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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung ist verwandt mit und verweist auf die gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen, die damit eingereicht wurden und betitelt sind mit: ”Sensorverpackung für Turbinentriebwerke”, ”Sensor mit G-Last absorbierenden Absatz” und ”Sondenhalter für Turbinentriebwerkssensoren”, deren gesamten Inhalte hierin jeweils durch Verweis beinhaltet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft Turbinentriebwerkssensoren und insbesondere Turbinentriebwerkssensoren, die auf einem Rotor in einem radialen Abstand von der Rotormittellinie angeordnet sind.
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In einem Turbinentriebwerk werden Hochtemperaturfluide durch einen Turbinenbereich geleitet, wo sie mit Turbinenschaufeln in Wechselwirkung treten, welche um einen Rotor drehbar sind, um mechanische Energie zu erzeugen. Die Umgebung in dem Turbinenbereich und um den oder auf dem Rotor ist daher durch relativ hohe Gravitationslasten (G-Lasten), hohe Temperaturen und hohe Drücke gekennzeichnet. Es ist oft vorteilhaft, Messwerte dieser Temperaturen und Drücke zu gewinnen, um festzustellen, ob die Turbine innerhalb normaler Parameter arbeitet.
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Versuche, Drücke zu messen, fokussieren sich im Wesentlichen auf Druckmessungen auf dem Rotor, erfordern aber, dass der Drucksensor an der oder in der Nähe der Rotormittellinie verpackt wird, wo G-Lasten verringert sind. Typischerweise wird ein Wellenleiter (Rohr) von dem Drucksensor zu dem interessierenden Messpunkt geführt. Die Führung eines starren, jedoch biegbaren Rohres durch eine Reihe von Schlitzen und Löchern in dem Rotor kann jedoch schwierig sein und oft zu einem Leck oder einer unterbrochenen Verbindung führen. Außerdem beschränkt die Verwendung eines Wellenleiters die Druckmessung nur auf statische Messwerte, da dynamische Drücke unter Verwendung eines Wellenleiters aufgrund des großen Luftvolumens zwischen dem Sensor und dem Messpunkt nicht gemessen werden können. Dieses große Luftvolumen dämpft die Druckwelle zu sehr.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Turbine bereitgestellt und enthält eine Komponente mit einem Körper, welcher um eine Rotormittellinie drehbar ist, und welcher so geformt ist, dass er einen Hohlraum radial in unmittelbarer Nähe zu einem interessierenden Messpunkt definiert, der bei einem radialen Abstand von der Mittellinie definiert ist, einen Sensor zum Messen eines Zustandes an dem interessierenden Messpunkt, ein Übertragungssystem, durch welches Zustandsmesswerte von dem Sensor an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem übertragen werden können, und einen Sondenhalter, der in den Hohlraum eingesetzt werden kann, um den Sensor in unmittelbarer Nähe zu dem interessierenden Messpunkt zu befestigen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Turbine bereitgestellt und enthält eine Komponente mit einem Körper, welcher um eine Rotormittellinie drehbar ist, und welcher so geformt ist, dass er einen Hohlraum radial in unmittelbarer Nähe zu einem interessierenden Messpunkt definiert, der bei einem radialen Abstand von der Mittellinie definiert ist, einen Sensor zum Messen eines Zustandes an dem interessierenden Messpunkt, ein Übertragungssystem, durch welches Zustandsmesswerte von dem Sensor an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem übertragen werden können, und einen Sondenhalter, der in den Hohlraum eingesetzt werden kann, um den Sensor in unmittelbarer Nähe zu dem interessierenden Messpunkt so zu befestigen, dass eine Längsachse des Sensors zu einer radialen Dimension des Rotors ausgerichtet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Turbine bereitgestellt und enthält eine Komponente mit einem Körper, welcher um eine Rotormittellinie drehbar ist, und welcher so geformt ist, dass er einen Hohlraum radial in unmittelbarer Nähe zu einem interessierenden Messpunkt definiert, der bei einem radialen Abstand von der Mittellinie definiert ist, einen Sensor zum Messen eines Zustandes an dem interessierenden Messpunkt, ein Übertragungssystem, durch welches Zustandsmesswerte von dem Sensor an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem übertragen werden können, und einen Sondenhalter, der in den Hohlraum eingesetzt werden kann, um den Sensor in unmittelbarer Nähe zu dem interessierenden Messpunkt so zu befestigen, dass eine Längsachse des Sensors zu einer Umfangsdimension des Rotors ausgerichtet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Turbine bereitgestellt und enthält eine Komponente mit einem Körper, welcher um eine Rotormittellinie drehbar ist, und welcher so geformt ist, dass er einen Hohlraum radial in unmittelbarer Nähe zu einem interessierenden Messpunkt definiert, der bei einem radialen Abstand von der Mittellinie definiert ist, einen Sensor zum Messen eines Zustandes an dem interessierenden Messpunkt, ein Übertragungssystem, durch welches Zustandsmesswerte von dem Sensor an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem übertragen werden können, und einen Sondenhalter, der in den Hohlraum eingesetzt werden kann, um den Sensor in unmittelbarer Nähe zu dem interessierenden Messpunkt so zu befestigen, dass eine Längsachse des Sensors zu einer axialen Dimension des Rotors ausgerichtet ist.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Der als die Erfindung betrachtete Erfindungsgegenstand, wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Patentschrift dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
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1 eine Seitenansicht eines Turbinentriebwerks ist;
