DE3440877A1 - Zusammengesetzte welle - Google Patents
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Description
ZUSAMMENGESETZTE WELLE 5
Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Welle gemäß
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet zusammengesetzter Wellen, wie sie insbesondere
bei Turbinen Anwendung finden.
In neuerer Zeit wurden keramische Materialien entwickelt, da diese eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. In
vielen Fällen haben hitzebeständige Keramikmaterialien ihre Hauptanwendung bei peripheren Teilen von Motoren
gefunden. Es hat sich unter anderem in der Praxis als wünschenswert erwiesen, die bei Gasturbinen, Turboladern
usw. verwendeten Turbinenschaufeln aus keramischen Materialien zu fertigen, da sich hierdurch die Betriebstemperatur
erhöhen und das Gewicht der "Schaufeln verringern läßt, wodurch sich insgesamt eine Verbesserung in den Betriebs-
bzw. Ansprechcharakteristiken derselben ergeben.
In der praktischen Anwendung sind die Temperaturen der zusammengesetzten Turbinenschaufeln so hoch, daß man dafür
Sorge tragen sollte, die von ihnen übertragene Wärme zu isolieren, um die zugehörigen Lagerteile und die zur
Schmierung verwendeten Öle nicht vorzeitig verschleißen 3U
bzw. altern zu lassen.
Im folgenden wird auf Fig. 1 eingegangen. Sie zeigt den Grundaufbau einer typischen Gasturbine oder eines Turboladers.
Es ist bekannt, daß dieser ein allgemein mit dem 35
Bezugszeichen 1 angedeutetes Gehäuse enthält, das aus
3U0877
drei Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, wobei das erste Gehäuseteil ein Turbinengehäuse 2 ist, welches einen Einlaß
und einen Auslaß für Auspuffgase enthält, wobei das zweite Gehäuse ein Kompressorgehäuse 4 ist, welches eine
Luftansaug- und eine Luftabgabeöffnung enthält und wobei
das dritte Gehäuse ein Lagergehäuse 3 ist, das zwischen
dem Turbinengehäuse 2 und dem Kompressorgehäuse 4 angebracht ist. Ein Turbinenrotor 5 erstreckt sich axial
IQ durch die Mittelbereiche der drei Gehäuse. Heiße Auspuffgase,
die von einem Motor usw. austreten, werden in das Turbinengehäuse 2 durch einen Einlaß 21 eingeführt, wobei
sie eine Turbinenscheibe 51, die üblicherweise aus einem keramischen Material gefertigt ist, mit einer hohen Drehzahl
antreiben. Die Auspuffgase werden anschließend aus dem Turbinengehäuse durch eine mittlere Gasauslaßöffnung
23 abgegeben. Ein mit der Turbinenscheibe 51 einstückig bzw. massiv ausgebildetes Wellenteil 52 aus keramischem
Material und ein mit diesem verbundenes Metallwellenteil 53 sind von dem Lagergehäuse 3 axial ausgerichtet und mit
diesem drehbar gelagert, so daß die Turbinenscheibe 51 geschmiert durch ein von einer öleinlaßöffnung 31 zugeführtem
öl umläuft, und mit einer hohen Drehzahl eine Kompressorscheibe 54 antreibt, die in einer Kompressorscheibenkammer
41 aufgenommen ist, und fest über das Metallwellenteil 53 angepaßt ist. Durch eine Lufteinlaßöffnung
42 wird Luft angesaugt, welche in der Kompressorscheibe 54 komprimiert und anschließend einem Verbrennungsmotor
usw. durch das Kompressorgehäuse 4 zugeführt
wird.
Im Falle der gegenwärtig benutzten Metallturbinenschaufeln wird zum Zwecke einer Wärmeisolierung ein Hohlraum
64 sowohl an dem Ende 62 des aus einer hitzebeständigen Legierung gebildeten Turbinenrotors als auch an dem Ende
eines damit verbundenen Metallwellenteils 63 angebracht,
wobei die Berührungsoberflächen der Wellenteile zusammengeschweißt
sind, wie sich dies auf Fig.2(a) der dort dargestellten
Verbindungsstruktur ergibt. Da das Metallwellen-
r. teil 63 praktisch von einem öl gekühlt wird, wird auf
ο
diese Weise Hit2e primär durch den Mittelbereich der Welle übertragen, wobei der Hohlraum 64 aufgrund seiner Anordnung
in der Mitte in der erwünschten Weise seine Isolationswirkung ausübt.
