DE102017124339B4

DE102017124339B4 - Verstellring, Verdichter und Verfahren zum Betreiben eines Verstellrings

Info

Publication number: DE102017124339B4
Application number: DE102017124339.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Kocian; Peter Winkelmann; Björn Drees
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: DE102017124339A1

Abstract

Verstellring, insbesondere zur Verwendung mit einem Verdichter, umfassend eine Mehrzahl von Ringsegmenten (12), wobei zueinander benachbarte Ringsegmente (12) jeweils miteinander verbunden sind, ein Ringsegment (12) ein Außenelement (16) und ein mit dem Außenelement (16) verbundenes Innenelement (18) aufweist, das Außenelement (16) einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung (28) des Verstellrings aufweist, das Innenelement (18) einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung (28) des Verstellrings aufweist, und wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient oder gleich groß ist wie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (56), welche mit mindestens einem Ringsegment (12) in thermischem und/oder mechanischem Kontakt steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellring, insbesondere zur Verwendung mit einem Verdichter, umfassend eine Mehrzahl von Ringsegmenten, wobei zueinander benachbarte Ringsegmente jeweils miteinander verbunden sind, ein Ringsegment ein Außenelement und ein mit dem Außenelement verbundenes Innenelement aufweist, das Außenelement einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung des Verstellrings aufweist, das Innenelement einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung des Verstellrings aufweist, und wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient oder gleich groß ist wie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient.
Die Erfindung betrifft ferner einen Verdichter.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Verstellrings.
Aus der EP 0 741 247 B1 ist ein Verstellring zur synchronen Änderung des Anstellwinkels von Leitschaufeln eines Verdichters bekannt, der mehrere Auflagerstellen zur Lagerung auf einem Verdichtergehäuse des Verdichters aufweist. Der Verstellring umfasst jeweils zwischen zwei einander benachbarten Auflagerstellen angeordnete gekrümmte Ringsegmente, deren Krümmung bei einer Erhöhung der Temperatur der Ringsegmente abnimmt und zu einer Änderung der Geometrie des Verstellrings führt, so dass die Auflagerstellen zwischen den Ringsegmenten in radialer Richtung nach außen verschoben werden.
Aus der US 8,061,975 B2 ist eine Buchsenanordnung für eine Turbinenschaufel bekannt, umfassend eine Buchse und ein Gehäuse. Die Buchse umfasst eine Bohrung zur Aufnahme eines Drehzapfens der Turbinenschaufel sowie einen elektrischen Kontakt, welcher an einer Außenseite der Turbinenschaufel angeordnet ist. Der elektrische Kontakt kann mit einem Heizelement verbunden werden, welches auf der Turbinenschaufel angeordnet ist.
Aus der WO 2011/008333 A1 ist eine beheizte Leitschaufel bekannt, welche ein elektrisches Heizelement aufweist. Das elektrische Heizelement ist an mindestens einer Hauptfläche der Leitschaufel befestigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstellring bereitzustellen, welcher vielseitig einsetzbar ist und möglichst störungsfrei arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verstellring durch eine Heizeinrichtung gelöst, welche mit mindestens einem Ringsegment in thermischem und/oder mechanischem Kontakt steht.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich eine thermische Ausdehnung des Verstellrings insbesondere steuern und/oder regeln. Mittels der Heizeinrichtung kann beispielsweise ein Abstand von Abstützelementen des Verstellrings zu einem Mittelpunkt des Verstellrings gesteuert und/oder geregelt werden. Die Abstützelemente dienen beispielsweise zur Abstützung des Verstellrings an einem Verdichtergehäuse eines Verdichters.
Durch die Ausbildung des Verstellrings mit Außenelementen und Innenelementen, welche einen in Umfangsrichtung des Verstellrings insbesondere größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die Außenelemente, nimmt eine Krümmung der Ringsegmente des Verstellrings bei einer Erhöhung der Temperatur ab. Auf diese Weise werden sich zwischen zueinander benachbarten Ringsegmenten befindliche Verbindungsstellen sowie gegebenenfalls an den Verbindungsstellen angeordnete Komponenten des Verstellrings in radialer Richtung nach außen verschoben.
Der Verstellring wird beispielsweise an oder in einem Verdichter verwendet. Der Verstellring wird beispielsweise als Komponente und/oder Teil eines Verdichters verwendet.
Der Verstellring und/oder der Verdichter wird beispielsweise als Komponente eines Flugzeugtriebwerks verwendet. Bei einem Startvorgang des Flugzeugs treten insbesondere innerhalb kurzer Zeit große Temperaturänderungen auf. Bei dem Startvorgang dehnt sich typischerweise das Verdichtergehäuse schneller aus als der Verstellring, welcher beispielsweise das Verdichtergehäuse umschließt. Die hierdurch im Betrieb des Verdichters entstehenden thermomechanischen Verspannungen zwischen dem Verstellring und dem Verdichtergehäuse können beispielsweise mittels der Heizeinrichtung verringert und/oder vermieden werden. Dadurch wird ein störungsfreier Einsatz des Verstellrings gewährleistet.
Das Außenelement ist beispielsweise ein radial äußeres Element des Verstellrings und das Innenelement ist insbesondere ein radial inneres Element des Verstellrings.
Insbesondere ist das Innenelement an einer Innenseite des Verstellrings positioniert, wobei die Innenseite einer Längsmittelachse des Verstellrings zugewandt ist. Das Außenelement ist insbesondere an einer der Längsmittelachse abgewandten Außenseite des Verstellrings positioniert.
Insbesondere sind zueinander benachbarte Ringsegmente jeweils an einer Verbindungsstelle miteinander verbunden. Ringsegmente des Verstellrings sind jeweils zwischen zwei zueinander benachbarten Verbindungsstellen angeordnet.
Der Verstellring wird insbesondere zur synchronen Änderung eines Anstellwinkels von Leitschaufeln eines Verdichters verwendet.
Es ist grundsätzlich möglich, dass der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient gleich groß ist wie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient. In diesem Fall sind die jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Außenelemente und der Innenelemente in Umfangsrichtung des Verstellrings gleich groß.
