-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerträger zur Abstützung eines Drehlagers einer Drehwelle einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit einem Flanschabschnitt, der mit einer tragenden Struktur der Gasturbine verbindbar ist, einem Lagerabschnitt, in dem wenigstens ein Drehlager aufnehmbar ist, und mit einem Käfigabschnitt, der in Axialrichtung des Lagerträgers zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lagerabschnitt angeordnet ist und mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Streben aufweist, die den Flanschabschnitt und den Lagerabschnitt miteinander verbinden.
-
Richtungsangaben wie „Axial-“ bzw. „axial“, „Radial-“ bzw. „radial“ und „Umfangs-“ sind grundsätzlich auf die Maschinenachse der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
-
Lagerträger sind beispielsweise aus der
US 7,857,519 B2 oder der
US 8,182,156 B2 bekannt. Die axiale Länge der Lagerträger legt lokal die axiale Länge der Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, fest. Eine axiale Verkürzung des Lagerträgers ermöglicht insgesamt eine Verkürzung der Gasturbine und damit verbunden auch eine Gewichtseinsparung. Die
US 7,857,519 B2 zeigt eine Möglichkeit, die axiale Länge des Käfigabschnitts zu verringern, indem die entlang der Umfangsrichtung parallel zueinander angeordneten Streben geneigt zur Axialrichtung ausgeführt sind.
-
Der Käfigabschnitt eines Lagerträgers dient insbesondere einer federnden bzw. federzentrierten Lagerung der Drehwelle. Durch die Länge der Streben wird insbesondere die Steifigkeit des Käfigabschnitts und somit des gesamten Lagerträgers beeinflusst. Ferner hat die Ausgestaltung der Streben auch einen Einfluss auf resultierende Lastfälle insbesondere in Bereichen mit Spannungsspitzen, wie beispielsweise an den Übergängen der Streben zu dem Flanschabschnitt bzw. zu dem Lagerabschnitt.
-
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Lagerträger bereitzustellen, bei dem eine verkürzte axiale Baulänge ermöglicht wird in Kombination mit verbesserter Steifigkeit und Spannungsverteilung.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lagerträger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch sowie durch eine Gasturbine mit einem solchen Lagerträger. Optionale Ausgestaltungen des Lagerträgers sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
-
Vorgeschlagen wird also ein Lagerträger zur Abstützung eines Drehlagers einer Drehwelle einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit einem Flanschabschnitt, der mit einer tragenden Struktur der Gasturbine verbindbar ist, einem Lagerabschnitt, in dem wenigstens ein Drehlager aufnehmbar ist, und mit einem Käfigabschnitt, der in Axialrichtung des Lagerträgers zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lagerabschnitt angeordnet ist und mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Streben aufweist, die den Flanschabschnitt und den Lagerabschnitt miteinander verbinden.
-
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine der in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Streben des Käfigabschnitts so ausgebildet ist, dass sie entlang der axialen Länge des Käfigabschnitts wenigstens eine ihrer benachbarten Streben berührungsfrei kreuzt.
-
Die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Streben bilden somit eine Art netzförmiges Muster, das auch als Strebennetz bezeichnet werden kann. Um insbesondere in einer netzartigen Struktur Spannungsspitzen in Kreuzungsbereichen von Streben zu vermeiden, können die Streben berührungsfrei kreuzend aneinander vorbeigeführt sein, so dass auf eine Strebe wirkende Kräfte nicht auf eine andere, insbesondere benachbarte, Strebe übertragen werden.
-
Die mindestens eine Strebe kann wenigstens einen Krümmungsabschnitt aufweisen. Dabei ist die betreffende Strebe nach radial innen oder radial außen konvex ausgebildet. Von zwei sich kreuzenden Streben kann insbesondere die eine nach radial außen konvex ausgebildet sein und die andere nach radial innen konvex ausgebildet sein. Durch das Ausbilden von Krümmungsabschnitten können die sich kreuzenden Streben berührungslos aneinander vorbei geführt werden, wobei das Vorsehen von Krümmungen auch für die Spannungsverteilung günstig ist.
-
Die mindestens eine Strebe kann eine Flanschverbindungsstelle am Flanschabschnitt und/oder eine Lagerverbindungsstelle am Lagerabschnitt aufweisen, wobei die Flanschverbindungsstelle beziehungsweise die Lagerverbindungsstelle zu einer Flanschverbindungsstelle beziehungsweise einer Lagerverbindungsstelle einer weiteren Strebe in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sein kann.. Eine gerade Verbindungslinie zwischen der Flanschverbindungsstelle und der Lagerverbindungsstelle der einen und/oder der weiteren Strebe ist dabei zur Axialrichtung geneigt, insbesondere unter einem Winkel von etwa 5° bis 25°, vorzugsweise etwa 8° bis 20°.
