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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Verstellung mehrerer Leitschaufeln eines Triebwerks.
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Es ist allgemein bekannt, in Triebwerken, zum Beispiel Turbomaschinen und insbesondere Gasturbinentriebwerken verstellbare Leitschaufeln für die Beeinflussung der Strömung in Abhängigkeit von der Drehzahl rotierender Laufschaufeln vorzusehen. Insbesondere bei Gasturbinentriebwerken werden üblicherweise verstellbare Leitschaufeln im Bereich des Verdichters eingesetzt, wobei die Leitschaufeln in Abhängigkeit der Verdichterdrehzahl verstellt werden. Die verstellbaren Leitschaufeln werden hierbei in der englischen Fachsprache als variable stator vanes kurz „VSV“ bezeichnet.
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Die verstellbaren Leitschaufeln sind hier üblicherweise Bestandteil einer Leitschaufelreihe und innerhalb eines Gehäuses angeordnet, in dem auch die rotierenden Laufschaufeln angeordnet sind. Die einzelnen Leitschaufeln sind dabei in der Praxis jeweils über einen Lagerzapfen verstellbar an dem Gehäuse gelagert. Innerhalb des Gehäuses ist üblicherweise eine drehbare Lagerung einer Leitschaufel an einer Nabe, z.B. eines Verdichters, vorgesehen. An dem Gehäuse ist jeder Lagerzapfen drehbar in einer zugehörigen Lageröffnung in der Wandung des Gehäuses gelagert. Dabei durchgreift der Lagerzapfen diese Lageröffnung entlang einer Erstreckungsrichtung des Lagerzapfens, sodass ein Ende des Lagerzapfens an einer Außenseite des Gehäuses zugänglich ist, um durch Drehung des Lagerzapfens die entsprechende Leitschaufel verstellen zu können. Hierbei greift üblicherweise jeweils ein Hebel an einem Zapfenende an, der an einem Verstellelement in Form eine Verstellrings einer Verstelleinrichtung befestigt ist, um durch Verstellung des Verstellelements und mehrerer hieran angelenkter Hebel gleichzeitig mehrere Leitschaufeln zu verstellen. Die Lagerzapfen der Leitschaufeln, die häufig auch als Spindeln bezeichnet werden, sind in der Praxis in radial vorstehenden, hülsenförmigen Lagerfortsätzen des Gehäuses vorgesehen. Diese Lagerfortsätze sind an einer Wandung des Gehäuses ausgeformt und stellen die drehbare Lagerung und Abstützung der Lagerzapfen sicher.
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Das wenigstens eine Verstellelement der für die Verstellung der Leitschaufeln vorgesehenen Verstelleinrichtung stützt sich üblicherweise an einer Außenseite des Gehäuses ab und ist relativ hierzu in Umfangsrichtung verstellbar, um eine Drehung der Leitschaufeln um ihre jeweilige Drehachse zu bewirken. Das Verstellelement ist mit einem Verbindungselement der Verstelleinrichtung gekoppelt, beispielsweise mit diesem gelenkig verbunden, das wiederum zusätzlich mit einer Verstellwelle der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Diese Verstellwelle, die üblicherweise als Kurbelwelle ausgebildet ist, ist für die Steuerung einer Verstellbewegung des Verstellelements eingerichtet und vorgesehen und hierfür mittels eines Aktors um eine Längsachse der Verstellwelle drehbar. Die Verstellwelle weist z.B. mindestens ein mit dem Verbindungselement gekoppeltes Koppelelement auf, an dem das Verbindungselement angelenkt ist, um eine Drehbewegung der Verstellwelle in eine Verstellbewegung des Verstellelements für die Verstellung der Leitschaufeln umzusetzen. Eine solche Verstelleinrichtung ist beispielsweise aus der
EP 2 949 878 A1 oder der
DE 60 2004 003 744 T2 bekannt.
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Üblicherweise weist die Verstellwelle hierbei mehrere entlang der Längsachse zueinander beabstandete Koppelelemente auf, an denen jeweils ein Verbindungselement für ein zugeordnetes Verstellelement angelenkt ist. Derart können durch Drehung der Verstellwelle synchron mehrere Verstellelemente verstellt und damit Leitschaufeln mehrerer Leitschaufelreihen verstellt werden. Über die Position der einzelnen Koppelelemente ist dabei vorgegeben, welchen Verstellweg das jeweils zugehörige und über ein Verbindungselement gekoppelte Verstellelement zurücklegt, wenn die Verstellwelle um einen definierten Drehwinkel gedreht wird. In diesem Zusammenhang ist auch regelmäßig von Bedeutung, in welchem radialen Abstand zu der zentral verlaufenden Längsachse der Verstellwelle das jeweilige Verbindungselement an seinem zugeordneten Koppelelement angelenkt ist. Die Anordnung der einzelnen Koppelelemente und insbesondere deren radiale Position beeinflusst schließlich die mögliche Verstellung der Leitschaufeln und insbesondere den Grad der Verstellung der Leitschaufeln unterschiedlicher Leitschaufelreihen, die auf einander abgestimmt werden müssen.
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Für eine größere Individualisierung und flexibleren Steuerung der Verstellung von Leitschaufeln unterschiedlicher Leitschaufelreihen ist in der
EP 1 808 579 A2 vorgeschlagen, eine zusätzliche, mittels eines Aktors verstellbare Schablone vorzusehen, die mit mehreren Verstellelementen Form von Verstellringen der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. An der Schablone sind mehrere Führungskulissen ausgebildet, die jeweils einem Verstellring zugeordnet sind und in die ein Führungselement in Form eines Zapfens oder Stifts des jeweiligen Verstellrings eingreift. Umgekehrt kann ein entsprechender zur Führung genutzter Zapfen oder Stift an der verstellbaren Schablone vorgesehen sein. Durch Verstellen der Schablone entlang der Mittelachse und die Kulissenführung für die einzelnen Verstellringe an der Schablone wird den Verstellringen in Abhängigkeit einer Verstellung der Schablone entlang der Mittelachse eine je nach Verstellring und damit Leitschaufelreihe unterschiedliche Verstellbewegung entlang der Umfangsrichtung aufgezwungen.
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Eine Verstellung eines jeweiligen Verstellelements in Form eines Verstellrings erfolgt in der
EP 1 808 579 A2 unabhängig von einer Verstellwelle und einem hiermit gekoppelten Verbindungselement, wie einer Verbindungsstange. Eine Verstellung der Verstellelemente wird in der
EP 1 808 579 A2 vielmehr ausschließlich über die längsverschiebliche Schablone gesteuert, die damit als Alternative zu einer Verstellwelle in einer entsprechenden Verstelleinrichtung genutzt ist.
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Es ist Aufgabe der vorgeschlagenen Lösung, eine Verstelleinrichtung für die Verstellung mehrerer Leitschaufeln eines Triebwerks bereitzustellen, die unter Verwendung einer Verstellwelle einen größeren Grad an Individualisierung bei einer Verstellung von Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe in Abhängigkeit von aerodynamischen Vorgaben gestattet.
