DE929668C - Einrichtung zur Begrenzung der Hoechstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere fuer Schleifgeraete - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere für Schleifgeräte Die Erfindung betrifft einen Turbinenantrieb, insbesondere für Schleifgeräte.
• Bei den bisher bekanntgewordenen Turbinenantrieben für Schleifgeräte haben sich Mängel hinsichtlich der Begrenzung der Höchstdrehzahl im Leerlauf und durch ungenügende Ausnutzung der Druckluftenergie ergeben.
• Die Drehzahl einer Druckluftturbine steigt bei Entlastung bis zu einer Leerlaufdrehzahl an, welche oft um mehr als 50 v. H. höher liegt. Dieser Umstand ist sowohl für die Legierung als auch wegen der erhöhten Fliehkraftbeanspruchung des Schleifscheibenmaterials von Nachteil.
• Bekanntlich muß eines der beiden Turbinenlager geeignet sein, den vom Laufrad herrührenden Axialschub aufzunehmen. Wird hierfür ein Wälzlager vorgesehen, dann besteht bei übermäßiger Drehzahlsteigerung im Leerlauf die Gefahr, daß der Käfig durch erhöhte Fliehkraftwirkung zerstört wird. Auch die zulässige höchste Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe darf im Leerlauf nicht überschritten werden. Im allgemeinen sind daher die Druckluftturbinen für Schleifmaschinen mit einer Regelvorrichtung (Flii,ehkraftregler mit Luftdrosselung) oder, falls dies z: B. bei kleinen Maschinen nicht möglich ist, mit Handdrosselung der Luftzufuhr ausgerüstet.
• Neuerdings kommen kleine Handschleifgeräte in Verwendung, die mit Schleifscheiben von zo mm Durchmesser und weniger bei etwa 2o bis 30 m Umfangsgeschwindigkeit arbeiten. Wegen der dadurch bedingten hohen Drehzahl von mehr als 40 000 je Minute ist hierfür der unmittelbare Antrieb der Schleifspindel durch die Turbine am ge= eignetsten.
• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen und besteht darin, daß der Austrittskanal, der das aus den Laufschaufeln, austretende.Treibmittel aus der Stufe abfülut, und in Umfangsrichtung daran anschließend eine Umlenkhöhlung, die aus den Laufschaufeln austretendes Treibmittel gegen die Rückseite .der Laufschaufeln führt, relativ zur Düse so angeordnet sind, daß das aus den Schaufeln, austretende Treibmittel bei Normaldrehzahl ganz vom Austrittskanal, aber bei Überdrehzahl zum Teil von der Umlenkhöhlung aufgenommen wird.
• Fig. i zeigt einen Schnitt durch eine einstufige Gleichdruckturboschleifmaschine mit einfacher Beaufachlagung des Laufrades. De Druckluft gelangt durch den Hahn i und die Düsen 2 im ersten Leitring 3 auf das Laufrad 4, das auf der Schleifspindel 5 befestigt ist. Die Spindel trägt die Schleifscheibe 8 und ist in Lagern 6 und 7 gelagert, wobei der Axialsohub durch Lager 6 aufgenommen wird. In den Düsen 2 wird die gesamte Energie der Druckluft in Geschwindigkeit umgesetzt. Der Luftstrom gibt Energie an das. Laufrad 4 ab und gelangt durch Kanäle 9 im zweiten und dritten Leitring io bzw. ioa durch den Gehäuseraum ii und die Kanäle 12 ins Freie.