-
Zumindest zwei der in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Streben können eine gemeinsame Lagerverbindungsstelle und zwei unterschiedliche Flanschverbindungsstellen aufweisen oder die zumindest zwei der in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Streben können eine gemeinsame Flanschverbindungsstelle und zwei unterschiedliche Lagerverbindungsstellen aufweisen. Hierdurch kann die Anzahl der Streben verdoppelt werden bezogen auf die Anzahl an erforderlichen Lagerverbindungsstellen bzw. Flanschverbindungsstellen, so dass entlang der Umfangsrichtung weniger Verbindungsstellen am Flanschabschnitt bzw. am Lagerabschnitt vorgesehen werden können.
-
Von den zwei Streben, die eine gemeinsame Lagerverbindungsstelle oder eine gemeinsame Flanschverbindungsstelle aufweisen, kann die eine Strebe eine radial äußere Strebe bilden und die andere Strebe eine radial innere Strebe bilden.
-
Durch jeweils zwei benachbarte Streben können Kreuzungsbereiche gebildet sein, die entlang der Umfangsrichtung verteilt sind, können bezogen auf die Axialrichtung an gleichen oder unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Insbesondere sind die Kreuzungsbereiche in Umfangsrichtung entlang einer geraden oder einer gebogenen, insbesondere wellenförmigen, Linie angeordnet.
-
Die Streben können entlang ihrer Erstreckung zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lagerabschnitt unterschiedlich große oder/und unterschiedliche geformte Querschnittsflächen aufweisen bezogen auf eine zur Axialrichtung orthogonale Schnittebene. Mit anderen Worten können die Streben einen unterschiedlichen Durchmesser bzw. unterschiedliche Dicken aufweisen. Hierdurch können die Streben im Hinblick auf abzustützende Lastfälle und zu erwartende Spannungsverläufe optimal ausgebildet werden.
-
Der Flanschabschnitt, der Lagerabschnitt und der Käfigabschnitt können einstückig miteinander ausgebildet sein. Insbesondere können sie bzw. der gesamte Lagerträger additiv gefertigt sein, beispielswese durch selektives Laserschmelzen oder dergleichen. Durch die additive Fertigung können die oben erwähnten berührungslosen Kreuzungsbereiche der Streben in optimaler Weise ausgebildet werden. Ferner können auf diese Weise auch Krümmungsabschnitte oder/und unterschiedliche Querschnitte der Streben hergestellt werden.
-
Eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine mit einer Drehwelle, die in Wirkverbindung mit einem Verdichter oder/und einer Turbine der Gasturbine steht, kann mit wenigstens einem oben beschriebenen Lagerträger ausgeführt sein, wobei die Drehwelle in dem Lagerträger abgestützt ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
- 1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Prinzipbild einer Fluggasturbine.
- 2A bis 2E zeigen eine Ausführungsform eines Lagerträgers in unterschiedlichen Ansichten, wobei die 2D und 2E teilgeschnittene Ansichten zeigen.
- 3A bis 3E zeigen eine Ausführungsform eines Lagerträgers in unterschiedlichen Ansichten, wobei die 3D und 3E teilgeschnittene Ansichten zeigen.
-
1 zeigt schematisch und vereinfacht eine Fluggasturbine 10, die rein beispielhaft als Mantelstromtriebwerk illustriert ist. Die Gasturbine 10 umfasst einen Fan 12, der von einem angedeuteten Mantel 14 umgeben ist. In Axialrichtung AR der Gasturbine 10 schließt sich an den Fan 12 ein Verdichter 16 an, der in einem angedeuteten inneren Gehäuse 18 aufgenommen ist und einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. An den Verdichter 16 schließt sich die Brennkammer 20 an. Aus der Brennkammer ausströmendes heißes Abgas strömt dann durch die sich anschließende Turbine 22, die einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Turbine 22 eine Hochdruckturbine 24 und eine Niederdruckturbine 26. Eine Hohlwelle 28 verbindet die Hochdruckturbine 24 mit dem Verdichter 16, insbesondere einem Hochdruckverdichter 29, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. Eine in Radialrichtung RR der Turbine weitere innen liegende Welle 30 verbindet die Niederdruckturbine 26 mit dem Fan 12 und mit einem Niederdruckverdichter 32, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. An die Turbine 22 schließt sich eine hier nur angedeutete Schubdüse 33 an.
