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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelvorrichtung für eine Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel mit einem Verstellhebel gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 10, ein Verfahren zum Lösen einer drehfesten Verbindung einer Leitschaufelvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 12, sowie eine Strömungsmaschine, insbesondere Fluggasturbine, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 13.
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Verdichter in axialen Strömungsmaschinen, beispielsweise in Fluggasturbinen, umfassen in der Regel im Bereich der vorderen Verdichterstufen oder im Hochdruckverdichter eine Leitschaufelverstellung. Durch die Leitschaufelverstellung werden die Leitschaufeln der relevanten Leitschaufelreihe drehzahlabhängig um ihre Verstellachse verstellt, sodass ein Winkel eines Schaufelblattes der Leitschaufel zu einer Strömungsrichtung veränderbar ist. Hierdurch kann ein Strömungsabriss beim Hochfahren der Strömungsmaschine bzw. bei geringen Drehzahlen verhindert werden. Eine Stufenbelastung wird somit reduziert. Alternativ könnte auch ein Strömungsabriss durch eine Verstellung der Laufschaufeln der Verdichterstufen verwirklicht werden, jedoch ist dies technisch wesentlich aufwändiger, so dass sich die Verstellung der Leitschaufeln durchgesetzt hat.
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Die Verstellung der Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe erfolgt herkömmlicherweise mechanisch durch Betätigung eines Stellantriebs. Der Stellantrieb wirkt in der Regel über einen Verstellring und jeweils mittels eines Verstellhebels auf die Leitschaufeln.
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Die Anbindung der Verstellhebel an die Leitschaufel wird in der Regel durch eine Schraubverbindung umgesetzt, wobei ein äußeres Ende des Leitschaufelschaftes ein Gewinde aufweist. Zunächst wird zwischen dem Verstellhebel und der Leitschaufel ein Formschluss erzeugt, der dann durch eine Schraubmutter durch Aufschrauben auf das Gewinde gesichert wird. Um eine genaue Verstellung während des Betriebes gewährleisten zu können, ist es wichtig, dass der Verstellhebel zu allen Betriebsbedingungen in einer genau definierten Position zum Schaufelblatt bzw. zur Tragflächengeometrie der Leitschaufel steht. Die Verbindung darf auch bei maximalen Belastungen, wie beispielsweise einem Verdichterpumpen, Schwingungen, oder einem erhöhten Drehmoment, etc., nicht nachlassen.
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Der Nachteil an einer solchen Anbindung ist, dass durch die geringe Baugröße des Schaftes der Leitschaufel nur kleine Schaft- und Gewindedurchmesser möglich sind. Dies führt zu relativ aufwendigen Geometrien und engen Toleranzen des Hebels und der Leitschaufel. Zusätzlich muss die Schraubmutter mit einem zusätzlichen Element gegen Verdrehen gesichert werden. Ebenso nachteilig wird durch den Kerbfaktor des Gewindes eine Schwächung des Schaufelschafts erzeugt.
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Zudem benötigt die Montage, insbesondere das Aufschrauben der Schraubmutter mit einem definierten Drehmoment, und die Demontage bei einer Vielzahl von Leitschaufeln viel Zeit und ist daher besonders aufwendig. Die Schraubmuttern bringen darüber hinaus ein gewisses Gewicht mit sich, sodass ein Leistungsgewicht der Strömungsmaschine nachteilig erhöht wird.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Verstellhebel bereitzustellen, die die genannten Nachteile überwindet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leitschaufelvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Verbinden gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Verfahren zum Lösen gemäß den Merkmalen des Anspruches 12, sowie eine Strömungsmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
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Durch die Erfindung ist eine Leitschaufelvorrichtung für eine Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine bereitgestellt. Die Leitschaufelvorrichtung umfasst eine Leitschaufel, welche einen sich entlang einer Verstellachse der Leitschaufel erstreckenden Schaft aufweist, sowie einen Verstellhebel, welcher ein Verbindungselement zum Verbinden mit einem äußeren Ende des Schaftes ausbildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- - der Schaft an dessen äußerem Ende einen Positionierungsabschnitt aufweist, der vorzugsweise als dreidimensionale Stirnfläche mit zumindest einem abgeschrägten Bereich ausgebildet sein kann,
- - das Verbindungselement zumindest abschnittweise das äußere Ende des Schaftes hülsenartig umschließt und mit dem Positionierungsabschnitt am äußeren Ende formschlüssig verbunden ist,
- - die Leitschaufelvorrichtung eine Halteklammer umfasst, welche zumindest abschnittsweise innerhalb zumindest einer durchgehenden Nut des Verbindungselementes eingebracht ist und den Schaft kraftschlüssig umgreift.