• Fi.g. 2 zeigt die Abwicklung des Umfanges des ersten Leitringes 3, des Schaufelkranzes am Laufrad 4 und des zweiten Leitringes io. Der Luftstrahl tritt aus der Düse mit der Geschwindigkeit C1 in den Schaufelkanal 13 -des umlaufenden Laufrades, gibt Energie ab, wird umgelenkt und verläßt bei normaler- Umlaufgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit C2 das Laufrad bei 14. Der austretende Luftstrahl gelangt also bei normaler Betriebsdrehzahl durch den Kanal 9 über ii und 12, ins; Freie. Seine Geschwindigkeit C2 setzt sich zusammen aus der relativen Austrittsgeschwindigkeit W2 am Ende des Schaufelkanals 13 und der Umfangsgeschwindigkeit u. Steigt bei der Entlastung die Drehzahl und damit u, dann verläßt der Luftstrahl nach einer gewissen Drehzahlsteigerung das Laudrad erst bei 15 mit der Geschwindigkeit C3. Der Luftstrahl gelangt dann an der Kante 16 ganz oder teilweise in die Umlenkhöhlung 17, wird umgelenkt und trifft an 'der Kante 18 mit Richtung und Geschwindigkeit C4 abermals auf das Laufrad, jedoch mit bremsender Wirkung. Die bremsende Wirkung des von der Druckrichtung abgekehrten Luftstrahles wird noch verstärkt dadurch, daß die relative Geschwindigkeit W4 am Schaufelrücken größer ist als C4. Die Bremswirkung erfolgt .demnach vorwiegend durch das geschlossene Aufprallen des abgespaltenen Strahles gegen eine quer zum Strahl gestellte Platte. Da bei derart kleinen Laufrädern mit hoher Drehzahl der Spaltraum um den Schaufelkranz verhältnismäßig großen Querschnitt hat und normalerweise bloß ein Teil des Luftstrahles abgespalten wird, kann die am Schaufelrücken zerstäubte Luft durch den Spaltraum längs .des Laufradumfanges und durch die Kanäle 9 bzw. 22 und 27 in den Auspuff abströmen, wobei noch ein Teil der Restenergie durch Luftreibung bremsend an das Laufrad übertragen wird. Eine nennenswerte Temperatursteigerung ist dabei nicht zu befürchten, weil der Luftstrahl vorher, bei der Entspannung in der Düse, - eine dem Druckgefälle entsprechende adiabatische Temperatursenkung erlitten hat.
• Auf diese einfache Weise kann, bloß durch Anbringung der Umlenkhöhlung 17, eine übermäßige Drehzahlsteigerung durch Bremswirkung des umgelenkten Strahles vermieden werden.
• Bei der einstufigen Turbine wird durch die bloß einmalige Umlenkung des Luftstrahles im Laufrad nur ein Teil der Energie ausgenutzt. Zwecks. Erhöhung des Wirkungsgrades werden häufig Schleif-und Bohrmaschinen mit zwei oder mehreren, hintereinarndergeschalteten Laufrädern hergestellt, in denen der Energieumsatz stufenweise stattfindet. Für sehr hohe Drehzahlen und bei kleinen Schleifmaschinen bedeutet die Erhöhung der Zahl der Laufräder eine unangenehme Vergrößerung der umlaufenden Massen. Dies ergibt dann häufig unruhigen Lauf der Welle, weil eine genaue Auswuchtung der kleinen Laufräder schwierig ist. Es ist daher vorteilhafter, die umlaufenden Massen in an sich bekannter Weise auf ein einziges Laufrad zu beschränken, dabei aber doch die Druckluftenergie in mehreren Geschwindigkeitsstufen an das Laufrad abzugeben. Es wird deshalb in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Turbinenlaufrad in an sich bekannter Weise wechselseitig in mehreren; Geschwindigkeitsstufen beaufschlagt wird, -wobei nach mehreren oder allen Stufen, mindestens aber nach der ersten Stufe., je eine Umlenkhöhlung 17, 31 angebracht ist (Fig. 4).
• Fig.3 zeigt im Schnitt einen Schleifapparat, dessen einziges Laufrad vom Luftstrom dreifach beaufschlagt wird.
• Erfindungsgemäß sind ferner,che Düse, die Austrittskanäle, die Umlenkhöhlungen und die Wiedercintrittskanäle in dem Laufrad unmittelbar benachbarten Leitringen, aber ,die Umlenkkanäle in daran anliegenden, gesonderten Ringen untergebracht.
• Fig. 4 zeigt eine Abwicklung des- Umfanges der Leitringe und des Laufrades. Die Frischluft tritt durch dein Kanal 2 im ersten Leitring 3, die Düse 2a im zweiten Leitring 3a erstmalig in den Laufradschaufelkanali3, gibt einen Teil der Energie an das Laufrad ab und gelangt in den Kanal 9 des. dritten Leitringes io unmittelbar hinter dem Laufrad. Neben dem Kanal 9 befindet sich die in ihrer Wirkungsweise bereits zu Abb. 2 beschriebene Umlenkhöhlung 17. Normalerweise gelangt der Luftstrahl weiterhin durch den Umlenkkanal i9 des vierten Leitringes in den im dritten Leitring angeordneten Wiedereintrittskanal 2o, von dem aus die zweite Beaufschlagung des Laufrades im Schaufelkanal 21 stattfindet. Der Strahl verläßt das: Laufrad im Kanal 22 des zweiten Leitringes und gelangt über 23 und 24 zur dritten Geschwindigkeitsstufe in 25. Er verläßt die Turbine, nachdem er in den drei Stufen den; größten Teil seiner Geschwindigkeitsenergie an das Laufrad' abgegeben hat, durch die Kanäle 26 und 27 .im dritten und vierten Leitring.
• Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Aufteilung der verschiedenen Leitkanäle aus Herstellungsgründen und hinsichtlich gedrängtester Bauart am vorteilhaftesten auf vier Leitringe erfolgt. Die Düse, die Wiedereintrittskanäle, die Austrittskanäle und die Umlenkhöhlungen sind im zweiten und dritten Leitring 3a bzw. io, die Umlenkkanäle im ersten und vierten Leitring 3 bzw. roll untergebracht.
• Bei Entlastung der Turbine wird bereits nach geringer Drehzahlsteigerung ein Teil des Luftstrahles hinter dem Laufradaustritt der ersten Stufe an der Kante 28 in die Umlenkhöhlung 17 geleitet, umgelenkt und bremsend auf den Schaufelrücken 2,9 geschleudert. Der im Kanal verbliebene Teil des Luftstrahles kommt in die zweite Stufe, wird hinter dem Laufrad an der Kante 30 nochmals geteilt und zum Teil über die Höhlung 31 bremsend auf den Schaufelrücken 32 geleitet. Bloß etwa ein Viertel des Luftstrahles gelangt in die dritte Stufe. Die stärkste Bremswirkung wird demnach hinter der ersten Stufe erzielt, die geringste hinter der dritten Stufe, so daß die dritte Bremshöhlung entfallen kann.
• Gewöhnlich wird die Turbinenwelle unmittelbar im Gehäuse der Schleifmaschine gelagert. Infolge Anordnung der beiden Leitringe io und ioa hinter dem Laufrad würde das laufradseitige Lager nun zu weit vom Lager abrücken. Bei der üblichen fliegenden Anordnung entstehen wegen der Unmöglichkeit, das kleine Laufrad genau auszuwuchten, unausgeglichene Fliehkräfte im Laufrad, die dann mit vergrößertem Hebelarm am Lager angreifen und unruhigen Lauf der Welle erzeugen.
• Erfindungsgemäß wird das laufradseitige Spin.dellager deshalb im dritten Leitring io untergebracht, der gleichzeitig als Lagerträger ausgebildet -ist, so daß das Lager unmittelbar an der Laufradnabe anliegt (Fig. i und 3).

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere für Schleifgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittskanal (9), der das. aus den Laufschaufeln (4) austretende Treibmittel aus der Stufe abführt, und in Umfangsrichtung daran anschließend eine Umlenkhöhlung (17), die aus den Laufschaufeln austretendes, Treibmittel gegen die Rückenseite der Laufschaufeln führt, relativ zur Düse (2) so angeordnet sind, daß das aus den Schaufeln austretende Treibmittel bei Normaldrehzahl ganz vom Austrittskanal (9), aber bei Überdrehzahl zum Teil von - der Umlenkhöhlung (17) aufgenommen wird (Fig. i und 2).
2. 2. Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere für Schleifgeräte, nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, -daß das Turbinenlaufrad in an sich bekannter Weise wechselseitig in mehreren Geschwindigkeitsstufen beaufschlagt wird, wobei nach mehreren oder allen Stufen, mindestens aber nach der ersten Stufe, je eine Umlenkhöhlung (17, 31) angebracht ist (Fig. 4).
3. 3. Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere für Schleifgeräte, nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ,die Düse (2), die Austrittskanäle (9, 22, 27), die Umlenkhöhlungen (17, 31) und die Wiedereintrittskanäle (20, 24) in dem Laufrad (4) unmittelbar benachbarten Leitringen (3a, io), aber die Umlenkkanäle (19, 23) in daran anliegenden, gesonderten Ringen (3, ioa) untergebracht sind (Fig. 3 und 4).
4. 4. Einrichtung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl bei Turbinen, insbesondere für Schleifgeräte, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (6) in den hinter dem Laufrad (4) angebrachten Leitringen (io, ioa) untergebracht ist (Fig. i und 3).