DE2362799C2

DE2362799C2 - Connection of an impeller rotating in a heat room with a drive shaft

Info

Publication number: DE2362799C2
Application number: DE19732362799
Authority: DE
Inventors: Willy Dipl.-Ing. 7887 Laufenburg Meierling; Klaus Dieter Oeschger
Original assignee: HEINRICH MEIERLING VENTILATORENFABRIK 7887 LAUFENBURG DE
Current assignee: HEINRICH MEIERLING VENTILATORENFABRIK 7887 LAUFENBURG DE
Priority date: 1973-12-18
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE2362799A1

Description

2020th

Die Erfindiiirg betrifft eine Verbindung eines in einem Hitzeraum drehenden Laufrades mit einer Antriebswelle. The invention relates to a compound one in one Heat chamber rotating impeller with a drive shaft.

Zur Erhöhung des Wärmeübergangs von Heißgas an das Glühgut in Industrieöfen werden in steigendem Maße Umwälzgebläse eingesetzt. Nach herkömmlicher Konstruktion wird eine Bohrung der Laufradnabe auf das durch eine Trennwand in den Hitzeraum hineingeführte Ende der Antriebswelle so aufgepaßt, daß sich ein fester Sitz zwischen Nabe und Welle ergibt. Meist wird dafür Sorge getragen, daß die Verbindung von Antriebswelle und Nabe lösbar bleibt, damit eine Demontage ohne Zetitörunt von Laufrad oder Wellenteilen möglich ist, jm beispielsweise Reparaturen ausführen zu können. Aus & .sem Grunde ist ein Aufschrumpfen der Nabe auf das Ende der Antriebswelle oder ein Verschweißen der beiden Teile nicht angebracht. Zur Sicherung des Nabensitzes auf der Antriebswelle dient deshalb meist eine Andrück- und Halteschraube oder -mutter.To increase the heat transfer from hot gas to the annealing material in industrial furnaces are increasing Circulation fan dimensions used. According to a conventional design, a hole is made in the impeller hub the end of the drive shaft that is led through a partition wall into the heat chamber is fitted so that a results in a tight fit between the hub and the shaft. Mostly it is ensured that the connection of Drive shaft and hub remain detachable, so that dismantling of the impeller or Shaft parts is possible, for example repairs to be able to perform. For this reason, the hub is shrunk onto the end of the drive shaft or welding the two parts is not appropriate. To secure the hub seat on the The drive shaft is therefore usually used with a pressure and retaining screw or nut.

Diese Befestigungsart weist hinsichtlich der Betriebssicherheit bei hohen Temperaturen jedoch erhebliche Mangel auf, da die während des Betriebes häutig auftretende Unwucht des Laufrades Schwingungen entstehen läßt, die nicht nur zur Zerstörung der Lagerung des Antriebes führen können, sondern auch weitergehende Schaden an der Gesamtanlage hervorrufen können. Ursache für die Unwucht des Laufrades ist eine Lockerung des Nabensitzes auf der in den Hitzeraum hineingeführten Antriebswelle. Diese Lockerung entsteht durch die unterschiedlich hohe Temperatur der Laufradnabe einerseits und der Antriebswelle andererseits. Der im heißen Medium befindliche Nabenkörper nimmt eine höhere Temperatur an als die aus der kühlen Zone hineingeführte Antriebswelle, die must auch noch zusätzlich außerhalb des Hitzeraums gekühlt wird, um eine schädliche Wärmeleitung zur Lagerung des Antriebs zu vermeiden. Der Durchmesser der heißeren Nabe nimmt durch die Wärmeausdehnung stärker zu als der Durchmesser der kühleren Welle. Die dadurch entstehende Lockerung des Nabensit/.es auf der Welle kann noch dadurch verstärkt werden, daß der Werkstoff der Nabe einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als der Werkstoff der Welle,However, this type of fastening has significant operational safety at high temperatures Deficiency, as the imbalance of the impeller that often occurs during operation vibrates can arise, which can lead not only to the destruction of the storage of the drive, but also can cause further damage to the entire system. The cause of the imbalance of the impeller is a loosening of the hub seat on the drive shaft led into the heat chamber. This relaxation arises from the different high temperatures of the impeller hub on the one hand and the drive shaft on the other hand. The hub body located in the hot medium assumes a higher temperature than the Drive shaft brought in from the cool zone, which must also be outside of the heat room is cooled in order to avoid damaging heat conduction to the storage of the drive. The diameter the hotter hub increases more than the diameter of the cooler shaft due to thermal expansion. the the resulting loosening of the Nabensit / .es on the shaft can be increased by the fact that the The material of the hub has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the shaft,

