DE19524735A1 - Rotorbaugruppe, insbesondere einer Strömungs-Kraft- oder Arbeitsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe, insbesondere einer Strömungs- Kraft- oder Arbeitsmaschine, mit einem gegen einen Anschlag verspannten Bauelement.

Für eine derartige Rotorbaugruppe bestehen die unterschiedlichsten An­ wendungsfälle. Beispielsweise kann es sich hierbei um den Rotor einer Klein-Gasturbine handeln, wobei das gegen einen Anschlag verspannte Bauelement die die Lauf-Schaufeln tragende Turbinen-Laufradscheibe ist. Verspannt werden kann das Bauelement bzw. im speziellen Fall die Turbi­ nen-Laufradscheibe dabei mittels eines Zugankers, was jedoch sehr teuer und aufwendig ist. Wünschenswert wäre es, die Verspannung eines Bau­ elementes einer Rotorbaugruppe mit Hilfe einfacherer Bauteile durchführen zu können, so beispielsweise mit Hilfe von Tellerfedern. Nun können aber Norm-Tellerfedern nicht exakt auf ihrem Zentraldorn sitzen, da die Bewe­ gung der Innenkanten beim Einfedern dies nicht zuläßt. Der Innendurch­ messer einer Norm-Tellerfeder verkleinert sich nämlich, wenn diese Teller­ feder zusammengepreßt wird, so daß sich dann die Tellerfeder in den Zen­ traldorn bzw. in die sie tragende Welle pressen würde. Aus diesem Grunde muß eine Norm-Tellerfeder stets mit Radialspiel auf einer Welle montiert werden, was jedoch eine undefinierte radiale Lage ihres Schwerpunktes zur Folge hat. Daher können Norm-Tellerfedern zum Verspannen von Bauele­ menten bei schnellaufenden Rotoren nicht eingesetzt werden, da bei diesem Einsatzgebiet die Erhaltung des Wuchtzustandes bei der Montage sowie im Betrieb eine wesentliche Grundvoraussetzung ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe de­ rer ein Bauelement einer Rotorbaugruppe, insbesondere einer schnellau­ fenden Rotorbaugruppe unter Zuhilfenahme einer Tellerfeder verspannt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zur Verspannung eine Tel­ lerfeder vorgesehen ist, die an ihrer sich im wesentlichen in Rotorachsrich­ tung erstreckenden Innenfläche oder Außenfläche einen Absatz zur Abstüt­ zung aufweist, der an einer derartigen Position vorgesehen ist, daß beim Be- und Entlasten der Tellerfeder die Veränderung des Tellerfederdurchmessers im Bereich dieses Absatzes null oder nahezu null ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird zum Verspannen eine Tellerfeder vorgesehen, die so zentriert ist, daß sie beim Einfedern nicht die Zentrierung verliert und auch nicht die Paßung, auf die sie aufgeschoben ist, oder in die sie eingepreßt ist, beschädigt. Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist es somit möglich, Tellerfedern für schnellaufende Rotoren einzusetzen, weil nun deren Zen­ trierung sichergestellt ist. Es hat sich nämlich durch eine Finite-Elemente- Berechnung einer Tellerfeder gezeigt, daß bei deren Einfederung zwei Punkte im Querschnitt der Tellerfeder (in 2D-Darstellung) existieren, die beim Einfedern keine Verschiebung erfahren. Diese Punkte liegen am In­ nendurchmesser nahezu in der Mitte, d. h. auf halber Wandstärke, und am Außendurchmesser der Tellerfeder bei etwa 2/3 der Wändstärke von der konkaven Seite der Tellerfeder aus gemessen.

Zwar ist es aus der DE 28 50 621 C2 bekannt, Tellerfedern derart zu lagern, daß die Tellerfedern durch ausgeformte Stützschultern auf einer Fläche ab­ gestützt werden, deren Durchmesserveränderung beim Be- und Entlasten der Tellerfeder null oder nahezu null ist, jedoch ist aus dieser Schrift nicht die beschriebene Verspannung eines Bauelementes einer Rotorbaugruppe herleitbar. So kann im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bevorzugt zwischen dem Absatz der Tellerfeder sowie einem Absatz des Rotors ein Stützring eingespannt sein. Ferner ist es damit möglich, das Bauelement durch eine Passung in radialer Richtung bezüglich des Rotors zu zentrieren, wobei die Drehmomentübertragung durch axial ausgerichtete Verbindungsstifte zwischen Rotor und Bauelement erfolgen kann.

