DE3306345A1

DE3306345A1 - Turbinenrotor

Info

Publication number: DE3306345A1
Application number: DE19833306345
Authority: DE
Inventors: Eugene 45429 Dayton Ohio Linsker
Original assignee: Tech Development Inc
Current assignee: Tech Development Inc
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1983-09-08
Also published as: JPH0411724B2; GB8304183D0; GB2119863A; GB2119863B; US4509896A; JPS58180702A; DE3306345C2

Description

Die Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Konstruktionsform eines Rotors, welcher einen bedeutenden Sicherheitsgrad im Betrieb gewährleistet und den Sicherheitsfaktor reduziert, welcher bei der Herstellung seines Gehäuses berücksichtigt werden muß.

Die Erfindung wurde entwickelt mit Hinsicht auf eine kostengünstige und praktische Behandlung des Problems unvorhersehbarer Faktoren, welche eine Reihe von Umständen bewirken können, die eine übermäßige, unkontrollierbare Geschwindigkeit des Rotors verursachen kann, die diesen wiederum einer übermäßigen, unwiderstehlichen Zentrifugalkraft unterwerfen kann, welche einen Bruch des Rotors nach sich zieht und als sekundäres Ergebnis ein Bruch dessen Gehäuses, wobei bei diesen Verhältnissen eine Gefahr für Person und/oder der Sache auftritt. Der in ihre Ausführungsform eingebrachte Sicherheitsfaktor öffnet die Tür zu einem wesentlichen Schritt vorwärts nicht nur bei der Rotortechnik, sondern insbesondere bei der Herstellungstechnik von Maschinen mit Turbinenrotoren,

Eine höchst wichtige Ausführungsform schafft einen Turbinenrotor, welcher besonders vorteilhaft ist in seiner Anwendung als turbinengetriebener Startermotor für eine Maschine. In diesem Zusammenhang wird nur zum Zwecke der Verdeutlichung und nicht als Einschränkung weder

der Ausführungsformen noch deren Anwendungen ein derartiger Motor beschrieben.

Dem Erfinder ist kein spezieller Stand der Technik bekannt, der einschlägig für die neuen Merkmale oder die Konstruktion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wäre.

Der erfindungsgemäße Rotor wurde entwickelt zur Verwendung in einer Maschine und in einer Umgebung, in welcher er innerhalb einer Verkleidung aus einem Schutzwandaufbau, der als Schutzschirm wirkt, betrieben wird. Die entwickelten Ausführungsformen weisen ein vorhersehbares, sich günstig auswirkendes Fehlverhalten auf, wenn eine übermäßige Rotationsgeschwindigkeit erreicht wird. Ihr Aufbau ist derart, daß nach einem derartigen Auftreten ein Teil oder Teile davon sich verschiebt bzw. sich verschieben in einer Weise, bei der ihre Fähigkeit, eine kraftübertragende Funktion auszuüben, zunichte wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung schafft einen Rotor, dessen äußerer Teil eine Ring- oder Reifenform aufweist, und der sich über das innere Teil hinaus erstreckt, welches mit einer Welle drehfest verbunden ist. Der äußerste Teil ist rotationsfest verbunden mit dem inneren Teil über Einrichtungen, welche die relative Verdrehung, Ausdehnung und/oder radiale Verschiebung entsprechend der Höhe der Rotorgeschwindigkeit ermöglichen Das äußere Teil ist derart konstruiert, daß, wenn die Rotorgeschwindigkeit übermäßig groß werden sollte, es sich ausreichend verdrehen kann, um zu bewirken, daß ein Teil oder Teile davon mit dem umgebenden Schutzwandaufbau in Anlage gelangen und bremsen. Das erfolgt innerhalb eines vorhersehbaren Bereichs der Rotorgeschwindigkeit, welcherwenig von dem Punkt entfernt ist, bei welchem der Rotor sonst selbst zerstört und auf eine gefährliche Art brechen würde.

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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel und der bevorzugten Anwendung weist ein erfindungsgemäßer Rotor einen äußeren Ring auf, an dem integral verbundene Turbinenschaufeln vorgesehen sind, die somit einen Einfassungsreifen bilden, wobei dieser Reifen im wesentlichen in einer tragenden Verbindung mit einer inneren Scheibe ist. Der Reifen ist dazu mit im wesentlichen radialen öffnungen versehen, die zur freien Aufnahme von herausragenden Enden von Gleitsitzstiften oder-Zapfen ausgebildet sind, deren Enden in der inneren Scheibe verankert sind. Die Zapfen oder Stifte dienen der Verbindung des Reifens für die Rotation mit der inneren Scheibe und außerdem ermöglichen sie die relative Verdrehung, Ausdehnung und/oder die radiale Verschiebung des Reifens gegenüber der Scheibe. Die radialen öffnungen in dem Reifen, welche vorzugsweise durch ausgewählte Schaufeln verlaufen., die an der Umfangsflache beabstandet angebracht sind, bestimmen Spannungs-Steiger-Stellen. Diese Stellen der Spannungs-Steiger sind Punkte, bei welchen der Reifen sich gezielt verdrehen und eventuell brechen kann, wenn die Rotorgeschwindigkeit unsicher werden sollte.

