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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Vorrichtung der in den Schutzansprüchen gekennzeichneten Art, welche zur Verwendung mit einem spezifischen Turbokompressortyp vorgesehen ist, zur Fixierung der Stellung von verstellbaren Leitschaufelreihen eines Turbokompressors des genannten Turbokompressortyps, zur Fixierung der Stellung von verstellbaren Leitschaufelreihen eines Turbokompressors.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Bei Arbeiten an offenen Turbokompressoren kann sich die Notwendigkeit ergeben, die Stellung von Reihen verstellbarer Leitschaufeln zu fixieren. In zahlreichen Anwendungen sind die verstellbaren Leitschaufeln einer Reihe verstellbarer Leitschaufeln durch einen Synchronisierungsring miteinander verbunden, wodurch eine synchrone Bewegung aller Leitschaufeln einer Reihe verstellbarer Leitschaufeln gewährleistet ist. Die Verstellung der verstellbaren Leitschaufeln kann dann beispielsweise sehr einfach durch ein Drehen des Synchronisierungsrings um die Achse des Turbokompressors bewirkt werden.
WO 2014/189568 beschreibt einen Turbokompressor mit mehreren Reihen verstellbarer Leitschaufeln, wobei jede der Reihen verstellbarer Leitschaufeln mittels zweier Synchronisierungsringe verstellt wird.
US 2019/0383163 beschreibt einen derartigen Stellmechanismus für Reihen verstellbarer Leitschaufeln, wobei die Synchronisierungsringe selbstzentrierend ausgeführt sind.
US 2018/0058246 beschreibt einen variablen Schaufelmechanismus zum Einstellen des Winkels von Leitschaufeln in einem Gasturbinentriebwerk. Der Mechanismus umfasst einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Synchronisierungsring, der durch einen Aktuator in Umfangsrichtung um ein Gehäuse herum angetrieben wird. Der Synchronisierungsring ist über Hebel mit den Leitschaufeln verbunden, so dass sich der Anstellwinkel der Schaufeln relativ zur axialen Durchströmungsrichtung des Turbokompressors ändert, wenn der Synchronisierungsring in Umfangsrichtung gedreht wird. Der Synchronisierungsring und das Gehäuse sind jeweils mit mindestens einem Ausrichtungsloch versehen, um den Anfangswinkel der Schaufeln einzustellen. Mindestens einer der beiden Elemente, der Synchronisierungsring und das Gehäuse, sind jeweils mit mindestens zwei Ausrichtungslöchern versehen, so dass der Anfangswinkel der Schaufeln durch die Wahl verschiedener Kombinationen von Ausrichtungslöchern eingestellt werden kann.
US 2019/316483 schlägt einen variablen Schaufelstabilisator vor. Ein oder mehrere variable Leitschaufel-Stabilisatoren können zwischen zwei oder mehreren Schaufeln eines Gasturbinentriebwerks geschaltet werden, um den Anstellwinkel der Schaufeln zu fixieren.
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DARSTELLUNG DES GEGENSTANDES DER VORLIEGENDEN BESCHREIBUNG
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Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art. Gemäss einem Aspekt soll die Vorrichtung einfach und flexibel einzusetzen sein und soll robust sein, um den Einsatzbedingungen im Feld zu widerstehen.
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Weitere Wirkungen und Vorteile der hier beschriebenen Gegenstände, ob explizit angegeben oder nicht, ergeben sich im Lichte der vorliegenden Beschreibung.
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Dies wird mittels der im Anspruch 1 beschriebenen Vorrichtung erreicht.
