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Die Erfindung betrifft eine Rotorscheibenanordnung mit einer Rotorscheibe und mit vor einer Stirnseite angeordneten Dichtelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Rotor einer Gasturbine werden in aller Regel Rotorscheiben eingesetzt, welche am Außenumfang verteilt eine Vielzahl von Schaufelhaltenuten aufweisen, in die jeweils eine Laufschaufel mit einem Schaufelhalteprofil befestigt sind. Dies ermöglicht im Verschleißfall den Austausch der Laufschaufel. Weiterhin ist es bekannt, dass die Schaufelhaltenuten vor einem Eindringen des durch die Gasturbine strömenden Heißgases zu schützen sind. Hierzu werden in bekannter Weise vor der Stirnseite der Rotorscheibe im Umfang verteilte segmentierte Dichtelemente eingesetzt. Hierzu bekannte Ausführungsformen sind beispielsweise aus der
EP 1 804 338 A1 ,
EP 1 944 471 A1 sowie aus der
EP 2 399 004 A1 bekannt. Die Dichtelemente weisen hierbei in aller Regel eine flache Gestalt auf und erstrecken sich von einer Ringnut unterhalb der Schaufelhaltenuten bis über den Außenumfang der Rotorscheibe hinaus. Somit werden in zuverlässiger Weise die Schaufelhaltenuten durch die Dichtelemente abgedeckt. Die Befestigung der Dichtelemente erfolgt an der Rotorscheibe bzw. an den Laufschaufeln in unterschiedlicher Weise, wobei hierzu in aller Regel die Dichtelemente am Innenumfang in einer Ringnut der Rotorscheibe gelagert sind. Die axiale Sicherung der Dichtelemente am Außenumfang erfolgt in üblicher Weise ebenso in einer Ringnut, welche durch die im Umfang segmentierten aneinander angrenzenden Laufschaufeln gebildet wird.
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Bei Rotation des Rotors werden die Dichtelemente üblicherweise in der Ringnut in den Laufschaufeln abgestützt. Hierbei belastet die Fliehkraft auf die Dichtelemente die ohnehin hoch belasteten Laufschaufeln zusätzlich.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Befestigung für die Dichtelemente vorzusehen, welche die Laufschaufeln von der Fliehkraft der Dichtelemente zumindest anteilig befreit.
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Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rotorscheibenanordnung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Rotor ist im Anspruch 19 und eine erfindungsgemäße Gasturbine im Anspruch 20 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die gattungsgemäße Rotorscheibenanordnung umfasst zunächst einmal eine Rotorscheibe. Diese weist am Außenumfang verteilt eine Mehrzahl von axial verlaufenden Schaufelhaltenuten auf. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Schaufelhaltenuten parallel zur Rotorachse verlaufen, wenngleich dies die vorteilhafte und kostengünstige Ausführung darstellt. Vielmehr ist es hinreichend, wenn die Schaufelhaltenuten sich von einer Stirnseite der Rotorscheibe bis zu einer gegenüberliegenden Stirnseite der Rotorscheibe erstrecken. Hierbei können diese sowohl einen gebogenen Verlauf als auch in vorteilhafter Weise einen gradlinigen Verlauf aufweisen.
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Weiterhin umfasst die Rotorscheibenanordnung eine Mehrzahl von im Umfang verteilt angeordneter Dichtelemente. Zur Fixierung der Dichtelemente an der Rotorscheibe weist die Rotorscheibe einen umlaufenden Befestigungsvorsprung und/oder eine Mehrzahl im Umfang verteilt angeordnete Befestigungsvorsprünge auf. Hierbei ist vorgesehen, dass der Befestigungsvorsprung sich zumindest in axialer Richtung erstreckt. Hierzu weisen die einzelnen Dichtelemente jeweils zumindest einen Befestigungsabschnitt auf, welcher am Befestigungsvorsprung anliegt. Dabei ist vorgesehen, dass sich der Befestigungsabschnitt auf der zur Rotorachse weisenden Seite unterseitig unter dem Befestigungsvorsprung befindet.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Lagerung der Dichtelemente an der Rotorscheibe mit Übertragung der durch die Rotation vorhandenen Fliehkräfte von den Dichtelementen auf die Rotorscheibe ermöglicht, in dem der Befestigungsvorsprung hinterschnittig ausgeführt wird. Dieses erfordert, dass der Abstand des Befestigungsvorsprungs zur Rotorachse an dessen freiem Ende kleiner ist als in einem Bereich innerhalb des Befestigungsvorsprungs. Das freie Ende bestimmt sich hierbei als das von der Rotorscheibe wegweisende Ende des Befestigungsvorsprungs.