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Diese Aufgabe ist mit einer Verstelleinrichtung des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine vorgeschlagene Verstelleinrichtung für die Verstellung mehrerer Leitschaufeln eines Triebwerks weist hierbei insbesondere mindestens ein Verstellelement, z.B. in Form eines Verstellrings, auf, das mit den Leitschaufeln gekoppelt und entlang einer bezogen auf eine Mittelachse definierten Umfangsrichtung verstellbar gelagert ist. Ferner ist eine Verstellwelle für die Steuerung einer Verstellbewegung des Verstellelements vorgesehen. Zur Übertragung einer Verstellkraft von der Verstellwelle an das mindestens eine Verstellelement dient mindestens ein Verbindungselement der Verstelleinrichtung, zum Beispiel in Form einer Verbindungsstange. Das mindestens eine Verbindungselement ist an einem ersten Ende mit dem mindestens einen Verstellelement und an einem zweiten Ende mit der Verstellwelle gekoppelt und zwar derart, dass eine Drehbewegung der Verstellwelle um eine Längsachse der Verstellwelle in eine Verstellbewegung des Verbindungselements umgesetzt wird. Diese Verstellbewegung des Verbindungselements führt wiederum zu einer Verstellbewegung des Verstellelements in Umfangsrichtung und damit zur Verstellung der hiermit (zum Beispiel über jeweils einen Verstellhebels) gekoppelten Leitschaufeln. Für die Umsetzung der Drehbewegung der Verstellwelle in eine Verstellbewegung des Verstellelements in Umfangsrichtung über das mindestens eine Verbindungselement ist das Verbindungselement an einem ersten Ende um eine erste Schwenkachse und/oder an dem zweiten Ende um eine zweite Schwenkachse schwenkbar gelagert. Das mindestens eine Verbindungselement ist somit an seinem ersten Ende und/oder an seinem zweiten Ende angelenkt. Eine solche Konfiguration zeigt im Grundsatz beispielsweise bereits die
EP 2 949 878 A1 .
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Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung ist nun ferner wenigstens eine Führungseinrichtung vorgesehen, die eine Führungsbahn vorgibt, entlang der bei einer Drehung der Verstellwelle die erste Schwenkachse relativ zu dem Verstellelement oder die zweite Schwenkachse relativ zu der Verstellwelle verlagerbar ist. Die Führungseinrichtung ist somit entweder dem ersten Ende oder dem zweiten Ende des mindestens einen Verbindungselements zugeordnet. Selbstverständlich können aber auch zwei Führungseinrichtungen für beide, erste und zweite Enden des mindestens einen Verbindungselements vorgesehen sein.
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Die vorgeschlagene Lösung geht durch die Verwendung der Führungseinrichtung von dem Grundgedanken aus, mindestens einen zusätzlichen Freiheitsgrad für das zur Übertragung der Verstellkraft und der Verstellbewegung zwischen der Verstellwelle und dem Verstellelement vorgesehene Verbindungselement bereitzustellen. Indem eine Schwenkachse und damit ein Anlenkpunkt des mindestens einen Verbindungselements an dem ersten, mit dem Verstellelement gekoppelten Ende und/oder an dem zweiten, mit der Verstellwelle gekoppelten Ende geführt verlagerbar gehalten ist, kann die Verstellcharakteristik des Verstellelements über den Verlauf der durch die Führungseinrichtung vorgegebenen Führungsbahn eingestellt werden. Durch die zusätzlich vorgesehene Führungseinrichtung ist somit eine variable Vorgabe der Verstellbewegungen der über die Verstelleinrichtung zu verstellenden Leitschaufeln möglich.
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So kann die Führungsbahn in Abhängigkeit von aerodynamischen, triebwerksspezifischen Anforderungen für eine Leitschaufelreihe gezielt in ihrem Verlauf angepasst sein. An dem Grundaufbau der Verstelleinrichtung mit Verstellwelle, Verbindungselement und Verstellelement muss dementsprechend keine Änderung erfolgen. In einer vorgeschlagenen Ausführungsvariante reicht vielmehr der Austausch einer die Führungsbahn vorgebenden Komponente der Führungseinrichtung respektive das Vorsehen unterschiedlicher die Führungsbahn jeweils vorgebender Komponenten für unterschiedliche Leitschaufelreihen, um die Verstellcharakteristik einzelner Leitschaufelreihen über eine gemeinsame Verstellwelle individuell anzupassen. Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung können somit in Abhängigkeit von einem Drehwinkel, um den die Verstellwelle gegenüber einer Ausgangslage um ihre Längsachse gedreht wird, und damit in Abhängigkeit von einer Drehlage der Verstellwelle einer ersten und/oder zweiten Schwenkachse des mindestens einen Verbindungselements mehrere (mindestens zwei) mögliche und zueinander unterschiedliche Relativpositionen vorgegeben werden.
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Das mindestens eine Verbindungselement ist beispielsweise über die wenigstens eine Führungseinrichtung (an seinem ersten Ende) mit dem mindestens einen Verstellelement oder (an seinem zweiten Ende) mit der Verstellwelle gekoppelt, sodass über die Führungseinrichtung die Kopplung an das Verstellelement oder die Verstellwelle bei gleichzeitiger zusätzlich vorgesehener Verlagerbarkeit der entsprechenden Schwenkachse bereitgestellt ist.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung (Fall a) ist das erste Ende des mindestens einen Verbindungselements über die wenigstens eine Führungseinrichtung derart entlang der Führungsbahn geführt, dass bei einer Drehung der Verstellwelle das erste Ende mit einer Bewegungskomponente radial zur Mittelachse verstellt wird. Die wenigstens eine Führungseinrichtung für das erste Ende des mindestens einen Verbindungselements gestattet somit über die durch die Führungseinrichtung vorgegebene Führungsbahn eine Verlagerbarkeit des ersten Endes insbesondere senkrecht zu Umfangsrichtung.
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Ist die Führungseinrichtung dem zweiten Ende des mindestens einen Verbindungselements zugeordnet, sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung (Fall b) vor, dass dieses zweite Ende über die wenigstens eine Führungseinrichtung derart entlang der Führungsbahn geführt ist, dass bei einer Drehung der Verstellwelle das zweite Ende mit einer Bewegungskomponente radial zur Längsachse der Verstellwelle verstellt wird. Über die Führungsbahn wird somit dem zweiten Ende beispielsweise eine Bewegungskomponente senkrecht zur Drehrichtung der Verstellwelle aufgeprägt.
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Unabhängig davon, welchem Ende die Führungseinrichtung und damit die zusätzliche Verlagerbarkeit der jeweiligen Schwenkachse respektive des jeweiligen Anlenkpunktes des Verbindungselements zugeordnet ist, ist über die zusätzliche Verlagerbarkeit entlang der Führungsbahn eine Umsetzung der Drehbewegung der Verstellwelle in eine nichtlinear bezüglich der Drehbewegung verlaufende Verstellbewegung des Verstellelements entlang der Umfangsrichtung und damit der hiermit gekoppelten Leitschaufeln realisierbar.
