DE2930257B2 - Verfahren zum Herstellen der Tragscheibe eines Kreisel-Gebläselaufrades - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Tragscheibe eines Kreisel-Gebläselaufrades, bestehend aus einem Zentralteil und einem mit diesem verschweißten in radialer Richtung betrachtet äußeren Teil, dessen Werkstoffdicke geringer als die des Zentralteils ist. Ein Kreisel-Gebläselaufrad umfaßt eine Front- und eine Rückscheibe, die beide aus Blechteilen gebildet werden. Bei umlaufenden Blechscheiben nehmen die Spannungen zum Zentrum hin zu. Bei den Spannungen handelt es sich um Zugspannungen. Die Herstellung einer gleichmäßig festen Scheibe durch Verringerung der Werkstoffdicke zur Peripherie hin ist eine bereits bekannte Lösung. Auch der Bau von Kreisel-Gebläselaufrädern als Schweißkonstruktion repräsentiert eine allgemein bekannte Technik; desgleichen das Vorspannen von Konstruktionen im Bauwesen und im Maschinenbau, darunter das Vorspannen durch Schweißen. Bekannt ist ferner, daß in den einzelnen Teilen des Laufrades unterschiedlicher Spannungszustand herrscht, der, bedingt durch die aerodynamische Formgebung, durch Änderung der WerkstofFdicke nicht vollständig ausgeglichen werden kann. Das Vorspannen der Konstruktion stellt dabei das einzig brauchbare Verfahren dar, die Spannungsspitzen zu reduzieren. In dieser Richtung wurden dann auch bereits zahlreiche Versuche unternommen. Bei einer solchen Konstruktion ist die Frontscheibe über vorgespannte Stäbe an die Nabe gebunden. Allgemein ist zu allen diesen Konstruktionsversuchen festzustellen, daß sie zusätzliche Bauteile erfordern, die mit Mehrkosten verbunden sind, daß sie die Einsatzmöglichkeiten einschränken und daß sie die Leistungswerte des Gebläses beeinträchtigen. Im vorbeschriebenen Falle verursachen die Zugstäbe verstärkte Laufgeräusche des Gebläses und verschlechtern seinen Wirkungsgrad. Dabei ist die auf diese Weise erzielte Verringerung der Spannungsspitzen von recht bescheidener Größenordnung.

Ferner ist ein Verfahren (DE-AS 11 00 223) bekannt bei dem ein ringförmiger Außenkreis mit einem Innenteil zusammengeschweißt wird. Das Erzeugen einer Vorspannung setzt voraus, daß der Außenkreis auf einer höheren Temperatur gehalten wird als der Innenkreis. Dieses bekannte Verfahren führt in der Praxis zu einem sehr unbestimmten Spannungszustand, da sich die Leitung der Wärme von dem Außenkreis die ganze Zeit, in der die ringförmige Fuge verschweißt wird, ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch

Schweißung ein Kreisel-Gebläselaufrad herzustellen, so daß im fertigen Rad ein beherrschter Vorspannungszustand herrscht, dessen Richtung die entgegengesetzte hinsichtlich des beim Rotieren des Laufrades aufgrund s der Zentrifugalkraft entstehenden Spannungszustandes und der so aufgeteilt ist, daß er möglichst effektiv die aufgrund der unsymmetrischen Konstruktion des Laufrades entstehenden Spannungsspitzen aufhebt Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

ίο gelöst, daß der besagte äußere Teil von peripher an das Zentralteil angeschweißten Kreisringsegmenten gebildet wird, die zunächst an das Zentralteil angeschweißt und danach radial miteinander verschweißt worden sind, so daß in den Kreisringsegmenten Zugspannung und im

Zentralteil Druckspannung herrscht

Auf diese Weise kann ein Laufrad hergestellt werden, mit dem eine bedeutend, größere Kreisgeschwindigkeit und ein bedeutend größerer Druck erzielt werden kann, als mit Laufrädern, die nach der allgemein bekannten Herstellungstechnik hergestellt sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Unterschied zu den bekannten das äußere Teil aus Ringsegmenten zusammengesetzt und die Vorspannung wird dadurch erreicht, daß die Segmente miteinander verschweißt werden.

Hierdurch werden die nachstehenden Vorteile erreicht: Es wird keine separate Anlage zum Aufrechterhalten

der Temperaturdifferenz zwischen dem Außen- und dem Innentdl benötigt Besonders beim Herstellen von großen Rädern mit einem Durchmesser von vielen Metern, erfordert die Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz eine sehr teuere und schwierig zu handhabende Anlage.