Dann kann es vorgesehen sein, dass die jeweiligen Außenelemente und Innenelemente der Ringsegmente einstückig miteinander verbunden sind und/oder aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Günstig ist es, wenn der Verstellring eine Mehrzahl von Abstützelementen aufweist, mittels welcher der Verstellring an einem Verdichtergehäuse eines Verdichters abstützbar und/oder lagerbar ist, wobei Ringsegmente des Verstellrings jeweils zwischen zueinander benachbarten Abstützelementen angeordnet sind. Mittels der Abstützelemente kann der Verstellring beispielsweise an einer Außenseite eines Verdichtergehäuses verschiebbar und/oder gleitbar gelagert werden. Der Verstellring lässt sich dadurch auf technisch einfache Weise an dem Verdichtergehäuse anordnen, wobei der Verstellring das Verdichtergehäuse insbesondere umschließt.
Abstützelemente sind beispielsweise an Verbindungsstellen zueinander benachbarter Ringsegmente des Verstellrings positioniert. Es lässt sich dadurch auf technisch einfache Weise mittels einer Temperaturänderung des Verstellrings ein Abstand zwischen den Abstützelementen und einem Mittelpunkt des Verstellrings steuern und/oder regeln.
Ein Ringsegment des Verstellrings ist insbesondere derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass eine Krümmung des Ringsegments bei einer Erhöhung der Temperatur des Ringsegments abnimmt und insbesondere zu einer Änderung der Geometrie des Verstellrings führt, so dass die Abstützelemente in radialer Richtung nach außen verschoben werden.
Günstigerweise ist eine Krümmung der Ringsegmente des Verstellrings mittels der Heizeinrichtung steuerbar und/oder regelbar, wobei insbesondere eine Krümmung der Ringsegmente bei einer Erhöhung einer Heizleistung der Heizeinrichtung abnimmt und zu einer Änderung der Geometrie des Verstellrings führt, so dass die Abstützelemente in radialer Richtung nach außen verschoben werden. Es lässt sich dadurch ein Abstand der Abstützelemente zu einem Mittelpunkt des Verstellrings mittels der Heizeinrichtung steuern und/oder regeln.
Die radiale Richtung ist quer und insbesondere senkrecht zu einer Längsmittelachse des Verstellrings orientiert.
Günstig ist es, wenn die Heizeinrichtung das jeweilige Innenelement eines oder mehrerer Ringsegmente thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Dadurch lässt sich auf einfache Weise Wärme von der Heizeinrichtung auf das jeweilige Innenelement übertragen. Es kann dadurch mittels der Heizeinrichtung auf technisch einfache Weise eine Krümmung des jeweiligen Ringsegments gesteuert und/oder geregelt werden.
Insbesondere kontaktiert die Heizeinrichtung dasjenige Element eines Ringsegments des Verstellrings, welches in Umfangsrichtung des Verstellrings des größten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Auf diese Weise kann mittels der Heizeinrichtung auf besonders einfache Weise eine Krümmung des jeweiligen Ringsegments gesteuert und/oder geregelt werden.
Die Heizeinrichtung kontaktiert insbesondere die Innenelemente aller Ringsegmente des Verstellrings thermisch und/oder mechanisch. Dadurch lässt sich eine zumindest näherungsweise homogene Erwärmung des Verstellrings entlang seines Umfangs mittels der Heizeinrichtung realisieren.
Insbesondere weist die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von Heizelementen auf, wobei insbesondere ein Heizelement jeweils einem Ringsegment zugeordnet ist. Die Heizelemente lassen sich auf einfache Weise beispielsweise an einem Innenelement eines Ringsegments des Verstellrings positionieren. Dadurch lässt sich der Verstellring auf technisch einfache Weise beheizen.
Insbesondere ist jedem Ringsegment des Verstellrings ein Heizelement zugeordnet. Der Verstellring kann dadurch über seinen vollen Umfang zumindest näherungsweise gleichmäßig beheizt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Heizelement eine Seite des Innenelements eines Ringsegments thermisch und/oder mechanisch kontaktiert, wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement die Seite des Innenelements flächig thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Es kann dadurch auf technisch einfache Weise eine gute Wärmeübertragung von dem jeweiligen Heizelement auf das Innenelement des Ringsegments realisiert werden.
Die Seite, welche von dem mindestens einen Heizelement thermisch und/oder mechanisch kontaktiert wird, ist beispielsweise einer Längsmittelachse des Verstellrings zugewandt.
Die Seite des Innenelements eines Ringsegments ist insbesondere eben ausgebildet. Dadurch lässt sich an der Seite ein Heizelement auf technisch einfache Weise anordnen. Es lässt sich dadurch ferner eine gute Wärmeübertragung von dem Heizelement auf das Innenelement erreichen.
Bei einer Ausführungsform weist das Innenelement eines Ringsegments Ausnehmungen aus, und mindestens ein Heizelement der Heizeinrichtung ist innerhalb einer Ausnehmung und/oder an Wandungselementen einer Ausnehmung angeordnet. Heizelemente der Heizeinrichtung können dadurch auf einfache Weise in das Innenelement integriert werden. Es lässt sich dadurch eine gute Beheizung des Innenelements mittels Heizelementen der Heizeinrichtung erreichen.
Günstig ist es dann, wenn eine Ausnehmung jeweils eine erste Öffnung und eine zu der ersten Öffnung gegenüberliegende zweite Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung parallel zu einer Längsmittelachse des Verstellrings zueinander beabstandet sind. Es lässt sich dadurch das Innenelement bzw. das Ringsegment mit einem geringen Gewicht ausführen. Die Ausnehmungen können dadurch auf technisch einfache Weise an dem Innenelement ausgebildet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass Heizelemente der Heizeinrichtung zumindest näherungsweise entlang einer kreisförmigen Verbindungslinie positioniert sind, welche rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse des Verstellrings liegt. Die Heizelemente lassen sich dadurch auf technisch einfache Weise anordnen. Es lässt sich dadurch ferner eine homogene Erwärmung des Verstellrings mittels der Heizelemente der Heizeinrichtung erreichen.
Die Heizelemente der Heizeinrichtung umgeben beispielsweise die Längsmittelachse des Verstellrings zumindest näherungsweise geschlossen.
Vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Heizelement der Heizeinrichtung als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet ist oder ein elektrisches Widerstandsheizelement umfasst. Mittels des elektrischen Widerstandsheizelements kann auf technisch einfache Weise eine Erwärmung des Verstellrings gesteuert und/oder geregelt werden.