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2 eine schematische Ansicht interessierender Messpunkte des Turbinentriebwerks von 1 ist;
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3 eine schematische Darstellung eines Drucksensors und einer Verdrahtung ist;
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4 eine perspektivische Ansicht des Drucksensors ist;
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5 eine axiale Ansicht eines vorderen Wellenkörpers des Turbinentriebwerks von 1 ist;
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6 eine vergrößerte Ansicht eines Hohlraums der vorderen Welle des vorderen Wellenkörpers von 5 ist;
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7 eine perspektivische Ansicht eines Sondenhalters ist;
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8 eine perspektivische Explosionsansicht des Sondenhalters von 7 ist;
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9 eine Draufsicht auf den Probenhalter von 7 und eine Verdrahtungsanordnung ist;
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10 eine Draufsicht auf einen Innenbereich des Sondenhalters von 7 ist;
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11 eine perspektivische Ansicht einer mittigen Welle des Turbinentriebwerks von 1 ist;
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12 eine vergrößerte Ansicht von Austritten von Kühlluftlöchern der mittigen Welle von 11 ist;
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13 eine perspektivische Ansicht eines Sondenhalters ist;
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14 eine perspektivische Explosionsansicht des Sondenhalters von 13 ist;
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15 eine Draufsicht auf einen Innenbereich des Sondenhalters von 13 ist;
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16 eine Seitenansicht der Verdrahtung um die mittige Welle ist;
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17 eine schematische Seitenansicht des vorderen Flansches der mittigen Welle von 11 ist;
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18 und 19 Explosionsansichten eines Sondenhalters zum Einbau in den vorderen Flansch von 17 sind;
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20 eine Seitenansicht eines Innenbereiches des Sondenhalters der 18 und 19 ist;
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21 eine perspektivische Ansicht des Sondenhalters von 18 und 19 im eingebauten Zustand in dem vorderen Flansch von 17 ist;
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22 eine perspektivische Ansicht eines hinteren Wellenstopfens des Turbinentriebwerks von 1 ist;
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23 eine Explosionsansicht eines Sondenhalters zum Einbau in dem hinteren Wellenstopfen von 22 ist;
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24 eine Seitenansicht des Innenbereichs des Sondenhalters von 23 ist; und
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25 eine axiale Ansicht der Verdrahtung um den hinteren Wellenstopfen ist.
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Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Sensor bereitgestellt, der in der Lage ist, den statischen und dynamischen Druckgehalt an einem interessierenden Punkt eines Rotors einer Turbine zu messen. Der interessierende Punkt (oder die Messstelle) ist eine raue Umgebung und der Sensor ist hohen G-Lasten und extremen Temperaturen ausgesetzt. Der Sensor und die zugeordnete elektrische Verdrahtung sind strategisch ausgerichtet und in einem Sondenhalter befestigt, der sicherstellt, dass der Sensor der extremen Zentrifugalbelastung eines sich drehenden Rotors widerstehen kann. Jeder interessierende Messpunkt erfordert eine spezielle Sondenhalterauslegung und Anschlussverdrahtungsführungsstrategie. Die Schnittstellen des Sondenhalters zu der tragenden Rotorkomponente sind technisch so ausgelegt, dass sie die Gravitationslast übertragen und Spannungskonzentrationen berücksichtigen.
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Jeder Sondenhalter verpackt den Sensor auf dem Rotor an dem Punkt so, an dem Daten zu erfassen sind, dass eine spezielle hochfeste Oberfläche des Sensors mit einer Lastaufnahmeoberfläche des Sondenhalters in Kontakt steht. Diese Anordnung ermöglicht eine Drehung des Sensors bei extrem hohen G-Lastungen. Der Sensor kann zusätzlich durch ein elastisches Element, wie z. B. eine Feder, in seiner Lage gehalten werden. Die Feder hält den Sensor während des Hochdrehens in Position, bis der Sensor durch die Zentrifugallast festgehalten wird. Der Sondenhalter befestigt auch den bzw. die Anschlussdrähte, um eine Zugentlastung bereitzustellen und Kurzschlüsse oder Unterbrechungen zu verhindern.
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Gemäß Aspekten ermöglicht die Fähigkeit, statische und dynamische Druckmesswerte auf einem Rotor zu erfassen, Konstruktionsingenieuren, den Strom der Luft in dem und um den Rotor zu bewerten. Zusätzlich ermöglichen rotierende Sensoren Ingenieuren, den Strom vitaler Kühlluft durch Kreisläufe in dem Rotor zu bewerten. Derartige Daten ermöglichen Ingenieuren, ihre Konstruktionen besser zu bewerten und sicherzustellen, dass ausreichend Kühlluft luftgekühlte Teile in dem Turbinenbereich erreicht. Rotations-Druckdaten können möglicherweise die Lebensdauer der Gasturbine verlängern. Rotierende Sensoren ermöglichen Ingenieuren auch, akustische Phänomene in dem Rotor zu messen. Bestimmte akustische Phänomene treten tief in dem Rotor auf und können nicht durch Sensoren gemessen werden, die auf dem Stator angeordnet sind.