Im Falle von Keramikturbinenschaufeln, die einstückig mit
dem zugehörigen Rotor und dem zugehörigen Wellenteil aus Keramik ausgebildet sind, ist es jedoch schwierig die vorstehend·
ierwähnte, bei Metallturbinenschaufeln verwendete
, t Wärmeisolationsstruktur anzuwenden, da der thermische
15
Ausdehnungskoeffizient von Keramik niedriger ist, als derjenige
von Metallen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zusammengesetzte Welle der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, bei der eine sichere, die thermischen Belastungen aushaltende Verbindung zwischen dem
Keramikwellenteil und dem Metallwellenteil hergestellt ist, bei der sich die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der beiden Materialien nicht nachteilig aus-25
wirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des Hauptanspruches gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit der Erfindung wird eine neuartige Verbindungsstruktur
für eine Turbinenwelle geschaffen, bei der die Verbindung zwischen einem Keramikwellenteil und einem Metallwellenteil
auch bei einer höheren Betriebstemperatur der Gasturbine sichergestellt ist.
Mit der Erfindung wird des weiteren eine Verbindungsstruktur einer Turbinenwelle geschaffen, die ein Keramik-
,_ wellenteil und ein Metallwellenteil enthält, welche
ο
stumpf mit ihren Enden miteinander verbunden sind, bei der ein Hohlraum zur Wärmeisolation lediglich im mittleren
Bereich des Keramikwellenteils vorgesehen ist.
Aufgrund dieser Ausgestaltung läßt sich die Eigen- bzw. Restspannung an der Verbindungsstelle, die auf die unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien zurückzuführen sind, derart verringern, daß eine
bessere Verbindung sichergestellt ist, sowie daß die von
dem heißen Turbinenrotor ausgehende Hitze durch das Vor-15
handensein des Mittenisolationshohlraums wirksam isoliert wird.
Es wird somit eine verbesserte Verbindungsstruktur zur
Wärmeisolation durch die Anbringung eines Hohlraumes al-20
lein im Bereich des keramischen Rotor-Wellenteiles geschaffen.
Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine.
Fig. 2(a) zeigt einen Längsteilschnitt der Verbindungs-30
struktur von den Enden eines Turbinenrotor-Metallwellenteiles und eines Metallwellenteiles
.
Fig. 2(b) zeigt einen Längsteilschnitt der Verbindungs-35
struktur zwischen einem Turbinenrotor-Keramikwellenteil und einem Metallwellenteil für
Vergleichszwecke.
-δι
Fig. 2 (c) zeigt die Deformation an dem Ende des Metallwellenteils
von Fig. 2(b) an einem Punkt A.
r Fig. 2 (d) zeigt ein Vektordiagramm an dem Punkt A.
Fig. 2 (e) zeigt einen Teillängsschnitt der Verbindungsstruktur eines Turbinenrotor-Wellenteiles, und
eines Metallwellenteiles gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Fig.
3(a) und
3(a) und
3(b) zeigen Längsschnitte der Verbindungsstruktur
von Vergleichsversuchen unterzogenen Proben.
Fig. 3 (c) zeigt eine entsprechende Ansicht von einer Ausführungsform der Erfindung.
Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
__ Das Keramikwellenteil ist vorzugsweise massiv bzw. ein-25
stückig mit einem Turbinenrotor ausgebildet, der eine
Turbinennabe und Turbinenschaufeln enthält, die beide in Form eines massiven Körpers ausgebildet sind.
Dies wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein Vergleichsbeispiel
des Verbindungsbereiches von dem Ende eines Keramikturbinenrotor-Wellenteiles mit einem Metallwellenteil erläutert, wie dies in Fig. 2(b) dargestellt
ist.
