DE3844191A1 - Schaufelfussbefestigung fuer eine fasertechnische rotorschaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelfußbefestigung für eine fasertech­ nische Rotorschaufel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind vielfältige Lösungen bekannt geworden um das Problem der Be­ festigung einer fasertechnischen Rotorschaufel an einer metallischen Rotorscheibe zu lösen. Beispielsweise aus der US-PS 37 37 250 ist eine gattungsgemäße Anordnung bekannt geworden, bei der der Schaufelfuß schwalbenschwanzartig ausgebildet ist, und in einem Schaufelträger fixiert ist, welcher wiederum über Wälzlager im Rotor gelagert ist. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Entfernung der Pfropfanschau­ fel in triebwerksaxialer Richtung, was sich insbesondere bei Triebwer­ ken mit einer Pfropfanummantelung positiv auswirkt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist der erhebliche Platzbedarf der Schaufelfußbe­ festigung im Rotor.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine baulich einfache und wenig platzbeanspruchende Schaufelfußbefestigung anzugeben, die zudem fasergünstig ausgebildet ist. Weiterhin soll das Schaufelblatt auf einfache Weise ein- und ausbaubar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angege­ benen Merkmale gelöst.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Rotorschaufel auf einfache Weise ein- und ausgebaut werden kann. Dies geschieht dadurch, daß der Schaufelfuß in den Schaufelfußträger gesteckt wird und in Umfangsrich­ tung soweit verdreht wird, daß die Zahnsegmente mit den Innenflansch­ segmenten des Schaufelfußträgers im Eingriff stehen. Die Ausbildung des fasertechnischen Schaftes ermöglicht eine günstige Einleitung der im Betrieb auftretenden Fliehkräfte vom Schaufelblatt in den Schaufel­ fuß. Zur Ermöglichung eines möglichst geringen Gewichtes ist der Schaufelfuß vorteilhafterweise aus einer Titan-Basislegierung gefer­ tigt.

Der Schaft ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mit dem Schaufelfuß verklebt, wodurch eine hohe Kraftübertragung bei günstiger Faserbeanspruchung erzielbar ist.

Alternativ dazu oder zusätzlich kann der fasertechnische Schaft über Durchbruch quer zur Schaftachse mit dem Schaufelfuß vernietet oder verschraubt sein.

Die Zahnsegmente sind vorzugsweise 1/8 des Schaufelumfanges lang und es sind vorzugsweise drei Reihen von Zahnsegmenten hintereinander angeordnet. Hierdurch läßt sich eine günstige Krafteinleitung der im Betrieb auftretenden Kräfte, insbesondere der Fliehkräfte vom Schau­ felfuß in den Rotor erzielen. Die Zahnsegmente sind vorteilhafterweise im Querschnitt tannenbaumartig geformt, wodurch eine werkstoffgünstige Belastung der Zahnsegmente erzielt wird. Die Zahnsegmente können ohne Steigung ausgeführt sein oder mit einer Steigung ungleich Null ange­ ordnet sein. Letzterer Fall ist besonders günstig, um eine gleich­ zeitige Verspannung des Schaufelfußes mit dem Schaufelträger zu be­ wirken und so im Betrieb Schwingungen zu vermeiden.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der fasertechnische Stoff im Endbereich glockenartig ausgebildet ist. Dies verhindert einerseits ein Herausrutschen des Schaftes aus dem Schau­ felfuß und bewirkt andererseits eine Gewichtsreduzierung, da der Werkstoffanteil des Schaufelfußes, der aus Metall besteht, auf Kosten des Schaftanteiles vermindert ist. Alternativ kann der rechteckige fasertechnische Schaft in der Umgebung des Endbereiches glockenartig von einer Kurzfaserpreßmasse umgeben sein. Hierdurch wird ebenfalls eine Gewichtsreduzierung erreicht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der fasertech­ nische Schaft des Schaufelblattes im Bereich der Querschnittsebene eines an den Schaufelfuß angeformten Schaufelfußtellers endet. Der Schaft ist dabei am Schaufelfuß verklebt und/oder mittels eines Nietes oder einer Schraube befestigt. Diese einfachere Ausführung ist jedoch nur dann möglich, wenn die zulässigen Werkstoffspannungen im Schau­ felfußhals und Schaufelschaft nicht überschritten werden.