Doch selbst in Fällen, in denen die Lockerung des Nabensitzes und die dadurch verursachten Unwuchterscheinungen nicht auftreten, kann es geschehen, daß dieBut even in cases in which the loosening of the hub seat and the resulting imbalance phenomena does not occur, it can happen that the

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60 herkömmliche Befestigungsart ihren ursprünglichen Zweck der problemlosen Lösbarkeit nicht erfüllen kann. Bei Betriebstemperaturen von über 500" C innerhalb des Ventilatorgehäuses besteht bei Verwendung von nur niedrig legierten Werkstoffen die Gefahr der Verzunderung an den Oberflächen der Verbindungsstellen. Das führt sehr häufig zu einem »Festfressen« des Nabensitzes auf der Welle, was eine Zerstörung im Falle der Demontage netwendig macht. 60 conventional fastening method can not fulfill its original purpose of problem-free detachment. At operating temperatures of over 500 "C inside the fan housing, if only low-alloyed materials are used, there is a risk of scaling on the surfaces of the connection points. This very often leads to the hub seat being" seized "on the shaft, which can be destroyed if it is dismantled makes necessary.

Aus der Zeitschrift ENGINEERING vom 29. April 1955, Seite 545, ist eine Verbindung der eingangs genannten Art bekannt, wobei die Nabe des Laufrades innerhalb des Hitzeraums in nicht näher beschriebener Weise auf der Antriebswelle befestigt ist. Dabei treten unvermeidlich die oben geschilderten Nachteile ein, daß nämlich die an der Verbindungsstelle auftretenden starken Wärmeunterschiede die Verbindung entweder lockern oder festfressen lassen. Diese Nachteile treten bei einer im Hitzeraum angeordneten Verbindung zwangsläufig ein.From the journal ENGINEERING of April 29, 1955, page 545, a connection is the initially named type known, the hub of the impeller within the heat chamber in unspecified Way is attached to the drive shaft. The disadvantages outlined above inevitably occur here, that namely the strong heat differences occurring at the junction either affect the connection loosen or seize. These disadvantages occur with a connection arranged in the heat room inevitably a.

Durch die Erfindung soll die bekannte Verbindung so verbessert werden, daß bei allen der Hitzeeinwirkung unterworfenen Trennstellen zwischen den Teüen der Verbindung sowohl eine Lockerung als auch ein Festfressen beim Betrieb sicher verhindert wirdThe invention aims to improve the known connection so that all of the heat exposure subject joints between the parts of the connection to both loosening and a Seizing during operation is reliably prevented

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Laufrad ohne Nabe unmittelbar und unlösbar mit einem in seiner Rotationsachse angeordneten Wellenschaft verbunden ist, der durch eine Isolationswand des Hitzeraumes nach außen geführt ist, und daß das vom Laufrad entfernte äußere Ende des Wellenschaftes als konischer oder zylindrischer Zapfen ausgebildet und in einer axialen Ausnehmung der Antriebswelle oder eines mit derselben fest verbundenen Teils lösbar befestigt ist.This object is achieved according to the invention in that the impeller without a hub is immediate and non-detachable is connected to a shaft shaft arranged in its axis of rotation, which is guided to the outside through an insulation wall of the heat chamber, and that the outer end of the shaft shaft remote from the impeller as a conical or cylindrical pin formed and in an axial recess of the drive shaft or one firmly connected to the same Partly releasably attached.