Erfindungsgemäß ist der Rotor derart gestaltet, daß er ein im Typ und Charakter vorhersehbares Fehlverhalten aufweist, wenn seine Rotationsgeschwindigkeit übermäßig groß wird. Zu diesem Zeitpunkt wird infolge seiner Konstruktion ein äußerer Teil verformt sogar bis zum Punkt des Bruches, so daß sich ein Teil oder Teile ergeben, welche in eine bremsende Anlage mit der benachbarten Schutzwand gelangen, welche während des Rotorbetriebs als Schutzschild.dient. Als Konsequenz eines derartigen Fehlverhaltens ergibt sich ein relativ günstiges Fehlverhalten des Rotors, wobei die potentielle und ernsthafte sich ergebende Beschädigung minimiert wird, was ein deutlicher Gegensatz zu den Konsequenzen der Zerstörung darstellt, welche bei übermäßig großer Rota-

-δ-tionsgeschwindigkeit von herkömmlichen Rotoren auftreten kann.

Wie nachstehend ausgeführt ist, ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform besonders vorteilhaft in der Verwendung als turbinen-angetriebene Einheit. Eine derartige Anwendung macht die Maschine, in welcher sie vorgesehen ist, betriebssicherer als bisher möglich. Ein sekundärer Vorteil der Anwendung des Rotors liegt darin, daß er einen derartigen Sicherheitsfaktor der Maschine hinzufügt, in welcher er vorgesehen ist, so daß das Gehäuse oder die Schutzvorrichtung der Maschine leichter und aus weniger kostspieligem Material als bisher ausgeführt werden können.

Es ist deshalb eine erste Aufgabe der Erfindung, einen Rotor zu schaffen, der zu einer erhöhten Sicherheit in der Anwendung, insbesondere in dem Fall des Betriebs bei hoher Geschwindigkeit, führt.

Eine weitere Aufgabe ist, bedeutende Verbesserungen bei Antriebsrotoren des Turbinentyps zu schaffen.

Eine zusätzliche Aufgabe ist es, einen neuen und verbesserten Rotor zu schaffen, der einen äußeren Teil in Ring- oder Reifenform aufweist, der sich um einen inneren Teil erstreckt, und der, obgleich von dem inneren Teil getrennt, mit diesem über Einrichtungen verbunden ist, welche eine relative Verwindung, Ausdehnung und/oder radiale Verschiebung des äußeren Teils ermöglichen, wobei das innere Teil derart gestaltet und angeordnet ist, daß dessen Fähigkeit, eine Antriebsfunktion auszuüben, zunichte gemacht wird, wenn der Rotor einer übermäßig großen Rotationsgeschwindigkeit unterworfen wird.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Rotors mit den vorteilhaften baulichen Merkmalen, den innewohnenden leistungsfähigen Charakteristiken und den hier beschriebenen Einrichtungen und Anwendungsverfahren.

Anhand der Zeichnungen wird eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rotor in Ruhe,

der innerhalb einer Verkleidung oder eines Schutzgehäuses dargestellt ist,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Rotor im Betrieb bei normalen Rotationsgeschwindigkeiten,

Fig. 3 den Rotor nach Fig. 1 und 2 mit seinen

Teilen in einer Stellung zu dem Zeitpunkt, in welchem die Rotationsgeschwindigkeit das Maß überstiegen hat, für welches der Rotor

ausgelegt ist,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von

Fig. 1 und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen turbinenge-3Q triebenen Starter oder Anlassermotor für

eine Maschine, welche einen Rotor nach den Fig. 1-5 umfaßt.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugs-3g zeichen versehen.

-ιοί Es ist ersichtlich, daß die Darstellungen der Fig.1-5 im allgemeinen schematische Darstellungen sind.

Ein besonderer Bezug wird auf gewisse Einzelheiten des in Fig. 6 gezeigten Startermotors genommen, aber nur in dem erforderlich Umfang, der für ein Verständnis der Verbesserung erforderlich ist, wie sie durch die Anmeldung des Rotors in Verbindung mit den Fig. 1-5 ermöglicht wird. Abgesehen von dem erfindungsgemäßen Rotor, welcher als Turbinenantriebseinheit dient, entspricht der gezeigte Starter im einzelnen dem aus der Serie 52A turbinenangetriebener Luftstarter, der durch die Tech Development Inc. von Dayton, Ohio hergestellt wird und dessen Aufbau im Handel bekannt ist.

Wie aus der Figur zu ersehen ist, besteht der Rotor R im Grunde aus einer Scheibe 10, einem Ringelement 12 und Zapfen oder Stiften 14. Ein Endbereich jedes Zapfens oder Stiftes 14 weist ein Außengewinde auf.

Die Scheibe 10 weist eine mittlere öffnung 16 auf, die dm Nabenbereich 18 mit einem Rand versehen ist.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist der Ring 12 mit einer Reihe integrierter Turbinenschaufeln 22 versehen, welche radial nach außen an dem Ring abstehen und welche mit gleichem Abstand voneinander an der Umfangsfläche des Ringes angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der integrierte·Aufbau aus Ring 12 und Schaufeln 22 im folgenden als "Reifen" bezeichnet.

Im ersten Fall ist die innere Umfangsoberfläche des Reifenkörpers so dimensioniert und gestaltet, daß sein Gleitsitz im wesentlichen konzentrisch in im wesentlichen tragender Beziehun j zu der äußeren Umfangsflache der Scheibe möglich ist.

