Bauelement

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere ein ringförmiges oder stabfÖrmiges Bauelement, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als Dämpfungsring, Dichtring, Sicherungsring oder Kolbenring einer Maschine, insbesondere einer Turbomaschine, wie beispielsweise einer Fluggasturbine, ausgebildete Bauelemente sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden Dämpfungsringe im Verdichterbereich von Gasturbinen verwendet. Die Endabschnitte der Ringe können sich hierbei frei zueinander bewegen.

Aus der DE 2 255 019 AI sind ferner Dichtungsringe mit einer Verriegelung der

Endabschnitte in tangentialer Richtung bekannt. Die Ringenden werden hierbei axial ineinander geschoben und dadurch verbunden. Die Axialsicherung derartiger Dichtungsringe erfolgt in der Einbauposition aufgrund einer Anlage der Ringenden an den Seitenwandungen der Ringnut.

Nachteilig bei derartigen Bauelementen ist, dass es insbesondere aufgrund von Vibrationen der Endabschnitte zu einem Reibverschleiß (engl. Fretting) und einer Beschädigung am

Einbauort sowie von angrenzenden Bauteilen kommen kann. Weiterhin nachteilig ist, dass sich die Bauelemente aufgrund einer fehlenden Axialsicherung und Vorspannung oder anderen Effekten aus ihrer Einbauposition lösen können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement zu schaffen, das sicher in seiner Einbauposition positionierbar ist und bei dem der Verschleiß und eine

Beschädigung von Bauteilen im Bereich der Endabschnitte des Bauelements zumindest reduziert ist.

Diese Aufgabe wird mittels eines Bauelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

BESTATIGUNGSKOPIE Das erfindungsgemäße Bauelement ist beispielsweise als Ring oder Stabelement ausgeführt und weist einen Grundkörper auf, der zumindest einen mit einem weiteren

Endabschnitt verbindbaren Endabschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist ein erster Endabschnitt mit einem Verriegelungsvorsprung versehen, der eine Führungsfläche aufweist, die bezüglich einer Führungsebene in Anlage an eine Führungsfläche eines Führungsabschnitts des zweiten Endabschnitts bringbar ist, wobei der zweite Endabschnitt einen Verriegelungsvorsprung mit einer Stützfläche aufweist, die bezüglich der Führungsebene in Anlage an eine Stützfläche eines Führungsabschnitts des ersten Endabschnitts derart bringbar ist, dass die

Verriegelungsvorsprünge einander in einer Verriegelungsposition hintergreifen. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung erreicht, die hohen Anforderungen an die Verbindung genügt. Es können mehrere Bauelemente einer Bauelementanordnung über zumindest einen

Endabschnitt verbunden werden. Der zweite Endabschnitt kann hierbei an einem weiteren Bauelement, d.h. nicht an dem ersten Bauelement, vorgesehen sein. Das zumindest eine Bauelement kann sich, beispielsweise aufgrund von Vorspannung oder anderen Effekten, nicht aus seiner Einbauposition lösen. Ringe müssen nicht umfangsgesichert werden (z.B. wegen einem Fenster in der Lauffläche). Verschleiß und Beschädigungen des Bauteils dem das Bauelement zugeordnet ist, wie beispielsweise einem Verdichterrotor einer Fluggasturbine, sowie angrenzender Bauteile im Bereich der Endabschnitte, beispielsweise Schaufelplattformen von Verdichterschaufeln, sind aufgrund der definierten Verbindung der Enden, wie

beispielsweise Ringenden, zumindest stark minimiert. Die Betriebssicherheit ist dadurch erheblich verbessert und eine höhere Lebensdauer wird erreicht.

Aufgrund der geführten Ringenden kann ein Ringelement, wie beispielsweise ein

Dämpfungsring, in der Ringnut frei rotierend angeordnet sein. Ferner wird ein Verwinden der Ringenden mit den damit verbundenen Verschleißerscheinungen und Beschädigungen unterbunden. Vorteilhaft ist bei als Dämpfungsring ausgebildeten Bauelementen weiterhin, dass das Dämpfungsverhalten auch im Bereich der Ringenden im Wesentlichen unverändert ist, da sich die Dämpfungsmasse im Verbindungsbereich der Ringenden lediglich minimal verändert. Insgesamt wird daher eine Kostenoptimierung aufgrund der vereinfacht ausfuhrbaren