-
Im dargestellten Beispiel einer Fluggasturbine 10 ist zwischen der Hochdruckturbine 24 und der Niederdruckturbine 26 ein Turbinenzwischengehäuse 34 angeordnet, das um die Wellen 28, 30 angeordnet ist. In seinem radial äußeren Bereich 36 wird das Turbinenzwischengehäuse 34 von heißen Abgasen aus der Hochdruckturbine 24 durchströmt. Das heiße Abgas gelangt dann in einen Ringraum 38 der Niederdruckturbine 26. Von den Verdichtern 28, 32 und den Turbinen 24, 26 sind beispielhaft Laufschaufelkränze 27 dargestellt. Üblicherweise vorhandene Leitschaufelkränze 31 sind aus Gründen der Übersicht beispielhaft nur bei dem Verdichter 32 dargestellt.
-
Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Lagerträger, der zur Lagerung bzw. Abstützung einer Welle einer Gasturbine, beispielsweise der Welle 30 oder der Hohlwelle 28 der Fluggasturbine, eingesetzt werden kann.
-
In den nachfolgend beschriebenen 2 und 3 mit ihren jeweiligen Ansichten A bis E sind Ausführungsformen eines Lagerträgers 40 gezeigt. In den 2 und 3 sind dabei gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
2 zeigt in den Ansichten A bis E einen Lagerträger 40, wobei 2A eine seitliche Draufsicht ist. Der Lagerträger 40 umfasst einen Flanschabschnitt 42, einen Lagerabschnitt 44 und einen Käfigabschnitt 46. Der Flanschabschnitt 42 ist dazu eingerichtet mit einer übergeordneten Struktur (nicht dargestellt) einer Gasturbine, beispielsweise einer Fluggasturbine 10 (1), verbunden zu werden. Der Lagerabschnitt 44 ist dazu vorgesehen, dass in ihm wenigstens ein Drehlager (nicht dargestellt) aufgenommen ist, das eine relativ zum Lagerträger 40 rotierende Welle 30a abstützt, die in 2A vereinfacht gestrichelt angedeutet ist. Die Lage der Welle 30a ist in 2A auch durch die in Axialrichtung AR verlaufende Dreh- bzw. Maschinenachse MA angedeutet.
-
Der Käfigabschnitt 46 wird durch mehrere Streben 50 gebildet, die sich entlang der Axialrichtung AR zwischen dem Flanschabschnitt 42 und dem Lagerabschnitt 44 erstrecken. Dabei ist jede Strebe 50 des Käfigabschnitts 46 so ausgebildet ist, dass sie entlang der axialen Länge AL des Käfigabschnitts 46 wenigstens eine ihrer benachbarten Streben 50 berührungsfrei kreuzt. Dies ist beispielhaft durch die jeweiligen Strebenpaare 50a, 50b und 50c, 50d illustriert. Durch eine solche Anordnung der Streben 50a-d werden jeweilige Kreuzungsbereiche 52 gebildet.
-
Die Streben 50 bzw. 50a-d können jeweils wenigstens einen Krümmungsabschnitt 54 aufweisen. Dabei sind die Krümmungsabschnitte 54 der Streben 50a-d so ausgebildet, dass die Streben 50a-d unter Ausbildung des Kreuzungsbereichs 52 aneinander vorbeigeführt sind. Die Streben 50 bzw. 50a-d können auch mehrere Krümmungsabschnitte 54 aufweisen.
-
Jede Strebe 50a-d weist eine Flanschverbindungsstelle 56 am Flanschabschnitt 42 und eine Lagerverbindungsstelle 58 am Lagerabschnitt 44 auf. Die Flanschverbindungsstelle 56 und die Lagerverbindungsstelle 58 einer jeweiligen Strebe 50 bzw. 50a-d sind in Umfangsrichtung UR zueinander versetzt angeordnet. Eine gerade Verbindungslinie VL zwischen der Flanschverbindungsstelle 56 und der Lagerverbindungsstelle 58 einer betreffenden Strebe 50a ist dabei zur Axialrichtung AR geneigt, insbesondere unter einem Winkel α von etwa 5° bis 25°, vorzugsweise etwa 8° bis 20° (siehe 2A, am Beispiel der Strebe 50a).
