DE2739702C2 - - Google Patents
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- DE2739702C2 DE2739702C2 DE2739702A DE2739702A DE2739702C2 DE 2739702 C2 DE2739702 C2 DE 2739702C2 DE 2739702 A DE2739702 A DE 2739702A DE 2739702 A DE2739702 A DE 2739702A DE 2739702 C2 DE2739702 C2 DE 2739702C2
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
- F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
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- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer Trommel für Verdichterläufer nach dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 22 31 175 ist eine Haltevorrichtung
für die Schaufeln von Turbomaschinen bekannt, die
in Kombination aus einem Ring oder einer hohlen
Trommel aus Fasermaterial sowie aus einer Vielzahl
von metallischen, die Schaufeln tragenden Stegen be
steht, die Seite an Seite auf dem Ring oder auf der
Trommel befestigt sind, wobei sich jeder Steg axial
zu diesem Ring oder dieser Trommel erstreckt. Um die
auf der Außenfläche der Trommel angeordneten Stege
sind ein oder mehrere Ringe aus Fasermaterial nach
Art einer Bandage in Umfangsrichtung herum ange
ordnet. Hierzu weist jeder Steg, gesehen im Schnitt
durch eine durch die Achse der Trommel gehende Ebene,
eine gezahnte Anordnung auf, die eine oder mehrere
Erhöhungen hat, die sich mit einer oder mehreren
Vertiefungen abwechseln, die sich zur Außenseite der
Trommel hin öffnen und sich in Umfangsrichtung der
Trommel erstrecken. Weiterhin setzen sich die gleich
artigen, in den aufeinanderfolgenden Stegen ausge
bildeten Vertiefungen nacheinander in Umfangsrich
tung in der Art fort, daß sich eine oder mehrere
ringförmige Nuten bilden, die zur Aufnahme des Rings
bzw. der Ringe dienen.
Außerdem ist es beispielsweise aus der FR-PS 14 29 834
bekannt, zur Förderung der Festigkeit von Bauteilen
von Maschinen zwischen Außenhaut und Innenhaut eine
Einlage vorzusehen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung das ein
gangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß eine
einfache Herstellung einer eine sehr gute Festigkeit
aufweisenden und auch größte Belastungen bei höch
sten Drehzahlen aushaltenden Trommel möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß
durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte
zylindrische oder konische Trommeln mit dünner Wand,
in der Lageröffnungen zur Aufnahme der Laufschaufeln
eines Verdichters eines Luftstrahltriebwerkes vorge
sehen sind, können beispielsweise die etwa bei Wel
lenläufern übliche Aufeinanderfolge von Scheiben zur
Lagerung der Laufschaufeln ersetzen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Trommel besteht aus Verbundmaterial und weist im we
sentlichen eine Innenhaut und eine Außenhaut auf,
zwischen denen eine Einlage angeordnet ist. Die
Außenhaut hat Wellungen, welche Einbuchtungen be
grenzen, in denen Bandagierungsringe gelagert sind.
Die Lagerungen zur Aufnahme der Laufschaufeln des
Verdichters sind durch Öffnungen gebildet, welche
ein Einsetzen der Laufschaufeln von der Innenseite
der Trommel her gestatten. Außerdem sind die Lage
rungen in den Bereichen angeordnet, welche den Schei
telbereichen der Wellungen der Außenhaut entsprechen,
wobei die Wellungen schräge Seitenflächen besitzen.
Die Trommel gewährleistet eine optimale Ausnützung
des Verbundmaterials durch eine unter Berücksichti
gung der zu übertragenden Kräfte optimale Anordnung
von Fasern.
Da die stärksten Beanspruchungen infolge der Zentri
fugalkräfte von den Laufschaufeln her auftreten, ist
die Außenhaut hauptsächlich Zugspannungen ausge
setzt, während die Innenhaut Druckspannungen er
fährt, welche die Trommel zu verkürzen suchen. Die
Einlage erlaubt einen Ausgleich dieser Zug- und
Druckspannungen.
Die schrägen Bereiche der Wellungen der Außenhaut
gestatten eine Aufteilung der unter dem Einfluß der
Zentrifugalkraft auf die Außenhaut wirkenden Reiß
spannung in eine Zugspannung in der Ebene der Fasern
und eine Druckspannung in der Einlage und der Innen
haut.
