ROTOR EINER GASTURBINE MIT VERSCHRAUBTEN ROTORSCHEIBEN

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt und mit einer Mittelsektion und mit einem Turbinenabschnitt wobei der Turbinenabschnitt mehrere Rotorscheiben (01) umfasst. Die Rotorscheiben (01) weisen an den zueinander weisenden Stirnseiten (07) formschlüssige und/oder reibschlüssige Drehmomentenübertragungsmittel auf. Benachbarte Rotorscheiben (01) sind mittels einer Mehrzahl im Umfang verteilt angeordneter Befestigungsbolzen (15, 16) miteinander verschraubt. Eine verbesserte Verbindung wird durch die Verwendung einer Stirnverzahnung (08) als Drehmomentenübertragungsmittel erzielt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine, welcher einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion sowie einen Turbinenabschnitt aufweist, wobei zumindest im Turbinenabschnitt mehrere Rotorscheiben vorhanden sind. Hierbei sind zumindest zwei Rotorscheiben miteinander mittels Befestigungsbolzen verbunden.

[0002] Der Rotor einer Gasturbine weist üblicherweise einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion sowie einen Turbinenabschnitt auf. Der Verdichterabschnitt umfasst hierbei regulär in mehreren Stufen hintereinander angeordnete Verdichterschaufelkränze. Analog hierzu wird ebenso der Turbinenabschnitt in bekannter Weise von mehreren Stufen abgebildet, wobei ebenso in jeder Stufe eine Mehrzahl an Turbinenschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind. Hierbei ist es üblich, dass die Turbinenschaufeln austauschbar an der jeweiligen Turbinenstufe befestigt sind.

[0003] Die Verbindung der einzelnen Turbinenstufen des Turbinenabschnitts miteinander kann hier auch auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es in einfachen Ausführungsformen möglich, mehrere oder sämtliche Turbinenstufen integral (ohne die Laufschaufeln) in einem Bauteil unlösbar zusammenzufassen. Alternativ hierzu sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen mehrere Turbinenscheiben mit jeweils einem oder zwei Laufschaufelkränze eingesetzt werden. Hierbei müssen die Turbinenscheiben derartig miteinander verbunden sein, dass sowohl eine hinreichende Biegesteifigkeit des Rotors gewährleistet wird, als auch das Drehmoment von einer Turbinenscheibe zur nachfolgenden Turbinenscheibe übertragen werden kann.

[0004] Hierzu sind wiederum verschiedene Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt, wobei die einzelnen Turbinenscheiben in einer bewährten Variante miteinander verschraubt werden. Alternativ hierzu wird vielfach ein zentraler Zuganker zur gleichzeitigen Verbindung aller Turbinenscheiben eingesetzt, wobei vorliegend diese Lösung nicht weiter betrachtet werden soll. Bei miteinander verschraubten Turbinenscheiben wird eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben im Umfang angeordnet, mittels denen jeweils zwei Turbinenscheiben an Flanschen miteinander verschraubt werden.

[0005] Bei derartig verschraubten Ausführungsformen ist in aller Regel vorgesehen, dass das Drehmoment zwischen den einzelnen Turbinenscheiben mittels Reibkraft übertragen wird. Die hierzu erforderliche Pressung wird durch die Verschraubung erzielt. Weiterhin ist es erforderlich, eine Zentrierung der Turbinenscheiben relativ zur Drehachse sicherzustellen. Hierzu wird in aller Regel jeweils eine Turbinenscheibe mit einer ringförmigen Anlageschulter versehen, in die ein Bund an der nachfolgend angeflanschten Turbinenscheibe eingreift.

