EP4177443A1 - Verstellhebel für eine leitschaufel einer strömungsmaschine - Google Patents

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EP4177443A1
EP4177443A1 EP22201966.3A EP22201966A EP4177443A1 EP 4177443 A1 EP4177443 A1 EP 4177443A1 EP 22201966 A EP22201966 A EP 22201966A EP 4177443 A1 EP4177443 A1 EP 4177443A1
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EP
European Patent Office
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connection
connection point
struts
adjusting lever
connecting body
Prior art date
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Pending
Application number
EP22201966.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julia Schmidt-Petersen
Franz-Josef Ertl
Florian Neuberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position

Definitions

  • the present invention relates to an adjusting lever for adjusting a guide vane of a turbomachine.
  • the turbomachine can, for example, be a jet engine, e.g. B. a turbofan engine. Functionally, the turbomachine is divided into compressor, combustion chamber and turbine. In the case of the jet engine, for example, the air drawn in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process.
  • Both the compressor and the turbine are usually made up of several stages, each with a stator (vane ring) and a rotor (rotor blade ring).
  • Guide vane rings with adjustable guide vanes are used in compressors and turbines of turbomachines.
  • the pitch mechanisms for these vanes may include various combinations of pitch levers, linkages, and pitch rings that cooperate to rotate each vane about its axis of rotation.
  • a ring of adjustable guide vanes can typically be provided with an adjustment ring which, when rotated, causes a simultaneous rotary movement of a respective guide vane via the respective adjustment lever connected in between.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous adjustment lever for a turbomachine.
  • the adjusting lever has connection points and a connecting body between them, which in the present case is held by at least two struts.
  • the first connection point is connected to the adjusting ring and the second connection point to the guide vane.
  • a torque can be transmitted to the second connection point via the adjusting lever, as a result of which the guide vane is rotated about its axis of rotation by a specific angle.
  • the at least two struts of the connection body run into one of the connection points, thus increasing, for example, the rigidity in the connection body-connection point transition, which e.g. B. can be advantageous in terms of torque or force transmission.
  • material can be saved in other areas of the adjusting lever, for example. B. can also make a contribution to fuel savings in the case of aircraft engines.
  • a respective strut z. B. be a thickening or a self-supporting structure; the respective strut has its elongated shape along its center line, it is therefore, for example, larger than viewed in sectional planes perpendicular to the center line (in a respective sectional plane, the center line lies in the centroid of the area).
  • the cross-sectional shape of the strut can be viewed in the sectional planes, for example, round, approximately elliptical, but z. B. also be circular or free-form, wherein the strut can also assume different cross-sectional shapes along its length.
  • the at least two struts then connect at least one of the connection points, ie either the first or the second connection point or both connection points.
  • the strut As a self-supporting structure, the strut, viewed in the sectional planes, can be free from the rest of the connecting body, ie not connected to it. As a thickening, however, the strut can be connected to it when viewed in the sectional planes, ie in each case merge monolithically into the rest of the connecting body. An adjoining area of the connecting body that is thinner in relation to the thickening can then, for example, connect the strut (thickening) to an adjacent strut (thickening), see below in detail.
  • a respective strut can also assume both forms over its longitudinal extension, ie it can be designed as a cantilever in one section and as a thickening in another section.
  • the connecting body can preferably also be formed with more than two struts overall, for example, in the order in which they are named, it can increasingly preferably have at least 4, 6, 8 or 10 struts.
  • Possible upper limits which can be of interest independently of the lower limits and should be disclosed, can be, for example, a maximum of 20, 18, 16 or 14 struts.
  • a material-removing manufacturing method is also conceivable, for example, but the adjusting lever is preferably a component manufactured additively, also independently of the number of struts.
  • the at least two struts each connect to the at least one connection point in a transition area, that is where the strut ends and the connection point begins.
  • the transition areas of the at least two struts are offset laterally to a central axis of the connecting body, so the struts do not run centrally but laterally into the connection point, which z. B. can be advantageous in terms of torque or force application.
  • the central axis of the connecting body typically corresponds to its longitudinal axis; it penetrates, for example, the first and second connection point in the middle (e.g. in each case at an intersection of the axis of rotation of the respective connection point with a plane that extends into a side of the respective connection point).
  • the central axis can, for. B. can also be an axis of symmetry about which the connecting body is mirror symmetrical.
  • a further strut connects to the at least one connection point; the number of adjoining struts preferably increases in pairs, for example by two or four struts (possible upper limits can be, for example, a maximum of eight or even there are only six struts).
  • Four struts can particularly preferably be connected to the at least one connection point, in particular to the first connection point (connection to the adjusting ring).
  • the at least two struts run in the transition area in a direction into the connection point, which is tilted by at least 10° to the central axis of the connecting body.
