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Wellenkupplung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung
betrifft eine Kupplung für gleichachsige, in axialer Richtung verstellbare Wellen,
insbesondere für Gasturbinentriebwerke.
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Bei Gasturbinentriebwerken ist die Kompressorwelle mit der Turbinenwelle
gekuppelt. Die hierbei verwendete Kupplung muß axial verstellbar sein, damit sie
den in geringen Grenzen erforderlichen Änderungen im Abstand zwischen dem Verdichter
und der Turbine angepaßt werden kann. Diese Veränderbarkeit des Abstandes ist zum
Ausgleich von Summierungen von Toleranzen notwendig, da eine Stelle längs der Welle
als festes Lager ausgebildet wird. Beim Zusammenbau eines Gasturbinentriebwerks
wird das Verdichterlaufrad in bestimmtem Abstand vom Mittel-Lager angeordnet, während
das Turbinenlaufrad axial dazu eingestellt wird, um das richtige Spiel am Leitrad
zu erhalten.
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Die bisher verwendeten Mittel zur Erzielung einer genauen Einstellung
des Turbinenlaufrades zu den Leiträdern sind umständlich und' erfordern ein sorgfältiges
Einpassen der Welle. In den meisten Fällen muß die als Hohlwelle ausgebildete Welle,
auf der das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad angeordnet sind, besondere,
mit Keilverzahnung versehene Abschnitte aufweisen, die eine solche axiale Bewegung
ermöglichen, daß der den Turbinenläufer tragende Wellenabschnitt mit dem Wellenabschnitt
des Kompressors außer Eingriff gebracht werden kann.. Die Einstellung wird dann
durch Anbringen von besonders vorbereiteten Beilagscheiben am Kopf eines Spannmittels
erzielt, das die beiden Wellenteile in fester axialer Lage zueinander hält. Die
hierzu notwendigen Arbeiten sind zeitraubend und für Serienfertigung nicht vorteilhaft,
da für jede Ma schine besondere Beilagscheiben vorbereitet werden müssen, deren
Dicke immer erst beim tatsächlichen Zusammenbau bestimmt werden kann.
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Hauptzweck der Erfindung ist es daher, eine Kupplung für gleichachsige,
in axialer Richtung verstellbare Wellen, z. B. des Turbinenläufers und des Kompressorläufers
eines Gasturbinentriebwerks, so auszubilden, daß sie zur Erzielung des richtigen
Abstandes zwischen den beiden Wellen leicht eingestellt werden kann und die bisherigen
Schwierigkeiten entfallen.
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Die Kupplung nach der Erfindung verbindet zwei gleichachsig gelagerte,
in axialer Richtung verstellbare Wellen und besteht aus einer mit der einen Welle
fest verbundenen Hohlwelle und einer mit der anderen Welle fest verbundenen, in
die Hohlwelle ragenden Zugstange, die an ihrem freien Ende mit der Hohlwelle verschraubt
ist, so daß die zu verbindenden Wellen durch Drehen der einen Welle gegen die andere
in axialer Richtung verstellbar sind. Die Erfindung besteht darin, daß das freie
Ende der mit einer, in der Hohlwelle befestigten Büchse über einen Gewindeansatz
verschraubten Zugstange eine Keilverzahnung aufweist, die in radialem Abstand von
einer kürzeren Keilverzahnung im verjüngten Ende der Büchse umgeben, wird, so daß
das mit äußerer und innerer Keilverzahnung versehene Rad aus der die Büchse und
die Zugstange drehfest verbindenden Sperrstellung axial so verschiebbar ist, daß
es nur in die Keilverzahnung der Zugstange eingreift und dadurch ein Verstellen
der Zugstange gegenüber der Büchse ermöglicht.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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An dem einen Ende der Kupplung befindet sich ein Flansch 10, der mit
dem Verdichterlaufrad, und an dem anderen Ende ein Flansch 11, der mit dem Turbinenlaufrad
verbunden wird. Der Flansch 11 befindet sich an einer Hohlwelle, die aus zwei Teilen
12 und 13 besteht. Zur Übertragung des Drehmoments vom der Hohlwelle auf den Flansch
10 ist eine winkelbewegliche Kupplung vorgesehen, die aus einem: mit dem Flansch
10 verbundenen Zahnkranz 14 und einem Innenzahnkranz 15 an dem. dem Flansch 11 abgewendeten
Ende der Hohlwelle besteht. Diese Kupplung ermöglicht eine axiale Bewegung der beiden
durch sie gekuppelten Wellen und kann auch, geringe Winkelabweichungen, der beiden
Wellen ausgleichen.