Insbesondere sind die Innenelemente der Ringsegmente zumindest teilweise aus Aluminium hergestellt. Die Innenelemente der Ringsegmente weisen dadurch einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
Vorteilhaft ist es, wenn die Außenelemente der Ringsegmente zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff und insbesondere einem Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoff und/oder einem Glasfaser-Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Die Ringsegmente bzw. der Verstellring können dadurch mit einem geringen Gewicht ausgeführt werden. Es lassen sich dadurch ferner die Außenelemente der Ringsegmente mit einer hohen Stabilität und/oder einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausführen.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Außenelemente der Ringsegmente zumindest teilweise aus Titan hergestellt sind. Es lässt sich dadurch eine stabilere und/oder eine steifere Bauweise des Verstellrings erreichen.
Günstig ist es dann, wenn Fasern des Faserverbundwerkstoffs zumindest näherungsweise parallel zu einer Umfangsrichtung des Verstellrings angeordnet sind. Dadurch wird eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit des Verstellrings in Umfangsrichtung erreicht. Durch die zumindest näherungsweise parallele Ausrichtung der Fasern zu der Umfangsrichtung des Verstellrings lässt sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Faserverbundwerkstoffs in Umfangsrichtung minimieren.
Günstigerweise sind mindestens zwei zueinander benachbarte Ringsegmente einstückig miteinander verbunden, und insbesondere sind die jeweiligen Außenelemente der zueinander benachbarten Ringsegmente einstückig miteinander verbunden. Es wird dadurch die Herstellung des Verstellrings vereinfacht sowie die Stabilität des Verstellrings erhöht.
Insbesondere umfasst der Verstellring mindestens drei und/oder höchstens sechzehn Ringsegmente. Der Verstellring umfasst beispielsweise acht Ringsegmente.
Erfindungsgemäß wird ein Verdichter bereitgestellt, welcher ein Verdichtergehäuse, innerhalb des Verdichtergehäuses angeordnete Leitschaufeln, und einen vorstehend beschriebenen Verstellring umfasst, wobei mittels des Verstellrings ein Anstellwinkel der Leitschaufeln des Verdichters einstellbar ist.
Der Anstellwinkel der Leitschaufeln des Verdichters ist mittels des Verstellrings insbesondere synchron einstellbar.
Mittels des Verstellrings ist insbesondere ein Winkel zwischen den Leitschaufeln und einer Längsmittelachse des Verdichters synchron einstellbar und/oder veränderbar.
Bei einer Ausführungsform umgibt der Verstellring das Verdichtergehäuse geschlossen, und insbesondere sind der Verstellring und das Verdichtergehäuse zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse des Verdichters angeordnet und/oder ausgebildet. Der Verstellring lässt sich dadurch auf technisch einfache Weise an dem Verdichter anordnen bzw. an dem Verdichter betreiben.
Die Längsmittelachse ist insbesondere eine gemeinsame Längsmittelachse des Verstellrings und des Verdichtergehäuses.
Günstig ist es, wenn jede Leitschaufel ein Anlenkelement aufweist, wobei mittels Drehung des Anlenkelements der Anstellwinkel zwischen der Leitschaufel und einer Längsmittelachse des Verdichters veränderbar ist, und wobei das Anlenkelement mit dem Verstellring verbunden ist. Durch das Anlenkelement kann mittels des Verstellrings auf einfache Weise eine Veränderung des Anstellwinkels zwischen der Leitschaufel und der Längsmittelachse des Verdichters durchgeführt werden. Mittels des Anlenkelements kann auf einfache Weise eine Drehkopplung des Verstellrings mit der Leitschaufel hergestellt werden.
Insbesondere ist das Anlenkelement quer und insbesondere senkrecht zu einer Welle der Leitschaufel orientiert, mittels welcher die Leitschaufel drehbar ist und/oder ein Anstellwinkel zwischen der Leitschaufel und der Längsmittelachse des Verdichters veränderbar ist. Das Anlenkelement ist insbesondere an der Welle fixiert.
Mittels des Anlenkelements und der Welle einer Leitschaufel ist beispielsweise durch Drehung des Verstellrings um die Längsmittelachse des Verdichtergehäuses ein Anstellwinkel zwischen der jeweiligen Leitschaufel und der Längsmittelachse veränderbar.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verstellrings bereitgestellt, umfassend eine Mehrzahl von Ringsegmenten, wobei zueinander benachbarte Ringsegmente jeweils an Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, bei dem die Ringsegmente mit einer Heizeinrichtung erwärmt werden, und bei dem mittels der Heizeinrichtung ein Abstand zwischen einem Mittelpunkt des Verstellrings und den Verbindungsstellen gesteuert und/oder geregelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verstellring und dem erfindungsgemäßen Verdichter erläuterten Vorteile auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verstellring und dem erfindungsgemäßen Verdichter erläutert.
Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Verstellring durchführen.
Insbesondere ist eine Heizleistung der Heizeinrichtung eine Steuergröße, mittels welcher beispielsweise die Erwärmung der Ringsegmente und/oder ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Verstellrings und den Verbindungsstellen gesteuert und/oder geregelt wird.
Insbesondere wird mittels der Heizeinrichtung eine Krümmung der Ringsegmente und/oder ein Krümmungsradius der Ringsegmente des Verstellrings gesteuert und/oder geregelt.
Günstig ist es, wenn mittels der Heizeinrichtung ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Verstellrings und einem Abstützelement des Verstellrings zur Abstützung des Verstellrings an einem Verdichtergehäuse eines Verdichters gesteuert und/oder geregelt wird. Es lässt sich dadurch eine störungsfreie Abstützung des Verstellrings mittels der Abstützelemente an dem Verdichtergehäuse des Verdichters erreichen. Es lassen sich hierdurch ferner thermomechanische Verspannungen zwischen dem Verstellring und dem Verdichtergehäuse des Verdichters reduzieren.
Bei einer Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Verstellrings und den Verbindungsstellen derart gesteuert und/oder geregelt, dass eine Änderung des Abstands im Wesentlichen einer Änderung eines Abstands eines Gehäuseelements eines Verdichtergehäuses eines Verdichters zu dem Mittelpunkt des Verstellrings entspricht. Es lässt sich dadurch der Verstellring an dem Verdichter störungsarm betreiben. Ferner lassen sich dadurch thermomechanische Verspannungen zwischen dem Verstellring und dem Verdichtergehäuse des Verdichters verringern.
An dem Gehäuseelement des Verdichtergehäuses ist der Verstellring beispielsweise mittels eines Abstützelements abgestützt und/oder gelagert.