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Durch diese neuartige Ausführungsform wird vermieden, dass sich die Dichtelemente am äußeren Umfang in Haltenuten in den Laufschaufeln abstützen müssen. Hierdurch werden die Laufschaufeln von der Fliehkraft der Dichtelemente befreit. Insofern werden die Dichtelemente nunmehr an der Rotorscheibe eingehängt wobei die Fliehkraft bei Rotation der Rotorscheibenanordnung zur sicheren Lage der Dichtelemente an der Rotorscheibe sowohl in axialer als auch in radialer Richtung führt.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn alle Dichtelemente zusammen einen wesentlichen geschlossenen Rotationskörper bilden. Im Wesentlichen bezieht sich hierbei auf den möglichen Verbleib von Spalten zwischen den einzelnen Dichtelementen, wobei die Spalte in besonders bevorzugter Weise jeweils zwischen zwei Schaufelhaltenuten angeordnet werden.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dichtelemente die Schaufelhaltenuten stirnseitig vollständig abdecken.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn alle Dichtelemente als Gleichteile ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausbildung des Befestigungsvorsprungs weist dieser eine zur Rotorachse weisende Auflagefläche auf, welche entweder planar als Ebene ausgeführt wird und/oder einen Abschnitt einer Kegelfläche bildet. Hierbei ist vorgesehen, dass sich der Abstand der Auflagefläche zur Rotorachse fortlaufend zum freien Ende hin verringert. Dieses führt zu dem besonders vorteilhaften Effekt, dass bei Rotation der Rotorscheibenanordnung und der hierbei auftretenden Fliehkraft die zur Rotorscheibe hin ansteigende Auflagefläche zu einem Heranziehen des Dichtelements an die Rotorscheibe führt. So wird besonders zuverlässig eine sichere Lage der Dichtelemente an der Rotorscheibe bewirkt.
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Hinsichtlich der Ausführung des Befestigungsvorsprungs bzw. einer Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen gibt es zunächst einmal die Möglichkeit, einen umlaufenden Befestigungsvorsprung zu wählen. Dieser kann wahlweise mit dessen freiem Ende an der Stirnseite der Rotorscheibe enden. Insofern wird der zur Anordnung der Befestigungsabschnitte erforderliche Freiraum bei einem umlaufenden Befestigungsvorsprung durch eine umlaufende axial in die Rotorscheibe eintauchende Nut radial unterhalb des Befestigungsvorsprungs realisiert. Der umlaufende Befestigungsvorsprung kann ebenso abschnittsweise oder vollständig axial die Stirnseite überragend ausgeführt sein. Hierdurch wird eine Schwächung durch eine ansonsten in die Rotorscheibe eintauchende Nut vermieden bzw. zumindest verringert.
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Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, eine Mehrzahl im Umfang verteilt angeordneter Befestigungsvorsprünge vorzusehen. In diesem Falle erstrecken sich die Befestigungsvorsprünge zumindest abschnittsweise über die Stirnseite hinaus. In bevorzugter Anordnung sind hierbei die Befestigungsvorsprünge radiärsymmetrisch angeordnet.
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In diesem Fall ist es – insbesondere bei Wahl einer planaren Auflagefläche und/oder einer Auflagefläche als Abschnitt einer Kegelfläche – besonders vorteilhaft, wenn die Stärke eines über die Stirnseite hinausgehenden Befestigungsvorsprungs in einer Richtung gemessen senkrecht zur Auflagefläche konstant ist oder zum freien Ende hin abnimmt. Dieses führt zu einer vorteilhaften Montage des Dichtelements, da in diesem Fall im Dichtelement lediglich derjenige Freiraum geschaffen werden muss, welcher für den Befestigungsvorsprung in der montierten Endlage erforderlich ist.
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Alternativ ist es hierzu möglich, den Befestigungsvorsprung derart zu gestalten, dass das freie Ende von einem sich zur Rotorachse erstreckenden Sicherungssteg gebildet wird. Hierbei begrenzt der Sicherungssteg in axialer Richtung eine sich radial zur Rotorachse öffnende Auflagenut im Befestigungsvorsprung. Dieses führt zu der Möglichkeit, ein Dichtblech radial von Innen in die Auflagenut am Sicherungssteg einzuhaken.
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Hinsichtlich der Ausführung des Befestigungsabschnitts stehen ebenso verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In einer ersten Ausführungsform verläuft der Befestigungsabschnitt am Dichtelement über die gesamte Breite (in Umfangsrichtung) des Dichtelements. Hierbei ist es erforderlich, dass sich der Befestigungsabschnitt axial zur Rotorscheibe weisend erstreckt. Diese Ausführungsform ermöglicht sowohl die Anbringung des Dichtelements an einem umlaufenden Befestigungsvorsprung, als auch bei einzelnen beabstandeten Befestigungsvorsprüngen. Gleichfalls ist es aber auch möglich, einen oder mehrere in Umfangsrichtung beabstandete sich axial zur Rotorscheibe weisend erstreckende Befestigungsabschnitte vorzusehen.
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In alternativer Ausführungsform verläuft der Befestigungsabschnitt – wiederum in Umfangsrichtung betrachtet – innerhalb des Dichtelements und ist somit zu den beiden gegenüberliegenden Seitenrändern des Dichtelements beabstandet. Hierzu befindet sich oberhalb des Befestigungsabschnitts eine axial in das Dichtelement eintauchende oder eine das Dichtelement vollständig durchdringende Befestigungsaufnahme. Diese weist ebenso jeweils einen Abstand zu den beiden Seitenrändern des Dichtelements auf. Diese Ausführungsform begünstigt in vorteilhafter Weise die Anbringung des Dichtelements an einem sich über die Stirnseite der Rotorscheibe erhabenen Befestigungsvorsprung. In diesem Fall ist der Befestigungsvorsprung in Umfangsrichtung seitlich vom Dichtelement umgeben.
