DE2624469B2

DE2624469B2 - Schrumpf- oder Klemmverband sowie Verfahren zu seiner Herstellung, vorzugsweise zur Verbindung einer Wickelkopfkappe des Rotors eines Generators mit einem Rotorkörper

Info

Publication number: DE2624469B2
Application number: DE2624469A
Authority: DE
Inventors: Kristian Dahl Dipl.-Ing. Madsen; Franz Dipl.-Ing. Romanowski; Arne Sundstrand
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-06-24
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1978-10-19
Also published as: FR2315624A1; DE2624469C3; GB1542116A; DE2628349A1; DE2624469A1; FR2315624B1; SE7507218L; CH608078A5; SE391566B

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schrumpf- oder Klemmverband der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, wie er durch die GB-PS 13 21 564 bekanntgeworden ist.

Bei Schrumpf- und Klemmverbänden besteht der Wunsch, daß der Reibungskoeffizient zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Konstruktionsteile des Verbandes so groß wie möglich ist, damit der Verband eine möglichst große Kraft zu übertragen vermag.

Aus der FR-PS 15 80 308 ist ein Schrumpfverband bekannt, bei welchem die Konstruktionsteile aus verschiedenen Materialien bestehen. Um die hierbei auftretende Korrosionsgefahr an der Berührungsstelle der beiden unterschiedlichen Metalle herabzusetzen, werden die Berührungsflächen der beiden Konstruktionsteile mit Schichten aus solchen Metallen überzogen, durch welche das die Korrosion verursachende Berührungspotential zwischen den Metallen vermindert wird. Dabei kann es vorkommen, daß der metallische Überzug aus weicherem Material besteht als das Material der Konstruktionsteile. Diese Schichten sind ihrer Funktion entsprechend außerordentlich dünn. Ihre Stärke liegt zwischen 2 und 15μΐη. Eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten wird durch die Aufbringung der Schichten nicht erreicht und ist auch nicht beabsichtigt.

Aus der DD-PS 90 020 ist es einerseits bekannt, bei der Verbindung von Konstruktionsteilen aus Kunststoff zwischen den Anlageflächen der beiden Konstruktionsteile einen feinen Spalt vorzusehen, der durch körniges Material ausgefüllt wird, welches sich in das Material der Konstruktionsteile eindrückt und so eine Reibungsverbindung herstellt. Um einen Schrumpfverband handelt es sich hierbei nicht. Außerdem ist aus dieser Patentschrift bekannt, bei einem Schrumpfverband zwischen den Anlageflächen der beiden Konstruktionsteile ein hartes feinkörniges Pulver einzufügen, dessen Körner sich derart tief in das Material der Konstruktionsteile eindrücken, daß die Flächen der Konstruktionsteile sich gegenseitig berühren. Die Güte eines solchen Schrumpfverbandes ist bei Verwendung von Konstruktionsteilen aus Stahl gegenüber Druckschwankungen sehr empfindlich. Bei zu hohen Drücken werden die Körner zermahlen, und bei zu niedrigen Drücken tritt eine Kugellagerwirkung ein, da sich die Körner nicht tief genug in den Stahl der Konstruktionsteile eindrücken.

Dieselben Nachteile treten bei den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Schrumpfverband auf, bei dem sich harte Körner ebenfalls in die Oberflächen der Konstrukiionsteile hineindrücken.

Aus der DE-AS 19 52 826 ist eine Verbindung von Drahtseilen mit einer Klemme bekanntgeworden, wobei an der Verbindungsstelle Bindemittel und Partikel aufgebracht sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schrumpfoder Klemmverbände der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß ein Verband mit einem besonders hohen Reibungskoeffizienten an den Verbindungsstellen entsteht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen 2 bis 10 sind für die

Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen bzw. ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren beansprucht.

Die Schicht aus körnigem Material kann auch auf den Belägen beider zur Anlage aneinander bestimmter Fläche aufgebracht werden. Beim Zusammenschrumpfen bzw. Zusammenklemmen des Verbandes wird das kornförmige Material in die Beläge hineingedrückt, was eine bedeutend größere Reibung zwischen den Teilen des Verbandes bewirkt. Hierdurch erreichen die Schrumpf- oder Klemmverbände nach der Erfindung Reibungskoeffizienten, die erheblich größer sind als die Reibungskoeffizienten bekannter Schrumpf- und Klemmverbände. Auch entfällt weitgehend die Abhängigkeit der Güte des Schrumpfverbandes von der Höhe des Druckes, mit dem der Schrumpfverband zusammenhält.

Bei den beiden zu verbindenden Konstruktionsteilen kann es sich beispielsweise um eine Welle und ein die Welle umgebenden Ring handeln.