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In einer Ausführungsvariante mit einem an dem ersten Ende des mindestens einen Verbindungselements vorgesehener Führungseinrichtung ist das erste Ende beispielsweise über ein Verbindungsteil mit dem Verstellelement gekoppelt, an dem ein Teil einer Kulissenführung der Führungseinrichtung zur Vorgabe der Führungsbahn vorgesehen ist. Bei dem Verbindungsteil kann es sich hierbei insbesondere um eine starr mit dem Verstellelement verbundenes, d.h., hieran fixiertes oder hieran integral ausgebildetes Teil handeln, an dem das Verbindungselement angreift, um eine Verstellkraft von der Verbindungselement an das Verstellelement zu übertragen. Indem dann gerade an diesem Verbindungsteil ein Teil einer Kulissenführung der Führungseinrichtung vorgesehen ist, ist eine Verlagerbarkeit des ersten Endes an dem Verstellelement oder einer mit dem Verstellelement starr verbundenen Komponente vorgesehen.
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Hierbei kann die Kulissenführung grundsätzlich eine Führungskulisse und mindestens ein an der Führungskulisse entlang verschiebliches Führungselement umfassen. In einer Ausführungsvariante ist dann beispielsweise die Führungskulisse an dem Verbindungsbauteil ausgebildet, während das Führungselement an dem ersten Ende des mindestens einen Verbindungselements vorgesehen ist. Selbstverständlich sind auch umgekehrt die Ausbildung des Führungselements an dem Verbindungsbauteil und die Ausbildung der Führungskulisse an dem ersten Ende des Verbindungselements möglich.
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In der weiteren Ausführungsvariante der Erfindung (Fall b1), in der die oder eine zusätzliche Führungseinrichtung dem zweiten Ende des mindestens einen Verbindungselements zugeordnet ist, ist das zweite Ende über ein drehfest mit der Verstellwelle verbundenes Koppelelement mit der Verstellwelle gekoppelt. An dem Koppelelement ist ein Teil einer Kulissenführung der Führungseinrichtung zur Vorgabe der Führungsbahn vorgesehen. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an dem an der Verstellwelle fixierten oder hieran integral ausgebildeten Koppelelement mindestens eine Führungskulisse oder mindestens ein an einer Führungskulisse entlang verschiebliches Führungselement vorgesehen ist. So sieht eine mögliche Ausführungsvariante vor, dass die Kulissenführung eine (erste) Führungskulisse an dem Koppelelement und mindestens ein an der koppelelementseitigen Führungskulisse entlang verschiebliches Führungselement an dem zweiten Ende des mindestens einen Verbindungselements umfasst.
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In dieser Ausführungsvariante der Erfindung (Fall b1) umfasst die Kulissenführung zwei einander zumindest teilweise überlappende Führungskulissen und mindestens ein entlang beider Führungskulisse verschiebliches Führungselement. In dieser Variante ist folglich eine doppelte Kulissenführung vorgesehen und mindestens ein Führungselement ist folglich an zwei Führungskulissen verschieblich gehalten. Diese zwei Führungskulissen geben im Zusammenspiel aufgrund ihrer Überdeckung die Führungsbahn vor, entlang der das Führungselement und die Führungskulissen bei einer Drehung der Verstellwelle relativ zueinander verlagert werden. Über die einander sich zumindest teilweise überlappenden Führungskulissen und das an beiden Führungskulissen verschieblich gehaltene Führungselement kann somit im Bereich des zweiten Endes des Verbindungselements und damit im Bereich der drehbaren Verstellwelle eine vergleichsweise komplexe Verstellbahn für die zweite Schwenkachse des Verbindungselements und damit dessen zweiten Anlenkpunkt vorgegeben werden.
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Beispielsweise ist die Verstellwelle relativ zu einem Führungsteil der Führungseinrichtung drehbar, an dem eine weitere (zweite) Führungskulisse vorgesehen ist, die sich zumindest teilweise mit der (ersten) Führungskulisse des Koppelelements überlappt. Das Führungselement des zweiten Endes ist dann entlang der (ersten) Führungskulisse des Koppelelements und entlang der (zweiten) Führungskulisse des zusätzlichen Führungsteils verschieblich. Indem das Koppelelement drehfest mit der Verstellwelle verbunden ist und die Verstellwelle relativ zu dem Führungsteil drehbar ist, werden bei einer Drehung der Verstellwelle die (ersten und zweiten) Führungskulissen des Koppelelements und des Führungsteils relativ zueinander verlagert. Diese Verlagerungsbewegung zwingt dann dem in beide Führungskulissen eingreifenden Führungselement eine vorgegebene Führungsbahn auf, entlang der die zweite Schwenkachse des Verbindungselements bei einer Drehung der Verstellwelle wandert.
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Die Führungskulisse des Führungsteils kann beispielsweise an einem - bezüglich der Längsachse der Verstellwelle - sich radial nach außen erstreckenden Abschnitt des Führungsteils ausgebildet sein. Ebenso kann die Führungskulisse des an der Verstellwelle fixierten oder mit der Verstellwelle integral ausgebildeten Koppelelements an einem sich radial bezüglich der (zentral verlaufenden) Längsachse der Verstellwelle erstreckenden Abschnitt des Koppelelements ausgebildet sein.
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Grundsätzlich kann das Führungsteil, relativ zu dem die Verstellwelle drehbar ist, an einem die Verstellwelle drehbar lagernden Lagerteil, zum Beispiel einem Lagerbock, fixiert oder hieran integral ausgebildet sein. Ein solches Lagerteil ist dann beispielsweise an einer äußeren Mantelfläche eines Gehäuses fixiert, in dem die zu steuernde Leitschaufelreihe untergebracht ist.
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Grundsätzlich können, wie eingangs bereits erläutert, mindestens zwei Verstellelemente für Leitschaufeln zweier unterschiedlicher Leitschaufelreihen vorgesehen und jeweils mit einem zugeordneten Verbindungselement zur Übertragung einer Verstellkraft von der Verstellwelle an das jeweilige, zugeordnete Verstellelement gekoppelt sein. Mit einer gemeinsamen Verstellwelle sind somit über einzelne Verbindungsstangen beispielsweise Verstellringe für unterschiedliche Leitschaufelreihen gekoppelt, sodass Leitschaufeln unterschiedlicher Leitschaufelreihen durch Drehung der gemeinsamen Verstellwelle verstellt werden können.
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In diesem Zusammenhang kann bei einer Führungseinrichtung mit Führungsteil vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung mindestens zwei Führungsteile mit zueinander unterschiedlichen Führungskulissen aufweist. Die mindestens zwei Führungsteile sind dann jeweils einem der mindestens zwei Verbindungselemente zugeordnet. Um dementsprechend den verschiedenen Verstellelementen über die jeweilige Führungseinrichtung eine andere Verstellcharakteristik bei gleichem Drehwinkel der gemeinsamen Verstellwelle vorzugeben, sind unterschiedlich gestaltete Führungskulissen und mithin unterschiedlich verlaufende Führungsbahnen vorgesehen. Die jeweils ein Führungselement tragenden zweiten Enden der mindestens zwei Verbindungselemente werden somit bei einer Drehung der Verstellwelle entlang unterschiedlicher Führungsbahnen geführt, was in unterschiedlichen Verstellbewegungen der Verstellelemente für die unterschiedlichen Leitschaufelreihen resultiert.
