EP4613970A1

EP4613970A1 - Spannverbundbaugruppe

Info

Publication number: EP4613970A1
Application number: EP25157436.4A
Authority: EP
Inventors: Hermann Nachtigall
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2024-02-22
Filing date: 2025-02-12
Publication date: 2025-09-10
Also published as: DE102024105064A1; US12553347B2; US20250270934A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannverbundbaugruppe, wobei der Spannverbund ein erstes Bauteil (10) mit einem ersten Flansch (11) mit ersten radialen Stegen (12) und ersten Aussparungen (13) zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten ersten Stegen; ein zweites Bauteil (20) mit einem zweiten Flansch (21) mit zweiten radialen Stegen (22) und zweiten Aussparungen (23) zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stegen; und ein drittes Bauteil mit einem dritten Flansch; aufweist; das erste und zweite Bauteil derart ausgebildet sind, dass in einer Montageausgangsstellung das erste und zweite Bauteil eine erste Winkellage relativ zueinander um eine Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds aufweisen und durch eine Axialverschiebung des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zu dieser Achse die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchführbar sind; bei montierter Spannverbundbaugruppe das erste und zweite Bauteil eine zweite Winkellage relativ zueinander um die Achse des Spannverbunds aufweisen, in der die zweiten Stege die ersten Stege in Umfangsrichtung wenigstens teilweise überdecken; und die zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch angeordnet und durch eine Zugankereinrichtung (100) des Rotors verspannt sind. Die Erfindung betrifft auch eine Gasturbinenbaugruppe und Verfahren zur (De)Montage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine(n) Spannverbund(baugruppe), insbesondere einen Spannverbund-Rotor und/oder für eine Gasturbine, sowie eine Gasturbinenbaugruppe, insbesondere Turbinen- oder Verdichterbaugruppe und/oder eines Flugtriebwerks, mit der Spannverbundbaugruppe, insbesondere dem Spannverbund-Rotor, und ein Verfahren zur Montage bzw. Demontage der Spannverbundbaugruppe bzw. des Spannverbund-Rotors.
Insbesondere Rotoren können in Form eines Spannverbunds bzw. in Zuganker-Konstruktion ausgeführt werden. Dabei werden (Rotor-)Bauteile hintereinander mit einem oder mehreren Zugankern axial verspannt. Durch die axiale Presskraft des bzw. der Zuganker(s) bilden die Bauteile einer solchen Spannverbundbaugruppe, insbesondere eines Spannverbund-Rotors, geometrisch und kraftflusstechnisch eine geschlossene Einheit, Drehmomente werden über Reibschluss übertragen.
Aufgrund der - oft hohen - axialen Kräfte ist eine Konstruktion günstig, die einen angepassten Kraftfluss in den Bauteilen bewirkt und günstige Schnittstellen aufweist, vorteilhafterweise werden steile Konen und/oder radiale Sprünge zwischen den Bauteilen vermieden bzw. Konuswinkel bzw. radiale Sprünge reduziert. Dies konkurriert mit axial und/oder radial begrenztem Bauraum, so dass es zum Teil nicht möglich ist, einen dem Zuganker-Prinzip angepassten Kraftfluss im Design zu erreichen.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannverbundbaugruppe bzw. deren Montage und/oder Demontage zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Spannverbundbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bzw. 14 gelöst. Anspruch 11 stellt eine Gasturbinenbaugruppe mit einer hier beschriebenen Spannverbundbaugruppe unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Spannverbundbaugruppe, in einer besonders bevorzugten Weiterbildung ein Spannverbund-Rotor, ein Bauteil mit einem Flansch mit, vorzugsweise wenigstens vier, insbesondere wenigstens 10, radialen Stegen und Aussparungen zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten Stegen auf, das/der/die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erstes Bauteil bzw. erster Flansch bzw. erste Stege bzw. Aussparungen bezeichnet wird/werden, wobei das erste Bauteil seinerseits aus einem oder mehreren Einzelteilen bestehen kann.