Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung eines Verdichters mit kranzförmig um eine Längsachse angeordnete Leitschaufeln, die jeweils mit Drehzapfen drehfest verbunden und in einem Gehäuse schwenkbar gelagert sind, mit zweiarmigen Kurbeln, welche jeweils mit einem der Drehzapfen verbunden sind, und mit Koppelgliedern, welche jeweils an entsprechenden Kurbelarmen benachbarter Kurbeln angelenkt sind, wobei die in Umfangsrichtung unter gleichen Teilungswinkeln beabstandeten Drehzapfen und Leitschaufeln gemeinsam im gleichen Sinne ver­stellbar sind.

Aus der US-A-30 56 541 ist eine Verstellvorrichtung für einen Axialverdichter bekannt, bei welchem die Kurbeln und die Kop­pelglieder konzentrisch um die Längsachse des Axialverdichters auf einer zylindrischen Mantelfläche angeordnet sind. Sämt­ liche Drehzapfen der Leitschaufeln, welche vor der Eintritts­öffnung des Axialverdichters angeordnet sind, liegen in einer gemeinsamen Radialebene. Die zylindrisch um die Leitschaufeln herum angeordneten Kurbeln sind gerade ausgebildet. Im Falle einer Verstellung werden die Koppelglieder, zwischen den je­weils benachbarten Kurbeln, auf einer mehrdimensionalen Bahn bewegt, so daß Kugelgelenke zwischen den Kurbeln und den Kop­pelgliedern erforderlich sind. Es müssen bei einer Verstellung Kräfte übertragen werden, die in den drei zueinander orthogo­nalen Raumrichtungen liegen. Schon kleine Fertigungsungenauig­keiten können unter Berücksichtigung der dreidimensionalen Bewegungsabläufe leicht zu Störungen oder gar einem Klemmen der gesamten Verstellvorrichtung führen. Daher sind die Kop­pelglieder in der Länge einstellbar ausgebildet, wodurch ein nicht unerheblicher Platzbedarf und Fertigungsaufwand erfor­derlich sind.

Aus der EP-A-43 017 ist eine Verstellvorrichtung bekannt, welche zur gemeinsamen Verstellung der Nachleitschaufeln einen konzentrisch zur Längsachse des Radialverdichters angeordneten Stellring aufweist. Mit jedem der Drehzapfen ist ein Lenker­hebel drehfest verbunden, an dessen anderem Ende ein Langloch vorgesehen ist. In dieses Langloch greift ein mit dem Stell­ring verbundener Bolzen. Beim Drehen des Stellringes um die Längsachse des Radialverdichters wird über den jeweiligen Bolzen und Lenker der genannte Zapfen und die zugehörende Leitschaufel geschwenkt, wobei der Bolzen in dem genannten Langloch verschoben wird. Für Radialverdichter mit großen Durchmessern, wobei beispielsweise Laufraddurchmesser von 1 m und mehr hier angesprochen sein können, ergeben sich für einen zur Längsachse koaxialen Stellring entsprechend große Abmes­sungen. Die Herstellung und die Lagerung eines derart großen Stellringes bereitet in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten. Ferner ergeben sich Probleme hinsichtlich Temperaturverhalten und Wärmedehnungen unter Berücksichtigung der großen Abmes­sungen. Der Platzbedarf ist erheblich und es ergeben sich Schwierigkeiten bei der Handhabung und Montage. Schließlich kann nicht außer acht gelassen werden, daß bei großen Radial­ verdichtern die Fertigung und Montage eines zur Läuferachse koaxialen Stellringes einen erheblichen Kostenaufwand erfor­dern.

