DE1635536U - Temperaturunabhangige verbindung von keramischen und metallischen maschinenteilen. - Google Patents

Description

• Temperaturunabhängige Verbindung von keramischen und metallischen Maschinenteilen Die Verbindung von Bauteilen aus Werkstoffen mit verschiedener spezifischer Wärmeausdehnung wird dann schwierig, wenn im Betrieb höhere Temperaturen auftreten und von der Baugruppe eine gewisse Festigkeit verlangt wird, denn gerade bei keramischen Bauteilen besteht ein erheblicher Formeinfluß auf die Gestaltfestigkeit, der beachtet werden muß, um ein-Höchst-

  maß von Betriebssicherheit im jeweiligen Bedarfsfall zu errei-

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  chen. Die Festigkeitsanforderungen können sehr verschieden sein.
• Z. B. spielt bei Ausfütterungen von Brennkammern oder Reaktionsräumen mittels Keramik die Warmfestigkeit derselben eine geringes Rolle als die Hitzebeständigkeit, trotzdem ist eine betriebssichere, in allen Wärmezuständen spielfreie Befestigung der Auskleidungselemente bei den auftretenden Betriebserschütterungen, Zündwellen usw. von großer Bedeutung. Ein weiteres Beispiel sind die thermodynamisch hochwertigen Asialgebläse, die bekanntlich neben engen Spitzen spielen und eine hohe Oberflächengüte der verwendeten Schaufeln verlangen. Für staubhaltige Luft ist daher eine gewisse Verschleißfestigkeit anzustreben, um nicht nach kurzer Betriebszeit einen unerwünschten Wirkungsgradabfall zu bekommen. Die bei der Verdichtung auftretenden Temperaturerhöhungen sind zwar nicht erheblich, die Betriebsbedingungen erfordern immerhin eine beachtliche Gestaltfestigkeit und spielfreie Befestigung der Schaufeln in dieser sehr raschläufigen Maschine, namentlich soll die Lage der Schaufel zum Läufer und Zylinder durcl unvermeidliche Verschiebungen der temperaturunabhängigen Schaufe@ befestigung das Spitzenspiel im Betrieb nicht allzusehr beeinträchtigen. Solche Verdichter können bekanntlich auch für die Fö@ derung von vorgewärmter oder heißer Luft oder sonst eines Wärmeträgers dienen, wie auch in dem Kreislauf eines chemischen Arbeitsverfahrens eingeschaltet sein, wo chemisch unempfindliches Schaufelmaterial erwünscht ist. Dasselbe gilt auch für im Betriel heiße Kreiselradmaschinen, in denen eire expansion des Arbeitsmittels stattfindet. Damit erhalten die für die Befestigung von keramischen Schaufeln in Stahlteilen vorgeschlagenen Maßnahmen zum Ausgleich der verschiedenen Wärmedehnungen der in Form-und Kraftschluß zueinanderstehenden Teile eine wesentliche Bedeutung.
• Sie sind aber den Forderungen der Keramik auf eine möglichst hoh@ Gestaltfestigkeit des fertiggebrannten Stückes, namentlich bezogen auf den hochbeanspruchten Schaufelfuß anzupassen. Um unabhängig vom jeweiligen Wärmezustand Zwangskräfte bei der Einspannung zu vermeiden und andererseits Verlagerungen durch Aufhebung des Formschlusses zu verhindern, wird bekanntlich die geometrisch Anordnung der Sitzflächen am Schaufelfuß und am ihn umfassenden Teil des Läuferkranzes so gewählt, daß diese gegenläufige Keilflächen oder Kegelflächen bilden mit Ausrichtung nach einer Gera@ den bzw. einem Kreis, die sich im Medici schnitt als Funkt der Schaufelachse in der Schaufelmittelebene projizieren. Dies führt praktisch jedoch zu Schaufelfußformen, die wegen der Eigenart der Fertigung keramischer Bauteile, z. B. durch Vergießen eines Schlickers in Gipsformen, Nachteile für die Festigkeit des Bauteils haben.

  Erfindungsgemäß werden daher die Sitzflächenpaare

  , aare

  derart angeordnet, daß der gemeinsame Fluchtpunkt außerhalb der Fläche zwischen den vier Mittelpunkten der im allgemeinen notwen digen Keilflächenpaare bzw. der Kegelflächenmeridiane liegt, sodaß die Winkel gegen die Fliehkraftzugrichtung für beide Sitzflächenpaare großer als 90 sind. Dadurch erhält der Schaufelfuß eine den Anforderungen der Keramik besser entsprechende Form. Vo größten Querschnitt des Fusses ab, nimmt der Querschnitt bis zur Schaufelspitze ständig ab, wodurch die Entstehung von Hohlräumen und porigen Stellen mit verminderter Festigkeit bei der gegossen Schaufel weitgehendst vermieden werden. Man erhält so auch allmählichere Querschnittsübergänge gerade an den Kraftumlenkstellen der Hammerkopfschultern und damit eine besserer Annäherung der Ge staltfestigkeit des fertigen Bauteils an die Festigkeit des glatten'Prüfstabes.
• Bei der Wahl der Neigung der tragenden Flächen ist auf die Festigkeitsverhältnisse der Stahlteile Rücksicht zu nehmen, außerdem auf die Reibungsziffer zwischen Keramik und Stahl zu achten, um ein Festklemmen der Schaufelfußkeilflächen bei gegenseitiger Verschiebung unter Temperatur und unter Fliehkraftwirkung zu vermeiden. Zur weitgehenden Ausschaltung des Einflusses von Herstellungs- und Bearbeitungsungenauigkeiten, ist an

