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Bei Rotoren von Gasturbinen besteht das Problem, dass der innere Bereich des Rotors bestmöglich von dem durch die Gasturbine strömenden Heißgas zu schützen ist. Hierzu werden im Bereich zwischen den Rotorscheiben Dichtungsmaßnahmen getroffen, die ein Eindringen von Heißgas in den inneren Bereich des Rotors nach Möglichkeit verhindern. Bei einer der üblich eingesetzten Bauweisen wird hierbei eine Abdichtung zwischen den Rotorscheiben möglichst nah am Heißgaspfad vorgenommen. Sofern der Bauraum zwischen den Rotorscheiben nach der vollständigen Montage des Rotors nicht mehr erforderlich ist, werden in aller Regel zwischen den Rotorscheiben feststehende Dichtringe eingesetzt, die eine sowohl einfachere Gestalt als auch eine einfache Befestigungsart aufweisen.
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Jedoch besteht in vielen Fällen die Forderung, dass der zwischen den Rotorscheiben vorhandene Bauraum für spätere Wartungsarbeiten, insbesondere zum Austausch von Laufschaufeln, zur Verfügung steht. Daher gilt es eine Möglichkeit zu schaffen, den Dichtring bei Bedarf entfernen zu können. In diesem Fall wird der Dichtring nicht als geschlossener Ringkörper sondern aus einer Mehrzahl im Umfang verteilter Dichtsegmente gebildet. Deren Befestigung wiederum kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, wobei in einer bekannten Ausführung die Dichtsegmente eine T-förmige Gestalt aufweisen. Hierbei sind diese mit einem mittig angeordneten Abschnitt im Rotor lösbar befestigt. Die Arme des T-förmigen Dichtsegments erstrecken sich hierbei beidseitig von der Mitte zu den Rotorscheiben bzw. zu den an den Rotorscheiben angebrachten Laufschaufeln. Durch die T-förmige Gestalt der Dichtsegmente wird sowohl eine günstige Montage am Rotor ermöglicht, als auch ebenso eine Anordnung der Abdichtung nahe dem Heißgaspfad realisierbar ist.
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Wenngleich zur Befestigung der T-förmigen Dichtsegmente verschiedene Lösungen bekannt sind, so weist jede der Möglichkeiten verschiedene Nachteile hinsichtlich der Lastübertragung, des Aufwands zur Montage und der erzielbaren Abdichtung auf.
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Für die radiale zentrale Befestigung der T-förmigen Dichtsegmente kann beispielsweise ein Lastaufnahmeelement mit einer hakenförmigen Gestalt verwendet werden, um einen Einbau durch Einkippen des Bauteils zu ermöglichen. Dieser Haken muss geometrisch bzw. kinematisch und strukturell sehr hohen Anforderungen entsprechen. Beispielsweise muss die mechanische Abstützung in radialer Richtung das Gewicht der Dichtsegmente gegen Fliehkräfte von ca. 10.000 g tragen können. Die axiale und radiale Position des Hakens muss gut bestimmt sein, so dass kein Rutschen stattfindet. Zusätzlich sollte eine Verkippung um einen Befestigungspunkt herum möglich sein, um thermische Biegespannungen in der Struktur des Dichtrings zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Haken möglichst eine hohe Steifigkeit (in radialer Richtung) aufweisen, d.h. die Fliehkräfte, welchen er im Betrieb ausgesetzt ist, unter nur geringen Gesamtdeformationen aufnehmen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigung eines Bauteils, insbesondere eines Dichtsegmentes, zu ermöglichen, welche die oben genannten Anforderungen erfüllt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1. Weiterhin wird im Anspruch 3 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Rotorbauteil für einen Rotor, insbesondere einer Gasturbine, umfassend ein solches Lastaufnahmeelement.
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Die in Bezug auf das Lastaufnahmeelement nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf das Rotorbauteil übertragen.
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Das gattungsgemäße Lastaufnahmeelement weist im Querschnitt (Schnitt durch eine Mittelebene, in der Regel gleichfalls Symmetrieebene) betrachtet eine hakenförmige Gestalt mit einer Innenseite und einer Außenseite auf. Dabei lässt sich die hakenförmige Gestalt des Lastaufnahmeelements in drei Abschnitte, dem Anschlussabschnitt, dem Verbindungsabschnitt und dem Auflageabschnitt unterteilen.