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Die Verstellachse ist insbesondere diejenige Achse, um welche die Leitschaufel und insbesondere ein Schaufelblatt in einen Anströmwinkel zu einer Strömungsrichtung der Strömungsmaschine mittels des Verstellhebels verstellbar bzw. drehbar ist. Die Verstellachse kann insbesondere koaxial zu einer Höhenachse der Leitschaufel sein, in welche sich die Leitschaufel bzw. der Schaft der Leitschaufel im Wesentlichen erstreckt.
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Das Verbindungselement ist insbesondere an einem distalen Ende des Verstellhebels ausgebildet. Vorzugsweise kann der Verstellhebel einstückig ausgebildet sein und das Verbindungselement, sowie einen Hebelarm und eine Hebelanbindung umfassen.
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Unter dem äußeren Ende des Schaftes ist insbesondere das radial äußere Ende des Schaftes zu verstehen. Das radial äußere Ende ist das Ende des Schaftes und insbesondere der Leitschaufel, welches von einer Rotorwelle der Strömungsmaschine abgewandt ist. Am radial inneren Ende der Leitschaufel befindet sich das Schaufelblatt. Unter dem äußeren Ende kann insbesondere nicht lediglich eine Stirnfläche des Schaftes verstanden werden, sondern vielmehr auch ein Endbereich bzw. Endkörper des Schaftes.
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Unter einer dreidimensionalen Stirnfläche ist insbesondere zu verstehen, dass sich die Stirnfläche sich nicht lediglich in einer Ebene erstreckt. Vielmehr kann die Stirnfläche Flächen in unterschiedlichen Ebenen aufweisen, die insbesondere zueinander schräg und/oder versetzt sind.
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Der abgeschrägte Bereich ist insbesondere schräg zu einer virtuellen Ebene, die orthogonal zur Verstellachse gerichtet ist, im Folgenden auch Orthogonalebene genannt, und/oder schräg zu einer Ebene, die parallel zur Verstellachse gerichtet ist.
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Das äußere Ende des Schaftes wird durch das Verbindungselement hülsenartig umschlossen. Mit anderen Worten kann das Verbindungselement im Wesentlichen hülsenartig ausgebildet sein kann, bzw. hutartig oder kappenartig. Dies bedeutet, dass sich das äußere Ende zumindest teilweise in einem Inneren des Verbindungselementes befindet und sich Oberflächen des äußeren Endes zumindest abschnittsweise im anliegenden Kontakt mit Innenflächen des Verbindungselements stehen.
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Des Weiteren ist das Verbindungselement mit dem äußeren Ende formschlüssig verbunden. Insbesondere kann das Verbindungselement mit dem abgeschrägten Bereich formschlüssig, und insbesondere damit drehfest, verbunden sein, sowie insbesondere mit den weiteren Oberflächen des äu-ßeren Endes. Dies hat insbesondere zur Folge, dass eine Rotation des Verbindungselementes um die Höhenachse in Relation zum Schaft unterbunden ist. Des Weiteren kann das Verbindungselement durch die formschlüssige Verbindung mit dem abgeschrägten Bereich an der Stirnfläche daran gehindert werden, in Richtung des radial inneren Endes des Schaftes zu rutschen. Somit ist das Verbindungselement entlang der Verstellachse und in Richtung des radial inneren Endes mit dem Schaft fest verbunden. Insbesondere kann die formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem äußeren Ende eine Spielpassung sein.