Beispielsweise wird der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Verstellrings und Abstützelementen des Verstellrings derart gesteuert und/oder geregelt, dass eine Änderung dieses Abstands im Wesentlichen einer Änderung eines Abstands von Gehäuseelementen des Verdichtergehäuses zu dem Mittelpunkt des Verstellrings entspricht, wobei der Verstellring mittels der Abstützelemente an den Gehäuseelementen des Verdichtergehäuses abgestützt und/oder gelagert ist.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird beispielsweise während eines Startvorgangs eines Triebwerks durchgeführt.
Das Außenelement ist beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt. Der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von -1*10^-6 1/K bis 1*10^-6 1/K auf.
Alternativ hierzu ist das Außenelement beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt. Der glasfaserverstärkte Kunststoff weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5*10^-6 1/K bis 10*10^-6 1/K auf.
Alternativ hierzu ist das Außenelement oder das Innenelement aus Titan hergestellt oder umfasst Titan. Titan weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 9*10^-6 1/K auf.
Das Innenelement ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt oder umfasst Aluminium. Das Aluminium weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 23*10^-6 1/K auf.
Das Innenelement weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 9*10^-6 1/K und/oder höchstens 25*10^-6 1/K auf. Das Außenelement weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens -1*10^-6 1/K und/oder höchstens 9*10^-6 1/K auf.
Eine typische Betriebstemperatur des Verstellrings beträgt beispielsweise ca. 60°C bis ca. 100°C im Dauerbetrieb, beispielsweise während eines Reiseflugs eines Flugzeugs.
Eine kurzzeitige Betriebstemperatur des Verstellrings beträgt beispielsweise ca. 100°C bis ca. 150°C, beispielsweise während eines Steigflugs eines Flugzeugs.
Eine typische Heizleistung der Heizeinrichtung des Verstellrings beträgt ca. 100 W bis ca. 200 W. Eine solche Heizleistung führt beispielsweise zu einer Temperaturerhöhung des Verstellrings von ca. 80 K in 5 min.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

1 eine abschnittsweise Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verstellrings mit einer Mehrzahl von Ringsegmenten;
2 eine schematische Darstellung von zwei unterschiedlichen Krümmungszuständen eines Ringsegments des Verstellrings;
3 eine schematische Draufsicht auf einen Verstellring, wobei sich die Ringsegmente des Verstellrings in einem ersten Krümmungszustand befinden;
4 eine schematische Draufsicht auf den Verstellring gemäß 3, wobei sich die Ringsegmente in einem zu dem ersten Krümmungszustand unterschiedlichen zweiten Krümmungszustand befinden; und
5 eine perspektivische Teildarstellung eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels eines Verdichters umfassend einen Verstellring.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verstellrings 10 (1) umfasst eine Mehrzahl von Ringsegmenten 12. Der Verstellring 10 umfasst beispielsweise acht Ringsegmente 12, von denen zwei zueinander benachbarte Ringsegmente 12a, 12b in 1 dargestellt sind.
Zueinander benachbarte Ringsegmente 12 sind jeweils an Verbindungsstellen 14 miteinander verbunden. Ein Ringsegment 12 des Verstellrings 10 ist jeweils zwischen zwei zueinander benachbarten Verbindungsstellen 14 positioniert.
Die Ringsegmente 12 sind insbesondere zumindest näherungsweise kreisbogenförmig ausgebildet.
Ein Ringsegment 12 umfasst jeweils ein Außenelement 16 und ein mit dem Außenelement verbundenes Innenelement 18.
Das Außenelement 16 ist an einer Außenseite 20 des Verstellrings 10 positioniert, wobei die Außenseite 20 einer Längsmittelachse 22 des Verstellrings abgewandt ist. Das Innenelement 18 ist an einer der Längsmittelachse 22 zugewandten Innenseite 24 des Verstellrings 10 positioniert.
Die Längsmittelachse 22 ist in 1 an einer nicht maßstabsgetreuen Position angedeutet.
Der Verstellring 10 umschließt die Längsmittelachse 22. Der Verstellring 10 ist insbesondere zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse 22 ausgebildet.
Zueinander benachbarte Ringsegmente 12 sind an den Verbindungsstellen 14 insbesondere einstückig miteinander verbunden. Insbesondere sind die jeweiligen Außenelemente 16 benachbarter Ringsegmente 12 an der Verbindungsstelle 14 einstückig miteinander verbunden.
Die Außenelemente 16 des Verstellrings 12 sind aus einem Material hergestellt, welches einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung 28 des Verstellrings 10 aufweist. Die Umfangsrichtung 28 ist dabei quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 22 orientiert.
Die Außenelemente 16 der jeweiligen Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 sind insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoffmaterial hergestellt. Die Außenelemente 16 bestehen beispielsweise zumindest teilweise aus einem Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoff und/oder aus einem Glasfaser-Faserverbundwerkstoff.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Außenelemente 16 aus Titan hergestellt sind.
Die Innenelemente 18 der jeweiligen Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 weisen in Umfangsrichtung 28 einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient in Umfangsrichtung 28 der Innenelemente 18 ist beispielsweise zumindest näherungsweise doppelt so groß wie der Wärmeausdehnungskoeffizient in Umfangsrichtung 28 der Außenelemente 16.
Die Innenelemente 18 sind insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt. Die Innenelemente 18 bestehen beispielsweise zumindest teilweise aus Aluminium.
Das Außenelement 16 eines Ringsegments 12 weist beispielsweise ein kreisbogenförmiges Querschnittsprofil auf. Das Außenelement 16 weist beispielsweise zumindest näherungsweise die Form eines Abschnitts eines Hohlzylinders auf.
Das Innenelement 18 eines Ringsegments 12 weist ebenfalls zumindest näherungsweise eine kreisbogenförmige Querschnittsform auf. Eine Einhüllende des Innenelements 18 entspricht beispielsweise zumindest näherungsweise einem Abschnitt eines Hohlzylinders.
Das Innenelement 18 umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Ausnehmungen 30, welche jeweils von Wandungselementen 32 umgeben sind. Die Wandungselemente 32 sind beispielsweise parallel zur Umfangsrichtung 28 des Verstellrings 10 und/oder quer zu der Umfangsrichtung 28 orientiert. Die Wandungselemente 32 liegen insbesondere parallel zu der Längsmittelachse 22.
Die Ausnehmungen 30 des Innenelements 18 sind insbesondere in Umfangsrichtung 28 des Verstellrings 10 zueinander beabstandet.