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Unter Innenseite des Lastaufnahmeelements wird hierbei eine konkave Seite mit einem freien Innenraum verstanden. Bei einer Querschnittsbetrachtung weist die Innenseite eine hakenförmige Kontur auf. Die Innenseite umfasst die Auflagefläche, an der das separate Bauteil angebracht, insbesondere eingehängt wird. Eine gegenüberliegende Seite des Lastaufnahmeelements wird als Außenseite bezeichnet.
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Am freien Ende des Lastaufnahmeelements beginnend befindet sich der Auflageabschnitt. Dieser wird bestimmt durch seine Funktion, die Anbringung eines anderen Bauteils zu ermöglichen. Hierbei weist der Auflageabschnitt an der Innenseite eine zum Anschlussabschnitt weisende konkave Auflagefläche zur Anbringung des anderen Bauteils auf. Der Auflageabschnitt weist dabei naheliegend eine variable Stärke auf, die ausgehend vom freien Ende des Lastaufnahmeelements im Wesentlichen immer größer wird. Die Auflagefläche erstreckt sich hierbei über denjenigen Bereich der Innenseite, bei der in bestimmungsgemäßer Verwendung bei Auflage eines anderen Bauteils mit einer Flächenlast belastet wird bzw. werden kann. Die Außenseite des Auflageabschnitts weist hierbei eine konvexe Gestalt auf.
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An den Auflageabschnitt schließt sich ein bogenförmiger Verbindungsabschnitt an. Eine genaue geometrische Trennung zwischen Auflageabschnitt und Verbindungsabschnitt ist bei der Betrachtung des Lastaufnahmeelements jedoch nicht erforderlich. Der Verbindungsabschnitt folgt dem Verlauf des Auflageabschnitts mit zunächst einer konkaven Innenseite und einer konvexen Außenseite. Hierbei weist der Verbindungsabschnitt ebenso eine variable Stärke auf, welche ausgehend vom Auflageabschnitt zunächst weiter zunimmt um im weiteren Verlauf wieder geringer zu werden. Weiterhin weist naheliegend der Verbindungsabschnitt sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite einen Wendepunkt auf, an dem sich die Krümmung umkehrt zu einem konvexen Verlauf an der Innenseite und einem konkaven Verlauf an der Außenseite.
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An den Verbindungsabschnitt schließt sich der Anschlussabschnitt an. Eine exakte geometrische Trennung zwischen Anschlussabschnitt und Verbindungsabschnitt ist ebenfalls nicht erforderlich, wird aber ungefähr in dem Bereich angenommen, bei dem der Krümmungsradius an der Innenseite und/oder der Außenseite näherungsweise Null beträgt, d.h. die gekrümmte Gestalt des Verbindungsabschnitts endet und in eine im Wesentlichen geradlinige Gestalt des Anschlussabschnitts übergeht. Der Anschlussabschnitt weist in der Regel eine konstante Dicke oder Stärke auf, d.h. im Querschnitt betrachtet ist der Anschlussabschnitt in der Regel gleich stark.
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Hierbei ist der Anschlussabschnitt einstückig mit einem weiteren Bauteilabschnitt verbunden, d.h. die Verlängerung des Anschlussabschnitts geht in einen weiteren Bauteilabschnitt über, der jedoch für die Ausführung des Lastaufnahmeelements zunächst unerheblich ist und deshalb nicht näher beschrieben wird.
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Weiter ergibt sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Lastaufnahmeelements zwangsläufig eine Wirklinie. Diese muss hierbei naheliegend durch den Anschlussabschnitt verlaufen. Weiterhin beschreibt die Wirklinie die vom anderen Bauteil zu übertragende Kraft und muss somit naheliegend durch den Lastmittelpunkt der bei der bestimmungsgemäßen Verwendung auftretenden Flächenlast verlaufen. Dadurch wird erreicht, dass der Anschlussabschnitt im Wesentlichen frei von Biegespannungen ist und somit im Wesentlichen nur Zugkräfte überträgt.
