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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für Rotorabschnitte einer Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Rotorabschnitten nach Anspruch 13.
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Ein Rotorverbund einer Strömungsmaschine wird oft mittels Verschraubungen von Bolzen in Bolzenbohrungen hergestellt. Diese Verbindungstechnik kann sich infolge von möglichen Rissbildungen, ausgehend von den Bolzenbohrungen, lebensdauerndmindernd auf den Rotorverbund auswirken. Zudem können derartige Rissbildungen Sicherheitsrisiken darstellen, da in einem Schadensfall während des Betriebs, beispielsweise bei einem Bersten des Rotorverbundes, weitere Teile der Strömungsmaschine und ein möglicher Totalausfall auftreten können.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsvorrichtung für Rotorabschnitte einer Strömungsmaschine vorzuschlagen, die die beschriebenen Nachteile zumindest verringert. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Rotorabschnitten vorzuschlagen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Sie wird ferner durch ein Verfahren zum Verbinden von Rotorabschnitten nach Anspruch 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Verbindungsvorrichtung für Rotorabschnitte einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, wobei die Verbindungsvorrichtung wenigstens eine äußere Spanneinrichtung zum Fixieren einer formschlüssigen Verbindung der Rotorabschnitte aufweist. Die äußere Spanneinrichtung ist an der Außenseite der Rotorabschnitte angeordnet, wobei die Außenseite die der Rotationsachse oder Mittelachse der Rotorabschnitte abgewandte Seite ist.
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Bei allen vorstehenden und folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern.
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Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe „ein“ oder „einem“ stets „wenigstens ein“ oder „wenigstens einem“ mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise „ein“ alternativ als „genau ein“ gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen.
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Strömungsmaschine eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk.
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Verbindungsvorrichtung weist die Verbindungsvorrichtung mehr als eine äußere Spanneinrichtung auf. Beispielsweise kann eine Spanneinrichtung in Umfangsrichtung des Rotationsabschnitts segmentiert sein, so dass mehrere Segmente die Rotationsabschnitte miteinander verbinden. Die Segmente können über dem Umfang direkt aneinander angeordnet sein, so dass der Gesamtumfang der Segmente 360 Grad beträgt. Alternativ können Segmente mit Zwischenräumen oder Spalten über dem Umfang angeordnet sein. Beispielweise können vier Segmente mit einem Umfangswinkel von 30 Grad oder 45 Grad äquidistant oder nicht äquidistant über dem Umfang angeordnet sein. Oder es können sechs Segmente mit einem Umfangswinkel von 30 Grad, drei Segmente mit einem Umfangswinkel von 60 Grad oder in einer anderen Kombination angeordnet sein.
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Weiterhin können mehrere äußere Spanneinrichtungen in Achsrichtung parallel zueinander angeordnet die Rotorabschnitte miteinander verbinden. Die Spanneinrichtungen können einteilig über dem Umfang (z. B. als Spannring) oder mehrteilig segmentiert über dem Umfang angeordnet sein.
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Die äußere Spanneinrichtung kann in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen als Kupplung, insbesondere als wieder lösbare Kupplung zum Verbinden und Trennen der Rotorabschnitte bezeichnet werden.
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In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann die Spanneinrichtung als Spannelement, als Spannring, oder als Spannsegment bezeichnet werden.
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In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die zu verbindenden Bereiche oder Flächen der Rotorabschnitte als Kontaktflächen oder Stirnflächen der Rotorabschnitte bezeichnet werden. Die Kontaktflächen sind insbesondere in einer Trennebene oder Trennfuge zwischen den Rotorabschnitten angeordnet.
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die formschlüssige Verbindung der Rotorabschnitte eine Verzahnung der Kontaktflächen der Rotorabschnitte auf. Eine Verzahnung kann insbesondere die Funktion eines gegenseitigen Zentrierens und/oder einer gegenseitigen Momentenübertragung der Rotorabschnitte aufweisen.
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In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Verzahnung eine Sinusverzahnung oder eine Hirthverzahnung. Eine Hirthverzahnung kann eine axial wirksame, planseitige Verzahnung sein. Die Hirthverzahnung ist eine formschlüssige Verbindung beispielsweise von zwei Wellen oder Rotoren. Die Hirthverzahnung ist eine feste, aber lösbare Kupplung.
