DE102020209471A1

DE102020209471A1 - Verdrehgesicherter Spannverbund einer Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102020209471A1
Application number: DE102020209471.3A
Authority: DE
Inventors: Hermann Nachtigall
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-02-03
Also published as: WO2022022773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen verdrehgesicherten Spannverbund (10) einer Strömungsmaschine, insbesondere Rotor, mit wenigstens zwei in Axialrichtung der Strömungsmaschine hintereinander angeordneten Verbundbauteilen (11), die in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind. Die Verbundbauteile (11) stehen über jeweils wenigstens eine im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche (12) in unmittelbarem oder mittelbarem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung. Die wenigstens zwei Verbundbauteile (11) weisen jeweils wenigstens eine Anschlagfläche (13, 14, 15) auf, welche eine Drehmomentübertragung zwischen den wenigstens zwei Verbundbauteilen (11) ermöglichen.

Description

Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 807085 im Zuge des 8. Rahmenprogramms der Europäischen Union innerhalb der Clean Sky 2 Joint Technology Initiative gefördert.
Die Erfindung betrifft einen verdrehgesicherten Spannverbund einer Strömungsmaschine, insbesondere Rotor, mit wenigstens zwei in Axialrichtung der Strömungsmaschine hintereinander angeordneten Verbundbauteilen, die in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind und über jeweils wenigstens eine im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche in einem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung stehen.
Solche verdrehgesicherten Spannverbunde von Strömungsmaschinen weisen üblicherweise eine Vielzahl von Verbundbauteilen, insbesondere Rotorscheiben, eine Hohlwelle und einen sich axial durch die Verbundbauteile erstreckenden Zuganker auf, über den die Verbundbauteile und die Hohlwelle in bekannter Weise axial verspannt sind. Bei als Spannverbund aufgebauten Verbundbauteilen von Strömungsmaschinen wird die Last durch Kraftschluss (Reibschluss) übertragen. Bei einer reduzierten axialen Vorspannkraft kann es aufgrund der verringerten Reibung zu einem Durchrutschen der vorgespannten Verbundbauteile kommen, weshalb die Vorspannkraft regelmäßig sehr hoch gewählt ist.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten verdrehgesicherten Spannverbund für eine Strömungsmaschine vorzuschlagen, welcher eine Drehmomentübertragung im Spannverbund auch bei verringerter axialer Vorspannkraft ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein verdrehgesicherter Spannverbund, insbesondere Rotor, einer Strömungsmaschine vorgeschlagen. Dieser weist wenigstens zwei in Axialrichtung der Strömungsmaschine hintereinander angeordnete Verbundbauteile auf, die in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind und über jeweils wenigstens eine im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche in unmittelbarem oder mittelbarem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung stehen. Die wenigstens zwei Verbundbauteile weisen jeweils wenigstens eine Anschlagfläche auf, welche im Wesentlichen axial angeordnet sind und welche bei einem Versagen des Kraftschlusses eine Drehmomentübertragung zwischen den wenigstens zwei Verbundbauteilen durch einen unmittelbaren oder mittelbaren Formschluss ermöglichen.
Strömungsmaschinen weisen meist mehrere verdrehgesicherte Spannverbunde auf, deren Verbundbauteile in Axialrichtung der Strömungsmaschine gegeneinander verspannt sind. So bilden beispielsweise Verdichterrotor sowie Turbinenrotor jeweils wenigstens einen Spannverbund. Ferner können auch Bauelemente des Gehäuses wie insbesondere Leitschaufelanordnungen wenigstens einen Spannverbund einer Strömungsmaschine bilden, bei dem die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft einsetzbar ist.
