Gehäuse einer Turbomaschine

Abstract

 Es wird ein Gehäuse (1) für eine Maschine, insbesondere Turbomaschine vorgestellt, mit einer ersten Gehäuseschale (2), die entlang einer Trennebene (4) an einer zweiten Gehäuseschale (3) anliegt. Um im Betrieb der Maschine eine asymmetrische Verformung des Gehäuses (1) zu vermeiden, ist in dem Bereich der Trennebene (4) zumindest eine Brücke (6) ausgebildet, mittels derer die beiden Gehäuseschalen (2,3) aneinander befestigt sind. Dabei erstreckts sich die mindestens eine Brücke (6) senkrecht zur Trennebene (4). Die Brücke (6) ist auf der einen Seite der Trennebene (4) in einem ersten Brückenabschnitt (7) mit der ersten Gehäuseschale (2) und auf der anderen Seite der Trennebene (4) in einem zweiten Brückenabschnitt (8) mit der zweiten Gehäuseschale (3) fest verbunden ist.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Maschine, insbesondere nahezu rotationssymmetrische Gehäuse, beispielsweise für eine Turbomaschine, mit einer ersten Gehäuseschale, die entlang einer Trennebene, die meistens durch die Maschinenachse(n) geht, mit einer zweiten Gehäuseschale verbunden ist.

Stand der Technik

[0002] Bei einem derartigen Gehäuse ist im Bereich der Trennebene zumindest ein Flansch ausgebildet, mit dem die beiden Gehäuseschalen aneinander befestigt sind. Üblicherweise erstreckt sich dieser Flansch in der Trennebene und bildet dort eine Verbreiterung des Gehäuses, die sich bezüglich einer Längsrichtung des Gehäuses radial erstreckt und meist über die gesamte axiale Länge bzw. Umfang des Gehäuses reicht. Die beiden Gehäuseschalen sind im Bereich des Flansches direkt miteinander verschraubt, wobei die jeweilige Verschraubung die Trennebene vorzugsweise senkrecht durchdringt.

[0003] Üblicherweise besitzen die Gehäuseschalen somit Kontaktflächen, die sich in der Trennebene erstrecken, die entlang der Trennebene aneinander liegen und die innerhalb des jeweiligen Flansches durch die jeweilige Verschraubung gegeneinander gepresst sind.

[0004] Des weiteren kann ein derartiges Gehäuse, zumindest bei einer Turbomaschine, wie zum Beispiel bei einer Turbine oder bei einem Kompressor, eine rotationssymmetrische oder nahezu rotationssymmetrische Form aufweisen. Die radial vorstehenden Flansche stellen für ein solches Gehäuse in zweifacher Hinsicht eine Störung dar: zum einen ist die Steifigkeit des Flanschbereichs gegenüber einem Biegemoment in Umfangsrichtung, zum Beispiel einem thermischen Moment infolge eines radialen Temperaturgradienten über die Wand, lokal deutlich unterschiedlich zum Rest des Umfangs, zum zweiten führen die zusätzlichen Massen und die radiale Erstreckung der Flansche zu einem veränderten Temperaturverhalten des Gehäuses im Bereich des Flansches. Beide Störungen wirken sich nachteilig auf das Verformungsverhalten des Gehäuses aus, indem selbst bei in Umfangsrichtung konstanter Druck- und/oder Temperaturbelastung lokal unterschiedliche Krümmungen und Verbiegungen auftreten. Dadurch bekommt ein rotationssymmetrisches Gehäuse im Betrieb einen nicht mehr kreisförmigen Querschnitt.

[0005] Um die Umfangssteifigkeit konstant zu halten, müssen die Flansche eine Breite von ca. 2 - 3 mal der Wandstärke haben. Dem steht entgegen, dass sie aus Gründen möglichst gleichförmigen thermischen Verhaltens sowie Reduktion der Baugrösse idealerweise nicht über die (Rotations-) Kontur des restlichen Gehäuses hervorragen sollten. Für diese gegensätzlichen Anforderungen, einerseits ausreichende Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung und andererseits geringe radiale Erstreckung, lässt sich mit bisher bekannten Konstruktionsprinzipien nur schwer ein befriedigender Kompromiss finden.

