DE102009013348A1

DE102009013348A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden einer Schaufel mit einer Rotorwelle einer Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102009013348A1
Application number: DE102009013348A
Authority: DE
Inventors: Klaus Behnke; Uwe Quitmann
Original assignee: MAN Turbo AG
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-23
Also published as: US8459952B2; CN101839151B; JP5467877B2; CN101839151A; JP2010216469A; US20100232969A1

Abstract

Vorrichtung zum Verbinden einer Schaufel mit einer Rotorwelle einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Turbine oder eines Kompressors, umfassend einen ersten Gabelfuß, der mit der Schaufel fest, insbesondere integral, verbunden ist, wobei der erste Gabelfuß eine Anzahl erster Fußlaschen mit ersten Bohrungen aufweist, einen zweiten Gabelfuß, der mit der Rotorwelle fest, insbesondere integral, verbunden ist, wobei der zweite Gabelfuß eine Anzahl zweiter Fußlaschen mit zweiten Bohrungen aufweist, und wenigstens einen Verbindungsbolzen, der zur Verbindung des ersten Gabelfußes mit dem zweiten Gabelfuß erste und zweite Bohrungen durchgreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Bereich mit einer vorgegebenen ersten Druchmessdifferenz zwischen einem ersten Innendurchmesser einer der Bohrungen und einem ersten Außendurchmesser des Verbindungsbolzens, und einen zweiten Bereich mit einer vorgegebenen zweiten Durchmesserdiffernz zwischen einem zweiten Innendurchmesser einer der Bohrungen und einem zweiten Außendurchmesser des Verbindungsbolzens, wobei die erste Durchmesserdifferenz und die zweite Durchmesserdiffernz sich, insbesondere betragsmäßig, unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden einer Schaufel mit einer Rotorwelle einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampf- oder Gasturbine oder eines Kompressors, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Derartige Vorrichtungen umfassen allgemein einen ersten Gabelfuss, der mit der Schaufel fest verbunden ist, wobei der erste Gabelfuss eine Anzahl erster Fußlaschen mit ersten Bohrungen aufweist, einen zweiten Gabelfuss, der mit der Rotorwelle fest verbunden ist, wobei der zweite Gabelfuss eine Anzahl zweiter Fußlaschen mit zweiten Bohrungen aufweist, und wenigstens einen Verbindungsbolzen, der zur Verbindung des ersten Gabelfusses mit dem zweiten Gabelfuss erste und zweite Bohrungen der ineinandergreifenden Fußlaschen durchgreift.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 39 17 034 A1 bekannt. Hierbei wird ein Propellerblatt an einem Scharnier befestigt. Dazu ist ein Scharnierstift sowohl in Löcher des mit dem Rotor fest verbundenen Gabelfusses als auch in Löcher des mit dem Propeller fest verbundenen Gabelfusses eingeführt. In den Löchern des mit dem Propeller verbundenen Gabelfusses sind reibungsarme Lagerbuchsen angeordnet, in die der Scharnierstift aufgenommen ist.
Die DE 29 52 023 A1 zeigt eine Schaufelhaltevorrichtung zum Verriegeln einer Schaufel in einem Turbomaschinenrotor. Die Schaufel wird dabei mittels einer Schwalbenschwanzverbindung an ihrem radial inneren Ende an dem Rotor gehalten. In der Nut, die den Schwalbenschwanz aufnimmt, ist ein Federdistanzstück angeordnet, das eine radial nach außen gerichtete Kraft auf den Schwalbenschwanz ausübt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung einer Schaufel einer Strömungsmaschine mit einer Rotorwelle zu verbesseren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Verbinden einer Schaufel mit einer Rotorwelle einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampf- oder Gasturbine oder eines Kompressors, umfassend einen ersten Gabelfuss, der mit der Schaufel fest verbunden, insbesondere integral mit dieser ausgebildet ist, wobei der erste Gabelfuss eine Anzahl erster Fußlaschen mit ersten Bohrungen aufweist, einen zweiten Gabelfuss, der mit der Rotorwelle fest verbunden, insbesondere integral mit dieser ausgebildet ist, wobei der zweite Gabelfuss eine Anzahl zweiter Fußlaschen mit zweiten Bohrungen aufweist, und wenigstens einen Verbindungsbolzen, der zur Verbindung des ersten Gabelfusses mit dem zweiten Gabelfuss erste und zweite Bohrungen durchgreift.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen ersten Bereich mit einer vorgegebenen ersten Durchmesserdifferenz zwischen einem ersten Innendurchmesser einer Bohrung in wenigstens einer Fußlasche und einem ersten Außendurchmesser des Verbindungsbolzens, und einen zweiten Bereich mit einer vorgegebenen zweiten Durchmesserdifferenz zwischen einem zweiten Innendurchmesser einer Bohrung und in wenigstens einer Fußlasche und einem zweiten Außendurchmesser des Verbindungsbolzens auf, wobei die erste Durchmesserdifferenz und die zweite Durchmesserdifferenz sich, insbesondere betragsmäßig, unterscheiden.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, in unterschiedlichen axialen Bereichen der Welle-Nabe-Verbindung unterschiedliche Passungen vorzusehen, um so gezielt die axiale Verteilung der Druckspannungen in den Kontaktbereichen und damit die axiale Verteilung der Fliehkräfte einzustellen.