Die Verbundbauteile eines solchen Spannverbunds stehen über jeweils wenigstens eine im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche in unmittelbarem oder mittelbarem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung. Üblicherweise erstrecken sich die Kontaktflächen dabei im Wesentlichen in einer senkrecht zur Achse der Strömungsmaschine angeordneten Ebene. Bei anderen Ausführungen können die Kontaktflächen auch als sich rotationssymmetrisch um die Achse der Strömungsmaschine erstreckende Fläche ausgebildet sein, welche gegenüber der Achse der Strömungsmaschine in einem stumpfen oder spitzen Winkel geneigt ist, wie beispielsweise als Kegelfläche oder wenigstens einen derartig gestalteten umlaufenden Flächenabschnitt aufweisen. Da die überwiegende Erstreckung dieser Flächen in Verbindung mit der Erfindung in radialer Richtung verläuft, werden die möglichen Gestaltungen von Kontaktflächen in diesem Zusammenhang als im Wesentlichen radial angeordnete, rotationssymmetrische Kontaktflächen bezeichnet. Der Kraftschluss zwischen den jeweils zwei Kontaktflächen erfolgt dabei in axialer Richtung unmittelbar von einem auf das andere der sich an den Kontaktflächen kontaktierenden Verbundbauteile oder mittelbar über wenigstens ein drittes Element, welches die jeweiligen Kontaktflächen zweier axial benachbart angeordneter Verbundbauteile kontaktiert und entsprechend in den Spannverbund eingebunden ist.
Die wenigstens zwei Verbundbauteile weisen jeweils wenigstens eine Anschlagfläche auf. Diese sind jeweils im Wesentlichen axial und damit entsprechend im Wesentlichen senkrecht zur Umfangsrichtung angeordnet und somit eingerichtet, ein Drehmoment von einem auf das andere der zwei Verbundbauteile zu übertragen. Bildet sich infolge eines gegeneinander Verdrehens zweier Verbundbauteile bei einem Versagen des Kraftschlusses an deren Kontaktflächen ein Formschluss zwischen den an diesen Verbundbauteilen ausgebildeten Anschlagflächen aus, so ist über diese Anschlagflächen ein Drehmoment übertragbar. Dies erfolgt unmittelbar, wenn die Anschlagflächen der beiden Bauteile aneinander anschlagen, oder mittelbar wenn zwischen diesen ein weiteres Element angeordnet ist. Die Anzahl und Verteilung um den Umfang (Winkelteilung) der an den Verbundbauteilen angeordneten Anschlagflächen ist dabei insbesondere abhängig von der Gestaltung von Verbundbauteil und Anschlagfläche(n) sowie dem zu übertragenden Drehmoment frei wählbar.
Der vorgeschlagene Spannverbund ist beispielsweise bei bekannten, allein kraftschlüssig gestalteten Spannverbunden zur Verbesserung von deren Verdrehsicherheit einsetzbar, wobei die Dichtheit der Fügestelle zwischen den Verbundbauteilen unverändert bleibt. Im normalen Betrieb, in dem das Drehmoment über die vorgesehenen Kontaktflächen übertragen wird, bleiben die Elemente der vorgeschlagenen Lösung verschleißfrei. Überschreitet bei der vorgeschlagenen Lösung das Drehmoment im Falle einer Überlast das durch den Kraftschluss (Reibschluss) zwischen den Verbundbauteilen übertragbare Drehmoment, beginnen sich die Verbundbauteile gegeneinander zu verdrehen. Die Anschlagflächen der beiden Verbundbauteile sind so angeordnet, dass sich diese durch die Relativbewegung der Verbundbauteile aufeinander zu bewegen, bis sich ein Formschluss zwischen diesen ausbildet. Infolgedessen wird das Drehmoment über die Anschlagflächen von einem Verbundbauteil auf das andere Verbundbauteil übertragen. Bei einem Einsatz der vorgeschlagenen Lösung sind keine größeren Änderungen im Fertigungsverlauf der Verbundbauteile erforderlich und auch die Montage der Spannverbunds kann weitgehend unverändert erfolgen.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist die wenigstens eine Anschlagfläche eines Verbundbauteils zum unmittelbaren Eingriff mit wenigstens einer an einem Übertragungselement angeordneten Anschlagfläche vorgesehen. Das Übertragungselement weist dabei wenigstens eine weitere Anschlagfläche auf, welche zum unmittelbaren Eingriff mit wenigstens einer Anschlagfläche am anderen von zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen vorgesehen ist. Im Falle des Versagens des Kraftschlusses über die Kontaktflächen der beiden Verbundbauteile dient das Übertragungselement zur mittelbaren Übertragung des Drehmoments von einem Verbundbauteil zu einem axial benachbart dazu angeordneten Verbundbauteil. Das Drehmoment wird dabei von wenigstens einer an einem Verbundbauteil angeordneten Anschlagfläche über einen Formschluss auf das Übertragungselement und von dort ebenfalls formschlüssig auf wenigstens eine am axial benachbarten Verbundbauteil angeordnete Anschlagfläche übertragen. Damit überträgt das Übertragungselement das Drehmoment bei unzureichendem Kraftschluss von einem auf das andere der Verbundbauteile. Zusätzlich kann ein Übertragungselement bei einem Verschleiß vergleichsweise leicht getauscht werden, sodass diese Ausführungsform geringere Reparaturkosten ermöglicht.
