DE2044982C2 - Laufrad für eine hydrodynamische Einrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine hydrodynamische Einrichtung, z. B. für eine Strömungskupplung, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Laufrad dieser Art (US-PS 56 676) wird die Beschaufelung durch einen durch Drücken oder Prägen erhaltenen gewellten Blechring gebildet, dessen Wellungen im Querschnitt rechteckför- so mige Strömungskanäle ergeben. Die äußeren und inneren Flächen dieser Wellungen (Wellenränder) sind einerseits mit einer teiltorusförmigen äußeren Schale, andererseits mit einem ebenfalls teiltorusförmigen inneren Abdeckring verschweißt oder verlötet Es hat sich gezeigt, daß bei Laufrädern dieser Art im Betrieb auftretende Schwingungsanregungen "»nicht nur zu einem erheblichen Pfeifgeräusch führen, sondern vor allem Resonanzen in der Beschaufelung erzeugen, die zu Dauerbrüchen und zur Zerstörung des Laufrades durch Trennung der Beschaufelung von Schale und Abdeckring führen. Aus diesem Grund wird bei dem bekannten Laufrad zwar vorgeschlagen, Resonanzen dadurch zu vermeiden, daß die Breite der sich radial zur Drehachse erstreckenden Strömungskanäle nach einem bestimmten Muster stufenweise verändert wird. Eine durchgreifende Abhilfe ist hierdurch jedoch nicht erzielt worden.

Es ist auch bereits ein nicht zur hier behandelten

Gattung gehörendes Laufrad bekanntgeworden (AT-PS 2 97 974), bei dem die Beschaufelung durch einen mit im Querschnitt dreieckförmigen Wellungen versehenen Blechring gebildet ist, der mit seinem radial innen liegenden Umfang an einer Laufradscheibe befestigt ist, im übrigen jedoch frei steht. Die Kanten der dreieckförmigen Strömungskanäle (Wellenränder) erstrecken sich genau radial zu der Drehachse des Laufrades. Hierdurch wird angestrebt, unabhängig von der Drehrichtung des l.aufrades Drehmomente; übertragen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß im Betrieb Resonanzen der Beschaufelung und daraus resultierende nachteilige Folgen vermieden werden, dabei aber die Vorteile dieser Bauart (geringes Gewicht, radiale Steifigkeit bei gleichzeitiger Verdrehelastizität und wirtschaftliche Fertigung) beibehalten bleiben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Laufrad mit den Merkmalen nach dem Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 gelöst

Durch die Ausbildung von im Querschnitt dreieckförmigen anstelle von rechteckförmigen Strömungskanälen an dem die Beschaufelung bildenden gewellten Blechring und durch eine Schrägstellung der Wellenränder relativ zu den die Drehachse des Laufrades enthaltenden und durch die Wellungen verlaufenden Radialebenen ist es gelungen, das Laufrad so gegenüber den im Betrieb auftretenden Erregerfrequenzen zu verstimmen, daß Resonanzen und daraus resultierende Brüche vermieden werden können. Zugleich besitzt das Laufrad jedoch erwünschtermassen eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die mit der äußeren Schale bzw. dem Abdeckring verbundenen Kanten der dreieckförmigen Strömungskanäle auf der Abströmseite einen Austrittswinkel bilden, der kleiner ist als der Eintrittswinkel auf der Eintrittsseite der Strömungsl^näle. Dadurch werden auch in Umfangsrichtung gekrümmte Strömungskanäle erhalten.

Eine einfache Fertigung des Laufrades wird dadurch erreicht, daß der die Beschaufelung bildende Blechring ziehharmonikaartig gefaltet und ggf. — nach einer anderen Weiterbildung — zunächst aus einem schraubenförmig verwundenen Blechstreifen gebildet ist, dessen Enden miteinander zu dem Ring verbunden sind.

In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel des Laufrades nach der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht eines Laufrades einer hydrodynamischen Einrichtung;

F i g. 2 einen Querschnitt durch das in F i g. 1 gezeigte Laufrad, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2, und

Fig.3 eine perspektivische Teilansicht einer Beschaufelung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Laufrad einer hydrodynamischen Kupplung oder eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, das beispielsweise ein Pumpenrad sein kann, das mit einem Turbinen- oder einem Leitrad in bekannter Weise zusammenwirkt

Das Laufrad besteht aus einer äußeren, hohlen, teiltorusförmigen Schale 10 und einem inneren, hohlen, teiltorusförmigen Abdeckring 11 sowie einer Beschaufelung 12 in Form eines Ringelementes, das sich zwischen der Schale to und dem Abdeckring U erstreckt und diese miteinander verbindet. Es ist selbstverständlich.

daß die Schale 10 und der Abdeckring 11 trotz der teilweisen Darstellung geschlossene Ringe darstellen. Die Schale 10, der Abdeckring 11 und die Beschaufelung 12 können aus Gußwerkstoff hergestellt sein. Vorzugsweise werden sie wegen des geringen Gewichts als Blechstanzteile ausgebildet