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Gemäß den 1 und 2 wird ein Turbinentriebwerk 10, wie z. B. ein Gas- oder Dampfturbinentriebwerk, bereitgestellt. Das Turbinentriebwerk 10 enthält einen Turbinenbereich 11, in welchem mechanische Energie aus einem Strom von Hochenergiefluiden entzogen wird, und einen Rotor 12, welcher sich um eine Mittellinie 122 drehen kann. Das Turbinentriebwerk 10 enthält ferner Sensoren 25, um beispielsweise statische und dynamische Drücke an interessierenden Messpunkten 20 zu messen, die auf dem Rotor 12 in einem radialen Abstand von der Mittellinie 122 definiert sind. Das Turbinentriebwerk 10 enthält ferner ein Übertragungssystem 30 und Sondenhalter 90, 110, 130 und 140 (siehe 7, 13, 20 bzw. 24) für jeden Sensor 25. Das Übertragungssystem 30 kann ein drahtgebundenes oder drahtloses System sein und ermöglicht die Übertragung statischer und dynamischer Drucksensorsignale aus den Sensoren 25 an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem 75 beispielsweise über einen Schleifring, der zum Übertragen rotierender Signale verwendet wird. Die Sondenhalter 90, 110, 130 und 140 befestigen die Sensoren 25 und Abschnitte des Übertragungssystems 30 auf dem Rotor 12 unmittelbar bei jedem von den interessierenden Messpunkten 20.
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Gemäß Ausführungsformen können die interessierenden Messpunkte 20 an verschiedenen Stellen in Bezug auf verschiedene Komponenten des Turbinentriebwerks 10 angeordnet sein. Diese beinhalten einen Entnahmehohlraum, der in Umfangsrichtung um die Mittellinie 122 durch einen äußeren radialen Abschnitt eines Körpers eines vorderen Welle 13 und bei einem Austritt eines Luftkühlloches 14 angeordnet ist, das dafür definiert ist, sich axial durch eine mittige Welle 15 zu erstrecken. Die Stellen können eine Zone in der Nähe eines vorderen Flansches 16 der mittigen Welle 15 und eine Zone in der Nähe eines hinteren Wellenstopfens 17 beinhalten. Für den interessierenden Messpunkt 20 bei dem Entnahmehohlraum liegt eine Längsachse des Sensors 25 im Wesentlichen parallel zur radialen Abmessung des Rotors 12, für den interessierenden Messpunkt 20 an dem Austritt des Luftkühlloches 14 liegt die Längsachse des Sensors 25 im Wesentlichen parallel zu einer Umfangsdimension des Rotors 12 und für die entsprechenden interessierenden Messpunkte 20 in der Nähe des vorderen Flansches 16 und des hinteren Wellenstopfens 17 liegt die Längsachse des Sensors 25 im Wesentlichen parallel zu einer axialen Dimension des Rotors 12. In jedem Falle sind die Sensoren 25 sowohl statischen als auch dynamischen Drücken ausgesetzt, wenn der Rotor 12 um die Mittellinie 122 rotiert.
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Gemäß den 3 und 4 enthält jeder Sensor 25 einen Körper 26 mit im Wesentlichen zylindrischer Form und einem ersten und zweiten gegenüberliegenden Ende 27 und 28. Ein Messende 29 ist mit entsprechenden Flächen von einem der ersten und der zweiten gegenüberliegenden Enden 27 oder 28 verbunden und ragt in Längsrichtung daraus hervor, wobei das andere mit dem ersten Verdrahtungsbereich 40 des Übertragungssystems 30 verbunden ist. Das erste und das zweite gegenüberliegende Enden 27 und 28 sind so ausgebildet, dass sie einen Absatzabschnitt 277 bzw. 288 zum Absorbieren von Gravitationslast definieren. Die Absatzabschnitte 277 und 288 sind an entsprechenden Flächen des ersten und des zweiten gegenüberliegenden Endes 27 und 28 entfernt von dem Messende 29 und von der Verbindung zu dem ersten Verdrahtungsbereich 40 definiert. Der Körper 26 kann auch so ausgebildet sein, dass er flache Stellen 266, wie z. B. Schlüsselflächen, zur Kalibrierung definiert und das Messende 29 kann mit einem Gewinde 267 ausgebildet sein.
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Das Messende 229 kann eine Messvorrichtung 299 enthalten, welche dafür ausgelegt ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das detektierte statische und/oder dynamische Drücke widerspiegelt, die daran angelegt werden. Wenn statischer Druck an die Messvorrichtung 299 angelegt wird, erzeugt die Messvorrichtung 299 ein elektrisches Gleichstrom-(DC)-Signal mit einer Größe, die den statischen Druck wiedergibt. Wenn dynamischer Druck an die Messvorrichtung 299 angelegt wird, erzeugt die Messvorrichtung 299 ein elektrisches Wechselstrom-(AC)-Signal auf der Spitze des elektrischen DC-Signals mit einer Größe, die den dynamischen Druck wiedergibt. Die Messvorrichtung 299 kann ein piezoresistives Element oder eine ähnliche Art von Bauteil enthalten.
