DE2460739C3 - Drehmomentübertragende Kupplung zum Befestigen einer Scheibe auf einer Welle - Google Patents

Description

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Das Verbinden von spröden Bauteilen, insbesondere von Keramikbauteilen, einerseits mit elastischen Bauteilen, wie z. B. solche aus Stahl und insbesondere Wellen, andererseits ist schwierig, besonders, wenn gleichzeitig eine Drehmomentübertragung, geringe Unwucht und genaue Zentrierung verlangt werden. Eine wesentliche Ursache der Schwierigkeiten liegt in der geringen elastischen Verformbarkeit des Keramikmaterials. Auch bei Gasturbinen, wo eine immer weitere Steigerung der Turbineneintrittstemperaturen angestrebt wird, geht man immer mehr dazu über, auch keramische Turbinenscheiben oder -räder wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit in Betracht zu ziehen und diese auch praktisch zu erproben (DT-AS 16 00 208). Hierbei ist neben einer guten Zentrierung auch eine gleichmäßige Drehmomenteinleitung erwünscht.

Allerdings treten dabei die oben geschilderten Probleme auf, vor allem, da die Wellen weiterhin aus Stahl hergestellt werden und die Scheiben demontierbar sein sollen.

Bei einer Kupplung nach dem Ausgangspunkt der Erfindung (GB-PS 7 70 003/4) wird schon trotz gewisser Fertigungsungenauigkeiten und trotz unterschiedlicher Wärmedehnung sowie ohne Berücksichtigung der unterschiedlichen elastischen Verformung in allen Betriebszuständen eine gute Zentrierung durch eine Kegelpaarung und die Drehmomentübertragung durch Mitnehmerprofile zwischen einer Verlängerung der Scheibennabe und der Welle erzielt. Hierbei ist aber lediglich eine einzige, der Kupplungsseite abgewendete Konuszentrierung des Rotors vorgesehen und über die Art der Drehmomentübertragung ist nichts Näheres erkennbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Drehmoment gleichmäßig auf dem Umfang zu übertragen.

Nach der Erfindung übertragen die zwischen den profilierten Seitenflanken der Stege und den Seitenwänden der Nuten liegenden Rollen das Drehmoment im Betrieb gleichmäßig, ohne Unwucht zu erzeugen.

Bekannt ist eine Einrichtung zum drehmomentubertragenden Befestigen einer Schesbe auf einer Welle be, der die gleichen Probleme wie be, der Erf.ndung behandelt sind und die mit zwe, Kegelpaarungen arbeitet (DT-PS 4 99 929). Dabe, ,st es jedoch zweifelhaft ob durch die zweifache Kegelpaarung eine bessere Zentrierung als durch Kegelpaarungen erz.elt

^Bekannt ist auch eine Vorrichtung, bei der zwei ineinander angeordnete relativ in ax.aler Richtung zueinander verschiebliche Wellen und Rollen oder kugelförmige Zwischenelemente vorgesehen sind, die zwar naturgemäß auch der Fliehkraft unterliegen, da d,e Wellen drehbar sind, die aber andere Probleme zu bewältigen und andere Wirkungen zu erreichen haben, als öS der Erfindung der Fall ist (FR-PS 11 25 204]L

Die Zeichnung zeigt eine keramische Turbinenscheibe mit Zentrierung und Drehmomentübertragung nach der Erfindung. Es zeigen: .

Fig. 1 eine Turbinenscheibe aus Keramik, auf einer Welle aufgesetzt, im Schnitt

F i g. 2 die Turbinenscheibe aus F1 g. 1 im Schnitt 11-11.

und ... .. _n

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. ζ in größerer

Darstellung. .