Durch die unlösbare Verbindung des im Hitzeraum drehenden Laufrades mit dem in seiner Rotationsachse angeordneten Wellenschaft und die Herausführung des Wellenschaftes aus dem Hitzeraum nach außen wird zwar sicher vermieden, daß zwischen Laufrad und Wellenschaft innerhalb des Hitzerau.T.s eine Lockerung oder ein Festfressen auftreten kann. Zur vollständigen Aufgabenlösung ist aber die weitere Maßnahme erforderlich, daß das vom Laufrad entfernte äußere Ende des Wellenschaftes als konischer oder zylindrischer Zapfen ausgebildet und in einer axialen Ausnehmung der Antriebswelle oder eines mit derselben fest verbundenen Teils befestigt wird. Es könnte sonst der Fall eintreten, daß das bei den bekannten Verbindungen zwischen Laufrao und Antriebswelle im Hitz.eraum auftretende Problem durch die Wärmeleitung des Wellenschaftes in den Außenraum verlegt wird und dort bei der Verbindung zwischen Wellenschaft und Antriebswelle auftritt. Dies wird durch die erfindungsgemäße Verbindung zwischen Wellenschaft und Antriebswelle weitgehend vermieden. Nicht nur die Anordnung des heißeren Teils innerhalb einer Bohrung des kühleren Teils ist bei Temperaturänderungen wesentlich stabiler, sondern es treten an dieser Stelle auch wesentlich geringere Temperaturen auf als bei der bisher üblichen Verbindung zwischen Nabe und Antriebswelle.Due to the permanent connection of the impeller rotating in the heat room with the one in its axis of rotation arranged shaft shaft and the lead out of the shaft shaft from the heat room to the outside certainly avoided that a loosening between the impeller and the shaft shaft within the Hitzerau.T.s or seizure can occur. To the full Task solution is the further measure required that the outer removed from the impeller The end of the shaft shaft is designed as a conical or cylindrical pin and in an axial recess the drive shaft or a part firmly connected to it. Otherwise it could Case occur that the known connections between Laufrao and drive shaft in the Hitz.eraum Occurring problem due to the heat conduction of the shaft shaft is moved to the outside and there occurs at the connection between the shaft shaft and the drive shaft. This is achieved by the inventive Connection between shaft shaft and drive shaft largely avoided. Not only the Arrangement of the hotter part within a bore of the cooler part is when the temperature changes much more stable, but there are also much lower temperatures at this point than at the previously common connection between hub and drive shaft.

Anhand der Abbildungen werden der Stand der Technik sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe prior art and exemplary embodiments of the invention are illustrated on the basis of the figures explained in more detail. It shows

Abb. I einen Axialschnitt durch eine erste bekannte Ausführunghform,
A b b. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite bekannteFig. I an axial section through a first known embodiment,
A b b. 2 shows an axial section through a second known one

Ausführungsform,Embodiment,

Abb.3 einen Axialschniit durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung undFig.3 shows an axial section through a first embodiment of the invention and

Abb.4 einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig.4 shows an axial section through a second embodiment the invention.

A b b. 1 zeigt die allgemein übliche Ausführung einer Verbindung einer Antriebswelle 1 mit einer Nabe 2 eines im Hitzeraum 3 drehenden Laufrades 4. Das Laufrad 4 hat eine Nabe 2 mit Bohrung, in die die Welle 1 hineinragt Die Welle 1 trägt zum Schutz des Lagers 7 einen Kühlflügel, eine Kühlscheibe oder eine Kühlkupplung, im folgenden Kühlkörper 6 genannt Der Kühlkörper 6 liegt zwischen der Isolation 5 des Hitzeraums und dem Lager 7. Der Kühlkörper 6 führt die von der Antriebswelle 1 in der Nabe 2 aufgenommene und durch Wärmeleitung nach außen geleitete Wärme durch Konvektion an die Umgebung ab. Durch diese Wärmeableitung entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen heißer Nabe 2 und gekühlter Antriebswelle 1. Diese Temperaturdifferenz verursacht eine verschieden große Ausdehnung und damit ein Lösen des Sitzes der Nabe 2 auf der Antriebswelle i. Durch die Verlängerung der Antriebswelle 1 zwischen Nabe 2 und Kühlkörper 6 bis auf den fünffachen Wellendurchmesser versucht man dieses gefürchtete Lösen zu verhindern. Ein Lösen bringt Unruhe, unruhigen Lauf und führt zur Zerstörung der Lager.A b b. 1 shows the generally common design of a connection between a drive shaft 1 and a hub 2 an impeller 4 rotating in the heat chamber 3. The impeller 4 has a hub 2 with a bore into which the shaft 1 protrudes The shaft 1 carries a cooling wing, a cooling disk or a cooling coupling to protect the bearing 7, hereinafter referred to as heat sink 6 The heat sink 6 is located between the insulation 5 of the Hitzeraums and the bearing 7. The heat sink 6 guides the one received by the drive shaft 1 in the hub 2 and heat that is conducted outwards through heat conduction to the environment by convection. By this heat dissipation creates a temperature difference between the hot hub 2 and the cooled drive shaft 1. This temperature difference causes a different size expansion and thus a loosening of the Seat of the hub 2 on the drive shaft i. By extending the drive shaft 1 between hub 2 and Heat sink 6 up to five times the shaft diameter one tries to prevent this dreaded loosening. A loosening brings restlessness, restless running and leads to the destruction of the camp.