[0006] Wenngleich mittels Verschrauben die einzelnen Turbinenscheiben zuverlässig miteinander verbunden werden können, so zeigt sich dennoch in der Fertigung des Rotors das Problem, dass die einzelnen Turbinenscheiben möglichst genau zueinander zu zentrieren sind und insofern die Toleranz zwischen der Anlagenschulter und dem Bund möglichst gering zu halten ist. Weiterhin erfordert die Übertragung des Drehmomentes über Reibschluss eine entsprechend hohe Pressung in der Verschraubung der Turbinenscheiben.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Aufwand zur Verbindung der Turbinenscheiben zu reduzieren. Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

[0008] Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0009] Der gattungsgemäße Rotor dient zunächst einmal zur Verwendung bei einer Gasturbine. Hierbei ist es erforderlich, dass der Rotor einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion und einen Turbinenabschnitt aufweist. Zumindest der Turbinenabschnitt weist hierbei wiederum zumindest zwei, vorteilhaft mehrere, Rotorschreiben auf, wobei an zumindest einer Rotorscheibe eine Mehrzahl Laufschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind. Ob des Weiteren der Verdichterabschnitt einstückig ausgeführt wird oder analog dem Turbinenabschnitt ebenso eine Mehrzahl an Rotorscheiben aufweist, ist zunächst unerheblich. Zumindest ist es erforderlich, dass zwei benachbarte Rotorscheiben an zueinander weisenden Stirnseiten formschlüssige und/oder reibschlüssige Drehmomentenübertragungsmittel aufweisen.

[0010] Des Weiteren ist es erforderlich, dass die benachbarten Rotorscheiben mehrere im Umfang verteilte Befestigungsbohrungen aufweisen. Hierbei ist vorgesehen, dass die benachbarten Rotorscheiben mittels der die Befestigungsbohrungen durchdringender Befestigungsbolzen miteinander verbunden sind. Hier kann in einer ersten Variante vorgesehen sein, dass jeweils zwei Rotorscheiben mittels der Befestigungsbolzen miteinander verbunden sind. In einer alternativen Variante ist es möglich, dass zwischen zwei Rotorscheiben, welche jeweils mit im Umfang verteilten Laufschaufeln versehen sind, eine weitere Rotorscheibe ohne Laufschaufeln angeordnet wird, wobei mittels der Befestigungsbolzen diese drei Rotorscheiben zugleich miteinander verschraubt werden.

[0011] Erfindungsgemäß wird die Übertragung des Drehmomentes zwischen den einzelnen verschraubten Rotorscheiben dadurch verbessert, indem als Drehmomentübertragungsmittel eine Stirnverzahnung zwischen den verschraubten Rotorschreiben eingesetzt wird.

[0012] Durch die Verwendung einer Stirnverzahnung reduziert sich die Anforderung an die von den Befestigungsbolzen aufzubringende Pressung, als dass nunmehr das Drehmoment im Wesentlichen formschlüssig durch die Stirnverzahnung übertragen wird und nicht mehr rein aufgrund einer Reibkraft.

[0013] Zur Verbesserung der Zentrierung der einzelnen Rotorscheiben zueinander und insbesondere zur Vermeidung des Erfordernisses einer eng tolerierten Passung zwischen einer Anlageschulter und einem Bund wird in besonders vorteilhafter Weise die Stirnverzahnung derartig ausgeführt, dass diese eine Zentrierung der Rotorscheiben zueinander bewirkt. Hierbei kann in besonders vorteilhafter Weise eine Hirth-Verzahnung eingesetzt werden. Durch die Verwendung der Hirth-Verzahnung erfolgt eine unmittelbare Zentrierung der miteinander verschraubten Rotorscheiben. Somit erübrigt sich die Notwendigkeit einer Passung zwischen den einzelnen Rotorscheiben. Ebenso ist die Verwendung einer Curvic-Verzahnung möglich.

[0014] Eine optimale Verbindung zwischen den einzelnen Rotorscheiben sowohl unter Berücksichtigung der Übertragung des Drehmomentes in der Stirnverzahnung als auch ebenso unter Berücksichtigung der Biegesteifigkeit des Rotors ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Befestigungsbolzen im Bereich der Stirnverzahnung angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Befestigungsbolzen sich zumindest in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Stirnverzahnung befinden. Dies ist gegeben, wenn der Abstand zwischen der Stirnverzahnung und den Befestigungsbolzen nicht größer ist, als es der radialen Breite der Stirnverzahnung entspricht. Vorteilhaft hierzu ist ein Abstand, der geringer ist als es dem Durchmesser des Befestigungsbolzens entspricht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsbolzen zumindest abschnittsweise die Stirnverzahnung durchdringen.

