DE757890C

DE757890C - Verbindung zwischen einer Abgasturbine und einem von dieser angetriebenen als Ladegeblaese dienenden Kreiselgeblaese

Info

Publication number: DE757890C
Application number: DED81681D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Bartmann
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1939-12-12
Filing date: 1939-12-12
Publication date: 1953-12-07

Description

Verbindung zwischen einer Abgasturbine und einem von dieser angetriebenen als Ladegebläse dienenden Kreiselgebläse Es sind Verbindungen zwischen Masehinen,-wellen,, von denen eine oder beide als Hohlwellen au!s@gebdddet sind, bekannt, die eine mehr oder weniger große Verlagerung der Wellen in Längs- oder Querrichtung oder eine Winkeländerung gestatten. Diese Verbindungen sind z. B. als Merubran- oder Verzahnungskupplungen oder auf andere geeignete Weise nachgiebig angeordnete Kupplungen in Gebrauch. Bei Abgasturboladern ist es außerdem bekannt, die Verbindung zwischen der Abgasturbine und dem von, dieser angetriebenen Laider über eine. Freilanfkupplung zu erreichen, und z",var,daid#urch, daß ;be@iid;- Wellen als Hohlwellen ausgebildet sind und zwischen den inelinanderlaufeuden Hohlwellen idie Freilaufkupplumg sitzt. Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen die ,durch einen Tör.sionsstub gekuppelten Kraft- und Arbeits@maschmnen zusätzlich durch eine Hahlwelde und eine Reibungskupplung verbunden sind, um etwa auftretende Drehschwingungen zu d mpfen. Bei :diesen bekannten Ausführungen wird jedoch die Maschinenhoh.lwelledurch die zu übertrajende Leistung nicht nur auf Verdrehung, sondern infolge der durch Massenkräfte, Zahndrücke usw. bedingten Lagerkräfte auch auf Biegung ,beansprucht. Der Nachteil dieser Beanspruchung auf zusammengesetzte Festigkeit macht ,ich um so mehr bemerkbar, in je weiteren Grenzen sieh der Anteil der während ,des Betriebes ändert, wie es z. B. bei schnell llaufenden Maschinen in nicht ortsfesten Anlagen der Fall sein kann. Bei Gasturbinien führt die hierdurch bedingte Wellenverstärkung, abgesehen von dem großen P1 tzibedarf und Gewichtsaufwand:, zu einer Vergrößerung, des Wärmeflusses vom heißen. Tuirbinentläufer zu den Lagern. Bei nicht ortsfesten Anlagen ist es häufig schwierig od:r unmöglich, eine genügend starreAufstelluu!g bzw.Aufhäna°lung des Aggregates zu erreichen, um mit Slicherheit eine gegenseitige Verlagerung derWelle:n achsen zu vermeiden. Arbeitet dübe die eine der Maschinen noch unter besonders. hohen Temperaturen, wie es z. B. bei. Gasturbinen der Fall ist, so wird bei einer, unter normalen Verhältnissen nicht vermeidbaren, ungkifchmäßigen Erwärmuing oder Abkühlung in erhöhtem Maße mit einer gegenseidigen Verlagerung der Wellen zu rechnen sein. Dies führt, insbesondere wenn die eine M asch.ine in Wälz- und die andere in Gleitlagern gelagert ist, zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Welle und. der Lager, falls die nicht eine weitgehende Nachgiebi"-keiit sowohl in Quer- und in als auch in hezug auf Winkeländerung gewährleistet.
Die Erfindung @hezieht siech auf eine -\Terbindung zwiischen: einer Abgastuirbine und einem von dieser angetriebenen, als Ladegebläse dienenden Kreiselgebläse, bei welcher die Wellen der Abgasturbine und des. Kreiselgebläses als Hohlwellen. ausgebildet sind. Das erfinderische Neue besteht darin, daß die Übertragung der Leistung zwischen Abgasturbine und Kreiselgebläse nur über eine die Hohlwellen,der Abgasturbine und des Kreiselgebläses miteinander verbindende, im weisentlichen auf Verdrehung beanspruchte Welle erfolgt und die Hohlwellen der Abgasturbine und -des Kreiselgebläses oder die eine dieser beiden Hohlwellen derart ausgebildet sind, daß sie durch Massenkräfte nur auf Biegung beansprucht werden.
Ausführungsbeispiele sind in dein Abb. i il 4 dargestellt.
b s Abb. i zeigt eine solche Verbindung zwischen einer Abgasturbine und einem als Ladegebläse dienenden Kreise1igebläse, Abb. 2 ,die Gasturbinenseite, wobei Turbine und Hohlwelle aus einem Stück bestehen, Abb. 3 die Verzahnung der Lagerstellen und Abb. q. einen Schnittlurch eine Lagerstelle. In der oberen Hälfte der Abb. i ist das Turbinengehäuse a mit dem Gehäuse & :des Kre)ise@lgebläses zusiamme:ngefla@nscht. Das Aggregat wird als eine Einheit aufgehängt @bzw. aufgestellt. Bei einer Ausführung en.tsprechend der unteren Hälfte der Abbildung m@uß jede Maschine für sich an möglichst starren Punkten befestigt werden. In beiden Fällen ist mit einer b genseitigen Verlagerung der Wellen zu rechnen. Im ersten Fall im wesentlichen durch ein Verziehen die@r Gehäuse Einfolge ungleichmäß.igerTümperaturverteilung, im zweiten Fall außerdem noch durch ein Verlagern der äußeren Befestigungspunkte.