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Spannverbundbaugruppe ein weiteres Bauteil mit einem Flansch mit, vorzugsweise wenigstens vier, insbesondere wenigstens 10, radialen Stegen und Aussparungen zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten Stegen auf, das/der/die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als zweites Bauteil bzw. zweiter Flansch bzw. zweite Stege bzw. Aussparungen bezeichnet wird/werden, wobei das zweite Bauteil seinerseits aus einem oder mehreren Einzelteilen bestehen kann.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Spannverbundbaugruppe ein weiteres Bauteil mit einem Flansch auf, das/der vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als drittes Bauteil bzw. dritter Flansch bezeichnet wird, wobei das dritte Bauteil seinerseits aus einem oder mehreren Einzelteilen bestehen kann.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind das erste und zweite Bauteil derart ausgebildet, dass in einer Montageausgangsstellung das erste und zweite Bauteil eine erste Winkellage relativ zueinander um eine Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, in einer Weiterbildung eine Drehachse des Rotors, aufweisen und durch eine Axialverschiebung des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zu dieser Achse, insbesondere also eine Axialverschiebung des ersten Bauteils relativ zu dem feststehenden zweiten Bauteil oder des zweiten Bauteils relativ zu dem feststehenden ersten Bauteil oder einer Axialverschiebung sowohl des ersten als auch des zweiten Bauteils, die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und, vorzugsweise dabei bzw. wenigstens zum Teil gleichzeitig, die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchführbar sind.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen bei montierter Spannverbundbaugruppe das erste und zweite Bauteil eine (gegenüber der ersten Winkellage, vorzugsweise um wenigstens 1°, besonders bevorzug wenigstens 2°, und/oder höchstens 30°, besonders bevorzug höchstens 15°, und/oder um wenigstens 90°/(Maximum der Anzahl der gleichmäßig über den Umfang verteilten Stege) und/oder um höchstens 180°/(Maximum der Anzahl der gleichmäßig über den Umfang verteilten Stege) verdrehte) zweite Winkellage relativ zueinander um die Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, in einer Weiterbildung Drehachse des Rotors, auf, in der die zweiten Stege die ersten Stege in Umfangsrichtung hintergreifen bzw. ganz oder teilweise überdecken, und die zweiten Stege sind in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch angeordnet und durch eine Zugankereinrichtung des Rotors (axial, vorzugsweise gegeneinander) verspannt, in einer Weiterbildung sind die ersten Stege, zweiten Stege und der dritte Flansch in dieser Reihenfolge in Axialrichtung mittels der Zugankereinrichtung gegeneinander gepresst, kontaktieren einander vorzugsweise unter entsprechender Anpresskraft.
In einer Ausführung lässt sich dadurch die Baulänge vorteilhaft reduzieren, indem das erste Bauteil, in einer Weiterbildung eine Schaufelstufe einer Gasturbine, über seinen ersten Flansch mitgeklemmt wird und der Reibschluss weiterhin mittels der Zugankerkraft erfolgt, sodass in einer Ausführung keine zusätzliche lokale Verschraubung notwendig ist.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bilden der erste und zweite Flansch bzw. deren erste bzw. zweite Stege bzw. Aussparungen eine Bajonett-Geometrie bzw. Bajonett-Kinematik bzw. Bajonett-Konstruktion.
