WO2023020655A1

WO2023020655A1 - Verstellbare leitschaufel für eine gasturbine, gasturbine und verfahren zur montage einer verstellbaren leitschaufel für eine gasturbine.

Info

Publication number: WO2023020655A1
Application number: PCT/DE2022/100590
Authority: WO
Inventors: Florian Spiegel; Vitalis Mairhanser
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-02-23
Also published as: DE102021121462A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Leitschaufel (1) für eine Gasturbine (2), insbesondere eine Fluggasturbine (2), aufweisend einen Schaufelschaft (3), wobei der Schaufelschaft (3) mindestens in einem Bereich eines radial äußeren Schaufelschaftendes (5) ein Schaufelschaftgewinde (6) aufweist. Die verstellbare Leitschaufel (1) weist eine Hebeleinrichtung (7) auf, die an dem Schaufelschaft (3) angeordnet ist, wobei der Schaufelschaft (3) durch eine Hebelöffnung (8, 14, 23) der Hebeleinrichtung (7) verläuft. Es ist vorgesehen, dass ein Außengewinderadius (22) des Außengewindes des Schaufelschaftgewindes (6) dem Radius (25) des Schaufelschafts (3) entspricht, der Schaufelschaft (3) mindestens eine sich vom radial äußeren Schaufelschaftende (5) aus erstreckende Längsnut (16) aufweist, die parallel zur Verstellachse (4) auf dem Schaufelschaft (3) bis zu einem Längsnutende (17) der Längsnut (16) verläuft, und die Hebeleinrichtung (7) mindestens einen Vorsprung (18, 19) aufweist, wobei der Vorsprung (18, 19) in der Längsnut (16) angeordnet ist und auf dem Längsnutende (17) der Längsnut (16) anliegt.

Description

Verstellbare Leitschaufel für eine Gasturbine, Gasturbine und Verfahren zur Montage einer verstellbaren Leitschaufel für eine Gasturbine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Leitschaufel für eine Gasturbine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere einer Fluggasturbine, eine Gastrubine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Leitschaufel für eine Gasturbine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.

Fluggasturbinen weisen sowohl Leitschaufeln als auch Laufschaufeln auf. Die Leitschaufeln sind dabei auf Leitschaufelkränzen angeordnet, während die Laufschaufeln auf Laufschaufelkränzen angeordnet sind. Fluggasturbinen weisen oft mehrere dieser Schaufelkränze auf, welche entlang einer Richtung einer Welle der jeweiligen Fluggasturbine angeordnet sind. Die Aufgabe der Laufschaufeln besteht darin, die Leistung zum Durchleiten eines Gases durch die Fluggasturbine bereitzustellen. Zu diesem Zweck sind die Laufschaufeln auf einem Rotor der Fluggasturbine angeordnet und rotieren während des Betriebs. Die Leitschaufeln sind dagegen an dem Stator angeordnet und während des Betriebs statisch. Die Aufgabe der Leitschaufeln besteht darin, die durch die Fluggasturbine strömende Strömung entsprechend zu führen, damit die Strömung in einem vorbestimmten Winkel den Laufschaufeln zugeführt wird. In Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand der Fluggasturbine wird ein Stellwinkel, der Leitschaufeln variiert. Aus diesem Grund sind die Leitschaufeln verdrehbar in der Fluggasturbine gelagert. Die Verstellung der Leitschaufel um die Verstellachse erfolgt mittels Hebeleinrichtungen, welche an einem Leitschaufelschaft der Leitschaufeln angeordnet sind. Der Leitschaufelschaft, an welchem die Hebeleinrichtungen angeordnet sind, befindet sich an einem radial äußeren Ende der verstellbaren Leitschaufel. Das radial äußere Ende ist das Ende der Leitschaufel, welches von der Rotorwelle der Fluggasturbine abgewandt ist. Die Hebeleinrichtungen müssen dabei derart an den Leitschaufelschaft angeordnet sein, dass eine Übertragung einer Kraft von den Hebeleinrichtungen auf die Leitschaufeln ermöglicht ist. Die Hebeleinrichtungen weisen in der Regel eine Hebelöffnung auf, durch welche der jeweilige Leitschaufelschaft verläuft. Um die Hebeleinrichtung an dem Leitschaufelschaft zu befestigen, weist der Leitschaufelschaft im Bereich eines Schaufelschaftendes ein Gewinde auf, auf welchem eine Mutter geschraubt ist. Die Mutter liegt in einem zusammengesetzten Zustand an der Hebeleinrichtung an. Um ein Gegenlager zur Mutter bereitzustellen, an welchem die Hebeleinrichtung anliegt, ist es verbreitet, einen Durchmesser des Leitschaufelschaftes im Bereich der Hebelöffnung zu reduzieren. Dadurch weist der Leitschaufelschaft einen Versatz auf. Durch den Versatz ist eine Versatzfläche bereitgestellt, an welcher die Hebeleinrichtung anliegt und welche ein Gegenlager zu der Mutter darstellt.

Nachteilig an der Bereitstellung des Versatzes im Leitschaufelschaft durch einen reduzierten Durchmesser ist die Tatsache, dass der Querschnitt des Leitschaufelschafts im Bereich des Gewindes reduziert ist. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass bei dünneren Leitschaufelschäften ein benötigter Querschnitt zum Erreichen einer vorbestimmten mechanischen Stabilität nicht mehr erreicht ist.