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Hinsichtlich der Anordnung des Befestigungsvorsprungs an der Rotorscheibe und zugehörig der Befestigungsausnehmung am Dichtblech in radialer Richtung, d.h. der Wahl des Abstands von der Rotorachse und somit im relativen Verhältnis zu den Schaufelhaltenuten, stehen ebenso verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.
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In einer ersten vorteilhaften Befestigungsvariante ist es möglich, eine Mehrzahl zwischen den Schaufelhaltenuten angeordnete Befestigungsvorsprünge im radial äußeren Bereich des Dichtelements anzuordnen. Insbesondere bei einer Ausführung des Dichtelements mit einer größeren Materialstärke in axialer Richtung im radial äußeren Bereich des Dichtelements führt diese Anordnung zu einer einfacheren Realisierung des Befestigungsabschnitts.
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In einer zweiten Befestigungsvariante ist es von besonderem Vorteil, wenn der Befestigungsabschnitt im zur Rotorachse weisenden Randbereich des Dichtelements anordnet wird. Einerseits wird hierdurch eine Anordnung des Befestigungsvorsprungs an der Rotorscheibe radial unterhalb der Schaufelhaltenuten und/oder im radial zur Rotorachse weisenden Bereich zwischen zwei Schaufelhaltenuten möglich. Hierdurch wird der bei Rotation durch die Laufschaufeln hoch belastete Bereich nicht zusätzlich durch die Dichtbleche belastet. Anderseits führt die Anordnung des Befestigungsabschnitts am radial inneren Rand zur vorteilhaften Stabilisierung durch die Fliehkraft mit einer axial sicheren Anlage unmittelbar oder mittelbar an der Stirnseite, da der Schwerpunkt des Dichtelements sich radial oberhalb des Befestigungsabschnitts befindet.
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Zur zuverlässigen Fixierung der Dichtelemente, insbesondere bei Stillstand der Rotorscheibenanordnung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine zweite axiale Sicherung des Dichtblechs an der Rotorscheibe beabstandet zur Befestigung der Dichtbleche mittels der Befestigungsabschnitte an den Befestigungsvorsprung erfolgt. Hierzu weist die Rotorscheibe eine umlaufende Vertiefung oder mehrere im Umfang verteilte Vertiefungen auf. Diese erstrecken sich hierbei in radialer Richtung. Hierzu weisen zumindest zwei Dichtelemente jeweils zumindest einen in die Vertiefung eingreifenden Sicherungsabschnitt auf, welcher sich ebenso entsprechend radial erstreckt. Durch den Eingriff des Sicherungsabschnitts in die Vertiefung kann in einfacher weise die axiale Lage des Dichtblechs beabstandet zu dem Befestigungsabschnitt fixiert werden.
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Zur Realisierung der Vertiefung bzw. des Sicherungsabschnitts ist es weiterhin vorteilhaft, wenn sich die Vertiefung vor der Stirnfläche der Rotorscheibe befindet.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass sich die Vertiefung kontinuierlich aufweitet, d.h. die Flanken der Vertiefung verlaufen bogenförmig oder geneigt gegenüber einer radialen Richtung. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn sich die Flanken der Vertiefung senkrecht zur Rotorachse erstrecken.
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In besonders vorteilhafter Weise wird der Sicherungsabschnitt entsprechend komplementär zur Vertiefung ausgeführt, so dass die axiale Fixierung des Dichtblechs durch den Eingriff des Sicherungsabschnitts in die Vertiefung gewährleistet ist.
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In einer ersten Variante kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in der Rotorscheibe eine umlaufende Vertiefung vorhanden ist. Ohne großen Nachteil kann auch vorgesehen sein, dass die umlaufende Vertiefung segmentiert ist und insofern unterbrochen ist, sofern die Anbringung der Dichtelemente gewährleistet ist. Dabei ist die umlaufende Vertiefung bevorzugt auf der zur Rotorachse weisenden Seite der Dichtelemente positioniert. Dieses führt zu einer sich radial auswärts öffnenden Ringnut.
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In einer zweiten Variante ist es vorteilhaft möglich, an der Rotorscheibe zumindest zwei, insbesondere mehrere zwischen den Schaufelhaltenuten im Umfang verteilt angeordnete Vertiefungen vorzusehen. In bevorzugter Ausführungsform befindet sich jeweils zwischen zwei Schaufelhaltenuten im äußeren Bereich der Rotorscheibe eine entsprechende Vertiefung. In diesem Fall befindet sich der Befestigungsvorsprung an der Rotorscheibe auf der zur Rotorachse weisenden Seite relativ zu der Vertiefung. Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Vertiefung eine sich radial nach innen öffnende Nut bildet.
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Zur Ermöglichung der Montage des Dichtelements ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsaufnehme radial oberhalb des Befestigungsvorsprungs einen Freiraum aufweist. Hierbei dient der Freiraum zur Ermöglichung der Montage bzw. Demontage durch eine Bewegung des Dichtelements relativ zur Rotorscheibe zur Erzeugung des Eingriffs der Erhebung in die Vertiefung. Entsprechend ist der Freiraum hinreichend groß zu gestalten, so dass das Dichtelement auf den Befestigungsvorsprung aufgesetzt werden kann und mit der Erhebung in die Vertiefung eingeschoben werden kann.