Man erkennt aus dieser Figur, daß das Ende 66 eines Keramikturbinenrotor-Wellenteiles
mit einem Metallwellen-
teil 63 unter Verwendung einer dazwischen befindlichen Pufferschicht 67 verbunden sein kann, wobei die Pufferschicht
67 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist,
r- der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des kerao
mischen Wellenteiles und des Metallwellenteiles liegt, wobei des weiteren ein Hohlraum 64 zum Zwecke der Wärmeisolation
vorgesehen ist, der ähnlich ausgebildet ist, wie der mit dem gleichen Bezugszeichen in Fig. 2(a) ver-
-0 sehene Hohlraum, und wobei, was nicht dargestellt ist,
in der Oberfläche des Metallwellenteiles 63 eine Nut zum
Zwecke der Wärmeisolation vorgesehen ist. Es wurde zunächst angenommen, daß eine derartige Anordnung eine gute
Verbindungsstruktur darstellen würde, bei der sich die Ein-
p. flüße des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Keramikwellenteil und dem Metallwellenteil ausgleichen lassen. Es zeigte sich jedoch, daß aus den
• im folgenden wiedergegebenen Gründen auf dem beschriebenen Wege eine gute Verbindungsstruktur nicht erhalten
n werden konnte.
Es soll nun ein Punkt A an der Endstirnfläche des mit dem
Metall verbundenen Keramikstücks betrachtet werden, wobei der Punkt A eine Spannung σγ in der senkrecht zur Achse
-ρ- verlaufenden Richtung empfängt, aufgrund der Kontraktion
beim Abkühlen des Metallwellenteiles. Des weiteren wirkt auf den Punkt A eine axiale Spannung σ* aufgrund der
Deformation der Verbindungsstelle zwischen dem Keramikwellenteil und dem Metallwellenteil, wie dies in Fig. 2(b)
on dargestellt ist. Nachdem das Metallwellenteil 63 von
Fig. 2(b) bei einer hohen Temperatur mit dem Ende 66 des
keramischen Rotorwellenteiles verbunden worden ist, zieht es sich aufgrund der Abkühlung zusammen. Aufgrund einer
kleinen Kontraktion des keramischen Materiales wird das O1_ Metallwellenteil, das an seinem freien Ende die Form einnehmen
könnte, wie sie in Fig. 2(c) in durchgezogenen Linien dargestellt ist, durch das Keramikteil gezogen und
es zieht sich benachbart zu der Verbindungsstelle der beiden zusammen, was zu einer Form führt/ wie sie in Fig.
2(c) mit strichlierten Linien wiedergegeben ist. Aus·
diesem Grunde wirkt an dem Punkt A1 eine Kraft, die einen
5
Zug auf das keramische Material ausübt, während am Punkt B1 eine Kraft entsteht, die das keramische Material zusammenpreßt,
so daß insgesamt keine befriedigende Verbindung erzielt wird.
Wenn, wie oben erwähnt, die Differenz der Wärmeausdehnung durch die Deformation des Metallwellenteiles kompensiert
oder absorbiert ist, erzeugt die resultierende innere Rest- oder Eigenspannung, daß eine sekundäre Kraft auf
die Keramik wirkt. Es versteht sich daher, daß, je geringer die Deformation des Metallwellenteiles ist, die Eigenspannung
bzw. Restspannung (speziell die axiale Spannung <T , die auf die Keramik wirkt) umso kleiner ist, was
zu einer Verbesserung der Verbindungsstruktur führt.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden wird durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Verbindungsstruktur
geschaffen, die eine Wärmeisolation bewirken kann, indem ein Mittenhohlraum zur Wärmeisolation in dem Keramikrotorwellenteil
am Verbindungsende desselben geschaffen wird.
Bei dem in Fig. 2(e) dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht zwar eine gewisse Ähnlichkeit mit der in Fig. 2(b) gezeigten Anordnung insofern, als ein
Ende 66 eines Keramikturbinenrotor-Wellenteiles mit einem Metallwellenteil 63 mittels einer zwischen diesen angeordneten
Pufferschicht 67 verbunden ist. Hier ist jedoch ein Hohlraum 64 zur Wärmeisolation lediglich im Endbereich
66 des Keramikturbinenrotor-Wellenteiles vorgesehen. Aufgrund dieser Anordnung wird die von dem Metallwellen-
teil 63 übertragene Hitze durch Luft in dem Hohlraum 64 isoliert, und es ist kein Platz für das Auftreten einer
ungleichmäßigen axialen Kompressions- und Zugkraft, die von dem Metallwellenteil ausgeübt wird, wie man im Fall
der Anordnung von Fig. 2(b) feststellt. Auf diese Weise
wird die Eigen- bzw. Restspannung in dem Keramikmaterial
herabgesetzt. Praktischerweise ist die Verbindung in die Nähe der Turbinenschaufeln gelegt, so daß die Teile, die
in eine Nachbehandlung notwendig machen, wie beispielsweise
die Anbringung von Öldichtungsnuten, in dem Teil des Metallwellenteiles
angebracht werden können. Die Bearbeitung wird daher im Vergleich zur Bearbeitung von Keramik
einfacher und die Betriebszeit während der ein Schneiden
werkzeug verwendet werden kann, wird verlängert, so daß insgesamt die Herstellungskosten verringert werden können.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich auch insoweit als vorteilhaft, als die Anbringung des Hohlraums
zur Wärmeisolierung im Inneren des Keramikwellenteiles, das auf einer höheren Temperatur gehalten wird, einen
größeren Beitrag zu der Isolationswirkung liefert.