Die Scheibe 10 weist eine Reihe von radial ausgerichteter Blindbohrungen 2 4 auf, die von ihrer äußeren ümfangsflache und zu ihrer Mittelachse hin radial nach innen gerichtet sind* Diese Blindbohrungen sind bezüglich der Achse gleichmäßig am Umfang beabstandet. Jede Bohrung ist mit einem Innengewinde versehen.

Der Reifen ist mit einer Reihe von sieben radialen Öffnungen 26 versehen, welche gleichen Abstand untereinander aufweisen. In dem Zusammenbau des Reifens über der Scheibe 10 ist jede der Öffnungen 26 selektiv mit einer der Blindbohrungen 24 ausgerichtet. Wenn diese Ausrichtung erreicht ist, wird in jede Öffnung 26 mit dem Gewindeabschnitt zuerst ein Zapfen oder Stift 14, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der der Öffnung 26, hineingeschoben. Das äußerste Ende jedes Zapfens oder Stiftes 14 ist mit einem diametralen Schlitz versehen, der die Einführung der Klinge eines Schraubenziehers erleichtert, um den Zapfen oder Stift zu drehen und die Schraubverbindung des führenden Endes des Zapfens in der ausgerichteten Bohrung 24, in welcher er befestigt wird, zu bewirken. Dadurch werden die Zapfen oder Stifte 14 verankert, um radial nach außen von der Scheibe 10 zu ragen.

Die Stifte 14 koppeln auf diese Art normalerweise den Reifen drehfest mit der Scheibe 10. Trotz dieser Verbindung ist der Reifen dennoch anderweitig von der Scheibe frei und weist eine tragende Verbindung mit den Stiften 14 auf. Diese Anordnung sieht vor, daß der Reifen für eine relative Ausweitung und Zusammenziehung in Radialrichtung der Scheibe unter dem Einfluß und in Übereinstimmung mit der Höhe der Zentrifugalkräfte frei ist, welche während der Rotation des Rotors, von dem er einen Teil bildet, auf den Ring ausgeübt werden.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die radialen öffnungen 26 in jedem Fall durch einen Teil, der im wesentlichen als das Zentrum des Basisabschnitts einer Schaufel 22 des Ringes bezeichnet werden kann und bilden nicht nur eine Aufnahme für den Gleitsitz eines Verbindungsstiftes 14, sondern die Stelle eines "Spannungsbruches" im Körper des Reifens. Die Vorteile dieser Konstruktion werden nachstehend beschrieben.

Fig. 6 zeigt den vorstehend beschriebenen Rotor als Turbinenantriebseinheit eines turbinenangetriebenen Starters oder Anlassers für eine Maschine. Wie gezeigt, besteht der Starter aus einem rohrförmigen Gehäuse 3Ö mit einem äußeren Wandabschnitt 32, in dem eine radiale Öffnung 34 ausgebildet ist, welche in nahem Abstand zu seinem einen Ende 36 angeordnet ist. Das gegenüberliegende Ende 38 des Wandbereichs 32 wird durch einen koaxialen, abnehmbar befestigten rohrförmigen Endaufsatz 4 0 verlängert, welcher einen röhrenförmigen Aufbau aufweist. Die öffnung 34 ist mit einem rohrförmigen Bossen (Flansch) 39 versehen, der integral an dem Wandabschnitt 32 angeformt ist und radial von diesem nach außen ragt.

Fest an der inneren Oberfläche des Wandabschnitts 32 ist ein integraler Flansch 44 vorgesehen, der radial nach innen ragt in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 30 unmittelbar von der öffnung 34 ausgehend und von der Seite, die dem Ende 36 am nächsten liegt. Integral mit dem Flansch 44 und senkrecht zu diesem ist mit seiner inneren Kante ein Rohrabschnitt 46 angeformt, welcher in Richtung des röhrenartigen Endaufsatzes 4 0 und koaxial zu diesem sich erstreckt. Der Rohrabschnitt 4 6 ist in einer konzentrischen Abstandsbeziehung zu dem Wandabschnitt 32 angeordnet und sein hervorstehendes Ende endet gegenüber der öffnung 34, aber kurz vor und im Abstand :u dem Eflde 38 des Wand-

I fr · «ι ρ *

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abschnitts 32, Das vorragende Ende des Rohrahschnitts 46 greift anliegend an einer Schulter an, welche durch eine Gegenbohrung in der Außenseite der Basis eines kappenartigen inneren Körperbereichs 4 8 eines ringförmigen Düsenringes 50 ausgebildet ist. Integral mit und radial vorstehend von der äußeren Umfangsfläche des kappenartigen Körperabschnitts 48 des Ringes 50 ist eine Reihe von am Umfang in gleichem Abstand nahe beieinander liegender Düsengebilden 52 vorgesehen. Der Ring 50 ist im Schrumpfsitz gegenüber der Innenfläche des Wandabschnitts 32 befestigt, und zwar in einer Lage nahe beabstandet von der radialen Öffnung 34 an der Seite, die von dem Flansch 44 entfernt ist. Der Ring 50, der Rohrabschnitt 46, der Flansch 44 und der.Abschnitt des Wandbereichs 32 zwischen dem Flansch 44 und dem Düsenring begrenzen eine ringförmige Kammer 54. Der einzige Einlaß in diese Kammer 54 erfolgt durch die Öffnung 34 und der einzige Auslaß aus dieser Kammer ist durch die Düsen 52 des Ringes 50 bestimmt.