In der EP 2229 509 Bl sind eine Statorschaufel-Verstellarm- Anordnung und ein zugehöriges Montageverfahren offenbart. Die Anordnung umfasst ein Halterungselement, das mit einem Kurbelarm verbunden ist, der in eine Aussparung eingreift. Es ist vorgesehen, dass der Kurbelarm an der Flügelwelle auf im Wesentlichen unbewegliche Art und Weise befestigt ist. Es ist vorgesehen, dass das Halterungselement einen elastisch verformbaren Abschnitt des Kurbelarms umfasst, der sich in die Öffnung in einem entspannten Zustand erstreckt, und der elastisch verformbare Abschnitt nach der Einführung der Flügelwelle in die Öffnung radial nach außen gedrängt wird, bis die Aussparung in der Flügelwelle mit dem elastisch verformbaren Abschnitt ausgerichtet ist, wonach der elastisch verformbare Abschnitt zurückspringt und in die Aussparung eingreift.

In der US 8087883 B2 ist eine zylindrische Standvorrichtung zur Steuerung einer Schaufel mit einem variablen Anstellwinkel einer Turbomaschine offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine Stange, eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines ersten Endes der Stange an einem Drehpunkt einer zu steuernden Schaufel und eine Verbindungsvorrichtung zwischen einem zweiten Ende der Stange und einem Steuerring. Die Stange ist im Wesentlichen zylindrisch, wobei ihr erstes Ende in eine Bohrung im Drehpunkt der Schaufel eingreift. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Klemmvorrichtung zum Festklemmen des ersten Endes der Stange in die Bohrung im Drehzapfen, um sie am Drehzapfen zu befestigen. Die FR 2904669 Bl offenbart eine Vorrichtung zum Steuern eines variablen Kalibrierungswinkels einer Turbomaschine. Die Vorrichtung weist eine Befestigungseinheit zur Befestigung eines Endes einer Steuerstange an einem Steuerzapfen auf. Eine Achse oder ein Finger und ein Gehäuse verbinden ein anderes Ende der Stange und einen Betätigungsring. Der Drehzapfen wird durch einen zylindrischen Kopf abgeschlossen, an dem das Ende senkrecht anliegt. Das Ende ist mit einer Klemmeinheit zum Einklemmen des Kopfes des Drehzapfens entlang einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Stange und zu einer Hauptachse des Drehzapfens versehen.

Die US 2020/0392862 Al offenbart einen Außenmantel eines Turbinenmotors. Der Außenmantel weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt und entsprechende Flansche auf. Die Flansche ermöglichen es, die beiden Abschnitte zusammenzuhalten, wobei der erste Abschnitt eine zylindrische Oberfläche aufweist, die einen Sitz für eine Betätigungsvorrichtung zum Ausrichten von Statorschaufeln bildet. Es ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt eine rohrförmige Wand aufweist, die die beiden Flansche axial überlappt und die zylindrische Fläche eine Außenfläche der rohrförmigen Wand ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Baugruppe mit dem Deckband, der Schaufel und Mitteln zur Betätigung der Ausrichtung der Schaufel, wobei das Deckband mit dem oben beschriebenen Bausatz hergestellt wird.

Die US 10876425 B2 offenbart eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung für Strömungsmaschinen. Die Hebelanbindung ist dazu vorgesehen, eine Leitschaufel einer Strömungsmaschine mit einem Verstellring eines Stellantriebs zu verbinden. Die Hebelanordnung ist derart eingerichtet, dass ein Verstellhebel der Hebelanbindung aus einer ersten Montagerichtung bezogen auf eine Maschinenlängsachse der Strömungsmaschine radial auf einen Schaufelschaft der Leitschaufel aufgeschoben wird und mittels einer Bewegung in eine zweite Montagerichtung mit dem Schaufelschaft formschlüssig und insbesondere drehfest verriegelt wird.

Die DE 10 2009 009 079 B4 offenbart eine Axialströmungsmaschine. Die Axialströmungsmaschine weist eine Mehrzahl von verstellbaren Leitschaufeln auf, wobei jede drehbar gelagert ist und an einen Endabschnitt dieser mit einem ersten Ende eines Stellhebels gekoppelt ist, wobei ein zweites Ende jedes Stellhebels schwenkbar mit einem Stellelement gekoppelt ist, sodass über eine Stellbewegung dessen gleichzeitig alle Stellhebel und alle Leitschaufeln verstellbar sind. In der US 5492446 A ist eine sich selbst ausrichtend verstellbare Leitschaufel offenbart. Die verstellbare Leitschaufel weist einen Hebelarm mit einem Befestigungsloch an seinem Ende auf, das komplementär zu einem Zapfensitz ist, wobei das Befestigungsloch so bemessen ist, dass es über den Gewindeschaft schiebbar ist. Eine erste Ausrichtfläche hemmt eine Drehung des Hebelarms um den Gewinde schäft, bis das Befestigungsloch an dem Zapfensitz angreift und eine vorbestimmte Drehstellung zwischen dem Hebelarm und dem Flügelabschnitt sicherstellt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindung zwischen einem Schaufelschaft und einer Hebeleinrichtung zu ermöglichen, wobei die Anbindung eine geringere Reduzierung eines Durchmessers des Schaufelschafts erfordert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine verstellbare Leitschaufel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Gasturbine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine verstellbare Leitschaufel für eine Gasturbine, insbesondere einer Fluggasturbine. Die verstellbare Leitschaufel weist einen Schaufelschaft auf, der sich koaxial entlang einer Verstellachse der verstellbaren Leitschaufel bis zu einem radial äußeren Schaufelschaftende der verstellbaren Leitschaufel erstreckt. Mit anderen Worten weist die verstellbare Leitschaufel den Schaufelschaft auf, der an einer radial äußeren Seite des Schaufelblatts angeordnet ist und koaxial entlang der Verstellachse, um welche die Leitschaufel verstellbar ist, verläuft. An einem Ende des Schaufelschafts befindet sich das radial äußere Schaufelschaftende. Der Schaufelschaft weist mindestens in einem Bereich des radial äußeren Schaufelschaftendes ein Schaufelschaftgewinde auf. Mit anderen Worten weist der Schaufelschaft ein Gewinde auf, welches koaxial zur Verstellachse ausgerichtet ist und in dem an dem radial äußeren Schaufelschaftende angrenzenden Bereich verläuft. Die verstellbare Leitschaufel weist eine Hebeleinrichtung auf, die an dem Schaufelschaft angeordnet ist, wobei der Schaufelschaft durch eine Hebelöffnung der Hebeleinrichtung verläuft. Mit anderen Worten ist die Hebeleinrichtung an dem Schaufelschaft befestigt. Zur Befestigung der Hebeleinrichtung an dem Schaufelschaft verläuft der Schaufelschaft durch die Hebelöffnung der Hebeleinrichtung. Die verstellbare Leitschaufel weist eine Mutter auf, die auf das Schaufelschaftgewinde geschraubt ist und an der Hebeleinrichtung anliegt. Mit anderen Worten ist die Mutter in dem Schaufelschaftgewinde verschraubt, wobei die Mutter an der Hebeleinrichtung anliegt.