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Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Übertragungssystem bereitgestellt und beinhaltet die Sensoren 25 zum Messen statischer und dynamischer Drücke an den interessierenden Messpunkten, die auf dem Rotor 12 in einem radialen Abstand von der Mittellinie 122 definiert sind, um welche sich der Rotor 12 und das Übertragungssystem 30 drehen können. Zum Zwecke der Verdeutlichung und Abkürzung wird das System in Bezug auf nur einen Sensor 25 zur Verwendung an einem interessierenden Messpunkt 20 beschrieben. Das Übertragungssystem 30 kann mittels drahtgebundener oder drahtloser Vorrichtungen arbeiten. Wenn das Übertragungssystem 30 drahtgebunden ist, wird es auf dem Rotor 12 in einem radialen Abstand von der Mittellinie 122 angeordnet und enthält einen ersten Verdrahtungsbereich 40, wie z. B. einen Anschlussdraht, welcher mit dem Sensor 25 bei einem Anschlussbereich 41 verbunden ist. Das Übertragungssystem 30 enthält ferner einen zweiten Verdrahtungsbereich 60 und eine erste hermetische Verbindung 50, mittels welcher die ersten und zweiten Verdrahtungsbereiche 40 und 60 verbunden werden können.
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Der erste Verdrahtungsbereich 40 kann beispielsweise aus zwei Hochtemperaturdrähten aus rostfreiem Edelstahl oder einer ähnlich robusten Verdrahtung bestehen. Der erste Verdrahtungsbereich 40 ist dafür ausgebildet, die Gravitationslast, die hohen Temperaturen und die hohen Drücke in dem Turbinentriebwerk 10 zu überleben und diesen zu widerstehen. Die erste hermetische Verbindung 50 kann hermetische Verbinder oder ähnliche Vorrichtungen dergestalt enthalten, dass die hohen Temperaturen und Drücke in dem Turbinentriebwerk 10 darin eingeschlossen werden können.
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Das System kann ferner ein Temperaturkompensationsmodul 65, das entlang dem zweiten Verdrahtungsbereich 60 angeordnet ist, und eine zweite hermetische Verbindung 70 enthalten. Das Temperaturkompensationsmodul 65 passt das von der Messvorrichtung 299 erzeugte elektrische Signal an, und würde normalerweise entlang dem ersten Verdrahtungsbereich 40 auf der anderen Seite der ersten hermetischen Verbindung 50 angeordnet werden. Da jedoch die interessierenden Messpunkte 20 in Zonen besonders hoher Temperaturen und Drücke angeordnet sind, ergibt die Verschiebung des Temperaturkompensationsmoduls an den zweiten Verdrahtungsbereich 60 einen genaueren Temperaturkompensationsbetrieb, als er ansonsten von einem Temperaturkompensationsmodul erzielbar wäre, das Turbinenbetriebsbedingungen ausgesetzt ist. Die zweite Verbindung 70 ermöglicht dem zweiten Verdrahtungsbereich 60, welcher mit dem Rotor 12 um die Mittellinie 122 rotiert, ein Signal gemäß den von der Messvorrichtung 299 und dem Temperaturkompensationsmodul 65 erzeugten elektrischen Signalen an ein nicht-rotierendes stationäres Aufzeichnungssystem 75 oder Element über einen Schleifring, Telemetriesysteme oder über irgendeine andere Übertragungsvorrichtung zu übertragen.
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Gemäß den 5–10 ist einer von den interessierenden Messpunkten an dem Entnahmehohlraum angeordnet, der in Umfangsrichtung um die Mittellinie 122 durch einen äußeren radialen Abschnitt eines vorderen Wellenkörpers 80 der vorderen Welle 13 gebildet wird. Der Entnahmehohlraum ist als eine ringförmige Vertiefung in dem vorderen Wellenkörper 80 von seiner nach hinten zeigenden Oberfläche ausgehend ausgebildet. Gemäß Darstellung in den 5 und 6 ist ein vorderer Wellenhohlraum 81 in dem vorderen Wellenkörper 60 an einer Stelle unmittelbar an dem Entnahmehohlraum angeordnet und kann in Form mehrerer vorderer Wellenhohlräume 81 vorgesehen sein, die in Abstand um den Entnahmehohlraum herum angeordnet sind. Jeder vordere Wellenhohlraum 81 hat eine Haupthohlraumzone 82, die in dem vorderen Wellenkörper 80 definiert ist, einen Graben 83 und ein Anschlussdrahtloch 84. Die Haupthohlraumzone 82 enthält einen Halsabschnitt 85, der sich in den Entnahmehohlraum öffnet, und Absatzanlageabschnitte 86, die relativ eben sind, und von dem Halsabschnitt 85 aus in die Breite erweitert sind. Das Anschlussverdrahtungsloch 84 ermöglicht die Durchführung des ersten Verdrahtungsbereiches 40 durch den vorderen Wellenkörper 80 in einer axialen Richtung von einer Vorderseite zu der nach hinten zeigenden Oberfläche und der Graben 83 ermöglicht eine radiale Auswärtsausrichtung des ersten Verdrahtungsbereiches 40 zu der Haupthohlraumzone 82.