A b b. 2 stellt eine für Temperaturen von 500—1000° im Hitzeraum und für große Umwälzgebläse bewährte bekannte Ausführung dar. Der Kühlkörper beiteht hier aus einer zweiteiligen Kühlkupplung 9, wovon das eine Teil die Welle 10 trägt und das andere Teil auf einer Hohlwelle 1 sitzt Auch hier ist der sichere Sitz des Wellenendes 10 in der Nabe 2 bei kurzem Abstand zwischen Nabe 2 und Kühlkupplung 9 nicht mehr gegeben. Die Nabe 2 verliert bei hohen Umwälztemperaturen den festen Sitz auf der Welle 10. Der Lauf ist unruhig. Er kann durch keine Auswuchtung beruhigt werden. Der Abstand zwischen Nabe 2 und Kühlkörper 9 muß auch hier mindestens dem fünffachen Wellendurchmesser entsprechen. Nur dann bleibt die Nabe 2 auf der Welle 10 fest. Wellenabdichtungen zur Vermeidung von Gasverlust, die in der Isolaiion liegen, sind durch die Schwingungen der Welle beim Durchlauf durch die kritische Drehzahl großem Verschleiß unterworfen. Lager und Tragkonstruktion bis zu den Fundamenten sind durch die Schwingyngen hoch beansprucht.A b b. 2 represents a well-known design that is tried and tested for temperatures of 500-1000 ° in the heat room and for large circulating fans the secure fit of the shaft end 10 in the hub 2 is no longer given if there is a short distance between the hub 2 and the cooling coupling 9. The hub 2 loses its firm seat on the shaft 10 at high circulation temperatures. The run is uneven. No balancing can calm him down. The distance between the hub 2 and the heat sink 9 must also be at least five times the shaft diameter. Only then does the hub 2 remain fixed on the shaft 10. Shaft seals to avoid gas loss, which lie in the isolation, are subject to great wear due to the vibrations of the shaft when passing through the critical speed. The bearings and supporting structure up to the foundations are highly stressed by the swinging yokes.

A b b. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Verkleinerung des Abstandes zwischen Kühlkörper 6 und dem Laufrad 4 auf das absolut nötige Maß erlaubt. Die Ausführung gestattet, für alle Temperaturen im Hitzeraum 3 die für die Umwälzung notwendige Drehzahl zu erreichen. Eine Verbindung zwischen einer Nabe und der Antriebswelle, die nach Abb. 1 und 2 besteht, ist im Hitzeraum 3 nicht mehr erforderlich, da das Laufrad 4 unmittelbar und unlösbar mit einem Wellenschaft 12 verbunden ist, der durch die Isolationswand 5 nach außen geführt und außerhalb des Hitzeraurps mit der Antriebswelle 1 verbunden ist Des vom Laufrad 4 entfernte äußere Ende des Wellenschaftes 12 ist bei der Ausführungsform gemäß Abb.3 als konischer Zapfen ausgebildet, der in einer axialen Ausnehmung der Antriebswelle 1 lösbar befestigt ist. Eine Zugschraube 13 hält den Wellenschaft 12 in seinem Sitz. Der Kühlkörper 6 führt die durch Wärmeleitung ίο ankommende Wärme durch Konvektion an die Umgebung ab. In diesem Falle hat der Wellenschaft 12 eine höhere Ausdehnung als die gekühlte Antriebshohlwelle 1. Der Wellenschaft 12 preßt sich daher desto mehr in ihren Sitz, je größer die Temperaturdifferenz ist, und vergrößert damit die Wärmeabgabe an die Antriebshohlwelle 1 und den Kühlkörper 6. Ein Lösen der Verbindung im heißen Zustand, also bei Lauf, ist ausgeschlossen. Der Abstand zwischen dem Laufrad 4 im Hitzeraum 3 und dem Lager 7 spielt keine Rolle mehr. Die Drehzahlen können erhöht werden; die Lagerung rückt in die Nähe d' Laufrades. Die kritischen Drehzahlen bleiben utuer«.Liiri"en.A b b. Figure 3 shows an embodiment of the invention which involves reducing the distance between Heat sink 6 and the impeller 4 allowed to the absolutely necessary extent. Execution permitted for everyone Temperatures in the heat chamber 3 to achieve the speed necessary for the circulation. A connection between a hub and the drive shaft, which consists of Fig. 1 and 2, is no longer in the heat chamber 3 required because the impeller 4 is directly and permanently connected to a shaft shaft 12, which is through the Insulation wall 5 is led to the outside and is connected to the drive shaft 1 outside the Hitzeraurps from the impeller 4 distant outer end of the shaft shaft 12 is in the embodiment according to Fig.3 as Conical pin formed which is releasably fastened in an axial recess of the drive shaft 1. A tension screw 13 holds the shaft shaft 12 in its seat. The heat sink 6 conducts the heat conduction ίο Incoming heat by convection to the environment. In this case, the shaft shaft has 12 a higher expansion than the cooled hollow drive shaft 1. The shaft shaft 12 therefore presses itself all the more more in their seat, the greater the temperature difference, and thus increases the heat dissipation to the Hollow drive shaft 1 and the heat sink 6. A loosening of the connection in the hot state, so when running, is locked out. The distance between the impeller 4 in the heat room 3 and the warehouse 7 no longer plays a role. The speeds can be increased; the Storage moves closer to the impeller. The critical speeds remain unchanged.