Jenseits des Düsenringes 50 in Richtung des Endes 38 ist die innere Querschnittsfläche des Wandbereichs 32 leicht in gestufter Art erweitert. Innerhalb des erweiterten Bereichs der Innenfläche des Wandabschnitts 32 des Motorgehäuses 30 ist in nahem Abstand im wesentlichen parallel zu dem Düsenring 50 ein Turbinenrotor R angeordnet, der eine Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Erfindung darstellt. Der gezeigte Rotor R ist über seinen Nabenabschnitt 18 verkeilt mit einem Ende einer Antriebswelle 20 befestigt. Die Längsachse der Antriebswelle 20 fällt mit der des Gehäuses 30 zusammen. Die Welle erstreckt sich von dem Rotor R durch den ringförmigen' Düsenring 50, den Rohrabschnitt 46 und den Flansch 44, wobei das gegenüberliegende Ende, an welchem ein Ritzel 56 befestigt ist, an einer Stelle kurz vor dem Ende 36 des Gehäuses endet. Der Bereich der

inneren Oberfläche der rohrförmigen Wandanordnung 32 erstreckt sich von der Fläche des Flansches 44, die von dem Rotor R abgewandt ist, zu dem Ende 36, wobei ihr Durchmesser sich in Richtung von und zu dem Ende 36 hin abgestuft erweitert.

Ein stationäres inneres Ringzahnrad 55 sitzt mit einer Endfläche an einer äußeren Schulter, welche durch Abstufen der inneren Oberfläche des Wandabschnitts 32 am Ende 36 des Gehäuses 30 ausgebildet ist. Das Zahnrad 55 ist mit dem Wandabschnitt 32 des Gehäuses befestigt in einer konzentrischen beabstandeten Verbindung zu dem Ritzel 56, das mit der Welle 20 verbunden ist.

Die Welle 20 ist drehend gelagert in Lagern 58 und 60, welche in Längsrichtung voneinander beabstandet sind und welche durch einen geeigneten Aufbau innerhalb der Konstruktionstoleranzen, mit denen der Rohrabschnitt 46 versehen ist, befestigt sind. Geeignete Käfige sind vorgesehen, welche nicht nur die Lage der Lager und des kappenartigen Basisabschnittes des Düsenringes 50 in dessen anstehender Verbindung mit dem vorstehenden Ende des Rohrabschnitts 46 erbringen, sondern auch die Bewegung des Rotors R axial auf der Welle 20 verhindern.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten besonderen Starter sind Dichtungen um die Welle 20 herum angeordnet in Verbindung mit dem Käfigaufbau und innerhalb des kappenförmigen Basisteils des Düsenringes, um allgemein eine Dichtung zu gewährleisten, welche den Durchgang des Fl.uids verhindert, welches zum Antrieb des Rotors R zu und um die Welle 20 und zu der Kraftübertragungsanordnung/mit welcher sie verbunden ist, verwendet wird. Der besondere Aufbau und die Anordnung der Dichtungen, Käfige und Lageranordnungen wird nicht beschrieben, da diese in jeder geeigneten Art und Weise innerhalb des Könnens des Durchschnittsfachmannes liegend angeordnet werden können.

-15-Derartige Anordnungen sind im Stand der Technik bekannt.

Wie aus der Lagerung der Welle 20 und aus der Tatsache, daß deren Längsachse mit der des Gehäuses 30 zusammen*- fällt, deutlich wird, ist vorgesehen, daß die Schaufeln 22 des Rotors R unmittelbar und in direkter Ausrichtung nahe zu den Düsen 52 des Düsenringes 50 an dessen Auslaßseite angeordnet sind. Zur gleichen Zeit sind infolge der Tatsache, daß der Rotor R in dem relativ erweiter-

XO ten Abschnitt im Inneren des wandabschnitts 32 angeordnet ist, die äußere Umfangsflache der Rotorschaufeln , 22 normalerweise in einem relativ geringen Abstand konzentrisch zu der Innenfläche der begrenzenden Wandanordnung angeordnet. Die Anordnung des Rotors R und damit seiner Schaufeln 22 ist derart, daß dieser Aufbau unmittelbar vor dem Gehäuseende 38 in einem verhältnismäßig kleinen Abstand zu der Auslaßöffnung des Gehäuses 30 hin erfolgt, welches sich direkt in den Einlaß des rohrförmigen Aufsatzes 4 0 öffnet. Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß das Ritzel 56, das mit der Welle 20 verbunden ist, als Zwischenglied in einer ineinandergreifenden Anordnung umfangsmäßig beabstandeter Zahnräder 58 angeordnet ist, wobei letztere mit den Zähnen des stationären inneren Zahnringes 55 kämmen. Die Zahnräder 58 sind geeignetermaßen für eine freie Rotation an Drehzapfen angeordnet, welche in Axialriehtung beabstandete Endwände eines Käfigs 62 überbrücken, welche integral verbunden sind mit einem erweiterten Kopf an einem Ende einer Welle 64, welche eine koaxiale Verlängerung der Welle 20 darstellt. Ein Teil des Käfigs 62 und die Welle 64 sind innerhalb eines kurzen konzentrischen rohrförmigen Gehäuses 66 angeordnet. Ein Ende des Gehäuses 66 ist in seinem inneren Durchmesser vergrößert und derart ausgebildet, daß es einen Abschnitt des Käfigs 62 aufnimmt und im Abstand davon lagert und sein hervorspringendes Ende ist anstoßend

mit dem Ende 36 des Gehäuses 30 verschraubt. Gleichzeitig ist dadurch der Zahnring 55 mit der Schulter, an welcher er sitzt, befestigt, so daß dessen Aicialbewegung verhindert wird.