Vorzugsweise ist zwischen dem mittig angeordneten Durchbruch und den am Umfang verteilten Zahnsegmenten eine Anzahl regelmäßig beabstande­ ter Bohrungen angeordnet, die radial mit Bezug auf die Rotorachse ausgerichtet sind. Diese Lösung ermöglicht ebenfalls eine Gewichts­ einsparung.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaufel­ fußausführung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Weiterbildung der Ausführung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Längenschnitt durch eine Ausführungsform mit kurzem Schaft.

In Fig. 1 ist ein Schaufelfuß 1 gezeigt, der ein fasertechnisches Schaufelblatts 5, vorzugsweise ein Pfropfanschaufelblatt mit einem zum Rotor gehörigen Schaufelfußträger 9 verbindet. Das Schaufelblatt 5 weist einen radial verlaufenden Schaft 4 auf, der in einem ent­ sprechenden Durchbruch 2 eingeformt ist. Die Verbindung zwischen dem Schaft 4 und der Wandung des Durchbruches 2 erfolgt dabei durch Kle­ bung. Der Schaufelfuß 1 weist eine Anzahl an seinem inneren Umfang verteilter Zahnsegmente 6 auf, die in zwei übereinanderliegenden Rei­ hen vorgesehen sind. Die Zahnsegmente 6 stehen über ihre radial äußeren Flanken 17 mit entsprechend angepaßten Flanken 18 von im Schaufelfußträger angebrachten Innenflanschsegmenten 8 im Eingriff. Ferner weist der Schaufelfuß 1 einen Schaufelfußteller 15 auf, der zur Abstützung von Biegekräften mit einem entsprechend ausgebildeten Flansch 16 des Schaufelträgers 9 zusammenwirkt. Ein Niet 22 fixiert ferner den Schaft 4 am Schaufelfuß.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist im radial inneren Endbereich 3 des Schaftes 4 eine schwalbenschwanzartige Aufweitung auf, mittels der ein Herausrutschen des Schaftes 4 aus dem Durchbruch 2 verhindert werden kann. Ferner sind eine Anzahl radialer Bohrungen 14 vorgesehen, die durch formangepaßte Stopfen 20 verschlossen sind. Die Bohrungen reduzieren das Gewicht des Schaufelfußes 1.

Die Ausführungsform von Fig. 3 weist einen glockenförmigen Durchbruch 2 auf. Der Zwischenraum zwischen Schaft 4 und äußerer Wandung des Durchbruches 2 ist von Kurzfaserpreßmasse 12 aufgefüllt. Dabei sind die Verbindungsflächen zwischen Schaft 4 und Kurzfaserpreßmasse 12 zum Schaufelfuß 1 verklebt.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt gemäß der Linie A-B aus Fig. 3 darge­ stellt. Der Schaufelfuß 1 besteht aus zwei Halbschalen 10 a, 10 b, die entlang der Stoßflächen 19 miteinander verbunden sind. Der Schaft 4 ist im Querschnitt rechteckig ausgeführt, während der Durchbruch 2 im Querschnitt rund ist. Der Zwischenraum zwischen Schaft 4 und Schau­ felfuß 1 ist durch Kurzfaserpreßmasse 12 ausgefüllt. Über dem äußeren Umfang des Schaufelfußes 1 sind die Zahnsegmente 6 verteilt, die sich über etwa 1/8 des Umfanges erstrecken. Die Zahnsegmente 6 stehen mit Innenflanschsegmenten 8 des Schaufelfußträgers 9 im Eingriff. Zwischen den Innenflanschsegmenten 8 sind etwa gleich lange Spaltabschnitte 7 vorgesehen, die zur Einführung bzw. Entfernung des Schaufelfußes dienen. Zu diesem Zweck wird der Schaufelfuß 1 in Umfangsrichtung um etwa 1/8 Umdrehung verschoben, bis sich die Zahnsegmente 6 vollständig innerhalb der Spaltabschnitte befinden. Sodann erfolgt ein radiales Herausziehen des Schaufelfußes 1 aus dem Schaufelfußträger 9.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, bei der der Schaft 4 der glockenförmigen Ausbildung des Durchbruches 2 angepaßt ist.

Noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausbildung ist der fahrertechnische Schaft 4 am Schaufelfuß 1 festgeklebt, sowie im Bereich des Schaufelfußhalses 21 über ein Niet oder mehrere Nieten 22 befestigt. Das Ende 23 des Schaftes 4 befindet sich etwa in einer Querschnittsebene mit dem Schaufelfußteller 15 des Schaufelfußes 1. Durch diese Ausführungsform läßt sich zwar eine geringere Kraftübertragung erzielen als mit dem oben dargestellten Ausführungen, jedoch zeichnet sich diese Ausführung durch eine Gewichtersparnis aus. Außerdem läßt sich das Schaufelblatt auswechseln ohne das der Schaufelfuß teilbar sein muß, was zu einer vorteilhaften Vereinfachung führt.

Claims (14)

1. Schaufelfußbefestigung für eine fasertechnische Rotor­ schaufel die mit einem metallischen Schaufelfuß ver­ bunden ist, und der Schaufelfuß lösbar in einem Rotor angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der metal­ lische Schaufelfuß (1) einen radial zur Rotorachse angeordneten Durchbruch (2) aufweist, in dem ein Schaft (4) des fasertechnischen Schaufelblattes (5) einge­ formt und befestigt ist, und daß am Außenumfang des Schaufelfußes (1) in Umfangsrichtung verlaufende Zahn­ segmente (6) mit dazwischen angeordneten etwa gleich langen Spaltabschnitten (7) vorgesehen sind, die zur Bildung einer bajonettartigen lösbaren Befestigung in äquivalent ausgebildeten Innenflanschsegmenten (8) eines topfförmigen Schaufelfußträgers (9) eingepaßt sind.

2. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (1) aus zwei Halbschalen (10 a, 10 b) besteht, die miteinander verschweißt sind.

3. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schaufelfuß (1) einstückig ist.

4. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (1) mit dem fasertech­ nischen Schaft (4) verklebt ist.

5. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (1) mit dem fasertech­ nischen Schaft (4) vernietet oder verschraubt ist.

6. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnsegmente (6) 1/12 bis 1/4, vorzugsweise 1/8 des Schaufelfußumfanges lang sind.

7. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bis fünf, vorzugsweise drei Reihen von Zahnsegmenten (6) radial zur Achse der Rotorscheibe hinterein­ ander angeordnet sind.

8. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnsegmente (6) im Querschnitt tannenbaumartig geformt sind.

9. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Schaufelfußes (1) eine Titan-Basislegierung ist.

10. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnsegmente (6) gewindegangartig mit einer Steigung ungleich Null angeordnet sind.

11. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fasertechnische Schaft (4) im Endbereich (3) glockenartig ausgebildet ist.

12. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fasertechnische Schaft (4) in der Umgebung des Endbereiches (3) glockenartig von einer Kurzfaser­ preßmasse (12) umgeben ist.

13. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mittig angeordneten Durchbruch (2) und den am Außenumfang verteilten Zahnsegmenten (6) eine An­ zahl regelmäßig beabstandeter Bohrungen (14), die radial im Bezug auf die Rotorachse liegen, angeordnet sind.

14. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fasertechnische Schaft (4) im Bereich der Querschnittsebene eines an den Schaufelfuß (1) angeformten Schau­ felfußtellers (15) endet.