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In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die äußere Spanneinrichtung eine selbstsichernde Spanneinrichtung. Eine selbstsichernde Spanneinrichtung kann eine Schnappverbindung, eine Rastverbindung oder ähnliches sein.
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In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen die Rotorabschnitte wenigstens einen äußeren Konus zum Fixieren der Rotorabschnitte mittels der äußeren Spanneinrichtung auf. Insbesondere weisen die beiden Rotorabschnitte jeweils eine Konushälfte auf, die aneinandergefügt einen äußeren Konus bilden. Die Rotorabschnitte mit den Konushälften können als Flansche mit abgeschrägten Kanten (als Konushälfte) bezeichnet werden.
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Die Konushälften können an ihrem Übergang zum Rotorabschnitt, dem sogenannten Konusfuß, eine Nut oder eine Hinterschneidung aufweisen, in die die äußere Spanneinrichtung mittels einer abgeschrägten Kante (die abgeschrägte Kante kann als Nase bezeichnet werden) als selbstsichernde Spanneinrichtung eingeführt, eingeschoben oder in anderer Art und Weise montiert werden kann.
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die äußere Spanneinrichtung wenigstens eine Schraube zum Fixieren der äußeren Spanneinrichtung an wenigstens einem Rotorabschnitt auf. Insbesondere sind mehrere Schrauben über dem Umfang der Spanneinrichtung zur Fixierung angeordnet. Die Schrauben können eine einteilige Spanneinrichtung (oder Spannband) fixieren, oder mehrere segmentierte Bereiche der Spanneinrichtung. Je nach Umfangswinkel einer über dem Umfang segmentierten äußeren Spanneinrichtung kann eine oder können mehrere Schrauben ein Segment fixieren.
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In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Kontaktfläche oder Stoßfläche der miteinander zu verbindenden Rotorabschnitte konstruktiv wellig oder unrund gefertigt oder gedreht hergestellt. Die wellige Form der Stoßfläche ist insbesondere zur Fixierung der äußeren Spanneinrichtung mittels Schrauben vorteilhaft. Die Schrauben zum Fixieren der Spanneinrichtung werden entweder in dem einen oder dem anderen Rotorabschnitt (im konischen Flanschbereich an der Trennfuge) einschraubt, nicht jedoch direkt in der Trennfuge zwischen den Rotorabschnitten. Bei einer welligen Form der Stoßfläche ist, je nach Umfangswinkel einer Welle (oder anders ausgedrückt je nach Periode der Wellen über dem Umfang der Stoßfläche) entweder der Konus des einen oder des anderen Rotorabschnitts breiter ausgebildet zum Verschrauben und Fixieren der Spanneinrichtung. Anders ausgedrückt ist die Materialanhäufung entweder in dem einen oder in dem anderen Rotorabschnitt ausgeprägt. Damit kann die äußere Spanneinrichtung an beiden Rotorabschnitten befestigt und fixiert werden (siehe 4 und 5).
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In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Verbindungsvorrichtung zusätzlich eine innere Spanneinrichtung auf. Der Begriff „innere Spanneinrichtung“ bezieht sich auf den der Drehachse des Rotorabschnitts zugewandten Seite. Die innere Spanneinrichtung kann insbesondere mittels einer Schraube von außen fixiert und befestigt werden.
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In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen die Rotorabschnitte außer den konischen Hälften auf der Außenseite (zum Fixieren der äußeren Spanneinrichtung) zusätzlich innere konische Hälften zum Fixieren der inneren Spanneinrichtung auf. Die beiden inneren konischen Hälften bilden zusammengefügt einen inneren Konus. Auf diesem Konus kann die innere Spanneinrichtung mittels einer Schraube oder mehreren Schrauben von außen an den Rotorabschnitten fixiert werden. Gegenüber der Ausführungsform mit nur einer äußeren Spanneinrichtung, die mittels einer Schraube und einem Gewinde (oder mehreren Gewinden bei mehreren Schrauben) in den Rotorabschnitten fixiert werden, ist das Gewinde bei der Ausführungsform mit einer weiteren inneren Verspanneinrichtung in der inneren Verspanneinrichtung angeordnet. In diesem Fall wird eine Schraube, beispielsweise eine Schaftschraube, durch ein Durchgangsloch in einem Rotorabschnitt durchgesteckt und in die innere Verpanneinrichtung eingeschraubt und fixiert. Die innere Verspanneinrichtung kann als Sicherungsklammer bezeichnet werden. Die innere Verspanneinrichtung kann vorteilhaft als zusätzliche Sicherheitseinrichtung angesehen werden, um die äußere Verspanneinrichtung gegen ein Lösen oder Lockern im Betrieb abzusichern.
