DE2709410C2 - Dünnwandige Schleudertrommel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleudertrommel für hohe Drehgesehwindigkeiten. mit einem dünnwandigen Trommelmantel und mindestens einem mit dem Trommelmantel verschweißten scheibenförmigen Deckel, der eine leicht kegelförmige Neigung mit zur Mitte der Schleudertrommel gerichteter Spitze hat und dessen Außenkontur für den Anschluß /um Trommelmantel einen Ringansat/. hat. wobei der Deckel im Innenbereich für die Aufnahme von Antriebs- oder Lagerelenienten ein·, konzentrische Bohrung aufweist und der Innenbereich des Deckels annähernd tcpfför mig umgeformt ist.

Bei Trommeln dieser Art sind die für Antrieb und Lagerung notu endigen Bauelemente an den Deckeln befestigt oder gleich in ihnen integriert.

Der Zylindermantel der Trommel sowie einige Bereiche der Deckel werden im Beirieb bis dicht an die Grenze des Werkstoffe ersagens belastet. Daher müssen derartige RuUiiunssjsiemcsuwxderen Komponenten ^h0 und Fügestellen unter Vermeidung von Schwachstellen und Umgebung von Spilzenbelastungen statisch und dynamisch optimal ausgelegt sein.

Im allgemeinen werden die Deckel spanend aus hochfesten teueren Gesenkschniiedeteileri hergestellt, mit Übermaß m die Schleudertrommel eingepreßt und mittels einer Elektfonenstfahlschweißung mit ihr verbunden. Dabei durchdringt der Elektronenstrahl an der Stelle des größten Preßmaßes die Rohrwand von außen und erzeugt am Deckelrand ein ca. 1 mm tiefes, durch die Drehung der Schleudertrommel um ihre Längsachse umlaufendes Schmelzbad. Der gegenüber dem Rohr-Innendurchmesser größere Deckel-Außendurchrnesser soll seine bei Betriebsdrehzahl geringere Aufweitung kompensieren.

Derartige Schleudertrommeln können einen hohen Werkstoffeinsatz bei den aus Schmiedeteilen gedrehten Deckeln erfordern.

Es ist bekanntgeworden, die Deckel der Rotoren topfförmig aus dünnem Blech auszubilden und sie am freien Ende des zylindrischen Teiles mit der Trommel zu verbmden. Hierdurch soll vor allem erreicht werden, »laß bei annähernd gleicher Aufweitung vom Rohr und vom »Topfrand« des Deckels, an der Fügestelle keine nennenswerten Biegespannungen auftreten. Jedoch wirken diese Biegespannungen nicht in der tangential gerichteten Hauptspannungsebene. Andererseits kann die vom Deckelboden weit in den zylindrischen Teil abgerückte Fügestelle ungünstig sein, weil Fügeberei ehe in der Regel Schwachpunkte darstellen.

Bei dieser Ausführung sowie bei Trommeln mit Gesenkschmiededeckeln kann aufgrund der Trommelmantel-Aufweitung bei Betrieb eine Verkürzung der Trommel auftreten, die sich auf dir Lagerung des Rotationsystems aujwirken kann.

Es ist eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff bekanntgeworden (DE-GM 70 25 554), bei der der Deckel einen kegelförmig zur Schleudertrommelmitte hin geneigten scheibenförmigen Grundkörper und am Außenumfang einen zylindrischen Ringansatz hat. Der Ringansatz liegt an der inneren Trommelwand an und ist mit ihr am freien Ende des Ringansatzes verschweißt. Mit der Wölbung wird ein Dehnungsausgleich zwischen Trommelmantel und Bodenteilen der Schleudertrommel bewirkt, und der somit eine stabile axiale Lage der Lagerstellen gewährleistet. Durch das Abflachen der Wölbung im Drehbetrieb ergibt veh eine stärkere radiale Aulweitung des Deckels, die zum Teil zum Spannungsabbau an der Fügestolle zwischen Mantel und Deckel beiträgt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartig ausgebildete radial elastische Scheibe unter Umständen nicht ausreicht, um die Biegespannungen an den Fügestellen zu beheben. Der Rotormantel kann sich wesentlich starker als der Deckclrand. der mit dem Rotor verbunden ist. ausweiten, so daß der Mantel an den I ügesiellen mit den Deckeln zurückgehalten wird und in der Mitte ausbeulen k.;nn. Hierbei ergibt sich eine Drehung des Mantels <in der lügestelle, die eine starke Piegcspannung an dieser Stelle hervorrufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleudertrommel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der möglichst geringe .Sp.innungsspitzen an der Schweißstelle bei Belastung, also bei Betriebs drehzahl, auftreten