Dies ermöglicht bzw. vereinfacht insbesondere auch eine Montage, wenn in einer Ausführung ein maximaler Außendurchmesser des ersten Flanschs größer als ein minimaler Innendurchmesser einer Einschnürung, in einer Ausführung eines, in einer Weiterbildung maximal, radial nach innen ragenden Abschnitts, insbesondere (radialen) Vorsprungs, des zweiten Bauteils ist und der erste Flansch in Axialrichtung (bei montierter Spannverbundbaugruppe bzw. Montage der Spannverbundbaugruppe) von der Einschnürung beabstandet zwischen der Einschnürung und dem zweiten Flansch angeordnet ist bzw. wird: das erste Bauteil bzw. dessen erster Flansch kann dadurch in der ersten Winkellage von der einschnürungsabgewandten Seite her eingeführt und nach diesem Einführen in die zweite Winkellage verdreht und dann durch die Zugankereinrichtung gegen den zweiten Flansch verspannt werden.
Eine hier genannte axiale bzw. Axialrichtung ist in einer Ausführung parallel zu einer bzw. der Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, insbesondere Drehachse des Rotors, wobei diese Achse in einer Ausführung parallel zu einer (Haupt)Spannrichtung der Zugankereinrichtung ist. Eine hier genannte Umfangsrichtung ist in einer Ausführung eine Umfangs- bzw. Rotationsrichtung um diese Montage- bzw. Längs- bzw. Drehachse, eine hier genannte radiale bzw. Radialrichtung in einer Ausführung senkrecht zur Achse und Umfangsrichtung, vorzugsweise von der Achse wegweisend bzw. ausgehend. Entsprechend ist in einer Ausführung die Montageachse eine bzw. diejenige Achse, längs der die Stege des ersten und zweiten Flanschs in Bajonett-Kinematik hindurchführbar und um die sie anschließend in Bajonett-Kinematik verdrehbar sind bzw. längs der sie hindurchgeführt und um die sie anschließend verdreht werden.
In einer Ausführung weist die Zugankereinrichtung einen oder mehrere, vorzugsweise rohrartige(n), Zuganker auf. Zusätzlich oder alternativ durchgreift die Zugankereinrichtung in einer Ausführung den ersten Flansch, vorzugsweise das erste Bauteil, und/oder den zweiten Flansch, vorzugsweise das zweite Bauteil, und/oder den dritten Flansch, vorzugsweise das dritte Bauteil, in Axialrichtung. Zusätzlich oder alternativ stützt die Zugankereinrichtung sich in einer Ausführung in Axialrichtung direkt oder indirekt auf einer der dem dritten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils und/oder auf einer der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des dritten Bauteils ab. Dadurch kann jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche und/oder kraftflussgünstige, Konstruktion realisiert werden.
In einer Ausführung sind die ersten Aussparungen Durchgangsöffnungen (in Axialrichtung) und/oder radial (nach) außen (hin) offen. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung die zweiten Aussparungen Durchgangsöffnungen (in Axialrichtung) und/oder radial (nach) innen (hin) offen. Zusätzlich oder alternativ übergreift das zweite Bauteil in einer Ausführung die ersten Stege in Axialrichtung, vorzugsweise radial außen. Dadurch kann jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche und/oder kraftflussgünstige, Konstruktion realisiert werden.
In einer Ausführung weist die Spannverbundbaugruppe axiale Stege auf, die (bei montierter Spannverbundbaugruppe bzw. Montage der Spannverbundbaugruppe) in die ersten und/oder zweiten Aussparungen eingreifen, vorzugsweise die ersten und/oder zweiten Aussparungen durchgreifen. Dadurch kann eine vorteilhafte Verdrehsicherung realisiert werden.