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die äußere Spanneinrichtung und/oder die innere Spanneinrichtung in Umfangsrichtung der Rotorabschnitte segmentiert.
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In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die äußere Spanneinrichtung wenigstens einen Dichtabschnitt zum Abdichten eines Hauptdurchströmungspfades eines Strömungsmediums der Strömungsmaschine auf.
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In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Dichtabschnitt zum Abdichten einer Einlaufdichtung an einem Leitrad ausgestaltet. Der Dichtabschnitt kann als Dichtfin ausgestaltet sein oder als Dichtfin bezeichnet werden.
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In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die äußere Spanneinrichtung und/oder die innere Spanneinrichtung oder Abschnitte davon mittels eines generativen Herstellverfahren gefertigt. Generative Herstellverfahren können als „Rapid Manufacturing“ Verfahren bezeichnet werden. Ein generatives Herstellverfahren ist beispielsweise das selektive Laserschmelzverfahren (SLM – selective laser melting).
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In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die äußere Spanneinrichtung und der Dichtabschnitt als integrales Bauteil mittels eines generativen Herstellverfahren gefertigt. Die äußere Spanneinrichtung kann mehrere Dichtabschnitte aufweisen. Der Dichtabschnitt oder die Dichtabschnitte können mittels einer Trägerplatte (die Trägerplatte kann als Finträger bezeichnet werden) mit dem konischen Bereich der äußeren Spanneinrichtung verbunden sein.
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In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind Dichtabschnitte in Axialrichtung oder in der Hauptdurchströmungsrichtung hintereinander angeordnet, oder teilweise hintereinander, oder versetzt zueinander und überlappend angeordnet. Damit kann vorteilhaft die Dichtigkeit einer Dichtanordnung mit einem Dichtabschnitt oder Dichtfin und einer Einlaufdichtung erhöht werden.
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Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung können Rotorabschnitte vorteilhaft von außen, also von der Seite der montierten Leit- und Laufräder, montiert werden. Im Schadensfall oder im Verschleißfall können die Rotorabschnitte vorteilhaft einfach und schnell von außen demontiert oder wieder gelöst werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung können Dichtungsträger (Dichtfins) oder Dichtabschnitte vorteilhaft in die äußere Spanneinrichtung integriert werden. Die Vorteile sind beispielsweise eine einfache und kostengünstige Fertigung, z. B. mittels generativer Fertigungsverfahren, und vielfältige und einfache Gestaltungsmöglichkeiten für unterschiedliche konstruktive Ausführungsformen.