Als Anzahl der jeweiligen Fußlaschen wird zumindest eine, aber auch zwei oder mehrere Fußlaschen bezeichnet. Für eine stabile Verbindung ist es aber unerlässlich, dass zumindest einer der beiden Gabelköpfe zumindest zwei Fußlaschen aufweist, die zumindest eine Fußlasche des anderen Gabelfusses umgeben.
Als Bereich im Sinne der vorliegenden Erfindung wird allgemein ein Bereich koaxial zu dem Verbindungsbolzen und der Bohrachse bezeichnet, in dem der Verbindungsbolzen in der Bohrung anliegt, so dass eine Kraftübertragung zwischen Verbindungsbolzen und Innenfläche der Bohrung möglich ist. Ein derartiger Bereich kann eine axiale Erstreckung entlang der Bohrachse bzw. der Verbindungs bolzenachse aufweisen, der der axialen Erstreckung einer oder mehrerer Fußlaschen entspricht.
Die axiale Erstreckung eines Bereiches kann aber auch kleiner als die axiale Erstreckung einer Fußlasche sein und insbesondere auch eine nahezu linienförmige Ausdehnung aufweisen.
Die Durchmesserdifferenzen ΔD; ergeben sich jeweils aus der Subtraktion des Außendurchmessers D_i des Verbindungsbolzens vom Innendurchmesser d_i der Bohrung an den jeweiligen Bereichen: ΔDi = di – Di.
Da sich beim Fügevorgang des Verbindungsbolzens in die Bohrung elastische und/oder plastische Veränderungen sowohl am Verbindungsbolzen wie auch an der Bohrung ergeben können, sind vorzugsweise die Abmessungen nach der Fertigung des Verbindungsbolzens bzw. der Bohrungen und vor dem Fügen des Verbindungsbolzens in die Bohrungen maßgebend.
Durch die unterschiedlichen Durchmesserdifferenzen in den unterschiedlichen Bereichen kann erfindungsgemäß gezielt der Kraftfluss der in den Bereichen übertragenen Kräfte vorgegeben und somit die Belastung der einzelnen Komponenten der Vorrichtung gezielt gesteuert und dadurch auch verringert werden. So kann an einem Bereich, der bei über die axiale Erstreckung des gesamten Welle-Nabe-Verbindung im Wesentlichen gleichbleibender Passung einer hohen Belastung ausgesetzt wäre, die Durchmesserdifferenz größer als in einem anderen Bereich gewählt werden, was zur einer Verringerung der Belastung in diesem Bereich führt. Dabei wird dem Bolzen in der Bohrung eine größere Bewegungsfreiheit als in einem anderen Bereich ermöglicht. Ferner kann sich dabei eine gezielte Schwächung des Verbindungsbolzens und/oder der Fußlasche in dem entsprechenden Bereich ergeben, so dass der Verbindungsbolzen und/oder die Fußlasche auf die entsprechend einwirkenden Belastungen nachgeben kann. Dies führt zu einer Umverteilung der Belastungen auf andere Bereiche, so dass der Bereich folglich mit der Erhöhung der Durchmesserdifferenz entlastet wird. Befinden sich die Bereiche unterschiedlicher Durchmesserdifferenzen an unterschiedlichen Verbin dungsbolzen, so können die Belastungen gezielt von einem der Verbindungsbolzen auf den jeweils anderen Verbindungsbolzen verlagert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können in dem ersten und dem zweiten Bereich die Innendurchmesser wenigstens einer der Bohrungen im wesentlichen identisch sein und die Außendurchmesser des zumindest einen Verbindungsbolzens unterschiedlich sein. Dies entspricht dem Passungssystem der Einheitsbohrung und hat den Vorteil, dass sämtliche Bohrungen mit nur einem einzigen Werkzeug in einem Arbeitsgang gefertigt werden können.