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Vorgeschlagen ist demnach eine Vorrichtung, welche zur Verwendung mit einem spezifischen Turbokompressortyp vorgesehen ist, zur Fixierung der Stellung von verstellbaren Leitschaufelreihen eines Turbokompressors des spezifischen Turbokompressortyps. Das bedeutet, dass bestimmte Abmessungen der Vorrichtung derart bemessen sind, dass sie zur Verwendung mit dem bestimmten Turbokompressortyp geeignet sind. Selbstverständlich kann auch der Fall auftreten, dass eine Vorrichtung zur Verwendung mit mehreren Turbokompressortypen geeignet ist. Jedoch ergeben sich bestimmte Abmessungen der Vorrichtung in jedem Fall aus korrespondierenden Abmessungen des Turbokompressortyps oder der Turbokompressortypen, zur Verwendung mit dem oder mit denen die Vorrichtung vorgesehen ist. Die Leitschaufeln einer Reihe verstellbarer Leitschaufeln sind durch einen Sychronisierungsring miteinander gekoppelt. Der Synchronisierungsring weist radiale Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen auf. Die Vorrichtung ist vorgesehen, um die Umfangsposition des Synchronisierungsrings und damit die Stellung der Leitschaufeln der Reihe verstellbarer Leitschaufeln zu sichern. Hierzu umfasst die Vorrichtung einen Auslegerarm sowie wenigstens ein Halteelement und einen Fixierungsbolzen. Der Auslegerarm weist Mittel zur Befestigung an dem und/oder relativ zum Turbokompressor auf. Das wenigstens eine Halteelement ist mit dem Auslegerarm verbunden und an diesem fixierbar, und der Fixierungsbolzen ist derart mit dem Halteelement verbunden und an diesem fixierbar, dass er variabel sowohl entlang einer Längsrichtung des Halteelements als auch der Längsachse des Fixierungsbolzens selbst an dem Halteelement befestigbar ist. Eine Querschnittsdimension und -form des Fixierungsbolzens sind wenigstens an einem Ende des Fixierungsbolzens derart ausgestaltet, dass der Fixierungsbolzen in eine radiale Vertiefung und/oder Durchgangsöffnung des Synchronisierungsrings einführbar ist, um derart die Umfangsposition des Synchronisierungsrings zu fixieren.
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„Ein“ oder „eine“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als unbestimmte Artikel und nicht als Zahlwort zu verstehen, sofern nicht explizit auf eine andere Bedeutung, beispielsweise durch die Verwendung von „genau ein“ oder „genau eine“, hingewiesen wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Längserstreckung des Fixierungsbolzens einen Winkel von wenigstens 45° mit einer Längserstreckung des Halteelements als auch mit einer Längserstreckung des Auslegerarms aufweist. Weiterhin insbesondere kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass die Längserstreckung des Fixierungsbolzens wenigstens näherungsweise einen rechten Winkel mit der Längserstreckung des Halteelements als auch mit der Längserstreckung des Auslegerarms einschliesst.
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Gemäss weiterer Aspekte des vorliegend beschriebenen Gegenstands kann vorgesehen sein, dass das Halteelement derart mit dem Auslegerarm verbunden und an diesem fixierbar ist, dass ein Winkel, den eine Längserstreckung des Halteelements mit einer Längserstreckung des Auslegerarms einschliesst, variabel einstellbar ist. Dies kann beispielsweise realisiert sein, indem das Halteelement mittels einer Schraube mit einer Mutter an dem Auslegerarm fixierbar ist.
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In beispielhaften Ausführungsformen ist die Position der Längsachse des Fixierungsbolzens quer zur Längserstreckung des Auslegerarms innerhalb eines Verstellbereichs variabel anordenbar, wobei der Stellbereich wenigstens dem Verstellbereich desjenigen Synchronisierungsrings in Umfangsrichtung des Synchronisierungsrings entspricht, zu dessen Positionssicherung der Fixierungsbolzen vorgesehen ist. Damit ist es möglich, die Stellung der verstellbaren Leitschaufeln in einer beliebigen Einstellung zu fixieren.
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In spezifischen beispielhaften Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Halteelement eine längliche Platte mit einem Langloch ist, wobei das Langloch sich insbesondere entlang der Längserstreckung der länglichen Platte erstreckt, und wobei sich der Fixierungsbolzen durch das Langloch hindurch erstreckt. Auf diese Weise kann insbesondere der Abstand des Haltebolzens vom Auslegerarm variabel eingestellt werden. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Fixierungsbolzen wenigstens entlang einem Teil seiner Längserstreckung ein Aussengewinde aufweist, welches sich durch das Langloch hindurch erstreckt, wobei auf das Aussengewinde auf jeder Seite der länglichen Platte eine Mutter aufgeschraubt ist. Durch Kontern der genannten beiden Muttern mit dem dazwischen geklemmten Halteelement kann somit der Fixierungsbolzen am Halteelement fixiert werden, wobei einerseits die Position des Fixierungsbolzens im Langloch variabel eingestellt werden kann, und andererseits kann die Länge, um die der Befestigungsbolzen vom Halteelement auf einer Seite herausragt, durch Verändern der Position der Muttern auf dem Gewinde verändert werden.
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Im Falle, dass der Turbokompressortyp, zur Verwendung mit dem die Vorrichtung vorgesehen ist, zwei oder mehr Synchronisierungsringe für Reihen verstellbarer Leitschaufeln aufweist, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung für jeden der Synchronisierungsringe ein Halteelement und einen mit dem Halteelement verbundenen Fixierungsbolzen aufweist, der zur Positionssicherung eines Synchronisierungsrings vorgesehen ist. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Halteelemente entlang der Längserstreckung des Auslegerarms an unterschiedlichen Längspositionen angeordnet und mit dem Auslegerarm verbunden sind, und weiterhin der Abstand der Längspositionen voneinander wenigstens näherungsweise dem Abstand der Synchronisierungsringe entlang der Achse des Turbokompressortyps entspricht, zur Verwendung mit dem die Vorrichtung vorgesehen ist.