Der Tuirbinenläufer c ist mit einer Hohlwelle d verbunden, welche auf eine zweckmäßige Weise, z. B. durch Kerbverzahinung, mit dem Läufer vereinigt wird oder, wie es Abb. 2 zeigt, miit dem Läufer aus einem Stück hergestellt wird. Im Ausführungsbeispiel läuft die Hohlwelle in Gleitlagern und ist in: ge= eigneter Weise, z. B. unter Verwendung eines Anaaufbundes, axial gehalten. Die Scheibe c besitzt in der Verlängerung der Wellenbohrung eine Verzahnung e, in welche eine entsprechende Verzahnung f der die Abgasturbine und das Kreiselgebläse verbinidenden Welle g eingreift. Die Flanken der Verzahnung können gemäß Abb. 3 linke Seite bei einem entsprechenden Spiel eben oder entsp,rechend einer zweckmäßigen Grundform, wie es die rechte Seite der Abb. 3 veranschaulicht, im; bekannter Weise räumlich ausgebildet sein. Der Zahingrand,der Innenverzahnung dür Scheibe c wird durch axial verlaufendle zylindrische oder ebene Flächen IL gebildet und der Zahnkopf der Außenverzahnung der die Ab@gastwrbine und das Kreiselgebläse verbindenden Welle g durch eine Kugel k begrenzt, deren Mittelpunkt finit der Schwerpunktsachse dieser v4'elle zusammenfällt. Die Kugel k ist zwischen :den Flächen h axial derart geführt, daß ihr Mittelpunkt stets mit der Achse der Hohlwelle zusammenfällt. Je nach Zweckmäßiigkeit kann die Welle der anderen Maschine in der gleichen Weise gestaltet sein oder voll ausgebildet werden. In Abb. i ist das Kreiselgebläse mit einer vollen Welle i dargestellt, welche eine Aufnahmehälise l mit der vorstehend beschriebenen Verzahnung trägt. Weiche und unter Umständen wärmeisolierende Zwischenlagenm verhindern ein axiales Anlaufen der Verbindungswelle g gegen die Scheibe c und,die Welle i. Die Wellen der einen oder beider Maschinen können fliegend oder beiderseits gelagext sein und im Gleit- oder Kugellager laufen.
Gegenüber den bisher bekannten Ausführungen bietet die beschriebene Ausführung wesentliche Vorteile. Die IIohl,Nvel-le ist durch die zu uraasenden Gewichte und: beti nicht ortsfesten Anlagen durch die Kreiselwirkung der umlaufenden Massen im wesentlichen nulr auf Biegung beansprucht. Die s.ichergebenden geringen Wandstärken führen nicht niur zu einer Verringerung des Gewichtes, :sondern: auch zu :einer Erhöhung der kritischen Drehzahl und mindern bei Abigas:tu,nbin@en, die mit hohen Temperatu@rein.@artbeiten, Aden Wärm:efluß zu den Lagern. Eine Wärmeleitung von der Ahg.astwrbi.ne zum Kreniselgebläse über die Hohlwelle iist ganz unterbunden. Die :die Abgasturbine und das Kreiseligebl.äse verbindende Welle .ist im wesentlichen nur auf Verdrehen beansprucht, erhält daher einen kleinen Quer-Schnitt, der zusammen mit der großen Länge einen erheblichen Mrmeleitungswidersroand darstellt. Dieser Widerstand kann durch wärmeiisolierende Beiliagen an den Stirnflächen noch erhöht werden, welche gleichzeitig bei einer axialen Versschiebung der Verbindungswelle eine der axialen Begrenzungsfläche des Gegenstückes verhindern. D)ie beiderseitige lcugeliaue Lagerung und Zentrierung der Verbindungswelle gestattet i mnerhalb. gewis-ser Grenzen jede beliebige gegenseitige Verlagerung der Wellen:, dabei bleiben @die Ausschlagwinkel und, damit die Reibung in den Verzahnungen infodige Beis großen Abstandes. der Kugelköpfe klein. Bei :der großen Länge Ist die Verbindungswelle bei zweckmäßiger Gestaltung in der Labe, Be-Iastungsstöße elastisch aufzufangen. Da die Kugelmittelpunkte immer mit Iden Achsender Wellen zusammenfallen, läuft idie Verbindungswelle :stets um ihre Schwerpunktsachse. Weggen der axialen Verschiebungsmöglichkeit kann der AxiaIschüb jeder Maschine auf die jeweils geeignete Weise aufgenommen und das Spiel zwischen den umlaufenden und feststehenden Teilen in der , o ünstigsten Größe gehalten werden, ohne daß Rücksicht auf die andere Maschine genommen werden muß.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verbindung zwischen einer Abgasturbine und :einem von diieser angetriebenen, als Ladegebläse dienenden Kreiselgebläse, bei welcher die Wüll-en der Abgasturb,ine und des KreIselgebl.äses als Hohlwellen ausgebildet sind, dadurch geke innzeichnet, daß die Übertragung derLeistung zwischen Abgasturbine und, Kreiisel;gebläse nur über eine die Hohlwellen der Abgastürbi:ne und .des Kreiselgebläses miteinander verbindende, im wesentlichen auf Verdrehung beanspruchte Welle erfolgt und die Hohlwellen der Abgastutbine und des Kreiselgebläses oder die eine dieser beiden. Hohlwellen derart ausgebildet sind, .daß sie durch Massenkräfte nur auf Biegungbeansprucht werden. Zur Abgrenzung des Erflndungg sgegenstands vom Stand der Techinik sind im Erte@ilungsveHahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrüften Nr. 432314, 49)i 205, 518 253, 52'6 374 562 354. 576 0'55; schweizerische Patentschrift Nr. 11o 8o2.