DE2915292A1 - Befestigung eines rotors auf einer welle - Google Patents

Description

• "Sefestigung eines Rotors auf einer "Welle"
• Die Prfindung beieht sich auf die Befestigung eines Rotors aus keramischem Werkstoff auf einer metallischen Welle durch zwei koaxiale Scheiben, zwischen denen der Rotor im Bereich seiner an die Bohrung angrenzenden Seitenteile eingespannt ist.
• flin bekannter derartig befestigter Rotor (DE-OS 25 42 45) besteht aus einzelnen mit Tragschultern versehenen Segmenten eines Turbinalafrades, die zwischen Befestigungsscheiben eingespannt sind, die mit Tragbünden die Tragschultern jeweils unter Zwischenschaltung eines verfirmbaren Ring es an ihrem Umfang umfassen. Derart gestaltete Befestigungsscheiben haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig schwer sind. Da das Drehmoment bei der bekannten Ausführung vom Laufrad auf die Welle durch Reibung übertragen wird, sind hohe Anpreßkräfte notwendig, die neben einer kräftigen Dimensionnierung der Befestigungsteile audi eiiie solche der Welle erfordern. Die damit verbundene erhöhte Massenträgheit beeinträchtig rasche Drehzahläderungen der Turbine, wie sie besonders beim Betrieb in Kraftfahrzeugen erwünscht sind.
• Der Irfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und eine gut zentrierendc Befestigung eines Rotors aus keramischem Werkstoff auf einer metallischen Welle zu schaffen, die sich durch eine leichte Bauweise auszeichnet.
• Dies geschieht erfindungsgemäß durch sternformige Scheiben, die Jeweils aus einer Mabe und aus radial ange-rdneten Armen bestehen, die an der im Bereich der Scheibe im wesentlichen als flacher Kegelmantel ausgebildeten Seitenfläche des Rotors federnd anliegen, wobei mindestens eine Scheibe formschlüssig mit dem Rotor verbunden ist. Dadurch ergeben sich leichte Befestigungsscheiben, die gut zentrierend am Rotor anliegen. Durch die formschliissige Verlindung,des Rotors mit einer Befestigungsscheibe wird das Drehmoment auch bei geringen Einspannkräften, die weitere Gewichtseinsparungen erlauben, zuverleissig übertragen. Die durch diese Befestigung erzielte leichte Bauweise ermöglicht rasche Drehzahländerungen des Rotors.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 ein auf einer Welle befestigtes Turbinenlaufrad, teils in der Aisicht, teils im Leingsmittclschnitt, Fig. 2 die Ansicht der Sitrnseite einer Befestigungsscheibe in größerem Maßstab, Fig. 3 einen Schnitt durch diese Befestigungsscheibe nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Langsmittclschnitt durch ein weiteres auf einer Welle befestigt es Turbinenrad und Fig. 5 die Abwicklung eines zylindrischen Schnittes durch dieses Turbinenrad nach der Linie V-V der Fig. 4 in größerem tIaßstab.
• Das in FiS. 1 gezeigte Laufrad 11 einer Gasturbine für Kraftfahrzeuge besteht aus einem mit einer Bohrung 12 versehenen Radl;örper 13 und aus Schaufeln 14. Es ist einstückig aus einem druckfesten keramischen Werkstoff, beispielsweise aus Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid, hergestellt. Das Laufrad 11 ist auf einer Welle 15 aus Stahl befestigt, die in einem nicht dargestellten Turbinengehäuse gelagert ist.
• Zur Befestigung des Laufrades 11 ist dieses zwischen zwei Befestigungsscheiben 1G und 17 eingespannt, die koaxial auf einem Ansatz 18 der l.elle 15 gelagert sind. Eine abgestufte Zentralbohrung 19 nimmt eine mit einem Bund 20 versehene Dehnschraube 21 auf, deren nicht dargestelltes Ende mit der Welle 15 verschraubt ist und deren anderes, aus der stelle 15 herausragendes Ende einen Vierlcant 22 und ein Außengewinde 23 aufweist. Auf das Außengewinde 23 ist eine Spannmutter 24 aufgeschraubt, mit der im Zusammenwirken mit der Drehnschraube 21 die Spannkraft aufgebracht wird, mit der das Laufrad 11 zwischen den beiden Befestigungsscheiben 16 und 17 eingespannt ist. Dabei stützt sich die Befestigungsscheibe 17 an einem Bund 23 der stelle 15 ab. Zwischen der Spanninutter 24 und der Befestigungsscheibe 16 ist eine Zwischenscheibe 26 angeordnet, die wie die beiden Befestigungsscheiben i6 und 17 auf dem Ansatz 18 der Welle 15 zentriert ist.
• Die Seiten 27 und 28 des Radkörpers 13 haben von der Bohrung 12 aus bis in den Bereich des obergangs 29 zu den Schaufeln 14 die Gestalt eines flachen Kegelmantels. Die Befestigungsscheibe 16 besteht aus einer Nabe 30, von der radiale Arme 31 ausgehen, die sich etwa bis zum mittleren Radius des Radkörpers 13 erstrecken und die federnd an dessen Seite 27 anliegen. lu ahnlicher Weise besteht die Befestigungsscheibe i7 aus einer Nabe 32 und federnd am Radkörper 13 anliegenden radialen Armen 33. Zur leichteren Anpassung sind die Arme 31 und 33 jeweils durch einen radialen Schlitz 34 geteilt.
• Durch die federnde rinspannung kann die größere Warmedehnung der Metallteile gegenüber dem keramischen Laufrad 11 ausgegleichen werden, ohne daß dadurch dessen Befestigung gelockert wird. Dabei wird das Laufrad 11 bei allen Betriebszuständen nur auf Druck beansprucht. Durch die kegeligen Formen des Radkörpers 13 und die entsprechende Gestalt der Arme 31 und 33 wird das Laufrad 11 zwischen den beiden Befestigungsscheiben 16 und 17 genau zentriert, so daß sich keine Unwucht ausbilden kann.
• Die geteilten Arme 33 der Befestigungsscheibe 17 sind im Bereich ihrer Teilungsebene jeweils mit einer im Querschnitt trapezförmigen Nut 35 versehen. Entsprechend weist die Seite 28 des Radkörpers 13 radiale, im Querschnitt trapezförmige Zähne 36 auf, die in die Nuten 35 greifen und damit eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Laufrad 11 und der Befestigungsscheibe 17 herstellen.
• An die Nabe 32 der Befestigungsscheibe 17 schließt sich einstückig ein Flansch 37 an, der mit einer Stirnverzahnung 38 versehen ist, die in eine entsprechende Stirnverzahnung 39 an dem flanschartig erweiterten Bund 25 der Welle 15 angeordnet ist. Das Drehmoment des Laufrades 11 der Turbine kann auf diese Weise über eie Befestigungsscheibe 17 auf die Welle 15 übertragen werden, ohne daß von der Spanmutter 24 ein besonders hoher Einspanndruck aufgebracht werden muß.
• Das in Figur 4 dargestellte Laufrad 40 ist durch Zähne 41 mit beiden Befestigungsscheiben 42 und 43 verzahnt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßigere Einspannung des Laufrades 40.
• Bunde 44 am Laufrad 40 und ein rohrförmiger Ansatz 45 an einer Zwischenscheibe 46 dienen der Zentrierung dieser Bauteile.
• Die im Querschnitt trapezförmigen Zähne 41 des Laufrades 40 greifen, wie Fig. 5 erkennen lbißt, in entsprechend geformte Nuten 47 in Armen 48 der sternförmigen Befestigungsscheiben 42 und 43. Unter dem Druck der Spannmutter 49 ergibt diese Ausführung stets eine gute Anlage der Befestigungsscheiben 42 und 43 am Laufrad 80. Daneben sind im Rahmen der Brfindung noch andere Zahnformen oder formschlüssige Verbindungen zwischen den Befestigungsscheiben und einem Rotor möglich. So kann beispielsweise auch eine mit Schlitzen versehene federnde Blechscheibe als Befestigungsscheibe verwendet werden, die mit einer radialen Wellung in eine entsprechende Wellung am Rotor formschlüssig eingreift. Die erfindungsgemäßen Befestigungsscheiben zeichnen sich durch eine leichte Bauweise aus, die rasche Drehzahländerungen des Laufrades ermöglicht.