  sich ein möglichst großer Keilwinkel erwünscht, wegen der anzu-

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  strebenden Verformungssteifigkeit, z. B. des Wulstrandes der Laufscheibe (im Falle einer Ringnutbefestigung der Schaufel) aber begrenzt. Wenn auch noch für das stützende und den Formschluß wahrende zweite innenliegende Keil- oder Kegelflächenpaar durch

  Beilagen oder durch Einpassung eine gewisse Korrektur mangelnder

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  Herstellungsgenauigkeit der Nutweite und Schaufelfußbreite möglich ist, wird es auf alle Fälle zweckmäßig sein, die Neigung dieser Flächen zueinander so groß wie möglich zu machen. Das bedeutet einen kleinen Unterschied in der Neigung zwischen tragender und stützender Fläche. Die am unteren Fußende stehenbleibenden Ecken des Schaufelfußes brauchen auch keinen besonderen Festigkeitsanforderungen zu genügen.
• In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Verbindung von keranischen Bauelementen mit solchen aus

  Metall entsprechend der Erfindung dargestellt und zwar zeigen

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  Abb. 1 die keramische Schaufel einer Kreiselradmaschint in der bisherigen Ausführungsart Abb. 2 eine Eeramikschaufel entsprechend der Erfindung in einem Querschnitt des Schaufelrades Abb. 3 eine Stirnansicht auf das Schaufelrad und einen Schnitt nach der Linie III-III in Abb. 5 Abb. 4 einen Schnitt durch das Schaufelrad nach der Linie IV-IV in Abb. 3 mit Seitenansicht einer Schaufel Abb. 5 eine Draufsicht auf eine Schaufel Abb. 6 den Querschnitt durch die Wand einer Feuerungkann. er.
• In der Abb. 1 ist die bekannte Anordnung der Sitzflächen al-a2-bl-b 2 am Fuß einer keramischen Schaufel rundherum um den Fluchtpunkt o auf der Schaufelachse gezeigt. Die Sitzflächen sind entweder Kegelflächen bei einer Ringnutbefestigung oder Keilflãchen bei- einer Befestigung in axial eingearbeiteten geraden Profilnuten.
• Die Abb. 2 zeigt gemäß der Erfindung die Vertauschung

  der Lage der tragenden Sitzflächen a-a2 gegenüber den nur

  stützenden Sitzflächen b1 - b2 zur im Betrieb auftretenden Zug-

  richtung bei einer in einer Ringnut zwischen den Lauf scheibenhälften 1 und 2 eingespannten Schaufel 3. Der Fluchtpunkt o liegt außerhalb des aus den Mittelpunkten der Sitzflächen a1, a2, bol und b2 gebildeten Vierecks und zwar in Richtung der Zugkraft C. Die den Formschluß sichernden Sitzflächen b1 - b2 sind aus baulichen Gründen am Ring 4 angeordnet, den man auch zur Festhaltung der einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung verwenden kann. Bei zusammenhängenden Radhälften, d. h. bei einer eingedrehten Ringnut kann man beim Beschaufeln auch ein Prisma mit den Flächen b1 - b2 unterschieben, das sich auf dem Nutgrund abstützt. Um die Wulstränder der beiden Tragscheibe beim Betrieb der Beschaufelung mit hoher Temperatur keinen allzu ungü stigen Beanspruchungsverhältnissen (namentlich infolge der entstehenden hohen Seitenschübe) auszusetzen, wird man den Winkel a=-o-a2 verhältnismäßig groß wählen.
• Die Abb. 3,4 und 5 zeigen in mehreren Ansichten eine Lösung nach dem Erfindungsgedanken für den Fall einer Schaufelb festigung in axial eingearbeiteten Nuten des Läufers. Hier ist möglich, die für die Kraftumlenkung günstigen und daher der Gestaltfestigkeit förderliche sehr flachen Keilsitzflächen anzuwenden, da die entstehenden beachtlichen Seitenschübe als Folge der Fliehkraftmassenwirkung der Schaufel für die einzelnen Schaufeln des Radumfanges sich gegenseitig abstützen. Die Schaufel 5 besitzt einen keilförmigen Fuß zur Anlage an den tragenden Seitenf lächen ai-a2 der Nuten im Stahlläufer 6. Der Formschluß erfolgt dutch die ebenfalls keilförmigen Sitzflächen b1 - b2 eines eingeschobenen prismatischen Stäbchens 7 aus tahl, wobei es auch gelingt, auftretende maßliche Abweichungen in einem gewissen Bereich aufzugleichen. Bemerkenswert ist auch die Abschir-