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Eine Führungskulisse, insbesondere eine Führungskulisse eines Verbindungsteils, eines Koppelelements und/oder eines Führungsteils, kann zumindest in einem Abschnitt einen gewölbten oder gebogenen Verlauf aufweisen. Insbesondere kann wenigstens ein Abschnitt einer Führungskulisse entlang eines Kreisbogens und damit z.B. kreisbogen- oder bananenförmig verlaufen. Grundsätzlich kann aber auch jedweder anderer Verlauf, z.B. in Abhängigkeit der jeweiligen aerodynamischen Anforderungen, vorgesehen sein, insbesondere jedweder stetiger und z.B. auch ein linearer Verlauf.
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In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung (Fall b2), bei der die Führungseinrichtung einem zweiten Ende des mindestens einen Verbindungselements zugeordnet ist, umfasst die Führungseinrichtung ein mit dem zweiten Ende verbundenes Führungselement, das durch Drehung der Verstellwelle um die Längsachse mitgenommen und hierbei an einer Steuerkontur entlang geführt wird. An einem Führungselement dieser Ausführungsvariante ist somit im Gegensatz zu der vorstehend erläuterten Variante keine weitere (zweite) Führungskulisse vorgesehen. Vielmehr wird über das Führen des Führungselements entlang einer Steuerkontur eine Verlagerung der zweiten Schwenkachse bei Drehung der Verstellwelle besteuert.
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Hierfür weist die Steuerkontur beispielsweise Abschnitte mit unterschiedlich großem radialen Abstand zu der Längsachse der Verstellwelle auf, sodass das Führungselement durch ein Führen an diesen Abschnitten der Steuerkontur entlang radial bezüglich der Längsachse verlagerbar ist respektive bei Drehung der Verstellwelle radial bezüglich der Längsachse verlagert wird. Die Steuerkontur ist dementsprechend derart ausgebildet, dass das hieran geführte Führungselement bei einer Drehung der Verstellwelle in zumindest einem Abschnitt eines zulässigen Drehbewegungsbereichs der Verstellwelle radial bezüglich der Längsachse der Verstellwelle verlagert wird hierbei das mit dem Führungselement verbundene zweite Ende des mindestens einen Verbindungselements und damit dessen Anlenkpunkt respektive dessen zweite Schwenkachse verlagert wird.
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Die Steuerkontur ist beispielsweise an einem Steuerelement ausgebildet, relativ zu dem die Verstellwelle drehbar gelagert ist. Bei einem solchen Steuerelement kann es sich z.B. um eine separat gefertigte Komponente handeln, die an ein Lagerteil montiert wird, an dem die Verstellwelle drehbar gelagert ist. Alternativ kann das Steuerelement aber auch an einem entsprechenden Lagerteil integral ausgebildet sein oder unabhängig und insbesondere beabstandet zu einem Lagerteil an einem Gehäuse für die Leitschaufeln fixiert sein.
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Das Führungselement, das entlang der Steuerkontur geführt werden kann, ist in einer Ausführungsvariante über mindestens ein Federelement gegen die Steuerkontur elastisch vorgespannt. Das mindestens eine Federelement kann hier beispielsweise eine Druckfeder umfassen. Über die elastische Vorspannung des Führungselements ist beispielsweise sichergestellt, dass das Führungselement stets an der Steuerkontur mit einem Abschnitt anliegt und der Steuerkontur bei einer Drehung der Verstellwelle folgt.
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Die Führungseinrichtung kann ferner ein Verbinderbauteil aufweisen, an oder in dem das Führungselement verschieblich gelagert ist und das drehfest mit der Verstellwelle verbunden ist. Das das Führungselement lagernde Verbinderbauteil wird somit bei einer Drehung der Verstellwelle mitgedreht. Das mitgedrehte Verbinderbauteil nimmt dementsprechend das hierin verschieblich gelagerte Führungselement um die Längsachse der Verstellwelle mit und führt dabei das Führungselement entlang der (unbeweglichen) Steuerkontur entlang.
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Das Verbinderbauteil kann ferner auch zur Abstützung des mindestens einen Federelements vorgesehen sein, über das das Führungselement gegen die Steuerkontur elastisch vorgespannt ist. Hierbei ist dann beispielsweise das zweite Ende des mindestens einen Verbindungselements mit einem Lagerelement der Führungseinrichtung verbunden. Das Federelement ist dann einerseits an diesem mit dem zweiten Ende des Verbindungselements verbundenen Lagerelement und andererseits an dem drehfest mit der Verstellwelle verbundenen Verbinderbauteil abgestützt.
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Zur kompakten und bauraumsparenden Anordnung einer mit Lagerelement und Verbinderbauteil ausgebildeten Führungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass das Lagerelement einen Aufnahmeraum aufweist, in dem das mindestens eine Federelement und zumindest ein Teil des Führungselements und/oder des Verbinderbauteils aufgenommen sind.
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Vorstehend sind insbesondere drei unterschiedliche Varianten für Führungseinrichtungen an ersten und zweiten Enden eines Verbindungsbauteils erläutert, die einerseits die Verwendung mindestens einer Kulissenführung oder die Nutzung mindestens einer Steuerkontur vorsehen. Grundsätzlich ist es möglich, dass eine Verstelleinrichtung mehrere (mindestens 2) solche Varianten gemeinsam vorsieht. Hierbei weist dann die Verstelleinrichtung beispielsweise mehrere Verbindungselemente auf, die jeweils über die eine Verstellwelle verstellbar sind, jedoch mit unterschiedlichen Leitschaufeln (unterschiedlicher Leitschaufelreihen) zugeordneten Verstellelementen gekoppelt sind. Erste und/oder zweite Schwenkachsen dieser Verbindungselemente können dann über unterschiedlich gestaltete Führungseinrichtungen relativ zu der Verstellwelle und/oder dem jeweils zugehörigen Verstellelement verlagerbar gehalten sein. Zum Beispiel kann beispielsweise für eine erste Laufschaufelreihe eine erste Führungseinrichtung für ein erstes Ende eines zugeordneten Verbindungselements mit mindestens einer Kulissenführung vorgesehen sein, während für eine zweite Laufschaufelreihe und das zugeordnete Verbindungselement eine Führungseinrichtung mit einem entlang einer Steuerkontur führbaren Führungselement für ein zweites Ende dieses Verbindungselements vorgesehen ist.
