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Dokumentenidentifikation DE19516694C2 28.06.2001
Titel Einrichtung zur Fixierung von Laufschaufeln am Laufrad, insbesondere einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks
Anmelder MTU Aero Engines GmbH, 80995 München, DE
Erfinder Luxenburger, Gerd, 80993 München, DE
DE-Anmeldedatum 06.05.1995
DE-Aktenzeichen 19516694
Offenlegungstag 07.11.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.06.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.06.2001
IPC-Hauptklasse F01D 5/32

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Fixierung von Laufschaufeln am Radkranz einer Radscheibe, insbesondere in axialer Richtung, wurden Nietverbindungen untersucht, bei denen ein stabförmiger Teil des Niets in einem Schlitz - zwischen dem Schaufelfuß und der Fußnut - axial geführt ist. Der untersuchte Fall schließt die Anwendung von z. B. durch Fräsen hergestellten Ansenkungen ein, die zur jeweiligen Aufnahme eines Schließ- oder Setzkopfes des Niets auf der Vorder- oder Rückseite der Scheibe an Umfangsstellen teilweise in die Schaufelfüße und teilweise in den Radkranz eingebracht werden. Die Herstellung der Ansenkung, in mindestens zweifacher Anzahl pro Schaufel- Scheibenverbindung, führt zu einem kostenintensiven Fertigungsprozess. Schon geringste Abweichungen der Ansenkungen gegenüber vorgegebenen Lagen und Abmessungen führen zu einem erhöhten Fertigungsrisiko, gegebenenfalls zur Unbrauchbarkeit der für sich teueren Radscheibe.

Im Falle eines Schaufel- oder Nietschadens können Schaufel und Niet nur dann axial aus der Fußnut und dem Schlitz herausgedrückt werden, wenn zuvor der Schließ- oder der Setzkopf durch Anbohren entsprechend abgearbeitet worden ist. Als folge derartiger Materialentnahmen am Niet besteht die verhältnismäßig große Gefahr, dass jeweils für sich oder gemeinsam, der Schaufelfuß, die Fußnut und der Radkranz durchgreifend beschädigt werden. Im Extremfall führen die Beschädigungen zu einem kompletten Verlust der Radscheibe.

Ein weiterer Nachteil des bereits untersuchten Falles besteht darin, dass über die örtlichen Ansenkungen keine kopfseitig exakte Nietauflage realisierbar ist. Dies geht auf an den jeweiligen Schaufel-Scheiben-Verbindungen nebst Ansenkungen existierende Fertigungstoleranzen sowie darauf zurück, dass eine Ansenkung im wesentlichen von zwei Halbausnehmungen, nämlich von entnommenem Materialfleisch des Schaufelfußes und des Radkranzes gebildet ist. Im jeweiligen Formschluß der Nietköpfe ergeben sich dabei ungewollte Zwangs- und Verdrehlagen der Schaufeln mit ihren Füßen in den Axialnuten; eine flächenmäßig über die betreffenden Fuß-Nut- Verzahnungen gleichförmig tragende und belastbare Schaufel-Scheiben-Verbindung ist somit nicht gewährleistet. Außerdem muss mit einer reduzierten Lebensdauererwartung von Schaufeln und Scheibe gerechnet werden. Ferner sind aus Fliehkraft- und Temperaturbelastungen resultierende Deformationen von Setz- und Schließköpfen der Niete nicht auszuschließen, woraus sich veränderte Schaufelausrichtungen mit veränderten Wuchtzuständen an der Scheibe bzw. am Rotor ergeben.

Aus der DE-PS 950 557 ist eine Einrichtung zur Fixierung von Laufschaufeln bekannt, bei der die axialen Schaufelkräfte von einem Niet bzw. Bolzen aufgenommen werden, dessen Enden über den Schaufelfuß und die Scheibe gestaucht sind. Über die Form der Nietköpfe wird nichts gesagt, vermutlich handelt es sich um Halbrundköpfe ohne Ansenkung an Schaufel und Scheibe. Eine Besonderheit dieser Schaufelbefestigung liegt darin, dass die tragenden Flächen in der Scheibennut und am Schaufelfuß als koaxiale Zylinderflächen mit dem Niet bzw. Bolzen als Schwenkachse ausgeführt sind. Die Schaufeln sind somit in der Nut begrenzt schwenkbar und stellen sich im Betrieb infolge der Flieh- und Gaskräfte selbst ein. Diese Beweglichkeit erhöht den Verschleiß an den Nietköpfen, so dass ein frühzeitiger Austausch erforderlich werden kann. Die Gefahr einer Beschädigung von Schaufelfuß und Scheibe ist hier ebenfalls sehr groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fußseitige Fixierung der Laufschaufeln am Radkranz einer Radscheibe durch Nietung anzugeben, die bei hoher Betriebssicherheit montage- und wartungsfreundlich aufgebaut ist und keine nennenswerten mechanischen Bauteilveränderungen an den Schaufeln und am Radkranz hervorruft.

Mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst.