Eine Anschlagfläche kann am Übertragungselement beispielsweise an einer Aussparung, insbesondere an einer axial ausgerichteten Wandung einer Aussparung angeordnet sein. Gleichfalls ist es beispielsweise auch möglich, eine oder zwei Anschlagflächen an einem am Übertragungselement angeordneten Vorsprung auszubilden, welcher in eine Aussparung eingreift, die an einem Verbundbauteil angeordnet ist. Eine geeignete Anschlagfläche ist im Wesentlichen axial und damit im Wesentlichen senkrecht zu einem in Umfangsrichtung wirkenden Drehmoment angeordnet. Bei einer solchen Gestaltung kann der Kraftfluss der Drehmomentübertragung unmittelbar durch den Vorsprung erfolgen, ohne dass weitere Bereiche des Übertragungselements an der Drehmomentübertragung beteiligt sind. Diese können so unbelastet bleiben, wodurch beispielsweise auch eine vergleichsweise leichte und kompakte Gestaltung des Übertragungselements ermöglicht wird.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist das Übertragungselement ringförmig ausgebildet. Ein ringförmiges Übertragungselement ist gut in den Aufbau eines Spannverbunds integrierbar, da die Verbundbauteile wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Ein insbesondere nicht unterbrochenes oder sich in Umfangsrichtung abstützendes ringförmiges Übertragungselement kann zudem auch hohe Lasten in Umfangsrichtung übertragen. Ebenso ist ein Ringsegment als ringförmiges Übertragungselement denkbar, wobei allerdings auf eine geeignete Fixierung des Übertragungselements am Spannverbund erforderlich ist.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds weist das Übertragungselement einen im Wesentlichen radial angeordneten Flansch auf. Im Wesentlichen radial angeordnet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Hauptausrichtung des Flansches in radialer Richtung verläuft, wobei der Flansch auch gegenüber der radialen Richtung geneigt ausgebildet sein kann, sodass dessen radiale Flächen zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet sind. Ein am Übertragungselement im Wesentlichen radial angeordneter Flansch trägt weiter zur Festigkeit des Übertragungselements insbesondere in Umfangsrichtung bei. Ein solcher radial ausgerichteter Flansch des Übertragungselements kann zwischen zwei benachbarten Verbundbauteilen angeordnet werden. Dabei kann dieser mit wenigstens so viel axialem Abstand zu den beiden Elementen angeordnet sein, sodass der radial angeordnete Flansch des Übertragungselements nicht im Spannverbund integriert und damit nicht an der kraftschlüssigen Drehmomentübertragung beteiligt ist.
Bei einer Ausführung dieses verdrehgesicherten Spannverbunds weist der Flansch beidseits rotationssymmetrisch ausgebildete Kontaktflächen auf und ist im Kraftschluss zwischen zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen zur mittelbaren Drehmomentübertragung angeordnet. Dabei wird das Drehmoment von einem Verbundbauteil auf den radial angeordneten Flansch und von diesem auf das zweite Verbundbauteil übertragen, sodass das Übertragungselement und insbesondere dessen radial angeordneter Flansch ein Element des Spannverbunds darstellt, das insbesondere auch an der Vorspannkraftübertragung beteiligt ist.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist das Übertragungselement an einer radialen inneren oder einer radial äußeren Fläche des wenigstens einen Verbundbauteils montierbar ausgeführt. Das Übertragungselement kann dabei beispielsweise an einem entsprechend ausgebildeten Absatz von wenigstens einem der beiden benachbarten Verbundbauteile angeordnet und mit diesem beispielsweise über einen Passsitz oder ein zusätzliches Fixierelement verbunden werden. Grundsätzlich ermöglicht die vorgeschlagene Gestaltung eine Montage des Übertragungselements an jedem der beiden Verbundbauteile.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds weist das Übertragungselement eine radial angeordnete Zentrierfläche auf, über welche das Übertragungselement gegenüber einem Verbundbauteil zentrierbar ist. Mittels einer radial angeordneten Zentrierfläche kann das Übertragungselement zentriert an einem der Verbundbauteile angeordnet werden. Dies ist insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Rundlaufs des Spannverbunds und aus Unwuchten resultierenden Ausgleichserfordernissen vorteilhaft.