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentansprm hcs I gelost

Dt! !!!'!!ge Deckel sind kostengünstig in einem Verformungsvorgang herstellbar Und geeignet ^ in einfacher· und sicherer Weise Bauelemente" für Antrieb Und Lagerung zu (ragen. Die kegelförmige Neigung des Deckelbodens, die sich bei Rotation abflacht, bewirkt die geförderte ausgleichende Axialbewegung zwischen dem Innen- und Äußendurchmessef des Deckels. Darüber hinaus ergibt sich eine Reduzierung der friäicimalen, am Innendurchmesser auftretenden T

gentialspannungen, bei gleich/eiliger Erhöhung der am Außendurchrr.esser ohne diese Bewegung niedriger liegenden Tangentialspannungen. Außerdem kann der Innenraum der Schleudertrommel vakuumdicht und für den Mantel spannungsunschädlich abgeschlossen werden.

Die Umüordelung des topfförmigen Kragens am Innenbereich des Deckels dient zur Aufnahme von Lagerkomponenten und gleichzeitig zum Spannungsabbau an der Fügestelle. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, den inneren, weniger hoch beanspruchten Deckelteil auch aus billigeren Werkstoffen fertigen zu können.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich am größten Außendurchmesser des konischen Ringansatzes ein Bund an, gegen den die Stirnseite des Trommelmantels anliegt. Der Mantel wird dann über diese Stirnseite mit dem Deckel verschweißt.

Diese Ar; der Schweißnahtausbildung entspricht in etwa einem I-Stoß, der im Lichtbogen des Schweißvorganges direkt gegenübersteht. Gegenüber der bislang üblichen »Rohrwanddurchscrnveißung« ergeben sich dadurch folgende Vorteile, das Schmelzvolurnen reduziert sich etwa auf ein Drittel der alten Schweißnaht, Schrumpfspannungen und Verzüge sind vermindert, und die sich nicht selbst tragenden Massen des aufgeschmolzenen Werkstoffes, die für den ungestörten Bereich Zusatzlast bedeuten, liegen entsprechend niedriger.

Der Trommelmantel weitet sich an seinem Ende nach dem Aufschieben auf den Ringansatz des Deckels auf und liegt unter Vorspannung auf der konischen Außenfläche des Ringansatzes auf. Hierdurch führen die beim Schweißen im Fügebereich auftretenden Spannungsänderungen zu keinen unerwünschten Lageänderungen zwischen Trommelmantel und Deckel. Beim Verschweißen der Stirnseite des Mantels würde sich der daran anschließende, weniger stark aufgeweitete Mantelbereich stärker einschnüren. Dieser wird jedoch durch die Abstützung am Ringansatz verhindert, so daß keine .Spannungsbewegungen stattfinden.

Nicht immer /u vermeidende Kerben. Risse oder andere Beschädigungen an den Stirnseiten der hochbelasteten Trommelwand werden überschweißt. Die Sollage der Schweißung läßt sich exakter einhalten, da die zu fügenden Stoßwellen von außen sichtbar sind.

Durch Fortfall der »Rohrwanddurchschweißung« muß die Verbindung nicht π ehr mit dem hochenergetischen und kostenintensiven Elektronenstrahlschweißverfahren durchgeführt werden. Die Fügestelle liegt außerdem noch nahe am Deckelboden, so daß an dieser Stelle relativ niedrige Tangentialspannungen die Zusatzbelastuni; der Schw eißnaht übernehmen können.

Die Tangentialspannungen und radialen Aufweiterungen des äußeren rohrförmigen Deckelansatzes steigen mit der Ent'ernung vom Deckelboden bis zur Größe der einen Rohrspannung Der kegelige Deckel boden, der unter Rotationsbelastung flacher wird, stülpt den rohrförmigen Deckelteil nach innen und kompensier! damit einen Teil seiner radialen Aufweitung. Dadurch werden die auch in dieser Deckelzone normal recht hochliegenden Tan&enHalspannungen gesenkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schemalisch dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schleudertrommel,

F i g. 2 und 3 je einen Ausschnitt der Stirnseiten, F i g. 4 einen Ausschnitt der Fügestelle aus F i g. 2 und Fig. 5 t-nd 6 je eine weitere Ausgestaltung deStirnseiten.

Die Schleudertrommel 10 besteht aus einem Trommelmantel 11, der an den Enden mit je einem Deckel 12 bzw. 13 abgeschlossen ist. Der eine Deckel 12 ist mit einer kugelgelagerten Welle 14 verbunden, während der zweite Deckel 13 einen Magneten 15 aufweist, der in ίο Zusammenwirkung mit einem gestellfesten Magneten 16 eine Magnetlagerung bildet. Die Schleudertrommel 10 wird über einen schematisch dargestellten Antrieb 17 angetrieben.