Eine Ausnehmung 30 des Innenelements 18 weist beispielsweise eine erste Öffnung 34 und eine zu der ersten Öffnung 34 gegenüberliegende zweite Öffnung 36 auf (vgl. 5). Die erste Öffnung 34 und die zweite Öffnung 36 sind parallel zur Längsmittelachse 22 zueinander beabstandet.
Das Innenelement 18 eines Ringsegments 12 ist an einer dem Außenelement 16 zugewandten Seite 38 mit dem Außenelement 16 verbunden. Hierzu sind beispielsweise Verbindungselemente 40 vorgesehen, welche in der Umfangsrichtung 28 des Verstellrings 10 zueinander beabstandet angeordnet sind.
Das Innenelement 18 ist beispielsweise mittels der Verbindungselemente 40 an dem Außenelement 16 durch Kraftschluss und/oder Formschluss fixiert. Ein Verbindungselement 40 ist beispielsweise als Schraubverbindung ausgebildet.
Der Verstellring 10 umfasst eine Mehrzahl von Abstützelementen 42, welche jeweils an Verbindungsstellen 14 zueinander benachbarter Ringsegmente 12 angeordnet sind. Ein Ringsegment 12 des Verstellrings 10 erstreckt sich beispielsweise zumindest näherungsweise zwischen zwei zueinander benachbarten Abstützelementen 42.
Ein Abstützelement 42 ist beispielsweise jeweils mit einem Ringsegment 12 und einem zu dem Ringsegment 12 benachbarten weiteren Ringsegment 12 verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Abstützelement mit dem Ringsegment 12a und dem zu dem Ringsegment 12a benachbarten Ringsegments 12b verbunden.
Das Abstützelement 42 ist insbesondere mittels Verbindungselementen 44 an den jeweiligen Ringsegmenten 12 fixiert. Die Verbindungselemente 44 sind dabei grundsätzlich gleichartig ausgebildet wie die vorstehend beschriebenen Verbindungselemente 40.
Das Abstützelement 42 ist beispielsweise mittels Schraubenverbindungen an dem Außenelement 16 und/oder an dem Innenelement 18 des jeweiligen Ringsegments 12 verbunden.
Bei einer Ausführungsform des Verstellrings 10 ist es vorgesehen, dass zueinander benachbarte Ringsegmente 12 mittels der Abstützelemente 42 miteinander verbunden sind.
Der Verstellring 10 ist mittels der Abstützelemente 42 an einem Verdichtergehäuse 46 eines Verdichters 48 (5) abstützbar und/oder lagerbar. Hierzu umfasst das Abstützelement 42, beispielsweise einen Gleitschuh 50, welcher eine Gleitfläche 52 zum Gleiten auf dem Verdichtergehäuse 46 aufweist. Die Gleitfläche 52 des Gleitschuhs 50 ist beispielsweise einer Außenseite 54 des Verdichtergehäuses 46 zugewandt. Diese Außenseite 54 ist wiederum dem Verstellring 10 zugewandt.
Die Funktionsweise des Verstellrings 10 bzw. des Verdichters 48 wird weiter unten im Detail erläutert.
Der Verstellring 10 umfasst eine Heizeinrichtung 56, welche mit Ringsegmenten 12 des Verstellrings 10 in thermischem und/oder mechanischem Kontakt steht.
Die Heizeinrichtung 56 umfasst eines oder mehrere Heizelemente 58. Insbesondere ist jedem Ringsegment 12 des Verstellrings 10 mindestens ein Heizelement 58 zugeordnet. Beispielsweise ist jedem Ringsegment 12 jeweils ein Heizelement 58 zugeordnet.
Insbesondere steht ein Heizelement 58 der Heizeinrichtung 56 in thermischem und/oder mechanischem Kontakt mit dem Innenelement 18 eines Ringsegments 12.
Ein Heizelement 58 der Heizeinrichtung 56 ist beispielsweise an einer der Längsmittelachse 22 zugewandten Seite 60 des Innenelements 18 eines Ringsegments 12 angeordnet.
Die Seite 60 des Innenelements 18 ist insbesondere zumindest näherungsweise eben ausgebildet. Die Seite 60 liegt beispielsweise zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 22.
Die Seite 60 ist beispielsweise an der Innenseite 24 des Verstellrings 10 ausgebildet und/oder Teil der Innenseite 24 des Verstellrings 10.
Beispielsweise liegen die Seiten 60 zumindest näherungsweise in einem Hohlzylinder, wobei die Längsmittelachse 22 eine Längsmittelachse des Hohlzylinders ist.
Das Heizelement 58 kontaktiert die Seite 60 beispielsweise flächig thermisch und/oder mechanisch. Das Heizelement 58 ist insbesondere stoffschlüssig an der Seite 60 fixiert.
Eines oder mehrere Heizelemente 58 sind insbesondere über eine Erstreckungslänge des Innenelements 18 in Umfangsrichtung 28 an dem Innenelement 18 positioniert. Beispielsweise ist ein Heizelement 58 an der Seite 60 über die Erstreckungslänge des Innenelements 18 in Umfangsrichtung 28 an dem Innenelement 18 positioniert.
Die Heizelemente 58 der Heizeinrichtung 56 sind insbesondere zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse 22 des Verstellrings 10 angeordnet. Die Heizelemente 58 der Heizeinrichtung 56 umgeben die Längsmittelachse 22 des Verstellrings 10 zumindest näherungsweise geschlossen.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eines oder mehrere Heizelemente 58 an Ausnehmungen 30 des Innenelements 18 positioniert sind. Heizelemente 58 sind beispielsweise an und/oder zwischen Wandungselementen 32 einer Ausnehmung 30 des Innenelements 18 angeordnet. Ein Heizelement 58 kontaktiert beispielsweise ein Wandungselement 32 der Ausnehmung 30 des Innenelements 18 thermisch und/oder mechanisch.
Die Heizelemente 58 der Heizeinrichtung 56 sind beispielsweise als elektrische Widerstandsheizelemente ausgebildet. Zur Energieversorgung der Heizelemente 58 ist dann insbesondere eine elektrische Energiequelle 62 vorgesehen, welche mit den Heizelementen 58 elektrisch wirksam verbunden ist.
Die Energiequelle 62 umfasst beispielsweise eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 64, mittels welcher eine Energiezufuhr von der Energiequelle 62 auf die Heizeinrichtung 56 steuerbar und/oder regelbar ist. Mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 64 lässt sich beispielsweise eine Heizleistung der Heizeinrichtung 56 steuern und/oder regeln.