  • this tilting relates to an angle between the center axis and a straight extension of the center line of the respective strut, ie a tangent to the center line in the transition area of the respective strut. If more than two struts are connected to the connection point, those closest to the central axis, i.e. the inner struts, can have a smaller tilt than the outer struts, e.g. B. from 10°-30° compared to 40°-80°.
  • the at least two struts each have a course that is at least partially convex in relation to the central axis of the connecting body.
  • the struts are thus in each case at least in a section of their longitudinal extent away from the central axis, ie curved outwards, preferably in opposite directions (one strut to one side and the other strut to the opposite side). This curvature can, for example, in turn be advantageous with regard to the input of force or torque.
  • the connecting body has a cross-connection that extends beyond its central axis, the cross-connection connecting at least two struts that are offset laterally to the central axis.
  • the cross-connection can also extend in a direction relative to the central axis have a parallel direction and additionally connect one or more struts, which for their part, for example, extend in the direction of the central axis or also beyond it.
  • a total of four struts, for example, can be connected to one another via the cross connection, with at least two of the struts being arranged between the cross connection and the at least one connection point (the first and/or second connection point).
  • a width of the connection body reaches a maximum value between the at least one connection point and the cross-connection, specifically including the cross-connection (the maximum can therefore also be in the area of the cross-connection).
  • the width is taken perpendicularly to the central axis of the connection body.
  • the at least one connection point can preferably be the first connection point.
  • the at least two struts each diverge from the central axis (they run away from it) at least in a section at the at least one connection point in the direction of the cross connection. They are preferably arranged on different sides of the central axis, ie the distance between these two struts increases in the direction of the cross connection (at least in the cut at the at least one connection point). If more than two struts are connected to the at least one connection point (see above), the two inner struts, ie those closest to the central axis, preferably diverge.
  • At least two struts each of which connects to the cross connection, converge at least on the cross connection or into it towards the central axis (they run towards it).
  • the distance between these two struts for example, decreases in the direction of the cross connection.
  • the at least two struts can thus diverge, for example, in a section at the at least one connection point and converge in a section at/in the cross connection.
  • the connecting body has a spatial interruption between the at least two struts when viewed in a sectional plane perpendicular to the central axis, ie these are designed to be self-supporting (see above).
  • This interruption extends over at least one section along the central axis, so the at least two struts can also be connected to one another in another section.
  • the interruption z. B be a hole that passes through the connector body. Even if a weight saving can already be achieved with a locally thinner design, this can be further optimized with one or more interruptions.
  • the “at least one connection point” referred to above, into which, for example, more than two struts etc. run, is the first connection point that is connected to the adjustment ring.
  • the second connection point can be designed with the same features, although e.g. B. run in the embodiment not four, but only two struts in the second connection point.
  • the specific configuration can, for example, also reflect the basic geometric conditions, ie how much space is available at the respective connection point.
  • the invention also relates to a module for a turbine or preferably a compressor, which has an adjustable guide vane, an adjustment ring and an adjustment lever disclosed in the present case.
  • the latter connects the adjusting ring and the guide vane to one another in such a way that when the adjusting ring is offset in the circumferential direction, a torque is transmitted to the guide vane via the adjusting lever and the guide vane is adjusted.
  • a large number, in particular all, of the guide vanes of the guide vane ring are preferably coupled to the adjustment ring, particularly preferably with adjustment levers of the same construction.
  • the adjustment lever is produced in an additive manufacturing process, ie it is constructed additively. This is generally done using a data model of the adjusting lever by corresponding area-wise hardening of a previously shapeless or shapeless material. That is preferred Generative construction uses a powder bed process in which the material in powder form is applied sequentially layer by layer, with each layer being selectively hardened using a predetermined area based on the data model of the adjusting lever. Solidification takes place by melting using a beam source, preferably using a laser source, so the generative build-up is then selective laser melting (SLM).
  • SLM selective laser melting
  • the adjusting lever is preferably produced with a construction direction from the second connection point to the first connection point, which can be advantageous, for example because of the strut(s) adjoining there at an angle, with a view to overhangs etc.
  • the invention also relates to the use of an adjusting lever disclosed in the present case in a turbomachine, in particular in a jet engine.
  • an adjustable guide vane is adjusted with the adjusting lever, ie, for example, with the adjusting lever, an adjustment of the adjusting ring is converted into a rotation of the guide vane, which, for example, changes its angle of attack.
  • FIG 1 shows a turbomachine 1, specifically a turbofan engine, in an axial section.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into a compressor 1a, a combustion chamber 1b, a turbine 1c and a fan 1d.
  • Both the compressor 1a and the turbine 1c are each made up of several stages, each stage is composed of a guide blade ring and a moving blade ring.