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Zur weiteren geometrischen Bestimmung der Wirklinie wird angenommen, dass die Wirklinie mittig durch den Anschlussabschnitt verläuft. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Lastmittelpunkt der Flächenlast in der Regel dem geometrischen Mittelpunkt der Auflagefläche entspricht. Bei fehlender Kenntnis über die genaue Lage des Lastmittelpunktes sowie bei fehlender Abgrenzbarkeit der Auflagefläche ist als Lastmittelpunkt diejenige Stelle in der Auflagefläche anzunehmen, welche die Größe Entfernung vom Anschlussabschnitt besitzt. Beim Anbringen eines anderen Bauteils mit einem zur Auflagefläche weisenden kleineren Krümmungsradius als das der Auflagefläche ergibt sich bei Vernachlässigung von Reibung zwangsläufig der zuvor beschriebene Lastmittelpunkt. Lediglich aufgrund von Verformungen des Lastaufnahmeelementes kann der tatsächliche Lastmittelpunkt geringfügig abweichen. Diese Verformungen, wenn vorhanden, sind entweder vernachlässigbar oder sie können berechnet und bei der Bestimmung des Lastmittelpunkts berücksichtigt werden.
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Ein erster erfindungsgemäßer Lösungsansatz basiert auf der Überlegung, die hakenförmige Gestalt in die Tiefe betrachtet als Abschnitt eines Rotationskörpers auszubilden. Dies bedeutet, dass das Lastaufnahmeelement umfassend den Anschlussabschnitt, den Verbindungsabschnitt und den Auflageabschnitt als Abschnitt eines Rotationskörpers ausgebildet ist. Dabei liegt die Rotationsachse des Rotationskörpers außerhalb des Lastaufnahmeelements. Mit Rotationskörper wird ein Körper bezeichnet, dessen Oberfläche durch Rotation einer erzeugenden Kurve um eine Rotationsachse gebildet wird, d.h. ein rotationssymmetrischer Körper. Das Lastaufnahmeelement stellt jedoch keinen vollständigen Rotationskörper dar, sondern lediglich ein Abschnitt eines solchen Rotationskörpers. In die Tiefe betrachtet, d.h. in Umfangsrichtung ist das Lastaufnahmeelement somit bogenförmig.
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In einem zweiten erfindungsgemäßen Lösungsansatz wird zunächst auf das Merkmal eines sicheren Halts des anderen Bauteils am Anschlussabschnitt verzichtet. Bei diesem für den Fachmann bei erster Betrachtung unzulässigem Vorgehen gelangt man jedoch zu der Erkenntnis, dass besonders hohe Lasten durch ein Lastaufnahmeelement mit den oben beschriebenen Anschlussabschnitt, Verbindungsabschnitt und Auflageabschnitt sowie Wirklinie übertragen werden können, wenn der maximale freie Abstand von der Wirklinie bis zum Verbindungsabschnitt kleiner ist als die Stärke des Verbindungsabschnitts an gleicher Stelle. Zwangsläufig muss entsprechend die Auflagefläche kleiner als üblich gestaltet werden und der freie Innenraum zur Anbringung des anderen Bauteils reduziert sich gegenüber üblichen Ausführungen ebenso. Zwar wird somit ein unbedachtes schnelles Einhaken - bei sicherer Verbindung - erschwert, aber demgegenüber liegt bei dieser Ausführung eine besonders hohe Belastbarkeit des Verbindungsabschnitts vor, so dass insbesondere auch eine ausreichende Steifigkeit in radialer Richtung bei Fliehkräften von ca. 10.000 g ermöglicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotationsachse des Rotationskörpers ungefähr senkrecht zur Wirklinie ausgerichtet. Durch diese Orientierung können Fliehkräfte besonders vorteilhaft übertragen werden. Diese Ausführung ist gegeben, wenn der Winkel zwischen der Wirklinie und der Rotationsachse zwischen 75° und 105° beträgt. Besonders bevorzugt wird eine Ausrichtung mit einem Winkel zwischen 85° und 95°.
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Nicht erforderlich zur Bildung eines Abschnittes eines Rotationskörpers ist es, dass sich der Abschnitt vollständig über den gleichen Winkel um die Rotationsachse erstreckt. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass die beiden in Umfangsrichtung um die Rotationsachse betrachteten Enden des Lastaufnahmeelements zueinander parallel und hierbei insbesondere parallel zur Wirklinie verlaufen.
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Demgegenüber ist es jedoch vorteilhaft, wenn die beiden Enden in Umfangsrichtung jeweils radial zur Rotorachse verlaufen, so dass gleichartige Bauteile im Umfang verteilt im Wesentlichen ohne Bildung von Lücken aneinander gefügt werden können.