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In beispielhaften Ausführungsformen kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Auslegerarm ein Befestigungsmittel aufweist, das vorgesehen ist, um den Auslegerarm an einer Befestigungsstelle eines Turbokompressors des Turbokompressortyps, zur Verwendung mit dem die Vorrichtung vorgesehen ist, an dem Turbokompressor und/oder relative zu dem Turbokompressor zu befestigen. Ein Abstand zwischen dem Befestigungsmittel des Auslegerarms und einer Stelle auf dem Auslegerarm, an der ein Halteelement mit dem Auslegerarm verbunden ist, entspricht dabei zumindest im Wesentlichen dem Abstand zwischen der Befestigungsstelle des Turbokompressors und einem Synchronisierungsring, entlang der Achse der Turbokompressortyps, zur Verwendung mit dem die Vorrichtung vorgesehen ist.
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Weiterhin offenbart ist eine Anordnung zur Wartung eines Turbokompressors, umfassend den Turbokompressor und eine Vorrichtung gemäss einer der oben beschriebenen Arten. Der Auslegerarm ist an dem Turbokompressor befestigt und erstreckt sich zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Achse des Turbokompressors. Jeweils wenigstens ein Fixierungsbolzen greift in wenigstens eine radiale Vertiefung und/oder Durchgangsöffnung eines jeden Synchronisierungsrings, der verstellbare Leitschaufeln des Turbokompressors miteinander koppelt, ein, wobei jeder der genannten Fixierungsbolzen an einem Halteelement befestigt ist, welches Halteelement seinerseits an dem Auslegerarm befestigt ist.
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Die oben genannten spezifischen Ausführungsformen können untereinander kombiniert werden. Weitere, nicht spezifisch offenbarte Ausführungsformen der Lehre dieses Dokumentes erschliessen sich dem Fachmann ohne Weiteres.
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Figurenliste
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Die hier dargelegten Sachverhalte werden nachfolgend anhand ausgewählter in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im Einzelnen zeigen
- 1 eine Teilansicht eines Turbokompressors mit drei Reihen verstellbarer Leitschaufeln, welche durch eine Vorrichtung der vorliegend beschriebenen Art fixiert sind;
- 2 die Teilansicht des Turbokompressors mit der Fixierungsvorrichtung aus 1 in einer anderen Perspektive;
- 3 eine Vorrichtung der vorliegend beschriebenen Art, welche zur Verwendung mit einem Turbokompressor mit drei voneinander unabhängigen Synchronisierungsringen vorgesehen ist;
- 4 eine Vorrichtung der vorliegend beschriebenen Art, welche zur Verwendung mit einem Turbokompressor mit einem einzelnen Synchronisierungsring vorgesehen ist;
- 5 eine Teilansicht eines Turbokompressors mit einer einzelnen Reihe verstellbarer Leitschaufeln und einem Synchronisierungsring, welche durch eine Vorrichtung der in 4 dargestellten Art fixiert sind.