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Unter einer durchgehenden Nut kann eine Öffnung des Verbindungselementes von einem Äußeren des Verbindungselementes zu dessen Inneren gemeint sein, die nutartig ausgebildet ist, insbesondere länglich bzw. schlitzartig oder rillenartig, wobei die Nut eine gewisse Nutbreite in Richtung der Höhenachse des Schaftes aufweisen kann.
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Die Halteklammer ist zumindest teilweise innerhalb der zumindest einen durchgehenden Nut eingebracht. Insbesondere kann die Halteklammer innerhalb der Nut zumindest in der Nutbreite formschlüssig mit der Nut ausgebildet sein. Durch die kraftschlüssige Verbindung der Halteklammer mit dem Schaft und der formschlüssigen Verbindung der Halteklammer mit dem Verbindungselement kann das Verbindungselement entlang der Verstellachse fixiert werden, sodass eine Bewegung des Verbindungselementes entlang der Verstellachse, und insbesondere in Richtung des radial äußeren Endes der Verstellschaufel, unterbunden ist.
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Durch die durchgehende Nut ist es insbesondere möglich, dass die sich zumindest teilweise innerhalb der Nut befindliche Halteklammer den Schaft kraftschlüssig umgreift. Insbesondere kann die Halteklammer eine Kraft orthogonal zur Verstellachse auf die Oberfläche, insbesondere eine Mantelfläche, des Schaftes ausüben. Dies hat insbesondere zur Folge, dass eine Bewegung der Halteklammer und das mit der Halteklammer formschlüssig verbundene Verbindungselement entlang der Höhenachse in Relation zum Schaft unterbunden ist.
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Durch die Erfindung ergeben sich zahlreiche Vorteile. Zum einen ergibt sich der Vorteil, dass die Leitschaufel effektiv mit dem Verstellhebel verbunden ist, sodass eine Bewegung des Verstellhebels entlang und um die Verstellachse in Relation zur Leitschaufel unterbunden ist. Folglich wirkt sich eine Drehung des Verstellhebels um die Verstellachse in eine äußerst exakte Drehung der Leitschaufel aus. Dies ist insbesondere für eine Verstellung der Leitschaufel mittels des Verstellhebels, die äußerst präzise erfolgen muss, besonders vorteilhaft.
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Zweitens ermöglicht die Erfindung vorteilhaft, dass zur Anbindung des Verstellhebels an die Leitschaufel kein Gewinde im Schaft notwendig ist, die den Schaft schwächen würde. Folglich kann mittels des Schaftes ein größeres Drehmoment übertragen werden bzw. der Schaft mit einem geringeren Durchmesser bereitgestellt werden. Durch eine ermöglichte kleinere Dimensionierung des Schaftes kann somit insbesondere Material, Kosten und Bauraum in der Strömungsmaschine eingespart werden. Ebenso wird durch die Erfindung die Schraubenmutter eingespart, was zusätzliche Kosten- und Gewichtsvorteile erbringt.
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Drittens ist die Verbindung zwischen der Leitschaufel und dem Verstellhebel vorteilhaft besonders einfach ausgestaltet. Dadurch ist eine Montage und Demontage sehr leicht möglich, sodass hierbei Montagezeit und damit Kosten eingespart werden können.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement einen Hohlkörper aufweist, der in seinem Inneren komplementär zum äußeren Ende des Schaftes ausgebildet ist. Insbesondere kann der Hohlkörper in seinem Inneren eine Innenwandfläche aufweisen, die komplementär zur Mantelfläche des äußeren Endes ausgebildet sein kann. Insbesondere sind diese Flächen zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise kann der Hohlkörper eine Fläche aufweisen, die komplementär zum abgeschrägten Bereich ausgebildet ist, wobei sich diese Fläche und der abgeschrägte Bereich flächig kontaktieren, sodass insbesondere ein Formschluss ausgebildet sein kann, der eine relative Rotation zwischen der Leitschaufel und dem Verstellhebel um die Verstellachse unterbindet.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Moment vom Verstellhebel auf die Leitschaufel, und andersherum, um die Verstellachse besonders effektiv und insbesondere schlupffrei, übertragen werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die zumindest eine durchgehende Nut im Wesentlichen orthogonal zur Verstellachse erstreckt. Bevorzugt öffnet die zumindest eine durchgehende Nut den Hohlkörper zu dessen Inneren.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer von außen auf das den Schaft umschließende Verbindungselement in orthogonaler Richtung zur Verstellachse aufbringbar ist und somit die Halteklammer mit dem im Inneren des Hohlkörpers befindlichen Schaft in Kontakt gebracht werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Halteklammer einen ersten federnden Schenkel und einen gegenüberliegenden zweiten federnden Schenkel aufweist. Bevorzugt sind diese Schenkel über einen Steg miteinander verbunden. Bevorzugt weist die Halteklammer zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel eine Öffnung auf. Bevorzugt ist eine Öffnungsbreite der Öffnung in einem nichtmontierten Zustand kleiner ist als ein Durchmesser des Schaftes, insbesondere als ein Durchmesser des Schaftes am äußeren Ende.
