DE3912371C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen berstsicheren, radartigen Rotationskörper wie Schwungrad, Turbinenrad, Verdichterrad oder dergleichen, mit Merkmalen ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei niedertourig rotierenden Rotationskörpern sind in der Regel keine besonde­ ren Maßnahmen zum Schutz gegen Berstsicherung zu treffen. Anders dagegen sehen die Verhältnisse bei mit hohen, zum Teil extrem hohen Drehzahlen, z. B. 50000 1/min. und mehr betriebenen Rotationskörpern aus. Zur Schaffung sicherer Zustände sind in Verbindung mit hochtourig betriebenen Schwungrädern aus dem einschlägigen Stand der Technik die verschiedensten Lösungen bekannt. Da­ bei sind die einen auf eine berstsichere Ausgestaltung des Schwungrades als sol­ ches, andere auf die Schaffung eines sicheren Gehäuses, das Teile eines bersten­ den Schwungrades auffangen kann, und wieder andere auf die Kombination bei­ der vorgenannter Maßnahmen abgestellt.

Ein Beispiel für eine solche Lösung ist aus der DE-AS 23 38 265 bekannt. Ferner sind theoretische Grundlagen für eine berstsichere Gestaltung eines Schwungra­ des aus "Konstruktion 24 (1972), Seiten 186 bis 194 - Berechnung der Spannungen und des Festigkeitsverhaltens rotierender Scheiben und Schwungräder" bekannt. Dort ist unter anderem ein Schwungrad offenbart, bestehend aus einer Grauguß- Nabe mit aufgeschrumpftem Stahl-Außenring. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß die Durchmesser der Innendurchgangsbohrung im Außenring und der Außenfläche an der Nabe bei der Fertigung maßseitig so aufeinander abge­ stimmt werden, daß sich im aufgeschrumpften Stahl-Außenring eine Vorspan­ nung einstellt, die immer größer als die auch bei maximaler Drehzahl des Rotati­ onskörpers durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist. Unter maximaler Drehzahl ist dabei jene zu verstehen, die als zuläs­ sig angenommen und der Berechnung für den Naben-Außenring-Verbund zu­ grundegelegt ist. Schwungräder mit Grauguß-Naben sind in der Regel jedoch nur für eine begrenzte Maximaldrehzahl brauchbar und benötigen wegen ihres rela­ tiv großen Gewichtes relativ viel Energie für ihre Beschleunigung, was deren Ver­ wendung in bestimmten Einsatzfällen von vorne herein ausschließt.

Aus der JP-A2 51-1 48 160 ist ein Schwungrad bekannt, bestehend aus einer auf ei­ ner Welle befestigten scheibenförmigen Habe und einem darauf aufgeschrumpf­ ten Außenring. Das Material des Außenringes hat einen größeren Elastizitätsmo­ dul als jenes der Habe, begrenzt somit die Durchmesservergrößerung der Habe unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften und reduziert die in die Habe eingelei­ tete Spannung.

Weiterhin ist aus der DE 26 17 390 A1 eine Elektromaschine bekannt, auf deren Welle eine Habe mit Preßsitz aufgeschoben und auf diese Habe ein Schwungrad aufgeschrumpft ist. Dabei ist der Schrumpfsitz zwischen Habe und Schwungrad fester als zwischen Habe und Welle. Außerdem sind dem Schwungrad Zentrier- und Fangmittel zugeordnet, die bei Überdrehzahl des Schwungrades fangend bzw. bremsend wirksam werden.