[0015] Wie die Befestigung des Befestigungsbolzens erfolgt ist zunächst unerheblich. In einer ersten Variante ist es möglich, die Befestigungsbohrungen in einer Rotorscheibe oder die wechselnd die Befestigungsbohrungen in beiden Rotorscheiben als Gewindebohrungen auszuführen, in die die Befestigungsbolzen unmittelbar eingeschraubt sind. In einer zweiten Variante ist es ebenso möglich, die Befestigungsbohrungen als Durchgangsbohrungen vorzusehen, wobei am Ende des Befestigungsbolzens entweder ein integraler Schraubenkopf oder eine Befestigungsmutter angeordnet wird.

[0016] Bei der Montage ist zu berücksichtigen, dass bei Einsatz der selbstzentrierenden Stirnverzahnung eine geringfügige Verlagerung der einzelnen Rotorscheiben zueinander beim Festschrauben der Befestigungsbolzen erfolgt. Um hierbei - selbst wenn es sich nur um geringfügigste Winkelabweichungen handelt - eine Verlagerung der Befestigungsbolzen beim Festschrauben zu ermöglichen, wird in besonders vorteilhafter Weise am Befestigungsbolzen ein Schraubenkopf oder eine Befestigungsmutter vorgesehen, welche auf der zur Befestigungsbohrung weisenden Seite unmittelbar oder mittelbar eine kalottenförmige Bundfläche aufweist. Durch die kalottenförmige Bundfläche wird ein Winkelversatz zwischen der Ebene senkrecht zur Drehachse und der Achse des Befestigungsbolzens ermöglicht.

[0017] Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob die kalottenförmige, den Befestigungsbolzen umgebende Bundfläche unmittelbar am Schraubenkopf bzw. an der Befestigungsmutter angeordnet ist oder ob diese in vorteilhafter Weise an einer Unterlegscheibe angeordnet wird, welche folglich auf der zum Schraubenkopf bzw. zur Befestigungsmutter weisenden Seite eine planare Fläche aufweisen kann. In besonders vorteilhafter Kombination weist der Schraubenkopf eine kalottenförmige Bundfläche auf, während hingegen an der Befestigungsmutter eine kalottenförmige Unterlagscheibe angeordnet wird.

[0018] Hierzu analog weist in besonders vorteilhafter Weise die Rotorscheibe unmittelbar oder mittelbar eine zur Bundfläche komplementäre kalottenförmige Anlagefläche auf. Hierbei ist es ebenso zunächst unerheblich, ob die kalottenförmige Anlagefläche unmittelbar in der Oberfläche der Rotorscheibe die Befestigungsbohrung umgebend integriert ist oder ob hierbei in vorteilhafter Weise eine Beilagscheibe eingesetzt wird, an der die Anlagefläche angeordnet ist. Insofern kann die kalottenförmige Anlagefläche sowohl von der Beilagscheibe als auch von einer an der Rotorscheibe integrierten Kalottensenkung gebildet werden. Insofern es die Herstellungsverfahren zulassen, ist eine Kalottensenkung vorteilhaft gegenüber einer Beilagscheibe.