Alternativ hierzu können in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in dem ersten und dem zweiten Bereich die Außendurchmesser des wenigstens einen Verbindungsbolzens im wesentlichen identisch sein und die Innendurchmesser der Bohrungen unterschiedlich sein. Dies entspricht dem Passungssystem der Einheitswelle. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Verbindungsbolzen vereinfacht hergestellt werden können und dass bei der Verwendung mehrerer Verbindungsbolzen zur Befestigung einer Schaufel sämtliche Verbindungsbolzen identisch sind, was eine verringerte Teilevielfalt bedeutet.
Beide Aspekte können auch miteinander kombiniert sein, indem sowohl die Außendurchmesser des wenigstens einen Verbindungsbolzens als auch die Innendurchmesser der Bohrungen im ersten und zweiten Bereich sich jeweils voneinander unterscheiden.
Vorzugsweise bilden die erste Durchmesserdifferenz und die zweite Durchmesserdifferenz unterschiedliche Passungen. Dabei weisen sowohl die Verbindungsbolzen als auch die Bohrungen zwar das gleiche Nennmaß auf, die Durchmesserdifferenzen werden dadurch hergestellt, dass für Bohrung und Verbindungsbolzen jeweils unterschiedliche Toleranzfeldlagen festgelegt werden, wie dies beispielsweise in Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 22. Aufl., Seiten F32, F33 ausgeführt ist.
Vorzugsweise bildet eine der Durchmesserdifferenzen eine weitere Passung, vorzugsweise zumindest eine mittlere Presspassung, insbesondere eine Übergangspassung oder eine Spielpassung. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine der Durchmesserdifferenzen eine engere Passung, vorzugsweise zumindest eine Übergangspassung mit Haftsitz, insbesondere mittlerem oder festem Presssitz bilden. Eine engere Passung bedeutet in dem Zusammenhang, dass die entsprechende Durchmesserdifferenz kleiner ist als die Durchmesserdifferenz der weiteren Passung. Umgekehrt bedeutet weitere Passung, dass die entsprechende Durchmesserdifferenz größer ist als die Durchmesserdifferenz der engeren Passung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verbindungsvorrichtung wenigstens einen dritten Bereich mit einer dritten Durchmesserdifferenz zwischen einem dritten Innendurchmesser einer der Bohrungen und einem dritten Außendurchmesser des Verbindungsbolzens auf, wobei der zweite Bereich axial zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich angeordnet ist, und die zweite Durchmesserdifferenz größer ist als die erste Durchmesserdifferenz und/oder die dritte Durchmesserdifferenz.
Der zweite Bereich ist damit zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich angeordnet. Dadurch dass die zweite Durchmesserdifferenz größer ist als die erste und die dritte Durchmesserdifferenz ergibt sich eine gewisse Taillierung des Verbindungsbolzens im zweiten Bereich. Hierdurch wird der Verbindungsbolzen und/oder die Bohrung im zweiten Bereich, also im axial mittleren Bereich, entlastet, wobei der Kraftfluss verstärkt auf die äußeren Bereiche, nämlich den ersten Bereich und den dritten Bereich ausweicht. Dies wird bevorzugt dadurch erzielt, dass im ersten und/oder im dritten Bereich eine engere Passung, zumindest eine Übergangpassung mit Haftsitz, insbesondere ein mittlerer oder fester Presssitz vorliegt, und dass im zweiten Bereich eine weitere Passung, zumindest eine mittlere Presspassung insbesondere eine Übergangspassung oder eine Spielpassung vorliegt.