[0006] In dieser Beziehung stellen auch die verschiedenen bekannten Lösungen des Standes der Technik für alternative Verbindungsprinzipien von Gehäuseflanschen keine in dieser Hinsicht befriedigende Lösung dar, weil diese hauptsächlich das Ziel einer Vergrösserung der Schliesskräfte, teilweise um den Preis einer geringeren Umfangssteifigkeit und ohne Rücksicht auf den notwendigen Einbauraum haben.
So beschreibt DE 853'451 Klammern, die über Keil- oder Kniehebelmechanismen aus relativ geringen horizontalen Spannbolzenkräften deutlich höhere Schliesskräfte erzeugen. Um diese Schliesskräfte ohne zu grosse Umfangsmomente infolge Umfangs-Wandzug und Abstand der Klammern von der Wand-Mittellinie aufbringen zu können, müssen die Flansche besonders schmal gehalten werden, was deren Umfangssteifigkeit noch weiter verringert, wobei dennoch der notwendige radiale Einbauraum recht gross ist.
Ein alternativer Vorschlag mit einem ähnlichen Ziel ist Gegenstand der Schweizer Schrift CH 319'355, bei dem die Schliesskräfte über einen Hebelmechanismus aus geringeren Bolzenspannkräften erzeugt werden. Im Gegensatz zum vorherigen Lösungsvorschlag ist die Umfangssteifigkeit wegen der grossen radialen Breite des Flansches ebenfalls erhöht, allerdings um den Preis eines grossen Raumbedarfs mit entsprechend problematischem thermischen Verhalten.
US 2'457'073 stellt eine Kombination der beiden vorher diskutierten Prinzipien dar: eine Klammer mit einem Hebelmechanismus wirkt auf eine schmale Nase in einer zylindrischen Wand nahezu konstanter Dicke. Damit dürften transiente thermische Vorgänge recht gleichförmige Temperaturverteilungen hervorrufen, die Biegesteifigkeit an der Trennebene ist aber minimal.
US 2'276'603 schlägt ebenfalls Klammern mit einem Keilmechanismus zur Erhöhung der Schleisskräfte vor, ähnlich vorgenannter DE 853'451. Wegen der geringen verbleibenden vertikalen Anlageflächen zwischen Klammer und Gehäusehälfte ist die Umfangsversteifung aber nur gering. Das Ziel sind offensichtlich allein die grösseren Schliesskräfte.
US 2'169'092 schliesslich schlägt die Verwendung von doppel-T-förmigen eingeschrumpften Zugankern anstelle von Bolzen vor.

[0007] Insgesamt ist festzustellen, dass die hier vorgestellten Lösungen in erster Linie auf eine Abdichtung der Gehäuseschalen und die Erzeugung hoher Schliesskräfte gerichtet sind, die Problematik der Umfangssteifigkeit und Massenverteilung und der Gefahr einer asymmetrischen Deformation jedoch ausser Acht lassen.
Dies hat die zwangsläufige Folge, dass eine hohe Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung bei möglichst gleichmässiger Massenverteilung im Flanschbereich zur Gewährleistung höchstmöglicher Rotationssymmetrie bei hoher mechanischer und thermischer Belastbarkeit nach diesen Lösungen nicht erreicht wird.

[0008] Aber gerade bei Turbomaschinen ist eine asymmetrische Deformation des Gehäuses problematisch, da das Gehäuse in der Regel dazu dient, Leitschaufeln und Dichtzonen für Laufschaufeln zu tragen. Durch eine asymmetrische Deformation des Gehäuses wird die Durchströmung der Turbomaschine gestört. Insbesondere können sich Radialspalte zwischen den Laufschaufeln und den gehäuseseitigen Dichtzonen sowie zwischen den Leitschaufeln und rotorseitigen Dichtzonen bilden bzw. vergrößern, was zu einer Umströmung der Schaufeln an deren Spitze führt. Der Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine wird jedoch signifikant reduziert, wenn die energiereiche Strömung die Schaufeln an deren Spitze umströmt und dadurch keine Arbeit auf die jeweilige Schaufel überträgt.

Darstellung der Erfindung

[0009] Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Gehäuse der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die Formstabilität des Gehäuses signifikant verbessert, indem die Umfangssteifigkeit auch im Bereich der Trennebene nahezu konstant gleich dem Rest des Gehäuseumfangs ist, und wobei gleichzeitig die radiale Erstreckung im Bereich der Trennebene weitgehend der übrigen Rotationskontur des Gehäuses angepasst werden kann.

[0010] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0011] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, anstelle der jeweiligen insbesondere horizontalen Flansche wenigstens eine Brücke anzubringen, die sich senkrecht zur Trennebene erstreckt und die beiderseits der Trennebene jeweils in einem entsprechenden Brückenabschnitt sowohl mit der einen Gehäuseschale als auch mit der anderen Gehäuseschale fest und biegemomentsteif in Umfangsrichtung verbunden ist. Eine derartige Brücke bildet quer zur Trennebene einen Anker, der die beiden Gehäusehälften in der Trennebene aneinander anliegend fest miteinander verbindet. Dabei kann die mit Hilfe der Brücke erzielbare lokale Biegesteifigkeit an der Trennebene nahezu ideal gleich dem Rest des Umfangs gemacht werden. Zusätzlich kann erforderlichenfalls die Zugfestigkeit der Brücke durch eine entsprechende Dimensionierung und/oder zusätzliche Konstruktionselemente um ein Vielfaches größer sein als bei einer herkömmlichen Verschraubung, welche den Flansch senkrecht zur Trennebene durchdringt. Das wichtigste Merkmal ist jedoch die biegemomentsteife Verbindung in Umfangsrichtung bei gleichzeitiger Reduktion der radialen Erstreckung in der Trennebene.