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Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung
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Hierbei zeigen:
- 1 ausschnittsweise und mit Blick lediglich auf ein erstes Ende eines Verbindungselements in Form einer Verbindungsstange für eine erste Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Verstelleinrichtung ein mit einer bogenförmig verlaufenden Führungskulisse ausgebildetes verstellringsfestes Verbindungsteil mit hieran angelenktem und verschieblich geführtem ersten Ende der Verbindungsstange;
- 2 ausschnittsweise eine zweite Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Verstelleinrichtung mit einer doppelten Kulissenführung an einem zweiten Ende einer Verbindungsstange, wobei ein Führungselement des zweiten Endes sowohl in einer ersten Führungskulisse eines drehfest mit einer Verstellwelle verbundenen Koppelelements als auch in einer zweiten Führungskulisse eines unbeweglichen Führungselements verschieblich gehalten ist;
- 3 ausschnittsweise eine dritte Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Verstelleinrichtung, bei der eine Führungseinrichtung an einem zweiten Ende der Verbindungsstange unter anderem ein elastisch vorgespanntes, stiftförmiges Führungselement aufweist, das durch Drehung einer Verstellwelle an einer äußeren Steuerkontur entlang geführt ist, um das zweiten Ende der Verbindungsstange bei Drehung der Verstellwelle radial zu einer Längsachse der Verstellwelle zu verlagern;
- 4A ausschnittsweise und in perspektivischer Ansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung mit mehreren Leitschaufelbaugruppen mit je einer Leitschaufelreihe und mehreren Laufschaufelbaugruppen;
- 4B eine aus dem Stand der Technik bekannte und auf der Anordnung der 4A aufbauende Verstelleinrichtung für die Verstellung von Leitschaufeln mehrerer Leitschaufelreihen mittels mindestens einer drehbaren Verstellwelle und mehreren hieran vorgesehenen Koppelelementen;
- 5 in Schnittdarstellung schematisch ein Gasturbinentriebwerk, in dem wenigstens eine vorgeschlagene Verstelleinrichtung Verwendung findet.
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Die 5 veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Gasturbinen-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Mittelachse oder Rotationsachse M hintereinander angeordnet sind. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung R mittels eines Fans F angesaugt. Angetrieben wird dieser Fan F über eine Welle, die von einer Turbine TT in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 11 und einen Hochdruckverdichter 12 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits einem Bypasskanal B zur Erzeugung des Schubs. Die über den Verdichter V geförderte Luft gelangt schließlich in einen Brennkammerabschnitt BK, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 13, eine Mitteldruckturbine 14 und eine Niederdruckturbine 15 auf. Die Turbine TT betreibt über die bei der Verbrennung freiwerdende Energie den Fan F an, um dann über die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Die Luft verlässt hierbei den Bypasskanal B im Bereich eines Auslasses A am Ende des Triebwerks T, an dem die Abgase aus der Turbine TT nach außen strömen. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse auf.
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Grundsätzlich kann der Fan F auch über eine Verbindungswelle und ein epizyklisches Planetengetriebe mit der Niederdruckturbine 15 gekoppelt und von dieser angetrieben werden. Ferner können auch andere, abweichend ausgestalte Gasturbinentriebwerke vorgesehen sein, bei denen die vorgeschlagene Lösung Anwendung finden kann. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein Beispiel kann das Triebwerk eine Teilungsstromdüse aufweisen, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal B seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse separat ist und radial außen liegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal B und der Strom durch den Kern vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die vorgeschlagene Lösung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
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Bei der vorliegend exemplarisch veranschaulichten Variante eines Triebwerks T umfasst der Verdichter V umfasst mehrere in axialer Richtung hintereinander liegende Reihen von Laufschaufeln 110 und dazwischen liegende Reihen von Leitschaufeln 111 im Bereich des Niederdruckverdichters 11. Die um die Mittelachse M rotierenden Reihen von Laufschaufeln 110 und die Reihen stationärer Leitschaufeln 111 sind abwechselnd entlang der Mittelachse M angeordnet und in einem (Verdichter-) Gehäuse 1 des Verdichters V aufgenommen. Die einzelnen Leitschaufeln 111 sind an dem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 1 verstellbar gelagert - üblicherweise zusätzlich zu einer radial inneren Lagerung an der Nabe des Verdichters V.
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Die 4A zeigt ausschnittsweise in größerem Detaillierungsgrad eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Laufschaufelreihen 12a bis 12d und Leitschaufelreihen 13a bis 13c für den Niederdruckverdichter 11. Die Leitschaufeln 111 der hintereinander angeordneten Leitschaufelreihen 13a, 13b und 13c sind verstellbar an dem Gehäuse 1 gelagert, um die Stellung der Leitschaufeln 111 in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl und Einlassgastemperatur ändern zu können. Hierfür ist ein Lagerzapfen 111a jeder Laufschaufel 111 drehbar in einer Lageröffnung gelagert, die durch einen hülsenförmigen und radial nach außen vorspringenden Lagerfortsatz 10 des Gehäuses 1 ausgebildet ist. Jeder Lagerzapfen 111a ist in einem zugehörigen Lagerfortsatz 10 um eine Drehachse D drehbar gelagert und abgestützt. Dabei durchgreift jeder Lagerzapfen 111a seinen zugeordneten Lagerfortsatz 10, sodass an der Außenseite des Gehäuses 1 ein Zapfenende 111b aus dem Lagerfortsatz 10 herausragt.
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An den einzelnen Zapfenenden 111b kann somit jeweils ein (Verstell-) Hebel 31 einer (Leitschaufel-) Verstelleinrichtung 3 angreifen, um den Lagerzapfen 111 a drehen und damit die Stellung der zugehörigen Leitschaufel 111 ändern zu können. Die Hebel 31 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c sind dabei jeweils an einem Verstellelement in Form eines Verstellrings 30a, 30b oder 30c der Verstelleinrichtung 3 angelenkt. Der - häufig mehrteilige, in wenigstens zwei Segmente unterteilte - Verstellring 30a, 30b, 30c erstreckt sich umfangsseitig entlang der äußeren Mantelfläche des Gehäuses 1. Durch Verstellung des Verstellrings 30a, 30b, 30c können somit die hieran angelenkten Verstellhebel 31 und mehrere, üblicherweise alle Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c verstellt werden. Die einzelnen Verstellringe 30a, 30b, 30c für die einzelnen Leitschaufelreihen 13a, 13b und 13c sind hierbei üblicherweise unabhängig voneinander verstellbar. Ein Verstellring 30a, 30b oder 30c stützt sich an einer Außenseite des Gehäuses 1 ab, beispielsweise an einer umfangsseitig umlaufenden Anlagefläche 114.