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Gemäß Darstellung in den 7–10 ist ein Sondenhalter 80 in den vorderen Wellenhohlraum 81 einführbar und im Wesentlichen ähnlich wie die Haupthohlraumzone 82 ausgebildet, obwohl dieses lediglich exemplarisch und solange nicht erforderlich ist, wie der Sondenhalter 90 anderweitig darin befestigt werden und der hohen Gravitationslast, hohen Temperaturen und hohen Drücken in Verbindung mit der Rotation des Rotors 12 widerstehen und diese absorbieren kann. Der Sondenhalter 90 enthält einen Sondenhalterkörper 91 und eine Kappe 92. Der Sondenhalterkörper 91 passt in der Haupthohlraumzone 81 und hat einen Hals 93, der in dem Halsabschnitt 85 passt und Flügel 94, die in den Absatzanlageabschnitten 86 passen. Die Anlage der Flügel 94 an den Absatzanlageabschnitten 86 absorbiert die Gravitationslast.
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Die radial äußerste Fläche des Halses 93 ist im Wesentlichen zu einem Innendurchmesser des Entnahmehohlraums ausgerichtet, wenn der Sondenhalter 90 in den vorderen Wellenhohlraum 81 eingesetzt ist. Der Sondenhalterkörper 91 ist ferner geformt, dass er Sensorhohlräume 95 darin definiert und in welche beispielsweise zwei Sensoren 25 so einsetzbar sind, dass die Längsachse jedes zu einer radialen Abmessung des Rotors 12 ausgerichtet ist, und so, dass die Messvorrichtungen 299 zu der radial äußersten Fläche des Halses 93 und dem Innendurchmesser des Entnahmehohlraums ausgerichtet sind. Die Kappe 92 kann an dem Sondenhalterkörper 91 angebracht werden, um die Sensoren 25 in dieser Position wenigstens solange zu sichern, bis die Rotation des Rotors 12 beginnt. Die Sensorhohlräume 95 sind ferner mit Sensorhohlraumabsätzen 955 definiert, an welchen die Absatzabschnitte 277 anliegen. Sobald der Rotor 12 mit der Rotation beginnt, nimmt die Anlage der Sensorhohlraumabsätze 995 an den Absatzabschnitten 277 die Gravitationslast auf.
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Der Sondenhalterkörper 91 ist ferner dafür ausgebildet, eine Oberfläche 96 und Sondenhaltergräben 97 zu definieren. Ein Abschnitt 42 des ersten Verdrahtungsbereiches 40 kann an der Oberfläche 96 befestigt werden und durch die Sondenhaltergräben 97 zur Verbindung mit den Sensoren 25 so geführt werden, dass dem Abschnitt 42 eine Zugentlastung gegeben wird. Die Zugentlastung wird durch den Abschnitt 42 erzielt, der mit einem Zuschlag an Bereichen 98 versehen ist, die vor und hinter einer Verdrahtungsanordnung 99 definiert sind. Die Verdrahtungsanordnung 99 kann eine Umhüllung aus dünner Folie oder ein ähnliches Material enthalten, das den Abschnitt 42 an der Oberfläche 96 ohne Zulassen einer Relativbewegung der Verdrahtung und des Sondenhalters 90 befestigt. Der Zuschlag an den Bereichen 98 ermöglicht die Aufbringung einer Zugspannung auf die Verdrahtung ohne Risiko von Unterbrechungen oder ähnlichen Ausfällen während des Betriebs.
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Gemäß den 11–16 ist ein weiterer interessierender Messpunkt 20 an dem Ausgang von wenigstens einem der Kühlluftlöcher 14 angeordnet, die sich axial durch einen mittigen Wellenkörper 100 zu dessen nach hinten zeigender Oberfläche erstrecken, wo Ausgänge mehrerer Kühlluftlöcher 14 um die Rotormittellinie 122 herum angeordnet sind. Gemäß Darstellung in 12 ist ein erster mittiger Wellenhohlraum 101 in dem mittigen Wellenkörper an einer Stelle unmittelbar an dem Austritt des Luftkühlloches 14 angeordnet und kann als mehrere in Abstand um die Mittellinie 122 angeordnete erste mittige Wellenhohlräume vorgesehen sein. Jeder mittige Wellenhohlraum 101 hat eine mittige Wellenhohlraumzone 102 und eine erste komplementäre Rasteinrichtung 103. Die mittige Wellenhohlraumzone 102 ist im Wesentlichen rohrförmig, kann sich zwischen benachbarten Austritten von Kühlluftlöchern 14 erstrecken und enthält Absatzanlageabschnitte 104 der mittigen Welle, die relativ eben sind und sich entlang einem Verlauf der mittigen Wellenhohlraumzone 102 in der Breite erstrecken.
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Gemäß Darstellung in den 13–15 kann der Sondenhalter 110 in die mittige Wellenhohlraumzone 110 eingesetzt werden und ist ähnlich wie diese geformt, obwohl dieses lediglich exemplarisch und nicht erforderlich ist, solange der Sondenhalter 110 anderweitig darin befestigt werden kann und hoher Gravitationslast, hohen Temperaturen und hohen Drücken in Verbindung mit der Rotation des Rotors 12 widerstehen kann. Der Sondenhalter 110 enthält einen Sondenhalterkörper 111 und eine Kappe 112. Der Sondenhalterkörper 111 passt in die mittige Wellenhohlraumzone 101 und besitzt eine zweite komplementäre Rasteinrichtung 113, die sich mit der ersten Rasteinrichtung 103 verbindet, und eine Seitenwand 114, die an den Absatzanlageabschnitten 104 der mittigen Welle anliegt. Der Sondenhalterkörper 111 wird durch Zusammenwirken der ersten und zweiten komplementären Rasteinrichtungen 103 und 113 befestigt und die Anlage der Seitenwand 114 an den Absatzanlageabschnitten 104 der mittigen Welle absorbiert die Gravitationslast. Zusätzlich kann eine axiale Bewegung des Sondenhalterkörpers 111 verhindert werden, indem die nach hinten zeigende Oberfläche der mittigen Welle 115 in der Nähe des Sondenhalterkörpers 111 verstemmt wird.