[0012] Die Brücke kann an einem der Brückenabschnitte oder an beiden Brückenabschnitten mit der jeweils zugehörigen Gehäusehälfte verschraubt oder andersartig verbunden sein. Mit Hilfe einer derartigen Verschraubung kann durch eine geeignete Auswahl der Schraubstellen hinsichtlich Positionierung und/oder Anzahl und/oder Dimensionierung eine besonders hohe Biegesteifigkeit und nötigenfalls auch Festigkeit für die jeweilige Verbindung zwischen der jeweiligen Gehäuseschale und dem jeweiligen Brückenabschnitt hergestellt werden.

[0013] Ebenso ist es grundsätzlich möglich, einen der beiden Brückenabschnitte in die zugehörige Gehäuseschale zu integrieren, das heißt, die Brücke bildet dann einen integralen Bestandteil der jeweiligen Gehäuseschale. Auf diese Weise ergibt sich besonders einfach eine feste Verbindung zwischen der Gehäuseschale und der daran integral bzw. einstückig oder einteilig ausgeformten Brücke, und es ist nur noch eine Seite der Brücke lösbar mit der anderen Gehäuseschale verbunden.

[0014] Zusätzlich oder alternativ kann zumindest einer der Brückenabschnitte über eine Formschlussverbindung mit der zugehörigen Gehäuseschale verbunden sein. Geeignete Formschlussverbindungen sind beispielsweise eine Schwalbenschwanz-Kupplung, eine Hammerkopf-Kupplung oder eine Klammer-Kupplung. Durch Formschluss lassen sich besonders hohe Momente und Kräfte direkt zwischen der Brücke und der jeweiligen Gehäuseschale übertragen, wobei grundsätzlich auf Schrauben zur Übertragung von Kräftepaaren von Umfangsmomenten und/oder Scherkräften zwischen der Brücke und der jeweiligen Gehäuseschale verzichtet werden kann.

[0015] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Gehäuses ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 bis 9

jeweils einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse im Bereich der Trennebene der Gehäuseschalen bei unterschiedlichen Ausführungsformen.

[0017] Entsprechend den Fig. 1 bis 9 umfasst ein erfindungsgemäßes Gehäuse 1 eine erste Gehäuseschale 2 sowie eine zweite Gehäuseschale 3. Die beiden Gehäuseschalen 2, 3 liegen entlang einer Trennebene 4 aneinander an. Das Gehäuse 1 ist dabei das Gehäuse 1 einer Maschine, vorzugsweise einer Turbomaschine, wie zum Beispiel einer Turbine, einer Gasturbine, einer Dampfturbine, eines Kompressors oder eines Verdichters. Das Gehäuse 1 ist bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen rotationssymmetrisch geformt. Dies ist indes nicht obligatorisch. Die Anwendung dieser Erfindung auf andere Gehäuseformen oder Maschinentypen ist ebenso möglich. Im Betrieb der jeweiligen Maschine kann das Gehäuse 1 intern oder extern mit einem Überdruck belastet sein. Ebenso kann das Gehäuse 1 intern oder extern thermisch belastet sein. Dementsprechend sind die Gehäuseschalen 2, 3 starken Verformungskräften ausgesetzt.
Um die beiden Gehäuseschalen 2, 3 aneinander zu befestigen, ist im Bereich der Trennebene 4 zumindest eine Brücke 6 vorgesehen. Diese Brücke 6 ist aufgrund der oben genannten starken Belastungen des Gehäuses 1 ebenfalls besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Die Brücke 6 kann sich grundsätzlich in axialer Richtung über die gesamte Länge des Gehäuses 1 erstrecken. Ebenso ist es möglich, mehrere solcher Brücken 6 in der Achsrichtung des Gehäuses 1 hintereinander anzuordnen. Des weiteren ist klar, dass das Gehäuse 1 in der diametral gegenüberliegenden Trennebene 4 ebenfalls zumindest eine solche Brücke 6 aufweisen kann.