In einer Weiterbildung sind zwei oder mehr dieser axialen Stege miteinander verbunden oder integral ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Weiterbildung zwei oder mehr der axialen Stege an dem dritten Bauteil angeordnet, in einer Ausführung mit diesem verbunden oder integral ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Weiterbildung zwei oder mehr der axialen Stege an einem zusätzlichen Bauteil, in einer Ausführung einem separaten Ring, angeordnet, in einer Ausführung mit diesem verbunden oder integral ausgebildet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche und/oder kraftflussgünstige, Verdrehsicherung realisiert werden.
In einer alternativen Ausführungsform können die axialen Stege am dritten Bauteil auch als separate Bauteile ausgeführt werden (anstatt integral). Zu diesem Zweck können Bohrungen an der Stelle des axialen Steges in das dritte Bauteil eingebracht werden. In diesem Fall können besonders ausgeformten Stehbolzen (vorschraubt an der Flansch abgewandenten Seite) durch die Bohrung hindurch montiert die Verdrehsicherung darstellen.
In einer Ausführung weist die Spannverbundbaugruppe eine spielfreie radiale Passung zwischen dem zweiten Flansch, vorzugsweise dessen zweiten Stegen, und dem ersten Bauteil auf. In einer Weiterbildung weist hierzu das erste Bauteil eine oder mehrere entsprechende Pass- bzw. Kontaktfläche(n) auf, an der bzw. denen der zweite Flansch, vorzugsweise dessen zweite Stege, unter Bildung einer spielfreien radialen Passung bzw. (jeweils) eines Passsitzes anliegen. In einer Ausführung ragen die ersten Aussparungen radial über diese Pass- bzw. Kontaktfläche(n) hinaus, so dass das Durchführen der zweiten Stege erleichtert und die spielfreie radiale Passung erst durch das Verdrehen von der ersten in die zweite Winkellage gebildet wird.
Zusätzlich oder besonders vorteilhaft (zur Vermeidung von Doppelpassungen) alternativ weist die Spannverbundbaugruppe eine spielfreie radiale Passung zwischen dem ersten Flansch, vorzugsweise dessen ersten Stegen, und dem zweiten Bauteil auf. In einer Weiterbildung weist hierzu das zweite Bauteil eine oder mehrere entsprechende Pass- bzw. Kontaktfläche(n) auf, an der bzw. denen der erste Flansch, vorzugsweise dessen erste Stege, unter Bildung einer spielfreien radialen Passung bzw. (jeweils) eines Passsitzes anliegen. In einer Ausführung ragen die zweiten Aussparungen radial über diese Pass- bzw. Kontaktfläche(n) hinaus, so dass das Durchführen der ersten Stege erleichtert und die spielfreie radiale Passung erst durch das Verdrehen von der ersten in die zweite Winkellage gebildet wird.
Durch eine spielfreie radiale Passung zwischen einem Flansch des einen von dem ersten und zweiten Bauteil und dem anderen von dem ersten und zweiten Bauteil kann eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche und/oder kraftflussgünstige, Konstruktion realisiert werden.
Die Passsitze müssen nicht freigeschnitten werden, so dass die Aussparungen radial über die Pass- bzw. Kontaktfläche(n) hinausragen. Insbesondere kann das erste Bauteil auch eine zylindrische und/oder ringartige Passfläche aufweisen, mit der der zweite Flansch, vorzugsweise dessen zweite Stege, eine spielfreie radiale Passung bzw. (jeweils) einen Passsitz bilden und/oder das zweite Bauteil auch eine zylindrische und/oder ringartige Passfläche aufweisen, mit der der erste Flansch, vorzugsweise dessen erste Stege, eine spielfreie radiale Passung bzw. (jeweils) einen Passsitz bilden. Insbesondere hierfür kann es vorteilhaft sein, diese Bauteile zur Montage entsprechend zu temperieren, um so einen Montagespalt zum Hindurchführen der Stege durch die Aussparungen zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.