Ferner ist aus der DE-A-24 03 113 eine Vorrichtung zum Ver­stellen von Drallschaufeln eines Turboverdichters bekannt. Die mit den Drallschaufeln drehfest verbundenen Drehzapfen ent­halten jeweils am freien Ende ein Zahnrad. Sämtliche Zahnräder stehen mit einem gemeinsamen, einstellbaren Zahnkranz in Ein­griff. Für einen derartigen Zahnkranz ergeben sich in ähnli­cher Weise wie bei dem oben erläuterten Stellring Schwierig­keiten, insbesondere hinsichtlich Wärmespannungen, Toleranzen und Montageaufwand. Vor allem bei größeren Verdichtern besteht die Gefahr des Klemmens und Blockierens der Schaufeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstellvorrich­tung dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem konstrukti­ven Aufwand eine funktionssichere Verstellung der Leitschau­feln ermöglicht wird. Die Verstellvorrichtung soll ein gerin­ges Bauvolumen erfordern und eine einfache Montage bei beeng­ten Platzverhältnissen auf der Auslaßseite ermöglichen. Das Klemmen oder gar Blockieren der Verstellvorrichtung bzw. der Leitschaufeln soll zuverlässig vermieden werden, wobei insbe­sondere unter Berücksichtigung von Wärmespannungen und Ferti­gungstoleranzen unter allen Betriebsbedingungen eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet sein soll. Ferner soll die Verstellvorrichtung kein zusätzliches Bauvolumen für den Radialverdichter erfordern, sondern zweckmäßigerweise in einem vorhandenen Ringraum ausgangseitig im Bereich des Diffusors angeordnet werden können. Aufwendige Bauteile und deren Lage­rung bezüglich des Gehäuses sollen möglichst vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei Ausbil­dung des Verdichters als ein Radialverdichter die Kurbeln so­wie die Koppelglieder in einem Ringraum angeordnet sind, wel­cher der Austrittsöffnung des Radialverdichters benachbart ist, daß die zur Längsachse parallelen Drehzapfen mit ihren freien Enden in den Ringraum hineinragen, daß die Kurbeln in einer Radialebene angeordnet sind, wobei die Achse des radial inneren Kurbelarmes bezüglich der Achse des radial äußeren Kurbelarmes um einen Winkel abgewinkelt ist, welcher gleich groß ist wie der Teilungswinkel, und daß in den in Um­fangsrichtung jeweils benachbarten Kurbelpaaren, in welchen die äußeren Kurbelarme jeweils mit den Koppelgliedern aneinander gelenkt sind, die inneren Kurbelarme zueinander hin abgewinkelt sind, wobei die äußeren Kurbelarme der ge­nannten Kurbelpaare im wesentlichen parallel zueinander ausge­richtet sind.

Die vorgeschlagene Verstelleinrichtung zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und gewährleistet eine äußerst platzsparende Konstruktion. Der im Bereich des Diffusors des Radialverdichters zur Verfügung stehende Bauraum kann in über­raschend einfacher Weise für die Anordnung und Aufnahme der vorgeschlagenen Kurbeln und Koppelglieder genutzt werden. Statt eines aufwendigen und großen Steuerringes sind zur gegenseitigen Kopplung der in Umfangsrichtung benachbarten Kurbeln nur verhältnismäßig kleine Koppelglieder vorgesehen. In Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln werden abwechselnd über das äußere Koppelglied, das an den äußeren Kurbelarmen der derart gebildeten Kurbelpaare angelenkt ist, sowie über das an den jeweils inneren Kurbelarmen angelenktes zweite Koppelglied miteinander verbunden. Die Kurbeln sind mit dem jeweiligen Drehzapfen drehfest verbunden, wobei zwecks Justage der Leit­schaufeln erfindungsgemäß eine lösbare, einstellbare Verbin­dung vorgesehen ist. Durch die Abkröpfung der Kurbeln in der Weise, daß jeweils die Achsen des äußeren zum inneren Kurbel­arm einen Winkel aufweisen, der bevorzugt gleich dem Teilungs­winkel benachbarter Kurbeln bzw. Leitschaufeln ist, wird eine gleichmäßige und gleichsinnige Verstellung sämtlicher Leit­schaufeln gewährleistet. Die derart definierten Kurbelpaare bilden Parallelkurbelgetriebe, bei welchen die äußeren Kurbel­arme erfindungsgemäß immer zueinander parallel stehen. Die Zapfen bzw. Bolzen, mittels welchen das erste Koppelglied an die äußeren Kurbelarme angelenkt sind, weisen zueinander den gleichen Abstand auf, wie die Drehzapfen. In entsprechender Weise sind die benachbarten Paare mittels des zweiten Koppel­gliedes über die jeweils inneren, parallel ausgerichteten Kurbelarme aneinander gelenkt. Auch die Gelenkzapfen des zwei­ten Koppelgliedes sind im Rahmen der Erfindung im gleichen Ab­stand zueinander angeordnet wie einander benachbarte Drehzap­fen. Es wird folglich gewährleistet, daß pro Kurbelpaar die äußeren Kurbelarme immer parallel stehen und ferner auch je­weils die mit den zweiten Koppelgliedern aneinandergelenkten inneren Kurbelarme parallel stehen. Im Rahmen dieser Erfindung sind die einander entsprechenden Kurbeln bzw. deren Kurbelarme der jeweiligen Kurbelpaare bezüglich der durch den jeweiligen Drehzapfen verlaufenden Axialebene um den gleichen Winkel, und zwar in Abhängigkeit des jeweiligen Verstellwinkels der Leit­schaufeln, geschwenkt. Die parallel ausgerichteten Kurbeln und die Koppelglieder sind mittels Bolzen in einfacher Weise an­einander gelenkt. Es sind keine großen und schwer zu hand­habenden Bauteile vorhanden, sondern vergleichsweise kleine und mit geringem Aufwand herzustellende und zu montierende Kurbeln, Koppelglieder und Bolzen. Auch bei Ausbildung und Einsatz als Heißgasmaschine wird eine hohe Funktionssicherheit erreicht, zumal auch für die Verstellvorricntung von einer gleichmäßigen Erwarmung ausgegangen werden kann und der Schau­felabstand ebenso wie die Länge der Koppelglieder untereinan­der gleichbleiben.

