DE2709409C2 - Schleudertrommel - Google Patents

Description

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und die Gefahr der Spannungsversprödung durch einen Ben sichtbar sind.

mehrachsigen Spannungszustand mit geringen Haupt- Durch Fortfall der »Rohrwanddurchschweißung«

Spannungsdifferenzen nahezu beseitigt ist muß die Verbindung nicht mehr mit dem hochenergeti- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un- sehen und kostenintensiven Elektronenstrahlschweiß-

teransprüchen angegeben. 5 verfahren durchgeführt werden. Die Fügestelle liegt

Hierdurch lassen sich wirtschaftliche Scheiben aus noch nahe am Deckelboden, so daß die an dieser Stelle

dünnen Blechen herstellen, wobei durch Umbördelung relativ niedrigen Tangentialspannungen die Zusatzbela-

des Scheibenrades ein Ringansatz herausgestellt wer- stung der Schweißnaht übernehmen können,

den kann. Die Tangentialspannungen und radialen Aufweitun-

Ein auf ein Rohrstück mit Obennaß aufgeschrumpf- io gen des äußeren Ringansatzes steigen mit der Entfertes Rohr stützt sich an einem Teilbereich des Rohrstük- nung vom Deckelboden bis zur Größe der reinen Rohrkes ab. An dieser Stützstelle tritt das maximale Biege- spannung. Der kegelige Deckelboden, der unter Rotamoment auf, so daß, wenn die beiden Rohre außerhalb tionsbelastung flacher wird, stülpt den Ringansatz nach dieses Bereiches gefügt, beispielsweise verschweißt innen und kompensiert damit einen Teil seiner radialen werden, eine Verbindungsstelle mit nur geringer Biege- is Aufweitung. Dadurch werden die auch in dieser Deckelbeanspruchung erreicht werden kann. Im Rotatipnsbe- zone normal recht hoeh liegenden Tangentialspannuntrieb hebt sich die Trommel aufgrund der höheren, gen gesenkt

durch Zentrifugalkräfte hervorgerufenen Aufweitung Dadurch, daß am Rohrende im Stillstand kein Biege-

von der Stützstelle ab. Die Stülpbewegung des zylindri- moment einwirkt, tritt auch beim Verschweißen kein

sehen Scheibenteües kompensiert die Winkelverdre- a Stülpen der Trommel, d.h. keine plastischen Verfor-

hungen der Trommel an der Fügestelle, so daß diese mungen in meridionaler Richtung auf. Das aufgeschmol-

Stelle zumindest von Biegespannungen befreit bleibt, zene Volumen der Schweißverbindung am Trommel-

und sie überträgt sich nicht über die Abstützstelle auf stirnende ist etwa auf V3 der bei den sonst bekannten

den RotormanteL Es wird somit dem Rotor keine Zu- Ausführungen üblichen Schweißungen reduziert, wo-

satzlast durch angebrachte Scheiben auferlegt 2s durch sich verminderte Eigenspannungen, kleinere, sich

Bei der Schleudertrommel kann die Scheibe sowohl nicht selbst tragende Massen und eine geringere exzeneine Trennwand im Inneren der Trommel als auch ein trische Lage der Scheibe ergibt Ferner können bei derden Innenraum abschließender Deckel sein. Selbstver- artigen Fügestellen, die in der Praxis auftretenden Beständlich kann die Trommel auch mit mehreren Trenn- Schädigungen, so die Kerben oder Mikrorissen an den wänden und/oder Deckeln ausgestattet sein. Für beide 30 Trommelstirnseiten einfach überschweißt werden. Fer-Zwecke kann eine spanend bearbeitete oder aber auch ner kann die Sollage der Schweißnaht aufgrund der eine durch Tiefziehen hergestellte Blechscheibe vorge- sichtbaren Fügestellen besser eingehalten werdea
sehen seia Hierbei kann die Scheibe an ihrer Außen- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erkontur, den zylindrischen Ringansatz bildend, umgebör- findung schematisch dargestellt und wird nachstehend deltsein. 35 näher erläutert Es zeigt

Die kegelförmige Neigung der Scheibe, die sich bei F i g. 1 eine Schleudertrommel, Rotation abflacht, bewirkt die geforderte ausgleichende F i g. 2 einen Ausschnitt einer Stirnseite der Schleu- Axialbewegung zwischen dem Innen- und Außendurch- dertrommel gemäß F i g. 1, und

messer der Scheibe. Darüber hinaus ergibt sich eine F i g. 3 und 4 je einen Ausschnitt der Fügestelle- aus

Reduzierung der maximalen, am Innendurchmesser auf- 40 F i g. 2.