  • the rotating blade rings rotate about the longitudinal axis 3 of the turbomachine 1.
  • the intake air is compressed in the compressor 1a and then burned in the downstream combustion chamber 1b with added kerosene.
  • the hot gas is expanded in the turbine 1c and drives the rotor blade rings.
  • An adjusting lever 2 shown below can be arranged, for example, in the compressor section 1a between an adjusting ring 5 and an adjustable guide vane 4 .
  • FIG 2 shows a schematic and mirror-symmetrical representation of the adjusting lever 2 according to the invention.
  • the adjusting lever 2 has a first connection point 6 for connecting to the adjusting ring 5, a second connection point 8 for connecting to the guide vane 4 and a connecting body 7, which is located between the first 6 and second 8 Connection point is arranged.
  • the connection points 6, 8 each extend annularly around a hole, which is not shown in detail here and which accordingly serves as a receptacle for a pin of the guide vane or of the adjusting ring 5.
  • the connecting body 7 is formed with a total of four first struts 11, namely inner first struts 11.1 and outer first struts 11.2, each adjoining the first connection point 6 in a transition region 12. Furthermore, it also has two second struts 21 which each connect to the second connection point 8 in a transition area 12 .
  • the transition regions 12 of the first connection point 6 and second connection point 8 are each offset laterally with respect to a central axis 14 of the connecting body 7, so there is an offset 13 in each case.
  • the outer first struts 11.2 run at a tilting angle 15 of approximately 60° to the central axis 14 in the first connection point 6.
  • the inner first struts too 11.1 run tilted into the first connection point 6 (by approx. 15°), but this is not referenced for the sake of clarity.
  • the connecting body 7 also has a transverse connection 9 which extends over the central axis 14 of the connecting body 7 .
  • the cross-connection 9 is shown schematically here; in the case of the actual component, it can also extend to a certain extent in the direction of the central axis 14, for example approximately up to the section plane A-A shown.
  • the first outer struts 11.2 have a partially convex course in relation to the central axis 14 and merge into the inner first struts 11.1.
  • the reference number 10 references a width of the connection body 7 taken perpendicularly to the central axis 14 , which width reaches a maximum value between the first connection point 6 and the cross connection 9 .
  • the inner first struts 11.1 diverge in the direction of the cross connection 9, each from the central axis 14. In a subsequent section, in which the inner first struts 11.1 connect to the cross connection 9, they converge in the direction of the cross connection 9, each to the Center axis 14.
  • figure 3 shows the connecting body 7 in a sectional view AA perpendicular to the central axis 14.
  • the connecting body 7 shows a spatial interruption 31 between the inner first struts 11.1a and 11.1b.
  • interruptions can also be provided between the inner and outer first struts 11.1, 11.2, overall, a weight-reduced and yet stiff adjusting lever can be realized with the structure described.
  • figure 4 shows a bionic design for a connection point (6, 8).
  • the adjustment lever is usually connected to the vane via such an interface.
  • the interface between vane and lever can be at an angle to each other (saddle shape in 4 with an angle of approx. 45°). At the same time, however, this angle leads to deformation when screwing (or other types of fastening).
  • the pressure from above will Pages "bent open”.
  • a web 32 spans like a bridge between the two sloping legs of the connection point (6, 8) in order to counteract this effect.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellhebel (2) zum Verstellen einer Leitschaufel (4) einer Strömungsmaschine (1), wobei der Verstellhebel (2) eine erste Anschlussstelle (6) zum Verbinden mit einem Verstellring (5), eine zweite Anschlussstelle (8) zum Verbinden mit der Leitschaufel (4) und einen zwischen der ersten und zweiten Anschlussstelle angeordneten Verbindungskörper (7) aufweist, wobei der Verbindungskörper (7) mit mindestens zwei Streben (11, 21) geformt ist, die an mindestens eine der Anschlussstellen (6, 8) anschließen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellhebel zum Verstellen einer Leitschaufel einer Strömungsmaschine.
    • Stand der Technik
  • Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Sowohl der Verdichter als auch die Turbine ist in der Regel aus mehreren Stufen mit jeweils einem Stator (Leitschaufelkranz) und einem Rotor (Laufschaufelkranz) aufgebaut.