A b b. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform für schweren und großen Antrieb. Das Laufrad 4 ist wiederum fest und unlösbar mit dem Wellenschaft 12 verbun-.'en, der durch die Isolationswand 5 nach außen geführt ist. Hier ist die Kühlkupplungshälfte 9 Kühlkörper und gleichzeitig Sitz für den Wellenschaft 12. Die Verbindung zwischen Wellenschaft 12 und Kühlkupplungshälfte 9 kann nach Löstn der Mutter 14 getrennt werden. Hierzu sind zuvor durch Lösen der Schrauben 16 im Umfang der Kühlkupplung die beiden Kühlkupplungshälften zu trennen. Das Laufrad 4 kann nunmehr aus dem Hitzeraum 3 entfernt werden. Auch hier läßt sich durch Verringerung der Stärke der Isolationswand 5 im Bereich des Wellenschaftdurchtritts nach außen die kritische Drehzahl weitgehend unterschreiten. Die Konstruktion kann auch hier in der Lagerung schwächer sein. Die Verbindung von VYellenschaft 12 mit der Kühlkupplung bleibt immer schlüssig. Andererseits ermöglicht die Kühlkupplung 9 eine Dt.nontage der Lager 7 ohne Entfernung des Laufrades 4 aus dem Hitzeraum.A b b. 4 shows an embodiment according to the invention for heavy and large drives. The impeller 4 is in turn firmly and permanently connected to the shaft shaft 12 - is led. Here the cooling coupling half 9 is the heat sink and at the same time the seat for the shaft shaft 12. The connection between the shaft shaft 12 and the cooling coupling half 9 can after loosening the nut 14 be separated. For this purpose, the two are previously by loosening the screws 16 in the circumference of the cooling coupling Separate cooling coupling halves. The impeller 4 can now be removed from the heating chamber 3. Even by reducing the thickness of the insulation wall 5 in the area of the shaft shaft passage largely fall below the critical speed to the outside. The construction can also be done here in the Storage will be weaker. The connection between VYelle shaft 12 and the cooling coupling always remains coherent. On the other hand, the cooling coupling 9 enables the bearings 7 to be assembled without removing the impeller 4 from the heat room.

Bei den Ausführungsformen nach A b b. 3 und 4 läßt sich der wärmeleitende Querschnitt im Wellenschaft 12 durch eine Bohrung 15 verkleinern, ohne aaß die Durchbiegung und damit die kritische Drehzahl sich wesentlich ändert. Diese Maßnahme ermöglicht die Anwendung der Erfindung auf Umwälzgebläse in Glühtöpfen, die unter Luftabschluß laufen. Die vom Wellenschaft außerhalb des Hitzeraumes in diesem Anwendungsgebiet abzuführende Wärme muß möglichst klein sein. Die n?ch außen geleitete Wärme ist aber ir >portional dem leitenden Metallquerschnitt des Wellenschaftes 12. Eine axiale Bohrung 15 im Wellenschaft 12 e'gibt eine kleine Wärn^leitung eus dem Hitzeraum nach außen.In the embodiments according to A b b. 3 and 4, the heat-conducting cross section in the shaft shaft 12 can be reduced by a bore 15 without the deflection and thus the critical speed changing significantly. This measure enables the invention to be applied to circulating fans in incandescent pots that run in the absence of air. The heat to be dissipated from the shaft outside of the heat chamber in this area of application must be as small as possible. The n? Ch outside heat conducted but ir> proportional to the conductive metal section of the stem shaft 12. An axial bore 15 in the stem shaft 12 e'gibt a small Wärn ^ line eus the heat space to the outside.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Connection of an impeller rotating in a heat room with a drive shaft, thereby characterized in that the impeller (4) without a hub directly and inextricably with one in his Axis of rotation arranged shaft shaft (12) is connected, which is through an insulation wall (5) of the Heat chamber (3) is led to the outside, and that the outer end of the impeller (4) remote Shaft shaft (12) designed as a conical or cylindrical pin and in an axial recess the drive shaft (1) or a part (9) firmly connected to it is detachably attached.

2. Compound according to claim 1, characterized in that that the massive cross section of the shaft shaft (12) is reduced by a bore (13).