Die Welle 64 ist drehgelagert in und über in Längsrichtung beabstandeter Kugellager 68, welche geeignetermaßen zwischen der Innenfläche des Gehäuses 66 und der Welle an ihrem Platz gehalten werden.

Das Ritzel 56 bildet zusammen mit den Zahnrädern 58 und dem Zahnring 55 ein Planetengetriebe mit einer Reduzierstufe in der Kraftübertragung von dem Rotor R zu und durch die Welle 64 zu einer Antriebsmaschine.

Das Ende der Welle 64, das von dem Käfig 62 abgewandt ist, ist mit einem Außengewinde versehen, über welches ein Paar herkömmlicher, aneinanderstoßender Muttern aufgeschraubt sind, welche die Kugellagerlaufringe der Lager 68 und ihren dazwischen angeordneten Abstandshalter in Aneinanderlage untereinander und an den erweiterten Kopf, der durch den Käfig 62 an dem einen Ende der Welle 64 gebildet ist, festhalten. Das mit dem Gewinde versehene Ende der Welle 64 _T welches von dem Ende mit dem Käfig 62 entfernt ist, steht über die Muttern 70 hinaus, um in Drehverbindung mit einer koaxialen Ausgangswelle 72 über eine zwischengeschaltete Anordnung 74 zu stehen, welche eine Überlastrutschkupplung bildet. Die Welle 72 ist gekennzeichnet durch ein Schraubgewinde mit einem relativ hohen Steigwinkel und an ihr ist ein Ausgangsritzel 76 aufgeschraubt, das ein entsprechend ausgebildetes Innengewinde aufweist. Das Ritzel 76 ist bekanntermaßen in Normalstellung auf der Welle 72 unmittelbar in Nachbarschaft der Ausgangsseite der Kupplungsanordnung 74. Der äußerste hervorstehende Endabschnitt 78 der Welle 72, welcher nicht mit einem Gewinde

-πι versehen ist, ist drehbar in einer Lagereinheit 80 angeordnet, die sich abstützend in einem Aufbau enthalten ist am äußersten Ende des rohrförmigen Gehäuses 82, welches die Welle 72, die Rutschkupplungseinheit 74 und den Abschnitt der Welle 64, welcher eingreift, um ein Antriebselement für die Kupplungseinheit 74 in deren Eingriffsstellung zu bilden, umgibt. Das Gehäuse 82 ist derart ausgebildet und befestigt, daß seine Innenwandflache in einem konzentrischen nahen Abstand zu dem Aufbau ist, welchen das Gehäuse enthält und ein Ende des Gehäuses stößt mit dem Ende des Gehäuses 66 aneinander und ist mit diesem verschraubt an dem Ende des Gehäuses 66, welches von dem Ende entfernt ist, das mit dem Ende 36 des Gehäuses 30 aneinanderstößt. Das Gehäuse 82 ist dadurch in einer koaxialen Relation zu den vorstehenden Gehäusen angeordnet.

Das Gehäuse 82 hat eine im allgemeinen stromlinienförmige Gestalt, welche die Lager für das hervorragende Ende 78 der Welle 72 an deren äußerstem Ende aufweist. Die untere Fläche dieses äußersten Endbereichs des Gehäuses 82 ist weggeschnitten, um den unteren Abschnitt der Welle 72 und dessen aufgeschraubtes Ritzel 76 freizulegen .

Wie schematisch gezeigt ist, verläuft bei der Ausführungsform des Starters bei einer Maschine E der herausragende Endabschnitt des Gehäuses 82 durch eine Öffnung in einem Arm eines Motorträgers 84, welcher an der Maschine befestigt ist und im wesentlichen radial von dieser Maschine absteht. Bei der Verwendung mit der Maschine E weist das Gehäuse 82 einen äußeren Flansch auf, welcher an dem Arm des Trägers 84 ansteht, und mit welchem es über Schrauben und Muttern 86 in einer aus Fig. 6 der Zeichnung ersichtlichen Weise befestigt ist. Bei der Anordnung des Starters in Verbindung mit der

Maschine ist dieser so befestigt, daß die Welle 72 parallel zu der Antriebswelle 88 des Motors verläuft. An der Antriebswelle 88 ist das Motorschwungrad 90 in einer solchen Lage befestigt, daß die Zähne 92 an der Umfangsgrenze des Schwungrades einen Abschnitt aufweisen, der in axial beabstandeter Relation zu und in einer direkten Ausrichtung mit einem äußeren Umfangsabschnitt des Ritzels 76, der dessen Zähne aufweist, angeordnet ist.