[0018] Damit die Brücke 6 aufgrund der auftretenden Belastungen nicht zu einer unsymmetrischen Deformation des Gehäuses 1 führt, sollte sie im wesentlichen dieselben Festigkeits- und Steifigkeitswerte und insbesondere dieselben thermischen Eigenschaften (Masse, Wandstärke, radiale Erstreckung) wie der übrige Bereich der Gehäuseschalen 2, 3 aufweisen.
Diese Brücke 6 erstreckt sich senkrecht zur Trennebene 4 und ist so angeordnet, dass sie die Trennebene 4 durchdringt. Dementsprechend weist die Brücke 6 einen ersten Brückenabschnitt 7 auf, der sich auf derselben Seite der Trennebene 4 befindet wie die erste Gehäuseschale 2. Des weiteren weist die Brücke 6 einen zweiten Brückenabschnitt 8 auf, der sich wie die zweite Gehäuseschale 3 auf der anderen Seite der Trennebene 4 befindet. Der erste Brückenabschnitt 7 ist mit der ersten Gehäuseschale 2 fest verbunden. Der zweite Brückenabschnitt 8 ist mit der zweiten Gehäuseschale 3 fest verbunden.

[0019] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind beide Brückenabschnitte 7 und 8 mit der zugehörigen Gehäuseschale 2, 3 verschraubt. Entsprechende Verschraubungen 9 sind in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet. Die Anzahl und/oder Positionierung und/oder Dimensionierung der Verschraubungen 9 wird in Abhängigkeit der zu übertragenden Kräfte und Momente gewählt.

[0020] Um besonders hohe Momente und auch Kräfte zwischen der Brücke 6 und den Gehäuseschalen 2, 3 übertragen zu können, ist am jeweiligen Brückenabschnitt 7, 8 eine zugehörige Kontaktfläche vorgesehen, nämlich eine erste Kontaktfläche 10 am ersten Brückenabschnitt 7 und eine zweite Kontaktfläche 11 am zweiten Brückenabschnitt 8. Komplementär dazu weist die erste Gehäuseschale 2 eine erste Gegenkontaktfläche 12 auf, während die zweite Gehäuseschale 3 eine zweite Gegenkontaktfläche 13 besitzt. Im montierten Zustand liegen die Kontaktflächen 10, 11 an der jeweiligen Gegenkontaktfläche 12, 13 flächig an. Die Anbindung der Brücke 6 an die Gehäuseschalen 2, 3 erfolgt zweckmäßig so, dass die jeweilige Kontaktfläche 10, 11 gegen die jeweilige Gegenkontaktfläche 12, 13 angepresst ist. Erreicht wird dies bei der Variante gemäß Fig. 1 durch eine entsprechende Verspannung zwischen Brücke 6 und Gehäuseschalen 2, 3 senkrecht zu den Kontaktflächen 10, 11 bzw. Gegenkontaktflächen 12, 13, die mit Hilfe der Verschraubungen 9 erzeugt wird. Durch breite Kontaktflächen und vermehrt noch durch eine mehrreihige Anordnung der Verschraubung wird eine gute Übertragung von Umfangsmomenten auch schon bei relativ geringen Schraubenkräften erreicht. Durch die Verspannung ergibt sich zusätzlich eine Kraftübertragung zwischen den Kontaktflächen 10, 11 und den Gegenkontaktflächen 12, 13, also zwischen den Gehäuseschalen 2, 3 über die Brücke 6 durch Scherkräfte. Um die übertragbaren Scherkräfte zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, die Oberflächen der Kontaktflächen 10, 11 und/oder die Oberflächen der Gegenkontaktflächen 12, 13 mit einem erhöhten Reibungsbeiwert zu versehen. Beispielsweise können die Reibungsbeiwerte durch eine vergrößerte Rauhigkeit der jeweiligen Oberfläche erhöht werden.

[0021] Bei der hier gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Kontaktflächen 10, 11 und die Gegenkontaktflächen 12, 13 in einer Ebene 14, die auf der Trennebene 4 steht. Bei der hier gezeigten Ausführungsform steht diese Ebene 14 senkrecht auf der Trennebene 4. Erfindungsgemäss mit eingeschlossen sind Ausführungsformen mit leicht schrägstehenden Kontaktflächen, insbesondere mit zur Symmetrieebene des Gehäuses spiegelbildlich schrägstehenden Kontaktflächen ähnlich einer Aushebeschräge, die insbesondere den Montage- und Demontagevorgang vereinfachen (Fig. 2a und 4a).