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Insbesondere kann der zweite Schenkel in der Orthogonalebene mit dem ersten Schenkel angeordnet sein. Insbesondere liegt der zweite Schenkel in dieser Ebene auf der anderen Seite des Schaftes gegenüber.
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Unter federnd ist zu verstehen, dass die Schenkel eine gewisse Federkonstante aufweisen, die eine federnde Bewegung in einem nichtmontierten Zustand in der besagten Orthogonalebene zulassen, sodass die Öffnungsbreite zwischen den Schenkeln in der Orthogonalebene vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Insbesondere ist die Öffnungsbreite im nichtmontierten Zustand, zumindest geringfügig, kleiner als im montierten Zustand.
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Unter dem nichtmontierten Zustand ist zu verstehen, dass die Halteklammer nicht in der Nut eingebracht ist und den Schaft nicht kraftschlüssig umgreift.
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Vorzugsweise kann die Öffnungsbreite an einer kontaktierenden Stelle der Halteklammer mit dem Schaft dem Durchmesser des Schaftes an einer kontaktierenden Stelle mit der Halteklammer in einem montierten Zustand entsprechen. Die Öffnung ist insbesondere gegenüberliegend zum Steg geöffnet, wobei unter der Öffnung der Bereich zwischen den Schenkeln verstanden werden kann.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer den Schaft besonders effektiv mit einer Vorspannkraft kraftschlüssig umgreifen kann. Des Weiteren kann vorteilhaft auf eine Schraubmutter verzichtet werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Schenkel und der zweite Schenkel der Halteklammer jeweils an deren freien Ende einen in die Öffnung gerichteten Vorsprung aufweisen. Das jeweilige freie Ende der Schenkel ist insbesondere dasjenige Ende, mit dem die Schenkel nicht mit dem Steg verbunden sind. Insbesondere können die Vorsprünge in einem Bereich der freien Enden ausgebildet sein oder an einer jeweiligen Spitze der freien Enden. Die jeweiligen Vorsprünge können insbesondere gegenüberliegend sein und in diesem Bereich die Öffnungsbreite reduzieren. Insbesondere befinden sich die Vorsprünge im montierten Zustand, bei dem der Schaft innerhalb der Öffnung befindlich ist, außerhalb des kontaktierenden Bereiches dem Steg gegenüber.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer vor einem Herausfallen bzw. einem Lösen gesichert ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Steg einen Schlitz für eine Demontage der Halteklammer aufweist. Insbesondere ist der Schlitz durchgehend ausgebildet und kann sich im Wesentlichen in Richtung der Öffnungsbreite der Halteklammer erstrecken.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Demontagewerkzeug besonders effektiv durch Eingriff in den Schlitz die Halteklammer greifen und zur Demontage herausziehen kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schaft eine orthogonal zur Verstellachse erstreckende erste Kerbe und eine gegenüberliegende zweite Kerbe aufweist. Bevorzugt greift der erste Schenkel zumindest teilweise in die ersten Kerbe und der zweite Schenkel zumindest teilweise in die zweiten Kerbe ein. Vorzugsweise sind die Kerben in der Orthogonalebene am Schaft gegenüberliegend zueinander.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer und damit das Verbindungselement und der Verstellhebel besonders effektiv in und um alle Raumrichtungen fixiert sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeweils eine zum äußeren Ende seitigen Seitenwand der ersten Kerbe und der zweiten Kerbe jeweils eine schräge Fläche aufweist. Bevorzugt weisen der erste Schenkel und der zweite Schenkel jeweils eine komplementär ausgebildete schräge Fläche auf, die jeweils die jeweilige schräge Fläche der ersten Kerbe und der zweiten Kerbe kontaktieren.