Es ist vorgesehen, dass ein Außengewinderadius eines Außengewindes des Schaufelschaftgewindes dem Radius des Schaufelschafts entspricht. Mit anderen Worten weist das Außengewinde denselben Radius auf wie der Schaufelschaft. Es ist somit im Gegensatz zum Stand der Technik nicht vorgesehen, dass das Außengewinde einen kleineren Radius aufweist als der Schaufelschaft außerhalb des Schaftgewindes. Der Schaufelschaft weist mindestens eine sich vom radial äußeren Schaufelschaftende aus erstreckende Längsnut auf, die parallel zur Verstellachse auf dem Schaufelschaft bis zu einem Längsnutende der Längsnut verläuft. Mit anderen Worten befindet sich in dem Bereich des radial äußeren Schaufelschaftendes mindestens eine Längsnut, die längs des Schaufelschafts verläuft. An einem Längsende der Längsnut befindet sich das Längsnutende. Die Hebeleinrichtung weist mindestens einen Vorsprung auf, welcher in die Hebelöffnung der Hebeleinrichtung hineinragt. Der Vorsprung ist dabei in der Längsnut des Schaufelschafts angeordnet und liegt auf dem Längsnutende der Längsnut auf. Mit anderen Worten weist die Hebeleinrichtung in der durch sie gebildeten Hebelöffnung den Vorsprung auf, welcher in die Hebelöffnung hineinragt. Die Hebeleinrichtung ist dabei derart an dem Schaufelschaft angeordnet, dass sich der Vorsprung in der Längsnut befindet und an Seitenflächen der Längsnut anliegt. Zusätzlich liegt der Vorsprung auf dem Längsnutende der Längsnut an. Der Vorsprung kann somit an einer Fläche anliegen, welche sich im Bereich des Längsnutendes befindet und normal zu der Verstellachse ausgerichtet ist.