Die Keramikmaterialien, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Keramikmaterialien
„p. mit hoher Festigkeit, niederem Ausdehnungsvermögen und guter
Oxidationsbeständigkeit wie z.B.Siliziumnitrit, Siliziumkarbid, Sialon usw.
Das bei der vorliegenden Erfindung für das Metallwellen- __ teil verwendete Material, das zusammen mit dem Keramik-
wellenteil in Einsatz kommt, enthält Legierungsstähle Wie SCM435, SCM440, SNCM, Mertensit-ausgehärtete Stähle;
korrosionsfeste Stähle wie z.B. JIS SUS 630, Spezialstähle usw..
Zu den Materialien für die Pufferschicht, die vorzugsweise
bei der vorliegenden Erfindung zurAnwendung kommen kön-
nen, gehören:
(i) Materialien oder Metalle mit niedrigem Young1sehen
Modul wie z.B. Cu, Ag, Ni, Kovar, Fe-42% Ni-Legierungen
usw..
(ii) Materialien mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie z.B. W, Mo, W Legierungen, Nb oder · Keramikmaterialien aus Si3N4 , SiC usw.
(iii) eine Kombination der Materialien aus (i) und (ii).
Das bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendete Hartlot enthält Ag-Cu Hartlot, Ag-Lot, Ni-Typ Lot,
Pd-Typ Lot usw.
Hilfsmaßnahmen wie eine Metallisierung des Endes des Keramikwellenteiles
tragen dazu bei, daß man eine große Festigkeit in der Verbindung erhält. Die Metallisierung
kann entweder durch Dampfbeschichtungstechniken (Vielfachschichten
von Ti-Cr-Cu, Ti-Ni usw.) oder durch aktivierte Metalltechniken aufgebracht werden. Beispiele für
die zuletztgenannte Technik finden sich in der US-PS 4,160,854, dem europäischen Patent EP 0038584A oder der
japanischen Kokai-Veröffentlichung Nr. 56/163093.
Die bevorzugte Gestaltung des Mittenhohlraums in dem Ende des Keramikwellenteiles kann folgende Dimensionen aufweisen.
Insbesondere der maxmiale Durchmesser des Hohl-QQ
raumes sollte unter Zugrundelegung der Festigkeit der Verbindung bestimmt werden, die sich durch folgende
Formel ergibt:
16 d9
O5 r = T (D
O5 r = T (D
^ ( cL4- d..4)
in der
d„
die Scher- bzw. Schubfestigkeit in Kg/cm2;
das Torsionsmoment in kg · cm ;
der Hohlraumdurchmesser in cm; und
der Durchmesser des Wellenteiles in cm ist,
Typische Ergebnisse, die a-uf der Basis der Formel (1) für
einen Wert von =156 kg/cm2 berechnet sind, ergeben sich aus der folgenden Tabelle 1.
d1 | d2 (cm) | T | (kg · | cm) | |
I | |||||
0 | .9 | 1 .5 | 900 | ||
1 | .2 | 1 .5 | 610 |
Aus diesem Grunde sollte der Durchmesser des Hohlraums nicht größer sein als 80 % des Durchmessers des Wellenteiles.
Andererseits sollte der Durchmesser des Hohlraumes im Hinblick auf das Hitzeisolationsvermögen begrenzt sein.