In einer Ausführung weist die Spannverbundbaugruppe ein viertes Bauteil mit einem vierten radialen Flansch auf, der in Axialrichtung auf einer dem ersten und/oder zweiten Flansch abgewandten Seite des dritten Flanschs angeordnet ist bzw. wird, wobei die ersten Stege, zweiten Stege, der dritte Flansch und der vierte Flansch durch die Zugankereinrichtung verspannt sind bzw. werden. Hierdurch können vorteilhaft längere und/oder komplexere Spannverbundbaugruppen, insbesondere Spannverbund-Rotoren mit mehreren Scheiben, vorzugsweise Laufschaufel-Scheiben, besonders montage- und/oder fertigungsfreundlich realisiert werden.
In einer Ausführung sichert das dritte Bauteil das zweite Bauteil bei montierter Spannverbundbaugruppe radial formschlüssig, in einer Weiterbildung ist an dem dritten Flansch wenigstens ein äußerer axialer Vorsprung angeordnet, der den zweiten Flansch radial außen umfasst. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche, Konstruktion realisiert werden.
In einer Ausführung ist das erste Bauteil ein endseitig angeordnetes bzw. Endbauteil und/oder ein Konus. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung das zweite Bauteil eine Rotorscheibe und/oder zum Tragen von Laufschaufeln der Gasturbine eingerichtet, in einer Weiterbildung weist es hierzu entsprechende Schnittstellen, beispielsweise Nuten zur Befestigung der Laufschaufeln oder dergleichen, auf und/oder ist bzw. wird mit Laufschaufeln bestückt, die integral mit dem zweiten Bauteil ausgebildet oder stoff- oder formschlüssig an diesem befestigt bzw. befestigbar sind bzw. werden. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung das dritte Bauteil eine Rotorscheibe und/oder zum Tragen von Laufschaufeln der Gasturbine eingerichtet, in einer Weiterbildung weist es hierzu entsprechende Schnittstellen, beispielsweise Nuten zur Befestigung der Laufschaufeln oder dergleichen, auf und/oder ist bzw. wird mit Laufschaufeln bestückt, die integral mit dem dritten Bauteil ausgebildet oder stoff- oder formschlüssig an diesem befestigt bzw. befestigbar sind bzw. werden. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung das vierte Bauteil eine Rotorscheibe und/oder zum Tragen von Laufschaufeln der Gasturbine eingerichtet, in einer Weiterbildung weist es hierzu entsprechende Schnittstellen, beispielsweise Nuten zur Befestigung der Laufschaufeln oder dergleichen, auf und/oder ist bzw. wird mit Laufschaufeln bestückt, die integral mit dem vierten Bauteil ausgebildet oder stoff- oder formschlüssig an diesem befestigt bzw. befestigbar sind bzw. werden. Für solche Bauteile ist die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der Montage- und/oder dynamischen und/oder thermischen Einsatzbedingungen und/oder räumlichen Randbedingungen besonders vorteilhaft.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Gasturbinen geeignet, entsprechend betrifft eine Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Gasturbinenbaugruppe, in einer Weiterbildung eine Turbinen- oder Verdichterbaugruppe einer Gasturbinenbaugruppe und/oder eine Gasturbinenbaugruppe, in einer Weiterbildung Turbinen- oder Verdichterbaugruppe, eines Flugtriebwerks, mit einer hier beschriebenen Spannverbundbaugruppe, vorzugsweise einem hier beschriebenen Spannverbund-Rotor.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Montage einer hier beschriebenen Spannverbundbaugruppe, in einer Weiterbildung eines hier beschriebenen Spannverbund-Rotors, die Schritte auf:

Anordnen des ersten und zweiten Bauteils in der Montageausgangsstellung;
Verschieben des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zur Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, insbesondere Drehachse des Rotors, so dass die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchgeführt werden;
Verdrehen des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander um diese Achse in die zweite Winkellage;
Anordnen des dritten Bauteils, vorzugsweise nach dem Verdrehen; und
Verspannen der zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch durch die Zugankereinrichtung.

In einer Ausführung werden das vierte Bauteil angeordnet und danach die ersten Stege, zweiten Stege, der dritte Flansch und der vierte Flansch durch die Zugankereinrichtung verspannt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Demontage einer hier beschriebenen Spannverbundbaugruppe, in einer Weiterbildung eines hier beschriebenen Spannverbund-Rotors, die Schritte auf:

Lösen einer durch die Zugankereinrichtung bewirkten Verspannung der zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch;
Entfernen des dritten Bauteils, vorzugsweise vor dem nachfolgend genannten Verdrehen;
Verdrehen des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander um die Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds in die erste Winkellage;
Verschieben des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zu dieser Achse, so dass die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchgeführt werden; und;
Entfernen des ersten und zweiten Bauteils voneinander.

In einer Ausführung sind die zweiten Aussparungen in Umfangsrichtung breiter als die ersten Stege und/oder ersten Aussparungen. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung die zweiten Stege in Umfangsrichtung schmäler als die ersten Aussparungen.
Dadurch kann jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, eine besonders vorteilhafte, insbesondere zuverlässige und/oder platzsparende und/oder (de)montagefreundliche und/oder kraftflussgünstige, Konstruktion realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

Fig. 1: einen Schritt einer Montage eines Spannverbund-Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Axialschnitt;
Fig. 2: einen Teil eines zweiten Bauteils des Rotors in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
Fig. 3: einen Teil eines ersten Bauteils des Rotors in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
Fig. 4: einen weiteren Schritt der Montage in Fig. 1 entsprechender Darstellung;
Fig. 5: das erste und zweite Bauteil in Fig. 2, 3 entsprechender Darstellung in einer zweiten Winkellage;
Fig. 6: einen weiteren Schritt der Montage in Fig. 1, 4 entsprechender Darstellung;
Fig. 7: einen Teil eines dritten Bauteils des Rotors in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
Fig. 8: den montierten Spannverbund-Rotor in Fig. 1, 4, 6 entsprechender Darstellung;
Fig. 9: das erste, zweite und dritte Bauteil in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht; und
Fig. 10: das erste, zweite und dritte Bauteil in einer anderen geschnittenen perspektivischen Ansicht.