Bauteilumgebung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn eine Auflagefläche des

Verriegelungsvorsprungs des ersten Endabschnitts bezüglich einer Auflageebene in Anlage an eine Anlagefläche des zweiten Endabschnitts bringbar ist. Die Endabschnitte bzw. Verschlussenden des erfindungsgemäßen Bauelements sind dadurch bezüglich der

Führungsebene und der Auflageebene gefuhrt, so dass die Relativbewegung der Endabschnitte zueinander in allen Freiheitsgraden definiert ist. Aufgrund des Formschlusses sind die Enden vorzugsweise in der Tangentialebene und radial fixiert. Der Formschluss kann derart, beispielsweise durch Spiegelung/Symmetrie der Formelemente, ausgebildet sein, dass er optimal an die konstruktive Umgebung angepasst ist. Der Verschluss kann mittels eines zusätzlichen Bauteils, wie beispielsweise einer Lasche, in Umfangsrichtung sperrbar sein, bspw. durch Umbiegen der Lasche.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Führungsebene einen Winkel im Bereich von etwa 90° zu der Auflageebene aufweist. Die Führungsebene kann erfindungsgemäß als eine Axialebene ausgeführt sein, die sich bei einem Ringelement senkrecht zu der

Rotationsachse des Ringes erstreckt. Die Auflageebene erstreckt sich bei einem Ringelelement vorzugsweise als Tangentialebene in einem Winkel von 90° zu der Führungsebene.

Als Stabelemente ausgeführte Bauelemente können einfach oder mehrfach gekrümmt ausgebildet sein. Die Enden von zwei Stabelementen können erfindungsgemäß miteinander verbunden werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die

Endabschnitte des Bauelements aus einer geöffneten Position zur Herstellung der

Verriegelungsposition ineinander einschwenkbar. Die Führungsflächen sind hierbei mittels einer Einschwenkbewegung in Anlage an die Stützflächen bringbar. Dadurch wird eine einfache Montage des Bauelements ohne Spezialwerkzeuge erreicht.

Die Verriegelungsvorsprünge sind in der Verriegelungsposition vorzugsweise in Umfangs- bzw. Längsrichtung des Grundkörpers hintereinander angeordnet, so dass neben der

Verschlusswirkung eine kompakte Bauweise ermöglicht ist.

Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel weist der Grundkörper einen etwa

rechteckigen Querschnitt auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Seitenflächen verbundener Enden in gemeinsamen Ebenen. Vorzugsweise sind die Endabschnitte in Längsrichtung des Bauelements relativ zueinander in einem begrenzten Bereich verschiebbar. Die Verriegelungsvorsprünge können bei einem Ringelement hierbei einen Anschlag ausbilden, der die maximale Aufweitung des

Ringelelements definiert begrenzt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Längsrichtung der

Verriegelungsvorsprünge im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der

Führungsabschnitte. Die Erstreckung der Längsrichtungen kann hierbei, insbesondere bei einem Ringelement, in Anpassung an die Ringkrümmung etwa bogenförmig gekrümmt sein.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der zweite Endabschnitt eine benachbart zu dem Verriegelungsvorsprung angeordnete Auflagerfläche aufweist, die in Anlage an eine Gleitfläche des Führungsabschnitts des ersten Endabschnitts bringbar ist. Die Freiheitsgrade der Verbindung sind im geschlossenen Zustand der Verriegelung gemäß den Anforderungen an das Bauelement eingeschränkt.

Die Gleitfläche des ersten Endabschnitts des Bauelements ist vorzugsweise benachbart zu dessen Stützfläche angeordnet, wobei die Flächen einen Winkel im Bereich von etwa 90° zueinander aufweisen. Die Führungsanordnung ist dadurch äußerst kompakt ausgebildet.

Vorzugsweise hat der erste Endabschnitt des Bauelements eine benachbart zu dem

Verriegelungsvorsprung angeordnete Anlegefläche, die in Anlage an eine Auflagerungsfläche des Führungsabschnitts des zweiten Endabschnitts bringbar ist.

Fertigungstechnisch und funktional ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper des

Bauelements stufenförmig zu der Auflagerfläche des zweiten Endabschnitts hin zurückgesetzt ist. Bei Ringelementen ist die Auflagerfläche des zweiten Endabschnitts vorzugsweise stufenförmig radial zurückgesetzt ausgebildet.