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Insbesondere sind somit für den Einsatz bei einem Dichtring einer Gasturbine mehrere in eine Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Lastaufnahmeelemente vorgesehen. Ein Lastaufnahmeelement mit der oben beschriebenen Geometrie hat sich als besonders geeignet für die mechanische Abstützung eines Dichtsegments erwiesen, da es bezüglich Belastung und Gewicht optimiert ist.
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Weiterhin liegt in der bevorzugten Ausführung des Lastaufnahmeelements die Rotationsachse auf der vom Anschlussabschnitt wegweisenden Seite. D.h. bei einem beispielsweise radialen Verlauf der Enden des Lastaufnahmeelements in Umfangsrichtung weist der Anschlussabschnitt im Umfangsrichtung eine größere Länge als der Auflageabschnitt auf.
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Im Hinblick auf eine besonders hohe Steifigkeit des Lastaufnahmeelements beträgt der maximale freie Abstand von der Wirklinie bis zum Verbindungsabschnitt vorzugsweise maximal das 0.75-fache der Stärke des Verbindungsabschnitts an gleicher Stelle. Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der der freie Abstand maximal das 0,6-fache der Stärke des Verbindungsabschnitts entspricht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verläuft die Wirklinie senkrecht zur Auflagefläche. Hierdurch können zusätzliche Querkräfte bzw. Reibkräfte in der Auflagefläche vermieden werden.
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Vorteilhafterweise weist der Anschlussabschnitt eine Stärke T auf und die Auflagefläche weist eine Breite W auf, wobei 0.5 T <= W <= 4 T, insbesondere 1.5 T <= W <= 2 T, ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Querschnitt des Anschlussabschnitts stark genug ist, um das Gewicht, welches die Auflagefläche aufnehmen soll, tragen zu können aber zugleich nicht unnötig groß wird.
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Bevorzugt weist die konkave Auflagefläche einen Radius RA und eine Breite W auf, wobei 0.7 W < RA < 5 W, insbesondere RA < 2 W, ist. Diese Gestalt ermöglicht eine vorteilhafte Lastübertragung als Flächenlast auf die Auflagefläche.
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Der Verbindungsabschnitt weist im Querschnitt betrachtet auf der Außenseite den Wendepunkt P auf, an dem der konvexe Verlauf auf der zum Auflageabschnitt weisenden Seite zum konkaven Verlauf der der zum Anschlussabschnitt weisenden Seite wechselt. Da wird der Wendepunkt bevorzugt derart positioniert, d.h. die der Verlauf der Außenseite derart geformt, dass eine Normale durch den Wendepunkt P einen Winkel β mit der Wirklinie bildet, wobei 20° < β < 70° ist. Besonders bevorzugt ist eine Position und ein Verlauf der Außenseite, dem 40° < β < 50° ist.
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Zweckdienlicherweise weist der Anschlussabschnitt die insbesondere konstante Stärke T auf und eine Stärke d des Verbindungsabschnitts und des Auflageabschnitts ist variabel. Sollte die Stärke des Anschlussabschnitts nicht konstant sein, so wird die kleinste Stärke T des Anschlussabschnitts ausgehend vom Verbindungsabschnitt als Vergleichsgröße betrachtet. Die variable Stärke d des Verbindungsabschnitts kann an verschiedenen Messpunkten M entlang der Innenseite als jeweiliger Abstand bis zur Außenseite gemessen in einer Richtung senkrecht zur Innenseite bestimmt werden. Die Senkrechte im Messpunkt M bildet hierbei einen Messwinkel α zur Wirklinie.