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Beschaufelung eines Laufrades einer hydrodynamischen Einrichtung durch Stanzen eines Blechstreifens oder einzelner Segmente aus einem Blechstreifen oder durch Formen einer ebenen oder konischen Ringscheibe in der Weise herzustellen, daß diesen Ausgangsteilen eine Wellung mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt der einzelnen Wellen aufgeprägt wird. Durch diese Wellung werden nach anschließendem Verlöten, Verschweißen oder einer sonstigen Verbindung der Beschaufelung mit den Teiltorusflächen Strömungskanäle gebildet Die Verbindung erfolgt dabei an den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Wandteilen der wellenförmigen Beschaufelung, die durch die eigentlichen Schaufeln voneinander getrennt sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Betrieb von hydrodynamischen Einrichtungen, bei denc-¹! das Pumpen- und das Turbinenrad auf die vorstehend geschilderte Weise hergestllt sind, Resonanzen auftreten, die zu unangenehmenGeräuschen und zu Schwingungsbrüchen führen. Um diese Pfeifgeräusche und Drehmomentstöße zu vermeiden, die bei den verschiedensten Drehzahlen aufgrund der Massenkräfte und auftretenden Erregerfrequenzen in der hydrodynamischen ^o Einrichtung entstehen, ist eine aus einzeln gestanzten Schaufeltaschen zusammengesetzte Beschaufelung vorgeschlagen worden, in der die einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung voneinander im Abstand eingesetzt werden und jede Schaufeltasche einen U-förmigen Querschnitt aufweist Der U-förmige Querschnitt wird dabei dadurch erzeugt daß zwei einander gegenüber angeordnete Schaufelabschnitte durch eine Deckwand miteinander verbunden werden und diese Deckwand an der äußeren Torusschale befestigt wird. Die beiden einander gegenüberliegenden Randbereiche der Schaufeln dagegen werden mit dem Abdeckring verbunden. Aus dieser Darstellung zeigt sich, daß die Herstellung eines solchen Laufrades eine größere Anzahl von Arbeitsgängen erfordert um eine genaue Ausbildung ⁴S der einzeln gestanzten Schaufeln zu gewährleisten. Noch größeren Aufwand bedeutet die exakte Anordnung und Abstandhaltung der einzelnen Schaufeln zwischen der äußeren Schale und dem innenliegenden Abdeckring, die die Anwendung von Klemmvorrichtung so für den Schweiß-oder UHvorgang voraussetzt

Das Laufrad nach der Erfindung gewährleistet dagegen neben einer erheblich einfacheren Herstellungsweise eine grössere Steifigkeit einen niedrigeren Werkstoffverbrauch und mit Sicherheit die Vermeidung S5 von Resonanzbereichen und deren schädliche Folgen.

Die in den F i g. 1 und 3 dargestellte Beschaufelung 12 weist eine Wellung auf, deren Wellen im allgemeinen einen dreieckigen Querschnitt besitzen und die in einer Rücken-an-Rücken-Anordnung gleichförmig beabstan- *o dete, dreieckförmige Strömungskanäle 13 und 14 bildet Gemäß der Darstellung in Fig.1 werden die Strömungskanäle 13 und 14 durch winkelig angeordnete Wände 15 und 16 begrenzt, die nebeneinander ringförmig um die Drehachse des Laufrades angeordnet es sind. Die wellenförmige Beschaufelung ist so gekrumm*, daß sie in den Raum zwischen der grösseren Schale 10 und dem inneren Abikckring U eingebracht werden kann. Die Wände 15 und 16 treffen unmittelbar an der Schale 10 und dem Abdeckring 11 aufeinander und erzeugen Kanten 17 und 18, die mit den einander gegenüberliegenden tejltorusförmigen Flächen 19 und 20 der äußeren Schale 10 bzw. des inneren Abdeckringes 11 verschweißt oder verlötet sind. Als Ergebnis der ringförmigen Ausbildung der Beschaufelung ist der Austrittswinkel β (Fig. 1) der winklig angeordneten Wände, die jeweils die Kante 17 bilden, spitzer als der Eintrittswinkel es. der am Strömungseintritt liegenden Wände, die die Kante 18 bilden. Somit können die Kanten 17 und 18 des Beschaufelungs-Ringelements als unmittelbar auf den beiden im Abstand voneinander angeordneten Teiltorusflächen verlaufend betrachtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird ein einzelner Blechstreifen gestanzt oder gepresst oder in einem Rollvorgans zu einem gewellten Gebilde geformt das zeihharmonikaartig mit im Querschnitt dreieckförmigen Taschen gefaltet werden kann und, wie die F i g. 3 zeigt längs seiner Breite gekrümmt ist. Der Streifen wird τα einem konischen oder spiraligen Ringelement gebogen bzw. gedreht und anschließend seine Enden zusammengeschweißt Daraufhin wird das entstandene Beschaufelungs-Ringelement an den Kanten zurechtgeschnitten, ausgebreitet und anschließend durch Formwalzen geführt die in einem Biegevorgang die gekrümmten, winkelig angeordneten Wände 15 und 16 erzeugen, welche die Kanten und die Vertiefungen der dreieckförmigen Strömungskanäle bilden. Abschließend wird die so geformte Beschaufelung in einer Form preßgeglättet