Die Trommel gestattet darüber hinaus eine einfache
Herstellung der Lagerungen der Laufschaufeln, eine
Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Lauf
schaufeln pro Verdichterstufe und eine Auswechsel
barkeit der Laufschaufeln für Reparaturzwecke.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer
Trommel für einen Verdichterläufer,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht mit Ver
anschaulichung von gehäusefesten Leitschau
feln,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer ersten Aus
führungsform eines Formstückes,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine andere Ausführungs
form eines Formstückes,
Fig. 6 einen Schnitt durch die verschiedenen Be
standteile der Trommel in ihrer Lagerung
auf dem Formstück und auf einer Form,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Trommel auf einem
Dorn für die Anbringung von Bandagierungs
ringen,
Fig. 8 einen Schnitt durch die fertige Trommel,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Trommel und
einen Druckring vor dessen Aufbringung auf
die Trommel,
Fig. 10 eine Fig. 9 entsprechende Ansicht mit auf
gezogenem Druckring,
Fig. 11 einen Schnitt durch die Trommel während der
Aufbringung der Fasern der Bandagierungs
ringe,
Fig. 12 einen Schnitt durch die Trommel während der
Polymerisation eines Imprägnierungsharzes
für die Fasern der Bandagierungsringe,
Fig. 13 einen Schnitt durch eine anders ausgeführte
Trommel während der Polymerisation,
Fig. 14 eine Fig. 13 entsprechende Darstellung
einer Trommel mit einer Mehrzahl von Wel
lungen und
Fig. 15 einen Schnitt durch eine Trommel mit einer
einzigen Wellung während der Polymerisation.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Trommel für einen Verdich
terläufer eines Luftstrahltriebwerkes veranschaulicht,
welche aus einer Außenhaut 1, einer Innenhaut 2 und einer
dazwischenliegenden Seele oder Einlage 3 besteht. Die
Außenhaut 1 weist Wellungen auf, welche Einbuchtungen 4
begrenzen, in denen Bandagierungsringe 5 angeordnet sind.
In der Wand der Trommel sind Steckbuchsen 6 zur Aufnahme
der Füße von Laufschaufeln 7 vorgesehen, wobei die Steck
buchsen 6 in einem Winkel +α gegenüber einer Erzeugenden
der Trommel geneigt sind. Feste Leitschaufeln 8 lie
gen den Bandagierungsringen 5 gegenüber, welche kleine
Scheiben 9 einer Labyrinthverbindung tragen, gegen die
die festen Leitschaufeln 8 anliegen.
Die Trommel mit einem zylindrischen oder leicht konisch
zulaufenden Abschnitt besteht in der aus Fig. 2 ersicht
lichen Weise aus Zonen A zur Halterung der Laufschaufeln 7
des Verdichters in der jeweiligen Verdichterstufe und aus
Zonen B zur Aufnahme der Spannungen, welche insbesondere
durch Zentrifugalkräfte auf die Laufschaufeln 7 und auf die
Trommel aufgebracht werden.
Der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Aufbau ist sche
matisiert. Weitere gegenüber den vier Grundelementen der
vorstehend erläuterten Konstruktion zusätzliche Ergänzungs-
oder Füllteile werden weiter unten noch erläutert. Das
wichtigste Teil ist ein Formstück 10, welches auf der Außen
seite der Trommel erscheint und Nuten aufweist, in denen
die Bandagierungsringe 5 gewickelt oder aufgezogen wer
den.
In Fig. 4 ist eine erste Ausführungsform eines Formstückes
10 in einer an der Außenseite zylindrischen, demontierbaren
Form 11 veranschaulicht, die durch Halbkokillen gebildet
ist. Die Ausbildung der Innenfläche der Form 11 reproduziert
als Relief durch Stege 12 Nuten 13 (vgl. auch Fig. 7)
zur Aufnahme der Bandagierungsringe 5.
Das Formstück 10 wird durch Zusammenfügung von in einer
Presse vorgeformten Elementen erzeugt, die aus bearbeite
tem Material ausgehend von einer Vormischung von Glasfasern
mit einer Länge von 6 bis 15 mm bestehen, welche mit einer
organischen Matrix imprägniert sind.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, gibt die Innenfläche 14
des Formstückes 10 negativ das Relief der gewellten Außenhaut
1 wieder.