  • Leitschaufelkränze mit verstellbaren Leitschaufeln werden in Verdichtern und Turbinen von Strömungsmaschinen benutzt. Die Verstellvorrichtungen für diese Leitschaufeln können verschiedene Kombinationen von Verstellhebeln, Gelenkverbindungen und Verstellringen aufweisen, die zusammenwirken, um jede Leitschaufel um ihre Drehachse zu drehen. Zu diesem Zweck kann ein Kranz verstellbarer Leitschaufeln typischerweise mit einem Verstellring versehen sein, der, wenn er gedreht wird, eine gleichzeitige Drehbewegung einer jeweiligen Leitschaufel über den jeweilig zwischengeschalteten Verstellhebel bewirkt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen vorteilhaften Verstellhebel für eine Strömungsmaschine anzugeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verstellhebel gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Verstellhebel weist Anschlussstellen und dazwischen einen Verbindungskörper auf, der vorliegend mit mindestens zwei Streben gefasst ist. In der Anwendung wird bzw. ist die erste Anschlussstelle mit dem Verstellring und die zweite Anschlussstelle mit der Leitschaufel verbunden. Bei einer Bewegung des Verstellrings in Umfangsrichtung kann über den Verstellhebel ein Drehmoment auf die zweite Anschlussstelle übertragen werden, wodurch die Leitschaufel um einen bestimmten Winkel um ihre Drehachse gedreht wird. Die mindestens zwei Streben des Verbindungskörpers laufen in eine der Anschlussstellen, erhöhen also bspw. die Steifigkeit im Übergang Verbindungskörper-Anschlussstelle, was z. B. hinsichtlich des Drehmoment- bzw. Kraftübertrags von Vorteil sein kann. Indem in Form der Streben gezielt an mechanisch relevanten Stellen eine lokale Materialverstärkung eingebracht wird, lässt sich bspw. in anderen Bereichen des Verstellhebels Material einsparen, kann der Verstellhebel also insgesamt gewichtsoptimiert gebaut werden, was z. B. im Falle des Flugtriebwerks auch einen Beitrag zu einer Treibstoffersparnis liefern kann.
  • Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. auf einen in bestimmter Weise hergestellten Verstellhebel Bezug genommen, ist dies immer auch als Offenbarung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens zu lesen, und umgekehrt.
  • Eine jeweilige Strebe kann z. B. eine Verdickung oder auch eine freitragende Struktur sein; entlang ihrer Mittenlinie hat die jeweilige Strebe ihre langgestreckte Form, ist sie also bspw. größer als in zur Mittenlinie senkrechten Schnittebenen betrachtet (in einer jeweiligen Schnittebene liegt die Mittenlinie jeweils im Flächenschwerpunkt). Die Querschnittsform der Strebe kann in den Schnittebenen betrachtet bspw. rund, etwa näherungsweise elliptisch, aber z. B. auch kreisrund oder freigeformt sein, wobei die Strebe über ihre Längenerstreckung hinweg auch unterschiedliche Querschnittsformen annehmen kann. Die mindestens zwei Streben schließen dann an mindestens eine der Anschlussstellen an, also an entweder die erste oder die zweite Anschlussstelle oder auch an beide Anschlussstellen.
  • Als freitragende Struktur kann die Strebe in den Schnittebenen betrachtet frei vom übrigen Verbindungskörper, also nicht damit verbunden sein. Als Verdickung kann die Strebe hingegen in den Schnittebenen betrachtet damit verbunden sein, also jeweils monolithisch in den übrigen Verbindungskörper übergehen. Ein angrenzender, im Verhältnis zur Verdickung dünnerer Bereich des Verbindungskörpers kann dann bspw. die Strebe (Verdickung) mit einer benachbarten Strebe (Verdickung) verbinden, siehe unten im Detail. Über ihre Längenerstreckung kann eine jeweilige Strebe auch beide Formen annehmen, also in einem Abschnitt freitragend und in einem anderen Abschnitt als Verdickung ausgeführt sein.
  • Wie nachstehend im Einzelnen deutlich wird, kann der Verbindungskörper bevorzugt insgesamt auch mit mehr als zwei Streben geformt sein, bspw. in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 4, 6, 8 bzw. 10 Streben aufweisen. Mögliche Obergrenzen, die von den Untergrenzen unabhängig von Interesse sein können und offenbart sein sollen, können bspw. bei maximal 20, 18, 16 bzw. 14 Streben liegen. Im Allgemeinen ist zwar bspw. auch ein materialabtragendes Herstellungsverfahren denkbar, bevorzugt ist der Verstellhebel jedoch ein generativ gefertigtes Bauteil, auch unabhängig von der Anzahl an Streben.