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Die Zeichnungen sind stark schematisiert. Nicht für das Verständnis der beschriebenen Gegenstände notwendige Einzelheiten sind weggelassen worden. Weiterhin zeigen die Zeichnungen nur ausgewählte Ausführungsbeispiele und dürfen nicht zur Einschränkung der in den Ansprüchen umschriebenen Gegenstände herangezogen werden. Nicht gezeigte Ausführungsformen können durchaus von den Ansprüchen abgedeckt sein.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 und 2 zeigen einen beispielhaften Turbokompressor 1 mit drei Reihen verstellbarer Leitschaufeln. Die in der Abbildung nicht sichtbaren verstellbaren Leitschaufeln sind drehbar im Gehäuse des Turbokompressors gelagert. Als Verstellmechanismus für die verstellbaren Leitschaufeln sind je Reihe verstellbarer Leitschaufeln je ein Synchronisierungsring 11, 12 bzw. 13 angeordnet. Jeder Synchronisierungsring ist über eine Anzahl Hebel 14, 15 bzw. 16 mit den Schaufeln einer Reihe verstellbarer Leitschaufeln gekoppelt. Dabei kragt jeder der Hebel 14, 15 und 16 von der Drehachse einer verstellbaren Leitschaufel aus und ist mit dem jeweiligen Synchronisierungsring 11, 12 bzw. 13 gekoppelt. Dergestalt wird eine Drehbewegung eines der Synchronisierungsringe um die Achse des Turbokompressors in eine Drehung der mit dem Synchronisierungsring gekoppelten Leitschaufeln um die zumindest im Wesentlichen radial, bezogen auf die Achse des Turbokompressors, drehbar gelagerten Leitschaufeln übertragen. Bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Turbokompressor oder einer Turbomaschine oder einer anderen Anlage, zu der der Turbokompressor gehört, kann es erforderlich sein, die Stellung der Leitschaufeln definiert zu fixieren. Dies ist vorliegend durch die Fixierungsvorrichtung 2 bewerkstelligt. Die Fixierungsvorrichtung 2 umfasst einen Auslegerarm 21 sowie drei Fixierungsbolzen 25, 26 und 27, die einerseits in radiale Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen 111, 121 und. 131 der Synchronisierungsringe eingreifen und andererseits über Halteelemente 22, 23 und 24 mit einem Auslegerarm 21 verbunden bzw. relativ zu dem Auslegerarm 21 fixiert sind. Die Fixierungsbolzen sind entsprechend wenigstens an ihrem distalen Ende, das vorgesehen ist, um den Formschluss mit den Synchronisierungsringen herzustellen, hinsichtlich ihrer Querschnittsdimension und -form derart ausgestaltet, dass der Fixierungsbolzen in eine radiale Vertiefung und/oder Durchgangsöffnung 111, 121, 131 des jeweiligen Synchronisierungsrings 11, 12, 13 einführbar ist. Der Auslegerarm seinerseits weist geeignete Mittel zur Befestigung am Turbokompressor 1 bzw. relativ zum Turbokompressor 1 auf. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies einfache Bohrungen, durch die der Auslegerarm mittels Schrauben bzw. Gewindebolzen und Muttern 171 an einem Flansch 17 des Turbokompressors befestigt werden kann, wie in der 2 ersichtlich ist. In anderen Ausführungsformen können die genannten Mittel auch eine Stütze, Zwischenelemente und dergleichen umfassen. Aufgrund der Fixierung der Fixierungsbolzen 25, 26 und 27 relativ zum Auslegerarm 21 und der Fixierung des Auslegerarms 21 relativ zum Turbokompressor sind die jeweiligen Positionen der Fixierungsbolzen auch relativ zum Turbokompressor fixiert. Indem die Fixierungsbolzen in die Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen 111, 121 und 131 der Synchronisierungsringe 11, 12 und 13 eingreifen, ist auch deren Umfangsposition relativ zum Gehäuse des Turbokompressors, abgesehen von einem möglichen Spiel der Fixierungsbolzen in den radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen, blockiert und somit ist die Stellung der mit den Synchronisierungsringen gekoppelten verstellbaren Leitschaufeln fixiert. Demgemäss können die Querschnittsdimension und -form der Fixierungsbolzen wenigstens an Ihrem distalen Ende, welches vorgesehen ist, um in die radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen der Synchronisierungsringe einzugreifen, derart ausgeführt sein, dass das Spiel der Fixierungsbolzen innerhalb der radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen minimiert ist. In beispielhaften Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Fixierungsbolzen in ihrem distalen Endbereich sich zum distalen Ende der Fixierungsbolzen hin verjüngen, wodurch die Zentrierung der Fixierungsbolzen innerhalb der radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen erleichtert wird. Ebenso könnte vorgesehen sin, dass die Fixierungsbolzen an Ihrem distalen Ende, welches zur Herstellung des Formschusses innerhalb der radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen vorgesehen ist, ein Aussengewinde aufweisen, das zu einem Innengewinde - sofern vorhanden - in den radialen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen des jeweiligen Synchronisierungsrings des Turbokompressortyps, zur