[0019] In welchem Bereich die Stirnverzahnung angeordnet ist, ist zunächst unerheblich. Zumindest ist diese zur vorteilhaften Drehmomentenübertragung auf einen möglichst großen Durchmesser anzuordnen. Bei einer Ausführung, bei der die Befestigungsbolzen zur Verbindung der Befestigungsflansche beabstandet von der Stirnverzahnung angeordnet werden, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn zwischen den Befestigungsflanschen, der aneinander anliegenden Rotorscheiben im Bereich der Befestigungsbohrungen ein Freiraum vorhanden ist. Ob dieser Freiraum in beiden Befestigungsflanschen vorgesehen wird oder lediglich in einem Befestigungsflansch angeordnet ist, ist hierbei unerheblich. Dabei ist es erforderlich, dass die Befestigungsflansche angrenzend an den Freiraum gegenüberliegend zur Stirnverzahnung wiederum aneinander anliegen. Somit verteilt sich eine beim Spannen der Befestigungsbolzen erzeugte Druckraft einerseits auf den einseitig des Freiraums verbleibenden Bereich der Befestigungsflansche mit Anlage aneinander sowie anderseits auf die gegenüberliegende Stirnverzahnung. Hierbei sind vorteilhaft die Befestigungsbolzen außerhalb mit geringem Abstand zur Stirnverzahnung anzuordnen. Der die Befestigungsbolzen umgebende Freiraum wird in vorteilhafter Weise ringförmig ausgeführt, wobei außerhalb des ringförmigen Freiraums ein ringförmiger Auflagering verbleibt.

[0020] Beim Start der Gasturbine tritt ein Aufheizprozess im Rotor und somit in den Rotorscheiben auf. Diese Aufheizung findet nicht gleichmäßig über alle Rotorscheiben statt, sondern einzelne Rotorscheiben sind einer stärkeren thermischen Dehnung unterworfen als benachbarte Rotorscheiben. Dieses führt in naheliegender Weise zu einer Verlagerung innerhalb der Stirnverzahnung der benachbarten Rotorscheiben aneinander. Um diese Verlagerung gegebenenfalls begrenzen zu können, wird in vorteilhafter Weise ein Begrenzungsring eingesetzt, welcher mit radialem Spiel in gegenüberliegenden in den Befestigungsflanschen vorhandenen Begrenzungsnuten eingreift. Erreicht die thermische Dehnung einer Rotorscheibe im Gegensatz zur benachbarten Rotorscheibe einen unzulässig hohen Wert, so erfolgt eine Anlage des Begrenzungsringes an gegenüberliegenden Flanken der gegenüberliegenden Begrenzungsnuten.

[0021] In einer weiteren vorteilhaften Gestaltung bei Berücksichtigung der Verschraubung ist vorgesehen, dass die Stirnverzahnung nicht von einer im einfachsten Fall planaren Stirnseite ausgeht, sondern dass zumindest eine Stirnseite, von der die Stirnverzahnung ausgehend im der Rotorscheibe eingearbeitet ist, eine in axialer Richtung wechselnde Lage aufweist. In besonders vorteilhafter Weise entspricht die Stirnseite einer um die Rotorachse umlaufenden Wellenform. Hierbei sind die Befestigungsbohrungen in einem von der gegenüberliegenden Rotorscheibe wegweisenden Wellental der Stirnseite angeordnet, während hingegen die zwischenliegenden Wellenberge der Stirnseite in größter Entfernung zwischen jeweils zwei Befestigungsbohrungen angeordnet sind. Die Zahnhöhe der Stirnverzahnung wird hierbei vorteilhafte übereinstimmend zur Stirnverzahnung bei einer planaren Stirnseite ausgeführt werden, nur eben ausgehend von der wellenförmigen Stirnseite. D.h. im nicht verschraubten Zustand liegt die Stirnverzahnung im Bereich der größten Entfernung zwischen den Befestigungsbohrungen an, während hingegen mit zunehmender Annäherung an die Befestigungsbohrungen ein zunehmender Spalt innerhalb der Stirnverzahnung auftritt.

[0022] Besonders vorteilhaft ist es, wenn im verschraubten Zustand der beiden Rotorscheiben die durch die Zugspannung in den Befestigungsbolzen hervorgerufene Verformung der Befestigungsflansche zu einer umlaufend vollständigen Anlage in der Stirnverzahnung führt. Die Auslegung vereinfacht sich, wenn die Verformung des Befestigungsflansches mit der Verformung der Stirnseite ausgehend von dessen Wellenform zu einer planaren Stirnseite führt. D.h. das sich durch ein Verschrauben der beiden Befestigungsflansche ein vorher vorhandener Spalt innerhalb der Stirnverzahnung zwischen den beiden Rotorscheiben schließt und in besonders vorteilhafter Weise eine umlaufend gleichmäßige Flächenpressung in der Stirnverzahnung erzeugt wird.