Auf der Welle 1. welche stufenförmig abgesetzt ist, sitzt lagerseitig ein Labyrinthring 2 mit einem ersten Innenkegel 3. Er ist über zwei Tellerfedern 4, 5 gegen den Bund 6 federnd abgestützt und auf der Welle zentriert Die Turbinenscheibe 7 weist einerseits einen am ersten Innenkegel 3 anliegenden ersten Außenkegel 17 und andererseits eine zylinderähnliche Verlängerung 8 der Radnabe mit einem zweiten Innenkegel 9 auf, der sich gegen einen zweiten Außenkegel 10 einer Kupplupgsglocke U abstützt. Zwischen Welle und Innenbohrung der Radnabe ist ein geringes Spiel, welches radiale Schrumpfungen, wie sie im Betrieb vorkommen können, ohne weiteres erlaubt. Die Kupplungsglocke greift mit ihrem rohrförmigen Außenrand 12 außen über die zylinde^ähnliche Verlängerung der Radnabe (Fig. 1). An der Innenseite der des rohrförmigen Außenrandes der Kupplungsglocke befindet sich auf dem Umfang gleichmaßig verteilt eine Anzahl symmetrisch profilierter Längsstege 13, die in eine ebenso große Anzahl Längsnuten 14 mit großem seitlichen Spiel hineinragen, wobei die Längsnuten in die Außenseite der zylinderähnlichen Verlängerung der Radnabe eingearbeitet sind. Die Längsnuten sind so breit, daß zwischen den beiden seitlichen Flanken der in die Nuten hineinreichenden Stege und den Seitenwänden der Längsnuten Platz für jeweils zwei zwischen Steg und Seitenwände einzusetzende zylindrische Rollen 18 bleibt. Die Rollen können zur Gewichtsverminderung innen eine Bohrung 19 haben. Jede Rolle wird durch Fliehkraft im Betrieb, einerseits an einer Seitenwand 15 der Längsnut, andererseits an eine bogenförmige Seitenflanke 16 des Längssteges angepreßt. Diese stützen sich an den konkaven Flanken der Längsstege und an den Wänden der Längsnuten ab und übertragen dabei das Drehmoment bzw. die drehmomentübertragende Umfangskraft. Dabei wird die Nabe gegenüber dem Mitnehmerstück so weit ve^rschoben, bis sich im reibungslosen Idealfall durch die Reaktionskraft m ■ F (tan. <xi - tan nu) ein Gleichgewichtszustand einstellt. Die Winkel αι und «2 werden aus der Wirkungsrichtung der Fliehkraft Fund der Senkrechten

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zur Tangente im Berührungspunkt Rolle —Längssteg gebildet und sind gleich, wenn keine Umfangskraft übertragen wird. Wird ein Drehmoment übertragen, dann wird der Winkel «ι größer, und zwar an der Rolle, die durch den Umfangskraftarteil U/n belastet wird.

wobei die Anzahl der übertragenden Rollen und dam.t gleichzeitig die Anzahl der Längsnuten oder Langsstege ist. Das gesamte Drehmoment wird dam.t durch η Rollen übertragen (F i g. 2 und 3).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehmomentübertragende Kupplung zum Befestigen einer Scheibe aus sprödem Werkstoff, insbesondere von einem aus keramischem Werkstoff bestehenden Turbinenrad, auf einer Welle, wobei die Scheibe über mindestens eine Kegelpaarung mit axialer Vorspannung zentriert und ihre Nabe eine zylindrische Verlängerung mit profilierten Längsnuten am äußeren Umfang aufweist, in die zur Drehmomentübertragung zu den Längsnuten passende profilierte Längsstege in der Innenbohrung einer wellenfest montierten zylindrischen Mitnehmerglocke eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß eine (9,10) von zwei Kegelpaarungen im Bereich der Mitnehmer angeordnet ist und daß jeweils zwischen einer konkaven Seitenflanke (16) der Längsstege (13) und Seitenwänden (15) der Längsnuten (14) radial und tangential anliegende Rollen (18) vorgesehen sind, die das Drehmoment durch Ausnutzung der Fliehkraft gleichmäßig über den Umfang der Mitnehmerglocke (11) auf die Welle (1) übertragen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen an ihrer Achse Bohrungen (19) aufweisen.