  • Generell schließen die mindestens zwei Streben jeweils in einem Übergangsbereich an die mindestens eine Anschlussstelle an, dort endet also jeweils die Strebe und beginnt die Anschlussstelle. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Übergangsbereiche der mindestens zwei Streben zu einer Mittenachse des Verbindungskörpers seitlich versetzt, laufen die Streben also nicht mittig, sondern seitlich in die Anschlussstelle, was z. B. hinsichtlich der Drehmoment- bzw. Krafteinleitung von Vorteil sein kann. Die Mittenachse des Verbindungskörpers entspricht typischerweise dessen Längsachse; sie durchsetzt bspw. die erste und zweite Anschlussstelle jeweils mittig (z. B. jeweils in einem Schnittpunkt der Drehachse der jeweiligen Anschlussstelle mit einer Ebene, die in eine dem Verstellring / der Leitschaufel abgewandte Seite der jeweiligen Anschlussstelle gelegt ist). Die Mittenachse kann z. B. auch eine Symmetrieachse sein, um die der Verbindungskörper spiegelsymmetrisch ist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung schließt zusätzlich zu den mindestens zwei Streben eine weitere Strebe an die mindestens eine Anschlussstelle an, vorzugsweise erhöht sich die Anzahl der anschließenden Streben paarweise, also um bspw. zwei oder vier Streben (mögliche Obergrenzen können bspw. bei insgesamt höchstens acht oder auch nur sechs Streben liegen). Besonders bevorzugt können bspw. vier Streben an die mindestens eine Anschlussstelle angeschlossen sein, insbesondere an die erste Anschlussstelle (Verbindung zum Stellring).
  • In bevorzugter Ausgestaltung laufen die mindestens zwei Streben in dem Übergangsbereich in einer Richtung in die Anschlussstelle, welche um den Betrag nach mindestens 10° zur Mittenachse des Verbindungskörpers verkippt ist. Im Detail bezieht sich diese Verkippung auf einen Winkel zwischen der Mittenachse und einer geradlinigen Verlängerung der Mittenlinie der jeweiligen Strebe, also einer Tangente an die Mittenlinie im Übergangsbereich der jeweiligen Strebe. Schließen an die Anschlussstelle mehr als zwei Streben an, können die zur Mittenachse nächstbenachbarten, also die inneren Streben, eine kleinere Verkippung als die äußeren Streben aufweisen, z. B. von 10°-30° im Vergleich zu 40°-80°.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die mindestens zwei Streben bezogen auf die Mittenachse des Verbindungskörpers einen jeweils zumindest abschnittsweise konvexen Verlauf. Die Streben sind also jeweils zumindest in einem Abschnitt ihrer Längenerstreckung von der Mittenachse weg, also nach außen gewölbt, bevorzugt in einander entgegengesetzte Richtungen (die eine Strebe zur einen, und die andere Strebe zur entgegengesetzten Seite). Diese Wölbung kann bspw. wiederum hinsichtlich des Kraft- bzw. Drehmomenteintrags von Vorteil sein.
  • In bevorzugter Ausgestaltung weist der Verbindungskörper eine Querverbindung auf, die sich über seine Mittenachse hinweg erstreckt, wobei die Querverbindung mindesten zwei jeweils zu der Mittenachse seitlich versetzte Streben miteinander verbindet. Die Querverbindung kann zudem auch eine Ausdehnung in einer zur Mittenachse parallelen Richtung haben und zusätzlich eine oder mehrere Streben anbinden, die sich bspw. ihrerseits in Richtung der Mittenachse oder auch über diese hinweg erstreckt bzw. erstrecken. Insgesamt können bspw. vier Streben über die Querverbindung miteinander verbunden sein, wobei mindestens zwei der Streben jeweils zwischen der Querverbindung und der mindestens einen Anschlussstelle (der ersten und/oder zweiten Anschlussstelle) angeordnet sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform erreicht eine Breite des Verbindungskörpers einen maximalen Wert zwischen der mindestens einen Anschlussstelle und der Querverbindung, und zwar einschließlich der Querverbindung (das Maximum kann also auch im Bereich der Querverbindung liegen). Dabei wird die Breite senkrecht zu der Mittenachse des Verbindungskörpers genommen. Bevorzugt kann die mindestens eine Anschlussstelle in diesem Fall die erste Anschlussstelle sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung divergieren die mindestens zwei Streben zumindest in einem Abschnitt an der mindestens einen Anschlussstelle in Richtung der Querverbindung jeweils von der Mittenachse (sie laufen von dieser weg). Bevorzugt sind sie auf unterschiedlichen Seiten der Mittenachse angeordnet, vergrößert sich also der Abstand dieser zwei Streben voneinander in Richtung zu der Querverbindung hin (zumindest in dem Anschnitt an der mindestens einen Anschlussstelle). Schließen an die mindestens eine Anschlussstelle mehr als zwei Streben an (siehe vorne), divergieren bevorzugt jedenfalls die beiden inneren, also der Mittenachse nächstbenachbarten Streben.