Bei einer alternativen Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds sind die am Übertragungselement angeordneten Anschlagflächen an wenigstens einem hierfür ausgebildeten Vorsprung oder an wenigstens einer im Übertragungselement ausgebildeten Aussparung angeordnet. Bei den beiden vorgeschlagenen Gestaltungen sind die Anschlagflächen unmittelbar am Übertragungselement angebunden. Dabei sind die Anschlagflächen abhängig von der Gestaltung und dem Bauraum der an den Verbundbauteilen angeordneten Anschlagflächen bzw. des wenigstens einen Vorsprungs oder der wenigstens einen Aussparung, an welchen die Anschlagflächen des Verbundbauteil angeordnet sind, ausgestaltet. Insbesondere ist es üblicherweise kostengünstiger, insbesondere aufwändigere Gestaltungen von Vorsprüngen oder Aussparungen am Übertragungselement anzuordnen, als an einem Verbundbauteil. Zudem können am Übertragungselement auch komplexe Gestaltungen wenigstens eines Vorsprungs und/ oder einer Aussparung vorgesehen sein, insbesondere auch angepasst an die Gestaltung eines benachbart angeordneten Verbundbauteils.
Bei einer alternativen Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist die wenigstens eine Anschlagfläche eines Verbundbauteils zum unmittelbaren Eingreifen mit der wenigstens einen Anschlagfläche des anderen von zwei nebeneinander angeordneten Verbundbauteilen vorgesehen. Bei einer solchen Ausführungsform ist kein zusätzliches Übertragungselement erforderlich, da die zur Drehmomentübertragung bei einem Versagen des Kraftschlusses erforderlichen Anschlagflächen unmittelbar an den beiden benachbarten Verbundbauteilen angeordnet sind. Das zusätzliche Gewicht und der erforderliche Bauraum für ein Übertragungselement können folglich entfallen.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist die wenigstens eine Anschlagfläche an einem Vorsprung ausgebildet, welcher als Wuchtentnahmestelle verwendbar ist. Insbesondere wenn an einem Verbundbauteil oder einem Übertragungselement eines rotierenden Spannverbunds ein zusätzlicher Vorsprung zum Anordnen einer Anschlagfläche vorgesehen wird, stellt dieser eine zusätzliche rotierende Masse des Spannverbunds dar, welche die beschleunigten Massen und damit auch den Rundlauf des Spannverbunds beeinflusst. Entsprechend können diese Vorsprünge vorteilhaft so ausgebildet werden, dass sie auch als Wuchtentnahmestelle verwendbar sind. Dabei ist entsprechend darauf zu achten, dass die Vorsprünge nach einer Masseentnahme zum Wuchten des Spannverbunds noch eine ausreichende Erstreckung bzw. Festigkeit aufweisen, damit das erforderliche Drehmoment noch über die Anschlagflächen übertragbar ist.
