DE69303488T2

DE69303488T2 - Methode zur befestigung eines energiespeichernden schwungrades unter vorspan- nung an einer stütze und ein dazugehöriger klemmring.

Info

Publication number: DE69303488T2
Application number: DE69303488T
Authority: DE
Inventors: Franciscus Johan Marie Nl-6085 Bm Horn Thoolen
Original assignee: CCM Beheer BV
Current assignee: CCM Beheer BV
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2013-09-04
Also published as: CA2144153C; EP0659245A1; EP0659245B1; DE69303488D1; US5713246A; NL9201584A; WO1994007053A1; AU5157793A; JPH08501376A; ATE140067T1; CA2144153A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Fixieren eines Energie speichernden Schwungrades mit Vorspannung mit einer Innenbohrung an einer sich mit letzterer symmetrisch drehenden koaxialen Stütze, welche eine keglige äußere Oberfläche aufweist, wobei ein Ring in der Schwungradbohrung angeordnet ist und eine keglige innere Oberfläche aufweist, deren Kegelform derjenigen der Stütze entspricht, wobei die gesamte so erhaltene Einheit auf der Stütze verschoben wird, bis die gewünschte Vorspannung erhalten ist.
Ein solches Verfahren ist aus EP-A-0 137 759 bekannt. Der bei diesem bekannten Verfahren verwendete Ring weist eine zylindrische äußere Oberfläche auf, die in die zylindrische Bohrung des Schwungrades paßt und mit einer Vielzahl von Einschnitten versehen ist, die über den größten Teil ihrer Länge verlaufen. Eine Folge hiervon ist, daß der Ring in einer Radialrichtung auf Grund von Änderungen der Breiten der Einschnitte elastisch verformbar ist, mit denen erreicht werden soll, daß durch Anordnen des Ringes mit der kegligen Innenbohrung an der kegligen sich drehenden symmetrischen Stütze die äußere Oberfläche in Kontakt mit der inneren Bohrung des Schwungrades auswärts abgelenkt wird, so daß in dem Schwungrad eine radiale Druckspannung erzeugt wird.
Der Mangel bei diesem bekannten Verfähren besteht darin, daß das Vorhandensein der longitudinalen Einschnitte als Ergebnis von Änderungen ihrer Breite eine Oberflächenbeschädigung der Schwungradbohrung und demzufolge Spannungskonzentrationen zur Folge hat, die bei einer hohen Drehgeschwindigkeit fätale Ergebnisse haben könnten, während die mit den bekannten Verfähren erreichbare radiale Vorspannung noch unzureichend ist, um eine delaminierung des Schwungrades zu verhindern, wenn es mit extrem hohen Dreh- oder Umfängsgeschwindigkeiten entsprechend in der Größenordnung von 500 bis 600 m/s arbeitet.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Mangels. Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Innenbohrung des Schwungrades und die zusammenwirkende äußere Oberfläche des Ringes mit einer entsprechenden Konizität ausgestattet sind. Diese Maßnahmen ergeben eine nichtunterbrochene äußere Oberfläche des Ringes, so daß die Möglichkeit einer Beschädigung der Innenbohrung des Schwungrades nicht besteht. Weiterhin kann eine beträchtlich höhere Vorspannung erhalten werden, was bedeutet, daß höhere Rotationsgeschwindigkeiten des Schwungrades möglich sind.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gemäß Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 3 beschrieben, während eine Einheit, welche ein Energie speicherndes Schwungrad umfaßt, wie dies in dem Oberbegriff des Anspruchs 4 erwähnt ist, sich durch die Maßnahmen auszeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches aufgeführt sind, wobei bevorzugte Ausführungsformen Gegenstand der Ansprüche 5 bis 8 sind.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schwungrad-Energiespeichereinheit, wobei die Schwungradteile gemäß dem Verfahren nach der Erfindung fixiert sind;
Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt eines Energie speichernden Schwungradteiles in Kombination mit einem Klemmring gemäß der Erfindung;
Fig. 3 das Einsetzen dieses Klemmringes in Kombination mit dem Schwungradteil, wobei die Zeichnung nicht genau im Maßstab ist.