Die bekannten Maßnahmen haben den Nachteil, daß zur Berstsicherung des Ro­ tationskörpers relativ komplizierte, fertigungstechnisch schwierige und damit teure Lösungen angewandt werden. Auch sind die Rotationskörper in der Regel aus relativ schwergewichtigem Material hergestellt, was einer raschen Beschleu­ nigung auf Maximaldrehzahl hinderlich ist. Gerade aber eine rasche Beschleuni­ gung ist in vielen Fällen z. B. bei Energiespeicher-Schwungrädern oder dem Turbinen-/Verdichterrad eines Abgasturboladers, von besonderer Bedeutung, weil dies Rückwirkungen auf die Qualität des Betriebes des zugehörigen Systems, z. B. Fahrzeug bzw. Fahrzeugmotor hat.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotationskörper zu schaffen, der ver­ gleichsweise leicht, somit rasch beschleunigbar ist, außerdem relativ einfach her­ stellbar und berstsicher ausgestattet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Rotationskörper mit den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dabei besteht der Rotationskörper aus einer Habe und einem auf letztere aufge­ schrumpftem Außenring aus Stahlmaterial, der eine Schwungmasse bildet. Die Berstsicherheit des Rotationskörpers wird dadurch erreicht, daß die Durchmesser der Innendurchgangsbohrung im Außenring und der Außenfläche an der Habe bei der Fertigung dieser Teile maßseitig derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich im aufgeschrumpften Außenring eine Vorspannung einstellt bzw. herrscht, die immer größer als die bei maximaler Drehzahl des Schwungrades durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist. Auf diese Weise ist für den zulässigen Drehzahlbereich des Rotationskörpers dessen Berstsicherheit mit hohem Sicherheitsfaktor erreicht.

Die Nabe kann ein- oder mehrstückig sein. Deren Grundkörper bzw. - bei Mehr­ stückigkeit - zumindest deren äußerer Teil ist einstückig aus vergleichsweise leich­ tem, aber hochfestem und hochdichtem Material, insbesondere Keramik wie Zir­ konoxid, bzw. Metall-Keramik hergestellt. Auf diesem Teil wird dann radial au­ ßen eine Metallschicht aufgebracht, an der zuletzt die exakt zur Rotationsachse rund laufende Außenfläche durch Überdrehen bzw. Überschleifen erzeugt wird. Auf dieser dann auch exakt maßhaltigen Nabe wird dann der Stahl-Außenring aufgeschrumpft.

Einzelheiten dieser Lösung im konstruktiven Bereich sowie andere vorteilhafte bzw. zusätzliche Maßnahmen zur Verhinderung des Berstens des Rotationskör­ pers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung beispielhaft anhand der Zeich­ nung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 weitgehend schematisiert je einen Schnitt durch ein Schwung­ rad,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Bereich der Lagerung des Schwungrades,

Fig. 4, 5, 6 und 7 je einen weitgehend schematisierten Schnitt durch ein Schwungrad mit verschiedenen Ausführungsformen von Fangorganen für das Schwungrad und

Fig. 8 einen weitgehend schematisierten Schnitt durch ein Turbi­ nenrad.

In den Fig. 1 bis 7 ist die Erfindung in Verbindung mit einem hochtourig dre­ henden Schwungrad und anhand von Fig. 8 in Verbindung mit einem Turbinen­ rad beschrieben. Schwungräder, Turbinenräder, Verdichterräder und dergleichen lassen sich unter den Oberbegriff "radartige Rotationskörper" subsumieren, die generell so zu definieren sind, daß es sich dabei um Bauteile handelt, die im Be­ trieb um eine Rotationsachse rotieren und eine zur Rotationsachse rotationszylin­ drische Außenfläche haben.

Das in den Fig. 1 bis 7 dargestellte Schwungrad 1 ist mittels einer Kupplung K1 mit einem Antriebsaggregat 2 und mittels einer Kupplung K2 mit einem An­ triebsstrang 3 in bzw. außer Wirkverbindung bringbar. Die Anschlußwelle zwi­ schen Antriebsaggregat 2 und Kupplung K1 ist mit 4, die Anschlußwelle zwischen Kupplung K2 und Antriebsstrang 3 ist mit 5 bezeichnet. Beide Anschlußwellen 4, 5 fluchten axial zueinander.