[0023] Zur Herstellung einer Stirnverzahnung mit einer im Umlauf wechselnden Lage der Zähne der Stirnverzahnung ist es vorteilhaft, wenn die Rotorscheibe gegenüberliegend einer spanenden Bearbeitung durch Fräsen oder Schleifen mittels eines umlaufenden Exzenters oder sonstiges Stellmittels in Richtung des Bearbeitungswerkzeuges bei Rotation der Rotorscheibe zugleich entsprechend der Wellenform der Stirnseite um das erforderliche Maß zur Anpassung der Lage der Zähne angehoben und abgesenkt wird.

[0024] Zur optimalen Materialausnutzung des Befestigungsbolzens und insbesondere der Befestigungsmutter ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn eine möglichst gleichmäßige Lastübertragung im Gewinde von der Befestigungsmutter auf den Befestigungsbolzen erfolgt. Zu diesem Zwecke ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsmutter auf der zur Anlagefläche weisenden Seite einen Auflagering aufweist, welcher einen gegenüber der Befestigungsbohrung vergrößerten Innendurchmesser aufweist. Das heißt, dass die Befestigungsmutter nur im äußeren Umfang auf der Anlagefläche aufliegt. Bei einer konvex gewölbten Anlagefläche führt dieses zu dem Effekt, dass eine Ausweitung der Befestigungsmutter auf der zur Anlagefläche weisenden Seite erfolgt, wodurch das ansonsten hoch belastete Gewinde nahe der Anlagefläche entlastet wird.

[0025] Durch die neu geschaffene Ausführungsform wird es ermöglicht, eine bewährte Verschraubung der einzelnen Rotorscheiben einzusetzen und dennoch ohne größere Aufwände hinsichtlich der Zentrierung der einzelnen Rotorscheiben zueinander durch eine vorteilhafte selbstzentrierende Stirnverzahnung einen problemfreien Aufbau eines Rotors zu bewerkstelligen. Weiterhin wird durch die unmittelbare Verschraubung der Rotorscheiben mittels der im Bereich der Stirnverzahnung angeordneten Befestigungsbolzen eine bestmögliche Lastübertragung sowohl hinsichtlich der zu übertragenden Drehmomente als auch hinsichtlich einer Biegebelastung des Rotors erzielt.

[0026] In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Lösungen für eine erfindungsgemäße Verschraubung von Rotorscheiben skizziert.

[0027] Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch mehrere miteinander verschraubte Rotorscheiben mit einer Stirnverzahnung;

Figur 2 eine analoge Ansicht zur Figur 1 in perspektivischer Darstellung;

Figuren 3,4 eine beispielhafte Verschraubung von Rotorscheiben mit Beilagscheibe und Unterlegscheibe;

Figuren 5,6 eine alternative Ausführungsform mit einer Befestigungsschraube mit kalottenförmigem Kopf

Figuren 7,8 eine alternative Ausführungsform mit einem Freiraum zwischen den Rotorscheiben;

Figur 9 eine alternative Ausführungsform mit einem Begrenzungsring;

Figur 10 eine alternative Ausführungsform mit spannungsoptimierter Befestigungsmutter.

[0028] In der Figur 1 wird exemplarisch die Verschraubung von Rotorscheiben 01 eines Rotors einer Gasturbine skizziert. In der nachfolgenden Figur 2 wird das Beispiel aus Figur 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt.