In Fig. 1 ist schematisch eine Schwungrad-Energiespeichereinheit 2 mit einem Gehäuse 4 gezeigt, in welchem ein Stator 8 mit Statorwicklungen 10 vorhanden ist, der von geeigneten Stützen 6a und 6b getragen ist. Mit Hilfe geeigneter lager 12a und 12b lagert der Stator 8 einen Rotor 14, der aus einer Rotorbuchse 16 und den scheibenförmigen Schwungradteilen 18a bis 18d besteht, die an der Rotorbuchse befestigt sind. Jede dieser Schwungradscheiben hat eine gewickelte und demzufolge geschichtete Struktur, wie dies beispielsweise aus EP-A- 0 137 759 bekannt ist.
Während des Betriebes treten radiale Auswärtskräfte in den entsprechenden Schwungradteilen auf, auf Grund derer eine Delamination eintritt, wenn ein bestimmter Grenzwert der Anzahl von Umdrehungen überschritten wird. Dieser Grenzwert wird durch Aufbringen radialer Druckspannungen über die konischen Klemmverbindungen erhöht. Erfindungsgemäß werden diese Druckspannungen erzeugt, und der Drehgeschwindigkeit-Grenzwert wird beträchtlich erhöht, indem ein besonders geformter Klemmring in Kombination mit einer speziellen Ausbildung der inneren Oberfläche eines jeden Rotorteiles 18a bis 18d und der ußeren Oberfläche einer Rotorbuchse 16 verwendet wird. Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist die äußere Oberfläche 20a der bevorzugten Stahlrotorbuchse 16 keglig auf solche Weise, daß diese Oberfläche 20a mit der Linie 22, die parallel zur Mittellinie 24 der Rotorbuchse verläuft, einen Winkel α derart einschließt, daß der Durchmesser der äußeren Oberfläche 20a der Rotorbuchse 16 von links nach rechts bis zur halben Länge der Rotorbuchse zunimmt, wonach der Durchmesser wiederum mit dem gleichen Verjüngungsgrad abnimmt. Erfindungsgemäß werden Klemmringe 22a bis 22d zwischen den entsprechenden Schwungradteilen 18a bis 18d und der äußeren Oberfläche der Rotorbuchse 16 verwendet, deren inneren Oberflächen 24a, die mit der äußeren Oberfläche der Rotorbuchse 16 zusammenwirken, eine entsprechende Konizität aufweisen. In Fig. 3 ist diese Konizitat in übertriebener Weise und mittels eines Winkels α angegeben.
Erflndungsgemaß weist die äußere Oberfläche 26a des Klemmringes 22a (der vorzugsweise aus Aluminium besteht) ebenfalls eine zunehmende konische Ausbildung auf, wie dies in Fig. 3 durch den Winkel β angezeigt ist. Diese Konizität ist ebenfalls an der inneren Oberfläche 28a des Schwungradteiles 18a vorhanden. Es ist zwischen dieser inneren Oberfläche und einer zur Schwungradmittellinie parallelen Linie ein Winkel vorhanden, der gleich β ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese Winkel, die in der Praxis annähernd 0,8º betragen, wenn eine geeignete Kegelsteigung von annähernd 1:80 vorhanden ist, etwas größer in Fig. 3 gezeigt.
Zwecks Montage der Schwungradteile 18a bis 18d an der Rotorbuchse 16 wird ein Ring, beispielsweise der Ring 22a, zunächst auf ein passendes Schwungradteil, beispielsweise Schwungradteil 18a, gepreßt, wonach das Schwungradteil auf dem Rotor zusammen mit dem Ring gedrückt wird. Auf diese Weise wird, wenn die Dimensionierung korrekt ist, eine korrekte radiale Vorspannung erhalten.
Da, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die äußere Oberfläche der Rotorbuchse 16 aus zwei Teilen mit den äußeren Oberflächen 20a bzw. 20b mit gegenseitig entgegengesetzter Konizität besteht, werden die Rotorteile 18b und 18a auf die linke Seite des Rotors mit ihren Klemmringen 22b und 22a aufgebracht, während die Rotorteile 18c und 18d auf die rechte Seite des Rotors mit den Klemmringen 22c und 22d aufgebracht werden.
Es liegt innerhalb des Kerns der Erflndung, wenn die Klemmringe nicht nur zwischen einem Schwungradteil und der Rotorbuchse, sondern ebenfälis zwischen zwei radial miteinander verbundenen Abschnitten eines Schwungradteiles mit zweckmäßiger Ausbildung vorgesehen werden, wie dies in Fig. 1 für Schwungradteile 18a' und 18a" mit einem Klemmring 22a' gezeigt ist, welcher mittels gestrichelter Linien gezeigt und dazwischen angeordnet ist. Es ist auch möglich, die Verwendung eines Klemmringes gemäß Erfindung mit der normalen Wärmekontraktion zu kombinieren. Schließlich kann der Klemmring zum Fixieren von Ausgleichsgewichten verwendet werden.
Der Verschleiß des Ringes auf der Achse kann durch Beschichten der Achse mit einer dünnen Schicht aus Keramikmaterial (in der Zeichnung nicht gezeigt) vor dem Aufbringen des Ringes verhindert werden.