[0022] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die Gehäuseschalen 2, 3 im Bereich der Trennebene 4 außerdem mit einer weiteren Verschraubung direkt miteinander verbunden, was Vorteile bei Bearbeitung, Montage und im Betrieb bieten kann, insbesondere im Hinblick auf die Dichtigkeit der Gehäuseverbindung. Diese Verschraubung ist mit strichpunktierten Linien angedeutet und mit 15 bezeichnet. Dabei ist diese Verschraubung 15 in herkömmlicher Weise so angeordnet, dass sie die Trennebene 4, vorzugsweise senkrecht, durchdringt. Um radialen Einbauraum zu sparen und besonders, wenn die zusätzliche konventionelle Verschraubung nur der Bearbeitung oder Montage dient, können sich konventionelle Schrauben und die Brücken lokal hintereinander in axialer Richtung abwechseln.

[0023] Fig. 1 zeigt somit eine Ausführungsform, bei welcher die Brücke 6 mit vergleichsweise geringem Aufwand an einen im Grunde herkömmlich gestalteten Flanschbereich angebaut werden kann, um auf diese Weise die Steifigkeit des Flansches 5 erheblich zu verbessern. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere nachrüstfähig.

[0024] Die Brücke 6 kann besonders einfach so dimensioniert werden, dass die damit übertragbaren Zugkräfte erheblich größer sind als Zugkräfte, die mittels konventioneller Verschraubungen übertragen werden können. Zusätzlich wird die Momentsteifigkeit erhöht. Gleichzeitig baut eine derartige Brücke 6 vergleichsweise kompakt, wodurch die Außenkontur des Gehäuses 1 hinsichtlich seiner Symmetrie nicht oder nur geringfügig gestört wird.

[0025] Die Brücke 6 kann beispielsweise als Platte ausgestaltet sein. Ebenso ist es möglich, die Brücke 6 als Stab auszugestalten. Bei einer plattenförmigen Brücke 6 ist eine Längsabmessung der Brücke 6, die in der Trennebene 4 und in der Längsrichtung des Gehäuses 1 gemessen ist, größer als eine Querabmessung der Brücke 6, die quer zur Trennebene 4, also entlang der Ebene 14 gemessen ist. Eine plattenförmige Brücke 6 lässt sich durch eine entsprechende Anzahl von Verschraubungen 9 mit hinreichender Festigkeit an den Gehäuseschalen 2, 3 verankern. Im Unterschied dazu ist bei einer stabförmigen Brücke 6 die Längsabmessung der Brücke 6 jedenfalls kleiner als die Querabmessung der Brücke 6. Vorzugsweise liegt die Längsabmessung der Brücke 6 bei einer stabförmigen Brücke 6 im Bereich einer Dicke, die in der Trennebene 4 und quer zur Längsrichtung des Gehäuses 1 gemessen ist.

[0026] Entsprechend Fig. 2 erhält man eine andere, vorteilhafte Ausführungsform, wenn die Lage der Ebene 14 so gewählt wird, dass sich die Brücke 6 vollständig oder nahezu vollständig innerhalb der rotationssymmetrischen Außenkontur 16 des Gehäuses 1 befindet. Um diese Formintegration der Brücke 6 zu erreichen, ist an den beiden Gehäuseschalen 2, 3 eine entsprechende Aussparung 20 ausgebildet, in welche die Brücke 6 mit ihren Brückenabschnitten 7, 8 eingesetzt ist. Die Kontakt- bzw. Gegenkontaktflächen 10, 11 bzw. 12, 13 liegen bei Fig. 2 alle in einer Ebene, was für die Bearbeitung von Vorteil sein kann, jedoch bei grossen Gehäuseradien relativ grosse Brücken 6 bedeutet. Alternativ kann in derartigen Fällen die Grösse der Brücke 6 auf das für die Moment- und Kraftübertragung erforderliche Mass reduziert werden, indem gemäss Fig. 2a die Kontakt- bzw. Gegenkontaktflächen 10, 11 bzw. 12, 13 nicht mehr in einer Ebene belassen werden. Entweder können die Kontaktflächen zwar eben bleiben, jedoch in Form eines stumpfen Keils angeordnet sein oder sonst irgendeine mathematisch stetige oder auch unstetige Kurvenform beschreiben,wie beispielsweise einen Kreisbogen.

[0027] Vorzugsweise erfolgt die Auslegung der Brücke 6 so, dass sich im Querschnitt des Gehäuses 1 in der Umfangsrichtung des Gehäuses 1 über den Bereich der Trennebene 4 hinweg eine im wesentlichen konstante Massenverteilung ergibt. Auf diese Weise besitzt das Gehäuse eine weitgehend konstante Biegesteifigkeit und darüber hinaus im wesentlichen dieselben thermischen Eigenschaften über den gesamten Umfang, wodurch bei den im Betrieb der Maschine auftretenden Belastungen eine symmetrische Verformung des Gehäuses 1 besonders einfach erreicht wird.