In einer vorteilhaften Ausführung kann am ersten Bereich somit beispielsweise eine Presspassung, insbesondere R7/h6, zwischen der Bohrung und dem Verbindungsbolzen vorliegen, und am zweiten Bereich eine Spielpassung, insbesondere H7/h6, zwischen der Bohrung und dem Verbindungsbolzen vorliegen. An einem dritten Bereich kann vorzugsweise eine Presspassung, insbesondere R7/h6 zwischen der Bohrung und dem Verbindungsbolzen vorliegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind erste Bohrungen koaxial zu einer ersten gemeinsamen Bohrachse und/oder zweite Bohrungen jeweils koaxial zu einer gemeinsamen zweiten Bohrachse angeordnet. Dadurch ergibt sich, dass die Bohrungen auf einer gemeinsamer Achse liegen, so dass die Bohrungen von einem einzigen Verbindungsbolzen durchgriffen werden können. In einer alternativen Ausführungsform sind erste Bohrungen parallel zueinander angeordnet und zweite Bohrungen parallel zueinander angeordnet. Die Bohrungen liegen dabei auf zueinander versetzten Achsen, so dass mehrere Verbindungsbolzen zum Verbinden verwendet werden. Die Bereiche mit unterschiedlichen Durchmesserdifferenzen können sich grundsätzlich auch auf unterschiedliche Verbindungsbolzen verteilen.
Vorzugsweise sind die Übergänge zwischen zwei Bereichen stetig. Insbesondere trifft dies auf die Übergänge der Bereiche an dem Verbindungsbolzen zu, wenn der Verbindungsbolzen unterschiedliche Außendurchmesser aufweist. Dadurch werden Kerbspannungen am Verbindungsbolzen vermieden. Solche stetigen, i. e. nicht sprunghaften Übergänge können beispielsweise durch Übergangsradien, kontinuierliche Übergänge und dergleichen realisiert sein.
Vorzugsweise durchgreift ein Verbindungsbolzen Bohrungen in wenigstens drei Fußlaschen, wobei zwischen wenigstens zwei von den ersten oder zweiten Fußlaschen eine andere von den zweiten oder ersten Fußlaschen angeordnet ist.
Es versteht sich von selbst, dass als Bereich im Sinne der vorliegenden Erfindung nur derartige Stellen der Verbindungsanordnung verstanden werden, an denen der Verbindungsbolzen kraftübertragend in einer der Bohrungen anliegt.
Der Verbindungsbolzen kann beispielsweise im wesentlichen zylindrisch oder im wesentlichen konisch gestaltet sein. Die für die Ausbildung der Durchmesserdifferenzen notwendigen Abweichungen an den Durchmessern kann bei der Beurteilung, ob ein zylindrischer oder konischer Verbindungsbolzen vorliegt, vernachlässigt werden.
Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung der vorgenannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in den Bohrungen planmäßig vorgegebene Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern ausgebildet werden und/oder dass an einem Verbindungsbolzen planmäßig vorgegebene Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern ausgebildet werden. Unter einer planmäßigen Ausbildung wird dabei insbesondere die Einhaltung entsprechender Fertigungstoleran zen bei der Herstellung, insbesondere der Endbearbeitung, von Bolzen bzw. Bohrung verstanden, die die vorgegebenen Durchmesserdifferenzen gewährleisten.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1 eine Schaufel eines Kompressors;
2 eine Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt;
3 den Verbindungsbolzen aus 2

a) in einer übertriebenen und
b) in einer maßstäblichen Darstellung;

4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;
5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform;
6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer vierten Ausführungsform;
7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer fünften Ausführungsform, und
8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform.
In 1 ist eine Laufschaufel 1 einer Dampfturbine gezeigt, an der integral ein erster Gabelfuss 2 ausgebildet ist. An der dem ersten Gabelfuss abgewandten Ende der Laufschaufel 1 ist eine Deckplatte 3 mit der Laufschaufel 1 verbunden. Die Laufschaufel 1, der erste Gabelfuss 2 sowie die Deckplatte 3 sind dabei aus einem Halbzeug gefräst. Der erste Gabelfuss 2 weist insgesamt drei erste Fußlaschen 4 auf, von denen jeder eine erste Bohrung 5 aufweist. Diese ersten Bohrungen 5 sind auf einer gemeinsamen ersten Bohrachse A₁ koaxial zueinander angeordnet.
In 2 ist eine Vorrichtung zum Verbinden der Turbinenschaufel mit einer Rotorwelle 16 gezeigt. Neben dem ersten Gabelfuss 2 ist ein zweiter Gabelfuss 6 zu erkennen, der insgesamt vier zweite Fußlaschen 7 aufweist. Die zweiten Fußlaschen 7 weisen jeweils eine zweite Bohrung 8 auf, die jeweils koaxial zu einer zweiten Bohrachse A₂ angeordnet sind. Der zweite Gabelfuss 6 ist integral mit der Rotorwelle 16 ausgebildet, beispielsweise durch Ausfräsen der Rotorwelle.