Bei einer Ausführung des verdrehgesicherten Spannverbunds ist die wenigstens jeweils eine Anschlagfläche von wenigstens zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen insbesondere in Verbindung mit einem dazwischen angeordneten Übertragungselement in einer vorbestimmten Winkelteilung angeordnet, um eine vorbestimmte Drehkonfiguration der Verbundbauteile nach der Montage herzustellen. Bei der Montage der beiden benachbart angeordneten Verbundbauteile sind diese bzw. die daran angeordneten Anschlagflächen relativ zueinander bzw. zu einem Übertragungselement zu positionieren. Abhängig von der Anzahl der an einem Verbundbauteil angeordneten Anschlagflächen sowie deren Position kann die Drehkonfiguration der Verbundbauteile mittelbar bzw. unmittelbar zueinander festgelegt werden. Über die Anordnung der Anschlagflächen kann auch ein relativ möglicher Drehwinkel zwischen den beiden Verbundbauteilen bzw. einem Übertragungselement bis zum Erreichen des Formschlusses eingestellt werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften verdrehgesicherten Spannverbunds einer Strömungsmaschine;
2 eine Schnittdarstellung eines Details einer beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile mit einem radial innen angeordneten Übertragungselement;
3 eine Schnittdarstellung des Details aus 2 entlang der Schnittlinie 1 - I;
4 eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile mit einem radial außen angeordneten Übertragungselement;
5 eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile mit einem radial innen angeordneten Übertragungselement;
6 eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile mit einem radial innen angeordneten Übertragungselement;
7 eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile mit einem radial außen angeordneten Übertragungselement;
8 eine Darstellung eines Abschnitts des in den 5 bis 7 gezeigten Übertragungselements;
9 eine Schnittdarstellung eines Details einer beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile deren jeweilige Anschlagflächen zum unmittelbaren Eingreifen miteinander ausgebildet sind;
10 eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile deren jeweilige Anschlagflächen zum unmittelbaren Eingreifen miteinander ausgebildet sind; und
11 eine Schnittdarstellung eines Details noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile deren jeweilige Anschlagflächen zum unmittelbaren Eingreifen miteinander ausgebildet sind.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften verdrehgesicherten Spannverbunds 10 einer Strömungsmaschine, im gezeigten Beispiel einen Verdichterrotor. Dieser Spannverbund 10 weist mehrere in Richtung der Drehachse A der Strömungsmaschine hintereinander angeordnete Verbundbauteile 11 in Form von beschaufelten Verdichterscheiben auf. Diese Verbundbauteile 11 sind in Axialrichtung gegeneinander verspannt und sind über daran angeordnete Zentrierflansche 9 miteinander verbunden. An den Zentrierflanschen 9 sind jeweils im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktflächen 12 ausgebildet, welche aufgrund der Vorspannung in unmittelbarem oder mittelbarem Kraftschluss zum Übertragen eines Drehmoments stehen. Der Pfad 7, über den die Drehmomentübertragung über den Spannverbund 10 erfolgt und über den Zuganker 8 geschlossen ist, ist in 1 durch eine Strichlinie eingezeichnet. Die Verbundbauteile 11 weisen jeweils wenigstens eine in 1 nicht dargestellte Anschlagfläche 13, 14 oder 15 auf, welche im Wesentlichen radial angeordnet ist und welche bei einem Versagen des Kraftschlusses eine Drehmomentübertragung zwischen jeweils wenigstens zwei Verbundbauteilen 11 durch einen unmittelbaren oder mittelbaren Formschluss ermöglichen.
2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Ausschnitt von zwei benachbarten Verbundbauteilen 11. Die Verbundbauteile 11 weisen Zentrierflansche 9 mit Kontaktflächen 12 zum Übertragen eines Drehmoments auf. Radial innerhalb der Zentrierflansche 9 ist ein Übertragungselement 20 angeordnet, das bei der beispielhaften Ausführung an einer, an einem der Zentrierflansche 9 angeordneten Zentrierfläche 18 montiert ist. Die Verbundbauteile 11 bzw. deren Zentrierflansche 9 weisen jeweils eine Anschlagfläche 15 auf, welche in einer Aussparung in der Kontaktfläche 12 ausgebildet und im Wesentlichen in Richtung der Drehachse A angeordnet und geeignet ist, ein Drehmoment um die Drehachse A zu übertragen. Am Übertragungselement 20 ist ein Vorsprung 21 so angeordnet, dass dieser bei einem Versagen des Kraftschlusses und einer dadurch bedingten Relativbewegung zwischen den beiden Verbundbauteilen 11 einen unmittelbaren Formschluss mit deren Anschlagflächen 15 ausbilden kann, um eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Verbundbauteilen 11 zu ermöglichen.
Entsprechend ist bei der in 2 dargestellten Ausführung jeweils eine Anschlagfläche 15 eines Verbundbauteils 11 zum unmittelbaren Eingriff mit wenigstens einer am Übertragungselement 20 angeordneten Anschlagfläche 22 vorgesehen. Das Übertragungselement 20 weist wenigstens eine zweite Anschlagfläche 22 auf, welche zum unmittelbaren Eingriff mit der Anschlagfläche 15 am anderen der zwei benachbart angeordneten Verbundbauteile 11 vorgesehen ist.