[0028] Während Fig. 1 eine solche Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, bei welcher die Brücke 6 an ein Gehäuse mit einem im Grunde herkömmlich gestalteten Flanschbereich 5 angebaut werden kann, zeigen die Varianten gemäß Fig. 2 und Fig. 2a sowie alle folgenden Varianten erfindungsgemässe, von gängigen Konstruktionen nach dem Stand der Technik sehr abweichende Gehäusebauarten.

[0029] Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 sehr ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch die Brücke 6 nicht vollständig in die Außenkontur 16 des Gehäuses 1 integriert ist, sondern geringfügig in radialer Richtung über die Gehäusekontur 16 vorsteht. Dadurch wird etwas mehr radialer Raum zu einer optimalen Anordnung der Verschraubung und einer weiteren Optimierung des Biegesteifigkeitsverlaufs gewonnen auf Kosten eines etwas grösseren Einbauraums und eines geringfügig verschlechterten thermischen Verhaltens.

[0030] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 bildet der zweite Brückenabschnitt 8 der Brücke 6 einen integralen Bestandteil der zweiten Gehäuseschale 3. Das heißt, die Brücke 6 bildet bei dieser Ausführungsform kein separates Bauteil, sondern ist einteilig oder einstückig an einer der Gehäuseschalen 2 oder 3, hier an der zweiten Gehäuseschale 3, ausgeformt.
Ähnlich wie in Fig. 2a kann auch bei der in eine der Gehäuseschalen 2 oder 3 integrierten Brücke 6 die Kontaktfläche gemäss Fig. 4a schräg oder kurvenförmig ausgeführt sein.

[0031] Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 8 sind Formschlussverbindungen 17 vorgesehen, mit deren Hilfe die jeweiligen Brückenabschnitte 7, 8 mit den zugehörigen Gehäuseschalen 2, 3 fest verbunden sind. Dabei sind diese Formschlussverbindungen 17 jeweils so ausgestaltet, dass sie die beiden Gehäuseschalen 2, 3 entlang der Trennebene 4 aneinander anliegend fixieren. Das heißt, die Formschlussverbindungen 17 verhindern eine Relativbewegung zwischen den beiden Gehäuseschalen 2, 3 quer zur Trennebene 4.
Solche zusätzlichen Formschlussverbindungen 17 sind von Vorteil, wenn neben den Umfangsmomenten auch noch hohe Kräfte zu übertragen sind. Insbesondere erlauben sie, die Verschraubung nur entsprechend der Momentübertragung zu dimensionieren - was wegen der relativ grössen Höhe der Kontaktflächen und damit grossen Schraubenabstände meist nur relativ kleine Bolzen erfordert - ohne Zuschläge wegen zusätzlicher Scherbelastung der Schrauben berücksichtigen zu müssen.

[0032] Im einzelnen handelt es sich bei der in Fig. 5 gezeigten Variante um eine Formschlussverbindung 17, die eine Klammer-Kupplung darstellt. Diese Klammer-Kupplung hat den Vorteil, dass sie bezüglich der Längsrichtung des Gehäuses 1 radial montierbar ist. Dabei übergreifen Endabschnitte 18 der Brücke 6 Endabschnitte 19 der Gehäuseschalen 2, 3.

[0033] Bei der Variante gemäß Fig. 6 ist die Formschlussverbindung 17 nach Art einer Schwalbenschwanz-Kupplung ausgestaltet, wobei hier die Endabschnitte 18 der Brücke 6 ebenfalls komplementäre Endabschnitte 19 der Gehäuseschalen 2, 3 hintergreifen. Die in Fig. 6 gezeigte Brücke 6 muss bezüglich der Längsrichtung des Gehäuses 1 axial montiert werden.

[0034] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist die Formschlussverbindung 17 nach Art einer Hammerkopf-Kupplung ausgestaltet. Auch hier bilden die Endabschnitte 19 der Gehäuseschalen 2, 3 wie bei der Variante gemäß Fig. 6 Hinterschnitte, welche die Endabschnitte 18 der Brücke 6 hintergreifen. Auch hier ist die Brücke 6 axial montierbar.
Die Verschraubungen 9 könnten bei dieser Art Formschlussverbindung 17 grundsätzlich entfallen oder weiter reduziert werden, wenn man entweder die Formschlussverbindung etwa in die Mitte der jeweiligen Kontaktflächen legt, damit das Moment durch die flächige Abstützung zu beiden Seiten übertragen werden kann, oder indem man an ihrer Stelle jeweils eine zweite Reihe solcher Verbindungen näher an der Trennebene 4 anordnet, damit auch die Kräftepaare aus den Umfangsmomenten durch geeignete Fromschlussverbindungen in radialer Richtung über die Kontaktflächen übertragen werden können (Fig. 7a).