Im verbundenen, in 2 dargestellten Zustand, ist die erste Bohrachse A₁ koaxial zur zweiten Bohrachse A₂ angeordnet, wobei die drei ersten Fußlaschen 4 in durch die vier zweiten Fußlaschen 7 gebildete Zwischenräume hineinragen.
Durch die ersten Bohrungen 5 und die zweiten Bohrungen 8 ist ein Verbindungsbolzen 9 gesteckt. Der Verbindungsbolzen 9 weist einen Bolzenkopf 10 auf, der an einer Stirnfläche 14 einer der zweiten Fußlaschen 7 anliegt, so dass die Lage des Verbindungsbolzens 9 relativ zum zweiten Gabelfuss 6 axial festgelegt ist. Über einen nachfolgend erläuterten Presssitz und/oder nicht dargestellte Sicherungsmittel ist der Verbindungsbolzen 9 axial gegenüber einem der Gabelfüsse 2, 6 festgelegt. In einer nicht dargestellten Abwandlung weist der Verbindungsbolzen keinen Bolzenkopf auf, sondern schließt auf einer oder beiden Stirnseiten mit der jeweiligen Stirnfläche der zweiten Fußlasche ab. Bevorzugt weist er hierzu bei der Montage zunächst eine Überlänge auf und wird nach dem Verstiften jeweils stirnseitig abgetrennt. Gleichermaßen kann der Verbindungsbolzen auch auf einer oder beiden Stirnseiten gegenüber der jeweiligen Stirnfläche der zweiten Fußlasche hervorragen oder gegen diese zurückversetzt sein.
Im verbundenen Zustand, wie er in 2 zu erkennen ist, können drei axiale Bereiche 11, 12, 13 unterschieden werden, in denen der Verbindungsbolzen 9 jeweils kraftübertragend in den ersten Bohrungen 5 anliegt. In einem ersten Bereich 11 (links in 2) weist der Verbindungsbolzen 9 einen ersten Außendurchmesser D₁ und die erste Bohrung 5 einen ersten Innendurchmesser d₁ auf. In einem zweiten axialen Bereich 12 (Mitte in 2) weist der Verbindungsbolzen 9 einen verringerten Außendurchmesser D₂ und die Bohrung 5 einen zweiten Innendurchmesser d₂ auf. In einem dritten axialen Bereich 13 (rechts in 2) weist der Verbindungsbolzen 9 einen dritten Außendurchmesser D₃ und die Bohrung 5 einen dritten Innendurchmesser d₃ auf. Die zweiten Linien am Verbindungsbolzen in den Bereichen 11, 12, 13 deuten dabei die axiale Ausdehnung der jeweiligen Bereiche an. So weisen die Bereiche 11, 12, 13 allesamt eine axiale Erstreckung entlang der Verbindungsbolzenachse B auf, die der axialen Erstreckung der entsprechenden ersten Fußlaschen 4 entspricht. Die Durchmesserdifferenz ΔD_i (i = „erster Bereich 11”, „zweiter Bereich 12”, „dritter Bereich 13”) ergibt sich für alle Bereiche aus der Subtraktion des jeweiligen Außendurchmessers D_i des Verbindungsbolzens von dem jeweiligen Innendurchmesser d_i der Bohrung in dem jeweiligen Bereich: ΔDi = di – Di.