3 zeigt eine Schnittdarstellung des Details aus 2 entlang der Schnittlinie I - I bei einem intakten axialen Kraftschluss zwischen den Verbundbauteilen 11. Die Schnittlinie I - I verläuft entlang der an den Verbundbauteilen 11 angeordneten Kontaktflächen 12, so dass in 3 die beiden sich axial jeweils von unterschiedlichen Seiten bis zur Schnittebene erstreckenden Anschlagflächen 15 der beiden Verbundbauteile 11 dargestellt sind. Das ringförmig ausgeführte Übertragungselement 20 ist an der radial inneren Zentrierfläche 18 des Verbundbauteils 11 montiert und entsprechend auch radial innerhalb der Kontaktflächen 15 angeordnet. Am Übertragungselement 20 ist ein Vorsprung 21 angeordnet, an welchem zwei Anschlagflächen 22 ausgebildet sind. Das Übertragungselement 20 ist so an den Verbundbauteilen 11 angeordnet, dass zwischen den Anschlagflächen 15 und 22 jeweils ein Luftspalt ausgebildet ist. Wird der axiale Kraftschluss nun infolge einer reduzierten axialen Vorspannung auch nur kurzzeitig über ein vorbestimmtes Maß hinaus verringert, bewegen sich die Verbundbauteile 11 in Umfangsrichtung relativ zueinander, wodurch die Anschlagflächen 15 und 22 kontaktieren und einen Formschluss miteinander ausbilden. Die Drehmomentübertragung erfolgt dann über den zwischen den Anschlagflächen 15, 22 ausgebildeten Formschluss. Dabei ist vorteilhaft, dass das Drehmoment über den Vorsprung 21 übertragen wird und der Kraftfluss auf diese Weise nicht über das Übertragungselement 20 geführt wird.
4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11 mit einem radial außen an den Zentrierflanschen 9 angeordneten Übertragungselement 20. Das Übertragungselement 20 weist eine radial innen angeordnete Zentrierfläche 23 auf, über welche das Übertragungselement 20 gegenüber dem Verbundbauteil 11 an dessen radial äußeren Zentrierfläche 19 zentriert angeordnet ist. Am Übertragungselement 20 ist auch bei dieser Ausführung ein Vorsprung 21 ausgebildet, an welchem in Umfangsrichtung jeweils Anschlagflächen 22 angeordnet und so ausgebildet sind, dass diese mit den an den Verbundbauteilen 11 angeordneten Anschlagflächen 15 einen radialen Formschluss ausbilden, um ein Drehmoment zwischen den Verbundbauteilen 11 zu übertragen.
5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11 mit einem radial innen angeordneten Übertragungselement 20. Das Detail zeigt jeweils einen Abschnitt von zwei in Axialrichtung der Strömungsmaschine hintereinander angeordneten Verbundbauteilen 11, die in Axialrichtung (in der Darstellung horizontal) gegeneinander verspannt sind und die über jeweils eine radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche 12 in unmittelbarem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung stehen. An den zwei Verbundbauteilen 11 sind Vorsprünge 16 ausgebildet, welche wenigstens in einer Umfangsrichtung eine Anschlagfläche 14 aufweisen, welche bei einem Versagen des Kraftschlusses zwischen den Verbundbauteilen 11 eine Drehmomentübertragung zwischen diesen Verbundbauteilen 11 durch einen mittelbaren Formschluss über das Übertragungselement 20 ermöglichen. Die Anschlagflächen 14 der Verbundbauteile 11 sind entsprechend zum unmittelbaren Eingriff mit an einem Übertragungselement 20 angeordneten Anschlagflächen 22 (vgl. 8) vorgesehen. Die Vorsprünge 16 können dabei eine großzügige Erstreckung aufweisen, um als Wuchtentnahmestelle verwendbar zu sein. Für die formschlüssige Übertragung des Drehmoments können dabei an mehreren, über den Umfang von Verbundbauteilen 11 und Übertragungselement 20 verteilten Positionen Vorsprünge 16 und entsprechende Anschlagflächen 14, 22 angeordnet sein. Dabei können die Vorsprünge 16 bzw. die Anschlagflächen 14, 22 in einer vorbestimmten Winkelteilung angeordnet sein, um eine vorbestimmte Drehkonfiguration der Verbundbauteile 11 nach der Montage herzustellen.
