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Laufrad für Kompressoren und Verfahren zu seiner Herstellung Die Leistungssteigerung
von Kompressoren bedingt eine starke Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Laufräder
und führt dazu, daß diese Laufräder durch die Zentrifugalkräfte zu äußerst hoch
beanspruchten Bauteilen werden. Die bisher üblichen Konstruktionen sind nicht geeignet,
diese hohe Beanspruchung aufzunehmen. Die Erfindung bezweckt, durch verschiedene
Maßnahmen den Bau sehr hoch beanspruchter Kompressorlaufräder zu ermöglichen.
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Es ist bekannt, derartige Laufräder völlig aus Stahlguß herzustellen.
Eine solche Herstellungsart macht es außerordentlich schwer, spannungsfreie Räder
zu erzielen. Die Wandstärken der Schaufeln müssen nämlich sehr dünn sein, und es
ist deshalb sehr schwierig, in einem gemeinsamen Gußstück die dünne Wandstärke der
Schaufeln mit den großen Querschnitten der Deckscheibe und der Nabenscheibe ohne
Zusatzspannungen herzustellen.
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Gemäß der Erfindung bestehen die Schaufeln aus geschlagenem Stahlblech.
Diese aus Stahlblech geschlagenen Schaufeln sind auf der einen Seite in die aus
Stahlguß bestehende Nabenscheibe und auf der anderen Seite in die Deckscheibe eingegossen.
Dadurch wird erreicht, daß die Oberfläche der Schaufeln einwandfrei sauber und glatt
ist. Durch sorgfältige Einspannung der Stahlschaufeln beim Einformen kann dabei
' sichergestellt werden, daß die Schaufeln in einwandfreier rotationssymmetrischer
Form im fertigen Laufrad hergestellt werden können. Die Schwierigkeiten des Versetzens
der sonst notwendigen Kerne werden damit weitgehend vermieden, und die Laufräder
können auch bei sehr hohen Drehzahlen statisch und dynamisch einwandfrei ausgewuchtet
werden.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. i den Querschnitt und in Abb. 4 den Grundriß
eines erfindungsgemäß ausgebildeten Laufrades.
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Die aus Stahlblech geschlagenen Laufschaufeln io sind mit schwalbenschwanzförmigen
Ansätzen i i in
die Nabenscheibe 12 und in die Deckscheibe 13 eingegossen.
Die Wandstärke der Nabenscheibe 12 und der Deckscheibe 13 kann verhältnismäßig gering
sein, wenn sie., wie aus der Draufsicht der Abb. 2 und dem Querschnitt A-B der Abb.
3 hervorgeht, an den Eingußstellen der Stahlschaufeln io mit abgerundeten Verstärkungen
14 versehen sind. Erfahrungsgemäß bringt eine derartige Abrundung keine Verschlechterung
des Laufradwirkungsgrades, da die Strömung im Laufrad eine scharfe Ecke ohnehin
nicht ausfüllt.
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Zur weiteren Sicherung der Verbindung der Schaufeln io mit den Scheiben
12, 13 werden die Schaufeln io vorteilhaft neben den sc'hwalbenschw-anzförmigen
Ansätzen i i auch noch mit Durchbrüchen versehen, die vom Stahlguß ausgefüllt werden
und damit eine Verzahnung zwischen den Stahlgußscheiben 12, 13 und den Schaufeln
io sicherstellen.
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Bei Kompressorrädern für hohe Umfangsgeschwindigkeiten ist es äußerst
wichtig, daß der an das Laufrad anschließende Diffusor sich einwandfrei ohne fühlbare
axiale Verschiebung an das Laufrad anschließt. Es empfiehlt sich daher, sowohl die
Innen- als auch die Außenkante der Nabenscheibe 12 und der Deckscheibe 13 zu bearbeiten.
Dies ist im vorliegenden Falle dadurch möglich, daß die Laufschaufeln io nicht bis
auf den größten Durchmesser der Scheiben 12, 13 vorgezogen sind, sondern daß die
Schaufelaustrittskanten auf einem Durchmesser liegen, der mindestens 5 bis io mrn
kleiner ist als der größte, Scheibendurchmesser.
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Die einwandfreie Herstellung des erfindungsgemäßen Laufrades kann
diadurch wesentlich erleichtert werden, daß das Rad in zwei Gießvorgängen hergestellt
wird, und zwar in der Weise, daß die Stahlschaufeln bei einem ersten Gießen lediglich
entweder in die Nabenscheibe oder in die Deckscheibe eingegossen werden. Hierbei
ist darauf zu achten, daß die Außenwandung der Scheiben beim Gießen nach oben zu
liegen kommt. Dadurch wird erreicht, daß die Innfenvandung der Scheiben verhältnismäßig
sehr sauber gegossen wird, während sich etwaige Lunker und Blasen an derAußenwandung
bilden. Sieht man für die Außenwandung eine genügend starke Bearbeitungszugabe vor,
so lassen sich etwaige Lunker durch mechanische Bearbeitung leicht entfernen, und
es ergibt sich damit eine völlig homogene Stahlgußscheibe. Nachdem die Schaufeln
erst auf der einen Seite eingegossen sind, hat man leicht die Möglichkeit, etwaige
Unebenheiten in den Schaufelkanälen zu beseitigen. Beim zweiten Gießen wird schließlich
die gegenüberliegende Scheibe eingegossen, wobei gleichfalls die stärker zu Lunkern
und Blasen neigendeAußenwandung nach oben zu liegen kommt.
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Das Verfahren der Herstellung in zwei Gießvorgängen ist auch in anderer
Weise zweckmäßig. Bei der Herstellung in einem einzigen Gießvorgang besteht nämlich,
insbesondere bei dünnen Stahlschaufeln, verhältnismäßig leicht die Gefahr, daß beim
Vergießen von überheiztem Stahlguß die Stahlschaufeln verbrennen. Werden dagegen
die Stahlschaufeln beim ersten Gießvorgang in eine aus Metall bestehende Vorrichtung,
die gleichzeitig eine absolut gleichmäßige Teilung sicherstellt, ,eingespannt, so
findet während des Gießprozesses durch die Stahlschaufeln eine genügend starke Wärmeleitung
nach der Einspannvorrichtung statt, um die Schaufeln vor dein Allbrennen zu schützen.
Beim zweiten Gießvorgang findet ein ähnlicher Vorgang des Abströmens der Wärme nach
der bereits vorhandenen La.ufradscheihe statt, so daß es hier einer zusätzlichen
Kühlvorrichtung nicht bedarf.
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In den Querschnitten der Abb. 5 und 6 ist der erfindungsgemäße Herstellungsprozeß
in schematischen Darstellungen veranschaulicht. Abb.5 läßt erkennen, wie in der
Gießform 15 die mittels der Vorrichtung 16 eingespannten Schaufeln io zunächst in
die Deckscheibe 13 eingegossen werden, wobei die Außenwandung der Scheibe 13 nach
oben liegt. Beim zweiten Gießvorgang der Abb.6 liegt die mit den Schaufeln io bereits
vergossene Deckscheibe 13 unten, und es wird Jetzt die Nal>enscheibe 12 mit den
oben liegenden Seitenkanten der Schaufeln io eingegossen.