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Bei vorhandenem Freiraum zwischen dem Befestigungsvorsprung und dem Dichtelement ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Freiraum durch ein Sicherungsblech abgedeckt wird. Diesbezüglich ist es unerheblich, ob sich ein Freiraum ebenso beidseitig des Befestigungsvorsprungs befindet, welcher gleichfalls mit dem Sicherungsblech abgedeckt werden kann. Zumindest ist es in diesem Fall vorteilhaft, wenn das Sicherungsblech mit einem Randabschnitt in einer sich radial erstreckenden Blechnut fixiert wird. Hierbei ist vorgesehen, dass durch den Eingriff des Randabschnitts in der Blechnut das Sicherungsblech axial fixiert wird und hierdurch zugleich das Dichtelement an der Rotorscheibe eine axiale Sicherung erfährt. Weiterhin ist bei Verwendung eines Sicherungsblechs vorgesehen, dass sich dieses im Nutgrund abstützt und insofern in einer Richtung radial fixiert ist. Demgegenüber wird am radial gegenüberliegenden Randabschnitt des Sicherungsblechs ein Sicherungsvorsprung angeordnet, an dem das Sicherungsblech gegenüberliegend zur Blechnut radial zur Anlage kommt. Somit ist ebenso eine radiale Fixierung des Sicherungsblechs gegeben. Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob die Blechnut im Befestigungsvorsprung und der Sicherungsvorsprung an dem Dichtelement oder umgekehrt die Blechnut am Dichtelement und der Sicherungsvorsprung an dem Befestigungsvorsprung angeordnet werden. Zumindest kann durch die Wahl der Höhe des Sicherungsvorsprungs und des vorhanden Spiels zur Fügung des Sicherungsblechs in der Blechnut und Anlage am Sicherungsvorsprung eine erforderliche elastische Verformung des Sicherungsblechs zur Montage festgelegt werden, welche wiederum ein ungewolltes Verlieren des Sicherungsblechs verhindert.
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In alternativer Ausführungsform ist es zur axialen und/oder radialen und/oder tangentialen Sicherung der Dichtelemente ebenso möglich ein Sicherungselement einzusetzen, welches das Dichtelement zumindest abschnittsweise durchdringt und in einer Ausnehmung in der Rotorscheibe eingreift. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um einen Sicherungsbolzen handeln, welcher axial das Dichtelement durchdringend in der Rotorscheibe fixiert wird. Diesbezüglich steht dem Fachmann bereits eine Mehrzahl verschiedener Ausführungsformen zur Verfügung. Zumindest ist es in diesem Fall vorteilhaft, wenn das Sicherungselement radial unterhalb, d. h. auf der zur Rotorachse weisenden Seite des Befestigungsvorsprungs angeordnet wird.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, eine Verschiebung des Dichtelements in radialer und/oder tangetialer Richtung zu verhindern, indem an einer Laufschaufel ein Blockierelement angeordnet ist. Hierbei erstreckt sich das Blockierelement axial über die Stirnseite hinaus und kann hierbei an eine Ausnehmung am Dichtelement eingreifen.
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Die Gestaltung des Dichtelements ist zunächst unerheblich, sofern die gewünschte Abdeckung der Schaufelhaltenuten bewirkt wird. Besonders vorteilhaft ist eine Gestaltung, bei der das Dichtelement einen zur Rotorachse weisenden im Wesentlichen flächen Dichtabschnitt und einen radial nach außen weisenden Flügelabschnitt umfasst. Hierbei ist der Dichtabschnitt im Wesentlichen vorgesehen zur abschnittsweisen Abdeckung der Schaufelhaltenut sowie zur Sicherung des Dichtelements mittels des Befestigungsabschnitts an dem Befestigungsvorsprung. Demgegenüber wird der Flügelabschnitt in einem Querschnitt längs der Rotorachse bestachtet U-förmig oder V-förmig radial nach außen öffnend ausgeführt. Somit bildet der Flügelabschnitt einen ersten an der Stirnseite angeordneten Flügelsteg sowie einen zweien vom ersten Flügelsteg beabstandeten Flügelsteg, welche sich radial nach außen weisend erstrecken. Somit kann eine weitere vorteilhafte Abdichtung sowohl zu den Laufschaufeln sowie feststehenden Leitschaufeln ermöglicht werden.
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Weiterhin ist es zur bestmöglichen Abdichtung der Schaufelhaltenuten vorteilhaft, wenn ein erstes Dichtelement an zumindest einem Seitenrand eine zur Stirnseite weisende Dichtlasche aufweist, während demgegenüber ein benachbartes zweites Dichtelement an einem zweiten Rand einen Dichtabsatz aufweist, in dem die Dichtlasche eingreift. Insofern wird ein Überlappen des zweiten Dichtelements über das erste Dichtelement ermöglicht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Dichtelement an beiden in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenrändern entsprechend jeweils eine Dichtlasche aufweist, während demgegenüber das zweite benachbarte Dichtelement an den gegenüberliegenden Seitenrändern entsprechend einen Dichtabsatz aufweist. Insofern kann eine wechselnde Anordnung des ersten und des zweiten Dichtelements an der Stirnseite der Rotorscheibe erfolgen.