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Weiterhin kann mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und mehreren Schrauben zur Fixierung der äußeren Spanneinrichtung, und optional zusätzlich der inneren Spanneinrichtung, vorteilhaft die Verbindung der Rotorabschnitte bei einem Bruch einer Schraube gesichert werden. Aufgrund der Fixierung mit mehreren Schrauben (die als Sicherungsschrauben bezeichnet werden können) kann sich die Verbindung der Rotorabschnitte (die verbundenen Rotorabschnitte können als Rotorverbund bezeichnet werden) nicht lösen.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und einer Verzahnung der formschlüssig miteinander verbundenen Rotorabschnitte kann weiterhin eine hohe Momentenübertragung erzielt werden. Insbesondere kann für die Verzahnung stirnseitig die gesamte Konusfläche als Verzahnungsfläche genutzt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung können vorteilhaft mit einer äußeren Spanneinrichtung und einer inneren Spanneinrichtung hohe Presskräfte oder Anpresskräfte der miteinander verbundenen Rotorabschnitte erreicht werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist die Möglichkeit, die innere Spanneinrichtung als Wutgewicht zu nutzen, wenn Informationen über den Wuchtzustand der einzelnen Rotorabschnitte vorliegen oder bekannt sind. Die innere Spanneinrichtung oder die inneren Spanneinrichtungen können zu diesem Zweck in ihrem Gewicht angepasst werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und den Dichtabschnitten (Dichtfins), die mit der äußeren Spanneinrichtung verbunden sind, können die Dichtfins vorteilhaft einfach und unabhängig von den Rotorabschnitten repariert oder ersetzt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und Dichtfins, die thermisch isoliert sein können, kann ein hoher Temperatureintrag in die Rotorabschnitte vorteilhaft vermieden werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung können die Rotorabschnitte in ihrem Gewicht gegenüber Verbindungsvorrichtungen mit Bolzen nach dem Stand der Technik vorteilhaft verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den jeweils schematisch vereinfachten Figuren gilt:
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Rotorverbundes mit einer Bolzenbohrung gemäß dem Stand der Technik;
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2 zeigt zwei Rotorabschnitte mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung;
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung;
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4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einer Detail-Schnittdarstellung; und
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5 zeigt eine Aufsicht einer Stoßfläche des ersten Rotorabschnitts mit einer welligen Oberflächenkontur.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Rotorverbundes 100 mit einer Bolzenbohrung 1 einer Flugzeugturbine (als Ausführungsform einer axialen Strömungsmaschine) gemäß dem Stand der Technik.
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Die Bolzenbohrung 1 mit dem Bolzen 3 verbindet einen ersten Rotorverbundabschnitt 5 mit einem zweiten Rotorverbundabschnitt 7 und einem Rotorgrundkörper 9. Auf dem Umfang der Rotorverbundabschnitte 5, 7 und dem Rotorgrundkörper 9 sind weitere Bolzenbohrungen mit Bolzen angeordnet (in 1 nicht dargestellt), beispielsweise drei Bolzenbohrungen mit Bolzen jeweils um 120 Grad versetzt auf einem Teilkreisdurchmesser. Ebenso können vier jeweils um 90 Grad versetzt, sechs jeweils um 60 Grad versetzt angeordnet sein oder in einer anderen Anordnung und Anzahl.
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Die Laufräder 11 sind mit den Rotorverbundabschnitten 5, 7 und dem Rotorgrundkörper 9 jeweils verbunden. Die Leiträder 13 sind an einem Gehäuse (in 1 nicht dargestellt) befestigt. An den Leiträdern 13 sind am radial r inneren Ende Einlaufdichtungen 15 befestigt. Die Einlaufdichtungen 15 haben die Funktion, einen Dichtspalt zwischen Dichtabschnitten 17 oder sogenannten Dichtfins 17 an den Rotorverbundabschnitten 5, 7 und den statischen Einlaufdichtungen 15 auszubilden.
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Der Rotorgrundkörper 9 bildet die Trennebene zwischen den beiden Rotorverbundabschnitten 5, 7.
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Die Bolzenbohrung 1 mit dem Bolzen 3 ist radial innen oder innenseitig in Bezug auf die Rotorverbundabschnitte 5, 7 angeordnet, so dass eine Montage des Rotorverbundes 100 nur von innen ausgeführt und der Bolzen 3 festgezogen werden kann. Bei einer Lockerung des Bolzens 3 oder einer Rissbildung im Material infolge der Bolzenbohrung 1 während des Betriebs der Strömungsmaschine muss der Rotorverbund entsprechend demontiert werden oder zugänglich sein.
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Die Durchströmung des Rotorverbundes 100 bzw. die Hauptdurchströmungsrichtung verläuft in axialer Richtung a.
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2 zeigt einen ersten Rotorabschnitt 19 und einen zweiten Rotorabschnitt 21 einer Flugzeugturbine, die mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 200 verbunden oder miteinander fixiert sind.