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Eine Fläche 115 des Sondenhalterkörpers 111 kann im Wesentlichen zu einer Krümmung eines Außendurchmessers des Austritts des Luftkühlloches 14 ausgerichtet sein, und ein hinteres Ende der Kappe 112 kann zu einer Krümmung des Ausgangs eines benachbarten Luftkühlloches 14 ausgerichtet sein. Der Sondenhalterkörper 111 ist ferner dafür ausgebildet, einen Sensorhohlraum 116 darin zu definieren, in welchen der Sensor 25 so eingesetzt werden kann, dass seine Längsachse zu einer Umfangsdimension des Rotors 12 ausgerichtet ist und so, dass die Messvorrichtung 299 zu der Fläche 115 ausgerichtet ist. Die Kappe 112 kann an dem Sondenhalterkörper 111 befestigt werden und liefert eine Verankerung für ein elastisches Element 117, welches eine Feder oder Spirale sein kann. Das elastische Element 117 befestigt den Sensor 25 in seiner Umfangsposition. Der Sensorhohlraum 116 ist ferner mit Sensorhohlraumabsätzen 118 definiert, gegenüber welchen der Absatzabschnitt 277 anliegt, um die Gravitationslast zu absorbieren.
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Der Sondenhalterkörper 111 ist ferner dafür ausgebildet, Sondenhaltergräben 119 der mittigen Welle und eine Oberfläche 1191 zu definieren. Der Abschnitt 42 des ersten Verdrahtungsbereiches 40 kann an der Oberfläche 1191 befestigt werden und durch die Sondenhaltergräben 119 der mittigen Welle zur Verbindung mit dem Sensor 25 derartig geführt werden, dass der Abschnitt 42 mit einer Zugentlastung versehen ist. Die Zugentlastung wird erreicht, indem der Abschnitt 42 mit einem Zuschlag an Bereichen 98 in einer Weise ähnlich der Weise für die Erzeugung einer Zugentlastung gemäß vorstehender Beschreibung versehen wird.
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Gemäß 16 kann der erste Verdrahtungsbereich 40 radial nach außen entlang der hinteren Fläche der mittigen Welle 15 und dann axial entlang einer Außenoberfläche der mittigen Welle 15 in der Vorwärtsrichtung und durch den vorderen Flansch 16 in der axialen Richtung geführt werden. Der erste Verdrahtungsbereich 40 kann mit einer Drahtverbindungsstelle 421 entlang dieser Route versehen sein.
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Gemäß den 17–21 befindet sich ein weiterer interessierender Messpunkt 20 an einem Bereich in der Nähe des vorderen Flansches 16 der mittigen Welle 15. Der vordere Flansch 16 ist als ein ringförmiger Vorsprung aus einer Vorderseite der mittigen Welle 15 ausgebildet und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Mittellinie 122. Gemäß Darstellung in 17 enthält der vordere Flansch 16 einen vorderen Flanschkörper 120, durch welchen ein Hohlraum 121 des vorderen Flansches definiert ist, und durch welchen in einigen Fällen mehrere Hohlräume 121 des vorderen Flansches definiert und um die Mittellinie 122 in Abstand herum angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Hohlräume 121 des vorderen Flansches gleichmäßig und nicht gleichmäßig um die Mittellinie 122 herum verteilt.
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Gemäß Darstellung in den 20 und 21 besitzt jeder Hohlraum 121 des vorderen Flansches eine in dem vorderen Flanschkörper 120 definierte Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches und einen radialen Graben 124. Die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches ist im Wesentlichen rohrförmig und kann sich durch den vorderen Flansch 16 hindurch erstrecken. Somit enthält die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches Flanschabsatzanlageabschnitte 125, die sich entlang einer Länge der Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches erstrecken. Der radiale Graben 124 ermöglicht die Führung des ersten Verdrahtungsbereiches 40 zu der vorderen Fläche der mittigen Welle 15, radial nach außen und dann in die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches.
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Gemäß Darstellung in den 18 und 19 ist der Sondenhalter 130 in den Hohlraum 121 des vorderen Flansches aus der hinteren Richtung einführbar und im Wesentlichen ähnlich wie die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches geformt, obwohl dieses lediglich exemplarisch und nicht erforderlich ist, solange der Sondenhalter 130 anderweitig befestigt werden kann und in der Lage ist, hoher Gravitationslasten, hohen Temperaturen und hohen Drücken in Verbindung mit der Rotation des Rotors 12 zu widerstehen. Der Sondenhalter 130 enthält einen Sondenhalterkörper 131, einen Sondenhalterstopfen 132, eine Schraube 133 und einen Überbrückungsring 134. Der Sondenhalterkörper 131 enthält ferner eine Drehverhinderungseinrichtung 135, die seine Drehung in der Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches verhindert.