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Insbesondere bei vorgenannter Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Dichtelement bzw. das bei vorheriger Ausführungsform zweite Dichtelement in Umfangsrichtung betrachtet zueinander parallel verlaufende Seitenränder aufweist. Somit wird gewährleistet, dass bei einem Fügen des zweiten Dichtelements in axialer und radialer Richtung zwischen den vorhandenen Dichtelementen keine Kollision des zuletzt einzufügenden Dichtelements mit den zuvor montierten Dichtelementen erfolgt.
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In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungsformen für eine erfindungsgemäße Anordnung von Dichtelementen an einer Rotorscheibe skizziert. Es zeigen:
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1 im Ausschnitt eine perspektivische Ansicht auf eine Rotorscheibenanordnung mit eingehakten Dichtelementen;
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2 eine Ansicht analog 1 unter Weglassung eines Dichtelements;
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3 eine Längsschnitt zur Anordnung aus 1;
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4 eine Explosionsansicht zur 3;
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5 und 6 perspektivische Ansichten zur Ausführung aus 1;
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7 ein Sicherungsblech der Ausführung aus 1;
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein eingehaktes Dichtelement im Längsschnitt analog 3;
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9 eine Explosionsansicht zur 8;
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10 und 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein eingehaktes Dichtelement;
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12 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit radial außen angeordneten Befestigungsvorsprung;
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13 das Dichtelement zu 12;
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14 ein Abschnitt der Rotorscheibe zur 12;
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15 eine Draufsicht auf das Dichtelement zu 12.
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In der 1 wird in einem Ausschnitt eine perspektivische Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Rotorscheibenanordnung skizziert. Diese umfasst eine Rotorscheibe 01 sowie eine Mehrzahl an der Rotorscheibe 01 befestigter Dichtelemente 11. In der nachfolgenden 2 wird in gleicher Ansicht wie 1 die Rotorscheibenanordnung unter Weglassung eines Dichtelements 11a skizziert. Zu erkennen ist die Anordnung der Mehrzahl an Dichtelementen 11a, 11b aneinander angrenzend unter Bildung eines im Wesentlichen geschlossenen Ringes. Hierbei befinden sich die Dichtelemente 11 vor einer Stirnseite 02 der Rotorscheibe 01 und decken in der Rotorscheibe 01 vorhandenen Laufschaufelnuten 09 stirnseitig ab. Es erschließt sich naheliegend, dass die Schaufelhaltenuten 09 ebenso in Mehrzahl im Umfang verteilt angeordnet sind.
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Die Rotorscheibe 01 weist zur Befestigung der Dichtelemente 11 jeweils einen Befestigungsvorsprung 03 auf, welcher 03 sich von der Stirnseite 02 aus im Wesentlichen axial erstreckt. Auf jedem Befestigungsvorsprung 03 ist jeweils ein Dichtelement 11 befestigt. Insbesondere aus Fig. ist zu erkennen, dass die Befestigungsvorsprünge 03 die Dichtelemente 11 mit einem von der Stirnseite 02 beabstandeten freien Ende 04 überragen. Weiterhin zu erkennen ist die Anordnung von Sicherungsblechen 19 zwischen dem Befestigungsvorsprung 03 der Rotorscheibe 01 und jeweiligen Erhebungen 18 an den einzelnen Dichtelementen 11.
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Weiterhin wird insbesondere aus der 2 ersichtlich, dass jeweils wechselnd zwei unterschiedliche Dichtelemente 11a und 11b eingesetzt werden, wobei das Dichtelement 11b an der zur Stirnseite 02 weisenden Seite eine in Umfangsrichtung überstehende Dichtlasche 27 aufweist. Hierzu weist das benachbarte Dichtelement 11a auf der zur Stirnseite 02 der Rotorscheibe 01 weisenden Seite einen Dichtabsatz 28 auf, in dem 28 die Dichtlasche 27 eintaucht. Hierdurch wird eine vorteilhafte Stoßabdeckung zwischen den einzelnen Dichtelementen 11a, 11b erzielt.
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Die Befestigung der Dichtelemente 11 an der Rotorscheibe 01 ist vorteilhaft in den 3 und 4 im Längsschnitt zu erkennen. Die Rotorscheibe 01 weist den sich axial erstreckenden Befestigungsvorsprung 03 auf. Hierbei erstreckt sich der Befestigungsvorsprung 03 mit einer zur Rotorachse weisenden Auflagefläche 05 bis zu einem von der Stirnseite 02 beabstandeten freien Ende 04, wobei der Abstand der Auflagefläche 05 von der Stirnseite 02 zum freien Ende 04 fortlaufend geringer wird. Weiterhin weist der Befestigungsvorsprung 03 gegenüberliegend zur Auflagefläche 05 auf der radial auswärts gerichteten Seite eine Blechnut 08 auf, welche 08 zur Aufnahme des Sicherungsblechs 19 dient. Aus den Ansichten ist weiterhin zu erkennen, dass sich der Befestigungsvorsprung 03 vorteilhaft unterhalb der Laufschaufelnut 09 befindet und somit eine stabile Anbindung an der Rotorscheibe 01 findet. Beabstandet zum Befestigungsvorsprung 03 befindet sich radial von der Rotorachse weg weisend über dem Befestigungsvorsprung 03 jeweils eine Vertiefung 07 in Form einer zur Rotorachse weisenden Aufnahmenut. Hierbei ist die Vertiefung 07 ebenso vor der Stirnseite 02 angeordnet, und befindet sich jeweils zwischen zwei Schaufelhaltenuten 09.