Gemäß der Erfindung weisen die Sitzplatten die Ansenkungen zur Aufnahme des Setz- und Schließkopfes eines Niets auf. Die Sitzplatten stellen mit den Ansenkungen jeweils komplett über dem Umfang in sich geschlossene kegelförmige Sitzflächen für die darauf abgestimmten kegelförmigen Umfangsflächen des Setz- oder Schließkopfes bereit. Über einwandfrei definierte kopfseitige Flächenauflagen ergibt sich eine exakte Nietverbindung.

Risikoreiche Senkvorgänge an Schaufelfüßen und an Scheibenabschnitten bzw. am Radkranz entfallen. Im Falle einer möglichen Fehlansenkung oder einer Beschädigung stellen die Sitzplatten leicht austauschbare und billige Wegwerfteile dar.

Im wesentlichen gefahrlos für die Radscheibe und die betreffende Laufschaufel (Fuß) kann eine Demontage durch Aufbohren des Setz- oder Schließkopfes erfolgen. Ein beschädigter Niet kann z. B. über die Sitzplatte am Setzkopf axial aus dem Axialspalt - zwischen Fußende und Nutgrund - herausgezogen werden, nachdem zuvor der hohlzylindrische Schließkopf entsprechend aufgebohrt und die dortige Sitzplatte mit entfernt worden ist.

Die Erfindung ist auch im Hinblick auf jeweils gleichförmig zur Radachse abgeschrägt verlaufende Axialnuten einwandfrei praktizierbar. Im Wege einseitig umfänglicher Materialverdickungen der Sitzplatten sowie im Wege kopfseitig von den Sitzplatten in den Axialspalt hineinragender Bauteilabschnitte können die notwendigen Ansenkungen bzw. Senklöcher in Relation zur genannten Schräglage ausgeführt werden (Anspruch 15).

Die Betriebssicherheit der Einrichtung wird weiter optimiert, wenn der Niet innerhalb des Axialspalts zwischen Fußende und Nutgrund zusätzlich zwangsgeführt und zentrisch gehalten bzw. abgestützt ist, wobei vorrangig die vorgegebene Scheiben- und Nutkontur nicht verändert und spannungsmäßig beeinträchtigt werden soll. Gemäß Anspruch 2 sieht hierzu die Erfindung den Eingriff des Niets in eine sich längs des Schaufelfußendes erstreckende Vertiefung vor. Die Vertiefung kann - im Querschnitt gesehen - dreieck- oder z. B. halbrundartig und dabei auf die zylindrische Stabkontur des Niets abgestimmt sein.

Weitere Alternativen hierzu, mit im wesentlichen gegenüber dem Schaufelfuß "entkoppelter" zentrischer Halterung und Abstützung des Niets (stabförmiger Teil) gehen aus den Ansprüche 3 bzw. 4 hervor. Dabei können die beiderseits eines Niets sich erstreckenden Führungsstege eine Außenkontur aufweisen, die im wesentlichen auf die seitlich des Niets verbleibenden Restteile des Axialspalts abgestimmt gestaltet ist.

Gemäß Anspruch 5 können vorteilhaft die angegebenen Bauteiltoleranzen durch entsprechende Kippverformung ausgeglichen werden.

In einer oder mehreren Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere im Rahmen der Patentansprüche 6 bis 13 oder 17 bzw. 18, wird auf vergleichsweise einfache Weise über die jeweilige Nietverbindung nicht nur eine axiale, sondern auch eine betriebsoptimale radiale Fixierung der Laufschaufeln über deren Füße in den Axialnuten erreicht. Es sind also die Schaufeln mit den Füßen radial vorgespannt in den Axialnuten verankert, so dass das aus Fertigungstoleranzen herrührende Einbauspiel zwischen relativen gegenseitigen Auflageflächen von Fußzähnen und Gegenflächen der Axialnuten bereits in der Ruhelage der Radscheibe überwiegend zu Null wird. Mithin verbleiben die Laufschaufeln auch im Betrieb (Drehzahlen, Fliehkräfte) in ihrer ursprünglichen Einbauposition. Dies ist insbesonder im Hinblick auf radial äußere Deckbandverspannung der Laufschaufeln sowie eine angestrebte Wuchtung der Radscheibe bzw. des beschaufelten Rotors mit Deckbandverspannung vorteilhaft. Im Wege des genannten Einbauspiels erzwingt die Deckverspannung normalerweise irreguläre Schaufelpositionen, und damit einhergehende Scheiben- oder Rotorunwuchten, die oftmals trotz mehrfach wiederholter Wuchtvorgänge nicht beherrschbar waren.

Ferner können gemäß der Erfindung (Anspruch 14) frontal bzw. rückwärtig in den jeweiligen Axialspalt hineinragende Stützabschnitte der Sitzplatten eine auf die herrschende örtliche Fuß- und Nutkontur abgestimmte Gestaltung aufweisen, um eine gewünschte betriebssichere gegenseitige Bauteilflächenauflage zu ermöglichen. Die Betriebssicherheit der Fixiereinrichtung kann erhöht werden, wenn die Stützabschnitte zusätzlich mit Vertiefungen oder Längsrillen oder Ausnehmungen für den Niet ausgestattet sind (Anspruch 16).