Dadurch ist die Hebeleinrichtung an dem Schaufelschaft zwischen der Mutter und der Längsnut befestigt. Dadurch, dass der Vorsprung auf dem Längsnutende aufliegt, wird durch das Längsnutende ein Gegenlager zu der Mutter bereitgestellt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, einen Sprung des Radius bereitzustellen, um in einem Bereich des Sprungs eine Gegenfläche für die Mutter zu erhalten. Die Gegenfläche wird somit durch das Längsnutende bereitgestellt, sodass es nur erforderlich ist, einen Querschnitt des Schaufelschafts im Bereich der Längsnut zu reduzieren. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine zumindest bereichsweise Reduzierung des Radius des Schaufelschaftes nicht erforderlich ist. Dadurch kann es möglich sein, die Hebeleinrichtung auch für einen Schaufelschaft zu verwenden, der einen geringen Schaufelschaftradius aufweist. Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hebeleinrichtung ein Hebelelement aufweist. Mit anderen Worten weist die Hebeleinrichtung ein Bauteil auf, welches dazu vorgesehen ist, eine Kraft zum Drehen der Leitschaufel um die Verstellachse von einem Verstellring auf die Leitschaufel zu übertragen. Die Hebeleinrichtung kann eine Öffnung aufweisen, in welcher der Schaufelschaft angeordnet werden kann, und einen radial von dem Schaufelschaft abstehenden Hebelarm.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hebeleinrichtung ein Auflageblech aufweist, welches zwischen dem Längsnutende und dem Hebelelement angeordnet ist und zumindest einen Vorsprung aufweist. Mit anderen Worten ist an dem Schaufelschaft das Auflageblech angeordnet. Der Schaufelschaft läuft dabei durch eine Blechöffnung des Auflageblechs, wobei in die Blechöffnung zumindest ein Vorsprung hineinragt. Der Vorsprung liegt dabei im zusammengebauten Zustand auf dem Längsnutende auf. Zudem ragt der zumindest eine Vorsprung des Auflagenblechs in die zumindest eine Längsnut. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Hebelelement nicht direkt auf einer Schaufelzapfennabe aufliegt. Die Hebeleinrichtung liegt somit auf den Vorsprüngen des Auflagenblechs auf dem Längsnutende auf. Dadurch, dass der zumindest eine Vorsprung des Auflagenblechs in die zumindest eine Längsnut hineinragt, ist eine Verdrehbewegung des Auflagenblechs um den Schaufelschaft gehemmt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hebeleinrichtung eine Einstellscheibe aufweist, welche zwischen dem Auflageblech und dem Hebelelement angeordnet ist. Die Einstellscheibe kann eine Einstellscheibenöffnung aufweisen, welche einen Radius des Schaufelschafts aufweist, jedoch keine Vorsprünge. Die Einstellscheibe ist somit nicht gegenüber dem Schaufelschaft bezüglich einer Drehung gehemmt. Die Einstellscheibe kann eine vorbestimmte Höhe aufweisen und dazu vorgesehen sein, einen vorbestimmten Spalt zwischen einem Gehäuse der Gasturbine und dem Hebelelement einzustellen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Einstellung des Abstandes variabel eingestellt werden kann, ohne das Hebelelement in seinen Abmessungen verändern zu müssen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine der Längsnuten und der zugeordnete Vorsprung des Hebelelements und des Auflagenblechs eine größere Breite aufweist als die anderen Längsnuten. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass sich die Längsnuten in ihrer Form voneinander unterscheiden. Der Vorsprung, welcher der breiteren der Längsnuten zugeordnet ist, kann somit nicht in die anderen Längsnuten eingreifen. Dadurch ist eine Möglichkeit der Anordnung auf dem Schaufelschaft eingeschränkt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Hebelelement in einer eindeutigen Ausrichtung auf dem Schaufelschaft angeordnet wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Hebelelement als Blechteil ausgeführt ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Hebelelement um ein bearbeitetes Metallblech, das mittels Stanzen, Lasern und/oder weiterer möglicher Bearbeitungsarten hergestellt wurde. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Hebelelement verwendet wird, welches schnell und günstig zu fertigen ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Hebelelement bezüglich seiner Mittelebene symmetrisch ist. Mit anderen Worten ist eine Oberseite des Hebelelements symmetrisch mit einer Unterseite des Hebelelements. Dies hat den Vorteil, dass eine Verdrehung des Hebelelements bei der Montage unerheblich ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Passfläche der Öffnung des Hebelelements an der korrespondierenden Passfläche des Schaufelschafts außerhalb des Schaufelschaftgewindes anliegt. Mit anderen Worten ist das Hebelelement so an dem Schaufelschaft angeordnet, dass sich das Gewinde nicht innerhalb der Öffnung des Hebelelements befindet. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass uerkräfte nicht durch das Hebelelement auf das Gewinde übertragen werden und somit eine Schädigung des Gewindes vermieden werden kann.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere eine Fluggasturbine, welche eine verstellbare Leitschaufel aufweist. Bei der Gasturbine kann es sich insbesondere um eine Fluggasturbine handeln, welche zum Antreiben eines Flugzeugs vorgesehen ist. Die verstellbare Leitschaufel kann dazu vorgesehen sein, einen durch die Fluggasturbine verlaufenden Luftstrom einer Laufschaufel zuzuführen. Die verstellbare Leitschaufel kann dabei eine an einem Schaufelschaft der Leitschaufel angeordnete Hebeleinrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, die Leitschaufel um eine Verstellachse zu drehen, sodass die Leitschaufel einen vorbestimmten Verstellwinkel zum Zuleiten des Luftstroms auf die Laufschaufel aufweist. Die Hebeleinrichtung kann in einem Verstellring befestigt sein. Die Leitschaufel kann in einem Leitschaufelkranz angeordnet sein. Über die Verstellung des Verstellrings kann es möglich sein, die Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes um einen identischen Verstellwinkel um ihre jeweiligen Verstellachsen zu verdre- hen. Der jeweilige Schaufelschaft kann dabei an einem radial äußeren Ende der jeweiligen Leitschaufel angeordnet sein. Der Bezug radial kann sich dabei auf eine Welle der Gasturbine beziehen, um welche sich ein Laufschaufelkranz drehen kann. Der Verstellring kann dabei in einem Außenmantel der Gasturbine angeordnet sein.

Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Leitschaufel für eine Gasturbine, insbesondere einer Fluggasturbine. Dabei ist es vorgesehen, dass eine an dem Schaufelschaft anzuordnende Hebeleinrichtung an einer Hebelöffnung der Hebeleinrichtung angeordnet wird. Dabei wird der Schaufelschaft durch die Hebelöffnung der Hebeleinrichtung geführt. Dadurch verläuft der Schaufelschaft durch die Hebelöffnung. Der Schaufelschaft erstreckt sich koaxial entlang einer Verstellachse der verstellbaren Leitschaufel bis zu einem radial äußeren Schaufelschaftende der verstellbaren Leitschaufel. Eine Mutter wird auf ein Schaufelschaftgewinde geschraubt, das sich mindestens in einem Bereich des radial äußeren Schaufelschaftendes befindet. Es ist vorgesehen, dass ein Radius des Außengewindes des Schaufelschaftgewindes dem Radius des Schaufelschafts entspricht. Während des Verfahrens wird mindestens ein Vorsprung der Hebeleinrichtung, der in die Hebelöffnung der Hebeleinrichtung hineinragt, in der Längsnut angeordnet und entlang der Längsnut verschoben, bis der zumindest eine Vorsprung auf dem Längsnutende anliegt. Die Längsnut erstreckt sich dabei mindestens in einem Bereich des radial äußeren Schaftendes und verläuft parallel zur Verstellachse auf dem Schaufelschaft bis zu dem Längsnutende.

Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzuse- hen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer verstellbaren Leitschaufel in einer Gasturbine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Hebelelements einer verstellbaren Leitschaufel; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf die Leitschaufel;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts entlang eines Schaufelschafts nach dem Stand der Technik; und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Schaufelschaft der vorhergehenden Figuren.

FIG. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer verstellbaren Leitschaufel in einer Gasturbine 2. Die verstellbare Leitschaufel 1 kann dazu vorgesehen sein, eine Fluidströmung durch die Gasturbine 2 zu beeinflussen, damit das Fluid in einem vorbestimmten Winkel auf eine vorbestimmte Laufschaufel trifft. Die Leitschaufel 1 kann einen Schaufelschaft 3 aufweisen, der sich koaxial entlang einer Verstellachse 4 der Leitschaufel 1 erstrecken kann. Der Schaufelschaft 3 kann dazu vorgesehen sein, eine Rotation der Leitschaufel 1 um die Verstellachse 4 zu ermöglichen. Hierfür kann der Schaufelschaft 3 in einer Lagerung in einem Gehäuse 13 der Gasturbine 2 angeordnet sein. Der Schaufelschaft 3 kann an einem radial äußeren Ende der Leitschaufel 1 angeordnet sein und sich somit auf einer einer Welle der Gasturbine 2 abgewandten Seite befinden. Der Schaufelschaft 3 kann an einem radial äußeren Schaufelschaftende 5 enden. Zumindest in einem Bereich des radial äußeren Schaufelschaftendes 5 kann ein Schaufelschaftgewinde 6 an dem Schaufelschaft 3 angeordnet sein. Das Schaufelschaftgewinde 6 kann koaxial zu der Verstellachse 4 angeordnet sein. Eine Hebeleinrichtung 7 kann auf dem Schaufelschaft 3 angeordnet sein. Die Hebeleinrichtung 7 kann hierfür Öffnungen 8, 14, 15 aufweisen, durch welche der Schaufelschaft 3 verlaufen kann. Auf dem Schaufelschaftgewinde 6 kann eine Mutter 9 verschraubt sein, wodurch die Hebeleinrichtung 7 auf dem Schaufelschaft 3 befestigt sein kann. Die Hebeleinrichtung 7 kann mehrere Komponenten aufweisen. Die Hebeleinrichtung 7 kann beispielsweise ein Hebelelement 10 aufweisen, welches dazu vorgesehen sein kann, eine durch einen Verstellring der Gasturbine 2 bereitgestellte Kraft auf die Leitschaufel 1 zu übertragen, um eine Drehung der Leitschaufel 1 um die Verstellachse 4 zu ermöglichen. Der Schaufelschaft 3 kann dabei durch eine Öffnung 8 des Hebelelements 10 verlaufen. Das Hebelelement 10 kann bezüglich einer Mittelebene des Hebelelements 10 symmetrisch sein. Die Hebeleinrichtung 7 kann zusätzlich eine Einstellscheibe 11 und ein Auflageblech 12 aufweisen. Die Einstellscheibe 11 kann dazu vorgesehen sein, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Hebelelement 10 und dem Gehäuse 13 vorzugeben. Die Einstellscheibe kann ebenfalls eine Öffnung 14 aufweisen, durch welche der Schaufelschaft 3 verlaufen kann. Die Hebeleinrichtung 7 kann auch das Auflageblech 12 aufweisen, welches ein Reiben des Hebelelements 10 auf dem Gehäuse 13 verhindern kann. Damit die Hebeleinrichtung 7 an dem Schaufelschaft 3 befestigt werden kann und eine Kraft von einem Verstellring auf den Schaufelschaft übertragen werden kann, kann eine entsprechende Lagerung der Hebeleinrichtung 7 auf dem Schaufelschaft 3 sicherzustellen sein. Die Lagerung kann durch ein Gegenlager bereitgestellt werden das gegen die Mutter 9 wirkt. Zudem kann eine Kraftübertragung von dem Hebelelement 10 auf den Schaufelschaft 3 sicherzustellen sein. Um diese Aufgaben zu erfüllen, kann es vorgesehen sein, dass der Schaufelschaft 3 zumindest in einem Bereich des äußeren Schaufelschaftendes 5 mindestens eine oder mehrere Längsnuten 16 aufweist. Die Längsnuten können parallel zu der Verstellachse 4 auf einer Oberfläche des Schaufelschafts 3 verlaufen. Die Längsnut 16 kann mit einem Längsnutende 17 abschließen. Um ein Gegenlager gegen die Mutter 9 bereitzustellen, ist es nach dem Stand der Technik üblich, in dem Schaufelschaft 3 einen Versatz einzuarbeiten, der durch eine Reduzierung eines Außengewinderadius 22 eines Außengewindes des Schaufelschafts 3 im Bereich des Schaufelschaftgewindes 6 gegenüber einem Radius 25 des Schaufelschafts 3 außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6 reduziert ist. Dadurch wird eine Fläche gebildet, auf welcher die Hebeleinrichtung 7 aufliegen kann. Nachteilig an dem Stand der Technik ist, dass eine öuerschnittsfläche des Schaufelschafts 3 dadurch reduziert wird und somit eine mechanische Stabilität verringert wird. Bei der in FIG. 1 gezeigten verstellbaren Leitschaufel 1 kann die Befestigung der Hebeleinrichtung 7 dadurch erreicht sein, dass in der Hebeleinrichtung 7 Vorsprünge 18 bereitgestellt sind. Diese können in die jeweiligen Öffnungen 8, 14, 15 der Hebeleinrichtungen 7 hineinragen und sich in einem zusammengebau- ten Zustand innerhalb einer jeweiligen der Längsnuten 16 befinden. Im zusammengebauten Zustand können zumindest einige der Vorsprünge 19 auf dem Längsnutende 17 aufliegen. Die Hebeleinrichtung 7 kann dadurch durch die Mutter 9 gegen das Längsnutende 17 gedrückt werden, sodass das Längsnutende 17 als Gegenlager wirkt. Um eine eindeutige Ausrichtung der Hebeleinrichtung 7 auf dem Schaufelschaft 3 zu ermöglichen und zugleich die Kraftübertragung von dem Hebelelement 10 auf den Schaufelschaft 3 sicherzustellen, kann es vorgesehen sein, dass das Hebelelement 10 ebenfalls einen Vorsprung 18 aufweist, welcher sich in seiner Breite 20 von den anderen Vorsprüngen unterscheiden kann. Der Vorsprung 18 kann auf Flankenflächen der Längsnuten 16 anliegen, um somit eine Rotation des Verbundes von Hebeleinrichtung und Schaufel um die Verstellachse 4 zu ermöglichen. Aufgrund der breiteren Ausdehnung des Vorsprungs 18 kann sichergestellt sein, dass dieser nur in eine der Längsnuten 16 anordenbar ist. Dadurch kann eine verdrehte Anordnung des Hebelelements 10 auf dem Schaufelschaft verhindert werden.