Die Zusammenfügung dieser Elemente erfolgt durch Klebung,
wobei darauf geachtet wird, daß keine Klebeanordnung oder
Klebefläche die zukünftigen Lagerstellen für die Laufschau
feln 7 kreuzt.
Um die Klebung zu erleichtern, werden die einzelnen Elemente
des Formstückes 10 in die Form 11 eingesetzt.
In Fig. 5 ist beispielshaft eine Ausführungsform des Form
stückes 10 aus Glasfaserschichtstoff oder Fiberglas ver
anschaulicht. In diesem Fall werden auf die Innenfläche
der Form 11 nacheinander unter Berücksichtigung der aus
Fig. 5 ersichtlichen Überlappungen Schichten von Glasge
webe 15 aus imprägnierten Glasfasern aufgebracht. Diese
Beschichtung oder Bemantelung der Form mit einer im we
sentlichen gleichförmigen Dicke wird in einem Autoklaven ausge
formt.
Anschließend wird zur Erzeugung einer Form, bei der die
Innenfläche im Negativ das Relief der gewellten Außenhaut
wiedergibt, zur Vervollständigung eine Auffüllung der
Hohlräume 16 durch ein Kunstharz vorgenommen, welches mit
hohlen Glas-Sphärulen oder Glasgewebebändern oder anderen
imprägnierten Fasern mit hohem Modul oder hoher Schüttung
bedeckt oder gefüllt ist.
Nach der Polymerisation des Formstückes 10 im Autoklaven
erfolgt die Bearbeitung zur Erzeugung des Profiles der
gewellten Außenhaut.
Dann erfolgt die Anbringung der Außenhaut 1 (vgl. Fig. 6)
auf das Formstück 10. Auf die Innenfläche des Formstückes
10 werden Schichten aus Vlies oder Gewebe aus Kohlenstoff
fasern aufgebracht, wobei die Mehrheit der Fasern gemäß
dem Winkel +α (vgl. Fig. 1) ausgerichtet ist, also parallel
zur Achse der Schaufelfüße ausgerichtet ist, um Druckab
stützungen beiderseits der Bandagierungsringe 5 zu erhalten.
Die Schichten aus orientierten Fasern bestehen aus Faser
geweben mit in einer Richtung laufenden Fasern oder aus
Faservliesen mit parallelen Fasern, wobei in beiden
Fällen eine Imprägnierung erfolgt. Es ist darauf hinzu
weisen, daß die Ausrichtung der Fasern im Winkel +a
eine bevorzugte Ausrichtung ist, daß jedoch bestimmte
Schichten auch in einem unterschiedlichen Winkel ausgerich
tet sein können. Solche Faserschichten dienen beispiels
weise zur Abdeckung oder Auskleidung der Innenfläche des
Formstückes 10 (vgl. Fig. 6).
Die aus der Form 11, dem Formstück 10 und der Außenhaut 1
gebildete Baueinheit wird in einen Autoklaven eingesetzt,
um eine wenigstens weitgehende Polymerisation der Außen
haut 1 zu erzielen.
Nachfolgend wird die Seele oder Einlage 3 geschaffen, die
in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise auf der Außenhaut 1
aufliegt.
Nach einer Ausführungsform wird hierzu Material
verwendet, welches ausgehend von einer Vormischung aus
Glasfasern mit einer Länge von 6 bis 15 mm, die mit einer
organischen Matrix imprägniert sind, bearbeitet ist. Dieses
Material wird zunächst in einer Presse in Elementen gemäß
der Einlage 3 in Fig. 1 vorgeformt. Diese Elemente werden
anschließend zusammengefügt und durch Klebung auf der Außen
haut 1 verbunden. Diese Klebung erfolgt gleichzeitig mit
der Polymerisation der Außenhaut 1 im Autoklaven.
Nach einer anderen Ausführungsform wird die Einlage 3 durch
Schichtung von Glasgewebelagen oder Mischgewebelagen aus
imprägnierten Glas- und Kohlenstoffasern erhalten, wobei
eine Druckbeaufschlagung und Polymerisation im Autoklaven
erfolgt. Um eine gut zylindrische Innenoberfläche zu er
zielen, wird anschließend die durch Bearbeitung erhaltene
Form verwendet.