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Unter der jeweils zum äußeren Ende seitige Seitenwand ist insbesondere die radial äußere Seitenwand zu verstehen, also diejenige, die von der Rotorwelle weiter außen liegt. Die jeweilige schräge Fläche dieser Seitenwand ist vorzugsweise schräg bzw. quer zu der Orthogonalebene. Vorzugsweise kann die schräge Fläche von der Mantelfläche zur Verstellachse gesehen in eine Richtung zum radial inneren Ende der Leitschaufel verlaufen.
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Insbesondere kontaktieren die schrägen Flächen der beiden Schenkel die schrägen Flächen der beiden Kerben flächig, sodass die federnden Schenkel eine Kraft sowohl orthogonal zur Verstellachse auf den Schaft ausüben, als auch eine Kraft parallel zur Verstellachse in Richtung des radial äußeren Endes. Somit wird das Verbindungselement zum radial inneren Ende der Leitschaufel gedrückt und somit festgehalten.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer und damit das Verbindungselement und der Verstellhebel insbesondere radial besonders effektiv fixiert sind, sodass eine Bewegung des Verbindungselementes entlang der Verstellachse, insbesondere nach radial außen, unterbunden ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Halteklammer durch ein Sicherungselement vor einem Lösen gesichert ist. Das Sicherungselement kann beispielsweise die jeweiligen freien Enden der beiden Schenkel miteinander verbinden. Das Sicherungselement kann bevorzugt als Stift, Splint oder Draht ausgebildet sein.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Halteklammer, vor allem während des Betriebes der Strömungsmaschine und den dadurch bedingten Vibrationen die Halteklammer besonders zuverlässig fixiert bleibt, da die Schenkel durch das Sicherungselement zusammengehalten werden, sodass sich die Öffnungsbreite nicht aufweiten kann. Somit kann die Halteklammer nicht verrutschen, sodass die Verbindung zwischen Verstellhebel und Leitschaufel äußerst zuverlässig erhalten bleibt. Weitere Merkmale und deren Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung sind den Beschreibungen des zweiten, dritten und vierten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel mit einem Verstellhebel einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine, wobei ein Verbindungselement des Verstellhebels auf ein äußeres Ende eines Schaftes der Leitschaufel hülsenartig aufgesteckt wird, sodass das Verbindungselement mit dem äußeren Ende formschlüssig verbunden wird, und wobei eine Halteklammer in zumindest eine durchgehende Nut des Verbindungselementes eingeschoben und dabei um den Schaft aufgeschoben wird, sodass die Halteklammer den Schaft kraftschlüssig umgreift. Mittels der formschlüssigen Verbindung kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Verstellhebel in einer genau definierten Position bzw. einem genau definierten Winkel zur Leitschaufel, insbesondere zum Schaufelblatt steht.
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Der Vorteil an diesem Verfahren ist, dass dieses mit wenigen und mit besonders einfachen Schritten durchführbar ist. Dadurch wird die Montagezeit je Leitschaufel reduziert, sodass eine Montagezeit für eine Vielzahl von Leitschaufeln in einer Strömungsmaschine erheblich reduziert wird. Des Weiteren wird für das Montageverfahren vorteilhafterweise kein Werkzeug benötigt, sondern quasi per Hand durchgeführt werden. Ebenso vorteilhaft sind keine weiteren Montageschritte nötig, um eine solche Verbindung zu etablieren.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens sieht vor, dass eine Öffnung zwischen einem ersten federnden Schenkel und einem zweiten federnden Schenkel der Halteklammer durch das Aufschieben um den Schaft geweitet wird, sodass die Halteklammer vorgespannt wird.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Kraftschluss im Verfahrensschritt des Aufschiebens erreicht wird, sodass kein zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig ist, um den Kraftschluss herzustellen. Dadurch wird das Verfahren weiter vereinfacht. Weitere Merkmale und deren Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung sind den Beschreibungen des ersten, dritten und vierten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lösen einer drehfesten Verbindung einer Leitschaufelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Halteklammer vom Schaft und aus der Nut abgezogen wird und wobei der Verstellhebel vom äußeren Ende des Schaftes abgehoben wird.