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielhaft weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1: Die Fixiereinrichtung im bzw. am Axialspalt zwischen einem Schaufelfußende und im Nutgrund einer axialen Nut am Radkranz einer Radscheibe in teilweise seitlicher und axial geschnittener Darstellung unter Beiziehung eines radial innen und schaufelseitig radial außen abgebrochen gezeichneten Radscheibenabschnitts in axialer Schnittdarstellung,

Fig. 2: Die Fixiereinrichtung nach Fig. 1 mit Niet innerhalb des Axialspalts im Wege eines umfänglichen Teilschnitts gemäß II-II der Fig. 1, wobei Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 radial reduzierte Gesamterstreckung des Schaufelfußes einschließt.

Fig. 3: eine Abwandlung der Fixiereinrichtung mit in Längsrichtung am Schaufelfuß verlaufender Vertiefung für den Niet, im Sinne der Fig. 2 gesehen und unter Fortlassung örtlicher Schaufel-Scheibenabschnitte aus Fig. 2,

Fig. 4: eine gegenüber Fig. 1 bis 3 weiter abgewandelte Ausführung der Fixiereinrichtung im bzw. am Axialspalt in teilweise seitlicher und axial geschnittener Darstellung mit Führungsstegen der Sitzplatten im Axialspalt unter Beiziehung gegenüber Fig. 1 schaufelseitig radial außen und scheibenseitig radial innen weiter abgebrochen gezeichneter axialer Schnittdarstellung eines Schaufelscheibenabschnitts, wobei Fig. 4 zusätzlich eine gegenüber dem Schaufelfußende verspannte Stegausführung im Axialspalt verdeutlicht (gestrichelte Kontur),

Fig. 5: die Fixiereinrichtung nach Fig. 4 innerhalb bzw. am Axialspalt im wesentlichen als Draufsicht dargestellt, und zwar zwischen umfänglich außen abgebrochenen und hier in Scheibenlängsrichtung geschnitten dargestellten, den Axialspalt flankierenden Scheibenabschnitten,

Fig. 6: eine der Schnittlinie VI-VI der Fig. 5 sinngemäß folgende Schnittdarstellung der Fixiereinrichtung im Axialspalt unter Beiziehung eines örtlich abgebrochen gezeichneten Fuß-Scheibenabschnitts und ferner in Relation zu Fig. 5 maßstäblich vergrößert dargestellt,

Fig. 7: eine sinngemäß der Fig. 6 entsprechende Schnittdarstellung, hier jedoch in gegenüber Fig. 4 bis 6 verdeutlichter Abwandlung dadurch, daß die Führungsstege eine zentrierende Teilumschmiegung des Niets ausbilden,

Fig. 8: eine gegenüber Fig. 1 bis 7 abgewandelte Ausführung der Fixiereinrichtung in teils seitlicher und teils axialer Schnittdarstellung unter Anwendung von ausschließlich beidseitig in den Axialspalt hineinragenden, den Niet komplett umschließenden Führungsmitteln an den Sitzplatten,

Fig. 9: eine Schnittdarstellung gemäß IX-IX der Fig. 8,

Fig. 10: eine gegenüber Fig. 1 bis 9 abgewandelte Ausführung der Fixiereinrichtung in axial längsmittig geschnittener Darstellung und unter grundsätzlicher Beiziehung eines axial geschnitten gezeichneten Schaufel-Scheibenabschnitts im Sinne der Fig. 4 oder 8, und worin im Axialspalt ein Einsatz angeordnet ist, mit dem der Niet gegenüber dem Fußende verklemmt und radial verspannt ist,

Fig. 11: eine Schnittdarstellung gemäß XI-XI der Fig. 10,

Fig. 12: eine Draufsicht der axial aufgelöst gezeichneten Fixiereinrichtung nach Fig. 10 und 11 und in schematischer Verdeutlichung einer bezüglich der Axialnut und damit auch bezüglich des Axialspalts für die Fixiereinrichtung schräg zur Radachse verlaufenden Position,

Fig. 13: eine schematisch verdeutlichte Ausbildung der einen Sitzplatte und ihres Stützabschnitts gemäß Blickrichtung X der Fig. 12 gesehen,

Fig. 14, 15 und 16: Weitere Alternativen von Stützabschnitten, hier z. B. in der Anordnung an einer haltekopfseitigen Sitzplatte zu verstehen und in gemäß Fig. 9 aufgezeigter Schnittdarstellung,

Fig. 17: Ein axial geschnittener Schaufel-Scheibenabschnitt, in Abwandlung der in Fig. 8 gezeigten Sitzplatten- und Stützabschnittskonstruktion derart, daß z. B. der Haltekopf gänzlich im Axialspalt liegt und eine teils schräge (Fuß) und teils weich gerundete (Nut) Endkonfiguration des Axialspalts berücksichtigt ist,

Fig. 18: Ein fußseitiger Schaufel-Scheibenabschnitt gemäß Schnitt B-B der Fig. 16 unter Verdeutlichung der Einbausituation eines z. B. der haltekopfseitigen Sitzplatte zugeordneten, axial relativ langen Stützabschnitts und in alternativer Verdeutlichung einer gegenüber dem Schaufelfußende radial verspannten Ausführung durch Vorkrümmung des Stützabschnitts (Kontur R im Sinne von Fig. 4) und

Fig. 19: eine weitere Alternative zur axialen und zusätzlich radialen Fußflächenfixierung einer Laufschaufel an einer Fußnut; im Rahmen eines axial geschnitten dargestellten Schaufel-Scheibenabschnitts verkörpert, wobei der Niet entlang einer Rinne oder Vertiefung eines radial auskragenden Fußteils im Axialspalt deformiert ist und mit in den Axialspalt hineinragenden Stützabschnitten, die etwa im Sinne der Fig. 16 ausgebildet sind.