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Das an der Rotorscheibe 01 eingehängte Dichtelement 11 weist zur Übertragung der Fliehkräfte an der zur Rotorachse weisenden Seite einen Befestigungsabschnitt 13 auf, welcher 13 sich zwischen den beiden Seitenrändern 26 des Dichtelements 11 erstreckt. Über dem Befestigungsabschnitt 13 befindet sich eine das Dichtelement 11 durchdringende Befestigungsaufnahme 14. Durch die Fügung des Dichtelements 11 an der Rotorscheibe 01 taucht der Befestigungsvorsprung 03 der Rotorscheibe 01 in die Befestigungsaufnahme 14 ein, wobei die Auflagefläche 05 des Befestigungsvorsprungs 03 am Befestigungsabschnitt 13 zur Anlage kommt. Durch die besonders vorteilhafte Gestaltung des Befestigungsvorsprungs 03 mit einer abfallenden Auflagefläche 05 führt die bei Rotation der Rotorscheibenanordnung auftretenden Fliehkraft im Dichtelement 11 zu einem Heranziehen des Dichtelements 11 an die Stirnseite 02 der Rotorscheibe 01.
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Zur axialen Sicherung weist das Dichtelement 11 weiterhin komplementär zur Vertiefung 07 der Rotorscheibe 01 eine Erhebung 17 in Form eines sich in Umlaufrichtung erstreckenden Steges auf. Diese sich radial auswärts erstreckende Erhebung 17 greift in die Vertiefung 07 ein und sichert somit in axialer Richtung die Lage des Dichtblechs 11 im äußeren Bereich.
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Weiterhin zu erkennen ist, dass das Dichtelement 11 einen zur Rotorachse weisenden unteren Dichtabschnitt 21 sowie einen radial auswärts liegenden Flügelabschnitt 22 aufweist. Der Dichtabschnitt 21 ist hierbei im Wesentlichen flach gestaltet, d. h. dass die Erstreckung des Dichtabschnitts 21 in axialer Richtung ist deutlich geringer als die Abmessung des Dichtabschnitts 21 in radialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung. Demgegenüber ist der Flügelabschnitt 22 U-förmig ausgeführt und bildet hierbei einen ersten zur Stirnseite 02 weisenden Flügelsteg 23 sowie einen dazu beabstandeten zweiten Flügelsteg 24, wobei sich die Flügelstege 23, 24 radial auswärts erstrecken.
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Die Sicherung der Lage des Dichtelements 11 an der Rotorscheibe 01 erfolgt mittels eines Sicherungsblechs 19, welches 19 vor dem Dichtelement 11 an dem Befestigungsvorsprung 03 der Rotorscheibe 01 befestigt wird. Durch das Einschieben des Sicherungsblechs 19 in die an dem Befestigungsvorsprung 03 vorhandene Blechnut 08 erfolgt die axiale Sicherung des Sicherungsblechs 19 und zugleich des Dichtelements 11. In der Endposition liegt weiterhin das Sicherungsblech 19 auf der radial nach außen weisenden Seite an Sicherungsvorsprüngen 18 des Dichtelements 11 an. Somit ist eine radiale Fixierung des Sicherungselements 19 zwischen dem Dichtelement 11 mit dem Sicherungsvorsprung 18 und dem Nutgrund der Blechnut 08 der Rotorscheibe 01 gegeben. Neben der Sicherung des Dichtelements 11 an der Rotorscheibe 01 dient das Sicherungsblech 19 in diesem Ausführungsbeispiel zugleich der Abdeckung eines den Befestigungsvorsprung 03 umgebenden Freiraums 15, welcher 15 vorhanden ist zur Ermöglichung der Fügung der Erhebung 17 des Dichtelements 11 in die Vertiefung 07 der Rotorscheibe 01.
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In den nachfolgenden 5 und 6 wird das Dichtelement 11a in zwei perspektivischen Ansichten skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal der untere Dichtabschnitt 21 mit der sich darin befindenden Befestigungsaufnahme 14 zur Aufnahme des Befestigungsvorsprungs 03. Auf der zur Rotorachse weisenden Seite der Befestigungsaufnahme 14 befindet sich der Befestigungsabschnitt 13 zur Aufnahme der Fliehkräfte des Dichtelements 11. Auf der von der Rotorscheibe 01 weg weisenden Seite befinden sich am Dichtelement 11 die zwei Sicherungsvorsprünge 18 als Anlagefläche für das Sicherungsblech 19. In Umfangsrichtung erstreckt sich radial beabstandet zur Befestigungsaufnahme 14 die Erhebung 17 auf der zur Stirnseite 02 weisenden Seite.