Fig. 1 zeigt einen Schritt einer Montage eines Spannverbund-Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Axialschnitt. Strichpunktiert angedeutet ist eine in Fig. 1 horizontale Montage- bzw. Längs- bzw. Drehachse A des Spannverbund-Rotors.
In Fig. 1 sind ein erstes Bauteil in Form eines (End)Konus 10 mit einem ersten Flansch 11 mit ersten radialen Stegen 12 und ersten Aussparungen 13 zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten ersten Stegen 12 und ein zweites Bauteil in Form einer Laufschaufelscheibe 20 mit einem zweiten Flansch 21 mit zweiten radialen Stegen 22 und zweiten Aussparungen 23 zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stegen 22 in einer Montageausgangsstellung angeordnet.
Wie in Fig. 1 durch einen Montage- bzw. Linkspfeil angedeutet, werden die beiden Bauteile 10, 20 in Axialrichtung (horizontal in Fig. 1) verschoben. Dabei werden die zweiten Stege 22 durch die ersten Aussparungen 13 und die ersten Stege 12 durch die zweiten Aussparungen 23 in Axialrichtung hindurchgeführt.
Anschließend werden das erste und zweite Bauteil 10, 20 relativ zueinander um die Montage- bzw. Längs- bzw. Drehachse des Spannverbund-Rotors in die zweite Winkellage verdreht wie in Fig. 4, 5 illustriert. Dabei gleiten die zweiten Stege 22 auf Pass(sitz)flächen 15 des Konus 10 (vgl. Fig. 3) und bilden mit diesen eine spielfreie radiale Passung. In dieser Stellung ist der erste Flansch 11 in Axialrichtung zwischen einer Einschnürung 24 des zweiten Bauteils in Form eines kleinsten Innendurchmessers und dem zweiten Flansch angeordnet und von dieser Einschnürung beabstandet, wobei in Fig. 1 illustriert ist, dass ein maximaler Außendurchmesser D₁ des ersten Flanschs 11 größer als ein minimaler Innendurchmesser D₂ der Einschnürung ist.
Anschließend wird ein drittes Bauteil in Form einer weiteren Laufschaufelscheibe 30 mit einem dritten Flansch 31 angeordnet, indem es in Axialrichtung (horizontal in Fig. 6) an die Bauteile 10, 20 geschoben wird. Dabei durchgreifen axiale Stege 37, die integral mit dem drittes Bauteil 30 ausgebildet sein können, die ersten und zweiten Aussparungen 13, 23 und bewirken so eine Verdrehsicherung, zusätzlich umfasst ein äußerer axialer Vorsprung 34, der an dem dritten Flansch 31 angeordnet ist, den zweiten Flansch 21 radial außen. Entsprechend sichert das dritte Bauteil 30 das zweite Bauteil 20 radial formschlüssig. Dies ist in Fig. 6-10 illustriert.
Anschließend können weitere Bauteile, insbesondere ein viertes Bauteil in Form einer weiteren Laufschaufelscheibe 40 mit einem vierten Flansch 41 entsprechend angeordnet und anschließend mit einer Zugankereinrichtung 100 axial miteinander zu dem Spannverbund-Rotor verspannt werden wie in Fig. 8 illustriert. Dabei bezeichnen 25 (vgl. Fig. 1), 35 (vgl. Fig. 6) bzw. 45 (vgl. Fig. 8) jeweils Schnittstellen zur Befestigung von Laufschaufeln 26, 36 bzw. 46, die in Fig. 8 gestrichelt angedeutet sind.
Die Demontage erfolgt in entsprechend umgekehrter Reihenfolge.
In der vorliegenden Offenbarung impliziert "weist ein X auf allgemein keine abschließende Aufzählung, sondern ist eine Kurzform von "weist wenigstens ein X auf und umfasst auch "weist zwei oder mehr X auf sowie "weist außer X auch Y auf". Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So können insbesondere die axialen Vorsprünge 37 statt integral mit dem dritten Bauteil 30 auch an einem separaten Ring (nicht dargestellt) angeordnet sein oder entfallen. Alternativ können die Vorsprünge auch als Bolzen ausgeführt sein, die das dritte Bauteil durchgreifend ausgeführt sind.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Bezugszeichenliste

10: erstes Bauteil
11: erster Flansch
12: erster Steg
13: erste Aussparung
15: Passsitzfläche
20: zweites Bauteil
21: zweiter Flansch
22: zweiter Steg
23: zweite Aussparung
24: Einschnürung
25: Laufschaufel-Befestigungs-Schnittstelle
26: Laufschaufel
30: drittes Bauteil
31: dritter Flansch
34: axialer Vorsprung
35: Laufschaufel-Befestigungs-Schnittstelle
36: Laufschaufel
37: axialer Steg
40: viertes Bauteil
41: vierter Flansch
45: Laufschaufel-Befestigungs-Schnittstelle
46: Laufschaufel
100: Zugankereinrichtung
A: Drehachse

D1(/2): (halber) maximaler Außendurchmesser des ersten Flanschs
D2(/2): (halber) minimaler Innendurchmesser einer Einschnürung des zweiten Bauteils

Claims

Spannverbundbaugruppe, insbesondere Rotor und/oder für eine Gasturbine, wobei der Spannverbund
ein erstes Bauteil (10) mit einem ersten Flansch (11) mit ersten radialen Stegen (12) und ersten Aussparungen (13) zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten ersten Stegen;

ein zweites Bauteil (20) mit einem zweiten Flansch (21) mit zweiten radialen Stegen (22) und zweiten Aussparungen (23) zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stegen; und

ein drittes Bauteil mit einem dritten Flansch;

aufweist;

wobei das erste und zweite Bauteil derart ausgebildet sind, dass in einer Montageausgangsstellung das erste und zweite Bauteil eine erste Winkellage relativ zueinander um eine Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, insbesondere Drehachse (A) des Rotors, aufweisen und durch eine Axialverschiebung des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zu dieser Achse
die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und