FIG. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Hebelelements einer verstellbaren Leitschaufel. Das Hebelelement 10 kann eine Öffnung 8 aufweisen, durch welche der Schaufelschaft 3 verlaufen kann. In die Öffnung 8 des Hebelelements 10 kann der Vorsprung 18 ragen, welcher eine Form aufweisen kann, die komplementär zu einer Form der jeweiligen Längsnut 16 sein kann. Der Vorsprung 18 kann dabei an Flächen der Längsnut 16 anliegen und somit eine kraftschlüssige Verbindung herstellen, sodass eine Drehung des Schaufelschafts 3 durch das Hebelelement 10 ermöglicht sein kann. Ein Außengewinderadius 22 des Außengewindes kann dabei identisch sein mit einem Radius 25 des Schaufelschafts 3 außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6. Das Hebelelement 10 kann als Blechelement ausgebildet sein. Das Hebelelement 10 kann zudem weitere Vorsprünge 19 aufweisen, die sich in ihren Breiten 21 von der Breite 20 des Vorsprungs 18 unterscheiden können. Um ein Verdrehen des Auflageblechs 12 zu verhindern, kann es vorgesehen sein, dass die Vorsprünge 19 des Auflageblechs 12 in den Längsnuten 17 anliegen. Das Hebelelement 10 kann auch eine Öffnung 23 aufweisen, welche dazu vorgesehen sein kann, eine Anordnung des Hebelelements 10 an einen in den Figuren nicht gezeigten Verstellring der Gasturbine 2 zu ermöglichen.

FIG. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf die Leitschaufel. Gezeigt wird die Hebeleinrichtung 7 auf dem Schaufelschaft 3, die durch die Mutter 9 befestigt ist. Der Schaufelschaft 3 kann aus einem Gehäuse 13 der Gasturbine 2 herausragen. Um einen Abstand 24 zwi- sehen dem Hebelelement 10 und dem Gehäuse 13 einzustellen, kann es vorgesehen sein, dass die Hebeleinrichtung 7 die Einstellscheibe 11 aufweist, welche durch eine vorbestimmte Höhe den vorbestimmten Abstand 24 zu dem Gehäuse 13 ermöglicht. Die Hebeleinrichtung 7 kann auf Vorsprüngen 19 des Auflageblechs 12 auf den Längsnutenden 17 aufliegen, sodass keine Verjüngung des Schaufelschafts 3 im Bereich des Schaufelschaftgewindes 6 erforderlich ist. Dadurch kann der Außengewinderadius 22 des Außengewindes des Schaufelschaftgewindes 6 identisch mit dem Radius 25 des Schafts in einem Bereich außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6 sein. Die Längsnu- ten 16 können Längen bezüglich des Schaufelschaftgewindes 6 aufweisen, welche eine Anordnung der Hebeleinrichtung in einem Bereich entlang des Schaufelschafts 3 ermöglicht, der außerhalb des Bereichs mit dem Schaufelschaftgewinde 6 liegt. Dadurch kann beispielsweise das Hebelelement 10 mit den Seitenflächen seiner Öffnung 8 an Flächen des Schaufelschafts 3 anliegen, welche das Schaufelschaftgewinde 6 nicht aufweisen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kraft außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6 übertragen wird und somit eine Schädigung des Schaufelschaftgewindes 6 durch den Hebel 10 verhindert sein kann.