tretenden Tangentialspannungen, bei gleichzeitiger Er- Die Schleudertrommel 10, bestehend aus einem

höhung der am Außendurchmesser ohne diese Bewe- Trommelmantel, der Trommelwand 11 und zwei an den

gung niedriger liegenden Tangentialspannungen. Enden der Trommel angeordneten als Deckel ausgebil-

Bei als Deckel ausgebildeten Scheiben schließt sich deten Scheiben 12 bzw. 13, ist mittels eines Kugellagers

die Scheibe mit ihrer Bodenfläche an die Stirnseite des 45 und eines Magnetlagers drehbar gelagert An der ersten

Trommelmantels an, während der zylindrische Ringen- Scheibe 12 ist eine Welle 14 für einen schematisch dar-

satz in die Trommel hineinragt Dcf Eingansau Rann im gestellten Antrieb 17 befestigt Die zweite Scheibe 13

Bereich der Bodenflächenhöhe mit einem Bund verse- trägt einen Magneten 15, der in Zusammenwirkung mit

hen sein, gegen den die Stirnseite des Trommelmantels einem gestellfesten Magneten 16 die Magnetlageirung

anliegt und verschweißt wird. 50 bildet Ferner ist eine Trennscheibe 18 innerhalb der

Diese Art der Schweißnahtausbildung entspricht in Trommel vorgesehen.

etwa einem X-Stoß, der dem Elektronenstrahl direkt D: j mit der Welle 14 verbundene Scheibe 12 ist in

gegenübersteht Gegenüber der bislang üblichen F i g. 2 näher dargestellt Sie ist aus einem dünnen Blech

»Rohrdurchschweißung« ergeben sich dadurch folgen- hergestellt, das aiii Außenumfang zu einem Ringarisatz

de Vorteile: Das Schmelzvolumen reduziert sich etwa 55 20 umgebördelt ist und im Mittelbereich einen zur Im-

auf '/3 der alten Schweißnaht Schrumpfspannungen und nenseite der Trommel gerichteten Einzug 22 bildend

Verzage sind vermindert Die sich nicht seibsi iragen- verforrnt ist, wobei die kegelförmige Neigung 21 zu:'

den Massen des aufgeschmolzenen Werkstoffes, die für Mitte der Trommel gerichtet ist Am Ringansatz 20 ist

den ungestörten Bereich Zusatzlast bedeuten, liegen auf der Höhe des Deckelbodens ein Bund 23 für die

entsprechend niedriger. Die auf Grund der Festspan- eo Verbindung des Deckels mit der Trommelwatid vorge-

nung zwischen Rohr und Deckel vorliegenden und sich sehen.

beim Schweißen ändernden Spannungszustände lösen Die so ausgestaltete, als Deckel ausgebildete Scheibe

nur noch unbedeutende Ausweichsbewegungen am 12 wird mit Übermaß in die Trommelwand 11 einge-

Rohr und Deckel aus. Nicht immer zu vermeidende preßt Die Trommelwand 11 weitet sich dabei auf. Die Kerben, Risse oder andere Beschädigungen an den 65 Verformung der Trommelwand 11 ist in Fig.3 näher Stirnseiten der hochbelasteten Trommelwand werden gezeigt, in der anstelle eines dünnen Blechdeckels eine

überschweißt. Die Sollage der Schweißung läßt sich ex- spanend hergestellte, massive Deckelscheibe 12' darge-

akter einhalten, da die -u fügenden Stoßstellen von au- stellt ist.

Beim Aufschieben des Trommelmantels U auf den Ringansatz 20' vergrößert sich der Durchmesser am Trommelende, nachdem die Stütztstelle 25 des Ringansatzes 20' überwunden wurde, bis der Abstand zwischen der Stirnseite der Trommelwand 11 und der durch eine s Kante des Ringansatzes gebildeten Stützstelle 25 einen bestimmten Wert erreicht, wonach der Durchmesser wieder abnimmt Hierdurch ergibt sich eine Stützstelle 25 der Trommel im Bereich der Kante, in diesem Berfeich treten im wesentlichen die Biegespannungen in der Trommelwand 11 auf. Das zunächst vom Ringansatz abstehende Trommelende kann durch weiteres Aufschieben an den Ringansatz 20' zum Anliegen gebracht werden, ohne daß jedoch Biegespannungen eingebracht werden müssen. Die Entfernung zwischen Trommel-Stirnseite und der Stützstelle 25, bei der beide Trommelteile gleiche Aufweitung haben, beträgt beispielsweise bei Trommeln mit ca. 15 cm Durchmesser und unter 0,4 mm Wandstärke in etwa 3 mm.