-
In den Ansichten der 2 sind jeweils zwei unmittelbar benachbarte Streben 50a, 50b bzw. 50c, 50d miteinander kreuzend ausgebildet. Dabei bildet die Strebe 50a bzw. 50c jeweils eine nach radial außen konvex ausgebildete Strebe und die Strebe 50b bzw. 50d eine nach radial innen konvex ausgebildete Strebe. Das Kreuzen der beiden Streben 50a, 50b bzw. 50c, 50d erfolgt also einerseits durch eine in Umfangsrichtung UR versetzte Anordnung der Verbindungsstellen 56, 58 einer Strebe 50a-d und andererseits durch eine gebogene bzw. gekrümmte Ausgestaltung in Radialrichtung RR.
-
Durch eine derartige Anordnung der Streben 50a, 50b, 50c, 50d weist der Käfigabschnitt 46 eine Anzahl von Streben auf, die gleich groß ist wie die Anzahl von Flanschverbindungstellen 56 und von Lagerverbindungstellen 58.
-
3 zeigt in den Ansichten A bis E eine weitere Ausführungsform eines Lagerträgers 40. Der Lagerträger 40 der 3 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf mit Flanschabschnitt 42, Lagerabschnitt 44 und Käfigabschnitt 46. Es wird diesbezüglich auf die obigen Ausführungen zur 2 verwiesen, die soweit nicht nachfolgend nicht anders beschrieben, auch für diese Ausführungsform Gültigkeit haben, wie beispielsweise der geneigte Verlauf der Verbindungslinie VL (2B und 3B).
-
Der Käfigabschnitt 46 wird auch in der Ausführung gemäß 3 durch mehrere Streben 50 gebildet, die sich entlang der Axialrichtung AR zwischen dem Flanschabschnitt 42 und dem Lagerabschnitt 44 erstrecken. Dabei ist jede Strebe 50 des Käfigabschnitts 46 so ausgebildet ist, dass sie entlang der axialen Länge AL des Käfigabschnitts 46 wenigstens eine ihrer benachbarten Streben 50 berührungsfrei kreuzt. Dies ist beispielhaft durch die Strebenpaare 50e1, 50f1 und 50e2, 50f2 illustriert. Durch eine solche Anordnung der Streben 50e1, 50e2, 50f1, 50f2 werden jeweilige Kreuzungsbereiche 52 gebildet.
-
Die Streben 50e1 und 50e2 erstrecken sich ausgehend von der gleichen Flanschverbindungsstelle 56e in Richtung des Lagerabschnitts 44. Allerdings sind die beiden Streben 50e1 und 50e2 an unterschiedlichen Lagerverbindungsstellen 58e1 bzw. 58e2 mit dem Lagerabschnitt verbunden. Mit anderen Worten bilden die Streben 50e1 und 50e2 eine Art „Y“. Dies ist in analoger Weise auch für die kreuzenden Streben 50f1 und 50f2 ausgeführt. Die Streben 50f1 und 50f2 erstrecken sich ausgehend von einer gemeinsamen Lagerverbindungstelle 58f zu dem Flanschabschnitt 42 hin. Allerdings sind die beiden Streben 50f1 und 50f2 an unterschiedlichen Flanschverbindungsstellen 56f1 bzw. 56f2 mit dem Flanschabschnitt 42 verbunden. Mit anderen Worten sind die Streben so angeordnet dass zwei Streben 50f1, 50f2 eine gemeinsame Lagerverbindungsstelle 58f und zwei unterschiedliche Flanschverbindungsstellen 56f1, 56f2 aufweisen. Die zwei Streben 50e1, 50e2 weisen eine gemeinsame Flanschverbindungsstelle 56e und zwei unterschiedliche Lagerverbindungsstellen 58e1, 58e2 auf. Man kann diesbezüglich auch davon sprechen, dass die die Streben 50e1 und 50e2 bzw. 50f1 und 50f2 jeweils eine Art Y-Form bilden. Wie für die Ausführungsform der 2 gilt auch für die Ausführungsform der 3, dass die Flanschverbindungsstelle 56e, 56f1, 56f2 und die Lagerverbindungstelle 58f, 58e1, 58e2 einer jeweiligen Strebe 50e1, 50e2, 50f1, 50f2 in Umfangsrichtung UR versetzt angeordnet sind.
-
Durch eine derartige Anordnung der Streben 50e1, 50e2, 50f1, 50f2 weist der Käfigabschnitt 46 eine Anzahl von Streben auf, die doppelt so groß ist wie die Anzahl von Flanschverbindungstellen 56e, 56f1, 56f2 und von Lagerverbindungstellen 58f, 58e1, 58e2.