Da die äußere Oberfläche der Welle normalerweise von einem Kühlmittel ( wie z.B. Öl) gekühlt wird, kann der
Mittenhohlraum die von der Wärmequelle (Turbinenrotor) kommende Hitze wirksam isolieren. Im Hinblick auf das
vorstehende sollte der Durchmesser des Hohlraums nicht weniger als 30 % des Durchmessers des Keramikwellenteiles
betragen.
Die Länge (Tiefe) des Hohlraums sollte zumindest 20 % des Durchmessers des Wellenteiles betragen im Hinblick
auf den Wärmeisolationseffekt.
Der Querschnitt des Hohlraums ist vorzugsweise rund. Dies schließt jedoch nicht aus, daß auch andere symmetrische
Gestaltung, wie beispielsweise ein Polygon zur Anwendung kommen. Der Boden des Hohlraums kann des weiteren konisch
sein, gekrümmt verlaufen oder eine ähnliche Kontur aufweisen.
Um einen guten Vergleich zwischen den Verbindungsstruktu-10
ren der vorliegenden Erfindung und denen nach dem Stand
der Technik durchführen zu können, wurden die in den Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) dargestellten Prüflinge erstellt. In
Fig. 3(a) ist ein Keramikwellenteil C und ein Metallwellenteil M stumpf mit seinen Enden an der mit 12 angedeu-15
teten Stelle zusammengeschweißt, wobei ein Hohlraum 11 zur Wärmeisolation in beiden Wellenteilen vorgesehen ist.
Bei dem Prüfling gemäß Fig. 3(b) sind ein Keramikwellenteil C und ein Metallwellenteil M an der mit 12 gekennzeichneten
Stelle miteinander verbunden, wobei ein Hohl-
raum 11 zur Wärmeisolation im Inneren des Endes des Wellenteils
M angebracht ist. Sowohl die Fig. 3(a) als auch die Fig. 3(b) zeigen Vergleichsbeispiele. In Fig. 3(c)
sind ein Keramikwellenteil C und ein Metallwellenteil M miteinander an einer Stelle 12 verbunden, und ein Hohl-
raum 11 zur Wärmeisolation ist in dem Ende des Keramikwellenteiles
C angebracht.
Bei den untersuchten Prüflingen hatten sowohl das Metallwellenteil
als auch das Keramikwellenteil einen Außen-
durchmesser von 15 mm, wobei der Hohlraum für die Wärmeisolation einen Innendurchmesser von 9 mm und eine Länge
von 8 mm aufwiesen. Das Metallwellenteil bestand aus Stahl und Siliziumnitrit und Siliziumkarbid wurde als
Keramikwellenteil verwendet. Auf der Oberfläche der Ke-
ramik wurde eine 100 nm dicke Ti, eine 100 nm Cr und eine
1000 nm dicke Cu Schicht aufmetallisiert mittels physika-
_ 15 _ 3U0877
lischer Dampfbeschichtungstechniken. Als Zwischenpufferschicht
wurde eine 0,5 nun dicke Kupferplatte verwendet. Das Hartlöten erfolgte in einem Wasserstoffofen bei 9000C
unter Verwendung eines eutektischen Ag-Cu Lotmetalles 5
als Hartlötmaterial.
Je zehn Proben gemäß den Beispielen von Fig. 3(a), 3(b)
und 3(c) wurden hergestellt zur Bestimmung des Torsionsmomentes desselben, das bei Zimmertemperatur nach der
Zusammenfügung der Wellenteile gemessen wurde. Das Hartlöten erfolgte unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung
mit ausreichend großer Masse, so daß die Kühlgeschwindigkeit der Probenstücke nicht beeinflußt wurde.
Als Ergebnis zeigte sich, daß bei den Probenstücken gemäß Fig. 3(a) und 3(b) die Keramikwellenteile alle bei
einem Torsionsmoment von unter 500 kg · m brachen, während bei den erfindungsgemäßen Proben die Keramikwellenteile
bei einem Torsionsmoment von bis zu 800 kg · m
oder darüber nicht brachen und sich somit als hervorragend erwiesen.