  • In bevorzugter Ausgestaltung konvergieren mindestens zwei Streben, die jeweils an die Querverbindung anschließen, zumindest an der Querverbindung bzw. in diese hinein jeweils zur Mittenachse hin (sie laufen auf diese zu). Bei einer bevorzugten Anordnung auf unterschiedlichen Seiten der Mittenachse verkleinert sich also bspw. der Abstand dieser zwei Streben voneinander in Richtung zur Querverbindung hin. Dies kann auch mit der vorstehend geschilderten Divergenz kombiniert sein, die mindestens zwei Streben können also bspw. in einem Abschnitt an der mindestens einen Anschlussstelle divergieren und in einem Abschnitt an/in der Querverbindung konvergieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbindungskörper in einer zur Mittenachse senkrechten Schnittebene betrachtet eine räumliche Unterbrechung zwischen den mindestens zwei Streben auf, sind diese also freitragend ausgeführt (siehe vorne). Diese Unterbrechung erstreckt sich über zumindest einen Abschnitt entlang der Mittenachse, in einem anderen Abschnitt können die mindestens zwei Streben also auch miteinander verbunden sein. Bei Betrachtung des Verstellhebels insgesamt kann die Unterbrechung z. B. ein Loch sein, das den Verbindungskörper durchsetzt. Auch wenn sich bereits mit einer lokal dünneren Gestaltung eine Gewichtsersparnis erreichen lässt, kann dies mit einer oder mehreren Unterbrechungen weiter optimiert werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die vorstehend in Bezug genommene "mindestens eine Anschlussstelle", in die bspw. mehr als zwei Streben laufen etc., die erste Anschlussstelle, die mit dem Verstellring verbunden wird. Die zweite Anschlussstelle kann im Allgemeinen aber mit den gleichen Merkmalen gestaltetet sein, wenngleich z. B. im Ausführungsbeispiel nicht vier, sondern nur zwei Streben in die zweite Anschlussstelle laufen. Die spezifische Ausgestaltung kann bspw. auch die geometrischen Rahmenbedingungen widerspiegeln, also wieviel Raum an der jeweiligen Anschlussstelle zur Verfügung steht.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Modul, für eine Turbine oder vorzugsweise einen Verdichter, das eine verstellbare Leitschaufel, einen Verstellring und einen vorliegend offenbarten Verstellhebel aufweist. Letzterer verbindet den Verstellring und die Leitschaufel derart miteinander, dass mit einem Versatz des Verstellungrings in Umfangsrichtung über den Verstellhebel ein Drehmoment auf die Leitschaufel übertragen und diese verstellt wird. Bevorzugt sind an den Verstellring eine Vielzahl, insbesondere sämtliche Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes gekoppelt, besonders bevorzugt mit baugleichen Verstellhebeln.
  • In bevorzugter Ausgestaltung wird der Verstellhebel in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt, wird er also generativ aufgebaut. Dies erfolgt generell anhand eines Datenmodells des Verstellhebels durch ein entsprechend bereichsweises Verfestigen eines zuvor formlosen oder -neutralen Werkstoffes. Bevorzugt ist das generative Aufbauen ein Pulverbettverfahren, bei dem der Werkstoff in Pulverform sequenziell Schicht für Schicht aufgetragen wird, wobei je Schicht selektiv ein anhand des Datenmodells des Verstellhebels vorbestimmter Bereich verfestigt wird. Die Verfestigung erfolgt durch ein Aufschmelzen mittels einer Strahlquelle, bevorzugt mit einer Laserquelle, das generative Aufbauen ist dann also ein selektives Laserschmelzen (SLM). Bevorzugt wird der Verstellhebel mit einer Aufbaurichtung von der zweiten Anschlussstelle zu der ersten Anschlussstelle hergestellt, was bspw. wegen der dort gewinkelt anschließenden Strebe(n) mit Blick auf Überhänge etc. von Vorteil sein kann.
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines vorliegend offenbarten Verstellhebels in einer Strömungsmaschine, insbesondere in einem Strahltriebwerk. Dabei wird in der Verwendung mit dem Verstellhebel eine verstellbare Leitschaufel verstellt, wird also bspw. mit dem Verstellhebel eine Verstellung des Verstellrings in eine Verdrehung der Leitschaufel umgesetzt, was bspw. deren Anströmwinkel verändert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
  • Im Einzelnen zeigt
    • Figur 1
    eine Strömungsmaschine in einem Axialschnitt;
    Figur 2
    einen erfindungsgemäßen Verstellhebel in schematischer Darstellung;
    Figur 3
    einen erfindungsgemäßen Verstellhebel gemäß Figur 2 im Schnitt A-A.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem Axialschnitt. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b, Turbine 1c und Fan 1d. Sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c sind jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut, jede Stufe setzt sich aus einem Leit- und einem Laufschaufelkranz zusammen. Die Laufschaufelkränze rotieren im Betrieb um die Längsachse 3 der Strömungsmaschine 1. Im Verdichter 1a wird dabei die angesaugte Luft komprimiert, sie wird dann in der nachgelagerten Brennkammer 1b mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das Heißgas wird in der Turbine 1c expandiert und treibt die Laufschaufelkränze an. Ein nachstehend gezeigter Verstellhebel 2 kann bspw. im Verdichterabschnitt 1a zwischen einem Verstellring 5 und einer verstellbaren Leitschaufel 4 angeordnet sein.