Bei dem Antriebsaggregat 2 kann es sich um eine Brennkraftmaschine oder/und einen Elektromotor handeln. Das Antriebsaggregat 2 kann die Antriebsquelle ei­ nes Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, wie Lastkraftwagen, Omni­ bus, oder eines anderen anzutreibenden Gerätes sein.

Bei dem zugehörigen Abtriebsstrang 3 handelt es sich um ein Getriebe, insbeson­ dere stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit Planetendifferential 3/1 und zwei Hydrostatmaschinen 3/2, 3/3 und einen am Pla­ netendifferential 3/1 angeschlossenen Achsantriebsstrang 3/4.

Das Schwungrad 1 bildet in Verbindung mit dem hydrostatisch-mechanischen Lei­ stungsverzweigungsgetriebe 3/1, 3/2, 3/3 einen Gyrospeicher als Teil einer Brems­ energierückgewinnungseinrichtung. Dabei wird beim Bremsen die am Achsan­ triebsstrang 3/4 anfallende kinetische Energie via Leistungsverzweigungsgetriebe 3/1, 3/2, 3/3 (bei abgekuppeltem Antriebsaggregat 2) in das Schwungrad 1 unter Drehzahlerhöhung desselben eingespeichert. Diese abgespeicherte Energie kann anschließend, z. B. zum Anfahren und Beschleunigen des Fahrzeuges, Heben von Lasten und dergleichen, vom Schwungrad 1 wieder über das Getriebe 3/1, 3/2, 3/3 an den Achsantriebsstrang 3/4 abgegeben werden.

In den Anwendungsfällen gemäß Fig. 1 bis 7 ist das Schwungrad 1 in ein Gehäuse 6 eingebaut, das von zwei Seitenwänden 7, 8 und einer Querwand 9 mit kreis­ ringzylindrischer, koaxial zu den Anschlußwellen 4, 5 angeordneter Innenfläche 9/1 begrenzt ist. An jeder Seitenwand 7, 8 ist ein Lagerauge 10, 11 gegeben, in dem zur Lagerung des Schwungrades 1 je ein von einer Sicherheitsbuchse 14, 15 umgebenes Kugel- oder Rollenlager 12, 13 eingebaut ist.

Jedes Kugel- bzw. Rollenlager 12, 13 sitzt im dargestellten Anwendungsfall fest montiert auf einem Ansatzzapfen 16, 17 einer ansonsten etwa topfförmigen La­ gerbuchse 18, 19, in deren Innenraum sich jeweils eine Anschlußwelle 4 bzw. 5 hineinerstreckt sowie die Schalt- und Kupplungsorgane einer der Kupplungen K1 bzw. K2 untergebracht sind. Beide Lagerbuchsen 18, 19 bilden somit auch gleich­ zeitig Gehäuse der Kupplungen K1, K2, sind durch Drehen und/oder Schleifen aus hochfestem Material, insbesondere Stahlmaterial, hergestellt und werden verei­ nigt mit den bereits in sie eingebauten Schalt- und Kupplungsorganen der Kupp­ lung K1 bzw. K2 und der Anschlußwelle 4 bzw. 5 in jeweils eine koaxial in der Na­ be 22 des Schwungrades 1 gegebene Aufnahmebohrung 20 bzw. 21 mit Festsitz eingebaut. Die Habe 22 weist eine die beiden Aufnahmebohrungen 20, 21 von­ einander trennende Mittelwand 23 auf, an deren parallel und senkrecht zur Rota­ tionsachse sich erstreckenden Seitenwänden 24 bzw. 25 die beiden Lagerbuchsen 18 bzw. 19 in Einbaulage axial abgestützt sind. In der zentralen Durchgangsboh­ rung 26 der Mittelwand 23 sind direkt oder in dort eingesetzten Lagern die bei­ den Anschlußwellen 4, 5 mit ihren inneren Enden gelagert.