Beispielsweise lässt sich mit der Heizeinrichtung 56 eine Temperatur in einem Bereich des Innenelements 18 eines Ringsegments 12 steuern und/oder regeln. Hierzu umfasst die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung beispielsweise einen (nicht dargestellten) Temperatursensor, welcher beispielsweise an dem Innenelement 18 positioniert ist und insbesondere an dem Innenelement 18 eine Temperatur misst.
Der Verstellring 10 ist beispielsweise Bestandteil des vorstehend genannten Verdichters 48 (5). Der Verdichter 48 ist beispielsweise Bestandteil eines Flugzeugtriebwerks oder einer Kraftwerkturbine.
Der Verdichter 48 umfasst eine Mehrzahl von Leitschaufeln 66, welche innerhalb des Verdichtergehäuses 46 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 66 sind in Umfangsrichtung 28 des Verstellrings 10 beabstandet zueinander positioniert.
Die Leitschaufeln 66 erstrecken sich jeweils zumindest näherungsweise parallel zu einer radialen Richtung 68, welche senkrecht zu der Längsmittelachse 22 orientiert ist.
Die Längsmittelachse 22 des Verstellrings 10 ist bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel zugleich eine Längsmittelachse des Verdichters 48. Das Verdichtergehäuse 46 des Verdichters 48 ist insbesondere zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse 22 angeordnet und/oder ausgebildet.
Mittels des Verstellrings 10 ist ein Anstellwinkel 70 zwischen den Leitschaufeln 66 und der Längsmittelachse 22 einstellbar. Die Leitschaufeln 66 umfassen hierzu jeweils eine Welle 72, welche um eine radiale Richtung 68 drehbar ist.
Die Welle 72 ist an einem dem Verstellring 10 zugewandten Ende 74 der Leitschaufel 66 angeordnet. Das Ende 74 ist beispielsweise in einem Bereich des Verdichtergehäuses 46 positioniert.
Die Welle 72 einer Leitschaufel 66 erstreckt sich in radialer Richtung 68 zwischen dem Ende 74 und dem Verstellring 10.
An einem in radialer Richtung 68 auf Höhe des Verstellrings 10 liegenden Endes 76 der Welle 72 ist an der Welle 72 ein Anlenkelement 78 angeordnet. Das Anlenkelement 78 ist beispielsweise an dem Ende 76 an der Welle 72 fixiert.
Eine Leitschaufel 66 ist derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass eine Drehung des Anlenkelements 78 um eine zur Welle 72 parallele Drehachse 80 zu einer Änderung des Anstellwinkels 70 der Leitschaufel 66 führt.
Die Drehachse 80 der Welle 72 weist dabei zumindest näherungsweise dieselbe Orientierung auf wie die radiale Richtung 68, längs welcher sich die jeweilige Leitschaufel 66 erstreckt.
Zur Änderung des Anstellwinkels 70 einer Leitschaufel 66 mittels des Verstellrings 10 ist das Anlenkelement 78 der Leitschaufel 66 mit dem Verstellring 10 verbunden. Das Anlenkelement 78 ist beispielsweise an der Außenseite 20 des Verstellrings 10 mit einem Außenelement 16 verbunden.
Das Anlenkelement 78 ist insbesondere um eine zur radialen Richtung 68 parallele Achse drehbar mit dem Verstellring 10 verbunden und/oder an dem Verstellring 10 gelagert.
Eine Verdrehung des Verstellrings 10 längs seiner Umfangsrichtung 28 gegenüber dem Verdichtergehäuse 46 führt zu einer Drehung des Anlenkelements 78, was wiederum zu einer Drehung der Welle 72 der Leitschaufel 66 führt. Dadurch wird der Anstellwinkel 70 der Leitschaufel 66 gegenüber der Längsmittelachse 22 verändert.
Durch entsprechende Anordnung aller Leitschaufeln 66 des Verdichters 48 mittels Wellen 72 und Anlenkelementen 78 an dem Verstellring 10 lässt sich mittels des Verstellrings 10 eine synchrone Änderung des jeweiligen Anstellwinkels 70 aller Leitschaufeln 66 erreichen.
Zur Verdrehung des Verstellrings 10 gegenüber dem Verdichtergehäuse 46 ist beispielsweise eine elektronische Dreheinrichtung 82 vorgesehen, welche an der Außenseite 20 des Verstellrings 10 positioniert ist. Mittels der Dreheinrichtung 82 lässt sich der Verstellring 10 beispielsweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gegenüber des Verdichtergehäuses 46 in Umfangsrichtung 28 verdrehen.
Hinsichtlich der Details der Verbindung der Leitschaufeln 66 mit dem Verstellring 10 wird auf den Inhalt der europäischen Patentschrift EP 0 741 247 B1 (Anmeldetag: 1. Mai 1996) des gleichen Anmelders verwiesen. Auf den Inhalt der genannten Patentschrift wird in diesem Zusammenhang ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.
Ein Verfahren zum Betreiben des Verstellrings 10 funktioniert wie folgt:

Bei einer Ruhetemperatur weist ein Ringsegment 12 des Verstellrings 10 (2), beispielsweise einen ersten Krümmungszustand 84 auf. Ein Krümmungsradius R₁ des Ringsegments 12 in dem ersten Krümmungszustand 84 entspricht einem kürzesten Abstand von einem Mittelpunkt 86 des Ringsegments 12 zu dem Ringsegment 12.

Bei einer Erwärmung des Ringsegments 12 des Verstellrings 10 dehnt sich das Innenelement 18 in Umfangsrichtung 28 stärker aus als das Außenelement 16, da das Innenelement 18 in Umfangsrichtung 28 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Außenelement 16. Dadurch nimmt mit zunehmender Temperatur ein Krümmungsradius R₁ des Ringsegments 12 zu bzw. eine Krümmung des Ringsegments 12 nimmt mit zunehmender Temperatur ab.
Die Krümmung eines Ringsegments 12 entspricht dabei einem Kehrwert 1/R₁ des Krümmungsradius R₁ des Ringsegments 12.
Das Ringsegment 12 ist beispielsweise in 2 in einem zweiten Krümmungszustand 88 gezeigt, wobei das Ringsegment 12 in dem zweiten Krümmungszustand 88 verglichen mit dem ersten Krümmungszustand 84 einen größeren Krümmungsradius R₂ bzw. eine geringere Krümmung aufweist. Der Krümmungsradius R₂ ist analog zu dem Krümmungsradius R₁ als kürzester Abstand eines Mittelpunkts 86' des Ringsegments 12 zu dem Ringsegment 12 definiert.