[0035] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist die Formschlussverbindung 17 durch Scherkräfte übertragende Formschlusskonturen an den Kontaktflächen 10, 11 und an den Gegenkontaktflächen 12, 13 gebildet. Ein Detail A zeigt dabei eine Variante, bei welcher diese Formschlusskonturen eine Art Verzahnung bilden, wobei die jeweilige Kontaktfläche 10 mit axialen Zahnreihen versehen ist, die in komplementäre Zahnreihen eingreifen, die an der Gegenkontaktfläche 12 ausgebildet sind. Im Unterschied dazu zeigt das Detail B eine andere Ausführungsform, bei welcher die Formschlusskonturen wellenförmig gestaltet sind. Die jeweilige Kontaktfläche 11 weist dabei eine Vielzahl von Wellen auf, die sich im wesentlichen axial erstrecken und die in dazu komplementäre Wellen eingreifen, die an der zugehörigen Gegenkontaktfläche 13 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Verschraubungen 9 erforderlich, um die Kontaktflächen 10, 11 gegen die Gegenkontaktflächen 12, 13 zu verspannen.

[0036] Dabei ist klar, dass die in Fig. 8 gezeigten Ausführungsformen der Formschlusskonturen rein exemplarisch sind, so dass grundsätzlich auch andere geeignete Formschlusskonturen zur Anwendung kommen können.

[0037] Während bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 8 die Kontaktflächen 10, 11 und die Gegenkontaktflächen 12, 13 jeweils in der Ebene 14 liegen, zeigt Fig. 9 eine Ausführungsform, bei welcher die Kontaktflächen 10, 11 und die Gegenkontaktflächen 12, 13 einen gekrümmten Verlauf aufweisen und sich dementsprechend entlang einer Krümmung erstrecken. Diese Krümmung ist zum Inneren des Gehäuses 1 hin konkav. Vorzugsweise erstreckt sich diese Krümmung koaxial zu einer Krümmung der Gehäuseschalen 2, 3, also koaxial zu einer Krümmung des Gehäuses 1 im Bereich der Trennebebe 4. Wie bei der Variante gemäß Fig. 2 ist auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 an den Gehäuseschalen 2, 3 eine Aussparung 20 vorgesehen, in welche die Brücke 6 eingesetzt ist. Im vorliegenden Fall sind Brücke 6 und Aussparung 20 außerdem so aufeinander abgestimmt, dass die Brücke 6 in der Aussparung versenkt angeordnet ist und insbesondere innerhalb der Außenkontur 16 des Gehäuses 1 verläuft.

[0038] Die hier dargestellten Ausführungsformen sind rein exemplarisch und somit ohne Beschränkung der Allgemeinheit. So fallen andere als rotationssymmetrische Gehäusebauarten ebenso unter die Erfindung. Auch sind solche Bauarten mit einer horizontalen Trennebene und dazu senkrecht, also vertikal, angeordneten Brücken zwar eine sehr häufige Ausführungsform, indes ist jede andere räumliche Ausrichtung ebenso möglich, beispiesweise eine vertikale Trennebene und horizontale Brücken.
Des weiteren versteht es sich von selbst, dass einzelne Merkmale der einen Ausführungsformen mit Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombinierbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten zusätzlichen Merkmale, wie weitere Verschraubung 15, erhöhte Reibungsbeiwerte in den Kontaktflächen 10, 11 und Gegenkontaktflächen 12, 13, Formgebung der Brücke 6, Positionierung, Dimensionierung und Anzahl der Verschraubungen 9, ohne weiteres auf die anderen Ausführungsformen übertragbar.
Insbesondere lassen sich die unterschiedlichen Formschlussverbindungen 17 und die Verschraubungen 9 kombinieren. Beispielsweise kann der eine Brückenabschnitt 7, 8 mit einer ersten Formschlussverbindung 17 versehen sein, während der andere Brückenabschnitt 8 oder 7 mit einer zweiten Formschlussverbindung 17 oder nur mit Verschraubungen 9 an der jeweiligen Gehäuseschale 2, 3 befestigt ist.