Im nächsten Arbeitsgang wird die Innenhaut 2 (vgl. Fig. 6)
auf die Innenfläche der Einlage 3 aufgebracht. Dieser Ar
beitsgang wird genauso ausgeführt wie derjenige zur Auf
bringung der Außenhaut 1 auf das Formstück (Formung im
Autoklaven).
Für eine bessere Steifheit gleichzeitig gegenüber den Druck
spannungen, die eine Verkürzung herbeizuführen suchen,
und andere Spannungen, insbesondere gegen Torsionsspan
nungen infolge des Antriebsmomentes des Motors und der
Spannungen infolge von Biegungen der Laufschaufeln bei
der Beschleunigung oder Verzögerung, werden die Faser
schichten in zwei Winkeln, nämlich +α und -α, ausge
richtet (vgl. Fig. 1).
Anschließend wird die Innenfläche der Trommel auf genaue
Passung bearbeitet.
Nachdem erforderlichenfalls eine Endbearbeitung des Profils
der Nuten 13 vorgenommen worden ist, werden mit einem
organischen Kunstharz imprägnierte Borfasern 18 in den
Nuten 13 aufgewickelt und polymerisiert.
Diese an sich bekannten Fasern bestehen aus im allgemeinen
metallischen Fäden, die mit einer Ablagerung oder einem
Mantel aus Bor, Bornitrid oder Borkarbid oder mit Bor
überzogen sind, welches durch eine dünne Schicht aus Silizium
karbid geschützt ist.
Die Auffüllung der Nuten wird durch eine Aufwicklung von
Glasfasern 19 beendet, die mit Kunstharz imprägniert sind,
oder es werden nach einer abgewandelten Ausführungsform
die kleinen Scheiben 9 gemäß Fig. 3 in Lage gebracht.
Nach der Polymerisation bildet die Glasfaserwicklung
eine Art abschleifbares Material, auf dem die festen Leit
schaufeln reiben können, ohne beschädigt zu werden.
Nach der Demontage eines Dornes 17 werden spanend die Steck
buchsen 6 gefertigt, die zur Aufnahme der Laufschaufeln 7
dienen, welche senkrecht zur Oberfläche der Trommel von
der Trommelinnenseite her eingesteckt werden.
Anschließend wird in der Stirnfläche der Trommel ein Konus
20 aus einer Titanlegierung eingesteckt und angeklebt, der
eine Verbindung zwischen der Trommel und der nicht näher
dargestellten Antriebswelle bildet.
Wenn die Laufschaufeln eingesetzt sind, so wird in die
Trommel eine Arretierungshülse 21 gesteckt, welche an
ihrer Vorderseite einen Flansch 22 aus Titan aufweist,
der am Abschnitt 23 des Konus 20 durch Schrauben befestigt
werden kann.
An der Rückseite der Hülse 21 ist ein Flansch 24 aus Titan
vorgesehen, der zur Befestigung von Ausgleichsgewichten
zur Beseitigung von Unwuchten dienen kann.
Die Hülse 21 kann durch einen einfachen Zylinder gebildet
sein, der aus Glasfasern gewickelt oder mit Glasfasern um
wickelt ist.
Die Hülse 21 dient grundsätzlich zur Halterung der Lauf
schaufeln in ihren Steckbuchsen und hat keinen weiteren
baulichen Einfluß auf die Mechanik der Trommel.
Nach der Ausführungsform gemäß den Fig. 9 bis 15 wird
eine Verbesserung bei der Herstellung der Trommel erreicht,
wobei die Aufbringung der die Polymerisation der Bandagierungs
ringe unter gleichzeitiger Druckvorspannung der Trommel er
folgen.
Eine solche Druckvorspannung der Trommel gestattet eine
Verkleinerung der bei der Drehung in die Trommel einge
leiteten Zugspannungen und eine Erhöhung der Drehzahl
vor einem Auftreten von Rissen und ermöglicht eine
Begrenzung der Eindringung von Feuchtigkeit und/oder Sauer
stoff, die schädlich für die Werkstoffe des Läufers sein
könnten.
In den Fig. 9 und 10 ist eine Trommel 25 veranschaulicht,
wie sie weiter oben bereits erläutert ist, und die aus der
Außenhaut und der Innenhaut mit der dazwischenliegenden
Einlage besteht, wobei die Außenhaut Wellungen 25 a auf
weist, welche Nuten 26, 26 a begrenzen, die zur Aufnahme der
Bandagierungsringe aus Borfasern dienen.