■Ho-
- Leerseite -
Claims (9)
1. Zusammengesetzte Welle enthaltend ein Keramikwellenteil
und ein mit dessen Ende stumpf zusammengefügtes Metallwellenteil, wobei das Keramikwellenteil auf der Seite
eines mit einer höheren Temperatur als das Metallwellenteil betriebenen Rotors angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstruktur, der zusammengesetzten Welle einen
Hohlraum (64) zur Wärmeisolation enthält, der lediglich in den zentralen Bereich des anstoßenden Endes des Ke-
ramikwellenteils (66) vorgesehen ist.
2. Zusammengesetzte Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Keramikwellenteil massiv bzw. ein-
stückig mit dem Rotor ausgebildet ist.
3. Zusammengesetzte Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß diese eine Turbinenwelle und daß der Rotor ein Turbinenrotor ist. (Fig. 1)
4. Zusammengesetzte Welle nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (64) einen Durchmesser aufweist, der nicht größer ist als
80 % des Durchmessers des keramischen Wellenteils (66).
5. Zusammengesetzte Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (64) einen Durchmesser
aufweist, der zumindest 30 % des Durchmessers des keramischen Wellenteils (66) beträgt.
6. Zusammengesetzte Welle nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (64) eine Länge aufweist die zumindest 20 % des Durchmessers
des keramischen Wellenteils (66) beträgt.
7. Zusammengesetzte Welle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung
eine Hartlötstelle enthält, welche das keramische Wellenteil (66) und das Metallwellenteil (63) miteinander ver-
bindet.
8. Zusammengesetzte Welle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung
eine Schicht (67) eines Puffermaterials enthält, die zwischen den Enden der beiden Wellenteile (63, 66) angeordnet
ist.
9. Zusammengesetzte Welle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung
eine metallisierte Schicht auf der Oberfläche des Endes des keramischen Wellenteiles (66) enthält.
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Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60226464A (ja) * | 1984-04-20 | 1985-11-11 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックと金属との接合構造 |
DE3535511A1 (de) * | 1984-10-06 | 1986-04-17 | Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi | Verbindungsanordnung zwischen einer keramik- und einer metallwelle |
JPS61215270A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-25 | 日本特殊陶業株式会社 | タ−ビンロ−ター |
JPS61286501A (ja) * | 1985-06-12 | 1986-12-17 | Ngk Insulators Ltd | タ−ビンロ−タ−およびその製造法 |
JPS6278172A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミツクと金属との接合構造 |
EP0376092B1 (de) * | 1988-12-16 | 1993-05-19 | NGK Spark Plug Co. Ltd. | Keramischer Turbokompressorrotor |
DE3914333A1 (de) * | 1989-04-29 | 1990-10-31 | Hoechst Ceram Tec Ag | Pumpenkolben fuer axialkolbenpumpen |
JP2747939B2 (ja) * | 1990-08-22 | 1998-05-06 | 日本特殊陶業株式会社 | 過給機 |
JP2510041B2 (ja) * | 1990-08-23 | 1996-06-26 | 日本特殊陶業株式会社 | 回転接合体 |
JPH04296698A (ja) * | 1990-12-21 | 1992-10-21 | Gebr Sulzer Ag | 原子炉高温液体にポンプ作用するランナー |
JPH05155668A (ja) * | 1991-12-09 | 1993-06-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックスと金属との結合体 |
DE19508321A1 (de) * | 1995-03-09 | 1996-09-12 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Kreiselpumpenaggregat mit integrierter Wärmesperre |
US6487862B1 (en) * | 1996-10-28 | 2002-12-03 | Richard B. Doorley | Low cost jet engine |
GB9715951D0 (en) | 1997-07-30 | 1997-10-01 | Gozdawa Richard J | A composite shaft |
US6276124B1 (en) * | 1998-06-04 | 2001-08-21 | Alliedsignal Inc. | Bi-metallic tie-bolt for microturbine power generating system |
US6896484B2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-05-24 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Turbine engine sealing device |
US6926495B2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-08-09 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Turbine blade tip clearance control device |