Die Kupplungen K1, K2 müssen jedoch nicht notwendigerweise innerhalb des Schwungrades 1 untergebracht sein. Die Kupplungen K1, K2 könnten auch außer­ halb des Schwungrades 1′ und dessen Lagern 12, 13 oder gar außerhalb des Ge­ häuses 6 gegeben sein.

Für den Anwendungsfall des Schwungrades 1 als Energiespeicher erweist es sich aber als zweckmäßig, wenn wenigstens die Kupplung K2 in das Schwungrad 1 eingebaut ist.

Die Nabe 22 des Schwungrades 1 kann - wie in Fig. 1 und 4 gezeigt - einstückig sein. Dabei wird deren Grundkörper 22/1 aus einem vergleichsweise leichten, aber hochfesten, hochdichten Material, insbesondere Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik hergestellt. Dann wird auf diesem Grundkörper 22/1 radial außen in einem geeigneten Verfahren eine Metallschicht 28 aufgebracht. Zuletzt wird an der so vorgefertigten Habe 22 eine exakt zur Rotationsachse des Schwungrades 1 rundlaufende rotationszylindrische Außenfläche 27 durch Über­ schleifen bzw. Überdrehen der Metallschicht 28 hergestellt.

Alternativ zur Einstückigkeit kann die Habe 22 des Schwungrades 1 auch aus mehreren, insbesondere zwei vorgefertigten Einzelteilen zusammengesetzt sein. Wie aus Fig. 2, 5, 6 und 7 ersichtlich, werden dabei zunächst zwei Einzelteile 22/2 und 22/3 geschaffen. Das innere Teil 22/2 kann aus geeignetem Metallmaterial, insbesondere Stahlmaterial, hergestellt sein. Vorzugsweise werden jedoch beide Einzelteile 22/2, 22/3 zunächst aus Keramik wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik jeweils einstückig hergestellt und dann jeweils radial außen mit einer Metall­ schicht 29 bzw. 30 versehen. Danach wird die Metallschicht 30 am inneren Teil 22/2, gegebenenfalls auch die Durchgangsbohrung im äußeren Teil 22/3, mecha­ nisch, z. B. durch Überschleifen bzw. Honen, nachbehandelt. Anschließend wer­ den beide Teile 22/2, 22/3 im Bereich der Metallschicht 30 über diese fest mitein­ ander in Verbindung gebracht. Dann wird dieses so vereinigte Teil an der Außen­ seite der am äußeren Teil 22/3 gegebenen Metallschicht 29 nachbearbeitet, z. B., durch Überschleifen, derart, daß sich an der dann fertigen Habe 22 die zur Rotati­ onsachse exakt rundlaufende rotationszylindrische Außenfläche 27 ergibt.

Auf die gleiche wie vorbeschriebene Art und Weise wird auch die Habe 22 des in Fig. 8 gezeigten Turbinenrades 1 hergestellt.

Auf diese so vorgefertigte Habe 22 wird ein massiver, eine Schwungmasse bilden­ der und aus einer hochfesten zähen Metallegierung, insbesondere Stahllegie­ rung bestehender Außenring 31, der im Fall des Turbinenrades gemäß Fig. 8 bzw. eines Verdichterrades mit Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln bestückt ist, aufge­ schrumpft, und zwar in spezieller Weise, welche eine hohe Sicherheit gegen ein Bersten des Rotationskörpers 1 garantiert. Dabei werden die Durchmesser der In­ nendurchgangsbohrung 32 im Außenring 31 und der Außenfläche 27 an der Na­ be 22 bei der Fertigung dieser Teile maßseitig so aufeinander abgestimmt, daß sich nach dem Aufschrumpfen des Außenringes 31, also nach dessen Erwärmung und dadurch bedingter Ausdehnung, anschließendem Aufziehen auf die Nabe 22 und anschließendem Erkalten mit dadurch bedingtem Zusammenziehen, im Au­ ßenring 31 bei normalen Betriebstemperaturverhältnissen eine Vorspannung ein­ stellt, die immer größer als die bei maximaler Drehzahl des Rotationskörpers 1 durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist. Eine Auflösung des Schrumpfverbandes ist daher unter normalen Betriebsum­ ständen unmöglich. Zuletzt wird der Rotationskörper 1 an seiner Außenseite 31/1 für exakten Rundlauf überdreht bzw. überschliffen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß für die Nabe 22 ein Keramikmate­ rial bzw. Metallkeramikmaterial verwendet wird, das zumindest einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten hat wie der für die Herstellung des Außenringes 31 ver­ wendete Werkstoff.