Vorzugsweise ist der Grundkörper zusätzlich oder alternativ stufenförmig zu der

Anlegefläche des ersten Endabschnitts hin zurückgesetzt. Die Anlegefläche ist bei

Ringelementen bevorzugt stufenförmig radial zurückgesetzt ausgebildet. In der Verriegelungsposition des Bauelements ist bei einer bevorzugten Erfindungsform ein Spalt zwischen Stirnflächen der Führungsabschnitte ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann ferner ein Spalt zwischen Stirnflächen der Verriegelungsvorsprünge und dem Ch-undkörper ausgebildet sein. Die Endabschnitte sind hierbei derart miteinander verbunden, dass das

Bauelement Führungen und Anschläge ausbildende Überlappungsbereiche aufweist. Insgesamt sind die Endabschnitte dadurch innerhalb eines definierten Bereiches relativ zueinander längsverschiebbar.

Zumindest ein Kantenbereich des Bauelements ist bei einer bevorzugten

Ausführungsvariante der Erfindung mit Abrundungen, Übergangsradien und/oder Schrägflächen versehen. Die Schrägflächen oder Abrundungen können derart ausgebildet sein, dass der

Endabschnitt keine verschleißfordernde, spitze Kantenberührung mit benachbarten Bauteilen, wie beispielsweise dem Nutgrund einer Ringnut zur Aufnahme eines Dämpfungsrings, aufweist. Dadurch werden Verschleiß und Beschädigungen am Bauelement und an dessen

Kontaktpartnern weiter reduziert bzw. vermieden (Vermeidung von Wechselwirkungen).

Das erfindungsgemäße Bauelement kann vorteilhaft als Dämpfungsring, Dichtring, Sicherungsring und/oder Kolbenring einer Maschine, vorzugsweise einer Turbomaschine, wie beispielsweise einer Fluggasturbine, ausgeführt sein. Besonders geeignet ist das Bauteil für Wellenanwendungen bei einer Turbomaschine, wie beispielsweise einer Fluggasturbine.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren

Unteransprüche.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand

schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Detaildarstellung eines als Dämpfungsring ausgebildeten erfindungsgemäßen Bauelements im Bereich der Ringenden;

Figur 2 eine Detaildarstellung des Dämpfungsrings aus Figur 1 mit geöffnetem Verschluss; Figur 3 eine Detaildarstellung des Dämpfungsrings aus Figur 1 mit geschlossenem

Verschluss;

Figur 4 eine weitere Detaildarstellung des Dämpfungsrings aus Figur 1 mit geöffhetem Verschluss und

Figur 5 eine weitere Detaildarstellung des Dämpfungsrings aus Figur 1 mit geschlossenem Verschluss.

Figur 1 zeigt beispielhaft ein als Dämpfungsring ausgebildetes erfindungsgemäßes Bauelement 1 in einer Verriegelungsposition, das einen Grundkörper 2 mit zwei miteinander verbindbaren Endabschnitten 4, 6 aufweist. Der Grundkörper 2 hat einen etwa rechteckigen Querschnitt, wobei sich Seitenflächen 8, 10, 12, 14 der verbundenen Enden in gemeinsamen Ebenen erstrecken. Derartige Dämpfungsringe 1 werden insbesondere im Bereich eines

Hochdruckverdichters einer Fluggasturbine eingesetzt.

Wie insbesondere Figur 2 zu entnehmen ist, die eine Detaildarstellung des Dämpfungsrings 1 aus Figur 1 in seiner geöffneten Position zeigt, ist ein erster Endabschnitt 4 des

Dämpfungsrings 1 mit einem Verriegelungsvorsprung 16 versehen, der eine Führungsfläche 18 aufweist. Die Führungsfläche 18 ist bezüglich einer schematisch dargestellten Führungsebene 20 in Anlage an eine Führungsfläche 22 eines Führungsabschnitts 24 des zweiten Endabschnitts 6 bringbar (vgl. Figur 1). Der zweite Endabschnitt 6 weist einen Verriegelungsvorsprung 26 mit einer Stützfläche 28 auf, die bezüglich der Führungsebene 20 in Anlage an eine Stützfläche 30 eines Führungsabschnitts 32 des ersten Endabschnitts 4 bringbar ist. Die Längsrichtung der Verriegelungsvorsprünge 16, 26 erstreckt sich hierbei parallel zu der Längsrichtung der