Das unter diesen Bedingungen als Fügebereich verwendete freie Ende der Trommel weist keine Biegespannungen auf. Auch wird dieser Spannungszustand durch das nachfolgende Verschweißen des Rohrendes mit dem Deckel nur unwesentlich geändert Die Verbindungsstelle 26 befindet sich zwischen der Stirnseite der Trommelwand 11 und dem Bund 23.

In Fig.3 ist der Verbindungsbereich zwischen der Trommelwand und der Deckelscheibe 12' im Stillstand dargestellt bei dem die Wand 11 an der Kante des Dekkelringansatzes aufliegt

Im Verlauf der Anfahrperiode der Trommel ändert sich das Spannungsfeld. Im Nennbetrieb erreicht es bei entsprechend ausgelegter Scheibe 12' einen Zustand, bei dem Biegespannungen an der Fügestelle kaum oder nicht vertreten sind. Wie F i g. 4 zeigt erweitert sich das Trommelrohr stärker auf als die Scheibe 12'. Das freie Ende der Trommelwand wird aufgrund der Schweißverbindung 26 von der Scheibe zurückgehalten. Die hierbei von der Trommelwand an der Fügestelle erzeugte Winkelverdrehung λ wird durch eine Winkelverdrehung β der Scheibe 12' um einen annähernd gleichen Betrag aufgehoben. Die als schwächste Stelle einer Trommel zu verzeichnende Fügestelle wird somit geringstmöglich beansprucht und wirkt sich nicht mehr so stark wie bisher in der Begrenzung der höchstzulässigen Drehgeschwindigkeit aus.

Bei einer in der Trommel befestigten Scheibe 18 kann die Scheibe auch stärkere Einzüge oder entsprechende Werkstoffauswahl zusätzlich zur Winkelverdrehung, die von deren Lage innerhalb der Trommel abhängt eine stärkere Ausdehnung durch Zentrifugalkräfte erfahren, so daß die Aufweitung des Trommelmantels annähernd kompensiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 grund hoher elastischer Aufweitung des Rohres infolge Patentansprüche: Schrumpf einer Vorspannung unterlag, in einen nur schwer übersehbaren Spannungszustand gebracht Ab-

1. Schleudertrommel mit mindestens einer rota- gesehen davon, erfordert diese Ausführung einen relativ tionssymmetrischen, im Mittelbereich kegelförmig 5 hohen Werkstoffeinsatz.

geneigten Scheibe, die am AuBenumfang einen im In einer anderen bekannten Ausführung sind die Dekzylindrischen zur Seite der geometrischen Kegel- kel topffönnig ausgebildet und am freien Ende des zyspitze gerichteten Ringansatz aufweist, der gegen- lindrischen Teiles mit der Trommel verbunden. Hierüber dem Innendurchmesser der Trommelwand mit durch soll vor allem erreicht werden, daß bei annähernd Übermaß ausgelegt ist und entlang einer Ringfläche 10 gleicher Aufweitung vom Rohr und vom »Topfrand« mit der Innenseite der Trommelwand verbunden ist, des Deckels, an der Fügestelle keine nennenswerten dadurch gekennzeichnet, daß die Füge- Biegespannungen auftreten. Andererseits ist die vom stelle (26) des Ringansatzes (20) mit der Trommel- Deckelboden weit in den zylindrischen Teil abgerückte wand (11) geometrisch so nahe wie möglich zum Fügestelle von Nachteil, weil Fügebereiche in der Regel Scheibenboden hin angeordnet ist, so daß im Be- 15 festigkeitsmäßige Schwachpunkte darstellen,
triebszustand die Biegemomente der Schleuder- Eine solche Fügestelle, deren Schmelzzone sich nicht trommel (10) an der Fügestelle (26) durch die auf- selbst trägt, kann weit günstiger von dem im niedrigeren grund von Zentrifugalkräften ausgeübte Stülpbewe- Spannungsniveau liegenden Deckelboden unterstützt gung der Scheibe (12) im wesentlichen aufgehoben werden, als vom Rohrteil der Schleudertrommel, bei werden und daß sich die Siüizsieüe (25) der Trom- 20 dem Zusaizspannungcn an einer Stelle zugleich die Bemelwand (11) am Ringansatz (20) außerhalb des Be- Iastbarkeit der gesamten Trommel herabsetzt
reiches der Fügestelle (26) befindet Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

2. Schleudertrommel nach Anspruch 1, dadurch Schleudertrommel der eingangs genannten Art zu entgekennzeichnet, daß die Scheibe (12,13) mit ihrem wickeln, bei der im Bereich der Verbindungsstelle der Ringansatz (20) an die Trommelwand (11) ange- 25 Scheibe mit dem Rotor keine ausgeprägten Spannungsschweißt ist spitzen bei Belastungen auftreten.