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Bevorzugt kann mit einem Demontagewerkzeug in einen Schlitz in einem Steg der Halteklammer eingreifen, sodass die Halteklammer leichter gelöst werden kann. Der Vorteil dieses Demontageverfahrens ist, dass dieses besonders einfach durchgeführt werden kann. Weitere Merkmale und deren Vorteile des dritten Aspekts der Erfindung sind den Beschreibungen des ersten, zweiten und vierten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere Fluggasturbine, aufweisend eine Leitschaufelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Weitere Merkmale und deren Vorteile des vierten Aspekts der Erfindung sind den Beschreibungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Leitschaufelvorrichtung;
- 2 eine Schnittdarstellung an einem äußeren Ende eines Schaftes einer Leitschaufel;
- 3 eine Schnittdarstellung eines nichtmontierten Verstellhebels und eines Schaftes;
- 4 eine schematische Darstellung von Leitschaufelvorrichtungen einer Strömungsmaschine mit einer nichtmontierten Halteklammer;
- 5 eine weitere Schnittdarstellung einer nichtmontierten Halteklammer;
- 6 eine Schnittdarstellung einer montierten Leitschaufelvorrichtung;
- 7 eine schematische Darstellung einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine;
- 8 eine schematische Darstellung von Leitschaufelvorrichtungen einer Strömungsmaschine mit einer demontierten Halteklammer;
- 9 eine Schnittdarstellung eines demontierten Verstellhebels;
- 10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Montageverfahrens;
- 11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Demontageverfahrens.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Leitschaufelvorrichtung 1 in einem montierten Zustand. Die Leitschaufelvorrichtung 1 umfasst eine Leitschaufel 2, einen Verstellhebel 3 und eine Halteklammer 10. Die Leitschaufel 2 kann einstückig ausgebildet sein und erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Verstellachse A, die auch die Hochachse der Leitschaufel darstellt. Die Leitschaufel 2 weist einen Schaft 4 auf. An einem radial inneren Ende des Schaftes 4 der Leitschaufel 2 kann sich das Schaufelblatt 9 befinden. An einem radial äußeren Ende 6 des Schaftes 4 kann der Verstellhebel 3 angeordnet werden.
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Der Verstellhebel 3 kann im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet sein und einen Hebelarm 30 aufweisen. An einem Ende des Hebelarmes 30 kann eine Hebelanbindung 31 zum Anbinden an weitere Komponenten einer Leitschaufelverstellung angeordnet sein. Am anderen Ende des Hebelarmes 30 des Verstellhebels 3 ist ein Verbindungselement 5 des Verstellhebels 3 angeordnet, der als Hohlkörper 12 ausgebildet sein kann.
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In einer orthogonal zur Verstellachse A verlaufenden, durchgehenden Nut 11 kann die Halteklammer 10 vorgesehen sein, die den Schaft 4 am äußeren Ende 6 kraftschlüssig umgreift. Das Verbindungselement 5 umschließt zumindest teilweise das äußere Ende 6 des Schaftes 4 und kann beispielsweise mit einer abgeschrägten Fläche 29 an einem abgeschrägten Bereich 8 einer dreidimensionalen Stirnfläche 7 des äußeren Endes 6 anliegen.
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Im gezeigten Beispiel weist das Verbindungselement zwei durchgehende Nuten 11 auf, in der die Halteklammer 10 zumindest teilweise eingebracht ist. Die Nuten 11 teilen das Verbindungselement 5 somit in einen radial inneren und einen radial äußeren Teil auf, die über zwei Stegelemente des Verbindungselementes 5 zwischen den längsseitigen Enden der Nuten 11 fest zusammengehalten werden.