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Die beiden Rotorabschnitte 19, 21 werden an einer Trennfuge 23 mittels der Verbindungsvorrichtung 200 zusammengefügt bzw. wieder trennbar oder wieder lösbar verbunden. Die Trennfuge 23 erstreckt sich über den gesamten Umfang (Umfangsrichtung u) der Rotorabschnitte 19, 21. An den sich gegenüberliegenden Seiten der Rotorabschnitte 19, 21 sind im Bereich der Trennfuge 23 zwei äußere Konusflächen 27, 27’ angeordnet, die zusammen einen äußeren Konus bilden. Die im Querschnitt dargestellten Konusflächen 27, 27’ (die Schnittebene verläuft senkrecht zur Axialrichtung a) erstrecken sich über den gesamten Umfang der Rotorabschnitte 19, 21. Die beiden Endbereiche der Rotorabschnitte 19, 21 mit den beiden äußeren Konusflächen 27, 27’ können als Flansche bezeichnet werden.
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Die Verbindungsvorrichtung 200 weist eine äußere Spanneinrichtung 25 auf, die an dem äußeren Konus mit den äußeren Konusflächen 27, 27’ anliegt. Die äußere Spanneinrichtung 25 wird mittels Schrauben 29 (hier schematisch durch einen Schlitzschraubenkopf dargestellt) verspannt. Die Schrauben 29 sind über dem Umfang verteilt angeordnet. Je nach Ausführungsform der äußeren Spanneinrichtung 25 (s. unten, z. B. ein durchgehendes Spannband oder segmentierte äußere Spanneinrichtung 25) können beispielsweise drei, vier, fünf, sechs oder mehr Schrauben 29 über dem Umfang verteilt angeordnet sein. Die Schrauben 29 sind insbesondere mit einem gleichen Abstand zueinander angeordnet oder positioniert.
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Die Schrauben 29 werden in einen der beiden Rotorabschnitte 19, 21 geschraubt (siehe 4) und können gleichzeitig die Funktion einer Verdrehsicherung der Spannvorrichtung 200 gegenüber den Rotorabschnitte 19, 21 aufweisen.
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Die Stoßflächen oder Kontaktflächen der Rotorabschnitte 19, 21 an der Trennebene 23 weisen ineinandergreifende Verzahnungen auf (in 2 nicht dargestellt). Die Verzahnungen sind insbesondere Sinusverzahnungen oder Hirthverzahnungen. Die Verzahnungen wirken funktionell zur gegenseitigen Zentrierung und Momentenübertragung der Rotorabschnitte 19, 21.
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Die äußere Spanneinrichtung 25 kann ein Spannband oder Spannring sein, die einteilig oder in Umfangsrichtung u segmentiert ist. Die äußere Spanneinrichtung 25 erstreckt sich in Umfangsrichtung u, entlang und in Kontakt mit den äußeren Konusflächen 27, 27’. Eine segmentierte äußere Spanneinrichtung 25 kann einzelne Bereiche des äußeren Konus, anstatt des gesamten Umfangs, überdecken. Beispielsweise kann die äußere Spanneinrichtung 25 zwei, drei oder mehr in Umfangsrichtung u segmentierte Bereiche umfassen. Die Segmente können z. B. 30 Grad, 45 Grad oder 60 Grad umfassen.
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Die äußere Spanneinrichtung 25 fixiert die beiden formschlüssig aneinander gefügten Rotorabschnitte 19, 21.
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Die äußere Spanneinrichtung 25 weist weiterhin in diesem Ausführungsbeispiel zwei Dichtabschnitte 31 (sogenannte Dichtfins 31) auf, die auf einer Trägerplatte 33 befestigt sind. Die Dichtabschnitte 31 bilden zusammen mit der Einlaufdichtung 15 einen Dichtspalt zum Abdichten eines Durchströmungsmediums aus.
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Die äußere Spanneinrichtung 25 kann insbesondere zusammen mit den Dichtabschnitten 31 und der Trägerplatte 33 mittels eines generativen Fertigungsverfahren (z. B. SLM – selektives Laserschmelzverfahren als Rapid Manufacturing Verfahren) als integrales Bauteil hergestellt werden. Konventionelle Herstellverfahren zum Fertigen der äußeren Spannvorrichtung 25 mit den Dichtabschnitten 31, beispielsweise mittels Löten, Schweißen, Verschrauben, Nieten oder ähnlichem sind gleichfalls möglich.
