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Die Erfindung betrifft eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung für eine Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und eine Strömungsmaschine.
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Verdichter in axialen Strömungsmaschinen, beispielsweise Flugtriebwerke, 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 Hochachse verstellt, so dass ein absoluter Leitradabströmwinkel veränderbar ist. Hierdurch kann ein Strömungsabriss beim Hochfahren der Strömungsmaschine bzw. bei geringen Drehzahlen verhindert werden. Eine Stufenbelastung wird reduziert. Alternativ könnte auch ein Strömungsabriss durch eine Verstellung der Laufschaufeln der Verdichterstufen verwirklicht werden, jedoch ist dies technisch wesentlich komplizierter, 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 über einen Verstellring und jeweils einen Verstellhebel auf die Leitschaufeln. Der Verstellring ist außerhalb der Strömungsmaschine angeordnet und gewöhnlich in Strömungsrichtung betrachtet hinter und koaxial der Leitschaufelreihe positioniert. Er ist in Umfangsrichtung und in Axialrichtung der Strömungsmaschine verschiebbar. Bei mehreren zu verstellenden Verdichterstufen werden die Verstellringe gleichzeitig über einen drehbar am Verdichtergehäuse gelagerten Stellhebel des Stellantriebs angesteuert, der sich in Axialrichtung der Strömungsmaschine erstreckt und mit den Verstellringen verbunden ist.
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Bei bekannten Leitschaufelverstellungen wird der Verstellhebel, im Folgenden der Einfachheit halber auch nur Hebel genannt, in Radialrichtung der Strömungsmaschine auf einen sich in Hochrichtung der Leitschaufel erstreckenden Schaufelschaft gesteckt. Danach wird der Hebel an einem Kontaktbereich des Schaufelschafts formschlüssig fixiert und durch eine Verschraubung lagegesichert. Die Verschraubung kann durch ein Innengewinde oder durch ein Außengewinde erfolgen. Diese Art der Hebelanbindung erfordert einen ausreichend dicken Schaufelschaft für die Gestaltung der Kontaktflächen. Allerdings kann der Schaftdurchmesser aufgrund der geometrischen Randbedingungen wie kleiner Strömungskanaldurchmesser und hohe Schaufelzahl kaum größer als das kleinstmögliche Außengewinde werden. Wenn nun aufgrund der geometrischen Randbedingungen die Schaftdurchmesser deutlich verkleinert werden müssen, ist bei Schaftdurchmessern, die kaum größer als die zulässige Gewindegröße sind, die vorbeschriebene bekannte Hebelanbindung nicht mehr darstellbar. Es liegt also für Verdichter von Triebwerken eine Herausforderung in der deutlichen Verkleinerung der Geometrie, d. h. einer Miniaturisierung auch der Verstellschaufeln, sowie deren Verbindung mit einem Verstellhebel. Konventionelle Verbindungssysteme über Dachschrägen, Konusgeometrien und dergleichen erfordern im Außenbereich des Schaufelschaftes eine Reduzierung dessen Durchmessers, was den Einsatz von Schrauben oder Muttern mit einem Minimalgewindedurchmesser von M5 nicht mehr erlaubt.
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Druckschriftlicher Stand der Technik ist in dem Patent
EP 1 561 906 B1 gezeigt. Bei der hier gezeigten Hebelanbindung hat der Verrstellhebel einen klauenartigen Verbindungabschnitt zur Anbindung an einem Schaufelschaft. Der Verbindungsabschnitt hat zwei sich gegenüberliegende Klauenelemente, die sich von einer Unterseite des Verstellhebels erstrecken und einen in Hebellängsrichtung erstreckenden Schlitz begrenzen. Der Schlitz ist an seinen beiden Stirnseiten über seinen gesamten Querschnitt geöffnet. In seinen Schlitzgrund ist ein Langloch eingebracht, dass eine Öffnung zur Oberseite des Verstellhebels darstellt. Zur Montage wird der Hebel mit seinem Schlitz über den Schaufelschaft geschoben, bis sich deren gegenüberliegenden Klauenflächen in drehfestem Formschluss mit korrespondierenden Schaftflächen befinden. Anschließend wird der Hebel mittels eines in eine Innengewindebohrung eines freien Endes des Schaufelschaftes eingedrehten Schraubelements an dem Schaufelschaft radial gesichert, das durch das Langloch geführt ist.