Im vorliegenden Beispiel wird die erste Durchmesserdifferenz und die dritte Durchmesserdifferenz dadurch gebildet, dass sowohl die Innendurchmesser der Bohrungen als auch die Außendurchmesser des Verbindungsbolzens zwar identische Nennmaße aufweisen, jedoch die Toleranzfeldpaarung der Durchmesser im ersten und dritten Bereich 11, 13 eine Presspassung bilden. Als beispielhafter Wert für eine Passung ist hierbei die Toleranzfeldpaarung R7/h6 möglich. Die zweite Durchmesserdifferenz wird durch eine Spielpassung gebildet. Als mögliche Toleranzfeldpaarung ist dabei eine Passung H7/h6 möglich. Durch das Vorsehen einer größeren Durchmesserdifferenz am zweiten Bereich 12 als am ersten und dritten Bereich 11 und 13, wird dem Verbindungsbolzen 9 in der Bohrung 5 am zweiten Bereich 12 eine größere Bewegungsfreiheit als in einem anderen Bereich 11, 13 ermöglicht. Ferner wird der Verbindungsbolzen am zweiten Bereich 12 gezielt geschwächt, so dass der Verbindungsbolzen auf die entsprechend einwirkenden Belastungen nachgeben kann. Dies führt zu einer Umverteilung der Belastungen auf die anderen Bereiche 11, 13, so dass der zweite Bereich 12 folglich aufgrund der vergrößerten Durchmesserdifferenz entlastet wird.
Der Verbindungsbolzen 9, der in der Vorrichtung gemäß den 1 und 2 gezeigt ist, ist in 3 in Einzelheit dargestellt. Zu erkennen sind die mit eingeklammerten Bezugszeichen gekennzeichneten Stellen 11, 12, 13 am Verbindungsbolzen 9, die zusammen mit den entsprechenden Stellen an den Fußlaschen die Bereiche 11, 12, 13 der Verbindungsvorrichtung bilden. Die Bereiche werden dabei erst durch die kraftübertragende Verbindung mit den Fußlaschen hergestellt, so dass die Bezugszeichen hier nur in Klammern eingefügt sind. Die Übergänge der unterschiedlichen Außendurchmesser D₁, D₂, D₃ am Verbindungsbolzen 9 sind stetig, so dass die Übergänge im verbundenen Zustand der Vorrichtung zum Verbinden zwischen den Bereichen 11, 12, 13 ebenfalls stetig sind.
In 3a), die den Bolzen mit übertrieben dargestellten Durchmesserverhältnissen zeigt, ist zu erkennen, dass der Durchmesser D₂ kleiner als die identischen Durchmesser D₁ und D₃, der Bolzen also in der Mitte tailliert ist. In 3a) ist der Verbindungsbolzen 9 jedoch übertrieben dargestellt, um die Differenz zwischen dem zweiten Durchmesser D₂ und den beiden anderen Durchmessern D₁, D₃ optisch zu verdeutlichen. Tatsächlich sieht der Verbindungsbolzen 9 jedoch aus wie in 3b) dargestellt. Die Unterschiede zwischen dem zweiten Außendurchmesser D₂ und den beiden anderen Außendurchmessern D₁, D₃ befinden sich in einer Größenordnung, die optisch ohne Hilfsmittel nicht wahrnehmbar ist. Der Verbindungsbolzen 9 weist an seinem dem Bolzenkopf 10 abgewandten axialen Ende eine Fase 15 auf. Diese Fase 15 liegt nicht kraftübertragend in einer Bohrung ein.
4 zeigt eine Vorrichtung zum Verbinden in einer zweiten Ausführungsform, die weitgehend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. Die Bereiche 11', 12', 13' sind jeweils im Bereich der zweiten Fußlaschen 7' zwischen den zweiten Bohrungen 8' und dem Verbindungsbolzen 9' angeordnet. Die axiale Ausdehnung der drei Bereiche ist durch die zweiten Linien am Verbindungsbolzen angedeutet. Die Bereiche 11', 12', 13' haben allesamt eine axiale Ausdehnung, die geringer ist als die axiale Ausdehnung der jeweiligen Fußlasche 7'.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden, die weitgehend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. Dabei sind drei Bereiche 11'', 12'', 13'' im Bereich der mittleren von drei ersten Fußlaschen 4'' angeordnet. Die axiale Ausdehnung der drei Bereiche ist dabei durch die zweiten Linien am Verbindungsbolzen angedeutet und entspricht dabei stets nur einem Bruchteil der axialen Ausdehnung der entsprechenden Fußlasche 4''. Dabei weist der Verbindungsbolzen 9 über seine gesamte axiale Länge einen konstanten Außendurchmesser auf. Hingegen weist die Bohrung 5'' der mittleren der drei ersten Fußlaschen 4'' unterschiedliche Innendurchmesser auf. Im zweiten Bereich 12'' ist der Innendurchmesser verringert, verglichen mit den Innendurchmessern im ersten und dritten Bereich 11'', 13''.