Gem. Fig. 1 und 2 wird davon ausgegangen, daß eine Turbinenradscheibe 1 für ein Gasturbinentriebwerk am Radkranz 2 mehrere in gleichmäßigen Abständen über dem Umfang verteilt angeordnete Laufschaufeln 3 aufweist. Z. B. unterhalb von Fußplatten 4 weisen die Laufschaufeln 3 mehrzahnige Schaufelfüße 5 auf, mit denen die Laufschaufeln 3 an entsprechend zahnartig ausgeformten Gegenflächen von axialen Fußnuten 6 (Fig. 2) am Radkranz 2 verankert sind. Mit ihren Füßen 5 sind die Laufschaufeln 3 so an den axialen Fußnuten 6 ausgebildet und angeordnet, daß zwischen dem radial innen liegenden Fußende und dem Grund der Axialnut 6 ein Axialspalt S verbleibt. Innerhalb des Axialspalts S erstreckt sich der schaft- bzw. stabförmige Teil einer Niet 7, hier insbesondere eines sogenannten "Senknietes". Für die hier insbesondere axiale Schaufelfixierung am Radkranz 2 der Radscheibe 1 weist der Niet einen kegelförmigen Halte- oder Setzkopf 8 und einen hier beispielsweise hohlzylindrischen Schließkopf 9 auf, dessen durch Nietung kegelartig deformierte Position mit ausgezogenen Linien verdeutlicht ist. Für die Durchführung des Grundgedankens der Erfindung ist es wesentlich, daß der Halte- und der Schließkopf 8 bzw. 9 jeweils eine Sitzplatte 10 bzw. 11 aufnehmen; letztere schließen jeweils relativ zu einer Bohrung für den Niet kegelförmige Senkungen 12 bzw. 13 oder Senklöcher ein, die im wesentlichen auf die vorgegebenen Kegelkontur des Haltekopfes 8 und die angestrebte Fertigkontur des Schließkopfes 9 abgestimmt gestaltet sind. Die Montage oder Demontage der Nietsicherung kann bei jeweils am Radkranz 2 montierter Laufschaufel 3 erfolgen, z. B. Demontage: Es wird zuerst die eine Sitzplatte 10 auf den Niet in Richtung auf den Haltekopf 8 aufgeschoben, dann wird der Niet 7 in gestreckter, noch nicht deformierter Position - von links nach rechts - durch den Axialspalt S so hindurchgeschoben, daß die eine Sitzplatte 10 an Stirnflächen des Schaufelfußes 5 und des Radkranzes 2 axial aufsitzt. Nach Aufschiebumg der anderen Sitzplatte 11 auf das übrige, aus dem Axialspalt S herausragende, noch nicht verformte Hülsenende der Niet 7 (gestrichelte Kontur) erfolgt die Nietung durch ein geeignetes Formwerkzeug G, z. B. per Hand, wobei eine senkkopfartige Deformation an der anderen Sitzplatte 11 erfolgt. Somit ist der Niet 7 über die betreffenden Sitzplatten 10 bzw. 11 unverrückbar gegenüber plattenseitig axial angrenzenden Stirnflächen des Schaufelfußes 5 und des Radkranzes 2 festgelegt.

Zur Lösung der Nietverbindung oder -sicherung können der Schließkopf 8 und die andere Sitzplatte 11 so weit mechanisch abgearbeitet werden, daß der Niet mit der einen Sitzplatte 10 am Haltekopf 8 von der in Fig. 1 rechten Seite aus aus dem Axialspalt S herausgezogen wird. Bei z. B. von Hand vorgenommener Kaltvernietung kann eine gewisse Nietstauchung hervorgerufen werden, die sich günstig auf einen axial/radial festen Sitz der Nietverbindung und der Schaufelscheibenverbindung auswirkt.

Anstelle der beschriebenen Kaltverformung "per Hand" kann die Erfindung aber auch durch eine hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebene Maschinennietung ausgeführt werden.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, kann die eine Sitzplatte 10 kreisförmig, die andere Sitzplatte 11 quadratisch oder im wesentlichen rechteckig (jeweils gestrichelte Konturen) gestaltet werden; es können auch beide Sitzplatten 10, 11 quadratisch oder rechteckig gestaltet sein; über die verhältnismäßig flächenmäßig größer gestaltete Sitzplatte 11 können große axiale Sitzflächen an betreffenden Gegenflächen des Schaufelfußes 5 und des Radkranzes 2 in Kombination mit örtlich großflächiger sekundärer Abdichtung am Axialspalt S und an der Axialnut 6 geschaffen werden.