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Eine Hebelanbindung mit einem Schlitz in einem Verbindungabschnitts eines Verstellhebels ist zudem in dem Patent
EP 2 273 074 B1 gezeigt. Bei dieser Lösung wird der Schlitz von seitlichen Hakenelementen begrenzt, die im montierten Zustand in seitliche Nuten eines Schaufelschaftes eingreifen. Der Schlitz ist über eine Bohrung zur Oberseite des Verstellhebels zum Durchführen eines Schraubelements geöffnet.
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In Verdichtern werden Verstellleitschaufeln über Hebel um die Schaufelachse gedreht. Typischerweise werden dabei die Hebel mit einer Schraubverbindung auf die Verstellleitschaufel geklemmt. In einer Ausführung ist das Bolzengewinde am Ende des Schaufelschaftes der Verstellleitschaufel. Mit einer Mutter wird der Hebel gegen eine Anlagefläche gedrückt. Dabei ist die Anlagefläche außerhalb des Hüllzylinders des Gewindes. Zur Montierbarkeit in einem Split Case muss das Gewinde kleiner als der Schaufelschaftdurchmesser sein.
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Bei kleinen Verdichtern mit hohen Schaufelzahlen werden die Schaufelschaftdurchmesser kleiner. Das Gewinde kann jedoch aus Handhabungsgründen nicht beliebig verkleinert werden, die typische Grenze ist bei .190". Dann kann die oben beschriebene Standardlösung (Anlagefläche außerhalb des Hüllzylinders des Gewindes) nicht mehr angewendet werden
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung für eine Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb bereitzustellen, die die genannten Nachteile beseitigt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hebelanbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
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Eine erfindungsgemäße Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung für eine Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb, wobei die Leitschaufel einen sich entlang ihrer Hochachse sich erstreckenden Schaufelschaft aufweist, der mittels eines Hebels mit einem Verstellring des Stellantriebs in Verbindung bringbar ist. Der Hebel auf dem Schaufelschaft wird durch Formschluss dem Schaufelschaft mit einer entsprechenden Querschnittsbohrung im Hebel befestigt und durch eine Mutter gesichert, die in ein Gewinde am Ende des Schaufelschaftes eingesetzt ist. Der Durchmesser des Gewindes ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des Schaufelschaftes, und das Gewinde ist an mindestens einer Seite der Anlage 2 entfernt, wobei die Achse des Schaufelschaftes und die Achse des Gewindes identisch oder versetzt sein können. An der Anlage 2 der Hebel zum Schaufelschaft orientiert ist, wobei die Anlage 2 eine Spiel-, Übergangs- oder Presspassung aufweisen kann. Die Mutter den Hebel gegen die Anlage 1 drückt, wobei die Anlage 1 einen Keil aufweisen oder rechtwinklig sein kann und die Mutter selbstsichernd sein kann.
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Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat eine Vielzahl von den erfindungsgemäßen Hebelanobindungen zum Herstellen einer Verbindung zwischen Leitschaufeln einer Verstellschaufelreihe und einem Stellantrieb. Durch die erfindungsgemäßen Hebelanbindungen sind Leitschaufelverstellungen bei Leitschaufeln mit sehr kleinem Schaftdurchmesser und/oder in einem sehr engen Abstand zueinander möglich. Beispielsweise weisen die Leitschaufelverstellungen der vorderen Verdichterstufen oder des Hochdruckverdichters derartige Hebelanbindungen auf, so dass die Strömungsmaschine mit einem sehr leistungsstarken bzw. leistungsoptimierten Verdichter ausgestattet werden kann.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden gegebenenfalls nicht für jede Figur neu beschrieben. Es zeigen:
- 1: einen Längsschnitt durch das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Hebelanordnung mit dem Gewinde auf eine Seite entfernt
- 2: einen Querschnitt durch das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Hebelanordnung mit dem Gewinde auf eine Seite entfernt
- 3: einen Längsschnitt durch das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Hebelanordnung mit dem Gewinde auf zwei Seiten entfernt
- 4: einen Querschnitt durch das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Hebelanordnung mit dem Gewinde auf zwei Seiten entfernt
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Bezugszeichen
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- 1
- Anlage 1
- 2
- Anlage 2
- 3
- Schaufelschaft
- 4
- Verstellhebel / Hebel
- 5
- Mutter
- 6
- Gewinde
- 7
- Gewinde-ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1561906 B1 [0005]
- EP 2273074 B1 [0006]
