EP4230846A1 - Hebel zum verstellen einer verstellschaufel - Google Patents

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EP4230846A1
EP4230846A1 EP23152304.4A EP23152304A EP4230846A1 EP 4230846 A1 EP4230846 A1 EP 4230846A1 EP 23152304 A EP23152304 A EP 23152304A EP 4230846 A1 EP4230846 A1 EP 4230846A1
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EP
European Patent Office
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lever
adjustment
strut
connection point
axis
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EP23152304.4A
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Franz-Josef Ertl
Florian Neuberger
David Strunck
Martin Pernleitner
Christian Roth
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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    • F05D2270/50—Control logic embodiments
    • F05D2270/58—Control logic embodiments by mechanical means, e.g. levers, gears or cams

Definitions

  • the present invention relates to a lever for adjusting an adjustable 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 i. i.e. R. made up of several stages, each with a stator (vane ring) and a rotor (blade ring).
  • Blade rings with adjustable blades can be used in the turbine and in particular in the compressor.
  • An adjustment arrangement for adjusting the adjustable vanes can include an adjusting ring which can be rotated a little about the longitudinal axis of the turbomachine, with this rotary offset then being transmitted to the individual adjustable vanes of the vane ring.
  • the adjustment arrangement can also include a coupling rod, which is axially offset in order to generate the rotational offset of the adjustment ring, for example as part of a gear mechanism with which the adjustment vanes of different stages are actuated simultaneously.
  • a lever in question can be arranged between the coupling rod and the adjusting ring, on whose power arm an adjusting connection point is connected to the coupling rod and on whose load arm an adjusting connection point is connected at least indirectly to the adjustable vane.
  • a push rod can be mounted, which transfers the offset of the lever to the adjustment ring (from there, another mechanism can then be coupled to the individual adjustment vanes).
  • the present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous lever for adjusting an adjustable vane of a turbomachine.
  • the adjusting and adjusting connection points are not only connected to the pivot point of the lever via the load arm and the force arm, but a strut is also provided. This connects the adjusting and adjusting connection point directly to one another and extends in an arc around the axis of rotation of the lever. If an offset is transmitted via the lever during operation to adjust the adjustable vanes, e.g. an axial offset of the adjusting device/coupling rod in relation to the longitudinal axis of the turbomachine is converted into a circumferential offset of the push rod/adjusting ring, the lever is rotated a little about its axis of rotation.
  • the arched strut creates stability, the power is not only transmitted via the load and power arm, but also via the arched strut.
  • the arcuate strut pushes or pulls the adjustment connection point, with the strut preferably being loaded essentially only with normal forces. Then only normal forces occur predominantly or exclusively in the strut, a torque or shear force load is at least reduced. If, for comparison, the lever were held without the arched strut and all forces were transmitted via the load and force arm, high forces or moments could occur, for example, in the arms and in particular at the respective transition to the pivot point.
  • the arched strut can prevent this, so that the lever in the overall view, despite the additional strut, with reduced material thicknesses elsewhere and thus in comparison, e.g. B. can be produced more easily. This can also be advantageous in terms of fuel consumption in aircraft engines, for example.
  • the mechanical load can be reduced by the fact that the force is not introduced or transmitted over the shortest possible route. This can, for example, also increase the service life.
  • lever as a whole can also have several curved struts, for example (e.g. a first and a second, cf. also the exemplary embodiment for illustration).
  • the braced design can allow for an overall weight-reduced construction.
  • the lever is made, for example, from a metallic material, e.g. As titanium or an alloy with titanium. Thereby can the lever are generally also produced in a casting process, so it can be a cast part.
  • additive manufacturing AM can also be used, for example in a powder bed process, so the lever can be a generatively manufactured part.
  • the arcuate strut runs tangentially into the adjustment connection point, viewed in the axial direction. If, for example, a push rod is mounted there, this push rod is then preferably tangential to the arcuate strut when viewed axially, which allows good force coupling.
  • the arcuate strut runs tangentially into the control connection point in a preferred embodiment; in general, the tangential coupling can be advantageous, for example with regard to the normal force loading mentioned at the outset.
  • the cross brace is arranged in a central rotational position between the connection points.