[0029] Zu erkennen sind die mehreren Rotorscheiben 01, welche 01 jeweils im äußeren Bereich einen Schaufelträgerabschnitt 03 aufweisen. Wie die einzelnen Laufschaufeln an der Rotorscheibe 01 befestigt sind, ist hinsichtlich der Erfindung unerheblich. Zumindest ist vorgesehen, dass der Rotor zumindest zwei Rotorscheiben 01 aufweist, welche 01 jeweils eine Mehrzahl im Umfang verteilter Laufschaufeln aufweisen, die am Schaufelträgerabschnitt 03 befestigt sind. Im Anschluss an den Schaufelträgerabschnitt 03 befindet sich der Verzahnungsabschnitt 04, welcher 04 die Verbindung zwischen den einzelnen Rotorscheiben 01 herstellt und über den 04 das Drehmoment übertragen wird. In Richtung Drehachse schließt sich der Stabilisierungsabschnitt 05 an, welcher 05 eine Verformung, insbesondere eine Biegung bzw. Torsion der einzelnen Rotorscheiben 01 verhindern soll.

[0030] Jede Rotorscheibe 01 weist beidseitig eine zur nachfolgenden Rotorscheibe 01 weisende Stirnseite 07 auf. An dieser Stirnseite 07 ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Hirth-Verzahnung 08 angeordnet (wobei aus Gründen der vereinfachten Darstellung auf die Darstellung der Hirth-Verzahnung am rechten und linken Ende verzichtet wurde). Die Hirth-Verzahnung 08 bewirkt sowohl eine Zentrierung der jeweils aufeinander folgenden Rotorscheiben 01 zueinander als auch ebenso das Drehmoment von der einen Rotorscheibe 01 zur nachfolgenden Rotorscheibe 01 übertragen werden kann. Zur Verbindung der beiden Rotorscheiben 01 ist hierbei vorgesehen, dass jede Rotorscheibe einen an der Stirnseite 07 vorhandenen sich nach außen erstreckenden Befestigungsflansch 10 aufweist. In diesen 10 befinden sich im Umfang verteilt, eine Vielzahl von Befestigungsbohrungen 11, durch die 11 jeweils ein Befestigungsbolzen 15 gesteckt ist. Mittels Befestigungsmuttern 20 erfolgt eine Verschraubung der Rotorscheiben 01.

[0031] Die Figuren 3 und 4 zeigen nunmehr ein erstes Ausführungsbeispiel für die Realisierung der Verschraubung zwischen den einzelnen Rotorscheiben 01.

[0032] Die Figur 3 zeigt hierbei im Ausschnitt die benachbarten Rotorscheiben 01 mit dem jeweiligen Befestigungsflansch 10, in dem 10 sich die Befestigungsbohrung 11 befindet. Hierzu skizziert die Figur 4 eine Ansicht vor der Anbringung der Befestigungsmuttern 20. Durch die Befestigungsbohrung 11 im Befestigungsflansch 10 hindurch erstreckt sich der Befestigungsbolzen 15, wobei an beiden Enden des Befestigungsbolzens 15 jeweils Befestigungsmuttern 20 angeordnet sind. Zum vorteilhaften Winkelausgleich der Befestigungsbolzen 15 bei der Selbstzentrierung der Rotorscheiben 01 zueinander mittels der Hirth-Verzahnung 08 befindet sich zwischen dem jeweiligen Befestigungsflansch 10 und den Befestigungsmuttern 20 eine kalottenförmige Beilagscheibe 14 sowie eine kalottenförmige Unterlegscheibe 22. Hinsichtlich der Wölbung der kalottenförmigen Scheiben 14, 22 ergeben sich zwei Möglichkeiten, wobei linkerhand dargestellt eine konkaven Unterlegscheibe 22a eine konkave Bundfläche 21a aufweist. Hierzu komplementär ist die konvexe Anlagefläche 13b an der konvexen Beilagscheibe 14b. Rechterhand dargestellt wird das hierzu analoge Beispiel mit der konkaven Beilagscheibe 14a, welche die konkave Anlagefläche 13a aufweist, wobei hierzu unter der Befestigungsmutter 20 die konvexe Unterlegscheibe 22b mit der konvexen Bundfläche 21b angeordnet ist.