Wie zu ersehen ist, ist zum Einsatz des gezeigten Starters eine Leitung mit einem Ende mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle verbunden, wobei das andere Ende der Leitung an dem Kragen oder Flansch 39 des Gehäuses 30 angeschlossen ist, um die Leitung mit dem Inneren der Kammer 54 zu verbinden. Wenn der Motor gestartet werden soll, können geeignete Kontrollen (nicht gezeigt) durch eine Bedienungsperson durchgeführt werden, um die Luft, die unter Druck steht und von der Druckmittelquelle geliefert wird, strömen zu lassen, so daß diese durch die Zufuhrleitung direkt in die Kammer 54 hineingelangt. Da der einzige Auslaß aus der Kammer 54 durch die Düsen 52 gebildet wird, entweicht die Druckluft aus der Kammer 54 durch eine Bewegungsvorrichtung durch die Düsen 52. Diese Bewegung erfolgt unter relativ hoher Geschwindigkeit. Die durch die Düsen 52 entweichende Luft trifft dann auf ihrem Weg auf die Schaufeln 22 auf. Da die Schaufeln 22 mit dem Ringelement 12 integriert sind und dieses wiederum mit der Scheibe 10, ergibt sich durch das Auftreffen der entweichenden Luft auf die Schaufeln 22 ein Antrieb des Reifens und der Scheibe 10 bei einer relativ hohen Geschwindigkeit. Der derartig erzeugte Antrieb des Rotors R wird dann auf und durch die Welle 20 übertragen. Da die Kupplungseinheit 74 in ihrem Verbindungszustand ist, werden die Welle 64 und die Welle 7 2 mit dem Außenge-

X winde, die die Ausgangswelle des Starters bilden, angetrieben mit einer etwas reduzierten Geschwindigkeit, wobei der Grad der Reduzierung durch die Art und den Aufbau der vorstehend beschriebenen Zwischengetriebereduziergröße bestimmt ist. Letztere ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der Antrieb des Turbinenrotors, der über die Welle 64 übertragen wird, in Übereinstimmung steht mit dem erforderlichen Antrieb, um die gewünschte Ausgangsgeschwindigkeit für die Welle 72 zu erhalten.

Die physikalische Relation, die zwischen dem Ritzel und der Welle 72 infolge der Natur ihrer vorstehend beschriebenen Schraubverbindung vorgesehen ist, gebietet dem Ritzel 76 anfänglich, der Beschleunigung infolge der Geschwindigkeit der Welle 72 zu widerstehen, Konsequenterweise wird das Ritzel 76 anfänglich axial und nach außen hin auf der Welle 72 verschoben und nimmt die Drehgeschwindigkeit der Welle erst nach der Beendigung seiner Translationsbewegung am äußeren Ende der Welle an, wobei zu gleicher Zeit das Ritzel 76 mit den Zähnen 92 des Schwungrades 90 des Motors in Eingriff gelangt. Wenn dies erfolgt, treibt der Starter ersiehtli» cherweise das Schwungrad des Motors an und läßt den Motor bis zu seiner Geschwindigkeit an. Wenn der Motor angelassen ist, übersteigt normalerweise die geschwindigkeit des Motors die Anlaßgeschwindigkeit des Starters und zu dieser Zeit wird die Versorgung mit Luft zum Antreiben des Rotors R beendet. In diesem Fall übernimmt das Schwungrad des Motors die Rolle,eines Antriebsteiles gegenüber dem Ritzel 76, welcher infolge der Natur des Steigungswinkels des Gewindes, mit welchem es an dem Schaft 72 angebracht ist, gezwungen wird, sich in Axialrichtung auf der Welle 72 nach innen hin und weg von dem Schwungrad des Motors zu bewegen, Dadurch wird, ausgenommen bei einer Funktionsstörung, nach dem Antrieb des Motors E das Ritzel 76 soweit auf

der Welle 72 böwegt, bis der Starter von dem Motor entkoppelt ist.

Vorstehendes ist eine Beschreibung, wie der Starter nach Fig. 6 bei einem normalen Betriebszyklus arbeitet.

Die Bedeutung der Anordnung eines Antriebsrotors, wie er bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, geht nicht aus sich selbst hervor, bis aus menschlichem Fehlversagen oder einem anderen unvorhersehbaren Vorkommnis der Rotor, welcher ein typisches Antriebselement darstellt, gezwungen wird, mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die beträchtlich größer ist als die Geschwindigkeit, für welche er ausgelegt ist.

Zum Verständnis der beträchtlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion des Rotors R wird auf die Fig.1-5 Bezug genommen, wobei der Rotor besonders in seiner Verwendung in dem Starter nach Fig. 6 betrachtet wird.