  • the load arm and the force arm span a plane, that is to say the first load arm and the first force arm together form a first plane.
  • the first arcuate strut is also preferably located in the first plane, ie it does not run obliquely or at an angle to it.
  • the coupling rod can be actuated, for example, with an actuator, in particular a linear actuator. In doing so, it can extend over several stages, that is to say it can be coupled to the variable vanes of different stages.
  • a lever as described here can be provided for each stage, which converts the offset of the coupling rod into a rotary offset.
  • Several or all of the levers can then preferably be designed according to the invention, i.e. with a curved strut, etc.
  • the arcuate strut(s) in the adjustment arrangement is or are preferably subjected to normal force, which more preferably also applies, for example, to the transverse strut or struts.
  • normal force which more preferably also applies, for example, to the transverse strut or struts.
  • the load arm and the force arm for example, can also be loaded essentially with normal forces, in contrast to a reference case without a curved strut, ie in any case not loaded with larger moments.
  • normal force load predominantly or exclusively normal forces occur, any damage mechanisms are then, for example, driven by normal forces and not by moments.
  • the invention also relates to a turbine or, in particular, a compressor module with such an adjustment arrangement and an adjustable blade, in particular a plurality of adjustable blades combined in a ring.
  • the adjustable vane is preferably a guide vane, i.e. it is or will be arranged in a guide vane ring (stator).
  • the turbomachine 1 shows a turbomachine 1, specifically a turbofan engine, in a longitudinal section.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into a compressor 1a, a combustion chamber 1b and a turbine 1c. Both the compressor 1a and the turbine 1c are each constructed of multiple stages. Each of the stages consists of a ring of guide vanes 5 and a ring of rotor blades 6 .
  • the reference numeral 7 designates the gas duct, ie the compressor gas duct in the case of the compressor 1a or the hot gas duct in the case of the turbine 1c. The sucked-in air is compressed in the compressor gas duct, it is then burned in the combustion chamber 1b with added kerosene. The resulting hot gas flows through the hot gas duct and thereby drives the rotor blade rings 6 of the turbine 1c.
  • FIG. 2 shows an adjustment arrangement 20 provided for this purpose, which has a lever 21, among other things.
  • a load arm 22 of the lever 21 is coupled in an adjustment connection point 32 to the adjustment vanes of the respective stage, specifically via a connecting rod 25 which converts an offset of the lever 21 into a rotary offset of an adjustment ring 26 .
  • the adjusting ring 26 extends around the longitudinal axis of the turbomachine 2 (not shown in detail here) and then transfers the offset to each individual adjusting vane of the respective ring.
  • the offset is transmitted to the lever 21 with a coupling rod 27 which is part of a setting device 28 with an actuator 29 .
  • the coupling rod 27 couples to a power arm 23 of the lever 21, where it is mounted at an adjustment connection point 33.
  • the lever 21 is rotatably mounted about a rotation axis 35 at a pivot point 34 .
  • FIG. 3 shows a lever 21 according to the invention in a top view, namely looking at it axially in relation to the axis of rotation 35 .
  • a first power arm 23.1 with a first adjustment connection point 33.1 and a first load arm 22.1 with a first adjustment connection point 32.1 can also be seen.
  • the push rod is mounted on the latter, not shown here for the sake of clarity.
  • the connection points 32.1, 33.1 are additionally connected to one another via a first strut 41, which extends in an arc around the axis of rotation 35 and runs tangentially into the connection points 32.1, 33.1.
  • the arcuate first strut 41 reduces the torques, essentially only normal forces are introduced or passed on. This is an overall advantage with regard to the level of mechanical stress, which is why the lever 21 can be made lighter, cf. the introduction to the description in detail.
  • FIG. 4 shows the lever 21 in an oblique view, the basis of figure 3 components described are in a first level 61 (level shown in figure 5 ). Axially offset to this there is a second level 62 (cf. also figure 5 ), in which a second load arm 22.2 with a second adjustment connection point 32.2 and a second force arm 23.2 with a second adjustment connection point 33.2 are arranged. There is also a second arcuate strut 42 which connects the second connection points 32.2, 33.2 to one another. The second arched strut 42 is connected to the pivot point 34 via a second cross strut 52 .