Führungsabschnitte 24, 32. Der Verriegelungsvorsprung 26 ist auf einer von dem freien Ende entfernten Stirnseite mit einer Schrägfläche 36 versehen. Die Verriegelungsvorsprünge 16, 26 hintergreifen einander in einer Verriegelungsposition gemäß Figur 1. Die Führungsebene 20 weist einen Winkel von etwa 90° zu einer Auflageebene 34 auf und ist als mittige Axialebene ausgeführt, die sich senkrecht zu der Rotationsachse des Ringes 1 erstreckt. Die Endabschnitte 4, 6 bzw. Verschlussenden des Dämpfungsrings 1 sind dadurch bezüglich der Führungsebene 20 und der Auflageebene 34 geführt, so dass die Relativbewegung der Endabschnitte 4, 6 zueinander definiert ist. Die Endabschnitte 4, 6 des Dämpfungsrings 1 sind aus der dargestellten, geöffneten Position zur Herstellung der Verriegelungsposition gemäß Figur 1 ineinander einschwenkbar. Die Führungsflächen 18, 22 sind hierbei mittel einer Einschwenkbewegung in Anlage bringbar. Über die Schwenkbewegung sind ebenfalls die Stützflächen 28, 30 miteinander in Anlage bringbar. Die Führungsabschnitte 24, 32 ergänzen sich in der Breite jeweils mit den Verriegelungsvorsprüngen 16, 26 zu einer Gesamtbreite, die im Wesentlichen der Breite des Grundkörpers 2 entspricht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die

Führungsabschnitte 24, 32 etwa gleich breit wie die Verriegelungsvorsprünge 16, 26.

Insgesamt wird dadurch eine formschlüssige Verbindung erreicht, die hohen

Anforderungen an die Verbindung genügt. Verschleiß und Beschädigungen des Bauteils dem der Dämpfungsrings zugeordnet ist, wie beispielsweise einem Verdichterrotor einer Fluggasturbine, sowie angrenzender Bauteile im Bereich der Endabschnitte 4, 6, beispielsweise

Schaufelplattformen von Verdichterschaufeln, sind aufgrund der definierten Führung der Ringenden 4, 6 zumindest stark minimiert. Aufgrund der geführten Ringenden 4, 6 kann der Dämpfungsring 1 ferner in einer nicht dargestellten Ringnut frei rotierend angeordnet sein. Der Dämpfungsring 1 kann sich hierbei im Betrieb nicht aus seiner Einbauposition lösen. Die Betriebssicherheit ist dadurch erheblich verbessert und eine höhere Lebensdauer wird erreicht.

Gemäß Figur 3, die eine weitere Detaildarstellung des Dämpfungsrings 1 aus Figur 1 zeigt, ist eine Auflagefläche 38 des Verriegelungsvorsprungs 16 des ersten Endabschnitts 4 in der Verriegelungsposition des Verschlusses in Anlage an einer Anlagefläche 40 des zweiten

Endabschnitts 6. Die Verriegelungsvorsprünge 16, 26 sind in der Verriegelungsposition in Umfangs- bzw. Längsrichtung hintereinander angeordnet, so dass eine sichere Verriegelung bei kompakter Bauweise ermöglicht ist. Die Endabschnitte 4, 6 sind dadurch in Längsrichtung relativ zueinander in einem definierten, begrenzten Bereich verschiebbar.

Wie Figur 4 zu entnehmen ist, die eine weitere Detaildarstellung des Dämpfungsrings 1 aus Figur 1 mit geöffnetem Verschluss zeigt, weist der zweite Endabschnitt 6 eine benachbart zu dem Verriegelungsvorsprung 26 angeordnete Auflagerfläche 42 auf, die in Anlage an eine radial unten vorgesehene Gleitfläche 44 des Führungsabschnitts 32 des ersten Endabschnitts 4 bringbar ist. Die Gleitfläche 44 ist benachbart zu dessen Stützfläche 30 angeordnet, wobei die Flächen 30, 44 einen Winkel von 90° zueinander aufweisen. Die Führungsanordnung ist dadurch äußerst kompakt ausgebildet. Der erste Endabschnitt 4 hat ferner eine benachbart zu dem Verriegelungsvorsprung 16 angeordnete Anlegefläche 46, die in Anlage an eine

Auflagerungsfläche 48 des Führungsabschnitts 24 des zweiten Endabschnitts 6 bringbar ist. Der Grundkörper 2 des Dämpfungsrings 1 ist radial, stufenförmig zu der Auflagerfläche 48 hin zurückgesetzt. Ferner ist der Grundkörper 2 radial, stufenförmig zu der Auflagefläche 38 des ersten Endabschnitts 4 hin zurückgesetzt.