Der mit der Welle 14 verbundene Deckel 12 ist in F i g. 2 näher dargestellt. Der Deckel besteht aus einem dünnen Blech, das nach Umbördelung des Randes aus einem Ringansatz 20 und einer Deckelscheibe 21 besteht. Die Deckelscheibe 21 weist eine gegen die Innenseite der Trommel gerichtete Vertiefung oder Einzug des Bodens 22 auf. Der Ring 20 ist konisch ausgebildet und am Außenumfang rr. einer Ringschulter, einem Bund 23. versehen, an der oie Stirnseite des Rotormantels anliegt und verschweißt ist Die Fügestelle ist in F i g. 4 deutlicher dargestellt.

Bei der Fertigung der Schleudertrommel wird der Deckel -nter geringerer Dehnung des Trommelmantels in diese eingeschoben. Das hierbei erzeugte Spannungsfeld im Trommelmantel ist an dessen Rand am größten, wodurch sich eine gute Auflage auf den Ringansatz 20 ergibt. Diese stetige Spannungsverteilung in axialer Richtung bleibt nach dem Verschweißen im Bereich der Schweißstelle 25 erhalten.

Unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften bei Betrieb

hebt der Mantel aufgrund seiner stärkeren Aufweitung von der Auflage am Deckring ab, so daß der Deckel in diesem Bereich dem Mantel keine zusätzliche Last auferlegt.

Der beschriebene Decke! kann für die Lagerung vorgesehene Magnete aufnehmen. Eine Ausführung ist in F i g. 3 gezeigt, nach der der Deckel 12 eine mittlere Bohrung im eingezogenen Boden 22 aufweist.

D~r Innenrand 29 des durchgebohrten Deckels ist zu diesem Zweck gebogen, derart, daß eine Fassung 30 für den Magnet, die in die Bohrung hineiniagt. vom Deckel eingespannt werden kann. Die Fassung 30 hat eine Ringschulter 31. auf der der Innenrand des DeckeU 12 aufliegt und die Fassung 30 durch eine Umbördelung 32 mit dem Deckel verbunden wird In dieser Ausführung werden keine bisher notwendigen stabilen Schweißnäh te benötigt, weil die durch Rotation am Innendurchmes ser des Deckeiboders auftretenden hohen Tangential spannungen durch dit topfförmige Deckelausbildung weitestgehend abgebaut v. erden.

In F'. g 5 und 6 ist je ein Deckel 12 gezeigt, der zur Aufnahme von Lager- und Antriebselementen dient Der Deckel 12 gem^ii Fig. 5 weist einen zylii drischen Ansatz 35 für einen Antrieb mit einem Radialmotor 36 auf. Für einen At,trieb mit einem Axialmotor 37 ist gemäß F ig. 6 ein Ringansatz 38 vorgesehen, der am Außenrand einer Lagerfassung 39 befestigt ist. Diese Fassung 3S iowie eine im Ausführungsbeispiel nach F\g. 5 vorgesehene Fassung 40 sind nach den oben erwähnten Verfahren mit durchstellten Irinenringeri 41 bzw. 42 des Deckels 12 verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dünnwandige Schleudertrommel Für hohe Drehgesehwindigkeiten mit einem dünnwandigen Trommelmanie! und mindestens einem mit dem Trommelmantel verschweißten scheibenförmigen Deckel, der eine leiciit kegelförmige Neigung mit zur Mitte der Schleudertrommel gerichteter Spitze hat und dessen AuDenkontur für den Anschluß zum Trommelmantel einen Ringansatz hat, wobei der Deckel im Innenbereich für die Aufnahme von Antriebs- oder Lagerelementen eine konzentrische Bohrung aufweist und der Innenbereich des Deckels annähernd topfförmig umgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Ringansatzes (20) des Deckels (12) zum Inneren der Schleudertrommel (10) hin sich konisch verjüngend ausgebildet ist, und die Schweißstelle (25) für den Trommelmantel (11) und den Deckel (12) geometrisrrr so nahe wie möglich am Boden (22) des Deckeis (i2) hin vorgesehen ist und daß der topfförmig umgeformte Innenrand (29) des Deckels (12) im Innenbereich des Deckels (12) für die Verbindung mit dem Antriebs- oder Lagerelementen umgebördelt ist.

2. Schleudertrommel nach Anspruch 1, daourch gekennzeichnet, daß am größten Außendurchmesser des konischen Ringansatzes (20) ein Bund (23) sich anschließt, gegen den die Stirnseite des Trommelmantels(ll)anliegt.

3. Schleudertrommel nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, da^ der nach dem Aufschieben an seinen Enden konisch aufgeweitete und dadurch unter Vorspannung stehende Trommelmantel (11) am überwiegenden feil der konischen !5 äußeren Teilfläche des Ringansatzes (20) des Deckels(12) aufliegt.