Ferner wird ein genau beherrschter Spannungszustand erreicht Man kann die Größe der Vorspannung

einfach durch Ändern der Anzahl der Schweißfugen regeln. Gegebenenfalls kann zum Beispiel in der Vorder- und der Hinterscheibe leicht eine unterschiedliche Vorspannung erzeugt werden, was wegen der Unsymmetrie des Laufrades in der Praxis häufig notwendig ist. Das Endergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Außenkreis eine starke Zugspannung herrscht, der Mittelteil beinahe spannungslos ist und im Innenteil eine starke Druckspannung herrscht.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden an sich bekannte Techniken auf eine neue, eigenständige Weise miteinander kombiniert. Durch Unterteilung des peripheren Teils (Teile) in Segmente erzielt man vier wesentliche Vorteile:

1. Es ist dann die Möglichkeit eines Vorspannens der Konstruktion ohne Beeinflussung der Leistungswerte des Gebläses gegeben. 2. Das Vorspannen läßt sich ohne Erhöhung der Herstellungskosten durchführen. Es sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich, und auch die Schweißkosten halten sich in angemessenen Grenzen, da vor allem größere Laufräder sowieso meistens aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden müssen. Auch wird durch die Unterteilung in Segmente der Verlust an Werkstoffen derart reduziert, daß die Gesamtkosten, vor allem wenn teurere Werkstoffe als normaler Stahl zum Einsatz kommen, sogar sinken.

3. Als Folge der Vorspannung des Laufrades ergibt sich nebenbei auch eine Gewichtsverringerung des Außenteils der Front- und der Rückscheibe. Diese für ihre Vorteilhaftigkeit bekannte Konstruktion

konnte bisher bei Gebläsen wegen der hohen Fertigungskosten nicht allgemein zur Anwendung gebracht werden.

4. Das Vorspannen läßt sich im Rahmen des normalen Herstellungsprozesses ohne besondere Werkzeuge, Meßvorrichtungen und dergleichen bewerkstelligen. Das Verfahren ist fertigungstechnisch außerordentlich sicher. Ein Mißglücken zum Beispiel infolge von Meßfehlern ist ausgeschlossen. Auch besteht nicht die Gefahr eines plötzlichen Freiset- to zens der Vorspannung zum Beispiel infolge Nachgebens von Spanngliedern.

Indem man die peripheren Teile der Scheibe aus Kreisringsegmenten zusammensetzt, die zunächst ans is Zentralteil an- und danach radial miteinander verschweißt werden, erzielt man in den Kreisringsegmenter Zugspannung und im Zentralteil Druckspannung. Durch passende Wahl der Anzahl der Verbindungsstellen (Nähte) und der Materialstärken vermag man unter Anwendung herkömmlicher Schweißtechnik Laufräder zu bauen, die im Betriebszustand an ihrer Front- und Rückscheibe überall konstante Spannung aufweisen. Auf diese Weise erzielt man beträchtlich größere Umfangsgeschwindigkeiten und Drücke als mit nicht vorgespannten Laufrädern.

Im folgenden soll eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung veranschaulicht werden, wobei jedoch die Erfindung in keiner Weise auf diese Ausführungsform beschränkt ist

Fig. 1 der Zeichnung zeigt die Laufrad-Rückscheibe im Gmndriß,

Fig.2 die gleiche Scheibe im Schnitt seitlich betrachtet,

Fig.3 zeigt den bei der Herstellung eines bereits bekannten Laufrad-Außenringes anfallenden Materialverschnitt, und

F i g. 4 den bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kreisringsegmente anfallenden Verschnitt

An das Zentralteil 3 der auf die Nabe 1 der F i g. 1 und Fig.2 entsprechenden Laufrades montierten Rückscheibe wurden peripher zunächst die Kreisringsegmente 4 angeschweißt; danach wurden letztere radial miteinander verschweißt, wobei dann in den Kreisringsegmenten 4 Zugspannung und im Zentralteil 3 Druckspannung herrscht

Aus Fig.3 ist der bei der Herstellung des bereits bekannten, einheitlichen Laufrad-Außenringes anfallende, durch Schraffur bezeichnete Materialverschnitt und aus F i g. 4 der bei der Herstellung der erfindungsgemä-Ben Kreisringsegmente anfallende, ebenfalls schraffierte und gegenüber Fig.3 erheblich geringere Materialverschnitt ersichtlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen der Tragscheibe eines Kreisel-Gebläselaufrades, bestehend aus einem Zentralteil und einem mit diesem verschweißten in radialer Richtung betrachtet äußeren Teil, dessen Werkstoffdicke geringer als die des Zentralteils ist, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte äußere Teil von peripher an das Zentralteil (3) angeschweißten Kreisringsegmenten (4) gebildet wird, die zunächst an das Zentralteil angeschweißt und danach radial miteinander verschweißt worden sind, so daß in den Kreisringsegmenten (4) Zugspannung und im Zentralteil (3) Druckspannung herrscht