Ferner sei hervorgehoben, daß jeweils der innere Kurbelarm und der äußere Kurbelarm die gleiche Kurbellänge aufweisen können. Sämtliche Kurbeln sind übereinstimmend ausgebildet, jedoch je­weils um 180 Grad gedreht abwechselnd auf den Drehzapfen be­nachbarten Leitschaufeln angeordnet. Auch die ersten und zwei­ten Koppelglieder sind übereinstimmend ausgebildet, wobei fer­ner auch die Anlenkung der Koppelglieder an die jeweilige Kur­bel mittels übereinstimmend ausgebildeten Bolzen erfolgt. Die Verstelleinrichtung enthält daher im Grunde genommen nur drei unterschiedlich ausgebildete Bauteile, und zwar zweiarmige Kurbeln, Koppelglieder und Bolzen, woraus nicht unwesentliche Kostenvorteile bei der Fertigung resultieren. Auch bei sehr großen Radialverdichtern, deren Laufräder Durchmesser von einigen Metern aufweisen, kann die vorgeschlagene Verstell­vorrichtung mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden, wobei ferner auch eine vergleichsweise einfache Montage ge­währleistet wird.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die zweiarmigen Kur­beln mit dem jeweiligen Drehzapfen mittels einer reibschlüs­sigen Verbindung drehfest verbunden. So kann bei der Montage zunächst die Verstelleinrichtung eingebaut werden, ohne zu­nächst auf die jeweilige Drehwinkelstellung der Drehzapfen und Leitschaufeln achten zu müssen. Danach kann die Drehwinkellage der Drehschaufeln exakt eingestellt und die reibschlüssige Verbindung zur Verstelleinrichtung bzw. der zweiarmigen Kurbel hergestellt werden. Ein Kegelpreßverband mit zwei konischen, ineinander greifenden und miteinander verspannten Hülsen hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Das Gehäuse des Radialverdichters weist zum Ringraum gerichtete buchsenförmige Ansätze auf, durch welche jeweils die genannten Drehzapfen durchgeführt sind. Die Koppelglieder liegen sämtlich in einer gemeinsamen Radialebene, welche vor der Radialebene mit den Kurbeln liegen. Die Koppelglieder sind ebenso wie die Kurbeln einteilig ausgebildet, wobei sämtliche Koppelglieder, und zwar sowohl die äußeren als auch die inneren Koppelglieder, iden­tisch ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

• Figur 1 Schematisch eine Ansicht der Kurbeln und der Kop­pelglieder für aufgefahrene Leitschaufeln,
• Figur 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei im wesent­lichen geschlossenen Leitschaufeln,
• Figur 3 teilweise einen Schnitt in einer Axialebene durch das Gehäuse eines Radialverdichters im Bereich der Verstelleinrichtung.

Figur 1 zeigt schematisch einen Teil, und zwar in einem Qua­dranten, der Verstellvorrichtung für Leitschaufeln 2, die in einem Kranz um eine Längsachse 4 im Teilungswinkel 6 voneinan­der beabstandet angeordnet sind. Die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit gestrichelt dargestellten Leitschaufeln 2 sind mittels Drehzapfen 8 in einem Gehäuse eines Radialver­dichters schwenkbar angeordnet. Mit jedem der Drehzapfen 8 ist jeweils eine zweiarmige Kurbel 10 drehfest verbunden. Die Kurbeln 10 weisen jeweils einen in radialer Richtung nach außen gerichteten äußeren Kurbelarm 12 sowie einen nach innen gerichteten inneren Kurbelarm 14 auf. Zwischen der Achse 16 des äußeren Kurbelarmes 12 und der Achse 18 des inneren Kur­belarmes 14 ist ein Winkel 20 vorhanden, der gleichgroß ist wie der Teilungswinkel 6.