  • Figur 2 zeigt eine schematische und spiegelsymmetrische Darstellung des erfindungsgemäßen Verstellhebels 2. Der Verstellhebel 2 weist eine erste Anschlussstelle 6 zum Verbinden mit dem Verstellring 5, eine zweite Anschlussstelle 8 zum Verbinden mit der Leitschaufel 4 und einen Verbindungskörper 7 auf, welcher zwischen der ersten 6 und zweiten 8 Anschlussstelle angeordnet ist. Die Anschlussstellen 6, 8 erstrecken sich jeweils ringförmig um ein hier nicht weiter im Detail gezeigtes Loch, das entsprechend als Aufnahme für einen Zapfen der Leitschaufel bzw. des Verstellrings 5 dient.
  • Der Verbindungskörper 7 ist mit insgesamt vier ersten Streben 11 geformt, nämlich inneren ersten Streben 11.1 und äußeren ersten Streben 11.2, die jeweils in einem Übergangsbereich 12 an die erste Anschlussstelle 6 anschließen. Ferner weist er auch zwei zweite Streben 21 auf, die jeweils in einem Übergangsbereich 12 an die zweite Anschlussstelle 8 anschließen. Die Übergangsbereiche 12 der ersten Anschlussstelle 6 bzw. zweiten Anschlussstelle 8 sind jeweils zu einer Mittenachse 14 des Verbindungskörpers 7 seitlich versetzt, es gibt also jeweils einen Versatz 13.
  • Die äußeren ersten Streben 11.2 laufen unter einem Verkippungswinkel 15 von etwa 60° zur Mittenachse 14 in die erste Anschlussstelle 6. Auch die inneren ersten Streben 11.1 laufen verkippt in die erste Anschlussstelle 6 (um ca. 15°), was aber der Übersichtlichkeit halber nicht referenziert ist.
  • Der Verbindungskörper 7 weist ferner eine Querverbindung 9 auf, welche sich über die Mittenachse 14 des Verbindungskörpers 7 hinweg erstreckt. Die Querverbindung 9 ist vorliegend schematisch gezeigt, beim tatsächlichen Bauteil kann sie auch eine gewisse Erstreckung in Richtung der Mittenachse 14 haben, bspw. in etwa bis zu der eingezeichneten Schnittebene A-A.
  • Die ersten äußeren Streben 11.2 haben bezogen auf die Mittenachse 14 einen teilweise konvexen Verlauf und gehen in die inneren ersten Streben 11.1 über. Das Bezugszeichen 10 referenziert eine senkrecht zu der Mittenachse 14 genommene Breite des Verbindungskörpers 7, welche einen maximalen Wert zwischen der ersten Anschlussstelle 6 und der Querverbindung 9 erreicht. An der ersten Anschlussstelle 6 divergieren die inneren ersten Streben 11.1 in Richtung der Querverbindung 9 jeweils von der Mittenachse 14. In einem anschließenden Abschnitt, in dem die inneren ersten Streben 11.1 an die Querverbindung 9 anschließen, konvergieren sie in Richtung der Querverbindung 9 jeweils zu der Mittenachse 14.
  • Figur 3 zeigt den Verbindungskörper 7 in einer Schnittansicht A-A senkrecht zu der Mittenachse 14. Der Verbindungskörper 7 zeigt eine räumliche Unterbrechung 31 zwischen den inneren ersten Streben 11.1a und 11.1b. Bezogen auf Figur 2 liegt diese zwischen dem Verbindungsbereich 9 und der ersten Anschlussstelle 6. Ferner können bspw. auch zwischen den inneren und den äußeren ersten Streben 11.1,11.2 jeweils Unterbrechungen vorgesehen sein, insgesamt lässt sich mit dem geschilderten Aufbau ein gewichtsreduzierter und dennoch steifer Verstellhebel realisieren.