Das Material der Beläge hat vorzugsweise eine Brinellhärte von 1—75, und das körnige Material hat vorzugsweise eine Brinellhärte von mindestens 500. Als Beispiel geeigneter Materialien für die Beläge können insbesondere Materialien mit einer Schmelztempera¹ ur von maximal 1100°C genannt werden, wie Aluminium, Kupfer, Zinn, Blei, Magnesium, Zink, Kadmium und Silber, sowie mehrere Legierungen dieser Metalle. Wenn das Material der Beläge einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt hat (max. 1100⁰C), wird ein Zusammenschweißen der Beläge auf den gegeneinander gerichteten Flächen der Konstruktionsteile des Verbandes erleichtert. Dieses Zusammenschweißen ist möglich, nachdem das körnige Material in die Beläge hineingedrückt worden ist und die Beläge dadurch zumindest an einigen Flächen miteinander in Kontakt kommen. Als Material für die Beläge werden vorzugsweise Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Unter Aluminiumlegierungen werden hier solche verstanden, die wenigstens 75 Gewichts-% Aluminium enthalten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Aluminium und Aluminiumlegierungen außerordentlich gut an Stahlflächen haften und daher eine große Schubfestigkeit gegenüber der Unterlage haben. Als Beispiel für geeignete körnige Materialien können Oxide genannt werden, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumdioxid und Chromtrioxid, ferner Karbide, wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid und Titankarbid sowie Metalle, wie Molybdän und Wolfram. Ein außerordentlich gut geeignetes körniges Material ist Aluminiumoxid.

Die Dicke der Beläge aus dem weichen Material, die auf die im Verband gegeneinander gepreßten Flächen der Konstruktionsteile aufgetragen werden, beträgt vorzugsweise 0,05—2 mm. Die Dicke der Schicht aus dem körnigen, härteren Material, das vorzugsweise nur auf den einen der Beläge aufgetragen wird, hat vorzugsweise höchstens den doppelten Durchmesser der in der Schicht enthaltenen größten Körner. Hierdurch wird verhindert, daß eine Bewegung in der Schicht durch aufeinanderrollende Körner entsteht. Dies bedeutet, daß die Dicke der Schicht in normalen Fällen 0,1 mm nicht übersteigt. Die Korngröße des körnigen Materials beträgt zweckmäßigerweise 100-27 μπι, vorzugsweise 44-35 um (ASTM E11 -61).

Sowohl die Beläge aus dem weicheren Material als auch die Schicht aus dem körnigen Material kann u. a. auf herkömmliche Art durch Lichtbogenspritzen auf die Unterlage aufgebracht werden. In gewissen Fällen ist es auch möglich. Flammspritzen anzuwenden. Ein Teil weicheren Materials im Belag kann auch in die Unterlage eingewalzt oder durch einen Lölvorgang auf die Unterlage aufgeschmolzen werden.

Die Erfindung kann auch bei Klemmverbänden angewendet werden, bei denen die Anpreßkraft zwischen den aufeinanderliegenden Flächen der Konstruktionsteile des Verbandes nicht durch Schrumpfen, sondern durch Zusammenklemmen erzeugt wird.

ίο Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fi g. 1 einen Schnitt durch zwei als Ringe ausgebildete Konstruktionsteile eines Schrumpf- oder Klemmverbandes, welche gemäß der Erfindung behandelt sind, jedoch noch nicht zu einem Verband zusammengefügt sind. Nur die eine Hälfte des in Achsrichtung verlaufenden Schnittes durch die Ringe ist dargestellt;

F i g. 2 schematisch einen Schrumpfverband zwischen der Wickelkopfkappe für den Rotor eines Turbogenerators und den Stützring der Wickelkopfkappe, und zwar in einem Längsschnitt durch die Achse des Rotors, wobei nur die Schnittfläche auf einer Seite der Achse dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt Teile von zwei Konstruktionsteilen 10 und 11, die mit den Flächen 12 und 13 zu einem Schrumpfverband verbunden werden sollen. Diese Teile sowie die Flächen 12 und 13 zeigt Fig. 2 im Zusammenhang, wobei das Teil 10 ein Stützring und das

Ju Teil 11 eine Wickelkopfkappe ist, die beide aus unmagnetischem Stahl bestehen und Teile des Rotors eines zweipoligen Turbogenerators sind. Die Längsachse des Ringes bzw. der Wickelkopfkappe ist in den F i g. 1 und 2 mit A bezeichnet. Auf die Flächen 12 und 13 sind durch Lichtbogenspritzen von einem Draht die Beläge 14 bzw. 15 (siehe Fi g. 1) aus einer Aluminiumlegierung aufgetragen, die 97 Gewichts-% Al und 3 Gewichts-% Mg enthält. Nach dem Aufspritzen wurden beide Beläge auf eine Dicke von 0,2 mm abgedreht. Auf den Belag 14 wurde ferner durch Lichtbogenspritzen von Aluminiumoxid mit einer Korngröße von 44—35 μίτι eine Schicht 16 aufgebracht, die aus Körnern dieser Korngröße besteht und eine Dicke vor 0,05 mm hat. Das Teil il, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Teils 10 wird danach so weit erhitzt, daß es über das Teil 10 paßt. In dieser übergeschobenen Lage kühlt das Teil 11 ab und wird dabei auf das Teil 10 aufgeschrumpft. Beim Schrumpfen werden die Körner in der Schicht 16 in die beiden

so Beläge 14 und 15 hineingedrückt, wobei diese Beläge zumindest in gewissen Bereichen in Kontakt miteinander gelangen und sich durch Kaltschweißen miteinander verbinden. Mit dieser Schrumpfverbindung gemäß der Erfindung werden Reibungskoeffizienten von 0,7 — 0,9 erreicht.