Claims (4)

1. "Befestigung eines Rotors auf einer Welle" A n s p r ü c h e , l. Befestigung eines Rotors aus lveramischem Wekstoff auf einer metallischen Welle durch zwei koaxiale4 Scheiben, zwischen denen der Rotor im Bereich seiner an die Bohrung angrenzenden Seitenteile eingespannt ist, gekennzeichnet durch sternförmige Scheiben (16, 17), die jeweils aus einer Nabe (30, 32) und aus radial angeordneten Armen (31, 33) bestehen, die an der im Bereich der Scheibe (16, 17) im wesentlichen als flacher Kegelmantel aussebildeten Seitenfläche (27, 28) des Rotors (ii) federnd anliegen , wobei mindestens eine Scheibe (17) formschlüssig mit dem Rotor (11) verbunden ist.
2. 2. Befestigung na4l Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (17) mit dem Rotor (il) durch eine Verzahnung (3-, 36) verbunden ist.
3. 3. Befestigung nach Anspruch 1 ider Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (17) mit der Weile (15) durch eine an einem Flansch (37) angeordnete Stirnverzahnung (38) verbunden ist.
4. 4. Befestigung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit einer Spannmutter, mit der der Rotor zwischen die Scheiben eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dehnschraube (21), die in einer Zentralbohrung (19) der Welle (15) untergebracht und mit dieser verschraubt ist, und die an ihrem aus der Bohrung rangenden Endc ein Gewinde (23) aufweist, auf das die Spannmutter (24) aufgeschraubt ist.