Die Trommel 25 wird mittels eines Preß- oder Druckringes
27 aus einer Aluminiumlegierung einer Druckvorspannung
unterzogen.
Ein solcher Druckring 27, dessen Innendurchmesser d kleiner
ist als der Außendurchmesser D der Trommel, wird erwärmt
über jede Zone 25 a, die einem Scheitelbereich der Wellungen
der Außenhaut entspricht, an der Außenseite der Trommel
aufgezogen. Nach Abkühlung des Druckringes 27 auf die Um
gebungstemperatur ist die Trommel daher einer radialen
Druckvorspannung ausgesetzt, wie dies aus dem Vergleich
der Fig. 9 und 10 ohne weiteres ersichtlich ist.
Anschließend wird die mit dem Druckring 27 versehene Trom
mel 25 auf einen Dorn 28 aufgesetzt und in Drehung versetzt,
um die Aufwicklung der Borfasern zu ermöglichen, welche in
den Nuten 26, 26 a die Bandagierungsringe 29, 29 a bilden
(vgl. Fig. 11).
Auf dem ersten Ring 27 ist spielfrei ein zweiter Ring 30
aus Invar aufgesetzt, also aus einer Eisenlegierung mit
38% Nickel (vgl. Fig. 12). Dieser zweite Ring 30 dient
zur Blockierung der Verformung, wie dies weiter unten noch
näher erläutert wird.
Das Verhältnis der Querschnitte der Ringe 27 und 30 ist
derart berechnet, daß die Wärmeausdehnung der aus beiden
Ringen gebildeten Baueinheit im Bereich der Temperatur,
innerhalb der die Polymerisation des Imprägnierungsharzes
für die Fasern der Bandagierungsringe 29, 29 a erfolgt,
im wesentlichen gleich ist der Wärmedehnung der Fasern,
welche die Bandagierungsringe bilden.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierungen für die
Ringe 27 und 30 ist derart gewählt, daß der Wärmeausdeh
nungskoeffizient der Fasern zwischen den beiden Koeffizien
ten für die Ringe liegt. Um einen Anhaltspunkt für die
Größenordnungen zu geben, können die Wärmeausdehnungs
koeffizienten für die Fasern, den Ring 27 und den Ring 30
beispielsweise bei 6 × 10-6, 22 × 10-6 bzw. 3,5 × 10-6,
jeweils pro °C, liegen.
Sodann kann die Polymerisation des die Fasern der Banda
gierungsringe imprägnierenden Kunstharzes erfolgen, wobei
die Ringe 27 und 30 aufgeschrumpft bleiben. Wenn diese Poly
merisation beendet ist, werden die Ringe 27 und 30 abgenom
men.
In den Fig. 13 bis 15 sind beispielhaft Ringanordnungen
veranschaulicht, die jeweils der Erzeugung einer Druck
vorspannung und einer Blockierung der Verformung dienen,
wobei wenigstens eine Anlagefläche konisch ausge
bildet ist, um die spielfreie Anordnung und Abnahme des
Ringes zur Blockierung einer Verformung zu erleichtern.
Im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 13, die derjenigen
gemäß Fig. 12 ähnlich ist, weisen die Ringe 27 und 30
konische Anlageflächen 31 und 32 auf, die derart mitein
ander zusammenwirken, daß eine Aufbringung des Ringes 30
aus Invar auf dem Druckring 27 in Richtung des Pfeiles
F erleichtert ist.