Die genannten Achsen 16 und 18 verlaufen jeweils durch den Drehzapfen 8 sowie durch Bolzen 22, über welche mittels eines ersten Koppelgliedes 24 oder eines zweiten Koppelgliedes 26 die wechselseitige Anlenkung benachbarter Kurbeln erfolgt. In Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln, deren äußere Kurbelarme 12 mit dem ersten Koppelglied 24 aneinander gelenkt sind, werden nachfolgend als Kurbelpaar 28 bezeichnet. Pro Kurbel­paar ist der Abstand 30 der Bolzen 22, genauer gesagt deren Drehachsen, gleichgroß wie der Abstand der Drehzapfen 8 bzw. deren Drehachsen. Unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung stehen also die Achsen 16 der äußeren Kurbelarme 12 jedes Kurbelpaares 28 immer parallel.

Die in Umfangsrichtung benachbarten Kurbelpaare 28 sind je­weils mittels den zweiten Koppelgliedern 26, die an den inne­ren Kurbelarmen 14 mittels den genannten Bolzen 22 angelenkt sind, gekoppelt. Lediglich der Vollständigkeit halber sei an­gemerkt, daß man selbstverständlich auch die mit dem zweiten Koppelglied jeweils aneinander gelenkten Kurbeln als Kurbel­paar bezeichnen kann. Das zweite Koppelglied 26 weist zwischen den Bolzen 22 einen Abstand 32 auf, welcher wiederum dem Ab­stand der zugeordneten Drehzapfen 8 entspricht und folglich gleichgroß ist wie der oben genannte Abstand 30 des Koppel­paares 28. Schließlich weisen die äußeren Kurbelarme 12 und die inneren Kurbellarme 14 die gleiche Kurbellänge 34 auf. Aufgrund dieser vorgeschlagenen Ausbildung und Anordnung der Kurbeln und der Koppelglieder wird sichergestellt, daß die mit dem jeweiligen Koppelglied miteinander verbundenen Kurbelarme benachbarter Kurbeln 10 immer parallel zueinander ausgerichtet sind. Wie ersichtlich, sind in Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln jeweils übereinstimmend ausgebildet, wobei der Winkel 20 dem Teilungswinkel 6 entspricht, benachbarte Kurbeln 10 sind lediglich jeweils um 180 Grad gedreht zueinander ausge­richtet und entsprechend mit den Drehzapfen 8 der zugehörenden Leitschaufel 2 verbunden.

Fig. 2 zeigt die Verstellvorrichtung aus Figur 1, wobei jedoch die Leitschaufeln 2 in die geschlossene Stellung verschwenkt sind. Die Kurbeln 10 sind nunmehr bezüglich der jeweils durch den Drehzapfen 8 verlaufende Axialebene 36 um den Winkel 38 geschwenkt. Die einander entsprechenden Kurbeln bzw. Kurbel­arme der jeweiligen Kurbelpaare 28 nehmen zur jeweiligen Axialebene 36 immer die gleiche, mit der jeweiligen Winkel­stellung der Leitschaufeln veränderbare Winkelstellung ein. Da die Abstände 30 bzw. 32 jeweils gleich groß sind wie die ent­sprechenden Abstände zwischen den durch die Drehzapfen 8 vor­gegebenen Schwenkachsen der Leitschaufel 2, stehen die äußeren Kurbelarme 12 jedes Kurbelpaares 28 ebenso parallel wie die inneren Kurbelarme 14 der jeweils benachbarten Kurbelpaare 28. Es sei ausdrücklich festgehalten, daß alle Koppelglieder 26 identisch ausgebildet sind. Die Verstellbewegung kann bei­spielsweise über eine der Kurbeln 10 eingeleitet werden, welche eine Verlängerung 40 aufweist. An dieser Kurbelverlän­gerung 40 kann ein Verstellhebel oder dergleichen angelenkt sein, um durch Bewegung in Richtung des Pfeiles 42 die ge­wünschte Verstellung der Leitschaufeln 2 vornehmen zu können. Im Hinblick auf eventuelle Fertigungstoleranzen, Wärmedehnun­gen oder dergleichen kann an einer Stelle des Umfanges zwi­schen zwei benachbarten Kurbeln eines der Koppelglieder feh­len. Schwergängigkeit oder gar Klemmen der Verstelleinrichtung wird vermieden. Die aus den Kurbeln und den Koppelgliedern ge­bildete "Kette" muß also nicht über den Umfang geschlossen sein, sondern kann an einer Stelle erfindungsgemäß unterbro­chen sein. Die Fertigung und auch die Montage wird hierdurch vereinfacht, da an dieser offenen Stelle ein Längenausgleich stattfinden kann. Nachteile hinsichtlich der Einstellgenauig­keit der Leitschaufel treten unter Berücksichtigung der kraft­schlüssigen Verbindung zwischen Drehzapfen und Kurbel nicht auf. Erst nach der vollständigen Montage der Verstelleinrich­tung mit den Kurbeln und den Koppelgliedern erfolgt die exakte Ausrichtung der Leitschaufeln 2.