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Entsprechend vorheriger Definition gilt ausgehend vom freien Ende entlang der Innenseite:
- - beim Messpunkt M1 beträgt der Messwinkel α1 = 210° und die Messstrecke ist d1 < 0.5 T, und/oder
- - beim Messpunkt M2 beträgt der Messwinkel α2 = 180° und die Messstrecke ist T < d2 < 3 T, und/oder
- - beim Messpunkt M3 beträgt der Messwinkel α3 = 135° und die Messstrecke ist d2 < d3, und/oder
- - beim Messpunkt M4 beträgt der Messwinkel α4= 90° und die Messstrecke ist d3 < d4, und/oder
- - beim Messpunkt M5 beträgt der Messwinkel α5= 60° und die Messstrecke ist 2 T < d5 < d4, insbesondere ist d3 < d5. Weiterhin ist an einem Messpunkt M6 mit einem Messwinkel α6= 45° die Messstrecke T < d6 < d5, insbesondere d2 < d6. Eine derartige geometrische Ausgestaltung des Lastaufnahmeelements hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Bei der neuartigen Ausführung des Lastaufnahmeelements mit dem gegenüber üblichen Haken deutlich verstärktem Verbindungsabschnitt erhöht sich dessen Gewicht ebenfalls. Um dem entgegenzuwirken, ist der Verbindungsabschnitt bevorzugt mit zumindest einer Ausnehmung versehen, die beabstandet von der Innenseite ist, wobei insbesondere eine Mehrzahl von gleichartigen, im Wesentlichen parallel angeordneten Ausnehmungen vorhanden ist. Hierbei wird von der zunächst vorhandenen Drehkontur Material entfernt, insbesondere durch eine nachträgliche Bearbeitung. Die Ausnehmung oder Ausnehmungen sind in einem Bereich eingearbeitet, der von der Auflagefläche axial möglichst entfernt ist bzw. strukturell möglichst gering belastet ist. Die Ausnehmungen sind dadurch etwa im Bereich der Außenseite ausgebildet. Durch die Ausnehmungen wird die Gesamtmasse des Lastaufnahmeelements reduziert. Darüber hinaus wird das Lastaufnahmeelement, wenn es als Dichtsegment eingesetzt wird, thermisch gut an die mit rotierender Luft in der vorderseitigen Kavität angebunden (Kühlrippen-Effekt), was sinnvoll ist, da bei den meisten Materialien die Belastbarkeit mit sinkender Temperatur steigt und das Dichtsegment ohnehin das höchstbelastete Bauteil des Rotorbauteils darstellt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung von einer ersten Bohrung gebildet, welche sich senkrecht zum Querschnitt und/oder in Umfangsrichtung, d.h. ungefähr in tangentialer Richtung bezüglich einer Rotationsachse, erstreckt. Insbesondere sind dabei mehrere Bohrungen vorgesehen, welche der Kontur der Außenseite folgen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung von einer an der Außenseite angeordneten Nut oder von einer zweiten Bohrung gebildet, welche insbesondere mit einem Winkel zwischen 5° und 30° geneigt zur Wirklinie verläuft. Dabei wird Material in nur niedrig belasteten Zonen entfernt, die Steifigkeit des Lastaufnahmeelements wird nur unwesentlich reduziert. Außerdem könnten diese Ausnehmungen in das Rohteil eingebracht werden, was fertigungstechnisch einfacher ist, als im gedrehten und segmentierten Fertigteil.
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In Bezug auf das erfindungsgemäße Rotorbauteil gilt, dass vorteilhafterweise ein sich an den Anschlussabschnitt radial erstreckender Verbindungsabschnitt und ein sich im Wesentlichen axial erstreckender Dichtabschnitt anschließt, wobei insbesondere das Rotorbauteil im Querschnitt eine T-förmige Gestalt aufweist. Das Rotorbauteil ist somit als Dichtsegment für den Dichtring einer Gasturbine einsetzbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung erläutert. Hierin zeigen:
- 1 in einer Querschnittsdarstellung ein Lastaufnahmeelement mit einer optimierten hakenförmigen Gestalt,
- 2 in einer Querschnittsdarstellung ein Lastaufnahmeelement mit sich in die Tiefe erstreckenden Bohrungen,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung ein Lastaufnahmeelement mit sich in die Tiefe erstreckenden Nuten, und
- 4 in einer perspektivischen Darstellung ein Lastaufnahmeelement mit sich radial erstreckenden Bohrungen,
- 5 eine Schnittansicht eines Rotors mit in Umfangsrichtung angeordneten Dichtsegmenten.