Im Falle der Fig. 14, welche einen Schnitt durch eine
Trommel mit einer Mehrzahl von Wellungszonen der Außen
haut und einer Mehrzahl von Bandagierungsringen zeigt,
sind Paare von Ringen 27 und 30 vorgesehen, die wie im Falle
der Fig. 13, mit zusammenwirkenden konischen Anlage
flächen versehen sind. Dabei ist eine zunehmende Formbear
beitung oder Deformierung des Profils der Ringe 27 in Rich
tung auf zunehmende Durchmesser hin veranschaulicht, damit
das Verhältnis der Querschnitte der Ringe jedes Paares
ein demjenigen der Fasern der
Bandagierungsringe im wesentlichen gleiches Wärmeverhalten
ergibt. Bei dieser Ausführungsform wird als erstes zunächst
der Ring 27 mit dem größten Außendurchmesser erwärmt auf
die Trommel aufgeschoben, wonach für jede Wellungszone 25 a
die anderen Ringe 27 in der Reihenfolge der abnehmenden
Durchmesser aufgesetzt werden. Wie weiterhin ersichtlich
ist, ist bei dieser Ausführungsform der größte Außendurch
messer der Druckringe 27 in ihrer Aufeinanderfolge kleiner
gewählt als der kleinste Innendurchmesser des dem voran
gehenden Paar angehörenden Rings 30 zur Blockierung der
Verformung, derart, daß nacheinander gemäß den eingezeich
neten Pfeilen die Ringe 30 auf die Ringe 27 aufgesetzt
werden können.
In Fig. 15 ist eine abgewandelte Ausführungsform veran
schaulicht, die dann anwendbar ist, wenn die Trommel nur
eine einzige Wellungszone aufweist, und bei der der Ring
27 eine keilförmig doppelkonische Außenfläche 31 a, 31 b
aufweist. Vor der Polymerisation des die Fasern des Ban
dagierungsrings imprägnierenden Kunstharzes werden zwei
Ringe 30 a und 30 b aus Invar spielfrei auf den Ring 27
an diesen einander gegenüber liegenden konischen Anlage
flächen angesetzt. Jeder der Ringe 30 a und 30 b hat eine
entsprechende konische Anlagefläche 32 a, 32 b, die mit
der zugeordneten konischen Anlagefläche 31 a bzw. 31 b zusam
menarbeitet, sowie je eine Schulter 33 a, 33 b.
Bei der Abkühlung im Anschluß an die Polymerisation stellt
sich bei einer solchen Trommel ein Gleichgewicht der Span
nungen zwischen der Trommel 25 und den Fasern der Bandagie
rungsringe 29 ein. Die Druckvorspannung der Trommel hat
die Wirkung, daß die Fasern der Bandagierungsringe 29 gering
fügig auf Zug belastet werden.
Obwohl diese Spannungen sehr weit von der Bruchspannung
entfernt sind, gestattet die axiale Symmetrie der Trommel
so eine homogene Verteilung der Belastung. Um einen An
haltspunkt über die Größenordnung zu geben, sei angenommen,
daß bei der Druckvorspannung der Trommel eine Verminderung
des Trommeldurchmessers in der Größenordnung von 0,2%
auftritt. Bei der Nenndrehzahl der Trommel in Betrieb
tritt ein Abbau der auf die Trommel aufgebrachten Vorspan
nung unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte auf, bis
ein Gleichgewicht zwischen den Spannungen in den Fasern
und in der Trommel erreicht ist. Selbst jedoch bei der
Nenndrehzahl bleibt die Trommel dennoch geringfügig auf
Druck vorgespannt, was sich vorteilhaft in bezug auf die
Spannungsspitzen im Bereich der Lagerfüße der Laufschaufeln
aufwirkt, wobei zu beachten ist, daß ein Verbundmaterial
nicht Zugkräften quer zur Ausrichtung der Fasern ausge
setzt werden soll.