Claims

1. Verfähren zum Fixieren eines Energie speichernden Schwungrades (2, 18a - 18(1) mit Vorspannung mit einer Innenbohrung an einer sich mit letzterem symmetrisch drehenden koaxialen Stütze (16), welche eine keglige äußere Oberfläche (20a) aufweist, wobei ein Ring (22a - 22d) in der Schwungradbohrung angeordnet ist und eine keglige innere Oberfläche (24a) aufweist, deren Kegelform derjenigen der Stütze (16) entspricht, wobei die gesamte so erhaltene Einheit auf der Stütze verschoben wird, bis die gewünschte Vorspannung erhalten ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Innenbohrung des Schwungrades und die äußere Oberfläche (2öa) des Ringes, welche zusammenwirken, mit einer entsprechenden Kegelsteigung ausgebildet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring unter Verwendung eines Wärmeschrumpf-Verbindungsverfahrens aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Stütze (16) vor dem Aufbringen des Ringes mit einer dünnen Schicht aus Keramik-Material beschichtet wird.

4. Einheit umfässend ein Energie speicherndes Schwungrad (18a - 18d) mit einer Innenbohrung, einer koaxialen Stütze (16), welche sich symmetrisch mit dem Schwungrad (18a - 18d) dreht und eine keglige äußere Oberfläche (20a) aufweist, und einen vorgefertigten Klemmring (22a - 22d), der eine keglige innere Oberfläche aufweist, welche der kegligen äußeren Oberfläche der Stütze (16) entspricht, wobei der Klemmring (22a - 22d) mit der Innenbohrung des Schwungrades (18a - 18d) und der kegelförmigen äußeren Oberfläche (20a) der Stütze (16) in Eingriff steht,

dadurch gekennzeichnet,

daß die äußere Oberfläche (26a) des Klemmringes (22a - 22d) ebenfälis eine zunehmende konische Ausbildung aufweist, welche einer entsprechend abnehmenden konischen Ausbildung der Innenbohrung des Schwungrades (18a, 18b) entspricht.

5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche (24a) und die äußere Oberfläche (26a) des Klemmringes (22a- 22d) in der gleichen Richtung keglig zulaufen.

6. Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelsteigung der inneren Oberfläche (24a) und der äußeren Oberfläche (26a) gleich ist.

7. Einheit nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelsteigung zwischen 1:60 und 1:100 liegt und vorzugsweise gleich 1:80 ist.

8. Einheit nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (22a - 22d) aus Aluminium besteht.