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Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1 ist ein Lastaufnahmeelement 2 mit einer im Querschnitt betrachteten hakenförmigen Gestalt gezeigt. Das Lastaufnahmeelement 2 weist drei Abschnitte auf. Ein Anschlussabschnitt 4 ist einstückig mit einem weiteren, in der Figur nicht näher gezeigten Bauteilabschnitt verbunden. Der Anschlussabschnitt 4 weist eine konstante Stärke T auf. Ein sich daran anschließender, im Wesentlichen S-förmiger Verbindungsabschnitt 6 weist eine variable Stärke d auf. Ein Auflageabschnitt 8 umfasst eine zum Anschlussabschnitt 4 weisende konkave Auflagefläche 10 zur Anbringung eines anderen, hier nicht näher gezeigten Bauteils. Aufgrund der Form der Auflagefläche 10 wird das andere Bauteil insbesondere eingehakt, wodurch eine formschlüssige Verbindung mit dem Lastaufnahmeelement 2 entsteht.
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Eine Innenseite 12 des Lastaufnahmeelements 2 ist durch die konkave Seite mit einem freien Innenraum definiert. Die gegenüberliegende konvexe Seite des Lastaufnahmeelements 2 bildet eine Außenseite 14 des Lastaufnahmeelements 2.
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Das Lastaufnahmeelement 2 ist zudem durch eine Wirklinie 16 gekennzeichnet, die 16 durch den Lastmittelpunkt L der bei der beim Einhängen des anderen Bauteils auftretenden Flächenlast senkrecht zur Auflagefläche 10 verläuft. Die Wirklinie 16 verläuft im gezeigten Ausführungsbeispiel außerdem durch die Mitte des Anschlussabschnitts 4. Dabei gilt, dass der maximale freie Abstand A von der Wirklinie 16 bis zum Verbindungsabschnitt 6 kleiner ist als die Stärke d des Verbindungsabschnitts 6 an gleicher Stelle (in 1 ist A kleiner als d5 ). Insbesondere beträgt der maximale freie Abstand A von der Wirklinie bis zum Verbindungsabschnitt 6 maximal das 0,5-fache der Stärke des Verbindungsabschnitts 6 an gleicher Stelle.
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Bei einer Betrachtung des Lastaufnahmeelements 2 senkrecht zur Zeichnungsebene, d.h. in die Tiefe, ist die hakenförmige Gestalt als ein Abschnitt eines Rotationskörpers ausgebildet. Dies ist insbesondere aus 3 und 4 ersichtlich. Mit Rotationskörper wird hierbei ein rotationssymmetrischer Körper bezeichnet. Das Lastaufnahmeelement 2 stellt jedoch keinen vollständigen Rotationskörper dar, der durch einen ringförmigen Aufbau gekennzeichnet ist, sondern lediglich einen im Wesentlichen bogenförmigen Abschnitt eines solchen Rotationskörpers. Für den Einsatz bei einem Dichtring einer Gasturbine, wie in 5 dargestellt, sind mehrere in einer Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Lastaufnahmeelemente 2 vorgesehen.
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Die Geometrie des Lastaufnahmeelements 2 lässt sich durch die folgenden Parameter beschreiben:
- - Dicke T des Anschlussabschnitts 4;
- - axiale Breite W der Auflagefläche 10;
- - Radius RA der Auflagefläche 10;
- - Radius Rs des freies Endes (17) des Auflageabschnitts 8;
- - Lage des Wendepunktes P auf der Außenseite 14 des Verbindungsabschnitts 6;
- - Winkel β, zwischen der Normalen durch den Wendepunkt P und der Wirklinie 16;
- - Stärken d1 bis d6 des Lastaufnahmeelements 2 an verschiedenen Messpunkten M1 bis M6 an der Innenseite 12, wobei die Messstrecken d1 bis d6 senkrecht zur Innenseite 12 sind und einen jeweiligen Winkel α1 bis α6 mit der Wirklinie 16 schließen.
Für diese Parameter gelten folgende Relationen:
- - 0.5 T <= W <= 4 T, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist W=1.7 T;
- - 0.7 W < RA < 5 W ist, wobei insbesondere RA < 2 W ist, in 1 ist RA=W;
- - 20° < β <70°, wobei insbesondere der Winkel β größer als 40° und/oder kleiner als 50° ist, In 1 beträgt β=45°;
- - RS < 0.5RA, in 1 ist RS=0.125RA;
- - beim Messpunkt M1 beträgt der Messwinkel α1=210° und d1=1.43T;
- - beim Messpunkt M2 beträgt der Messwinkel α2=180° und d2=2T;
- - beim Messpunkt M3 beträgt der Messwinkel α3=135° und d2=3.1T;
- - beim Messpunkt M4 beträgt der Messwinkel α4=90° und d4=3.4T;
- - beim Messpunkt M5 beträgt der Messwinkel α5=60° und d5=3,3T.