[0033] In den Figuren 5 und 6 wird analog zu Figuren 3, 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel zur Verschraubung der Rotorscheiben 01 skizziert. Zu erkennen ist die Anordnung der Rotorscheiben 01 mit den an den Stirnseiten 07 aneinander anliegenden Befestigungsflanschen 10, in denen sich jeweils die Befestigungsbohrungen 11 befinden. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel wird in diesem Fall ein Befestigungsbolzen 16 eingesetzt, welcher 16 mit einem konvexen Schraubenkopf 17 versehen ist. Hierzu befindet sich am gegenüberliegenden Ende die Befestigungsmutter 20 mit der konvexen Unterlegscheibe 22b. Der Befestigungsbolzen 16 weist hierbei am konvexen Schraubenkopf 17 die konvexe Bundfläche 21b auf. Komplementär zur konvexen Bundfläche 21b bildet in diesem Ausführungsbeispiel der Befestigungsflansch 10 unmittelbar mittels einer konkaven Kalottensenkung 12 die konkave Anlagefläche 13a. Gegenüberliegend wird analog zu vorherigem Ausführungsbeispiel die Befestigungsmutter 20 mit der konvexen Unterlegscheibe 22b eingesetzt.

[0034] In den nachfolgenden Figuren 7 und 8 wird im Schnitt bzw. in perspektivischer Darstellung analog der vorherigen Ansichten ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Rotor mit aneinander verschraubten Rotorscheiben 31 skizziert. Diese Rotorscheiben entsprechend zunächst einmal der vorherigen Ausführungsform mit einer Hirth-Verzahnung 33 zur Drehmomentenübertragung zwischen den beiden Rotorscheiben 31. Des Weiteren erfolgt in gleicher Weise eine Verbindung der Rotorscheiben 31 durch einen Befestigungsbolzen im Bereich der Befestigungsflansche 32. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist nunmehr vorgesehen, dass zwischen der Hirth-Verzahnung 33 und dem Außenumfang des Befestigungsflansches 32 ein Freiraum 35 vorhanden ist. Dieser 35 wird zum Außenumfang hin begrenzt durch einen Auflagering 34, an der 34 die Befestigungsflansche 32 wiederum aneinander anliegen. Erfolgt nunmehr die Befestigung der Rotorscheiben 31 aneinander, führt in naheliegender Weise das Spannen des Befestigungsbolzens zu einer Auflage der Befestigungsringe 34 sowie der Hirth-Verzahnung 33 aufeinander. Somit kann eine bessere Pressung in der Hirth-Verzahnung 33 erzielt werden.

[0035] In der Figur 9 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rotor mit den Rotorscheiben 41 skizziert. Diese weisen im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel im Bereich der Hirth-Verzahnung 43 einen Begrenzungsring 45 auf, welcher 45 in den gegenüberliegenden Rotorscheiben 41 jeweils in eine Begrenzungsnut 44 eingreift. Hierbei ist vorgesehen, dass der Begrenzungsring 45 mit radialem Spiel in der Begrenzungsnut 44 gelagert ist. Treten thermische Dehnungen in einer Rotorscheibe 41 im Gegensatz zur benachbarten Rotorscheibe 41 auf, so führt der Begrenzungsring 45 zu einer Begrenzung der thermischen Dehnung der Rotorscheiben 41 relativ zueinander.

[0036] In der nachfolgenden Figur 10 wird ein besonderes Ausführungsbeispiel für eine vorteilhafte Befestigungsmutter 25 skizziert. Zur Optimierung der Lastübertragung im Gewinde zwischen der Befestigungsmutter 25 und dem Befestigungsbolzen 15 ist es in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Befestigungsmutter 25 nicht vollflächig auf der Auflagefläche 13b aufliegt, sondern vielmehr lediglich mit einem Auflagering 26. Dieser Auflagering 26 weist einen gegenüber der Befestigungsbohrung 11 vergrößerten Innendurchmesser auf, so dass eine verkleinerte außenliegende ringförmige Auflagefläche entsteht. Hierbei ist vorgesehen, dass die Anlagefläche 13b an der Rotorscheibe 04 eine nach außen gewölbte konvexe Formgebung aufweist. Erfolgt nunmehr das Spannen der Befestigungsmutter 25 auf dem Befestigungsbolzen 15 führt die ringförmige Auflagefläche 26 zunächst einmal generell aufgrund des vergrößerten Innendurchmessers und insbesondere aufgrund der konvexen Formgebung der Anlagefläche 13b zu einer Aufweitung der Befestigungsmutter 25 an dem zur Anlagefläche 13b weisenden Ende der Befestigungsmutter 25. Dieses wiederum führt zu einer Entlastung des Gewindes im Bereich der Anlagefläche 13b, so dass eine gleichmäßigere Übertragung der Zugkraft über die gesamte Länge des Gewindes in der Befestigungsmutter 25 erreicht wird.