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Eine detaillierte Darstellung und Beschreibung der Verbindungsvorrichtung 200 mit der Befestigung der äußeren Spanneinrichtung 25 an den Rotorabschnitten 19, 21 wird in 4 näher ausgeführt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 200.
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Die Verbindungsvorrichtung 200 weist in dieser Ausführungsform neben der äußeren Spanneinrichtung 25 eine weitere innere Spanneinrichtung 35 auf. „Innen“ bezieht sich auf den Bereich der Rotorabschnitte 19, 21 zur Rotationsachse hingewandt, „außen“ auf den Bereich von der Rotationsachse weggewandt. Dabei kann „innen“ radial innen bedeuten, „außen“ kann radial außen bedeuten. Jedoch können in anderen Ausführungsformen die Rotorabschnitte diagonal oder in radialer Richtung angeordnet sein, und nicht, wie in den 1, 2 und 3 in Achsrichtung a oder axial parallel zur Drehachse der Rotorabschnitte.
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Die Rotorabschnitte 19, 21 weisen neben den äußeren Konusflächen 27, 27’ weiterhin innere Konusflächen 37, 37’ auf, an denen die innere Spanneinrichtung 35 fixiert wird.
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Die äußere Spanneinrichtung 25 und die innere Spanneinrichtung 25 werden mittels einer weiteren Schraube 29’ fixiert. Mit dieser Schraube 29’ wird sowohl die äußere Spanneinrichtung 25 auf dem äußeren Konus mit den äußeren Konusflächen 27, 27’ als auch die innere Spanneinrichtung 35 auf dem inneren Konus mit den inneren Konusflächen 37, 37’ gleichzeitig fixiert. Diese Fixierung hält die beiden Rotorabschnitte 19, 21 zusammen und verbindet deren beiden formschlüssige Endbereiche.
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Die Schraube 29’ ist insbesondere als Schaftschraube ausgeführt. Der Schaft wird durch eine Bohrung in einem der beiden Rotoabschnitte 19, 21 hindurchgeführt oder hindurchgesteckt, und mit einem Gewinde in der inneren Spanneinrichtung 35 verschraubt.
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Die Verschraubung bzw. Verspannung der beiden Rotorabschnitte 19, 21 erfolgt derart, dass eine Montage, und gegebenfalls eine Demontage von außen durchgeführt werden kann. Dazu wird die Schaftschraube 29’ entsprechend lang ausgeführt, so daß die beiden Rotorabschnitte 19, 21 bei einer durchgesteckten Schraube 29’ mit einer auf die innere Spanneinrichtung 35 aufgeschraubten Schraube 29’ zusammengeführt und anschließend verspannt bzw. festgezogen werden kann. Wie bereits zur 3 beschrieben wurde, können insbesondere mehrere Schrauben 29’ über dem Unfang angeordnet sein. Ebenso können die Spanneinrichtungen 25, 35 über dem Umfang segmentiert sein. Die Segmente können abschnittsweise auf dem Umfang angeordnet sein, beispielsweise drei 60 Grad Segmente, sechs 30 Grad Segmente, vier 30 Grad Segmente oder eine andere Anordnung.
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Analog der Beschreibung zur 2 weisen die Stoßflächen oder Kontaktflächen der Rotorabschnitte 19, 21 an der Trennebene 23 ineinandergreifende Verzahnungen auf (in 3 nicht dargestellt). Die Verzahnungen sind insbesondere Sinusverzahnungen oder Hirthverzahnungen. Die Verzahnungen wirken funktionell zur gegenseitigen Zentrierung und Momentenübertragung der Rotorabschnitte 19, 21.
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4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 200 in einer Detail-Schnittdarstellung.