DE102004025049A1 (de) * | 2004-05-18 | 2005-12-15 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Abgasturbolader |
US20070012047A1 (en) * | 2005-07-15 | 2007-01-18 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Multi-material turbine engine shaft |
JP4545068B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2010-09-15 | 三菱重工業株式会社 | 可変容量型排気ターボ過給機及び可変ノズル機構構成部材の製造方法 |
US7375475B2 (en) * | 2006-10-02 | 2008-05-20 | Osram Sylvania Inc. | Lamp containing power controller having current limited RMS regulated output |
US7942635B1 (en) * | 2007-08-02 | 2011-05-17 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Twin spool rotor assembly for a small gas turbine engine |
DE102008038007A1 (de) * | 2008-08-16 | 2010-02-18 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Abgasturbolader |
DE102009030042A1 (de) | 2009-06-23 | 2011-01-05 | Continental Automotive Gmbh | Turbinenläufer für einen Turbolader und Verfahren zur Herstellung eines Turbinenläufers |
US8475114B2 (en) * | 2010-02-08 | 2013-07-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Air cycle machine air bearing shaft |
DE102010011486A1 (de) | 2010-03-16 | 2011-09-22 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Rotor für eine Ladeeinrichtung |
DE102012202272B4 (de) * | 2012-02-15 | 2021-05-12 | BMTS Technology GmbH & Co. KG | Rotor einer Ladeeinrichtung und Ladeeinrichtung |
JP2015508865A (ja) * | 2012-03-01 | 2015-03-23 | ボーグワーナー インコーポレーテッド | 排気ガスターボチャージャ |
US10526081B2 (en) * | 2016-12-11 | 2020-01-07 | Textron Innovations Inc. | Gear shaft for accommodating thermal expansion and transmission system incorporating the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1986719A (en) * | 1932-03-16 | 1935-01-01 | Evans Francis Charles | Refuse treating apparatus |
DE2334673A1 (de) * | 1973-07-07 | 1975-01-30 | Ksb Kernkraftwerkspumpen Gmbh | Wellenschutzhuelse |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3801226A (en) * | 1970-08-28 | 1974-04-02 | Goulds Pumps | Pump impeller |
US3901622A (en) * | 1973-05-31 | 1975-08-26 | Gen Motors Corp | Yieldable shroud support |
DE2554353A1 (de) * | 1975-12-03 | 1977-06-16 | Motoren Turbinen Union | Gasturbinentriebwerk |
DE2728823C2 (de) * | 1977-06-27 | 1982-09-09 | Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch, 6710 Frankenthal | Gasturbine |
DE2734747A1 (de) * | 1977-08-02 | 1979-02-15 | Daimler Benz Ag | Verbindung eines keramischen turbinenrades mit einer metallischen welle |
JPS55107003A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-16 | Nissan Motor Co Ltd | Radial turbine rotor |
JPS6026459B2 (ja) * | 1979-04-09 | 1985-06-24 | トヨタ自動車株式会社 | タ−ボチャ−ジャの回転速度検出装置 |
JPS55161902A (en) * | 1979-06-01 | 1980-12-16 | Nissan Motor Co Ltd | Ceramic turbine rotor |
DE2923075C3 (de) * | 1979-06-07 | 1982-02-11 | Feldmuehle Ag, 4000 Duesseldorf | Welle aus Oxidkeramik |
JPS5925083B2 (ja) * | 1979-07-30 | 1984-06-14 | 日産自動車株式会社 | ラジアルタ−ビンロ−タ |
US4408959A (en) * | 1980-07-03 | 1983-10-11 | Kennecott Corporation | Ceramic radial turbine wheel |
JPS57168004A (en) * | 1981-04-10 | 1982-10-16 | Nissan Motor Co Ltd | Installation structure of ceramic turbine rotor |
JPS5896101A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-08 | Honda Motor Co Ltd | タ−ビンホイ−ルの製造方法 |
JPS5913679A (ja) * | 1982-07-14 | 1984-01-24 | 日産自動車株式会社 | セラミツクと金属との接合構造 |
-
1983
- 1983-11-08 JP JP58208344A patent/JPS60101201A/ja active Granted
-
1984
- 1984-10-31 US US06/666,913 patent/US4557704A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-08 DE DE19843440877 patent/DE3440877A1/de active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1986719A (en) * | 1932-03-16 | 1935-01-01 | Evans Francis Charles | Refuse treating apparatus |
DE2334673A1 (de) * | 1973-07-07 | 1975-01-30 | Ksb Kernkraftwerkspumpen Gmbh | Wellenschutzhuelse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0351881B2 (de) | 1991-08-08 |
DE3440877C2 (de) | 1987-06-25 |
US4557704A (en) | 1985-12-10 |
JPS60101201A (ja) | 1985-06-05 |
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