Beispielsweise kann auch eine
Trommel in konischer Form hergestellt werden.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung einer Trommel für Verdichterläufer aus
Verbundmaterial mit Lagerungen zur Aufnahme der Laufschaufeln, bei
der der Trommelmantel im wesentlichen aus einer Außenhaut (1) und
einer Innenhaut (2) besteht und Bandagierungs- oder Spannringe (5)
aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Formstück (10) an die Innenfläche einer zylindrischen Form
(11) angepaßt wird, so daß seine Außenfläche Nuten zur Aufnahme
der Bandagierungsringe (15) aufweist, derart, daß das Formstück (10)
eine gewellte Außenfläche besitzt, und daß das Formstück (10) die
Außenhaut (1), eine zwischen Außenhaut (1) und Innenhaut (2) vor
gesehene Einlage (3) und die Innenhaut (2) in dieser Reihenfolge
aufnimmt, wonach die so gebildete Baueinheit entformt und auf
einen Wickeldorn (17) aufgesetzt wird, um die Bandagierungsringe
(5) aufzubringen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formstück (10) durch Zusammenfügung von in einer Presse
vorgeformten Elementen gebildet wird, die aus einem Material be
stehen, welches ausgehend von einem Vorgemisch aus Glasfasern in
einer Länge von 6 bis 15 mm, die mit einer organischen Matrix im
prägniert sind, bearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formstück (10) schichtweise aufgebaut wird, wobei auf die
Innenfläche der Form (11) Schichten aus mit Kunstharz imprägniertem
Glasfasergewebe zur Bildung einer Ummantelung oder Beschichtung mit
im wesentlichen konstanter Dicke aufgebracht werden, deren Hohl
räume durch Kunstharz ausgefüllt werden, welches eine Einbettung
oder eine Beschichtung aus hohlen Glas-Sphärulen oder imprägniertem
Gewebe aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern der Außenhaut (1) parallel zur Achse
des Fußes der Laufschaufel (7) in einem Winkel α
ausgerichtet sind, welcher gleich ist dem Winkel, der
zwischen der Achse des Fußes der Laufschaufeln (7)
und der Achse der Trommel gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aufeinanderfolgenden Faserschichten der
Innenhaut (2) einander kreuzen, wobei die Fasern
in einem Winkel ± a ausgerichtet sind, welcher gleich
ist dem Winkel, der zwischen der Achse des Fußes der
Laufschaufeln (7) und der Achse der Trommel gebildet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlage (3) aus Elementen besteht, welche
ausgehend von einem Vorgemisch von Glasfasern mit
einer Länge von 6 bis 15 mm, die durch eine organische
Matrix imprägniert sind, gebildet sind, wobei die
Elemente vorab in einer Presse erzeugt und an
schließend gleichzeitig mit der Polymerisation der
Außenhaut (1) durch Klebung miteinander verbunden
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der vorderen Stirnfläche der Trommel ein Ver
bindungskonus (20) zur Antriebswelle gelagert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Einführung der Laufschaufeln (7) in die
in die Trommel eingearbeiteten Lagerungen eine
Blockierungshülse (21) für die Laufschaufeln (7)
eingeführt wird, welche einem am vorderen Konus
befestigten Flansch (22) trägt und an ihrer Rück
seite einen in die Trommel eingesteckten Flansch
(24) erhält.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anbringung und die Polymerisation der Ban
dagierungsringe (5) unter gleichzeitiger Aufbringung
einer Druckvorspannung auf die Trommel erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf jede einem Scheitelbereich der Wellungen der
Außenhaut (1) der Trommel entsprechende Zone ein
Druckring (27) aufgebracht wird, daß nach der Montage
der Trommel (25) auf dem Wickeldorn (28) die Auf
wicklung der die Bandagierungsringe (29, 29 a) bilden
den Fasern erfolgt, daß anschließend ein Ring (30)
zur Blockierung einer Deformation auf jeden Druck
ring (27) aufgesetzt wird und die so gebildete Bau
einheit einer Polymerisation des zur Imprägnierung
der Fasern der Bandagierungsringe (5) dienenden
Kunstharze unterzogen wird, wobei nach Abschluß der
Polymerisation die Ringe demontiert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckring (27) aus einer Legierung herge
stellt wird, deren Wärmedehnungskoeffizient größer
als 12 × 10-6/°C ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckring (27), dessen Innendurchmesser
kleiner ist als der Außendurchmesser der Trommel (25),
warm auf die Trommel (25) aufgeschoben wird, welche
sich auf Umgebungstemperatur befindet.
13. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ring (30) zur Blockierung der Verformung
aus einer Legierung besteht, deren Wärmeausdehnungs
koeffizient unterhalb von 10 × 10-6/°C liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Querschnittsverhältnis jedes Ringpaares aus
einem Druckring (27) und einem Ring (30) zur Block
ierung von Verformung derart berechnet ist, daß
der Gesamt-Wärmeausdehnungskoeffizient des Paares
im wesentlichen gleich ist dem Wärmeausdehnungs
koeffizienten der die Bandagierungringe (29, 29 a)
bildenden Fasern.
15. Nach einem der Ansprüche 9 bis 14 hergestellte
Trommel,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trommel (25) eine Druckvorspannung auf
weist und daß die Bandagierungsringe (29, 29 a) auf Zug
vorgespannt sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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