  • Figur 4 zeigt ein bionisches Design für eine Anschlussstelle (6, 8). Der Verstellhebel ist i.d.R. über ein solches Interface mit der Vane verbunden. Um die Genauigkeit beim Verstellen zu erhöhen, kann das Interface zwischen Vane und Hebel in einem Winkel aufeinander stehen (Sattelform in Fig. 4 mit einem Winkel von ca. 45°). Dieser Winkel führt aber gleichzeitig dazu, dass beim Verschrauben (oder anderen Befestigungsarten) eine Deformation stattfindet. Durch den Druck von oben werden die Seiten "aufgebogen". Bei der dargestellten Ausführungsform spannt sich ein Steg 32 wie eine Brücke zwischen den beiden schrägen Schenkeln der Anschlussstelle (6, 8), um diesem Effekt entgegenzuwirken. BEZUGSZEICHENLISTE
    Strömungsmaschine 1
    Verdichter 1a
    Brennkammer 1b
    Turbine 1c
    Fan 1d
    Verstellhebel 2
    Drehachse 3
    Leitschaufel 4
    Verstellring 5
    Erste Anschlussstelle 6
    Verbindungskörper 7
    Zweite Anschlussstelle 8
    Querverbindung 9
    Breite des Verbindungskörpers 10
    Erste Streben 11
    Innere erste Streben 11.1
    Äußere erste Streben 11.2
    Zweite Streben 21
    Übergangsbereich 12
    Seitlicher Versatz des Übergangsbereichs 13
    Mittenachse 14
    Winkel zwischen Mittenachse und der Zulaufrichtung Strebe 15
    Unterbrechung zwischen zwei Streben 31

Claims (15)

  1. Verstellhebel (2) zum Verstellen einer Leitschaufel (4) einer Strömungsmaschine (1),
    wobei der Verstellhebel (2) eine erste Anschlussstellestelle (6) zum Verbinden mit einem Verstellring (5),
    eine zweite Anschlussstellestelle (8) zum Verbinden mit der Leitschaufel (4) und einen zwischen der ersten (6) und zweiten (8) Anschlussstellestelle angeordneten Verbindungskörper (7) aufweist,
    wobei der Verbindungskörper (7) mit mindestens zwei Streben (11, 21) geformt ist, die an mindestens eine der Anschlussstellen (6, 8) anschließen.
  2. Verstellhebel (2) nach Anspruch 1, bei welchem die mindestens zwei Streben (11, 21) jeweils in einem Übergangsbereich (12) an die mindestens eine Anschlussstelle (6, 8) anschließen, welcher Übergangsbereich (12) zu einer Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) seitlich versetzt ist.
  3. Verstellhebel (2) nach Anspruch 2, bei welchem an die mindestens eine Anschlussstelle (6, 8) mindestens eine weitere Strebe anschließt.
  4. Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die mindestens zwei Streben (11, 21) jeweils in einer Richtung in die mindestens eine Anschlussstelle (6, 8) laufen, welche um den Betrag nach mindestens 10° zu einer Mittenachse (14) des Verbindungskörpers verkippt ist.
  5. Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die mindestens zwei Streben (11, 21) bezogen auf eine Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) einen jeweils zumindest teilweise konvexen Verlauf haben.
  6. Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Verbindungskörper (7) eine Querverbindung (9) aufweist, die sich über eine Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) hinweg erstreckt, welche Querverbindung (9) mindestens zwei jeweils zu einer Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) seitlich versetzte Streben (11, 21) verbindet.
  7. Verstellhebel (2) nach Anspruch 6, bei welchem eine senkrecht zu der Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) genommene Breite (10) des Verbindungskörpers (7) einen maximalen Wert zwischen der mindestens einen Anschlussstelle (6) und einschließlich der Querverbindung (9) erreicht.
  8. Verstellhebel (2) nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die mindestens zwei Streben (11, 21) zumindest in einem Abschnitt an der mindestens einen Anschlussstelle (6) in Richtung der Querverbindung (9) jeweils von der Mittenachse (14) divergieren.
  9. Verstellhebel (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem mindestens zwei Streben (11, 21), die jeweils an die Querverbindung (9) anschließen, zumindest in einem an die Querverbindung (9) anschließenden Abschnitt (30) in Richtung der Querverbindung (9) jeweils zu der Mittenachse (14) konvergieren.
  10. Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Verbindungskörper (7) eine Unterbrechung (31) aufweist, welche die mindestens zwei Streben (11, 21) zumindest abschnittsweise in einer Schnittebene senkrecht zu einer Mittenachse (14) des Verbindungskörpers (7) betrachtet voneinander trennt.
  11. Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Anschlussstelle (6) die erste Anschlussstelle (6) ist.
  12. Verdichter- oder Turbinenmodul mit einer verstellbaren Leitschaufel (4), einem Verstellring (5) und einem Verstellhebel (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der die Leitschaufel (4) mit dem Verstellring (5) verbindet.
  13. Verfahren zum Herstellen eines Verstellhebels (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem Verfahren der Verstellhebel (2) generativ aufgebaut wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Verstellhebel (2) mit einer Aufbaurichtung von der zweiten Anschlussstelle (8) zu der ersten Anschlussstelle (6) hergestellt wird.
  15. Verwendung eines Verstellhebels (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere ein Strahltriebwerk.
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