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Der Sondenhalterkörper 131 wird aus der hinteren Richtung und nach vorne durch die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches zusammen mit dem Sondenhalterstopfen 132 eingebaut, welcher in den Probenhalterkörper 131 eingesetzt werden kann. Die Schraube 133, welche an dem Sondenhalterstopfen 132 beispielsweise durch Einschrauben und/oder Verschweißen befestigt werden kann, kann in der rückwärtigen Richtung eingeführt werden. Der Überbrückungsring 134 wird dann mittels Gleitpassung und/oder Verschweißung in die Hohlraumzone 123 des vorderen Flansches hinter der Schraube 133 eingebaut, um einen Verdrahtungsweg zu dem radialen Graben 123 bereitzustellen. Sobald eine Drehung des Rotors 12 erfolgt, wird der Sondenhalterkörper 131 durch die Anlage des Sondenhalterkörpers 131 und das Drehverhinderungsmerkmal 135, den Sondenhalterstopfen 132, die Schraube 133 und den Überbrückungsring 134 an den Flanschabsatzanlageabschnitten 125 befestigt.
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Die axial hinterste Fläche des Sondenhalterkörpers 131 ist im Wesentlichen zu einer hintersten Fläche des vorderen Flansches 16 ausgerichtet. Der Sondenhalterkörper 131 ist ferner so ausgebildet, dass er Sensorhohlräume 136 darin ausbildet und in welche ein elastisches Element 137, wie z. B. eine Druckfeder und der Sensor 25, eingeführt werden können. Das elastische Element 137 kann auf dem Sondenhalterstopfen 132 verankert werden und spannt den Sensor 25 so vor, dass die Längsachse des Sensors in einer Ausrichtungsposition zu einer axialen Dimension des Rotors 12 gehalten wird und dergestalt, dass die Messvorrichtung 299 in einer Ausrichtungsposition zu der axial hintersten Fläche des Sondenhalterkörpers 131 und der hintersten Fläche des vorderen Flansches 16 gehalten wird. Die Sensorhohlräume 136 sind ferner mit Sensorhohlraumabsätzen 138 definiert, an welchen der Absatzabschnitt 277 des Sensors 25 anliegt.
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Wenn der erste Verdrahtungsbereich 40 entlang dem radialen Graben 124 geführt wird, wird ein Abschnitt 42 des ersten Verdrahtungsbereiches 40 mit einer Zugentlastung an Bereichen 98 in einer Weise ähnlich der vorstehend beschriebenen Weise zur Erzeugung einer Zugentlastung versehen.
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Gemäß den 22–25 befindet sich ein weiterer interessierender Messpunkt bei einer Zone in der Nähe einer hinteren Fläche des hinteren Wellenstopfens 17, welcher in Umfangsrichtung um die Mittellinie 122 ausgebildet ist. Gemäß Darstellung in den 22 und 24 ist der Sondenhalter 114 so ausgebildet, dass er in eine in dem hinteren Wellenstopfen 17 definierte Bohrung eingesetzt werden kann. Der Sondenhalter 140 enthält eine hintere Abdeckplatte 141 und eine vordere Abdeckplatte 142, die auf hinteren bzw. vorderen Seiten der Bohrung vorgesehen sind, und einen Stopfen 143, der zwischen den hinteren und vorderen Abdeckplatten 141 und 142 eingeschlossen ist, welche mittels axialer Schrauben 147 zusammengeschraubt sind. Der Stopfen 143 und die hintere Abdeckplatte 141 definieren zusammen einen hinteren Wellenstopfenhohlraum 144, in welchem ein elastisches Element 145, wie z. B. eine Druckfeder und ein Sensor 25 angeordnet werden können.
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Wenn die hinteren und vorderen Abdeckplatten 141 und 142 miteinander verschraubt sind, drückt das elastische Element 145 den Sensor 25 dergestalt in die hintere Richtung, dass die Messvorrichtung 299 in einer Linie mit der hinteren Fläche der hinteren Abdeckplatte 141 und der hinteren Fläche des hinteren Wellenstopfens 17 liegt. Das elastische Element 145 könnte eine Druckfeder sein, oder es könnte alternativ ein maschinell bearbeiteter Abstandshalter verwendet werden. Absatzabschnitte 146 der hinteren Abdeckplatte liegen an dem Absatzabschnitt 277 gegen die durch das elastische Element 145 aufgebrachte Kraft an. Der Stopfen 143 und die vordere Abdeckplatte 142 definieren zusammenwirkend ein Verdrahtungsloch 148, durch welches der Abschnitt 42 des ersten Verdrahtungsbereiches 40 geführt und mit einer Zugentlastung in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben versehen werden kann.
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Gemäß Darstellung in 23 wird der Sondenhalter 140 zusammengebaut, indem der Sensor 25 und das elastische Element 145 in den hinteren Wellenstopfenhohlraum 144 eingeführt werden. Dann werden die hintere Abdeckplatte 141 und die vordere Abdeckplatte 142 mit Schrauben 147 auf jeder Seite des Stopfens 143 miteinander verschraubt, um dadurch den Sensor 25 in seiner Position zu befestigen. Der Abschnitt 42 des ersten Verdrahtungsbereiches 40 wird dann durch das Verdrahtungsloch 148 in der Vorwärtsrichtung und dann entlang der Vorderseitenfläche des hinteren Wellenstopfens 17 radial nach außen geführt.