Das in 5 dargestellte ringförmig ausgebildete Übertragungselement 20 weist einen radial angeordneten Flansch 26 auf, welcher in einer Aussparung eines der Zentrierflansche 9 so angeordnet ist, dass dieser wenigstens einen der beiden Zentrierflansche 9 nicht kraftschlüssig kontaktiert und damit auch nicht an einer Drehmomentübertragung zwischen den beiden Verbundbauteilen 11 beteiligt ist. Das Übertragungselement 20 weist eine Zentrierfläche 28 auf, über welche es an einer in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Zentrierfläche 17 zentriert angeordnet ist.
6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11 mit einem radial innen angeordneten Übertragungselement 20. Funktionsgleiche Elemente sind in beiden Figuren mit jeweils gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Ausführung der 6 unterscheidet sich dadurch von der Ausführung in 5, dass der radial angeordnete Flansch 26 beidseits rotationssymmetrisch ausgebildete Kontaktflächen 27 aufweist, welche im Kraftschluss zwischen zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen 11 an deren Kontaktflächen 12 zur mittelbaren kraftschlüssigen Drehmomentübertragung von einem Verbundbauteil 11 auf das andere Verbundbauteil 11 angeordnet sind. Das Übertragungselement 20 weist außen an dem radial angeordneten Flansch 26 eine Zentrierfläche 28 auf, über welche es an einer in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Zentrierfläche 17 des Verbundbauteils 11 bzw. einem daran angeordneten Zentrierflansch 9 zentriert angeordnet ist.
7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11 mit einem radial außen angeordneten Übertragungselement 20. Abgesehen von der Anordnung des Übertragungselements 20, das in 6 radial innen angeordnet ist, stimmt die Ausführungsform der 7 weitgehend mit der in 6 gezeigten Ausführung überein. Funktionsgleiche Elemente sind daher in beiden Figuren mit jeweils den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
8 zeigt eine Darstellung eines Abschnitts eines in den 5 bis 7 gezeigten beispielhaften Übertragungselements 20. Dieses kann sowohl radial innen als auch radial außen zwischen den Verbundbauteilen 11 angeordnet sein, wobei in 8 nur der umlaufend in axialer Richtung angeordnete Teil des ringförmigen Übertragungselements 20 gezeigt ist. Der radial angeordnete Flansch 26 erstreckt sich auf der nicht dargestellten Seite des Übertragungselements 20. In Aussparungen 29 des Übertragungselements 20 sind axial ausgerichtete Anschlagflächen 22 ausgebildet, die zum Herstellen eines Formschlusses im Falle einer reduzierten axialen Vorspannkraft zwischen den Verbundbauteilen 11 geeignet sind. Wird der axiale Kraftschluss zwischen den Verbundbauteilen 11 nun infolge einer reduzierten axialen Vorspannung auch nur kurzzeitig über ein vorbestimmtes Maß hinaus reduziert, bewegen sich die Verbundbauteile 11 in Umfangsrichtung relativ zueinander, wodurch die Anschlagflächen 14 und 22 kontaktieren und einen Formschluss miteinander ausbilden. Die Drehmomentübertragung erfolgt dann mittelbar zwischen den beiden Verbundbauteilen 11 über das Übertragungselement 20 und den zwischen den Anschlagflächen 14, 22 ausgebildeten Formschluss. Der Pfeil D gibt die beispielhafte Drehrichtung der in 8 dargestellten Elemente an.
9 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer beispielhaften Ausführungsform zweier nebeneinander angeordneter Verbundbauteile 11, deren jeweilige Anschlagflächen 13 zum unmittelbaren Eingreifen miteinander an jeweils am Verbundbauteil 11 angeordneten Zentrierflanschen 9 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die jeweilige Anschlagfläche 13 an einem Vorsprung 16 oder einer Ausnehmung ausgebildet, welcher als Wuchtentnahmestelle verwendbar ist. Bei der in 9 dargestellten beispielhaften Ausführung sind die Anschlagflächen 13 an Vorsprüngen 16 ausgebildet. Diese können verteilt um den Umfang des Verbundbauteils 11 angeordnet sein. Insbesondere können diese auch so in einer vorbestimmten Winkelteilung angeordnet sein, dass nach der Montage eine vorbestimmte Drehkonfiguration der Verbundbauteile 11 zueinander gegeben ist.