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In 2 bis 4 sind weitere Ausführungsbeispiele des Lastaufnahmeelements 2 gezeigt, bei denen der Verbindungsabschnitt 6 mit mehreren Ausnehmungen 18 versehen ist, die beabstandet von der Innenseite 12 im Bereich der Außenseite 14 angebracht sind.
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Gemäß 2 sind die Ausnehmungen 18 als erste Bohrungen 20 gebildet, welche sich weg von der Zeichnungsebene in einer Umfangsrichtung erstrecken. In Abhängigkeit von der Stärke des Verbindungsabschnitts 6 an der jeweiligen Stelle, haben die ersten Bohrungen 20 unterschiedliche Durchmesser, so dass die Steifigkeit des Lastaufnahmeelements 2 im Wesentlichen nicht beeinflusst wird.
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In 3 sind die Ausnehmung 18 als Nuten 22 ausgestaltet, die an der Außenseite in Umfangsrichtung U hintereinander angeordnet sind und geneigt zur Wirklinie 16 verlaufen. In 4 sind anstelle der Nuten 22 zweite Bohrungen 24 vorgesehen, die ebenfalls geneigt zur Wirklinie 16 ausgebildet sind. Insbesondere schließen die Nuten 22 und/oder die zweiten Bohrungen 24 einen Winkel zwischen 5° und 30° mit der Wirklinie 16.
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Die vorgeschlagenen Geometrien erlauben eine relativ einfache Fertigung mit zerspanender Bearbeitung des Lastaufnahmeelements 2. Die ursprüngliche Kontur bleibt eine Drehkontur, in die nachträglich Tangential-Bohrungen 20 gemäß 2, die Nuten 22 gemäß 3 oder „Radial“-Bohrungen 24 gemäß 4 eingebracht werden.
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Die zweiten Bohrungen 24 gemäß 4 können auch bereits im Rohteil eingebracht werden, um eine annähernd senkrechte Startfläche für die zweiten Bohrungen 24 zu haben und Probleme beim sonst notwendigen asymmetrischen Austritt des Bohrers zu vermeiden.
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In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Rotor sowie ein Lastaufnahmeelement 2, das als Dichtsegment 30 eingesetzt wird, dargestellt. Zu erkennen ist die Anordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Rotorscheiben 26a und 26b, die über jeweils einen stirnseitigen Verbindungsflansch 28a, 28b miteinander verbunden sind. Wie der Verbindungsflansch 28a, 28b genau ausgeführt wird und wie die Verbindung hergestellt wird, ist hierbei zunächst unerheblich. Diesbezüglich kann auf bekannte Ausführungsformen zurückgegriffen werden.
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Am Verbindungsflansch 28b sind im Umfang verteilt eine Mehrzahl an Rotorbauteilen befestigt, welche als Dichtsegmente 30 ausgebildet sind, die im Querschnitt eine T-förmige Gestalt aufweisen. Des Weiteren grenzen die Dichtsegmente 30 beidseitig an den Rotorscheiben 26a, 26b sowie an anzubringenden Laufschaufeln 32 an, so dass geschlossene Ringräume 34 entstehen, die eine vorteilhafte Kühlluftführung im Rotor begünstigen. Der Anschlussabschnitt 4 grenzt einerseits an den sich radial erstreckenden Verbindungsabschnitt 6 sowie an einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Dichtabschnitt 38 an. Der Anschlussabschnitt 4 ist somit einstückig mit dem Dichtabschnitt 38 verbunden, der dem im Zusammenhang mit 1 angeführten Bauteilabschnitt entspricht.
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Zu erkennen ist weiterhin die Anbringung der im Umfang verteilt angeordneten Dichtsegmente 30 mit deren Lastaufnahmeelementen 2 am Verbindungsflansch 28b. Hierzu weist der Verbindungsflansch 28b ein umlaufendes Aufnahmeprofil 36 auf. Die hierbei vorgesehene Hakenform sowohl des Lastaufnahmeelements 2 als auch des Aufnahmeprofils 36 ermöglicht ein seitliches Einhaken des Dichtsegments 30 am Verbindungsflansch 28b.
