einen anderen vornimmt. Adjustment device according to claim 9 or 10, characterized in that the pressure control means ( 40 ) depending on one of the rolling bearing ( 1 ) determined deformation (d) automatically makes a switch from one operating state to another. Einstellverfahren für eine Axiallast (A) auf mindestens ein Wälzlager (1) in einem Flugzeugtriebwerk (100), gekennzeichnet durch a) ein Rechenmodell (31) für die Berechnung der Axiallast (A) in Abhängigkeit von an einem Wälzlager gewonnenen Messdaten für die Verformung, insbesondere der Amplitude eines Überrollsignals, die Temperatur und / oder der Überrollfrequenz, in einem Datenverarbeitungsmittel (30) gespeichert wird, wobei b) im Betrieb des Flugzeugtriebwerks (100) das Datenverarbeitungsmittel (30) eine Stellgröße als Ausgangswert des Rechenmodells (31) abgibt, wobei der Ausgangswert insbesondere die Größe einer Ventilöffnung und / oder eins Drucks repräsentiert, mit der die Axiallast (A) auf das mindestens eine Wälzlager (1) auf einen Sollwert eingestellt wird. Adjustment method for an axial load (A) on at least one roller bearing ( 1 ) in an aircraft engine ( 100 ), characterized by a) a mathematical model ( 31 ) for the calculation of the axial load (A) as a function of measured data for the deformation, in particular the amplitude of a rollover signal, the temperature and / or the rollover frequency, obtained in a roller bearing, in a data processing means ( 30 b) during operation of the aircraft engine ( 100 ) the data processing means ( 30 ) a manipulated variable as the output value of the computational model ( 31 ), wherein the output value in particular represents the size of a valve opening and / or a pressure with which the axial load (A) on the at least one rolling bearing ( 1 ) is set to a desired value.
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