10 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11, deren jeweilige Anschlagflächen 13 zum unmittelbaren Eingreifen miteinander ausgebildet sind. Die in 10 dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend der Ausführung der 9, weshalb gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
11 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zweier benachbarter Verbundbauteile 11 deren jeweilige Anschlagflächen 13 zum unmittelbaren Eingreifen miteinander ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die dargestellte Anschlagfläche 13 des links dargestellten Verbundbauteils 11 an der Wandung einer Aussparung 33 im Zentrierflansch 9 des Verbundbauteils 11 angeordnet. Beim rechts dargestellten Verbundbauteil 11 ist die Anschlagfläche 13 an einem radial verlaufenden Vorsprung 16 angeordnet.
Bezugszeichenliste

7: Pfad
8: Zuganker
9: Zentrierflansch
10: Spannverbund
11: Verbundbauteil
12: Kontaktfläche
13: Anschlagfläche
14: Anschlagfläche
15: Anschlagfläche
16: Vorsprung
17: Zentrierfläche
18: Zentrierfläche
19: Zentrierfläche
20: Übertragungselement
21: Vorsprung
22: Anschlagfläche
23: Zentrierfläche
26: Flansch
27: Kontaktfläche
28: Zentrierfläche
29: Aussparung
A: Drehachse
D: Pfeil

Claims

Verdrehgesicherter Spannverbund (10) einer Strömungsmaschine, insbesondere Rotor, mit wenigstens zwei in Axialrichtung der Strömungsmaschine hintereinander angeordneten Verbundbauteilen (11), die in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind und über jeweils wenigstens eine im Wesentlichen radial angeordnete rotationssymmetrische Kontaktfläche (12) in unmittelbarem oder mittelbarem Kraftschluss für eine Drehmomentübertragung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Verbundbauteile (11) jeweils wenigstens eine Anschlagfläche (13, 14, 15) aufweisen, welche im Wesentlichen axial angeordnet sind und welche bei einem Versagen des Kraftschlusses eine Drehmomentübertragung zwischen den wenigstens zwei Verbundbauteilen (11) durch einen unmittelbaren oder mittelbaren Formschluss ermöglichen.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlagfläche (14, 15) eines Verbundbauteils (11) zum unmittelbaren Eingriff mit wenigstens einer an einem Übertragungselement (20) angeordneten Anschlagfläche (22) vorgesehen ist und das Übertragungselement (20) wenigstens eine weitere Anschlagfläche (22) aufweist, welche zum unmittelbaren Eingriff mit wenigstens einer Anschlagfläche (14, 15) am anderen von zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen (11) vorgesehen ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (20) ringförmig, insbesondere als Ringsegment, ausgebildet ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (20) einen im Wesentlichen radial angeordneten Flansch (26) aufweist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (26) beidseits rotationssymmetrisch ausgebildete Kontaktflächen (27) aufweist und im Kraftschluss zwischen zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen (11) zur mittelbaren Drehmomentübertragung angeordnet ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (20) an einer radial inneren oder einer radial äußeren Fläche (17, 18, 19) wenigstens eines der Verbundbauteile (11) montierbar ausgeführt ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (20) eine radial angeordnete Zentrierfläche (23, 28) aufweist, über welche das Übertragungselement (20) gegenüber einem der Verbundbauteile (11) zentrierbar ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Übertragungselement (20) angeordneten Anschlagflächen (22, 23) an wenigstens einem hierfür ausgebildeten Vorsprung (16) oder an wenigstens einer im Übertragungselement (20) ausgebildeten Aussparung (29) angeordnet sind.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlagfläche (13) eines Verbundbauteils zum unmittelbaren Eingreifen mit der wenigstens einen Anschlagfläche (13) des anderen von zwei nebeneinander angeordneten Verbundbauteilen (11) ausgebildet ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlagfläche (13) an einem Vorsprung (16) ausgebildet ist, welcher als Wuchtentnahmestelle verwendbar ist.
Verdrehgesicherter Spannverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlagfläche (13) von wenigstens zwei benachbart angeordneten Verbundbauteilen (11) insbesondere in Verbindung mit einem dazwischen angeordneten Übertragungselement (20) in einer vorbestimmten Winkelteilung angeordnet ist, um eine vorbestimmte Drehkonfiguration der Verbundbauteile (11) nach der Montage herzustellen.