Verwendung mit dem die Fixierungsvorrichtung 2 vorgesehen ist, komplementär ist. Wiederum unter Verweis auf 2 sind die Halteelemente 22, 23 und 24 mittels einzelner Verschraubungen 221, 231 bzw. 241 am Auslegerarm 21 befestigbar. Aufgrund dieser Anordnung kann eine relative Orientierung der Längserstreckung der als längliche Halteplatten ausgeführten Halteelemente relativ zur Längserstreckung des Auslegerarms variabel gestaltet und durch Festziehen der jeweiligen Verschraubung fixiert werden. Ebenso sind die Fixierungsbolzen 25, 26 und 27 in Langlöchern der Halteelemente 22, 23 und 24 geführt. Dergestalt kann der Abstand der Fixierungsbolzen vom Auslegerarm 21 variiert werden. Die Position des Fixierungsbolzens kann im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Festziehen eines Paars Muttern fixiert werden, wie in der 3 ersichtlich. Jeder Fixierungsbolzen ist im dargestellten Beispiel wenigstens entlang eines Teils seiner Länge als Gewinde ausgeführt. In anderen Beispielen kann ein gesamter Fixierungsbolzen ein Gewindebolzen sein. Jeder der Fixierungsbolzen 25, 26 und 27 erstreckt sich durch ein Langloch im jeweiligen Halteelement 22, 23 bzw. 24 hindurch, wobei wiederum auf jedem der Fixierungsbolzen ein Mutternpaar 251 und 252, 261 und 262 bzw. 271 und 272 aufgeschraubt ist, und zwar so, dass die Muttern eines jeden Mutterpaares auf unterschiedlichen Seiten des Halteelements angeordnet sind. Durch Kontern der Muttern eines Mutternpaares kann somit das Halteelement zwischen den Muttern geklemmt und somit der Fixierungsbolzen am Halteelement fixiert werden. Durch gemeinsames Verstellen der Position der Muttern eines Mutternpaares kann der Abstand der Enden eines Fixierungsbolzens vom Halteelement verändert werden. Ebenso könnten, wiederum mit Verweis auf die 2, auch, oder alternativ, die Verschraubungen 221, 231 und 241, mit welchen die Halteelemente am Auslegerarm 21 gehalten und an diesem fixierbar sind, durch ein Langloch im jeweiligen Halteelement und/oder im Auslegerarm hindurchgeführt sein. In anderen, nicht einschränkenden Ausführungsformen ist in einem Halteelement ein Langloch angeordnet, durch das sich die Verschraubung 221, 231 bzw. 241 sowie ein Fixierungsbolzen 25, 26 bzw. 27 gemeinsam erstrecken. Durch die Gesamtheit der beschriebenen Merkmale kann die Position des distalen Endes eines Fixierungsbolzens in drei Dimensionen verstellt werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Position der Längsachse des Fixierungsbolzens quer zur Längserstreckung des Auslegerarms innerhalb eines Verstellbereichs variabel anordenbar ist, der wenigstens dem Verstellbereich desjenigen Synchronisierungsrings in Umfangsrichtung des Synchronisierungsrings entspricht, zu dessen Positionssicherung der Fixierungsbolzen vorgesehen ist.
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4 zeigt eine Fixierungsvorrichtung 20 der vorgeschlagenen Art, die zur Verwendung mit einem Turbokompressortyp mit einer einzelnen Reihe verstellbarer Leitschaufeln vorgesehen ist. An einem Auslegerarm 201 ist das Halteelement 28 mit dem Fixierungsbolzen 29 angeordnet. Die 5 zeigt die Fixierungsvorrichtung 20 in Verbindung mit einem Turbokompressor 10. Der Auslegerarm 201 ist auf geeignete Weise am Gehäuse des Turbokompressors 10 befestigt bzw. relativ zu diesem fixiert. Ein Synchronisierungsring 18 des Turbokompressors 10 ist, analog zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2, über Hebel 19 mit den Leitschaufeln einer Reihe verstellbarer Leitschaufeln gekoppelt und dient zur synchronen Verstellung des Anstellwinkels der verstellbaren Leitschaufeln. Der Synchronisierungsring weist radiale Durchgangsöffnungen 181 auf. Der Fixierungsbolzen 29 der Fixierungsvorrichtung 20 greift in eine der Durchgangsöffnungen des Synchronisierungsrings 18 ein und sichert so die Position des Synchronisierungsrings und damit den Anstellwinkel der verstellbaren Leitschaufeln, die über die Hebel 19 mit dem Synchronisierungsring 18 gekoppelt sind.
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Die vorliegend beschriebene Fixierungsvorrichtung kann prinzipiell mit jeder Anzahl von Halteelementen und Fixierungsbolzen zur Verwendung mit Turbokompressoren mit unterschiedlichen Anzahlen von Reihen verstellbarer Leitschaufeln bzw. Synchronisierungsringen bereitgestellt werden.
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Obschon der Gegenstand der vorliegenden Beschreibung anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele erläutert wurde, sollen diese nicht einer Einschränkung der beanspruchten Erfindung dienen. Die Ansprüche umfassen Ausführungsformen, die nicht explizit dargestellt sind, und Ausführungsformen, die von den gezeigten Beispielen abweichen, sind dennoch von den Ansprüchen gedeckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/189568 [0002]
- US 2019/0383163 [0002]
- US 2018/0058246 [0002]
- US 2019316483 [0002]