  • figure 5 shows the lever 21 in a side view, relative to the axis of rotation 35 looking radially at it.
  • the first and the second arcuate strut 41, 42 as well as the respective plane 61, 62 can be seen.
  • a first and a second connecting strut 71, 72 (not shown in FIG 4 ) which respectively connect the first and second arcuate struts 41, 42 to each other.
  • the connecting struts 71, 72 intersect, axially and also in relation to a rotational position in the middle.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hebel zum Verstellen einer Verstellschaufel einer Strömungsmaschine (1), wobei der Hebel einen Drehpunkt zum drehbaren Lagern des Hebels um eine Drehachse, einen ersten Lastarm mit einer ersten Verstell-Anschlussstelle zum zumindest indirekten Verbinden mit der Verstellschaufel und einen ersten Kraftarm mit einer ersten Stell-Anschlussstelle zum Verbinden mit einer Stelleinrichtung aufweist, wobei der Hebel ferner eine erste Strebe aufweist, welche
- die erste Verstell- und erste Stell-Anschlussstelle miteinander verbindet, und
- sich dabei bogenförmig um die Drehachse erstreckt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hebel zum Verstellen einer Verstellschaufel 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 sind i. d. R. aus mehreren Stufen mit jeweils einem Stator (Leitschaufelkranz) und einem Rotor (Laufschaufelkranz) aufgebaut.
  • Schaufelkränze mit verstellbaren Schaufeln können in der Turbine und insbesondere im Verdichter Anwendung finden. Eine Verstellanordnung zum Verstellen der Verstellschaufeln kann einen Verstellring umfassen, der um die Längsachse der Strömungsmaschine ein Stück weit drehbar ist, wobei dieser Drehversatz dann auf die einzelnen Verstellschaufeln des Schaufelkranzes übertragen wird. Ferner kann die Verstellanordnung auch eine Koppelstange umfassen, die zum Erzeugen des Drehversatzes des Verstellrings axial versetzt wird, bspw. als Teil eines Getriebes, mit dem die Verstellschaufeln unterschiedlicher Stufen simultan betätigt werden.
  • Zwischen der Koppelstange und dem Verstellring kann dabei ein vorliegend in Rede stehender Hebel angeordnet sein, an dessen Kraftarm eine Stell-Anschlussstelle mit der Koppelstange und an dessen Lastarm eine Verstell-Anschlussstelle zumindest indirekt mit der Verstellschaufel verbunden wird. Im Einzelnen kann an der Verstell-Anschlussstelle bspw. eine Schubstange montiert sein, die den Versatz des Hebels auf den Verstellring überträgt (von dort kann dann eine weitere Mechanik auf die einzelnen Verstellschaufeln koppeln).
    • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen vorteilhaften Hebel zum Verstellen einer Verstellschaufel einer Strömungsmaschine anzugeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit dem Hebel nach Anspruch 1 gelöst. Bei diesem sind die Verstell- und die Stell-Anschlussstelle nicht nur über den Last- und den Kraftarm jeweils mit dem Drehpunkt des Hebels verbunden, sondern ist zusätzlich eine Strebe vorgesehen. Diese verbindet die Verstell- und die Stell-Anschlussstelle direkt miteinander und erstreckt sich dabei bogenförmig um die Drehachse des Hebels. Wird im Betrieb zum Verstellen der Verstellschaufeln über den Hebel ein Versatz übertragen, bspw. bezogen auf die Längsachse der Strömungsmaschine ein Axialversatz der Stelleinrichtung / Koppelstange in einen Umlaufversatz der Schubstange / des Verstellrings umgesetzt, wird dabei der Hebel ein Stück weit um seine Drehachse gedreht. Hierbei schafft die bogenförmige Strebe Stabilität, die Kraftübertragung erfolgt nicht nur über Last- und Kraftarm, sondern auch über die bogenförmige Strebe.