Fig. 1 zeigt die Lage der Rotorteile in Ruhestellung. Wie zu ersehen ist, hat der Rotor durchaus einen im wesentlichen einheitlichen Aufbau. Jedoch ist eine definierte Trennung zwischen dem Reifenteil und zwar insbesondere der inneren Umfangsfläche des Ringes und der äußeren Umfangsflache der Scheibe 10, welche der Reifen umgreift, ausgebildet. Der Reifen ist trotzdem im Normalfall für eine gemeinsame und gleichzeitige Rotation mit der Scheibe 10 bei gleicher Geschwindigkeit gekoppelt infolge der Kopplung durch das Verbindungsmittel der Zapfen oder Stifte 14. Wenn der Rotor erregt und auf seine normale Betriebsgeschwindigkeit gebracht ist, welche für seine Anwendung vorgesehen ist, bewirkt die Entwicklung der Zentrifugalkraft, daß der Ring 12 und damit entsprechend der Reifen, von dem er ein Teil bildet, sich ausweitet. Wenn der Reifen sich in einer Weise, die durch seine

Kupplung mit den Zapfen oder Stiften 14 bestimmt ist, ausweitet, bildet sich ein größerer radialer Raum zwischen der äußeren Umfangsflache der Scheibe 10 und der inneren Umfangsflache des Ringes 12 aus. Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, befindet sich der Reifen unter normalen Bedingungen in einer konzentrischen beabstandeten Beziehung zu der Scheibe. Sollte aufgrund einer Fehlfunktion, die durch eine Betriebsperson oder aus einem anderen Grund auftritt, eine zu große Geschwindigkeit des

IQ Rotors entstehen, kann seine Rotationsgeschwindigkeit auf eine Höhe ansteigen, die die Grenzen seiner Materialintegretät erreicht oder übersteigt, welche durch den Sicherheitsfaktor bestimmt ist, der bei der Konstruktion in den Rotor eingebaut ist. Dann können die entwickelten Zentrifugalkräfte die wesentliche Festigkeit des Reifens sowie des Materials, von welchem der Reifen hergestellt ist, beträchtlich übersteigen. Wenn das auftritt, wird sich das in dem Rotor R zuerst bemerkbar machen an der Stelle eines der Spannungsbruchstellen, nämlich an der Stelle einer Öffnung 26, an welcher in dem Reifen ein Bruch erfolgen wird, woraufhin sich dieser in Radialrichtung öffnet. Wenn übermäßige Rotationsgeschwindigkeit, die dann vorhanden ist, aufrechterhalten bleibt oder sogar ansteigt, erfolgt eine Trennung an der Bruchstelle aufgrund deren der Reifen nicht länger in seiner Stellung bei Normalbedingungen verbleiben wird und unter dem Einfluß der übermäßig sich entwickelnden und ansteigenden Zentrifugalkraft, die auf den Reifen einwirkt, wird sich dieser verformen. Diese Verformung wird eine Ausweitung des Reifens in einer relativ ungezwungenen Art hervorrufen, wodurch im wesentlichen ein Kontakt der äußeren ümfangsflächenbereiche mit der inneren Wandfläche des Schutzgehäuses erhalten wird. Bei dem Starter nach Fig. 6 ist die innere Wandfläche des Schutzgehäuses die innere Wandfläche des Wandabschnittes 32 des Gehäuses 3Q. Da der Aufbau und die Anordnung eine

* V M S-

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radiale Öffnung in dem Reifen erzwingt und eine Anlage des Reifens mit der inneren Wandfläche des Schutzgehäuses, tritt ein zwangsläufiger Bruch der Verbindung des Reifens auf, welcher den Reifen an einer Ausdehnung hindert und dieser wird an einem weiteren Antrieb gehindert. Wenn das auftritt, wird infolge der Kupplung mit der Scheibe 10, solange die Stifte 14 funktionsfähig in der Scheibe 10 verbleiben, die Scheibe 10 ebenfalls von einer Drehung abgehalten werden. In dem Fall des Starters nach Fig. 6 wird die Welle 72, wenn der Rotor R nicht länger fähig ist, die Antriebsfunktion auszuüben, selbst von der Rotation zurückgehalten und übt einen starken Einfluß auf das Ritzel 76 aus, wodurch dessen sofortige Trennung von der Schwungscheibe des Motors verursacht wird.

Sogar wenn durch menschliches Versagen ein Gasstrom zu und durch die Kammer 54 des Starters und nach außen durch die Düsen 52 erfolgt, wird zu diesem Zeitpunkt der Reifen so verschoben, daß das durch die Düsen entweichende Gas nur noch aus dem Gehäuse 30 dur.ch den Ansatz 40 entweicht. Wenn bei einem Bruch und einer Trennung des Reifens wie vorstehend beschrieben die Bolzen oder Stifte 14 nicht unversehrt bleiben und abscheren oder sich anderweitig aus ihrer verbindenden Beziehung mit dem Reifen trennen, wird der Reifen völlig von der Scheibe 10 entfernt. In diesem Fall wird nicht länger eine Antriebskraft auf die Scheibe 10 von dem Reifen ausgeübt und das führt entsprechend zu denselben Ergebnissen, nämlich zu der Beendigung des Eingriffs des Ritzels 56 in dem Schwungrad des Motors. .

Aus Vorstehendem wird deutlich, daß viele Anwendungen möglich sind, in denen der Einschluß der vorliegenden Erfindung einen bedeutenden Sicherheitsfaktor erbringen kann. Das Wesen der Erfindung und der dadurch sich ergebenden Verbeserungen liegt darin, daß ein Rotor, der diese trennenden Merkmale aufweist, sich selbst auf

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eine relativ günstige Art unfähig macht, wenn er aus Gründen eines menschlichen Fehlers oder einer Fehlfiunk« tion der Maschine gezwungen wird, mit einer Geschwindigkeit zu rotieren, welche jenseits der Grenze liegt, für welche er konstruiert worden ist. Das ist eine viel bessere Alternative als die völlige Trennung des Rotors und ohne einen möglichen Durchschlag und Bruch seines Gehäuses oder seiner Verkleidungswand zu riskieren.