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Eine Gewindebohrung 39 zur Fixierung der äußeren Spanneinrichtung 25 mittels der Schraube 29 ist neben der Trennfuge 23 (in Axialrichtung a getrachtet) angeordnet. Die Gewindebohrung 39 ist in dem ersten Rotorabschnitt 19 mit einem axial breiteren äußeren Konusbereich angeordnet. Der zweite Rotorabschnitt 21 weist dagegen einen axial schmaleren Konusbereich auf. Anders ausgedrückt weist der erste Rotorabschnitt 19 eine Materialanhäufung in diesem Abschnitt gegenüber dem zweiten Rotorabschnitt 21 auf. Diese Materialanhäufung variiert über dem Umfang zwischen dem ersten Rotorabschnitt 19 und dem zweiten Rotorabschnitt 21. Die sogenannte Stoßfläche 41 oder Kontaktfläche 41 der beiden gegenüberliegenden Abschnitte des ersten Rotorabschnitts 19 und des zweiten Rotorabschnitts 21 sind unrund oder wellig hergestellt oder gedreht. Dies bedeutet, dass die Breite der konischen Bereiche zwischen der Kontaktfläche 27 des ersten Rotorabschnitts 19 und der Trennfuge 23 einerseits und der Kontaktfläche 27’ des zweiten Rotorabschnitts 21 und der Trennfuge 23 andererseits sich insbesondere kontinuierlich über dem Umfang verändern. Die wellige Form weist über dem Umfang eine Periodenanzahl auf (siehe 5).
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Die äußere Spanneinrichtung 25 weist eine sogenannte Selbstsicherung auf. Die Selbstsicherung ist in Form von nach innen abgeknickten Kanten 43 oder Stegen 43 (oder Nasen) ausgeführt. Diese Kanten greifen in eine Nut 45 des Konus des ersten Rotorabschnitts 19 und in eine Nut 45 des Konus des zweiten Rotorabschnitts 21 ein.
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Die segmentierte äußere Spanneinrichtung kann beispielsweise auf den Konus der beiden Spanneinrichtungen in Umfangsrichtung aufgeschoben werden oder bei einer möglichen elastischen Verformung von oben (in 4 betrachtet) nach unten aufgeschoben und eingerastet werden.
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Analog der Beschreibung zur 2 und zur 3 weisen die Stoßflächen 41 oder Kontaktflächen 41 der Rotorabschnitte 19, 21 an der Trennebene 23 ineinandergreifende Verzahnungen auf (in 4 nicht dargestellt). Die Verzahnungen sind insbesondere Sinusverzahnungen oder Hirthverzahnungen. Die Verzahnungen wirken funktionell zur gegenseitigen Zentrierung und Momentenübertragung der Rotorabschnitte 19, 21.
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5 zeigt eine Aufsicht einer Stoßfläche 41 oder einer Kontaktfläche 41 des ersten Rotorabschnitts 19 mit einer welligen Oberflächenkontur. Die Aufsicht könnte ebenso die Stoßfläche 41 oder die Kontaktfläche 41 des zweiten Rotorabschnitts 21 sein.
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Die wellige Form weist über dem Umfang in diesem Ausführungsbeispiel eine Periodenanzahl von zwölf Perioden 47 auf.
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Bei einer Ausführung von segmentierten äußeren Spanneinrichtungen 25 und/oder segmentierten inneren Spanneinrichtungen 35 erstrecken sich die Segmente insbesondere über mindestens eine Periode 45 oder Periodenlänge in Umfangsrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Rotorverbund
- 200
- Verbindungsvorrichtung
- a
- axial; Axialrichtung
- r
- radial; Radialrichtung
- u
- Umfangsrichtung
- 1
- Bolzenbohrung
- 3
- Bolzen
- 5
- erster Rotorverbundabschnitt
- 7
- zweiter Rotorverbundabschnitt
- 9
- Rotorgrundkörper
- 11
- Laufrad
- 13
- Leitrad
- 15
- Einlaufdichtung
- 17
- Dichtfin
- 19
- erster Rotorabschnitt
- 21
- zweiter Rotorabschnitt
- 23
- Trennfuge
- 25
- äußere Spanneinrichtung
- 27, 27’
- äußere Konusflächen
- 29, 29’
- Schraube
- 31
- Dichtabschnitt; Dichtfin
- 33
- Trägerplatte
- 35
- innere Spanneinrichtung
- 37, 37’
- innere Konusflächen
- 39
- Gewindebohrung
- 41
- Stoßfläche; Kontaktfläche
- 43
- Kante; Steg
- 45
- Nut
- 47
- Periode