Ansprüche

1. Rotor einer Gasturbine mit mehreren Rotorscheiben (01,31,41), wobei an zumindest einer Rotorscheibe (01,31,41) eine Mehrzahl Laufschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind, wobei zumindest zwei benachbarte Rotorscheiben (01,31,41) an den zueinander weisenden Stirnseiten (07) formschlüssige und/oder reibschlüssige Drehmomentenübertragungsmittel und eine Mehrzahl im Umfang verteilt angeordneter Befestigungsbohrungen (11) aufweisen, wobei jeweils zwei Rotorscheiben (01,31,41) und/oder zwei äußere mit Laufschaufeln versehene Rotorscheiben mit einer mittleren Laufschaufel-freien Rotorscheibe aneinander mittels einer Mehrzahl im Umfang verteilter die Befestigungsbohrungen (11) durchdringender Befestigungsbolzen (15, 16) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehmomentenübertragungsmittel von einer Stirnverzahnung (08,33,43) gebildet werden.

2. Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) eine Hirth-Verzahnung ist; und/oder
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) eine Zentrierung der Rotorscheiben (01,31,41) zueinander bewirkt.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigungsbolzen (15, 16) im Bereich der Stirnverzahnung (08,33,43) angeordnet sind, wobei insbesondere der Befestigungsbolzen (15,16) die Stirnverzahnung (08, 33, 43) zumindest abschnittsweise durchdringen.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Enden des Befestigungsbolzens (15,16) ein Schraubenkopf (17) oder eine Befestigungsmutter (20,25) angeordnet ist, welche (17, 20,25) auf der zur Befestigungsbohrung weisenden Seite unmittelbar oder mittelbar eine kalottenförmige Bundfläche (21,26) aufweisen.

5. Rotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine oder beide Bundflächen (21,26) an einer Unterlegscheibe (22) angeordnet ist.

6. Rotor nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01,31,41) unmittelbar oder mittelbar eine zur Bundfläche (21,26) komplementäre kalottenförmige Anlagefläche (13) aufweist.

7. Rotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine oder beide Anlageflächen (13) an einer Beilagscheibe (14) angeordnet ist oder von einer Kalottensenkung (12) gebildet wird.

8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheiben (01,31,41) stirnseitig im Bereich der Befestigungsbohrungen (11) zwischen der Stirnverzahnung (08,33,43) und einem am Außenumfang angrenzenden Auflagering (26) einen Freiraum (35) aufweisen.

9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheiben (01,31,41) stirnseitig eine Begrenzungsnut (44) aufweisen, wobei ein Begrenzungsring (45) mit radialem Spiel in die gegenüberliegenden Begrenzungsnuten (44) eingreift.

10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) in einem Zustand mit spannungsfreien Befestigungsbolzen einen im Umlauf variierenden Spalt zwischen den beiden Rotorscheiben aufweist.

11. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01,31,41) an der Stirnseite unmittelbar oder mittelbar eine die Befestigungsbohrung (11) umgebende konvexe Anlagefläche (13) aufweist, wobei eine Befestigungsmutter (25) auf der zur Anlagefläche (13) weisenden Seite einen Auflagering (26) mit einem gegenüber dem Durchmesser der Befestigungsbohrung (11) vergrößerten Innendurchmesser aufweist.

Zeichnung