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Damit der Abstand zwischen den beiden Flanschen 10 und 11 eingestellt
werden. kann und diiei beiden
Wellen nach der Einstellung in einem
bestimmten axialen Abstand zueinander festgelegt werden können, ist eine Zugstange
16 vorgesehen, deren eines Ende mit einem zylindrischen Ansatz 17 versehen ist,
der in eine entsprechende Bohrung des Flansches 10 eingreift, damit durch eine Keilverbindung
18 drehfest verbunden ist und sich gegen eine Schulter 19 des Flansches 10 anlegt.
Das andere Ende der Zugstange 16 ragt in die Hohlwelle 12, 13 hinein. An diesem
Ende befindet sich ein zylindrischer verstärkter Teil mit Außengewinde 2I, der in
eine mit der Hohlwelle I2, 13 verbundene Büchse 20 mit Innengewinde greift. Die
Büchse 20 ist dadurch in axialer Richtung an der Hohlwelle gesichert, daß sie mit
einem Flansch 22 zwischen dem Ende 12 a des Hohlwellenteils 12 und einem nach innen
gerichteten Ringflansch 23 des Hohlwellenteils 13 eingeklemmt ist. Nach dem Zusammenbau
werden die beiden Hohlwellenteile 12 und 13 mit ihren Flanschen 25 und 26 mittels
Schrauben 24 verbunden. Der Flansch 22 und damit die mit Innengewinde versehene
Büchse 20 kann daher nach Lösen der Schrauben 24 zu den Hohlwellen-teilen, 12 und
13 verdreht und in anderer Stellung durch Festziehen der Schiau en 24 wieder festgelegt
werden. Zur Sicherung der Büchse 20 gegen Verdrehen können nach dem Zusammenbau
noch Stifte 27 durch den Wellenteil 13 und den: Ringflansch 22 gesteckt werden.
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Am, verjüngten Ende ist die Büchse 20 innen mit einem Keilprofil 28
versehen und das Ende der Zugstange 16 mit einem äußeren. Keilprofil 29. Das Pro,
fil 29 ist wesentlich länger als das Profil 28. Axial verschiebbar auf dem Keilprofil
29 der Zugstange 16 ist ein Rad 30, das innen mit einem Keilprofil 32 versehen ist;
das in die Keilverzahnung 29 greift und außen ein Keilprofil 31 aufweist, das mit
dem Keilprofil 28 übereinstimmt. Dieses Rad 30 wird durch die Feder 33 in die in
der Zeichnung dargestellte Lage gedrückt, in der es sich gegen den Sprengring 34
anlegt, der damit die Auswärtsbewegung des Rades 30 begrenzt.
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Die Einstellung der Kupplung geschieht wie folgt: Nach dem Lösen der
Schrauben 24 wird ein.. nicht dargestellter, mit einer Außenkeilverzahnung versehener
Schlüssel, der eine axiale Bohrung aufweist, durch das der Turbine zugekehrte Ende
des Hohlwellenteils 12 eingeführt und mit der Keilverzahnung 28 der Büchse 20 in
Eingriff gebracht. Die in dem Schlüssel vorgesehene Bohrung muß so groß sein, daß
die Keilverzahnung 29 der Zugstange 16 hindurchgeht. Durch Anwendung einer axialen
Kraft auf den Schlüssel wird das Rad 30 entgegen der Kraft der Feder 33 so weit
nach innen gedrückt, daß das Rad 30 mit der Keilverzahnung 28 der Büchse 20 außer
Eingriff kommt.
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Wird der Schlüssel dann gedreht, so dreht sich auch die Büchse 20.
Dadurch wird über das Gewinde 21 die Zugstange 16 im Verhältnis zu der Hohlwelle
12, 13 je nach der Drehrichtung des Schlüssels in der einen oder anderen Richtung
axial verschoben. Dementsprechend ändert sich auch der Abstand zwischen den Flanschen
10 und 11. Das Spiel wird natürlich durch eine Gleitbewegung des Zahnkranzes 14
im Innenzahnkranz 15 aufgenommen. Wird der Schlüssel wieder abgezogen, so greift
die Keilverzahnung 31 des Rades 30 wieder in die Keilverzahnung 28 der Büchse 20
ein, so daß sich dann die Büchse 20 nicht mehr relativ zu der Zugstange 16 drehen
kann. Schließlich werden die Schrauben 24 wieder angezogen, wodurch auch die Büchse
20 wieder relativ zu der Hohlwelle 12, 13 festgelegt wird.