In 6 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden gezeigt, die weitgehend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. In die ersten Bohrungen 5'' des ersten Gabelfusses 2'' und 8'' des zweiten Gabelfusses 6''' sind insgesamt zwei Verbindungsbolzen 9₁''' und 9₂''' von zwei unterschiedlichen Seiten eingeführt. Die beiden Bolzen 9₁''' und 9₂''' weisen zusammen jeweils eine Länge auf, die kürzer ist als die axiale Ausdehnung des zweiten Gabelfusses 6'''. Der erste Bereich 11''' und der zweite Bereich 12''' sind dabei zwischen dem ersten Verbindungsbolzen 9₁''' und zwei Fußlaschen 4''' des ersten Gabelfusses 2''' angeordnet. Der dritte Bereich 13''' ist zwischen dem zweiten Verbindungsbolzen 9₂''' und der ersten Fußlasche 4''' angeordnet.
7 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden, die weitgehend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. Hierbei ist zu erkennen, dass die Fußlaschen 4'''', 7'''' sowohl des ersten Gabelfusses 2'''' als auch des zweiten Gabelfusses 6'''' jeweils zwei Bohrungen 5₁'''', 5_2' '''', 8₁'''', 8₂'''' aufweisen. Die zwei unterschiedlichen Bohrungen 5₁'''', 5₂''''; 8₁'''', 8₂'''' eines Gabelfusses sind jeweils parallel versetzt zueinander angeordnet. Ferner sind zwei Verbindungsbolzen 9₁'''', 9₂'''' vorgesehen, die durch die jeweiligen Bohrungen 5₁'''', 5₂'''', 8₁'''', 8₂'''' durchgeführt sind. Der erste Bereich 11'''' ist dabei zwischen der einen ersten Bohrung 5₁'''' und dem einen Verbindungsbolzen 9₁'''' gebildet. Der zweite Bereich 12'''' ist dabei zwischen der anderen ersten Bohrung 5₂'''' und dem anderen Verbindungsbolzen 9₂'''' gebildet. Der dritte Bereich 13'''' ist dabei zwischen einer zweiten Bohrung 8₂'''' und dem anderen Verbindungsbolzen 9₂'''' gebildet.
8 zeigt eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden, die weitgehend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. Der Verbindungsbolzen 9^v sowie die Bohrungen 5^v , 8^v weisen im Wesentlichen eine konische Form auf. Dabei sind die Bereiche 11^v , 12^v , 13^v zu erkennen, die sich in den Durchmesserdifferenzen ΔD₁, ΔD₂, ΔD₃ analog zu den vorigen Ausführungsbeispielen voneinander unterscheiden. Die Innendurchmesser der Bohrungen sowie die Außendurchmesser des Verbindungsbolzens an den jeweiligen Bereichen sind dabei aufgrund der konischen Form nicht konstant, sondern verändern sich entlang der Bohr- und Verbindungsbolzenach sen A₁, A₂, B. Die Durchmesserdifferenzen ΔD₁, ΔD₂, ΔD₃ zwischen den Außendurchmessern und den Innendurchmessern sind jedoch innerhalb eines Bereiches 11, 12, 13 stets im Wesentlichen konstant.
Wie bei der ersten Ausführungsform können in einer nicht dargestellten Abwandlung auch die Verbindungsbolzen der zweiten, dritten, vierten, fünften oder sechsten Ausführungsform ohne Bolzenkopf ausgebildet sein und insbesondere auf einer oder beiden Stirnseiten mit der jeweiligen Stirnfläche einer Fußlasche ab schließen.