Bezugszeichenliste

[0039] 

1

Gehäuse

2

erste Gehäuseschale

3

zweite Gehäuseschale

4

Trennebene

5

Flansch

6

Brücke

7

erster Brückenabschnitt

8

zweiter Brückenabschnitt

9

Verschraubung

10

erste Kontaktfläche

11

zweite Kontaktfläche

12

erste Gegenkontaktfläche

13

zweite Gegenkontaktfläche

14

Ebene

15

Verschraubung

16

Außenkontur

17

Formschlussverbindung

18

Endabschnitt von 6

19

Endabschnitt von 2 bzw. 3

20

Aussparung

Ansprüche

1. Gehäuse für eine Maschine, insbesondere für eine Turbomaschine,
mit einer ersten Gehäuseschale (2), die entlang einer Trennebene (4) an einer zweiten Gehäuseschale (3) anliegt, und wobei die beiden Gehäuseschalen (2, 3) im Bereich der Trennebene (4) aneinander befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der Trennebene (4) zumindest eine Brücke (6) angeordnet ist, die sich quer zur Trennebene (4) erstreckt und die auf der einen Seite der Trennebene (4) in einem ersten Brückenabschnitt (7) mit der ersten Gehäuseschale (2) und auf der anderen Seite der Trennebene (4) in einem zweiten Brückenabschnitt (8) mit der zweiten Gehäuseschale (3) fest verbunden ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest einer der Brückenabschnitte (7, 8) mit der zugehörigen Gehäuseschale (2, 3) verschraubt ist, und/oder

- dass diese Verschraubung oder andersartige Verbindung besonders zur Übertragung von Biegemomenten in Umfangsrichtung geeignet ist, und/oder

- dass einer der Brückenabschnitte (7, 8) ein integraler Bestandteil der zugehörigen Gehäuseschale (2, 3) ist, und/oder

- dass zumindest einer der Brückenabschnitte (7, 8) mit der zugehörigen Gehäuseschale (2, 3) über eine Formschlussverbindung (17) verbunden ist, und/oder

- dass zumindest einer der Brückenabschnitte (7, 8) innerhalb einer zylindrischen Außenkontur (16) des Gehäuses (1) verläuft, und/oder

- dass sich zumindest einer der Brückenabschnitte (7, 8) innerhalb einer Aussparung (20) erstreckt, die an der zugehörigen Gehäuseschale (2, 3) ausgebildet ist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest an einem der Brückenabschnitte (7, 8) eine Kontaktfläche (10, 11) ausgebildet ist, mit welcher der Brückenabschnitt (7, 8) an einer Gegenkontaktfläche (12, 13) flächig anliegt, die an der zugehörigen Gehäuseschale (2, 3) ausgebildet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Brücke (6) so mit den Gehäuseschalen (2, 3) verbunden ist, dass die jeweilige Kontaktfläche (10, 11) gegen die zugehörige Gegenkontaktfläche (12, 13) gepresst ist, und/oder

- dass die jeweilige Kontaktfläche (10, 11) und/oder die zugehörige Gegenkontaktfläche (12, 13) eine Oberfläche mit erhöhtem Reibungsbeiwert aufweist/aufweisen, und/oder

- dass die jeweilige Kontaktfläche (10, 11) und die zugehörige Gegenkontaktfläche (12, 13) Scherkräfte übertragende, zueinander komplementäre Formschlusskonturen aufweisen, und/oder

- dass sich die jeweilige Kontaktfläche (10, 11) und die zugehörige Gegenkontaktfläche (12, 13) in einer Ebene (14) erstrecken, die, insbesondere senkrecht, auf der Trennebene (4) steht, und/oder

- dass sich die jeweilige Kontaktfläche (10, 11) und die zugehörige Gegenkontaktfläche (12, 13) entlang einer zum Inneren des Gehäuses (1) hin konkaven Krümmung erstrecken, die sich insbesondere koaxial zu einer Krümmung der Gehäuseschalen (2, 3) im Bereich der Trennebene (4) erstreckt.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Gehäuseschalen (2, 3) im Bereich der Trennebene (4) ausschließlich über die jeweilige Brücke (6) aneinander befestigt sind.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gehäuseschalen (2, 3) im Bereich der Trennebene (4) zusätzlich direkt miteinander verschraubt sind.

7. Gehäuse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Verschraubung (15) die Trennebene (4) durchdringt.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Gehäuse (1) axialsymmetrisch und/oder zylindrisch und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und/oder

- dass das Gehäuse (1) im Betrieb der Maschine intern oder extern mit Überdruck und/oder thermisch belastet ist.

9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest eine solche Brücke (6) als Platte ausgestaltet ist, deren in der Trennebene (4) und in der Längsrichtung des Gehäuses (1) gemessene Längsabmessung größer ist als deren quer zur Trennebene (4) gemessene Querabmessung, und/oder

- dass zumindest eine solche Brücke (6) als Stab ausgestaltet ist, dessen in der Trennebene (4) und in der Längsrichtung des Gehäuses (1) gemessene Längsabmessung kleiner ist als dessen quer zur Trennebene (4) gemessene Querabmessung.

10. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gehäuseschalen (2,3) im Bereich der Trennebene (4) und die jeweilige Brücke (6) so ausgelegt sind, dass sich über den gesamten Gehäuseumfang hinweg eine wenigstens annähernd konstante Massenverteilung ergibt.

Zeichnung