Figur 3 zeigt vergrößert einen Schnitt durch einen Teil eines Radialverdichters mit der Verstellvorrichtung, und zwar im wesentlichen in einer Axialebene, wobei gemäß Figur 1 mit der Linie III die Schnittebene angegeben ist. In einem Verdichter­gehäuse 46 ist hier die druckseitige Nachleitschaufel 2 dar­gestellt, welche in dem Verdichtergehäuse 46 um den Drehzapfen 8 schwenkbar gelagert ist. Wie durch den Pfeil 48 angedeutet, strömt das Medium zur Leitschaufel 2 des Nachleitapparates, um in gewohnter Weise über die Austrittsöffnung 47 in das Spiral­gehäuse einzuströmen, welches das Verdichtergehäuse 46 im Be­reich der Umfangsfläche 50 umgibt. Der Drehzapfen 8 ragt in einen inneren Ringraum 52 des Verdichtergehäuses 46, in wel­chem Ringraum 52 erfindungsgemäß die Verstelleinrichtung unter Ausnutzung des dort vorhandenen Platzes angeordnet ist. Das Gehäuse 46 weist zur sicheren Lagerung des jeweiligen Drehzap­fens 8 einen zweckmäßig buchsenförmigen Ansatz 49 auf, welcher bis in den Ringraum 52 hineinragt. Die Kurbel 10 ist in dem Ringraum 52 mit dem Drehzapfen im Rahmen dieser Erfindung kraftschlüssig verbunden. Aus Gründen der Übersicht ist hier nur eine einzige Kurbel 10 dargestellt, doch liegen sämtliche Kurbeln der Verstelleinrichtung in der gemeinsamen Radialebene 53. Diese Verbindung ist hier als ein Kegelpreßverband mit zwei konischen Hülsen 54, 56 ausgebildet. Die innere Hülse 54 liegt einerseits an einer Ringschulter 57 des Drehzapfens 8 an, während vom freien anderen Ende her über die konische Hülse 54 die zweite konische Hülse 56 geschoben ist. Der Dreh­ zapfen 8 weist am freien Ende ein Gewinde 58 auf, in welches eine Mutter 60 geschraubt ist, mittels welcher die Verspannung der beiden Hülsen 54, 56 zwecks Herstellung der reibschlüs­sigen bzw. kraftschlüssigen Verbindung der Kurbel 10 erfolgt. In den äußeren Kurbelarm 12 ist mit Preßsitz der Bolzen 22 einge preßt, an welchem das erste, äußere Koppelglied 24 ange­lenkt ist. In übereinstimmender Weise ist auch das zweite Kop­pelglied am inneren Hebelarm der Kurbel 10 angelenkt, wie es durch die strichpunktierte Linie 62 angedeutet ist. Sämtliche Koppelglieder, und zwar sowohl die äußeren als auch die inne­ren Koppelglieder der Verstelleinrichtung liegen in der glei­chen gemeinsamen Radialebene 64. Diese Radialebene 64 liegt bei Blickrichtung auf das freie Ende des Drehzapfens 8 vor der Radialebene 53 mit den Kurbeln 10. Unter Berücksichtigung der engen Platzverhältnisse in dem Ringraum 52 kann die Montage der Verstelleinrichtung mit einem vergleichsweise geringen Aufwand erfolgen, da keine sperrigen, großen Steuerringe, Zahnsegmente, Zahnräder oder dergleichen notwendig sind, son­dern nur die vergleichsweise kleinen Teile der erläuterten Verstellvorrichtung.

2 Leitschaufel
4 Längsachse
6 Teilungswinkel
8 Drehzapfen
10 Kurbel
12 äußerer Kurbelarm
14 innerer Kurbelarm
16 Achse von 12
18 Achse von 14
20 Winkel
22 Bolzen
24 erstes Koppelglied
26 zweites Koppelglied
28 Kurbelpaar
30,32 Abstand
34 Kurbellänge
36 Axialebene
38 Winkel
40 Verlängerung
42 Pfeil
46 Verdichtergehäuse
47 Austrittsöffnung
48 Pfeil
49Ansatz
50 Umfangsfläche
52 Ringraum
53 Radialebene
54,56 Hülse
57 Ringschulter
58 Gewinde
60 Mutter
62 Linie
64 Radialebene