Um zu vermeiden, daß beim Auftreten normalerweise nicht entstehender über­ höhter Drehzahlen, z. B. bei Versagen bestimmter Regelfunktionen im Antriebssy­ stem, der Rotationskörper 1 bleibende Schäden erfährt, sind dem Rotationskör­ per 1 diesbezüglich ausgerichtete Teile einer Sicherheitseinrichtung zugeordnet.

In den Fällen gemäß Fig. 1, 2 und 5 handelt es sich dabei um eine formstabile kreiszylindrische Fangtrommel 33. Diese ist an ihrer Außen- und Innenfläche ge­ gebenenfalls mit gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE, beschichtet, ferner mit leich­ ter Friktion in das Gehäuse 6, dort an der Innenseite 9/1 der Querwand 9 anlie­ gend eingepaßt und umgibt mit ihrer kreiszylindrischen Innenfläche 33/3 bei in Normalzustand befindlichem Schwungrad 1 dieses außen mit geringem Abstand (Größenordnung Zehntelmillimeter). Sobald sich das Schwungrad 1 zu stark radi­ al ausdehnt, kommt es an der Fangtrommel 33 zur Anlage und wird abgebremst, wobei gegebenenfalls die Friktion der Fangtrommel 33 im Gehäuse 6 überwun­ den und diese in Rotation versetzt wird. In jedem Fall wird so ein Zubruchgehen des Schwungrades 1 wirksam vermieden.

Alternativ zur Fangtrommel 33 können als Fangorgane auch zwei kreiszylindri­ sche Fanghülsen 33/1, 33/2 vorgesehen sein. Diese Fanghülsen 33/1, 33/2 sind - wie aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich - axial fixiert, aber drehbar mit leichter Friktion in der kreiszylindrischen Innenfläche 9/1 der Gehäuse-Querwand 9 aufgenommen. Auch diese Fanghülsen 33/1, 33/2 sind an ihrer Außen- und Innenfläche gegebe­ nenfalls mit gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE, beschichtet. In Einbaulage sind diese Fanghülsen 33/1, 33/2 mit ihrer kreiszylindrischen Innenfläche 33/4, 33/5 um ein solch geringes Maß (Größenordnung Zehntelmillimeter) von der Außenflä­ che 31/1 des Schwungrades 1 beabstandet, daß das Schwungrad 1 bei zu starker radialer Ausdehnung an den Fanghülsen 33/1, 33/2 zur Anlage kommt und von diesen abgebremst wird. Dabei können die Friktionen der Fanghülsen 33/1,33/2 im Gehäuse 9 überwunden und diese in Rotation versetzt werden.

Zwecks Vermeidung schädlicher Auswirkungen bei Dezentrierung bzw. Laufano­ malien des Schwungrades 1 können als weitere Teile der Sicherheitseinrichtung ringförmige Fangscheiben 46, 47 vorgesehen sein. Diese sind innen an den Seiten­ wänden 7, 8 des Gehäuses 6 fixiert abgestützt und nehmen zwischen ihren einan­ der zugewandten Innenflächen 46/1, 47/1 das Schwungrad 1 auf. Dabei sind die besagten Innenflächen 46/1, 47/1 von den zugewandten Stirnflächen 1/1 bzw. 1/2 am Schwungrad 1 um ein solch geringes Maß beabstandet (Größenordnung Zehntelmillimeter), daß bei einer Dezentrierung bzw. Laufanomalie, beispiels­ weise Taumelbewegung des Schwungrades 1 dieses seitlich abgestützt abfangbar ist. Durch das Vorsehen der seitlichen Fangscheiben 46, 47 wird somit die Am­ plitude eines etwaigen seitlichen Ausschlages des Schwungrades 1 begrenzt.