Unterschiedlich zu Fig. 1 und 2, greift in Fig. 3 der Niet 7 in eine sich am Schaufelfußende in Längsrichtung erstreckende Vertiefung 14 ein; dabei ist in Fig. 3 die Einbauhöhe des Axialspaltes S gegenüber derjenigen nach Fig. 2 etwas reduziert aufgezeigt. Die Vertiefung 14 kann dreieckförmig, sie kann aber auch - gemäß Fig. 3 - eine gerundete Kontur, in Abstimmung auf den zylindrischen Stabumfang des Niets 7 aufweisen. Mit der Vertiefung 14 wird eine exakte zentrische Führung des Niets 7 im Axialspalt erreicht.

Gemäß Fig. 4 bis 7 kann eine zentrische Führung und Abstützung des Niets 7 innerhalb des Axialspalts S bereits für sich dadurch erzielt werden, daß die den Setzkopf 8 aufnehmende Sitzplatte 10 axial bzw. längs in den Axialspalt S hineinragende und beidseitig sich längs des größeren Teils der Stablänge des Niets 7 erstreckende Führungsstege 15 aufweist; diese Anordnung kann mit axial kürzeren Führungsstegen 16 an der vom Schließkopf 9 aufgenommenen Sitzplatte 11 kombiniert werden (Fig. 4 und 5).

Dabei enthält der Schließkopf 9 einen hohlzylindrischen, nach innen spitz zulaufenden Abschnitt (gestrichelte Kontur - Fig. 5), der sich innerhalb eines stabförmigen Teils des Niets 7 in den Axialspalt S hinein erstreckt. Nicht dargestellt, kann ausschließlich eine Anordnung mit den axial kürzeren Führungsstegen 16 an der schließkopfseitigen Sitzplatte 11 oder, ausschließlich mit axial längeren Führungsstegen an der schließkopfseitigen Sitzplatte 11, jeweils für sich zugrunde gelegt werden. Insbesondere die Führungsstege 15 sind im wesentlichen auf die vorgegebene, am Axialspalt S gegenüber dem Niet 7 verbleibende Restkontur abgestimmt gestaltet, wobei sie mit geraden Endflächen am Fußende und am Niet 7 aufsitzen und ferner mit gerundeten äußeren Endflächen seitlich und gegenüber dem Nutgrund im Axialspalt S mit geringem Abstand gehalten sind (Fig. 6). Sinngemäß gilt das gleiche in Verbindung mit den an der schließkopfseitigen Schließplatte 11 befindlichen axial kürzeren Führungsstegen 16, die jedoch - wie besonders aus Fig. 5 ersichtlich, gegenüber den langen Führungsstegen 15 etwas schlanker gestaltet sein können. Als Alternative zu Fig. 4 bis 6 können gemäß Fig. 7 z. B. die vergleichsweise langen Führungsstege 15 auf den Außenumfang des Niets 7 abgestimmt gerundete Zentner- und Stützflächen 17 aufweisen.

In grundlegender Bauweise nach Fig. 4, 5 und 6 besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Fixiereinrichtung so auszubilden, daß über die verhältnismäßig langen Führungsstege 15 im fest montierten Einbauzustand eine radiale Anpreßkraft P am örtlichen Schaufelfußende erzeugt wird. Es sind die Führungsstege 15, bereits vor dem Einbau in den Axialspalt S, relativ zur Nietachse derart abgewinkelt vorverformt (gestrichelte Kontur R), daß sie im Axialspalt S eine radial vorgespannte Flächenauflage für den Schaufelfuß ausbilden. Hierdurch ergibt sich bereits in der Ruhelage und - bei Wuchtvorgängen - ein nahezu spielfreier Sitz der Schaufeln 1 nebst Füßen 5 in den Axialnuten 6.

Gemäß Fig. 8 und 9 weisen die beiden Sitzplatten 10, 11 jeweils einen Stützabschnitt 18 bzw. 19 auf, von denen der eine 18 frontseitig, der andere 19 rückwärtig in den Axialspalt S axial hineinragt. Zur Aufnahme axial äußerer Abschnitte des stabförmigen Teils des Niets 7 sind die Stützabschnitte 18, 19 axial durchbohrt, wobei die Bohrungen in die betreffenden Kegelsenkungen 12, 13 übergehen. Wie insbesondere aus Fig. 9 erkennbar, weist jeder Stützabschnitt, hier z. B. 18, umfänglich eine auf die örtlich am Axialspalt S herrschende Fuß- und Nutkontur abgestimmte Gestaltung auf. Nach Vernietung ist somit der Niet 7 nebst Stützabschnitten 18, 19 form- und kraftschlüssig in den Axialspalt S eingebunden.