  • Bildlich gesprochen drückt bzw. zieht die bogenförmige Strebe die Verstell-Anschlussstelle, wobei die Strebe bevorzugt im Wesentlichen nur normalkraftbelastet wird. Es treten dann also überwiegend oder auch ausschließlich nur Normalkräfte in der Strebe auf, eine Drehmoment- bzw. Scherkraftbelastung wird zumindest reduziert. Wenn der Hebel zum Vergleich ohne die bogenförmige Strebe gefasst wäre und alle Kräfte über Last- und Kraftarm übertragen würden, könnten bspw. in den Armen und insbesondere am jeweiligen Übergang in den Drehpunkt hohe Kräfte bzw. Momente auftreten. Dem kann die bogenförmige Strebe vorbeugen, sodass der Hebel in der Gesamtschau, trotz der zusätzlichen Strebe, mit andernorts reduzierten Materialdicken und damit im Vergleich z. B. leichter hergestellt werden kann. Dies kann etwa bei Flugtriebwerken auch hinsichtlich des Treibstoffverbrauchs von Vorteil sein. Indem die Krafteinleitung bzw. -übertragung nicht auf dem kürzesten Weg erfolgt, lässt sich die mechanische Belastung verringern. Dies kann bspw. auch die Lebensdauer erhöhen.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei 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. Ferner ist sie stets sowohl auf den Hebel als auch eine Verstellanordnung bzw. ein Modul für eine Strömungsmaschine mit einer solchen Verstellanordnung zu lesen.
  • Im Zuge der Beschreibung des Hebels beziehen sich Angaben wie "axial", "radial" und "umlaufend" bzw. "bogenförmig" auf die Drehachse des Hebels, um welche dieser drehbar gelagert wird bzw. ist und im Betrieb zum Verstellen der Verstellschaufeln gedreht wird. Wie nachstehend im Einzelnen deutlich wird, kann der Hebel in mehreren axial versetzten Ebenen aufgebaut sein, wobei die verschiedenen Aufbauebenen durch "erste" und "zweite" unterschieden und auch die einzelnen Merkmale innerhalb einer jeweiligen Ebene entsprechend referenziert werden (erster Lastarm, erster Kraftarm, erste bogenförmige Strebe etc.). Dies betrifft insbesondere die Ansprüche, in der Beschreibung werden die Merkmale auch generisch referenziert (Lastarm, Kraftarm, bogenförmige Strebe etc.).
  • Generell sind "ein" und "eine" im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als unbestimmte Artikel und damit ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als "mindestens ein" und "mindestens eine" zu lesen, kann der Hebel insgesamt also bspw. auch mehrere bogenförmige Streben aufweisen (z. B. eine erste und eine zweite, vgl. auch das Ausführungsbeispiel zur Illustration).
  • Wie vorstehend erwähnt, kann die verstrebte Gestaltung einen insgesamt gewichtsreduzierten Aufbau ermöglichen. Generell wird der Hebel bspw. aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, z. B. Titan bzw. einer Legierung mit Titan. Dabei kann der Hebel im Allgemeinen auch in einem Gussverfahren hergestellt werden, kann es sich also um ein Gussteil handeln. Insbesondere im Falle einer komplexer verstrebten Geometrie kann jedoch auch eine generative Herstellung erfolgen (Additive Manufacturing, AM), etwa in einem Pulverbettverfahren, kann der Hebel also ein generativ gefertigtes Teil sein.
  • Die bogenförmige Strebe erstreckt sich in Umlaufrichtung um die Drehachse des Hebels, bevorzugt in Form eines Kreisbogens. Der Mittelpunktswinkel dieser Bogen- bzw. Kreisbogenform kann dabei z. B. mindestens 15°, 25° bzw. 30° ausmachen (mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 165°, 155° bzw. 145° liegen), wobei diese Details auch vom genauen Einsatzort abhängen können (welche Stufe etc.).