FIG. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts entlang eines Schaufelschafts nach dem Stand der Technik. Ein Bereich, in welchem sich ein Schaufelschaftgewinde 6 befindet, ist hierbei zu erkennen, wobei ein Außenradius des Außengewindes 22 kleiner ist als ein Radius 25 in einem Bereich außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6. Aufgrund des Versatzes ist eine Fläche 26 als Auflagefläche gebildet, welche ein Gegenlager gegen die Mutter 9 bilden kann, welche auf die Hebeleinrichtung 7 wirken kann.

FIG. 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Schaufelschaft der vorhergehenden Figuren FIG. 1, FIG. 2 und FIG. 3. Zu erkennen ist der Schaufelschaft 3 mit einem Bereich des Schaufelschaftgewindes 6 und einem Bereich ohne Schaufelschaftgewinde 6. Es ist zu erkennen, dass der Außengewinderadius 22 des Außengewindes 6 identisch ist mit einem Radius 25 des Schaufelschafts 3 außerhalb des Schaufelschaftgewindes 6. Dadurch erfolgt keine Reduzierung einer Querschnittsfläche. Entlang des Längsschnitts sind zwei gegenüberliegende Längsnuten 16 zu erkennen, welche eine vorbestimmte Tiefe aufweisen und an einem jeweiligen Längsnutende 17 enden. Das Längsnu- tende 17 ist dabei eine Fläche, welche normal zu der Längsachse des Schaufelschafts 3 angeordnet ist. Durch die Bereitstellung eines Längsnutendes 17 wird eine Fläche für die Hebeleinrichtung 7 bereitgestellt, welche als Gegenlager gegen die Mutter 9 wirken kann. Dadurch ist es möglich, eine Fläche für ein Gegenlager bereitzustellen, ohne den Querschnitt signifikant reduzieren zu müssen.

Aktuelle Schaufel-Hebel- Verbindungen sind häufig als sogenanntes „Roof-Top“-Design ausgeführt. Dabei wird die pyramidenförmige Fläche am Hebel mittels einer Mutter auf eine entsprechende pyramidenförmige Fläche am Schaufelschaft gepresst. Die Mutter wird dabei in ein Gewinde am Schaufelschaft eingedreht. Um den Formschluss, der das Moment von Hebel auf Schaufelschaft überträgt, zu gewährleisten, muss ein ausreichend großer Durchmessersprung auf das Gewinde am Schaft möglich sein. Nur dann kann die Abschrägung ausreichend Fläche erzeugen.

Für die Verstellung von Leitschaufeln ist es notwendig, an den radial äußeren Schaufelschaft einen Hebel zur Kraftübertragung anzubringen. Die Verbindung Schaufelschaft -Hebel unterliegt dabei strengen Anforderungen aus den Bereichen Platzbedarf, Montage, Verstellgenauigkeit und Kosten. Wird der Schaufelschaft zu dünn, ist die oben genannten Lösung nicht mehr einsetzbar, da die Ausarbeitung der Schaftabsätze zu einem zu geringen Querschnitt führen oder sich ein zu geringer Durchmesser für das notwendige Gewinde ergeben würde. Mehrfache Absätze können den Querschnitt des Schaufelschafts unzulässig reduzieren.

Die vorgeschlagene Lösung sieht lediglich Längsnuten im Schaufelschaft vor, weshalb der Querschnitt nicht vollständig in Umfangsrichtung reduziert werden muss.

Sie besteht aus 5 Teilen: Verstellbare Leitschaufel, Auflageblech (Auflage und Verdrehsicherung verhindert Reibung bei Auflage auf Schaufelzapfennabe), Einstellscheibe (Abstandshalter / Abstandsdefinition), Hebel (Kraftübertragung mittels Vorsprung in Längsnut des Zapfens), Mutter (Sicherung).

Durch die folgenden Merkmale können Funktion und Erfüllung der Anforderungen sichergestellt werden. Die Längsnuten verhindern eine Verdrehung von Auflageblech und Hebel gegenüber dem Schaufelschaft. Zusätzlich bilden sie das tragende Element für das Auflageblech. Das wird durch entsprechende Nasen im Auflageblech erreicht. Im zusammengebauten Zustand liegen die Nasen am Längsnutende auf und fungieren so als Widerlager für die Verschraubung. Der Hebel besitzt eine ebensolche Nase, die eine Positionierung gegenüber dem Schaufelschaft über die Flanken der Nase und die Seitenwände der Längsnut ermöglichen. Zur Einhaltung der Koaxialität von Hebel zu Schaufelschaft, ist an beiden Teilen eine entsprechende zylindrische Passfläche vorgesehen.

Zur Einstellung eines definierten Spalts zwischen Gehäuse und Hebel kann eine Einstellscheibe zwischen Auflageblech und Hebel eingesetzt werden.

Der gesamte Verbund wird durch eine Mutter zusammengehalten, die in ein Gewinde im Schaufelschaft eingreift.

Um eine falsche Montage zu verhindern, ist eine der Längsnuten und die Nase an Hebel und Blech etwas breiter im Vergleich zu den übrigen Längsnuten. Der Hebel kann als einfaches Blechteil ausgeführt werden.

Anzahl an Längsnuten kann an geforderte Festigkeit und andere Umstände angepasst werden. Die Dicke des Auflageblechs kann an geforderte Festigkeit und andere Umstände angepasst werden.