Im Sinne der zu Fig. 4, 5 und 6 - als dortige Alternative vermerkten Zwecke (radiale Fußpressung P) - vorverformten Stegkontur R soll beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 bis 13 der stabförmige Teil des Niets 7 - relativ zu seiner ursprünglichen Normallage (Fig. 11 - gestrichelt, unten) exzentrisch deformiert am örtlichen Ende des Schaufelfußes 5 aufsitzen. Hierzu kann im Axialspalt S ein Einsatz 20 angeordnet sein, der eine axiale Ausnehmung 21 (Fig. 12) aufweist, in der ein stabförmiger Abschnitt des Niets 7 längs seines Teilumfanges geführt ist; eine Bodensektion der Ausnehmung 21 ist relativ zu beiden Enden des Einsatzes 20 axial verkürzt ausgeführt (siehe: Insbesondere Fig. 12). Die Ausnehmung 21 bildet somit längs ihres abgerundeten Grundes und, relativ zum Grund der Axialnut 6 im Axialspalt S, die in Fig. 10 und 11 gezeigte exzentrische Deformation des Niets 7 nach erfolgter Vernietung aus. Ähnlich der Anordnung nach Fig. 8 und 9, sieht die Anordnung nach Fig. 10 bis 13 in den Axialspalt S von außen axial hineinragende Stützabschnitte 18, 19 der beiden Sitzplatten 10, 11 vor; insbesondere gegenüber dem Nutgrund im Axialspalt S sind die Stützabschnitte, z. B. 19 - Fig. 13 - in einem vorgegebenen Abstand A angeordnet; sie bilden außerdem - radial außen - eine Schaufelfußabstützung aus.

Im Sinne, aber anstelle der dargestellten Ausführung des Einsatzes 20, kann auch ein im Querschnitt etwa sichelförmiges Einsatzteil verwendet werden, wobei dann ein Abschnitt des stabförmigen Teils des Niets 7 längs des relativ dicksten Querschnitts der "Sichel" exzentrisch zum Schaufelfußende hin deformierbar wäre. Dabei kann auch eine gewisse umfängliche Winkelverdrehung der "Sichel" im Axialspalt S zugrunde gelegt werden, um die Stelle größter Wandstärke relativ zum Niet 7 zu positionieren. Sinngemäß könnte auch ein Einsatz verwendet werden, der in hülsenförmiger oder halbringartiger Teilumschließung der Niet 7 angeordnet ist.

Fig. 10 veranschaulicht ferner, daß fertigungsbedingte örtliche Abmessungsdifferenzen, hier hinsichtlich der Scheibendicke L in Relation zur Fußlänge L', durch örtliche Deformation Df der betreffenden Sitzplatte 11 im Wege der Nietung ausgeglichen werden können.

Insbesondere Fig. 12 veranschaulicht die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung bei im Radkranz 2 der Radscheibe 1 fortlaufend relativ zur Rad- bzw. Scheibenachse gleichförmig schräg angestellten und gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordneten Axialnuten 6. Relativ zum schrägen Axialspalt S einer Axialnut 6 und in Relation zu den geraden Stirnflächen St des Radkranzes 2 ergeben sich endseitig parallelwandig zu den Stirnflächen St verlaufende, etwa parallelogrammförmig gestaltete Bauteile 18, 19, 20. Dabei ergeben sich einseitig zunehmende Wandverdickungen D, D' der beiden Sitzplatten 10, 11 über deren Umfang dergestalt, daß die zur Nietung benötigten Kegelsenkungen 12, 13 (Senklöcher) zumindest teilweise umfänglich in das Materialfleisch der zugehörigen Stützabschnitte 18, 19 eingebracht werden können; bei fest montierter Fixiereinrichtung befinden sich die Kegelsenkungen 12, 13 somit zumindest teilweise innerhalb des Axialspaltes S.

Gegenüber Fig. 8 bis 13 abgewandelte Ausführungen von Stützabschnitten an den Sitzplatten 10, 11 sind in Fig. 14, 15 und 16 dargestellt. Dabei handelt es sich z. B. um diejenigen Stützabschnitte 18' (Fig. 14), 18" (Fig. 15) und 18''' (Fig. 16), die an den Sitzplatten 10 für den Haltekopf 8 angeordnet sind. Schließkopfseitig können mithin jeweils fallweise mit Fig. 14 bis 16 identische Stützabschnitte verwendet werden. Gemäß Fig. 14 weist der Stützabschnitt 18' im Axialspalt S eine gegenüber dem Schaufelfußende offene Vertiefung 22 auf, die den Niet 7 mit einer entsprechend angepaßten Umfangskontur aufnimmt und zentrisch führt. Fig. 15 und 16 weichen von Fig. 14 prinzipiell dadurch ab, daß die betreffenden Stützabschnitte 18" bzw. 18''' im Axialspalt S eine gegenüber dem Nutgrund offene Vertiefung 22' (Fig. 15) bzw. 22" (Fig. 16) aufweisen. Innerhalb der Vertiefung 22' - die im wesentlichen auf die umfängliche Nietkontur abgestimmt gestaltet ist - ist der Niet 7 zentrisch geführt. In Fig. 16 ist die Vertiefung 22' im wesentlichen dreieckförmig gestaltet, so daß dem Niet 7 tangentiale Sitz- und Führungsflächen vermittelt werden.

Im Rahmen der Erfindung kann auch ein zuvor schon gezeigter und erwähnter Einsatz 20 (Fig. 10 bis 13) nicht nur im Sinne der Fig. 14, sondern auch im Sinne der Fig. 15 oder 16 ausgebildet werden.