die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen

in Axialrichtung hindurchführbar sind;

wobei bei montierter Spannverbundbaugruppe
das erste und zweite Bauteil eine zweite Winkellage relativ zueinander um die Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, insbesondere Drehachse des Rotors, aufweisen, in der die zweiten Stege die ersten Stege in Umfangsrichtung wenigstens teilweise überdecken; und

die zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch angeordnet und durch eine Zugankereinrichtung (100) des Rotors verspannt sind.
Spannverbundbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugankereinrichtung den ersten, zweiten und/oder dritten Flansch in Axialrichtung durchgreift und/oder sich in Axialrichtung direkt oder indirekt auf einer der dem dritten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils und/oder auf einer der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des dritten Bauteils abstützt.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen radial außen und die zweiten Aussparungen radial innen offen sind und/oder das zweite Bauteil die ersten Stege in Axialrichtung übergreift.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Außendurchmesser des ersten Flanschs größer als ein minimaler Innendurchmesser einer Einschnürung des zweiten Bauteils ist, wobei der erste Flansch in Axialrichtung zwischen der Einschnürung und dem zweiten Flansch angeordnet und/oder von der Einschnürung beabstandet ist.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch axiale Stege (37), die in die ersten und/oder zweiten Aussparungen eingreifen.
Spannverbundbaugruppe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der axialen Stege miteinander verbunden oder integral ausgebildet und/oder an dem dritten oder einem zusätzlichen Bauteil angeordnet sind.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine spielfreie radiale Passung zwischen dem zweiten Flansch und dem ersten Bauteil und/oder zwischen dem ersten Flansch und dem zweiten Bauteil.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein viertes Bauteil (40) mit einem vierten radialen Flansch (41), der in Axialrichtung auf einer dem ersten und/oder zweiten Flansch abgewandten Seite des dritten Flanschs angeordnet ist, wobei die ersten Stege, zweiten Stege, der dritte Flansch und der vierte Flansch durch die Zugankereinrichtung verspannt sind.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Bauteil das zweite Bauteil radial formschlüssig sichert, insbesondere an dem dritten Flansch wenigstens ein äußerer axialer Vorsprung (34) angeordnet ist, der den zweiten Flansch radial außen umfasst.
Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Endbauteil und/oder Konus und/oder das zweite und/oder dritte und/oder vierte Bauteil eine Rotorscheibe und/oder zum Tragen von Laufschaufeln (26, 36, 46) der Gasturbine eingerichtet ist.
Gasturbinenbaugruppe, insbesondere Turbinen- oder Verdichterbaugruppe und/oder eines Flugtriebwerks, mit einer Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Montage einer Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Anordnen des ersten und zweiten Bauteils in der Montageausgangsstellung;

- Verschieben des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zur Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds, so dass die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchgeführt werden;

- Verdrehen des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander um diese Achse in die zweite Winkellage;

- Anordnen des dritten Bauteils; und

- Verspannen der zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch durch die Zugankereinrichtung.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Bauteil angeordnet und danach die ersten Stege, zweiten Stege, der dritte Flansch und der vierte Flansch durch die Zugankereinrichtung verspannt werden.
Verfahren zur Demontage einer Spannverbundbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Lösen einer Verspannung der zweiten Stege in Axialrichtung zwischen den ersten Stegen und dem dritten Flansch durch die Zugankereinrichtung;

- Entfernen des dritten Bauteils;

- Verdrehen des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander um die Montage- und/oder Längsachse des Spannverbunds in die erste Winkellage;

- Verschieben des ersten und zweiten Bauteils relativ zueinander parallel zu dieser Achse, so dass die zweiten Stege durch die ersten Aussparungen und die ersten Stege durch die zweiten Aussparungen in Axialrichtung hindurchgeführt werden; und;

- Entfernen des ersten und zweiten Bauteils voneinander.