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die bogenförmige Strebe, in axialer Richtung betrachtet, tangential in die Verstell-Anschlussstelle. Ist dort bspw. eine Schubstange montiert, liegt diese Schubstange dann axial betrachtet bevorzugt tangential zur bogenförmigen Strebe, was eine gute Kraftkopplung erlaubt. Alternativ oder bevorzugt zusätzlich läuft die bogenförmige Strebe in bevorzugter Ausgestaltung tangential in die Stell-Anschlussstelle, generell kann die tangentiale Einkopplung bspw. hinsichtlich der eingangs erwähnten Normalkraftbelastung von Vorteil sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hebel zusätzlich eine Querstrebe auf, die den Drehpunkt mit der bogenförmigen Strebe verbindet. Die Querstrebe kann im Allgemeinen auch schräg in die bogenförmige Strebe laufen, also unter einem Winkel kleiner 90° zu einer an die bogenförmige Strebe gelegten Tangente. Bevorzugt läuft sie jedoch parallel zur Radialrichtung in die bogenförmige Strebe, steht sie also senkrecht auf besagter Tangente. Auch die Querstrebe ist im Betrieb bevorzugt normalkraftbelastet, muss also jedenfalls keine wesentlichen Momente aufnehmen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die Querstrebe auf einer mittigen Drehposition zwischen den Anschlussstellen angeordnet. Generell kann es auch mehrere Querstreben geben, auch innerhalb derselben Ebene, besonders bevorzugt gibt es jedoch genau eine Querstrebe je Ebene, die weiter bevorzugt mittig angeordnet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform spannen der Last- und der Kraftarm eine Ebene auf, also der erste Lastarm und der erste Kraftarm miteinander eine erste Ebene. Bevorzugt liegt auch die erste bogenförmige Strebe in der ersten Ebene, verläuft sie also nicht schräg oder verkippt dazu.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hebel einen zweiten Lastarm auf, der zum ersten Lastarm axial versetzt ist, und weist er ferner einen zweiten Kraftarm auf, der zum ersten Kraftarm axial versetzt ist. Bevorzugt können die Last- und die Kraftarme zueinander entlang der Drehachse jeweils translationssymmetrisch angeordnet sein. Vorzugsweise weist der Hebel ferner eine zweite bogenförmige Strebe auf, die eine zweite Verstell-Anschlussstelle des zweiten Lastarms mit einer zweiten Stell-Anschlussstelle des zweiten Kraftarms verbindet (und bevorzugt translationssymmetrisch zur ersten bogenförmigen Strebe ist).
  • In bevorzugter Ausgestaltung spannen auch der zweite Last- und Kraftarm miteinander eine (zweite) Ebene auf, in welcher bevorzugt auch die zweite bogenförmige Strebe liegt. Die erste und zweite Ebene sind axial versetzt, vorzugsweise liegen sie parallel zueinander und dabei weiter bevorzugt jeweils senkrecht zur Drehachse.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist eine Verbindungsstrebe vorgesehen, welche die bogenförmigen Streben der ersten und zweiten Ebene miteinander verbindet. Die Verbindungsstrebe kann z. B. jeweils schräg in die bogenförmigen Strebe laufen, also unter einem Winkel kleiner 90° zur jeweiligen Ebene. Bevorzugt sind eine erste und eine zweite Verbindungsstrebe vorgesehen, die sich kreuzen, z. B. axial mittig zwischen den bogenförmigen Streben und/oder auf einer mittigen Drehposition.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Verstellanordnung, die zusätzlich zu dem Hebel eine Stelleinrichtung mit einer Koppelstange aufweist, die an der Stell-Anschlussstelle bzw. den Stell-Anschlussstellen montiert ist. Über die Koppelstange wird bspw. ein, bezogen auf die Längsachse der Strömungsmaschine, axialer Versatz übertragen, infolgedessen wird der Hebel um seine Drehachse verdreht. Dieser Drehversatz wird über eine an der Verstell-Anschlussstelle montierte Schubstange zur Verstellschaufel übertragen, bspw. über einen zwischengeschalteten Verstellring.
  • Die Koppelstange kann bspw. mit einem Aktuator betätigt werden, insbesondere einem Linearaktuator. Dabei kann sie sich über mehrere Stufen hinweg erstrecken, also an die Verstellschaufeln unterschiedlicher Stufen koppeln. Dabei kann je Stufe ein vorliegend beschriebener Hebel vorgesehen sein, der den Versatz der Koppelstange in einen Drehversatz umsetzt. Bevorzugt können dann mehrere oder sämtliche Hebel erfindungsgemäß ausgestaltet sein, also mit bogenförmiger Strebe etc.