Fig. 17 veranschaulicht eine leicht im Hinblick auf Fig. 8 und 9 modifizierte Alternative bezüglich der Ausbildung z. B. des Stützabschnittes 18 an der Sitzplatte 10 in Abstimmung auf einen schrägen Konturverlauf K und einen gegenüberliegenden gerundeten Eckenverlauf R' am betreffenden äußeren Ende des Axialspaltes S, zwischen Fußende und Nutgrund. Es kann gemäß Fig. 17 zumindest die eine Sitzplatte 10 bezüglich des Materialfleisches des Stützabschnitts 18 in Abstimmung auf die Konturverläufe K, R' so verdickt gestaltet werden, daß genügend Materialfleisch vorhanden ist, um z. B. den Setzkopf 8 über das Kegelloch 12 betriebssicher innerhalb des Axialspaltes S einzubinden. Zur weiteren Halterung und Führung des Niets 7 setzt sich das Senkloch 12 in Form einer lochkoaxialen Öffnung bzw. Bohrung im Stützabschnitt 18 fort.

Die beispielsweise für Fig. 18 aus Fig. 16 beigezogenen Stützabschnitte 18''' an der Sitzplatte 10 für den Haltekopf 8 können, ähnlich oder vergleichbar mit den Stützstegen 15 nach Fig. 4 und 5, eine relativ zum Axialspalt S große Baulänge aufweisen. Im Sinne der Fig. 4 und 5 kann Fig. 18 für den Schließkopf 9 mit einem entsprechend axial kurzen Stützabschnitt kombiniert werden, der etwa mit der Kontur des Stützabschnittes 18''' ausgestattet ist, jedoch, von rechts nach links gesehen, in den Axialspalt S hineinragt.

Ähnlich der Darstellung nach Fig. 4 bezeichnet R in Fig. 18 eine vorgebogene oder gekrümmte Kontur des Stützabschnitts 18''' derart, daß er im fertigen Einbauzustand eine radiale Anpreßkraft P am Ende des Schaufelfußes 5 ausübt, wodurch die Laufschaufel 3 (Fig. 1 und 2) über ihren Fuß 5 unter radialer Flächenanpressung an betreffenden Gegenflächen der Fußnut 6 im Radkranz 2 aufsitzt. Wie man ferner aus Fig. 18 erkennt, kann die biegeelastische vorverformte Krümmung R an bzw. hinter einer quer und längs verlaufenden Vertiefung T am Stützabschnitt 18''' erfolgen.

Eine weitere Alternative zur axialen und radialen Schaufelfixierung nach Fig. 19 sieht vor, daß der Niet 7 - als Folge der Nietung - längs einer mit Fig. 2 vergleichbaren oder ähnlichen Rille oder Vertiefung 14 des Schaufelfußes 5 deformiert, mithin also zwischen Nutgrund im Axialspalt S und Vertiefung 14 exzentrisch deformiert wird. An einem Endteil 23 des Schaufelfußes 5 weist dabei die Vertiefung 14 in Längsrichtung einen in Richtung auf den Nutgrund ausgewölbten Verlauf auf; die Vertiefung 14 umschließt einen Teilumfang des Niets 7. Ferner sieht Fig. 19 eine axial relativ kurze Konfiguration der Stützabschnitte 18''' bzw. 19''' an den betreffenden Sitzplatten 10 bzw. 11 vor. Die Stützabschnitte 18''' bzw. 19''' können im Querschnitt gemäß Fig. 15 oder 16, jedoch radial bzw. teilumfänglich - relativ zur örtlichen Höhe bzw. Breite des Axialspaltes S - kürzer bzw. schmaler gestaltet sein; sie bilden nach Vernietung Stützflächen am Ende des Schaufelfußes 5 aus. Anstelle der in Fig. 19 gezeigten Stützabschnitte 18''' bzw. 19''' können z. B. auch solche in der Art nach Fig. 10, 12 und 13 oder, ähnlich der Fig. 17, verwendet werden. Neben axialer Schaufelsicherung ergibt sich aus Fig. 19 eine radial verspannte und verklemmte Nietanordnung im Axialspalt S, woraus eine gewünschte radiale Flächenpressung zwischen Fußzähnen und Gegenflächen an den Fußnuten 6 resultiert.