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Mit der 4B ist ferner ausschnittsweise und in ebenfalls perspektivischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Verstelleinrichtung 3 für die Verstellung der Leitschaufeln 111 näher veranschaulicht. Hier ist zusätzlich zu einzelnen Verstellringen 30a, 30b, 30c für die einzelnen Laufschaufelreihen 13a, 13b, 13c eine Verstellwelle 2, hier in Form einer Kurbelwelle, für die Verstellung der einzelnen Verstellringe 30a, 30b, 30c dargestellt. Die Verstellwelle 2 ist an Lagerböcken 4A, 4B an einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses 1 um ihre Längsachse LA drehbar gelagert. An der Verstellwelle 2 sind ferner mehrere Koppelelemente 20.1, 20.2, 20.3 mit jeweils einem Gabelkopf vorgesehen, an dem ein Verbindungselement in Form einer Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c angelenkt ist. Jede Verbindungsstange 32a, 32b und 32c ist einem der Verstellringe 30a, 30b, 30c zugeordnet. Dabei ist jede Verbindungsstange 32a, 32b und 32c jeweils an einem ersten Ende 32.1 an einem Verbindungsteil 33a, 33b oder 33c angelenkt, das an dem jeweiligen zugeordneten Verstellring 30a, 30b oder 30c fixiert ist. Über ein zweites Ende 32.2 ist jede Verbindungsstange 32a, 32b und 32c jeweils an seinem zugehörigen Koppelelement 20.1, 20.2 oder 20.3 der Verstellwelle 2 angelenkt. Bei Drehung der Verstellwelle 2 wird damit eine Verstellkraft an die einzelnen Verstellringe 30a bis 30c übertragen, um diese entlang des Umfangs in einer Umfangsrichtung U zu verstellen und hierbei über die mit dem jeweiligen Verstellring 30a bis 30c verbundenen Verstellhebel 31 die Leitschaufeln 111 der unterschiedlichen Leitschaufelreihen 13a bis 13c um ihre jeweilige Drehachse D zu drehen.
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Wie stark die einzelnen Leitschaufeln 111 der unterschiedlichen Leitschaufelreihen 13a bis 13c bei Drehung der Verstellwelle 2 verstellt werden und insbesondere zu welchem Zeitpunkt und um welches Maß die einzelnen Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a bis 13c im Verhältnis zu den anderen Leitschaufelreihen 13a bis 13c verstellt werden, hängt insbesondere von der (Winkel-) Position der einzelnen Koppelelemente 20.1, 20.2 und 20.3 relativ zueinander sowie von deren radialen Position bezüglich der Längsachse LA der Kurbelwelle 2 ab. Hierbei ist die über die Verstelleinrichtung 3 mit der Verstellwelle 2 steuerbare Verstellbewegung der einzelnen Leitschaufeln 111 stets linear. Ein Übersetzungsverhältnis zwischen einem Drehwinkel der aktorisch verstellten Verstellwelle 2 und einem Drehwinkel der Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a bis 13c ist folglich aufgrund der Position des jeweiligen Koppelelements 20.1, 20.2 oder 20.3 vorgegeben und stets gleich, also unabhängig von einer aktuellen Verstellposition der Verstellwelle 2 und damit nicht variabel.
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In dieser Hinsicht schafft die vorgeschlagene Lösung Abhilfe. Demnach ist bei einer vorgeschlagenen Verstelleinrichtung 3 zusätzlich wenigstens eine Führungseinrichtung vorgesehen, die eine Führungsbahn vorgibt, entlang der
- - bei einer Drehung der Verstellwelle 2 eine erste Schwenkachse, um die eine Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c an ihrem ersten Ende 32.1 schwenkbar gelagert ist, relativ zu dem zugehörigen Verstellring 30a, 30b oder 30c verlagerbar ist, oder
- - entlang der bei einer Drehung der Verstellwelle 2 eine zweite Schwenkachse, um die das zweite Ende 32.2 einer Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c schwenkbar gelagert ist, relativ zu der Verstellwelle 2 verlagerbar ist.
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Es ist mithin für ein erstes Ende 32.1 oder ein zweites Ende 32.2 einer Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad vorgesehen, um eine Drehung der Verstellwelle 2 in eine nichtlineare Verstellung der Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c umzusetzen und insbesondere die Verstellbewegung der Leitschaufeln 111 in stärkerem Maße von für die Leitschaufelreihen 13a bis 13c unterschiedlichen aerodynamischen Anforderungen zu individualisieren.
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Bei der Ausführungsvariante, die in der 1 ausschnittsweise dargestellt ist, ist eine Führungseinrichtung G1 für die Vorgabe einer Führungsbahn für das erste Ende 32.1 einer Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c vorgesehen. Hierbei ist an dem ersten Ende 32.1 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c ein Führungselement in Form eines Führungspins 321 vorgesehen, insbesondere hieran ausgebildet. Dieser Führungspin 321 ist gleitend in einer bogenförmig verlaufenden Führungskulisse 331 eines zugeordneten Verbindungsteils 33a, 33b oder 33c gehalten. Dieses Verbindungsteil 33a, 33b oder 33c ist vorliegend an einer Längsseite eines zugehörigen Verstellrings 30a, 30b oder 30c über eine Basis 330 fixiert. Alternativ kann das Verbindungsteil 33a, 33b oder 33c an seinem Verstellring 30a, 30b oder 30c integral ausgeformt sein.
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Die Führungskulisse 331 des Verbindungsteils 33a, 33b oder 32c bildet zusammen mit dem verbindungsstangenseitigen Führungspin 321 eine Kulissenführung der Führungseinrichtung G1, über die für das erste Ende 32.1 eine Führungsbahn vorgegeben wird, die insbesondere mit einer Komponente radial zur Mittelachse M und damit senkrecht zu Umfangsrichtung U verläuft.
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Der an der Führungskulisse 331 verschieblich gehaltene und gegebenenfalls mit einer Gleitbeschichtung versehene Führungspin 321 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c definiert hierbei auch eine Schwenkachse S1, um die das erste Ende 32.1 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c an dem Verbindungsteil 33a, 33b oder 33c schwenkbar ist. Der Führungsschiene 321 definiert somit einen Anlenkpunkt der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c an dem verstellringseitigen Verbindungsteil 33a, 33b oder 33c.
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Bei einer Drehung der Verstellwelle 2, bei der das erste Ende 32.1 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c um die Längsachse LA der Verstellwelle 2 mit genommen wird, wird der Führungspin 321 an dem ersten Ende 32.1 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c entlang der gebogenen und vorliegend zum Beispiel kreisbogenförmig oder bananenförmig verlaufenden Führungskulisse 331 verschoben. Hierbei nimmt die Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c gleichzeitig den Verstellring 30a, 30b oder 30c in Umfangsrichtung U mit. Aufgrund des in der Führungskulisse 331 geführten ersten Endes 32.1 und der sich damit ergebenden zusätzlichen Verlagerbarkeit des ersten Endes 32.1 wird die Drehung der Verstellwelle 2 nichtlinear in eine Verstellung des zugehörigen Verstellrings 30a, 3b oder 30c in Umfangsrichtung U umgesetzt. Über den Verlauf der Führungskulisse 331 wird vielmehr die aus einer Drehbewegung der Verstellwelle 2 resultierende Verstellbewegung des Verstellrings 30a, 30b oder 30c und damit der hiermit über die Verstellhebel 31 gekoppelten Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c unterschiedlich stark vom Drehwinkel der Verstellwelle 2 abhängig realisiert. So kann sich dann auch der Verlauf der Führungskulisse 331 an aerodynamischen Anforderungen für die jeweilige Leitschaufelreihe 13a, 13b und 13c orientieren. Geometrie und mithin insbesondere der Verlauf einer Führungskulisse 331 kann somit für jede Leitschaufelreihe 13a bis 13c variiert und folglich unterschiedlich sein.