Eine Temperatur des Ringsegments 12 in dem zweiten Krümmungszustand 88 ist höher als eine Temperatur des Ringsegments 12 in dem ersten Krümmungszustand 84. Aus diesem Grund weist das Ringsegment 12 in dem zweiten Krümmungszustand 88 eine geringere Krümmung auf als in dem ersten Krümmungszustand 84.
Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der jeweiligen Krümmungsstärke bzw. des jeweiligen Krümmungsradius der Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 ändert sich eine Geometrie des Verstellrings 10 in Abhängigkeit von seiner Temperatur. Dies ist schematisch in den 3 und 4 dargestellt.
In 3 ist die Geometrie des Verstellrings 10 bei einer Ruhetemperatur dargestellt.
In diesem Fall weisen die einzelnen Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 jeweils zumindest näherungsweise die Form eines Kreisbogens auf. Der Verstellring 10 ist daher zumindest näherungsweise kreisförmig.
Die Verbindungsstellen 14, welche jeweils zwischen benachbarten Ringsegmenten 12 des Verstellrings 10 positioniert sind, sind mit einem Abstand A₁ zu einem Mittelpunkt 90 des Verstellrings 10 beabstandet. Dieser Abstand A₁ entspricht einem Radius des Verstellrings 10.
4 zeigt die Geometrie des Verstellrings 10 bei einer verglichen mit der Situation in 3 deutlich höheren Temperatur des Verstellrings 10.
Bei der in 4 (stark schematisch) dargestellten Situation sind die Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 aufgrund der hohen Temperatur zumindest näherungsweise vollständig entkrümmt. Der Verstellring 10 weist in diesem Fall bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest näherungsweise eine oktogonale Form auf.
Als Folge der Entkrümmung der Ringsegmente 12 weisen die Verbindungsstellen 14 einen verglichen mit dem Abstand A₁ vergrößerten Abstand A₂ auf. Der Abstand A₂ ist dabei analog zu der in 3 dargestellten Situation als kürzester Abstand zwischen dem Mittelpunkt 90 des Verstellrings 10 und der jeweiligen Verbindungsstelle 14 definiert.
Eine Vergrößerung der Temperatur des Verstellrings 10 führt folglich dazu, dass sich die Verbindungsstellen 14 und die an den Verbindungsstellen 14 angeordneten Abstützelemente 42 radial nach außen bewegen.
Mittels der Heizeinrichtung 56 kann eine Erwärmung der Ringsegmente 12 des Verstellrings 10 gesteuert und/oder geregelt werden.
Da ein Abstand A zwischen dem Mittelpunkt 90 des Verstellrings 10 und den Verbindungsstellen 14 bzw. den Abstützelementen 42 temperaturabhängig ist, kann mittels der Heizeinrichtung der Abstand A zwischen dem Mittelpunkt 90 und den Verbindungsstellen 14 und/oder den Abstützelementen 42 gesteuert und/oder geregelt werden.
Der Verstellring 10 wird insbesondere wie vorstehend erläutert als Bestandteil des Verdichters 48 verwendet. In diesem Fall umgibt der Verstellring 10 das Verdichtergehäuse 46 geschlossen und wird an dem Verdichtergehäuse 46 mittels Abstützelementen 42 abgestützt und/oder gehalten. Ein Abstützelement 42 umfasst hierzu beispielsweise den Gleitschuh 50, mittels welchem der Verstellring 10 über das Abstützelement 42 beispielsweise an einem Gehäuseelement 92 des Verdichtergehäuses 46 gleitbar gelagert ist.
Im Betrieb des Verdichters 48 treten typischerweise erhebliche Temperaturschwankungen auf. Beispielsweise nimmt die Temperatur des Verdichters bei einer Verwendung in einem Flugzeugtriebwerk während einer Startphase des Flugzeugs schnell zu.
Eine Temperaturzunahme des Verdichters 48 führt zu einer radialen Ausdehnung des Verdichtergehäuses 46. Dies führt zu einer Vergrößerung eines Abstands B zwischen dem Gehäuseelement 92 des Verdichtergehäuses 46 und dem Mittelpunkt 90 des Verstellrings 10.
An Gehäuseelementen 92 des Verdichtergehäuses 46 ist der Verstellring 10 beispielsweise jeweils mittels der Abstützelemente 42 abgestützt und/oder gehalten.
Im Betrieb des Verdichters 48 ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand in radialer Richtung 68 zwischen dem Verstellring 10 und dem Verdichtergehäuse 46 zumindest näherungsweise konstant ist. Dadurch wird beispielsweise das Auftreten thermomechanischer Verspannungen zwischen dem Verstellring 10 und dem Verdichtergehäuse 46 verringert. Es wird dadurch ferner insbesondere eine gleitbare Lagerung des Verstellrings 10 mittels der Abstützelemente 42 an dem Verdichtergehäuse 46 sichergestellt.
Im Betrieb des Verdichters 48 ist es aus diesem Grund vorteilhaft, wenn ein Abstand A' zwischen dem Mittelpunkt 90 und den Abstützelementen 42 mittels der Heizeinrichtung 46 derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass eine Änderung des Abstands A' im Wesentlichen einer Änderung des Abstands B des Gehäuseelements 92 zu dem Mittelpunkt 90 entspricht.
Zur Steuerung und/oder Regelung des Abstands A' wird beispielsweise mittels der Heizeinrichtung 56 eine Heizleistung der Heizelemente 58 gesteuert und/oder geregelt.
Bei einem Startvorgang eines Flugzeugs erwärmt sich beispielsweise aufgrund der großen Wärmeentwicklung im Inneren des Verdichters 48 das Verdichtergehäuse 46 schneller als der Verstellring 10. Dies führt zu einer schnelleren Zunahme des Abstands B zwischen dem Gehäuseelement 92 und dem Mittelpunkt 90 verglichen mit der Zunahme des Abstands A' zwischen den Abstützelementen 42 und dem Mittelpunkt 90. Zur Kompensation dieses Effekts lässt sich der Verstellring 10 mittels der Heizeinrichtung 56 zusätzlich beheizen, so dass eine zeitliche Änderung des Abstands A' im Wesentlichen einer zeitlichen Änderung des Abstands B entspricht.