Die fertige Beschaufelung wird durch Punktschweißen oder Hartverlöten der Kanten 18 mit dem inneren Abdeckring 11 befestigt Während dieses Vorganges werden die Beschaufelung und der Abdeckring 11 in einer Vorrichtung gehalten. Daraufhin wird der innen liegende Abdeckring 11 mit der gewellten Beschaufelung in die außen liegende Schale 10 eingelegt und es werden nunmehr die Kanten 17 mit der Schale 10 zum fertigen Laufrad verschweißt In einer zweckmäßigen wsiteren Ausführungsform der Vereinigung der drei Einzelteile zu einem kompletten Laufrad ist vorgesehen, diese drei Teile zusammen in einer Klemmvorrichtung anzuordnen, nachdem die Oberflächen der Kanten 17 und 18 sowie die daran anliegenden Bereiche der äußeren Schale und des inneren Abdeckringes mit Kupfer plattiert worden sind. Daraufhin wird das ganze Laufrad zusammen mit der Klemmvorrichtung in den Lötofen eingebracht um die Beschaufelung mit der Schale und dem Abdeckring zu verlöten.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, getrennte Metallstücke durch Stanzen oder Pressen herzustellen und damit eine Vielzahl von im Querschnitt dreieckförmigen Schaufelsegmenten zu erhalten. Diese Schaufelsegmente können in Umfangsrichtung auf dem inneren Abdeckring 11 und der äußeren Schale 10 nebeneinander positioniert werden, so daß die Kanten der Segmente für den darauf folgenden Schweiß- oder Lötvorgang aneinander sowie an den be'den Schalen anliegen.

In einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird aus einer ringförmigen, entweder flachen oder konischen Scheibe unmittelbar durch einen Stanz- oder Preßvorgang das die Beschaufelung 12 darstellende ge weilte Ringelement hergestellt. Die Vereinigung dieses Ringelements mit der Schale und dem Abdeckring erfolgt dann auf ähnliche Weise, wie

sie vorstehend im Zusammenhang mit der aus einem einzelnen Streifen hergestellten Beschaufelung erläutert ist.

Das Laufrad ist durch die scharfkantig ausgebildeten und angeordneten Wände mit der V-förmigen Wellung gekennzeichnet sowie dadurch, daß diese Wände in Umfangsrichtung ringförmig um und im wesentlichen radial zur Drehachse des Kupplungselements angeordnet sind. Die Schnittlinien der V-förmig angestellten Winde erzeugen Kanten, die der Reihe nach mit der äußeren Schale bzw. dem inneren Abdeckring verbunden sind und die zusammen mit den Wänden

dreieckförmige Strömungskanäle im Laufrad bilden. Eine wesentliche Folge dieser Ausbildung ist die erhöhte Festigkeit und Steifigkeit des Laufrades, die durch die dreieckförmige Querschnittsgestaltung der gewellten Beschaufelung gegenüber den bekannten quadratischen oder U-förmigen Beschaufelungen erzielt wird. Zusätzlich erfordert die Beschaufelung einen geringeren Materialaufwand, da dünneres Blechmaterial verwendet werden kann. Der wesentlichste Vorteil ist jedoch, wie sich gezeigt hat, das absolute Ausbleiben jeglicher Resonanz und deren schädlicher Folgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I, Laufraci für eine hydrodynamische Einrichtung, mit einer zwischen einer teiltorusförmigen äußeren Schale und einem dazu konzentrischen teiltorusförmigen inneren Abdeckring angeordneten Beschaufelung, die durch einen sich in Umfangsrichtung des Teiltorus erstreckenden, gewellten Ring gebildet ist, dessen äußere Wellenränder mit der äußeren Schale und dessen innere Wellenränder mit dem inneren ι ο Abdeckring fest verbunden sind und mit diesen gekrümmte Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Beschaufelung (12) ergebende gewellte Ring mit der äußeren Schale (10) und dem inneren Abdeckring (11) dreiecksförmige Strömungskanäle bildet, wobei die mit der äußeren Schale (10) und dem Abdeckring (11) fest verbundenen Wellenränder als durch die Wände (15 und 16) der Wellungen gebildete scharfe Kanten (17 und 18) ausgebildet sind, die jeweils spitze Winkel mit durch die Wellungen verlaufenden die Drehachse des Laufrades enthaltenden Radialebenen einschließen.

   Z Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die winkelig angeordneten Wände (15 und 16) der Wellungen gebildeten Kanten (17 und 18) auf der Abströmseite der Strömungskanäle einen Austrittswinkel (ß) bilden, der kleiner ist als der Eintrittswinkel (<%) auf der Eintrittsseite der Strömungskanäle.

   3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Beschaufelung (12) bildende Ring ziehharmonikaartig gefaltet ist

   4. Laufrad nach Anspruch ^,dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung (12) durch einen schraubenförmig gebogenen £ !echstreifen gebildet ist, dessen Enden miteinander zu einem Ring verbunden sind.