XO Wie bei dem ersten Beispiel gezeigt, bei welchem ein erfindungsgemäßer Rotor, der einen geringen Schaden gewährleistet, verwendet ist, wenn gewisse Umstände ein Fehlverhalten unvermeidbar machen, ist ein Herstellen eines wie in Fig. 6 gezeigten Starters in der Lage,

lg den Sicherheitsfaktor, der bei der Konstruktion des Ge·» häuses gefordert wird, zu reduzieren, Daraus ergibt sich nicht nur eine Maschine, welche ein geringeres Gewicht aufweist, sondern auch eine Maschine, die sicherer ist in der Benutzung und wirtschaftlicher in der Herstellung.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlichι daß eine Vorrichttang mit den beschriebenen Merkmalen geschaffen wird, die die besonderen Vorteilsmerkmale auf- weist, die vorstehend als wünschenswert aufgezählt sind, aber welche offensichtlich in der Lage ist, in ihrer Form, ihren Proportionen, ihren Konstruktionseinzelheiten und Anordnung der Teile verändert zu werden, ehne von dem Prinzip abzuweichen, das irgendeinen ihrer Vorteile betrifft oder opfert.

Während die Erfindung mehr oder weniger speziell in ihren strukturellen Merkmalen beschrieben worden ist, ist es klar, daß die Erfindung nicht auf die speziellen gezeigten Merkmale beschränkt ist, sondern daß Mittel und Konstruktionen eingeschlossen sind, die eine oder

mehrere Ausführungsmerkmale der Erfindung beinhalten und die Erfindung wird in irgendeiner ihrer Formen oder Modifizierungen innerhalb des legalen und gültigen Bereichs der Ansprüche beansprucht.

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Claims

Ansprüche

Λ.) Rotor, gekennzeichnet durch ein radiales inneres Teil, ein radiales äußeres Teil und eine Einrichtung, die die Teile zu ihrer gemeinsamen Rotation verbindet, wobei die Verbindungseinrichtung derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie einen Sitz für wenigstens einen Bereich dieser Teile aufweist, um die im allgemeinen freie Bewegung eines dieser Teile relativ zu dem anderen Teil automatisch ansprechend auf die Rotationsgeschwindigkeit anzupassen.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teile eine Einrichtung aufweist, mit welcher eine Kraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit übertragen werden kann.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Teil Turbinenschaufeln aufweist.
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung bolzen- oder stiftartig ausgebildet ist.
5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung Bolzen oder Stifte aufweist, die mit einem der Teile verbunden sind und von diesem Teil radial hinaus-und in Bereiche des anderen Teils hineinragen.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen oder Stifte mit dem anderen Teil eine

Gleitsitzverbindung aufweisen.
7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Teil eine ring- oder reifenförmige Gestalt aufweist.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Teil eine Einrichtung aufweist, mit welcher eine Kraft übertragen werden kann,
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit welcher eine Kraft übertragen werden kann, Turbinenschaufeln aufweist.

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10. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung einen Stift oder Bolzen aufweist, der in dem radial inneren Teil verankert ist und in eine öffnung in dem äußeren Teil hineinragt und daß die öffnung an einer Stelle in dem äußeren Teil angeordnet ist, in welcher eine Bruchstelle und/oder eine Unterbrechung infolge einer übermäßigen Rotationsgeschwindigkeit des Rotors auftreten kann,
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teil derart konstruiert und angeordnet ist, daß darin eine kontrollierte Trennung herstellbar ist infolge einer übermäßigen Rotations™ geschwindigkeit des Rotors.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Abschirmwandaufbau, der im Normalfall außerhalb von und in naher Abstandsbeziehung zu dem äußeren Teil angeordnet ist, wobei das äußere Teil eine Vielzahl von darin ausgebildeter Stellen aufweist zur Herstellung von Spannungsanstiegen, von denen jeder einen Punkt bestimmt für eine kontrollierte Trennung in dem äußeren Teil in einer im allgemeinen radialen Ebene und wobei deren Art und Größe der Höhe einer übermäßigen Rotationsgesehwindigkeit entspricht.
13. Turbinenrotor-Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen ring- oder reifenförmigen Aufbau, dessen äußere Umfangsflache eine Reihe beabstandeter Turbinenschaufeln aufweist, wobei der ring- oder reifenförmige Aufbau wenigstens eine radiale öffnung aufweist, die einen Punkt bestimmt, an welcher der ring- oder reifenförmige Aufbau automatisch eine Bruchstelle aufweist und sich trennt, wenn seine Rotationsgeschwindigkeit übermäßig groß wird.

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14. Turbinenrotor-Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ring- oder reifenförmige Aufbau eine relativ schwimmende Verbindung zu einer Einrichtung zu seiner Befestigung und zu seiner Rotation

5 mit einer Antriebswelle aufweist, und daß die schwimmende Verbindung angeordnet ist zur Anpassung einer Expansion (Aufweitung) und Kontraktion (Zusammenziehung) und einer im allgemeinen radialen Bewegung des ring- oder reifenförmigen Aufbaus. 10