3. Schleudertrommel nach einem der vorherge- Die Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 gekennhenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am zeichneten Merkmale gelöst

Ringansatz (20) sich ein Bund (23) anschließt, gegen Der Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine

den die Tronvnelwand (H) mit ihrer Stirnseite an- 30 durch Elektronenstrahlschweißung hergestellte Verbin-

iiegt und mit dem diese anliegende Trommelstirnsei- dung zwischen Scheibe und Trommel, insbesondere im

te verschweißt ist Bereich der Schweißnaht, die festigkeitsmäßig schwächste Stelle des Rohres ist Dieses zum einen, weil der

_ Werkstoff der ursprünglich ausgehärteten Komponen-

35 ten (Scheiben und Trommelrohr) durch den Schweißvorgang im Bereich der Schweißnaht einen Festigkeits-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleudertrom- abfall erfährt Die Schweißnaht und eine schmale Zone mel mit mindestens einer rotationssymmetrischen, im des Rohrquerschnitts befindet sich in· iösungsgeglühten Mittelbereich kegelförmig geneigten Scheibe, die am Werkstoffzustand. Die Bruchfestigkeit des Werkstoffs Außenumfang einen zylindrischen zur Seite der geome- 40 ist dort nur etwa halb so groß wie im ausgehärteten frischen Kegelspitze gerichteten Ringansatz aufweist, Bereich. Zum anderen entsteht im Betriebszustand an der gegenüber dem Innendurchmesser der Trommel- der Verbindungsstelle im Rohr ein mehrachsiger Spanwand mit Obermaß ausgelegt ist und entlang einer nungszustand mit geringen Hauptspannungsdifferenzen Ringfläche mit der Innenseite der Trommelwand ver- und hohen Spannungsspitzen, die wegen des weichen bunden ist Die DE-OS 20 33 714 zeigt eine derartige 45 Werkstoffes — bezogen auf das Verformungsvermögen Schleudertrommel. des Materials — zu große, plastische Verformungen.be-

Derartigc Trommeln werden beispielsweise für Zen- wirken.

trifugen zur Trennung von Fluidgemischen mit unter- Hier wird dagegen bewirkt, daß an der eine Schwach-

schiedlichen Molekulargewichten verwendet stelle darstellende Fügestelle des Rotors im Betrieb und

Für derartige Zwecke werden die Trommeln im allge- 50 insbesondere im Nennbetrieb kaum Biegespannung in

meinen aus hochfestem Werkstoff hergestellt und hoch- mcridionaler Richtung des Rohres entstehen und somit

tourig bis dicht an die Grenze des Werkstoffversagens eine plastische Verformung des Werkstoffes innerhalb

belastet, was eine sorgfältige dynamische Auslegung so- der weichen Zone der Fügestelle in meridionaler Rich-

wie Einhaltung von engsten Toleranzen bei der Ferti- tung nicht ausgelöst wird.

gung erfordert, um lokale Spitzenbelastungen, Unwucht 55 Im Nennbetrieb wird durch die Stülpung des Ringan-

sowie Flügelprobleme zu vermeiden. satzes an der Verbindungsstelle eine definierte Nei-

Es ist eine Schleudertrommel der obengenannten Art gungswinkeländerung bewirkt, die nahezu kein Biegebekannt, bei der als Deckel ausgebildete Scheiben aus moment an der Fügestelle entstehen läßt Das heißt, der hochfesten teuren Gesenkschmiedeteilen hergestellt, Trommelwand wird eine Verformung auferlegt, die die mit Übermaß in die Schleudertrommel eingepreßt und 60 Kraftübertragung von der Trommel zur Scheibe auf mittels einer Elektronenstrahlschweißung mit ihr ver- eine radial gerichtete Ringlast beschränkt
bunden ist. Auch werden die Tangentialspannungsspitzen weit-

Bei dem Schweißverfahren durchdringt der Elektro- gehend abgebaut, so daß der Spannungszustand der

nenstrahl an der Stelle des größten Preßmaßes die Trommel über der Rohrlänge nunmehr ein insgesamt

Rohrwand der Trommel von außen und erzeugt am 65 niedrigeres Spannungsniveau hat und stärker einachsig

Deckelrand ein ca. 1 mm tiefes, durch die Drehung der ausgeprägt ist. Dieses hat zur Folge, daß dem Werkstoff

Schleudertrommel um ihre Längsachse umlaufendes ein größeres Verformungsvermögen in der Hauptbean-

Schmelzbad. Hierdurch wird die Zone, die zuvor auf- spruchungsrichtung (tangential) zur Verfügung steht