-
Von den zwei Streben 50f1, 50f2, die eine gemeinsame Lagerverbindungsstelle 58f aufweisen bildet die eine Strebe 50f2 eine radial äußere Strebe und die andere Strebe 50f1 eine radial innere Strebe. Analog gilt für die zwei Streben 50e1, 50e2, die eine gemeinsame Flanschverbindungsstelle 56e aufweisen, dass die Strebe 50e1 eine radial äußere Strebe bildet und die Strebe 50e2 eine radial innere Strebe.
-
In den Ansichten der 3 sind jeweils zwei unmittelbar benachbarte Streben 50e1, 50f1 bzw. 50e2, 50f2 miteinander kreuzend ausgebildet. Dabei bildet die Strebe 50e1 bzw. 50f2 jeweils eine nach radial außen konvex ausgebildete Strebe und die Strebe 50e2 bzw. 50f1 eine nach radial innen konvex ausgebildete Strebe. Das Kreuzen der beiden Streben 50e1, 50f1 bzw. 50e2, 50f2 erfolgt also einerseits durch eine in Umfangsrichtung UR versetzte Anordnung der Verbindungsstellen 56e, 56f1, 56f2, 58e1, 58e2, 58f einer Strebe 50e1, 50e2, 50f1, 50f2 und andererseits durch eine gebogene bzw. gekrümmte Ausgestaltung in Radialrichtung RR.
-
Ausgehend von einer gleichen Lagerverbindungsstelle 58f oder von einer gleichen Flanschverbindungsstelle 56e bilden die Streben 50f1, 50f2 bzw. 50e1, 50e2 jeweils eine Art V- oder Y-förmig ausgebildete Strebenanordnung. Dabei sind die beiden V- bzw. Y-förmigen Strebenanordnungen miteinander kreuzend angeordnet.
-
Auch wenn in den 2 und 3 die Streben 50 vereinfacht und schematisch mit einem jeweils kreisförmigen Querschnitt dargestellt sind (2D, 2E und 3D, 3E) kann sich der Querschnitt der Streben entlang der Axialrichtung auch ändern. Insbesondere können die Streben 50 entlang ihrer Erstreckung zwischen dem Flanschabschnitt 42 und dem Lagerabschnitt 44 unterschiedlich große oder/und unterschiedliche geformte Querschnittsflächen aufweisen bezogen auf eine zur Axialrichtung AR orthogonal Schnittebene.
-
Für beide hier beschriebenen Ausführungsformen können der Flanschabschnitt 42, der Lagerabschnitt 44 und der Käfigabschnitt 46 einstückig bzw. integral miteinander ausgebildet sein. Insbesondere können sie bzw. der gesamte Lagerträger 40 additiv gefertigt sein, beispielswese durch selektives Laserschmelzen oder dergleichen. Durch die additive Fertigung können die oben erwähnten berührungslosen Kreuzungsbereiche 52 der Streben 50 in optimaler Weise ausgebildet werden. Ferner können auf diese Weise auch Krümmungsabschnitte oder/und unterschiedliche Querschnitte der Streben hergestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fluggasturbine
- 12
- Fan
- 14
- Mantel
- 16
- Verdichter
- 18
- inneres Gehäuse
- 20
- Brennkammer
- 22
- Turbine
- 24
- Hochdruckturbine
- 26
- Niederdruckturbine
- 28
- Hohlwelle
- 29
- Hochdruckverdichter
- 30
- Welle
- 31
- Leitschaufelkranz
- 32
- Niederdruckverdichter
- 33
- Schubdüse
- 34
- Turbinenzwischengehäuse
- 36
- radial äußerer Bereich
- 38
- Ringraum
- 40
- Lagerträger
- 42
- Flanschabschnitt
- 44
- Lagerabschnitt
- 46
- Käfigabschnitt
- 50
- Streben (auch 50a-d, 50e1, 50e2, 50f1, 50f2)
- 52
- Kreuzungsbreich
- 54
- Krümmungsabschnitt
- 56
- Flanschverbindungsstelle (auch 56e, 56f1, 56f2)
- 58
- Lagerverbindungsstelle (auch 58e1, 58e2, 58f)
- AR
- Axialrichtung
- RR
- Radialrichtung
- UR
- Umfangsrichtung
- MA
- Maschinenachse
- AL
- axiale Länge
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 7857519 B2 [0003]
- US 8182156 B2 [0003]