  • Wie vorstehend diskutiert, ist bzw. sind die bogenförmige(n) Strebe(n) in der Verstellanordnung bevorzugt normalkraftbelastet, was weiter bevorzugt bspw. auch für die Querstrebe bzw. -streben gilt. Infolge der Verstrebung können bspw. auch der Last- und der Kraftarm, anders als in einem Referenzfall ohne bogenförmige Strebe, im Wesentlichen normalkraftbelastet sein, also jedenfalls nicht mit größeren Momenten belastet. Infolge der "Normalkraftbelastung" treten überwiegend oder auch ausschließlich Normalkräfte auf, etwaige Schädigungsmechanismen sind dann bspw. normalkraftgetrieben, nicht durch Momente.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Turbinen- oder insbesondere Verdichtermodul mit einer solchen Verstellanordnung und einer Verstellschaufel, insbesondere mehreren in einem Kranz zusammengefassten Verstellschaufeln. Generell handelt es sich bei der Verstellschaufel bevorzugt um eine Leitschaufel, ist bzw. wird diese also in einem Leitschaufelkranz (Stator) angeordnet.
  • Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines vorliegend offenbarten Hebels für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Strahltriebwerk. Dabei wird der Hebel im Betrieb um seine Drehachse verdreht und wird bzw. werden infolgedessen Verstellschaufeln versetzt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels 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
    eine Verstellanordnung zum Verstellen von Verstellschaufeln in einer Übersichtsdarstellung;
    Figur 3
    einen erfindungsgemäßen Hebel für die Verstellanordnung gemäß Figur 2 in einer Aufsicht;
    Figur 4
    den Hebel gemäß Figur 3 in einer Schrägansicht;
    Figur 5
    den Hebel gemäß den Figuren 3 und 4 in einer Seitenansicht.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem Längsschnitt. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c sind jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut. Jede der Stufen setzt sich aus einem Leitschaufelkranz 5 und einem Laufschaufelkranz 6 zusammen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet den Gaskanal, also den Verdichtergaskanal im Falle des Verdichters 1a bzw. den Heißgaskanal im Falle der Turbine 1c. Im Verdichtergaskanal wird die angesaugte Luft komprimiert, sie wird dann in der Brennkammer 1b mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas durchströmt den Heißgaskanal und treibt dabei die Laufschaufelkränze 6 der Turbine 1c an.
  • Im vorliegenden Beispiel sind mehrere Leitschaufelkränze 5 des Verdichters 1a mit Verstellschaufeln 10 ausgestattet, diese lassen sich zur Anpassung des Anströmwinkels verstellen.
  • Fig. 2 zeigt eine zu diesem Zweck vorgesehene Verstellanordnung 20, die u.a. einen Hebel 21 aufweist. Ein Lastarm 22 des Hebels 21 ist in einer Verstell-Anschlussstelle 32 an die Verstellschaufeln der jeweiligen Stufe gekoppelt, und zwar über eine Schubstange 25, die einen Versatz des Hebels 21 in einen Drehversatz eines Verstellrings 26 umsetzt. Der Verstellring 26 erstreckt sich umlaufend um die Längsachse der Strömungsmaschine 2 (hier nicht im Einzelnen dargestellt) und überträgt den Versatz dann auf jede einzelne Verstellschaufel des jeweiligen Kranzes.
  • Auf den Hebel 21 wird der Versatz mit einer Koppelstange 27 übertragen, die Teil einer Stelleinrichtung 28 mit einem Aktuator 29 ist. Die Koppelstange 27 koppelt an einen Kraftarm 23 des Hebels 21, sie ist dort an einer Stell-Anschlussstelle 33 montiert. An einem Drehpunkt 34 ist der Hebel 21 um eine Drehachse 35 drehbar gelagert.
  • Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Hebel 21 in einer Aufsicht, nämlich bezogen auf die Drehachse 35 axial darauf blickend. Zu erkennen sind ferner ein erster Kraftarm 23.1 mit einer ersten Stell-Anschlussstelle 33.1 sowie ein erster Lastarm 22.1 mit einer ersten Verstell-Anschlussstelle 32.1. An Letzterer wird die Schubstange montiert, hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Anschlussstellen 32.1, 33.1 sind dabei zusätzlich über eine erste Strebe 41 miteinander verbunden, die sich bogenförmig um die Drehachse 35 erstreckt und tangential in die Anschlussstellen 32.1, 33.1 läuft. Die bogenförmige erste Strebe 41 reduziert die Drehmomente, es werden im Wesentlichen nur Normalkräfte ein- bzw. weitergeleitet. Dies ist hinsichtlich des mechanischen Spannungsniveaus insgesamt von Vorteil, weswegen der Hebel 21 gewichtsreduziert ausgeführt werden kann, vgl. die Beschreibungseinleitung im Detail.