Bezugszeichenliste

R1: Krümmungsradius
R2: Krümmungsradius
A1: Abstand
A2: Abstand
A: Abstand
A': Abstand
B: Abstand
10: Verstellring
12: Ringsegment
12a: Ringsegment
12b: Ringsegment
14: Verbindungsstelle
16: Außenelement
18: Innenelement
20: Außenseite
22: Längsmittelachse
24: Innenseite
28: Umfangsrichtung
30: Ausnehmung
32: Wandungselement
34: Erste Öffnung
36: Zweite Öffnung
38: Seite
40: Verbindungselement
42: Abstützelement
44: Verbindungselement
46: Verdichtergehäuse
48: Verdichter
50: Gleitschuh
52: Gleitfläche
54: Außenseite
56: Heizeinrichtung
58: Heizelement
60: Seite
62: Energiequelle
64: Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
66: Leitschaufel
68: Radiale Richtung
70: Anstellwinkel
72: Welle
74: Ende
76: Ende
78: Anlenkelement
80: Drehachse
82: Dreheinrichtung
84: Erster Krümmungszustand
86: Mittelpunkt
86': Mittelpunkt
88: Zweiter Krümmungszustand
90: Mittelpunkt
92: Gehäuseelement

Claims

Verstellring, insbesondere zur Verwendung mit einem Verdichter, umfassend eine Mehrzahl von Ringsegmenten (12), wobei zueinander benachbarte Ringsegmente (12) jeweils miteinander verbunden sind, ein Ringsegment (12) ein Außenelement (16) und ein mit dem Außenelement (16) verbundenes Innenelement (18) aufweist, das Außenelement (16) einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung (28) des Verstellrings aufweist, das Innenelement (18) einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung (28) des Verstellrings aufweist, und wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient oder gleich groß ist wie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (56), welche mit mindestens einem Ringsegment (12) in thermischem und/oder mechanischem Kontakt steht.
Verstellring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring eine Mehrzahl von Abstützelementen (42) aufweist, mittels welcher der Verstellring an einem Verdichtergehäuse (46) eines Verdichters (48) abstützbar und/oder lagerbar ist, wobei Ringsegmente (12) des Verstellrings jeweils zwischen zueinander benachbarten Abstützelementen (42) angeordnet sind.
Verstellring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Ringsegmente (12) des Verstellrings mittels der Heizeinrichtung (56) steuerbar und/oder regelbar ist, wobei insbesondere eine Krümmung der Ringsegmente (12) bei einer Erhöhung einer Heizleistung der Heizeinrichtung (56) abnimmt und zu einer Änderung der Geometrie des Verstellrings führt, sodass die Abstützelemente (42) in radialer Richtung (68) nach außen verschoben werden.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (56) das jeweilige Innenelement (18) eines oder mehrerer Ringsegmente (12) thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (56) eine Mehrzahl von Heizelementen (58) aufweist, wobei insbesondere ein Heizelement (58) jeweils einem Ringsegment (12) zugeordnet ist.
Verstellring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (58) eine Seite (60) des Innenelements (18) eines Ringsegments (12) thermisch und/oder mechanisch kontaktiert, wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement (58) die Seite (60) des Innenelements (18) flächig thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (18) eines Ringsegments (12) Ausnehmungen (30) aufweist, und dass mindestens ein Heizelement (58) der Heizeinrichtung (56) innerhalb einer Ausnehmung (30) und/oder an Wandungselementen (32) einer Ausnehmung (30) angeordnet ist.
Verstellring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung (30) jeweils eine erste Öffnung (34) und eine zu der ersten Öffnung (34) gegenüberliegende zweite Öffnung (36) aufweist, wobei die erste Öffnung (34) und die zweite Öffnung (36) parallel zu einer Längsmittelachse (22) des Verstellrings zueinander beabstandet sind.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Heizelemente (58) der Heizeinrichtung (56) zumindest näherungsweise entlang einer kreisförmigen Verbindungslinie positioniert sind, welche rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse (22) des Verstellrings liegt.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (58) der Heizeinrichtung (56) als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet ist oder ein elektrisches Widerstandsheizelement umfasst.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelemente (18) der Ringsegmente (12) zumindest teilweise aus Aluminium hergestellt sind.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelemente (16) der Ringsegmente (12) zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff und insbesondere einem Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoff und/oder einem Glasfaser-Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
Verstellring nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern des Faserverbundwerkstoffs zumindest näherungsweise parallel zu einer Umfangsrichtung (28) des Verstellrings angeordnet sind.
Verstellring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zueinander benachbarte Ringsegmente (12) einstückig miteinander verbunden sind, und insbesondere dass die jeweiligen Außenelemente (16) der zueinander benachbarten Ringsegmente (12) einstückig miteinander verbunden sind.
Verdichter, umfassend ein Verdichtergehäuse (46), innerhalb des Verdichtergehäuses (46) angeordnete Leitschaufeln (66), und einen Verstellring (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels des Verstellrings ein Anstellwinkel (70) der Leitschaufeln (66) des Verdichters (48) einstellbar ist.
Verdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring (10) das Verdichtergehäuse (46) geschlossen umgibt, und insbesondere dass der Verstellring (10) und das Verdichtergehäuse (46) zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse (22) des Verdichters (48) angeordnet und/oder ausgebildet sind.
Verdichter nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel (66) ein Anlenkelement (78) aufweist, wobei mittels Drehung des Anlenkelements (78) der Anstellwinkel (70) zwischen der Leitschaufel (66) und einer Längsmittelachse (22) des Verdichters (48) einstellbar ist, und wobei das Anlenkelement (78) mit dem Verstellring verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Verstellrings, umfassend eine Mehrzahl von Ringsegmenten (12), wobei zueinander benachbarte Ringsegmente (12) jeweils an Verbindungsstellen (14) miteinander verbunden sind, bei dem die Ringsegmente (12) mit einer Heizeinrichtung (56) erwärmt werden, und bei dem mittels der Heizeinrichtung (56) ein Abstand (A) zwischen einem Mittelpunkt (90) des Verstellrings und den Verbindungsstellen (14) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Heizeinrichtung (56) ein Abstand (A') zwischen dem Mittelpunkt (90) des Verstellrings und einem Abstützelement (42) des Verstellrings zur Abstützung des Verstellrings an einem Verdichtergehäuse (46) eines Verdichters (48) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen dem Mittelpunkt (90) des Verstellrings und den Verbindungsstellen (14) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass eine Änderung des Abstands (A) im Wesentlichen einer Änderung eines Abstands (B) eines Gehäuseelements (92) eines Verdichtergehäuses (46) eines Verdichters (48) zu dem Mittelpunkt (90) des Verstellrings entspricht.