Die beiden Fangscheiben 46, 47 können, wie aus Fig. 5 ersichtlich, an den beiden Stirnseiten der Fangtrommel 33, oder, wie aus Fig. 6 ersichtlich, an jeweils einer Stirnseite einer der beiden Fanghülsen 33/1, 33/2 angeordnet sein. Die beiden Fangscheiben 46, 47 können jedoch auch, wie aus Fig. 7 ersichtlich, mit jeweils ei­ ner der beiden Fanghülsen 33/1 bzw. 33/2 zu einem einstückig herstellbaren Bau­ teil vereinigt sein.

Zwecks Reduzierung der Reibung ist das Gehäuse 6 mit inertem Gas, insbesonde­ re Helium,gefüllt. In diesem Fall müssen die radial und stirnseitig an der Periphe­ rie des Schwungrades 1 im Gehäuse begrenzten Räume 48, 49, 50 - wie aus den Fig. 4, 6 und 7 ersichtlich - über Verbindungskanäle 51, die die Fanghülsen 33/1, 33/2 und Fangscheiben 46, 47 durchdringen, oder alternativ außerhalb des Ge­ häuses 6 verlegte Verbindungsleitungen 52 miteinander in Kommunikation ste­ hen, um einem Temperaturausgleich zwischen den sich in den Räumen 48, 49, 50 unterschiedlich erwärmenden Gasen zu ermöglichen.

Weitere Unsicherheitsstellen im Bereich der Lagerung des Schwungrades 1 sind die Rollen- bzw. Gleitlager 12, 13. Diese könnten heißlaufen, beispielsweise we­ gen Ölmangels oder abgenützter bzw. beschädigter Kugeln bzw. Rollen, und schlimmstenfalls fressen bzw. blockieren. Um Folgeschäden in einem solchen Fall zu vermeiden, sind als weitere Teile der Sicherheitseinrichtung die bereits weiter vorn erwähnten Sicherheitsbuchsen 14 bzw. 15 vorgesehen. Diese Sicherheits­ buchsen 14 bzw. 15 bestehen entweder ganz aus gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE, oder sind nur PTFE-beschichtet. Diese Sicherheitsbuchsen 14 bzw. 15 sind mit Friktion - wie aus Fig. 3 detailliert ersichtlich - in die Aufnahmebohrungen 10/1 bzw. 11/1 der Lageraugen 10, 11 eingesetzt, zusätzlich aber auch gegen Ver­ drehung gesichert und weisen außerhalb des eigentlichen Tragbereiches Soll­ bruchstellen auf. Zur Verdrehsicherung sind im Boden 35, 36 des jeweiligen La­ gerauges 10 bzw. 11 beispielsweise Löcher 34 vorgesehen, in die eine Sicherheits­ buchse 14 bzw. 15 in Einbaulage mit stirnseitig an ihr gegebenen fingerförmigen Vorsprüngen 37 eingreift. Diese Vorsprünge 37 bilden gleichzeitig auch die Soll­ bruchstellen, d. h., der Gesamtquerschnitt der Vorsprünge 37 in der Abscherebene ist so bemessen, daß bei einer bestimmten, in Umfangsrichtung außen am jeweili­ gen Lager 12 bzw. 13 wirkenden und ein Indiz für das Fressen des letzteren dar­ stellenden Tangentialkraft die Vorsprünge 37 abgeschert werden und dann die Lagerung des Schwungrades 1 im Bereich des gefressenen Lagers 12 bzw. 13 von der in Rotation versetzten und als Ersatzlager fungierenden Sicherheitsbuchse 14 bzw. 15 übernommen wird. Das Fressen eines Lagers 12 bzw. 13 kann auch durch Meßfühler, z. B. Temperatursensoren, erfaßt und an Steuereinrichtungen zum Abschalten des Schwungradantriebes (Betätigung von K1 bzw. K2) weitergeleitet werden.