  • In der Aufsicht ist ferner eine erste Querstrebe 51 zu erkennen, die den Drehpunkt 34 mit der ersten bogenförmigen Strebe 41 verbindet und dabei radial liegt. Die erste Querstrebe 51 stützt die erste bogenförmige Strebe 41 gewissermaßen ab, wobei sie ebenfalls im Wesentlichen nur normalkraftbelastet ist.
  • Fig. 4 zeigt den Hebel 21 in einer Schrägansicht, wobei die anhand von Figur 3 beschriebenen Bestandteile in einer ersten Ebene 61 liegen (Ebene gezeigt in Figur 5). Axial versetzt dazu gibt es eine zweite Ebene 62 (vgl. ebenfalls Figur 5), in der ein zweiter Lastarm 22.2 mit einer zweiten Verstell-Anschlussstelle 32.2 und ein zweiter Kraftarm 23.2 mit einer zweiten Stell-Anschlussstelle 33.2 angeordnet sind. Ferner gibt es eine zweite bogenförmige Strebe 42, welche die zweiten Anschlussstellen 32.2, 33.2 miteinander verbindet. Die zweite bogenförmige Strebe 42 ist dabei über eine zweite Querstrebe 52 mit dem Drehpunkt 34 verbunden.
  • Fig. 5 zeigt den Hebel 21 in einer Seitenansicht, bezogen auf die Drehachse 35 radial darauf blickend. Zu erkennen sind die erste und die zweite bogenförmige Strebe 41, 42, sowie die jeweilige Ebene 61, 62. Zu erkennen sind ferner eine erste und eine zweite Verbindungsstrebe 71, 72 (der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt in Fig. 4), welche jeweils die erste und zweite bogenförmige Strebe 41, 42 miteinander verbinden. Die Verbindungsstreben 71, 72 kreuzen sich, axial und auch bezogen auf eine Drehposition mittig. BEZUGSZEICHENLISTE
    Strömungsmaschine (Mantelstromtriebwerk) 1
    Verdichter 1a
    Brennkammer 1b
    Turbine 1c
    Längsachse der Strömungsmaschine 2
    Leitschaufelkranz 5
    Laufschaufelkranz 6
    Gaskanal 7
    Verstellschaufeln 10
    Verstellanordnung 20
    Hebel 21
    Lastarm 22
    Erster Lastarm 22.1
    Zweiter Lastarm 22.2
    Kraftarm 23
    Erster Kraftarm 23.1
    Zweiter Kraftarm 23.2
    Schubstange 25
    Verstellring 26
    Koppelstange 27
    Stelleinrichtung 28
    Aktuator 29
    Verstell-Anschlussstelle 32
    Erste Verstell-Anschlussstelle 32.1
    Zweite Verstell-Anschlussstelle 32.2
    Stell-Anschlussstelle 33
    Erste Stell-Anschlussstelle 33.1
    Zweite Stell-Anschlussstelle 33.2
    Drehpunkt 34
    Drehachse 35
    Erste bogenförmige Strebe 41
    Zweite bogenförmige Strebe 42
    Erste Querstrebe 51
    Zweite Querstrebe 52
    Ersten Ebene 61
    Zweite Ebene 62
    Erste Verbindungsstrebe 71
    Zweite Verbindungsstrebe 72

Claims (15)

  1. Hebel (21) zum Verstellen einer Verstellschaufel (10) einer Strömungsmaschine (1),
    wobei der Hebel (21) einen Drehpunkt (34) zum drehbaren Lagern des Hebels (21) um eine Drehachse (35),
    einen ersten Lastarm (22.1) mit einer ersten Verstell-Anschlussstelle (32. 1) zum zumindest indirekten Verbinden mit der Verstellschaufel (10) und einen ersten Kraftarm (23.1) mit einer ersten Stell-Anschlussstelle (33.1) zum Verbinden mit einer Stelleinrichtung (28) aufweist,
    wobei der Hebel (21) ferner eine erste Strebe (41) aufweist, welche
    - die erste Verstell- und die erste Stell-Anschlussstelle (32.1, 33.1) miteinander verbindet, und
    - sich dabei bogenförmig um die Drehachse (35) erstreckt.