Die Anwendung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist außerordentlich wertvoll. Bei einem zweipoligen Turbogenerator hat es sich gezeigt, daß sich die Wicklungskappe 11 beider Betriebsdrehzahl infolge der ungleichmäßigen Verteilung der Spulenköpfe und der dadurch bedingten Variation der Zentrifugalkräfte längs der Innenseite der Wickelkopfkappe zu einem Körper mit ovalem Querschnitt verformt. Um dies zu vermeiden, schrumpft man einen Stützring 10 aus Stahl

b5 in das freie Ende der Wickelkopfkappe ein. Trotz Anwendung der mit den üblichen Methoden maximal erreichbaren Schrumpfspannung zwischen Wickelkopfkappe und Stützring kann nicht vermieden werden, daß

eine Relativbewegung in tangentialer Richtung zwischen dem Ring 10 und der Wickelkopfkappe 11 entlang der Schrumpfflächen stattfindet. Dies liegt daran, daß mit den herkömmlichen Schrumpfverbänden keine ausreichend großen Reibungskoeffizienten erzielt werden können. Mit dem Schrumpfverband gemäß der Erfindung können dagegen tangentiale Bewegungen im Schrumpfverband völlig vermieden werden, indem man auf die gegeneinanderliegenden Flächen 12 und 13 am Stützring 10 bzw. an der Wickelkopfkappe 11 Beläge 14 bzw. 15 der in Fig. 1 gezeigten Art sowie eine Schicht 16 der in F i g. 1 gezeigten Art aufbringt. In F i g. 2 ist die Rotorwelle mit 17, der Rotorkörper mit 18 und der Isolierzylinder mit 19 bezeichnet Die Wickelköpfe der Rotorwicklung sind mit 20 bezeichnet, während das Schrumpfschloß der Wickelkopfkappe mit 21 und das Schrumpfschloß des Stützringes mit 22 bezeichnet ist.

Hierzu 1 Blatt Ze i elin υπ pl· η

Claims

Patentansprüche:

1. Schrumpf- oder Klemmverband zur Verbindung von Konstruktionsteilen aus Stahl mit einer weichen Zwischenschicht zwischen den zur Anpressung gegeneinander bestimmten Flächen der den Verband bildenden Konstruktionsteile und einem körnigen härteren Material in denselben, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anpressung gegeneinander bestimmten Flächen (12,13) der den Verband bildenden Konstruktionsteile (10, 11) mit Belägen (14, 15) aus einem weicheren metallischen Material als der Stahl der Konstruktionsteile versehen sind und daß im Grenzbereich zwischen den Belägen eine Schicht (16) aus einem körnigen härteren Material aufgebracht ist, wobei die Dicke der Beläge (14, 15) und die Größe der Körner der Schicht (16) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Körner praktisch nur in die Beläge (14, 15) eindringen können.

2. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Beläge eine Brinellhärte von 1—75 und das des körnigen Materials eine Brinellhärte von mindestens 500 hat.

3. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Belags auf jedem Konstruktionsteil 0,05—2 mm beträgt.

4. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus körnigem Material höchstens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der in der Schicht enthaltenen größten Körner.

5. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des körnigen Materials 100—27 μΐη beträgt.

6. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge in an sich bekannter Weise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.

7. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material ein Oxid, Karbid oder in an sich bekannter Weise Metall ist.

8. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material Aluminiumoxid ist.

9. Schrumpfverband nach einem der Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Konstruktionsteil die Wickelkopfkappe (11) des Rotors eines Turbogenerators ist, die an ihrem einen Ende am Rotorkörper (18) befestigt ist, und das andere Konstruktionsteil ein Stützring (10) ist, der unter dem anderen Ende der Wickelkopfkappe angeordnet ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Schrumpfoder Klemmverbandes nach einem der vorherge- t>o henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anpressung gegeneinander bestimmten Flächen der den Verband bildenden Konstruktionsteile mit Belägen aus einem weicheren Material als das der Konstruktionsteile versehen werden, daß eine M Schicht aus einem körnigen Material, welches härter als das Material der Beläge ist, auf den Belag eines der Konstruktionsteile aufgetragen wird und daß die beiden Konstruktionsteile dann durch Schrumpfen oder Klemmen miteinander verbunden werden.