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Im gezeigten Beispiel ist ein Teil des äußeren Endes 6 nicht durch das Verbindungselement 5 umschlossen, sodass das äußere Ende 6, insbesondere ein Teil einer Mantelfläche 33 und ein Teil der dreidimensionalen Stirnfläche 7, freiliegt. Es kann jedoch auch sein, dass das Verbindungselement 5 das äußere Ende vollständig umschließt.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung durch das äußere Ende 6 des Schaftes 4 der Leitschaufel 2 gezeigt, wobei der Schnitt mittig durch den Schaft 4 verläuft. Eine Innenwandfläche 34 im Inneren 13 des Verbindungselementes 2 kann beispielsweise eine Mantelfläche 33 des Schaftes 4 am äußeren Ende 6 flächig anschließen, sodass das Verbindungselement 5 das äußere Ende 6 hülsenartig umschließt. Beispielsweise bilden das Verbindungselement 5 und der Schaft 4 eine Spielpassung 32 aus. Weiterhin liegt beispielsweise eine abgeschrägte Fläche 29 des Verbindungselementes 5 am komplementär ausgebildeten, abgeschrägten Bereich 8 der dreidimensionalen Stirnfläche 7 des äu-ßeren Endes 6 an.
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Im gezeigten Beispiel weist der Schaft 4 am äußeren Ende 6 eine erste Kerbe 23 und eine gegenüberliegende zweite Kerbe 24 auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zur Verstellachse ausbilden. Eine jeweils radial äußere Seitenwand 25, 26 der Kerben 23, 24 kann eine schräge Fläche aufweisen.
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Innerhalb der Nut 11 können sich beispielhaft ein erster federnder Schenkel 14 und ein zweiter federnder Schenkel 15 befinden, die in 2 im Querschnitt durch die Schenkel 14, 15 dargestellt sind. Die Schenkel 14, 15 weisen im kontaktierenden Bereich mit dem Schaft 4 jeweils eine schräge Fläche 27, 28 auf, die komplementär zu den Seitenwänden 25, 26 der Kerben 23, 24 ausgebildet sind und die Seitenwände 25, 26 kontaktieren.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines nichtmontierten Verstellhebels 3 und eines Schaftes 4. Die Nut 11 ist hierbei beispielsweise als seitliche Öffnung von einem Äußeren zum Inneren 13 des Verbindungselementes 5. Die dreidimensionale Stirnfläche 7 ist beispielsweise stufenartig ausgebildet, wobei die Stufen durch den abgeschrägten Bereich 8 in Verbindung stehen.
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Der Schaft 4 des Verstellhebels 2 führt durch eine entsprechende Öffnung einer Strömungsmaschine 100 und ist hierin insbesondere drehbar gelagert.
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Der in der 3 dargestellte senkrecht nach unten zeigende Pfeil symbolisiert, wie der Verstellhebel 3, insbesondere das Verbindungselement 5 auf das äußere Ende 6 des Schaftes 4 hülsenartig gesteckt werden kann.
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4 zeigt eine schematische Darstellung von Leitschaufelvorrichtungen 1 der Strömungsmaschine 100 mit einer nichtmontierten Halteklammer 10. Der im Wesentlichen waagrecht verlaufende Pfeil symbolisiert, wie das Halteelement 10 in die durchgehende Nut 11 eingeschoben und um das äußere Ende 6 des Schaft 4 aufgeschoben werden kann.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung einer nichtmontierten Halteklammer 10. Der im Wesentlichen waagrecht verlaufende Pfeil symbolisiert, wie das Halteelement 10 in die durchgehende Nut 11 eingeschoben und um das äußere Ende 6 des Schaft 4 aufgeschoben werden kann.
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Die Halteklammer weist einen Steg 16 auf, der die beiden Schenkel 14, 15 miteinander federnd verbindet. Im Steg kann ein Schlitz 22 für eine Demontage vorgesehen sein.
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Zwischen den beiden Schenkeln 14, 15 ist eine Öffnung 17 vorgesehen. Im nichtmontierten Zustand ist eine Öffnungsbreite B der Öffnung 17 geringfügig schmaler als ein Durchmesser D des Schaftes 4 am äußeren Ende 6. Weiterhin weist die Halteklammer 10 im Bereich der freien Enden 18, 19 jeweils einen Vorsprung 20, 21 auf, die zur Öffnung 17 gerichtet sind und in diesem Bereich die Öffnungsbreite B verringern.