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Der sich am Dichtabschnitt 21 anschließende Flügelabschnitt 22 umfasst den ersten Flügelsteg 23 auf der zur Rotorscheibe weisenden Seite sowie beabstandet hierzu den zweiten Flügelsteg 24, welche 23, 24 sich radial auswärts erstrecken. Weiterhin zu erkennen ist, dass an den beiden in Umfangsrichtung liegenden Seitenrändern 26 jeweils ein Dichtabsatz 28 vorhanden ist, welcher 28 einen von der Stirnseite 02 beabstandeten Freiraum zur Anordnung der Dichtlasche 27 des benachbarten Dichtelements 11b bietet.
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In der 7 wird das Sicherungsblech 19 skizziert, welches einerseits die Lage des Dichtelements 11 an der Rotorscheibe 01 sichert sowie zudem den von der Befestigungsaufnahme 14 verbleibenden Freiraum 15 bei Anordnung des Dichtelements an dem Befestigungsvorsprung 03 abdeckt. Hierbei ist das Sicherungsblech 19 U-förmig ausgeführt.
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In der 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Rotorscheibenanordnung in einem zu 3 analogen Schnitt skizziert. Zu erkennen ist wiederum ansatzweise die Rotorscheibe 31, an dessen Stirnseite 32 ein Dichtelement 41 angeordnet ist. Dieses 41 ist analog des vorherigen Ausführungsbeispiels an der Rotorscheibe 31 eingehakt, wobei die Rotorscheibe 31 hierzu einen Befestigungsvorsprung 33 aufweist. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, den Befestigungsvorsprung 33 als umlaufenden Ring auszuführen.
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Der Befestigungsvorsprung 33 erstreckt sich hierbei wiederum axial über die Stirnseite 32 hinaus bis zu einem freien Ende 34. Auf der zur Rotorachse weisenden Seite befindet sich die Auflagefläche 35, die 35 wiederum in axialer Richtung abfallend zum freien Ende 34 hin geneigt ist. In vergleichbarer Ausführung zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist an der Rotorscheibe 31 eine Vertiefung 37 in Form einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut vorhanden. Hierzu weist das Dichtelement 41 analog vorherigem Ausführungsbeispiel eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Erhebung 47 auf. Die bei Rotation der Rotorscheibenanordnung auftretenden Fliehkräfte im Dichtelement 42 werden über den Befestigungsabschnitt 43 auf den Befestigungsvorsprung 33 übertragen. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Befestigungsabschnitt 43 in axialer Richtung zur Rotorscheibe 31 weisend. Aufgrund der geneigten Ausrichtung der Auflagefläche 35 sowie der hierzu komplementären Gestalt des Befestigungsabschnitts 43 ist wiederum sichergestellt, dass die Fliehkräfte zu einem Heranziehen des Dichtelements 41 an die Rotorscheibe 31 führen. Analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist ein Dichtabschnitt 51 des Dichtelements 41 im Wesentlichen flach ausgeführt, während demgegenüber ein Flügelabschnitt 52 mehrere Flügelstege 53, 54 und 55 aufweist.
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In den 10 und 11 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Dichtelement 71 zur Verwendung bei einer erfindungsgemäßen Rotorscheibenanordnung skizziert. Zu erkennen ist analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel die Bildung des Dichtelements 71 mit einem Dichtabschnitt und einem Flügelabschnitt, der einen ersten Flügelsteg 83 sowie einen zweiten Flügelsteg 84 aufweist. Eine überlappende Anordnung der Dichtelemente 71 wird in diesem Ausführungsbeispiel realisiert durch Anbringung einer Dichtlasche 87 an einem Seitenrand des Dichtelements 71 sowie der Anordnung eines Dichtabsatzes 88 am gegenüberliegenden Seitenrand.
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Die axiale Sicherung des Dichtelements 71 an der Rotorscheibe erfolgt wiederum analog zu vorherigen Ausführungsbeispielen mit einer am Dichtelement 71 sich radial auswärts erstreckender Erhebung 77. Im Gegensatz zu vorherigen Ausführungsbeispielen befindet sich am zur Rotorachse weisenden Ende ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Befestigungsabschnitt 73 mit einem sich radial auswärts erstreckendem Steg und einer Nut 74. Insofern kann mit der Erhebung 77 sowie dem Befestigungsabschnitt 73 ein Einhaken des Dichtelements 71 an der Rotorscheibe erfolgen. Vorgesehen ist in jedem Falle, dass die Fliehkräfte im Dichtelement 71 vorteilhaft über den zur Rotorachse weisenden Befestigungsabschnitt 03 übertragen werden, wobei eine radiale Anlage an der Rotorscheibe sowohl am Steg 73 als auch am Nutgrund der Nut 74 vorgesehen sein kann.
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Zur radialen und zur tangentialen Sicherung des Dichtelements 71 an der der Rotorscheibe wird in diesem Ausführungsbeispiel das Dichtelement 71 mit einer Sicherungsausnehmung 78 an der zur Rotorachse weisenden Seite versehen, wobei sich die Sicherungsausnehmung 78 halbkreisförmig ausgeführt ist. Dieses ermöglicht ein Einschieben eines Sicherungsbolzens nach einer Anbringung des Dichtelements 71 an der zugehörigen Rotorscheibe. Eine derartige Sicherung ist naheliegend ebenso bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen für Rotorscheibenanordnungen anwendbar.