Dies sowie weitere Vorteile der Erfindung geht auch aus der folgenden Be­ schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Tellerfeder-Lagerung im Halbschnitt, sowie

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Rotorbaugruppe ebenfalls im Halbschnitt.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 eine Tellerfeder bezeichnet, die auf einem Zentrierdorn oder allgemein einer Welle 2, die bei der Darstellung gemäß Fig. 2 als Stützring 2 bezeichnet wird, gelagert ist. An der sich im wesentli­ chen in Richtung der Achse 8 der Tellerfeder 1 bzw. der Welle 2 erstrecken­ den Innenfläche 9 weist die Tellerfeder 1 einen Absatz 10 auf, mit dem sie sich auf einem entsprechenden Absatz auf der Welle 2 (bzw. dem Stützring 2) abstützt. Der Absatz 10 ist dabei an einer derartigen Position bezüglich der Innenfläche 9 vorgesehen, daß beim Be- und Entlasten der Tellerfeder gemäß Pfeilrichtung 11 die Veränderung des Tellerfederdurchmessers d im Bereich dieses Absatzes 10 null oder nahezu gleich null ist. Somit kann eine entsprechend gelagerte bzw. abgestützte Tellerfeder auch zum Verspannen eines Bauelementes einer schnellaufenden Rotorgruppe eingesetzt werden, da die Tellerfeder 1 beim Be- oder Entlasten ihre Position bezüglich der Achse 8 nicht verändert und somit keine Quelle für eine Unwucht darstellen kann.

Dieser Einsatz einer entsprechend abgestützten Tellerfeder 1 wird aus der im folgenden beschriebenen Fig. 2 ersichtlich:
Hier ist mit der Bezugsziffer 1 wiederum die einen Absatz 10 aufweisende Tellerfeder bezeichnet, die auf einem Stützring 2 gelagert ist. Dabei dient die Tellerfeder 1 zum Verspannen eines Bauelementes 3 der gezeigten Ro­ torbaugruppe. Im einzelnen handelt es sich bei dieser Rotorbaugruppe um das Turbinenteil einer Kleingasturbine, wobei das Bauelement 3 die die Turbinenschaufeln 12 tragende Laufradscheibe ist. Neben dieser Laufrad­ scheibe 3 sowie dem Stützring 2 und der Tellerfeder 1 ist in der lediglich in einem Halbschnitt dargestellten Ausschnittszeichnung dieser Rotorbau­ gruppe mit der Achse/Rotorachse 8 noch die Rotorwelle 6 gezeigt, die über ein Wälzlager 5 im lediglich partiell dargestellten Turbinengehäuse 13 gela­ gert ist. Wie ersichtlich ist der Innenring des Wälzlagers 5 mit einer Wellen­ mutter 4 gesichert, wobei die Wellenmutter 4 zusammen mit dem Innenring des Wälzlagers 5 einen Absatz 14 des Rotors bildet, an dem sich der Stütz­ ring 2 abstützt. Dabei sind aufgrund der federnden Abstützung geringe axiale Verschiebebewegungen möglich. Zentriert ist das Bauelement 3 be­ züglich des Rotors 6 in radialer Richtung über ein Passung 17, während zur Drehmomentübertragung mehrere Verbindungsstifte 7 zwischen der Rotor­ welle 6 sowie dem Bauelement 3 vorgesehen sind.

Mit der erfindungsgemäßen Abstützung der Tellerfeder 1 an der Welle 2 bzw. am Stützring 2 kann über die Anlagefläche im Bereich des Absatzes 10 quasi ein Abrollen der Tellerfeder 1 beim Einfedern erzielt werden, wodurch die Tellerfeder 1 passungsgenau in dieser radialen Lage halten bleibt. Ab­ weichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel könnte die Tellerfeder 1 auch an einem entsprechend positionierten Absatz auf der Außenfläche 16 (vgl. strichlierte Darstellung in Fig. 1) abgestützt werden. Daneben sind selbst­ verständlich eine Vielzahl weiterer Abwandlungen vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets ist es möglich, mit der beschriebenen Konfiguration Rotor-Bauele­ mente auf einfache Weise zu verspannen, wobei z. B. auf einen sehr teue­ ren Zuganker verzichtet werden kann. Weiterhin können auch andere Bau­ elemente mit großen Relativdehnungen über die beschriebene Tellerfeder- Konfiguration verspannt werden, da diese mit Ausnahme von Reibkräften lediglich Axialkräfte erzeugt und deshalb eine radiale Dehnung, beispiels­ weise durch Temperatureinflüsse, zuläßt. Durch die mit einer Tellerfeder zur Verfügung stehenden relativ großen Federwege können weiterhin Toleran­ zen der zu verspannenden Bauelemente bzw. Bauteile ausgeglichen wer­ den. Dies hat eine Kostenreduzierung bei der Montage und der Fertigung zur Folge.

Claims (3)

1. Rotorbaugruppe, insbesondere einer Strömungs-Kraft- oder Arbeits­ maschine, mit einem gegen einen Anschlag (Anlagefläche 15) ver­ spannten Bauelement (3), dadurch gekennzeichnet, daß zur Verspannung eine Tellerfeder (1) vorgesehen ist, die an ihrer sich im wesentlichen in Rotorachsrichtung (8) erstreckenden Innenfläche (9) oder Außenfläche (16) einen Ab­ satz (10) zur Abstützung aufweist, der an einer derartigen Position vorgesehen ist, daß beim Be- und Entlasten der Tellerfeder (1) die Veränderung des Tellerfederdurchmessers (d) im Bereich dieses Ab­ satzes (10) null oder nahezu null ist.

2. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absatz (10) der Tellerfe­ der (1) sowie einem Absatz (14) des Rotors ein Stützring (2) einge­ spannt ist.

3. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung Verbin­ dungsstifte (7) zwischen dem durch eine Passung (17) zentrierten Bauelement (3) und dem Rotor (6) vorgesehen sind.