Gemäß Figur 5, die eine weitere Detaildarstellung des Dämpfungsrings 1 zeigt, ist in der Verriegelungsposition jeweils ein Spalt Sl, S2 zwischen Stirnflächen 50, 52 der

Verriegelungsvorsprünge 16, 26 und Flächen 54, 56 des Grundkörpers 2 ausgebildet.

Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, ist ferner ein Spalt S3 zwischen Stirnflächen 58, 60 der benachbart angeordneten Führungsabschnitte 24, 32 der Ringenden 4, 6 ausgebildet. Die Stirnflächen 58, 60 sind mit Schrägflächen 62, 64 versehen, so dass Reibverschleiß in diesem Bereich minimiert ist. Die Endabschnitte 4, 6 sind derart miteinander verbunden, dass der Dämpfungsring 1 Führungen und Anschläge ausbildende Überlappungsbereiche aufweist.

Insgesamt sind die Endabschnitte 4, 6 dadurch innerhalb eines definierten Bereiches relativ zueinander längsverschiebbar. Ein radial innenliegender, nutseitiger Bereich des

Dämpfungsrings 1 ist im Kantenbereich mit Abrundungen 66 versehen, die neben dem

Grundkörper 2 auch im Bereich der Endabschnitte 4, 6 ausgebildet sind. Die Abrundungen 66 sind derart ausgebildet, dass die Endabschnitte 4, 6 keine verschleißfördernde, spitze

Kantenberührung mit benachbarten Bauteilen, wie beispielsweise dem Nutgrund einer Ringnut zur Aufnahme des Dämpfungsrings 1 , aufweisen. Stirnkanten des Grundkörpers im Bereich der Endabschnitte sind hierzu ebenfalls mit Abrundungen 68 versehen. Dadurch werden Verschleiß und Beschädigungen am Dämpfungsring 1 und an dessen Kontaktpartnern weiter reduziert bzw. vermieden.

Die Erfindung ist nicht auf derartige Dämpfungsringe 1 beschränkt, vielmehr können die Bauelemente vorteilhaft als ringförmige oder stabformige, geradlinige oder gekrümmte

Bauelemente für andere Anwendungen verwendet werden.

Offenbart ist ein Bauelement 1, insbesondere ein Ring- oder Stabelement, mit einem Grundkörper 2, der zumindest einen mit einem weiteren Endabschnitt 6 verbindbaren

Endabschnitt 4 aufweist, wobei ein erster Endabschnitt 4 einen Verriegelungsvorsprung 16 mit einer Führungsfläche 18 aufweist, die bezüglich einer Führungsebene 20 in Anlage an eine Führungsfläche 22 eines Führungsabschnitts 24 des zweiten Endabschnitts 6 bringbar ist und der zweite Endabschnitt 6 einen Verriegelungsvorsprung 26 mit einer Stützfläche 28 aufweist, die bezüglich der Führungsebene 20 in Anlage an eine Stützfläche 30 eines Führungsabschnitts 32 des ersten Endabschnitts 4 bringbar ist, wobei die Verriegelungsvorsprünge 16, 26 einander in einer Verriegelungsposition hintergreifen.

Bezugszeichenliste

Bauelement

Grundkörper

Endabschnitt

Endabschnitt

Seitenfläche

Seitenfläche

Seitenfläche

Seitenfläche

Verriegelungsvorsprung

Führungsfläche

Führungsebene

Führungsfläche

Führungsabschnitt

Verriegelungsvorsprung

Stützfläche

Stützfläche

Führungsabschnitt

Auflageebene

Schrägfläche

Auflagefläche

Anlagefläche

Auflagerfläche

Gleitfläche

Anlegefläche

Auflagerungsfläche

Stirnfläche

Stirnfläche

Fläche

Fläche

Stirnfläche Stirnfläche

Schrägfläche

Schrägfläche

Abrundung

Abrundung