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6 zeigt beispielhaft eine Schnittdarstellung einer montierten Leitschaufelvorrichtung 1. Das Verbindungselement 5 ist drehfest am Schaft 4 montiert und in und um alle Raumrichtungen fixiert durch die Halteklammer 10. Zusätzlich wird ein Lösen der Halteklammer 10 und des Verbindungselement 5 durch die Vorsprünge 20, 21 verhindert.
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7 zeigt eine schematische Darstellung der Leitschaufelverstellung der Strömungsmaschine 100 in einer beispielhaften Ausführungsform, wobei die Leitschaufelvorrichtungen 1 im montierten Zustand ist.
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8 zeigt eine schematische Darstellung von Leitschaufelvorrichtungen 1 einer Strömungsmaschine 100 mit einer demontierten Halteklammer 10. Der im Wesentlichen waagrecht verlaufende Pfeil symbolisiert, wie das Halteelement 10 aus der durchgehenden Nut 11 und vom äußeren Ende 6 des Schaftes 4 abgezogen werden kann.
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9 zeigt eine Schnittdarstellung eines demontierten Verstellhebels 3 vom äußeren Ende 6 des Schaftes 4 der Leitschaufel 2. Der dargestellte senkrecht nach oben zeigende Pfeil symbolisiert, wie der Verstellhebel 3, insbesondere das Verbindungselement 5 vom äußere Ende 6 abgehoben werden kann.
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10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Montageverfahrens zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel 2 mit einem Verstellhebel 3 einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine 100, wobei in einem ersten Schritt S1 ein Verbindungselement 5 des Verstellhebels 3 auf ein äußeres Ende 6 eines Schaftes 4 der Leitschaufel 2 hülsenartig aufgesteckt wird, sodass das Verbindungselement 5 mit dem äußeren Ende 6 formschlüssig verbunden wird, und wobei in einem zweiten Schritt S2 eine Halteklammer 10 in zumindest eine durchgehende Nut 11 des Verbindungselementes 5 eingeschoben und dabei um den Schaft 4 aufgeschoben wird, sodass die Halteklammer 10 den Schaft 4 kraftschlüssig umgreift.
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11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Demontageverfahrens zum Lösen einer drehfesten Verbindung einer Leitschaufelvorrichtung 1, wobei in einem dritten Schritt S3 die Halteklammer 10 vom Schaft 4 und aus der Nut 11 abgezogen wird, und wobei in einem vierten Schritt S4 der Verstellhebel 3 vom äußeren Ende 6 des Schaftes 4 abgehoben wird.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Leitschaufelvorrichtung
- 2
- Leitschaufel
- 3
- Verstellhebel
- 4
- Schaft
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Äußeres Ende des Schaftes
- 7
- Dreidimensionale Stirnfläche
- 8
- Abgeschrägter Bereich
- 9
- Schaufelblatt
- 10
- Halteklammer
- 11
- Nut
- 12
- Hohlkörper
- 13
- Inneres des Hohlkörpers
- 14
- Erster federnder Schenkel
- 15
- Zweiter federnder Schenkel
- 16
- Steg
- 17
- Öffnung
- 18
- Freies Ende
- 19
- Freies Ende
- 20
- Vorsprung
- 21
- Vorsprung
- 22
- Schlitz
- 23
- Erste Kerbe
- 24
- Zweite Kerbe
- 25
- Seitenwand der Kerbe, schräge Fläche
- 26
- Seitenwand der Kerbe, schräge Fläche
- 27
- Schräge Fläche des ersten Schenkels
- 28
- Schräge Fläche des zweiten Schenkels
- 29
- Abgeschrägte Fläche
- 30
- Hebelarm
- 31
- Hebelanbindung
- 32
- Spielpassung
- 33
- Mantelfläche des Schaftes
- 34
- Innenwandfläche des Verbindungselementes
- 100
- Strömungsmaschine
- A
- Verstellachse
- B
- Breite der Öffnung
- D
- Durchmesser des Schaftes