  mung der stählernen Läuferteile durch den zwanglos entstehenden

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  Luftspalt 8 unteihalb der Fußplatte der keramischen Schaufel.
• Es sei noch bemerkt, daß bei entsprechenden Platzverhältnissen der Fuß und die zugehörige Läufernut nicht lotrecht zur Scheibenebene angeordnet zu sein brauchen, wie dies in der Abb. 3 dargestellt ist. Man erhält im Gegenteil hinsichtlich der Gestaltfestigkeit der Schaufel infolge des zügigeren Spannungsflusses Vorteile, wenn dieser keilförmige Fuß in seiner Hauptlingsrichtung sich mehr in die Richtung der Sehne des Schaufelblattes dreht und die Fußplatte der Schaufel in Anlehnung an diese Verzerrung mehr einen Parallelogrammumriß bekommt.
• Die Anordnung der Sitzflächen am unteren Schaufelfußende ist deshalb besonders vorteilhaft, weil hier das Temperaturfeld der Schaufel schon gleichmäßiger ist, was für die Wirksamkeit der zugrunde gelegten Formänderungen besonders günsti ist. Der hauptsächliche Temperaturabfall tritt nämlich auf dem Fußstück bis zur Wärmeableitstelle am tragenden Hammerkopfsitz ein, so daß die für die Schaufelfestlegung maßgebenden Fußteile etwas mehr im Wärmestromschatten liegen. Außerdem ist für die Lage der Sitzflächen entsprechend der Erfindung die Auswirkung

  des Fliehkraftzuges auf die Passung der sich gegeneinander ab-

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  stützenden Flächen von wesentlich geringerer Bedeutung.
• Die in den Abb. 2-5 für Schaufeln dargestellte temperaturunempfindliche, formschlüssige Befestigung läßt sich auch auf die keramischen Plattenelemente bei ausgekleideten Feuerungen oder Brennkammern anwenden. In der Abb. 6 ist ein Schnitt durch einen Teil einer Kammerauskleidung dargestellt. Die Flächen elemente 9 sind auf ein durch Bespülung mit Luft kälter gehaltene Stahlgerüst 10 montiert worden und bestehen aus einem geeignete temperaturwechselbeständigen keramischen Werkstoff. Die ineinande stossenden Plattenelemente 9 bilden einen keilförmigen Riegel 11, der mit den Sitzflächen a1'a2 im Stahlgerüst 10 aufliegt.
• Die Formschlußflächen b1, b2 sind am prismatischen Stäbchen 12 angeordnet. Der Fluchtpunkt o der Sitzflächen all a2 und bil b2 liegt hier auch außerhalb des Viereckes das aus den Mittelpunkten der vier Sitzflächen gebildet wird.
• In der Abb. 6 ist in der rechten Plattenreihe angedeutet, daß auch eine Linienberührung zur Sicherstellung des FormschlussE genügt. Diese erfolgt durch Einschieben von Stahlbolzen unter Vei wendung einer Beilage, welche zum Ausgleich von Herstellungsungenauigkeiten in einfacher Weise Korrekturen erlaubt. Schutzansprüche : 1. Temperaturunabhängige Verbindung von keramischen und metallischen Maschinenteilen mit zwei Sitzflächenpaaren, die nach einem Punkt als Projektion auf die Hauptbeanspruchungs-Bauteilachse fluchten, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Fluchtpunkt (o) auberhalb der Fläche zwischen den vier Mittelpunkten der Keilflächenpaare (all, a2 und b, b2) bzw. bei rotationssymmetrischer Anordnung mehrerer gleicher Bauteile in Umfangsrichtung der Kegelflächenmeridiane liegt, so daß die Winkel gegen die Zugrichtung (C) für beide geneigten Sitzflächenpaare

  (a, a,, und b, bp ; größer als 900 sind.

Claims (1)

1. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Sitzflächenpaare (bl, b2) auf einem vom metallische Maschinenteil (6) getrennten Bauteil (4 und 7) angeordnet ist.

   3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der getrennt ausgeführte Einlegeteil (7) zur örtlichen Festlegung der keramischen Maschinenteile (5) gegeneinander dient 4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsunterschied der Sitzflächenpaare verhältnismäßig klein und der Absolutwert so groß wie möglich ist.

   5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Abstützung auch Linienberührung genügt.

   6. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Beilagen zum Ausgleich von Herstellungsungenauigkeiten m den Formschluß gewährleisten.