Eine Funktionsintegration des Auflageblechs in den Hebel ist möglich. Spalteinstellung nicht mehr möglich, Hebel übernimmt Kraftübertragung; in diesem Fall müssen zusätzlich zur positionierenden Nase tragende Nasen vorgesehen werden. Eine Funktionsintegration des Einstellblechs in das Auflageblech ist möglich Spezialteil (Auflageblech) muss in verschiedenen Stärken vorgehalten werden, Hebel übernimmt Kraftübertragung; in diesem Fall müssen zusätzlich zur positionierenden Nase tragende Nasen vorgesehen werden). Der Hebel kann traditionell, aber auch als reines Blechteil beispielsweise durch Stanzen, Lasern hergestellt werden, vorausgesetzt die Toleranzen können eingehalten werden. Bei ausreichendem Durchmesser des Schaufelschafts kann die Passfläche für den Hebel auch gegenüber dem Gewinde abgesetzt werden. Damit käme ein kleineres Gewinde zum Einsatz. Die Größe der anzufertigenden Passfläche würde sich jedoch verringern. Bezugszeichenliste :

1 Leitschaufel

2 Gasturbine

3 Schaufelschaft

4 Verstellachse

5 Schaufelschaftende

6 Schaufelschaftgewinde

7 Hebeleinrichtung

8 Öffnung

9 Mutter

10 Hebelelement

11 Einstellscheibe

12 Auflageblech

13 Gehäuse

14 Öffnung

16 Längsnut

17 Längsnutende

18 Vorsprung

19 Vor sprung

20 Breite

21 Breite

22 Außengewinderadius

23 Öffnung

24 Abstand

25 Radius

26 Fläche

Claims

Patentansprüche

1. Verstellbare Leitschaufel (1) für eine Gasturbine (2), insbesondere einer Fluggasturbine (2), aufweisend:

- einen Schaufelschaft (3) der sich koaxial entlang einer Verstellachse (4) der verstellbaren Leitschaufel (1) bis zu einem radial äußeren Schaufelschaftende (5) der verstellbaren Leitschaufel (1) erstreckt, wobei der Schaufelschaft (3) mindestens in einem Bereich eines radial äußeren Schaufelschaftendes (5) ein Schaufelschaftgewinde (6) aufweist,

- eine Hebeleinrichtung (7), die an dem Schaufelschaft (3) angeordnet ist, wobei der Schaufelschaft (3) durch eine Hebelöffnung (8, 14, 23) der Hebeleinrichtung (7) verläuft, und

- eine Mutter (9), die auf das Schaufelschaftgewinde (6) geschraubt ist und an der Hebeleinrichtung (7) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Außengewinderadius (22) des Außengewindes des Schaufelschaftgewindes (6) dem Radius

(25) des Schaufelschafts (3) entspricht,

- der Schaufelschaft (3) mindestens eine sich vom radial äußeren Schaufelschaftende (5) aus erstreckende Längsnut (16) aufweist, die, insbesondere parallel zur Verstellachse (4), auf dem Schaufelschaft (3) bis zu einem Längsnutende (17) der Längsnut (16) verläuft, und

- die Hebeleinrichtung (7) mindestens einen Vorsprung (18, 19) aufweist, welche in die Hebelöffnung (8, 14, 23) der Hebeleinrichtung (7) hineinragt, wobei der Vorsprung (18, 19) in der Längsnut (16) angeordnet ist und auf dem Längsnutende (17) der Längsnut (16) anliegt.

2. Verstellbare Leitschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (7) ein Hebelelement (10) aufweist.

3. Verstellbare Leitschaufel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (7) ein Auflageblech (12) aufweist, welches zwischen dem Längsnutende (17) und dem Hebelelement (10) angeordnet ist und zumindest einen Vorsprung (18, 19) aufweist.

4. Verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (7) eine Einstellscheibe (11) aufweist, welche zwischen dem Auflageblech (12) und dem Hebelelement (10) angeordnet ist. 5. Verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Längsnuten und der zugeordnete Vorsprung (18) des Hebelelements (10) und des Auflageblech (12) eine größere Breite (20, 21) aufweist, als die der anderen Längsnuten.

6. Verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (10) als einfaches Blechteil ausgeführt ist.

7. Verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (10) eine Symmetrie um seine Mittelebene aufweist.

8. Verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passfläche (26) der Öffnung (8, 14, 23) des Hebelelements (10) an der korrespondierenden Passfläche (26) des Schaufelschafts (3) außerhalb des Schaufelschaftgewindes (6) anliegt.

9. Gasturbine (2), aufweisend eine verstellbare Leitschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zur Montage einer verstellbaren Leitschaufel (1) für eine Gasturbine (2), insbesondere einer Fluggasturbine (2), wobei:

- eine an einem an dem Schaufelschaft (3) anzuordnende Hebeleinrichtung (7), mit einer Hebelöffnung (8, 14, 23) der Hebeleinrichtung (7) an dem Schaufelschaft (3) angeordnet wird, sodass der Schaufelschaft (3) durch die Hebelöffnung (8, 14, 23) verläuft , wobei sich der Schaufelschaft (3) der sich koaxial entlang einer Verstellachse (4) der verstellbaren Leitschaufel (1) bis zu einem radial äußeren Schaufelschaftende (5) der verstellbaren Leitschaufel (1) erstreckt,

- eine Mutter (9), auf ein Schaufelschaftgewinde (6) geschraubt wird, das sich mindestens in einem Bereich des radial äußeren Schaufelschaftendes (5) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außengewinderadius (22) des Außengewindes des Schaufelschaftgewindes (6) dem Radius (25) des Schaufelschafts (3) entspricht.