1: Schaufel
2: erster Gabelfuss
3: Deckplatte
4: erste Fußlaschen
5: erste Bohrungen
6: zweiter Gabelfuss
7: zweite Fußlaschen
8: zweite Bohrungen
9: Verbindungsbolzen
10: Bolzenkopf
11: erster Bereich
12: zweiter Bereich
13: dritter Bereich
14: Stirnfläche
15: Fase
16: Rotorwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3917034 A1 [0003]
- DE 2952023 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 22. Aufl., Seiten F32, F33 [0018]

Claims

Vorrichtung zum Verbinden einer Schaufel (1) mit einer Rotorwelle (16) einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampf- oder Gasturbine oder eines Kompressors, umfassend einen ersten Gabelfuss (2), der mit der Schaufel (1) fest, insbesondere integral, verbunden ist, wobei der erste Gabelfuss (2) eine Anzahl erster Fußlaschen (4) mit ersten Bohrungen (5) aufweist, einen zweiten Gabelfuss (6), der mit der Rotorwelle fest, insbesondere integral, verbunden ist, wobei der zweite Gabelfuss (6) eine Anzahl zweiter Fußlaschen (7) mit zweiten Bohrungen (8) aufweist, und wenigstens einen Verbindungsbolzen (9), der zur Verbindung des ersten Gabelfusses (2) mit dem zweiten Gabelfuss (6) erste und zweite Bohrungen (5, 8) durchgreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Bereich (11) mit einer vorgegebenen ersten Durchmesserdifferenz (ΔD₁) zwischen einem ersten Innendurchmesser (d₁) einer der Bohrungen (5, 8) und einem ersten Außendurchmesser (D₁) des Verbindungsbolzens (9), und einen zweiten Bereich (12) mit einer vorgegebenen zweiten Durchmesserdifferenz (ΔD₂) zwischen einem zweiten Innendurchmesser (d₂) einer der Bohrungen (5, 8) und einem zweiten Außendurchmesser (D₂) des Verbindungsbolzens (9) aufweist, wobei die erste Durchmesserdifferenz (ΔD₁) und die zweite Durchmesserdifferenz (ΔD₂) sich, insbesondere betragsmäßig, unterscheiden.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und dem zweiten Bereich (11, 12) die Innendurchmesser wenigstens einer der Bohrungen (d₁, d₂) im wesentlichen identisch sind und die Außendurchmesser (D₁, D₂) des zumindest einen Verbindungsbolzens (9) sich unterscheiden.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und dem zweiten Bereich (11, 12) die Außendurchmesser (D₁, D₂) des wenigstens einen Verbindungsbolzens (9) im wesentlichen identisch sind und die Innendurchmesser (d₁, d₂) der Bohrungen (5, 8) sich unterscheiden.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Durchmesserdifferenz (ΔD₁, ΔD₂) unterschiedliche Passungen bilden.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchmesserdifferenz (ΔD₁) eine weitere Passung, vorzugsweise zumindest eine mittlere Presspassung, insbesondere eine Übergangspassung oder eine Spielpassung, bildet
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchmesserdifferenz eine engere Passung, vorzugsweise zumindest eine Übergangspassung mit Haftsitz, insbesondere mittlerem oder festem Presssitz, bildet.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung wenigstens einen dritten Bereich (13) mit einer dritten Durchmesserdifferenz (ΔD₃) zwischen einem dritten Innendurchmesser (d₃) einer der Bohrungen (5, 8) und einem dritten Außendurchmesser (D₃) des Verbindungsbolzens (9) aufweist, wobei der zweite Bereich (12) axial zwischen dem ersten Bereich (11) und dem dritten Bereich (13) angeordnet ist, und die zweite Durchmesserdifferenz (ΔD₂) größer ist als die erste Durchmesserdifferenz (ΔD₁) und/oder die dritte Durchmesserdifferenz (ΔD₃).
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder einem dritten Bereich (13) eine engere Passung, vorzugsweise zumindest eine Übergangspassung mit Haftsitz, insbesondere mittlerem oder festem Presssitz, vorliegt, und dass im zweiten Bereich eine weitere Passung, vorzugsweise zumindest eine mittlere Presspassung, insbesondere eine Übergangspassung oder eine Spielpassung, vorliegt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen zwei Bereichen (11, 12, 13) stetig sind.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbolzen (9) Bohrungen (5, 8) in wenigstens drei Fußlaschen (4, 7) durchgreift, wobei zwischen zwei von den ersten oder zweiten Fußlaschen (4, 7) eine andere von den zweiten oder ersten Fußlaschen (7, 4) angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbolzen (9) an den Bereichen (11, 12, 13) kraftübertragend in den Bohrungen (5, 8) anliegt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbolzen (9) im wesentlichen zylindrisch ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbolzen (9) im wesentlichen konisch ist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bohrungen (5, 8) planmäßig vorgegebene Bereiche (11, 12, 13) mit unterschiedlichen Innendurchmessern (d₁, d₂, d₃) ausgebildet werden und/oder dass an einem Verbindungsbolzen (9) planmäßig vorgegebene Bereiche (11, 12, 13) mit unterschiedlichen Außendurchmessern (D₁, D₂, D₃) ausgebildet werden.