  2. Hebel (21) nach Anspruch 1, bei welchem die erste bogenförmige Strebe (41), in bezogen auf die Drehachse (35) axialer Richtung betrachtet, tangential in die erste Verstell-Anschlussstelle (32.1) läuft.
  3. Hebel (21) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die erste bogenförmige Strebe (41), in bezogen auf die Drehachse (35) axialer Richtung betrachtet, tangential in die erste Stell-Anschlussstelle (33.1) läuft.
  4. Hebel (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher zusätzlich eine erste Querstrebe (51) aufweist, die den Drehpunkt (34) und die erste bogenförmige Strebe (41) miteinander verbindet.
  5. Hebel (21) nach Anspruch 4, bei welchem die erste Querstrebe (51) bezogen auf die Drehachse (35) radial in die erste bogenförmige Strebe (41) läuft.
  6. Hebel (21) nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die erste Querstrebe (51) auf einer bezogen auf die Drehachse (35) mittigen Drehposition zwischen der ersten Verstell- und der ersten Stell-Anschlussstelle (32.1, 33.1) liegt.
  7. Hebel (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der erste Lastarm (22.1) und der erste Kraftarm (23.1) in einer ersten Ebene (61) liegen.
  8. Hebel (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher zusätzlich einen zweiten Lastarm (22.2) mit einer zweiten Verstell-Anschlussstelle (32.2) zum zumindest indirekten Verbinden mit der Verstellschaufel (10), einen zweiten Kraftarm (23.2) mit einer zweiten Stell-Anschlussstelle (33.2) zum Verbinden mit der Stelleinrichtung (28),
    sowie eine zweite sich bogenförmig um die Drehachse (35) erstreckende Strebe (42) aufweist, welche die zweite Verstell- und zweite Stell-Anschlussstelle (32.2, 33.2) miteinander verbindet.
  9. Hebel (21) nach den Ansprüchen 7 und 8, bei welchem der zweite Lastarm (22.2) und der zweite Kraftarm (23.2) in einer zweiten Ebene (62) liegen, die bezogen auf die Drehachse (35) axial versetzt und parallel zu der ersten Ebene (61) liegt.
  10. Hebel (21) nach Anspruch 8 oder 9, welcher zusätzlich eine erste Verbindungsstrebe (71) aufweist, welche die erste und die zweite bogenförmige Strebe (41, 42) miteinander verbindet.
  11. Hebel (21) nach Anspruch 10, bei welchem zusätzlich eine zweite Verbindungsstrebe (72) aufweist, welche die erste und die zweite bogenförmige Strebe (41, 42) miteinander verbindet und die erste Verbindungsstrebe (71) kreuzt.
  12. Verstellanordnung (20) zum Verstellen einer Verstellschaufel (10) einer Strömungsmaschine (1), mit
    einem Hebel (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    einer Schubstange (25), die an der ersten Verstell-Anschlussstelle (32.1) montiert ist, und
    einer Koppelstange (27), die an der ersten Stell-Anschlussstelle (33.1) montiert ist,
    wobei ein Versatz der Koppelstange (27) über den Hebel in einen Versatz der Schubstange (25) und der Versatz der Schubstange (25) in ein Verstellen der Verstellschaufel (10) umgesetzt wird.
  13. Verstellanordnung (20) nach Anspruch 12, bei welcher die erste bogenförmige Strebe (41) ausschließlich normalkraftbelastet ist.
  14. Verdichter- oder Turbinenmodul mit einer Verstellanordnung (20) nach Anspruch 12 oder 13 und einer verstellbaren Verstellschaufel (10).
  15. Verwendung eines Hebels (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere ein Strahltriebwerk.
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