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Gemäß Darstellung in 5 wird der erste Verdrahtungsbereich 40 entlang der vorderen Abdeckplatte 42 und der vorderen Fläche des hinteren Wellenstopfens 17 radial nach außen geführt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der hintere Wellenstopfenhohlraum 44 mehrfach vorhanden und gleichmäßig und ungleichmäßig um die Mittellinie 122 verteilt sein.
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Obwohl die Erfindung detailliert in Verbindung mit nur einer eingeschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es sich ohne Weiteres verstehen, dass die Erfindung nicht auf derartige offengelegte Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, sodass sie eine beliebige Anzahl von Varianten, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bisher nicht beschrieben wurden, enthält, die aber dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Zusätzlich dürfte es sich, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demzufolge ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
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Es wird eine Turbine 10 bereitgestellt und enthält eine Komponente mit einem Körper, welcher um eine Rotormittellinie 122 drehbar ist, und welcher so geformt ist, dass er einen Hohlraum radial in unmittelbarer Nähe zu einem interessierenden Messpunkt 20 definiert, der bei einem radialen Abstand von der Mittellinie 122 definiert ist, einen Sensor 25 zum Messen eines Zustandes an dem interessierenden Messpunkt 20, ein Übertragungssystem 30, durch welches Zustandsmesswerte von dem Sensor 25 an ein nicht-rotierendes Aufzeichnungssystem 75 übertragen werden können, und einen Sondenhalter 90, der in den Hohlraum eingesetzt werden kann, um den Sensor 25 in unmittelbarer Nähe zu dem interessierenden Messpunkt 20 zu befestigen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Turbinentriebwerk
- 11
- Turbinenbereich
- 12
- Rotor
- 13
- vordere Welle
- 14
- Kühlluftloch
- 15
- mittige Welle
- 16
- vorderer Flansch
- 17
- Stopfen der hinteren Welle
- 122
- Mittellinie
- 20
- interessierender Messpunkt
- 25
- Sensoren
- 26
- Körper
- 266
- abgeflachte Stellen
- 267
- Gewinde
- 27, 28
- gegenüberliegende Enden
- 277, 288
- Absatzabschnitte
- 29
- Messende
- 299
- Messvorrichtung
- 30
- Übertragungssystem
- 40
- Abschnitt des ersten Verdrahtungsbereichs
- 41
- Anschlussbereich
- 42
- Teil des ersten Verdrahtungsbereiches
- 421
- Blasenverbindungsstelle
- 50
- erste Verbindung
- 60
- zweiter Verdrahtungsbereich
- 65
- Temperaturkompensationsmodul
- 70
- zweite Verbindung
- 75
- nicht-rotierendes stationäres Aufzeichnungssystem
- 80
- vorderer Wellenkörper
- 81
- vorderer Wellenhohlraum
- 82
- Haupthohlraumzone
- 83
- Graben
- 84
- Anschlussverdrahtungsloch
- 85
- Halsabschnitt
- 86
- Absatzanlageabschnitte
- 90
- Sondenhalter
- 91
- Sondenhalterkörper
- 92
- Kappe
- 93
- Hals
- 94
- Flügel
- 95
- Sensorhohlräume
- 955
- Sensorhohlraumabsätze
- 96
- Oberfläche
- 97
- Sondenhaltergräben
- 98
- Abschnitte
- 99
- Verdrahtungsanordnung
- 100
- mittiger Wellenkörper
- 101
- mittiger Wellenhohlraum
- 102
- mittiger Wellenhohlraumbereich
- 103
- erste komplementäre Rasteinrichtung
- 104
- Absatzanlageabschnitte der mittigen Welle
- 110
- Sondenhalter
- 111
- Sondenhalterkörper
- 112
- Kappe
- 113
- zweite komplementäre Rasteinrichtung
- 114
- Seitenwand
- 115
- Fläche
- 117
- elastisches Element
- 118
- Sensorhohlraumabsätze
- 119
- Sondenhaltergräben der mittigen Welle
- 1191
- Oberfläche
- 120
- vorderer Flanschkörper
- 121
- Hohlraum des vorderen Flansches
- 123
- Hohlraumbereich des vorderen Flansches
- 124
- radialer Graben
- 125
- Flanschabsatzanlageabschnitt
- 130
- Sondenhalter
- 131
- Sondenhalterkörper
- 132
- Sondenhalterstopfen
- 133
- Schraube
- 134
- Überbrückungsring
- 135
- Drehverhinderungseinrichtung
- 136
- Sensorhohlräume
- 137
- elastisches Element
- 138
- Sensorhohlraumabsätze
- 140
- Sondenhalter
- 141
- hintere Abdeckplatte
- 142
- vordere Abdeckplatte
- 143
- Stopfen
- 147
- axiale Schrauben
- 144
- Hohlraum des hinteren Wellenstopfens
- 145
- elastisches Element
- 146
- Absatzabschnitt der hinteren Abdeckplatte
- 148
- Verdrahtungsloch