Solche Sicherheitsbuchsen 14 bzw. 15 können auch in Verbindung mit der Lage­ rung eines Turbinenrades bzw. Verdichterrades oder dergleichen Rotationskör­ per verwendet werden.

Das Zu- und Abschalten des Schwungrades 1 vom bzw. zum Antriebsaggregat 2 bzw. Abtriebsstrang 3 erfolgt durch die in vorteilhafter Weise innerhalb des Schwungrades 1 selbst untergebrachten Kupplungen K1, K2 durch hydraulische Betätigung bzw. Entlastung von Schalt- bzw. Kupplungsorganen 38, 39 über in­ tern der jeweiligen Lagerbuchse 18 bzw. 19 begrenzte Druckräume 40, 41 und ge­ gebene Druckmittelkanäle 42, 43, die an äußere Druckmittelversorgungs- bzw. Druckentlastungsorgane 44, 45 angeschlossen sind.

Insgesamt gesehen ist somit ein berstsicherer Rotationskörper, insbesondere ein kompaktes, gut gelagertes, in Notfällen sicher abfangbares sowie auf baulich günstige und platzsparende Weise mit einem Antriebsaggregat 2 bzw. Abtriebs­ strang 3/1, 3/2, 3/3, 3/4 kuppel- bzw. entkuppelbares Schwungrad 1 geschaffen.

Claims (10)

1. Berstsicherer, radartiger Rotationskörper wie Schwungrad, Turbinenrad, Verdichterrad oder dergleichen, bestehend aus einer Nabe (22) und einem auf letztere aufgeschrumpften, eine Schwungmasse bildenden Außenring (31) aus Stahlmaterial, wobei die Durchmesser der Innendurchgangsboh­ rung (32) im Außenring (31) und der Außenfläche (27) an der Habe (22) bei der Fertigung maßseitig derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich im aufgeschrumpften Außenring (31) eine Vorspannung einstellt, die immer größer als die auch bei maximaler Drehzahl des Rotationskörpers (1) durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (22) ein- oder mehrstückig ist, deren Grundkörper (22/1) bzw. - bei Mehrstückigkeit - zumindest deren äußerer Teil (22/3) einstückig aus vergleichsweise leichtem, aber hochfestem und hochdichtem Material, insbesondere Keramik wie Zirkonoxid, bzw. Metall­ keramik hergestellt und dann auf diesem Teil (22/1 bzw. 22/3) radial außen eine Metallschicht (28 bzw. 29) aufgebracht wird, an der zuletzt die exakt zur Rotationsachse rundlaufende Außenfläche (27) durch Überdrehen bzw. Überschleifen erzeugt wird.

2. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Habe (22) aus zwei fest miteinander verbundenen Ein­ zelteilen (22/2, 22/3) besteht, der äußere Teil (22/3) zunächst einstückig aus Keramik bzw. Metallkeramik hergestellt, dann mit der äußeren Metall­ schicht (29) versehen, gegebenenfalls an seiner Innendurchgangsbohrung durch Überschleifen bzw. Honen nachbehandelt und anschließend mit dem vorgefertigten inneren Teil (22/2) in feste Verbindung gebracht wird, und daß dieses so vereinigte Teil an der Außenseite der Metallschicht (29) zum Erhalt der rotationszylindrischen Außenfläche (27) nachbearbeitet wird.

3. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgefertigte innere Teil (22/2) der zweiteiligen Habe (22) aus Me­ tallmaterial, insbesondere Stahlmaterial, besteht.

4. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgefertigte innere Teil (22/2) der zweiteiligen Nabe (22) aus ei­ nem einstückigen Grundkörper aus Keramik bzw. Metallkeramik besteht, an dem außen eine Metallschicht angebracht und diese mechanisch nachbe­ handelt auf einen für die Verbindung mit dem äußeren Haben-Teil (22/3) geeigneten Außendurchmesser gebracht ist.

5. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Habe (22) aufgeschrumpfte Außenring (31) aus hochfestem Stahlmaterial besteht.

6. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihm Sicherheitseinrichtungen zugeordnet sind, die bei zu einer Dezen­ trierung führenden Defekten in seinen Lagern (12, 13) oder anderen Teilen des Rotationskörpers bzw. anderen Laufanomalien des letzteren wirksam werden und durch an geeigneten exponierten Stellen angeordnete ringför­ mige Fangorgane (14, 15, 33/1, 33/2, 46, 47) gebildet sind, die bei Notwen­ digkeit als Ersatzlager wirkend den Rotationskörper (1) gleitend, gegebe­ nenfalls bis zum Stillstand, abstützen können.

7. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im Fall eines Schwungrades (1) über zwei koaxiale Lagerbuchsen (18, 19), die in eine entsprechende Aufnahmebohrung (20, 21) in der Habe (22) eingesetzt sind und auf äußeren Ansatzzapfen (16, 17) Kugel bzw. Rollenla­ ger (12, 13) tragen, in einem Gehäuse (6), dort in die Lager (12, 13) außen umgreifenden Lageraugen (10, 11) gelagert ist.

8. Berstsicherer Rotationskörper nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen jedem Kugel- bzw. Rollenlager (12 bzw. 13) und Aufnahmebohrung (10/1 bzw. 11/1) des zugehörigen Lagerauges (10 bzw. 11) eine Sicherheitsbuchse (14 bzw. 15) vorgesehen ist, die - innen und au­ ßen jeweils in Anlagekontakt - entweder ganz aus gleitfähigem Kunststoff PTFE oder nur PTFE-beschichtet und mit leichter Friktion in die jeweilige Aufnahmebohrung eingesetzt, zusätzlich aber auch gegen Verdrehung ge­ sichert sind und darüber hinaus Sollbruchstellen außerhalb des eigentlichen Tragbereiches aufweisen.

9. Berstsicherer Rotationskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehsicherung der Sicherheitsbuchsen (14 bzw. 15) stirnseitig an letzteren fingerförmige Vorsprünge (37) gegeben sind, die in Löcher (34) im Boden (35 bzw. 36) des jeweiligen Lagerauges (10 bzw. 11) eingreifen, und daß die fingerförmigen Vorsprünge (37) gleichzeitig die Sollbruchstellen bil­ den, dergestalt, daß deren Gesamtquerschnitt in der Abscherebene so be­ messen ist, daß bei einer bestimmten, in Umfangsrichtung am jeweiligen La­ ger (12 bzw. 13) wirkenden und ein Indiz für das Fressen des letzteren dar­ stellenden Tangentialkraft die Vorsprünge (37) abgeschert werden und dann die Lagerung des Rotationskörpers (1) im Bereich des gefressenen La­ gers (12 bzw. 13) von der in Rotation versetzten Sicherheitsbuchse (14 bzw. 15) übernommen wird.

10. Berstsicherer Rotationskörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen (18, 19) gleichzeitig als Aufnahme­ gehäuse für Teile von wenigstens einer Kupplung (K1 bzw. K2) dienen, die über eine Anschlußwelle (4 bzw. 5) mit einem Antriebsaggregat (2) bzw. ei­ nem Getriebe (3/1, 3/2, 3/3) in Verbindung steht, wobei über die interne Kupplung (K1 bzw. K2) je nach Schaltung derselben, das Schwungrad (1) in und außer Wirkverbindung mit dem Getriebe (3/1, 3/2, 3/3) bzw. Antriebsag­ gregat (2) bringbar ist.