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Bei der Ausführungsvariante der 2 ist eine Führungseinrichtung G2 für ein zweites Ende 32.2 eine Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c mit einer doppelten Kulissenführung veranschaulicht. Hierbei ist ein mit der Verstellwelle 2 drehfest verbundenes Koppelelement 20.1, 20.2 oder 20.3 mit einem radial zur Längsachse LA nach außen vorstehenden Führungsabschnitt ausgebildet. An diesem Führungsabschnitt ist eine sich vorliegend exemplarisch geradlinig radial erstreckende (erste) Führungskulisse 201 ausgebildet.
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Zusätzlich ist als Teil der Führungseinrichtung G2 ein Führungsteil 40 mit einer weiteren (zweiten) Führungskulisse 401 vorgesehen. Das zusätzliche Führungsteil 40 ist dabei beispielsweise an einem Lagerbock 4A oder 4B fixiert, an dem die Verstellwelle 2 drehbar gelagert ist. Die Verstellwelle 2 ist folglich mit dem jeweiligen Koppelelement 20.1,20.2 oder 20.3 relativ zu dem feststehenden Führungsteil 40 drehbar. Die erste Führungskulisse 201 des jeweiligen Koppelelements 20.1,20.2 oder 20.3 ist somit bei einer Drehung der Verstellwelle 2 um ihre Längsachse LA relativ zu der zweiten Führungskulisse 401 verlagerbar, die an einem sich radial nach außen erstreckenden Abschnitt des Führungsteils 40 ausgebildet ist. Die zweite Führungskulisse 401 des Führungsteils 40 weist hierbei exemplarisch einen kreisbogenförmigen oder bananenförmigen Verlauf auf und ist bezüglich der Längsachse LA der Verstellwelle 2 konkav gewölbt.
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An dem zweiten Ende 32.2 der jeweiligen Verbindungsstange 32a, 32b, 32c ist ein Führungselement in Form eines Führungspins 320 vorgesehen. Dieser Führungspin 320 greift vorliegend in beide Kulissenführungen 201 und 401 der Führungseinrichtung G2 ein und ist hieran um eine zweite Schwenkachse S2 schwenkbar sowohl an dem zugehörigen Koppelelement 20.1, 20.2 oder 20.3 und auch dem zusätzlichen Führungsteil 40 gehalten.
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Bei einer Drehung der Verstellwelle 2 nimmt das jeweilige Koppelelement 20.1, 20.2, 20.3 über den Eingriff des Führungselements 320 in die koppelelementseitige erste Führungskulisse 201 den Führungspin 320 und damit das zweite Ende 32.2 der Verbindungsstange 32a, 32b, 32c mit. Hierbei bleibt aber der Führungspin 320 nur entlang der zweiten Führungskulisse 401 des feststehenden Führungsteils 40 verschieblich, während der Führungspin 320 gleichzeitig entlang der sich radial erstreckenden ersten Führungskulisse 201 des Koppelelements 20.1,20.2, 20.3 wandert. Durch den gebogenen, d.h., geometrisch definierten kurvigen, Verlauf der zweiten Führungskulisse 401 wird dabei dem Führungspin 320 und damit der hiermit definierten zweiten Schwenkachse S2 eine Verstellbewegung mit einer Bewegungskomponente radial zu der Mittelachse M und mithin senkrecht zu Umfangsrichtung U (nach radial innen oder nach radial außen) aufgeprägt. Es wird folglich eine Drehbewegung der Verstellwelle 2 nichtlinear in eine Verstellbewegung des zugehörigen Verstellrings 30a, 30b oder 30c und damit der hiermit gekoppelten Leitschaufeln 111 umgesetzt.
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Grundsätzlich kann der Verlauf und damit die Gestaltung der zweiten Führungskulisse 401 an dem feststehenden Führungsteil 40 von aerodynamischen Anforderungen an die Verstellung der Leitschaufeln 111 der jeweiligen Leitschaufelreihe 13a bis 13c abhängen. Dementsprechend können insbesondere für jede Leitschaufelreihe 13a bis 13c unterschiedlich gestaltete zweite Führungskulissen 401 und insbesondere unterschiedlich gestaltete Führungsteile 40 vorgesehen sein. Beispielsweise können in einer Ausführungsvariante für die unterschiedlichen Leitschaufelreihen 13a bis 13c individuelle Führungsteile 40 an entsprechende Lagerblöcke 4A, 4B montiert oder anderweitig gehäusefest fixiert sein, um den Verstellringen 30a bis 30c über die Drehung der gemeinsamen Verstellwelle 2 unterschiedliche Verstellcharakteristiken vorzugeben.
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Bei der Ausführungsvariante einer Verstelleinrichtung 3 entsprechend der 3 ist ebenfalls eine Führungseinrichtung G2 für das der Verstellwelle 2 zugeordnete, zweite Ende 32.2 einer zweifach angelenkten Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c vorgesehen. Die Führungseinrichtung G2 der Ausführungsvariante der 3 weist dabei ein mit dem zweiten Ende 32.2 der jeweiligen Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c verbundenes Führungselement in Form eines Führungsstifts 5 auf. Dieser Führungsstift 5 wird bei einer Drehung der Verstellwelle 2 um ihre Längsachse LA mitgenommen und hierbei an einer Steuerkontur 65 eines feststehenden und gehäusefesten Steuerelements 6 entlang geführt.
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Dieses Steuerelement 6 weist beispielsweise an einer äußeren, sich um die Längsachse LA der Verstellwelle 2 erstreckenden Mantelfläche die Steuerkontur 65 auf, entlang der ein radial innen liegendes Stiftende des Führungsstifts 5 mit einer Kontaktfläche 50 entlang gleitet. Hierbei kann der Führungsstift 5 in Abhängigkeit vom Verlauf der Steuerkontur 65 des Steuerelements 6 unterschiedlich stark radial bezüglich der Längsachse LA verlagert werden. Die Verlagerung des Führungsstifts 5 in radialer Richtung führt dabei unmittelbar zu einer entsprechenden radialen Verlagerung des Anlenkpunktes des zweiten Endes 32.2 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c. Hierfür ist beispielsweise ein Drehlagerelement in Form eines Lagerzapfens 322 des zweiten Endes 32.2 an einem radial außen liegenden Stiftende des Führungsstifts 5 drehbar gehalten oder an einem hiermit fest verbundenen Gehäuseteil drehbar gehalten.
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Der Führungsstift 5 ist vorliegend in einem Verbinderbauteil in Form einer Verbindungshülse 7 der Führungseinrichtung G2 längsverschieblich gelagert. Diese Verbindungshülse 7 ist beispielsweise aus Metall gefertigt. Die Verbindungshülse 7 und der Führungsstift 5 sind hierbei derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen einer Innenfläche der Verbindungshülse 7 und einer Außenfläche des Führungsstifts 5 ein geringer Reibungskoeffizient vorliegt und damit der Führungsstift 5 aufgrund einer durch die Steuerkontur 65 vorgegebenen radialen Verlagerung reibungsarm an der Innenfläche der Verbindungshülse 7 gleiten kann.