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung zur Fixierung von Laufschaufeln (3) am Laufrad (1), insbesondere einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks, wobei die Laufschaufeln (3) über zahnartig profilierte Schaufelfüße (5) an korrespondierend ausgeformten Axialnuten (6) eines Radkranzes (2) gehalten und mit dem Radkranz (2) durch Nietung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
    1. - an jeder Axialnut (6), zwischen dem Fußende einer Laufschaufel (3) und dem Nutgrund ein Axialspalt (S) ausgebildet ist,
    2. - im Axialspalt (S) in Spaltlängsrichtung ein Niet (7) angeordnet ist, der einen Haltekopf (8) und einen Schließkopf (9) aufweist,
    3. - Halte- und Schließkopf (8, 9) formschlüssig unterlagscheibenähnliche Sitzplatten (10, 11) halten, die durch Verformung des Schließkopfes (9) des Niets (7) an beiderseitigen Stirnflächen des Radkranzes (2) und des betreffenden Schaufelfußes (5) festgelegt sind,
    4. - die Sitzplatten (10, 11) kegelförmige Senklöcher (12, 13) oder Ansenkungen in Abstimmung auf die Kegelkontur des Haltekopfes (8) einerseits bzw. die fertig verformte Kegelkontur des Schließkopfes (9) andererseits aufweisen, und
    5. - zumindest eine der beiden Sitzplatten (10, 11) eine die Stirnfläche des Axialspalts (S) in radialer und in Querrichtung überdeckende Sekundärdichtung an der Axialnut (6) bildet.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (7) jeweils in eine am Schaufelfußende sich in Längsrichtung erstreckende Vertiefung (14) eingreift.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkopf (9) einen in den Axialspalt (S) hineinragenden, hohlzylindrischen Abschnitt aufweist und dass die Sitzplatte (11) am Schließkopf (9) mit auf beiden Seiten des hohlzylindrischen Abschnitts angeordneten Stegen (16) in den Axialspalt hineinragt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Haltekopf (8) aufgenommene Sitzplatte (10) zwei axiale Führungsstege (15) aufweist, die in den Axialspalt (S) hineinragen und Stützflächen für den betreffenden Schaufelfuß (5) sowie gerade oder abgerundete Zentrierflächen gegenüber dem Niet (7) ausbilden.
  5. 5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteiltoleranzen der Schaufelfüße (5) und des Radkranzes (2) durch Kippverformung (Df) der vom Schließkopf (9) aufgenommenen Sitzplatte (11) ausgleichbar sind.
  6. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Haltekopf (8) aufgenommene Sitzplatte (10) mit zwei axialen Führungsstegen (15) in den Axialspalt (S) hineinragt, zwischen denen der Niet (7) in Längsrichtung geführt ist und die gegenüber der Nietachse derart abgewinkelt verformt sind, dass sie im Axialspalt (S) eine radial vorgespannte Flächenauflage am Schaufelfuß (5) ausbilden.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (7) innerhalb des Axialspaltes (S) zumindest teilweise längs eines Einsatzes (20) so geführt ist, dass er durch die Nietung gegenüber dem Nutgrund exzentrisch in Richtung auf ein Schaufelfußende deformiert wird.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz von einer gegenüber dem Niet exzentrisch verdickten Hülse ausgebildet ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz einen im wesentlichen halbringartigen oder sichelförmigen Querschnitt aufweist.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (20) am äußeren Umfang im wesentlichen auf die radial innen liegende Kontur der betreffenden Axialnut (6) am Axialspalt (S) abgestimmt gestaltet ist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (7) an einer gegenüber dem Schaufelfußende offenen Ausnehmung (21) des Einsatzes (20) geführt ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (20) mit der Sitzplatte (10) des Haltekopfes (8) verbunden ist.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzplatten (10, 11) mit Stützabschnitten (18, 19) für das betreffende Schaufelfußende in den Axialspalt (S) hineinragen, wobei die jeweiligen Stützabschnitte (18, 19) mit Abstand (A) gegenüber dem Nutgrund angeordnet sind.
  14. 14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass frontal bzw. rückwärtig in den jeweiligen Axialspalt (S) hineinragende Stützabschnitte (18, 19) der Sitzplatten (10,11) eine auf die örtlich herrschende Fuß- und Nutkontur abgestimmte Gestaltung aufweisen.
  15. 15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Axialnuten (6) für die Schaufelfüße (5) in zur Rad- oder Rotorachse fortlaufend gleichmäßig abgeschrägten Positionen in der Radscheibe (1) bzw. am Radkranz (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzplatten (10, 11) frontal und rückseitig am Radkranz (2) Wandverdickungen (D, D') aufweisen, an denen Ansenkungen bzw. Senklöcher (12, 13) zusammen mit den in den Axialspalt (S) hineinragenden Stützabschnitten (18, 19) der Sitzplatten (10, 11) in einer auf die Schräglage der Axialnuten (6) und der Schaufelfüße (5) zentrisch abgestimmten Position angeordnet sind.
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützabschnitte (18', 18", 18''') jeweils eine in Längsrichtung gegenüber dem Schaufelfußende oder gegenüber dem Nutgrund im Axialspalt (S) offene Vertiefung (22, 22', 22") aufweisen, an bzw. in der der Niet (7) zentrisch geführt ist.
  17. 17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stützabschnitt (18''') gegenüber der Nietachse derart verformt ist, dass er im Axialspalt (S) eine radiale Vorspannkraft (P) am Schaufelfuß (5) ausübt.
  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (14) an einem die relative Axialspalthöhe gegenüber dem Nutgrund reduzierenden Endteil (23) des Schaufelfußes (5) so ausgebildet ist, dass der Niet (7) durch die Nietung exzentrisch zwischen der Vertiefung (14) und dem Nutgrund deformiert und verspannt ist.
  19. 19. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen der in den Axialspalt (S) hineinragende Stützabschnitt (18) zumindest einer Sitzplatte (10) ein auf die jeweilige Kegelkontur des Haltekopfes (8) bzw. des verformten Schließkopfes abgestimmtes Senkloch (12) oder eine entsprechend abgestimmte Ansenkung aufweist.






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