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In der 12 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Rotorscheibenanordnung im Schnitt skizziert. Zu erkennen ist wiederum bereichsweise die Rotorscheibe 91 mit dem daran 91 angeordneten Dichtelement 101. Zur besseren Erkennbarkeit ist in der 13 das Dichtelement 101 und in der 14 die Rotorscheibe 91 im Bereich des Dichtelements skizziert.
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Das Dichtelement 101 weist analog vorheriger Ausführungsbeispiele einen radial außen liegenden Flügelabschnitt 112 mit einem ersten Flügelsteg 113 und einen zweiten Flügelsteg 114 auf. Auf der zur Rotorachse weisenden Seite schließt sich der Dichtabschnitt 111 mit einer im Wesentlichen flachen Gestalt an.
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Weiterhin weist das Dichtelement 101 einen Befestigungsabschnitt 103 auf, mittels dem 103 das Dichtelement 101 an der Rotorscheibe 91 befestigt wird. Über den Befestigungsabschnitt 103 werden die bei der Rotation der Rotorscheibenanordnung auftretenden Fliehkräfte vom Dichtelement 101 auf die Rotorscheibe 91 übertragen. Radial oberhalb des Befestigungsabschnittes befindet sich eine Befestigungsaufnahme 104. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Befestigungsaufnahme 104 die Form einer T-Nut.
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Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist in diesem Fall vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt 103 radial weiter außen liegend angeordnet ist. Demgegenüber befindet sich am radial innen liegenden Randbereich des Dichtelements 101 ein Sicherungsabschnitt 107 zur axialen Fixierung des Dichtelements 101 beabstandet zum Befestigungsabschnitt 103.
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Die Rotorscheibe 91 weist hierzu analog zu vorherigen Ausführungsbeispielen einen Befestigungsvorsprung 93 auf, welcher 93 sich axial erhaben vor einer Stirnseite 92 der Rotorscheibe 91 befindet. Hierbei bildet der Befestigungsvorsprung 93 eine sich radial nach innen öffnende Auflagenut 95, welche 95 von einem sich radial nach innen erstreckenden Sicherungssteg 96 begrenzt wird. Der Befestigungsvorsprungs 93 erstreckt sich wiederum bis zu einem freien Ende 94. Radial weiter innen liegend vor der Stirnseite 02 befindet sich in der Rotorscheibe 91 eine umlaufende Vertiefung 97 in Form einer sich radial nach außen öffnenden Ringnut. In dieser 97 ist der Sicherungsabschnitt 107 des Dichtelements 101 aufgenommen.
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Zur Montage des Dichtelements 101 ist vorgesehen, dass dieses 101 auf der zur Stirnseite 92 der Rotorscheibe 91 weisenden Seite in Umfangsrichtung neben den Befestigungsabschnitten 103 bzw. den Befestigungsaufnahmen 104 einen Freiraum 105 aufweisen. Hierzu zeigt die 15 das Dichtelement 101 in einer Sicht auf die der Stirnseite 92 zugewandten Seite. Die Größe des Freiraums 105 ist derart bemessen, dass der Befestigungsvorsprung 93 der Rotorscheibe 91 in den Freiraum 105 eintauchen kann. Zur Montage kann vorgesehen sein, dass zunächst der Sicherungsabschnitt 107 in die ringförmige Vertiefung 97 – welche zur Erleichterung der Montage lokal axial verbreitert sein kann – eingesteckt wird, nachfolgend das Dichtelement 101 an die Stirnseite 92 herangeschwenkt wird (mit Eintauchen des Befestigungsvorsprungs 93 in den Freiraum 105) und nachfolgend um die Rotorachse relativ zur Rotorscheibe 91 gedreht wird, wodurch der Befestigungsvorsprung 93 in die Befestigungsaufnahme 104 gelangt.
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Weiterhin wird in der 12 eine vorteilhafte Abdichtung zur Rotorscheibe 91 und/oder den Laufschaufeln (nicht dargestellt) im Bereich der Stirnseite 92 nahe dem Außenumfang der Rotorscheibe 91 skizziert. Hierzu kann ein sich abschnittsweise über die Länge des Dichtelements 101 erstreckendes oder ein besonders bevorzugt ein umlaufendes Dichtband 109 eingesetzt werden. Hierdurch kann eine Kühlluftströmung zwischen dem Dichtelement 101 und der Stirnseite 92 der Rotorscheibe 91 ohne unzulässigen Kühlluftverlust ermöglicht werden.
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Ebenso zu erkennen in der 12 ist eine Dichtleiste 108, welche 108 in einer radial nach außen öffnenden Nut im Dichtelement 101 angeordnet ist und hierbei geringfügig über das Dichtelement 101 hinaussteht. In Kombination mit einer vorteilhaften Anbringung von überlappenden Kragen an den Laufschaufeln kann eine Abdichtung zwischen dem Dichtelement 101 und den Kragen der Laufschaufeln durch die Dichtleiste bewirkt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1804338 A1 [0002]
- EP 1944471 A1 [0002]
- EP 2399004 A1 [0002]