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An einem radial innen inneren Ende, an dem der Führungsstift 5 mit der an der Steuerkonto 65 anliegenden Kontaktfläche 50 aus der Verbindungshülse 7 ragt, weist die Verbindungshülse 7 an ihrer äußeren Mantelfläche ein Außengewinde auf. Über dieses Außengewinde ist die Verbindungshülse 7 in eine Aufnahme eines Mitnehmerfortsatzes 2b eingedreht. Dieser Mitnehmerfortsatzes 2b ist an einer Mantelfläche 2a der Verstellwelle 2 ausgebildet, sodass die an den Mitnehmerfortsatz 2b eingedrehte Verbindungshülse 7 drehfest mit der Verstellwelle 2 verbunden ist und bei einer Drehung der Verstellwelle 2 um ihre Längsachse LA mitgedreht wird. Die mitgedrehte Verbindungshülse 7 nimmt wiederum den hierin verschieblich gehaltenen und an dem zweiten Ende 32.2 der Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c festgelegten Führungsstift 5 mit.
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Um den Führungsstift 5 mit seiner Kontaktfläche 50 gegen die Steuerkontur 65 elastisch vorzuspannen, ist ein Federelement in Form einer Druckfeder 8 vorgesehen. Diese Druckfeder 8 ist in einem Aufnahmeraum 350 einer Lagerhülse 35 der Führungseinrichtung G2 aufgenommen. Die Lagerhülse 35 ist ebenfalls an dem zweiten Ende 32.2 der Verbindungsstange 32a, 32b, 32c festgelegt. Der Führungsstift 5 und die Verbindungshülse 7 sind hierbei zumindest teilweise innerhalb des Aufnahmeraums 350 angeordnet.
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An einem innerhalb des Aufnahmeraums 350 liegenden radial äußeren Ende bildet die Verbindungshülse 7 einen Stützkragen 78 aus, der in radialer Richtung einem radial innen liegenden Stützrand 358 der Lagerhülse 35 gegenüberliegt, sodass sich die Druckfeder 8 einerseits an dem Stützkragen 78 der Verbindungshülse 7 und andererseits an dem Stützrand 358 der Lagerhülse 35 abstützen kann. Hierdurch spannt die Druckfeder 8 die Lagerhülse 35 gegenüber der mit der Verstellwelle 2 fest verbundenen Verbindungshülse 7 vor. Indem der Führungsstift 5 mit der Lagerhülse 35 starr verbunden ist, ist derart auch der Führungsstift 5 gegen die Verbindungshülse 7 und damit gegen die Verstellwelle 2 und die sich koaxial zur Längsachse LA der Verstellwelle 2 erstreckende Steuerkontur 65 des feststehenden Steuerelement 6 vorgespannt. Über die Druckfeder 8 wird somit der Führungsstift 5 mit seiner Kontaktfläche 50 federnd gegen die Steuerkontur 65 gedrückt, sodass der Führungsstift 5 stets an der Steuerkontur 65 anliegt, wenn die Verstellwelle 2 um ihre Längsachse LA gedreht wird.
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Bei der Ausführungsvariante der 3 ist dementsprechend - insbesondere im Unterschied zu Variante der 2 - eine bezüglich der Längsachse LA der Verstellwelle 2 ausschließlich radiale Verlagerbarkeit eines, hier des zweiten, Endes 32.2 einer Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c und damit eine entsprechende radiale Verlagerbarkeit einer Schwenkachse S2 der angelenkten Verbindungsstange 32a, 32b oder 32c realisiert. Die die radiale Verlagerung des zweiten Endes 32.2 steuernde Steuerkontur 65, relativ zu der die Verstellwelle 2 drehbar ist, hängt dabei zum Beispiel von den aerodynamischen Anforderungen für die jeweilige Leitschaufelreihe 13a bis 13c ab. Auch hier ist dementsprechend eine nichtlineare Übertragung einer Drehbewegung der Verstellwelle 2 an eine Verstellbewegung eines Verstellrings 30a, 30b über 30c umgesetzt. Je nach Leitschaufelreihe 13a bis 13c kann hierbei der Verlauf einer Steuerkontur 65 ohne weiteres variieren, um für jede Leitschaufelreihe 13a bis 13c bei gleichem Drehwinkel der Verstellwelle 2 unterschiedliche Verstellbewegungen der Verstellringe 30a bis 30c und der hiermit gekoppelten Leitschaufeln 111 hervorzurufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 10
- Lagerfortsatz
- 11
- Niederdruckverdichter
- 110
- Laufschaufel
- 111
- Leitschaufel
- 111a
- Lagerzapfen
- 111b
- Zapfenende
- 114
- Mantelfläche
- 12
- Hochdruckverdichter
- 12a - 12d
- Laufschaufelreihe
- 13
- Hochdruckturbine
- 13a - 13c
- Leitschaufelreihe
- 14
- Mitteldruckturbine
- 15
- Niederdruckturbine
- 2
- Verstellwelle
- 20.1-20.3
- Koppelelement
- 201
- Führungskulisse
- 2a
- Mantelfläche
- 2b
- Mitnehmerfortsatz
- 3
- (Leitschaufel-) Verstelleinrichtung
- 30a, 30b, 30c
- Verstellring (Verstellelement)
- 31
- (Verstell-) Hebel
- 32a, 32b, 32c
- Verbindungsstange (Verbindungselement)
- 32.1, 32.2
- (Stangen-) Ende
- 320, 321
- Führungspin (Führungselement)
- 322
- Lagerzapfen (Drehlagerelement)
- 330
- Basis
- 331
- Führungskulisse
- 33a, 33b, 33c
- Verbindungsteil
- 35
- Lagerhülse
- 350
- Aufnahmeraum
- 357
- Öffnung
- 358
- Stützrand
- 40
- Führungsteil
- 401
- Führungskulisse
- 4A, 4B
- Lagerbock
- 5
- Führungsstift (Führungselement)
- 50
- Kontaktfläche
- 6
- Steuerelement
- 65
- Steuerkontur
- 7
- Verbindungshülse (Verbinderbauteil)
- 78
- Stützkragen (Stützabschnitt)
- 8
- Druckfeder (Federelement)
- A
- Auslass
- B
- Bypasskanal
- BK
- Brennkammerabschnitt
- D
- Drehachse / Spindelachse
- E
- Einlass / Intake
- F
- Fan
- G1, G2
- Führungseinrichtung
- L
- Leitschaufelbaugruppe
- LA
- Längsachse
- M
- Mittelachse / Rotationsachse
- R
- Eintrittsrichtung
- S1, S2
- Schwenkachse
- T
- Gasturbinentriebwerk
- TT
- Turbine
- U
- Umfangsrichtung
- V
- Verdichter
