DE1036273B - Befestigung eines fliegend angeordneten Turbomaschinen-Laufrades auf der Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbomaschinen-Laufrad, das fliegend auf der Welle angeordnet und auf kegeligem Wellenstumpf mittels Mutterkegels und zentraler Dehnschraube von solcher Dehnlänge befestigt ist, daß die Schraube das Laufrad bei jeder durch Fliehkraft- oder Wärmedehnung möglichen Aufweitung elastisch auf den Wellenkegel preßt.

Bei den bekannten Laufradbefestigungen dieser Art ist der Kegel selbsthemmend flach. Das hat mehrere Nachteile.

Erstens hat die Laufradbohrung über die ganze Laufradbreite ziemlich den gleichen Durchmesser wie an ihrer weitesten Stelle; da die Fliehkraftbeanspruchung einer umlaufenden Scheibe bekanntlich um so größer ist, je größer der Bohrungsdurchmesser im Verhältnis zum Scheibendurchmesser ist, so ist also die Beanspruchung jenes bekannten Rades an der Bohrung über die ganze Laufradbreite ziemlich hoch. Zweitens wird, wenn die Welle relativ größer als die Bohrung wird, sei es, weil die Welle schneller als das Laufrad sich erwärmt und dehnt, sei es, weil das Laufrad schneller als die Welle sich abkühlt und zusammenzieht, das Rad, da der Kegel ja selbsthemmend ist, nicht auf dem Wellenkonus gleiten, also nicht jener relativen Vergrößerung der Welle ausweichen können, sondern wird zusätzlich beansprucht werden.

Die Erfindung will diese Nachteile beheben. Sie geht von dem Gedanken aus, den Kegel so steil zu machen, daß er nicht selbsthemmend ist. Sie besteht darin, daß der Kegelwinkel mindestens 70° beträgt und daß die Wellenbohrung außerhalb der Kegellänge nur die zur Aufnahme der Dehnschraube nötige Weite hat.

Der Vorteil der Erfindung ist erstens, daß das Rad auch gegen die Spannung der Dehnschraube auf dem Wellenkegel axial gleiten, also jener durch Relativvergrößerung der Welle entstehenden zusätzlichen Beanspruchung ausweichen kann, und zweitens, daß die Laufradbohrung, also die Laufradbeanspruchung auf einem beträchtlidhen Teil der Laufradbreite erheblich kleiner als bei den Lauf rädern jener bekannten Befestigungsart sein kann. Ein weiterer Vorteil des steilen, nicht selbsthemmenden Kegels ist seine leichte Lösbarkeit bei etwaiger Demontage.

Freilich sind Laufräder mit solcher Dehnschraube bekannt, bei denen der Kegelwinkel auf 180° vergrößert, also der Kegel zu einer ebenen Fläche entartet ist. Sie haben wohl jenen Vorteil, daß die Laufradbohrung klein ist; aber sie haben den Nachteil, daß ihre Zentrierung nicht durch Kegelsitz bewirkt wird, sondern durch einen Zylindersitz oder durch Stirnverzahnung bewirkt werden muß.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Laufradbefestigung nach der Erfindung dargestellt.

Befestigung eines fliegend angeordneten Turbomaschinen-Laufrades auf der Welle

Anmelder:

Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch, Frankenthal (Pfalz)

Dipl.-Ing. Fritz Bub, Frankenthal (Pfalz),
ist als Erfinder genannt worden

Das Laufrad ist mit 1 bezeichnet, die Welle mit 3.

ao 7 ist die Kegelfläche am Ende der Welle, in der sich Laufrad und Welle berühren. Der Winkel α des Kegels ist mit etwa 90° angenommen. Das Laufrad besitzt eine relativ kleine Bohrung 8 und wird durch die zentrisch angeordnete Dehnschraube 9 mit der Mutter 10 gegen den Kegel 7 der Welle 3 gedrückt. Zur Vergrößerung der federnden Wirkung der Dehnschraube können ferner Federn 11 angeordnet sein. Eine besonders geeignete Form dieser Federn sind Tellerfedern. Wie man sieht, erfordert diese Laufradbefestigung keinen zusätzlichen Platzaufwand, so daß die Wellendichtung 12 der Turbomaschine ganz nahe an das Laufrad herangerückt werden kann.

In den Fig. 2 und 3 ist die erfindungsgemäße Ausführung (Fig. 3) mit dem steilen Kegelwinkel α der bekannten Laufradbefestigung mit dem üblichen flachen Kegel von etwa 1 : 10 (Fig. 2) gegenübergestellt. In beiden Fällen ist der beschaufelte Teil des Laufrades 1 gleich groß und gleich geformt angenommen. Das Wellenende 3 ist für beide Ausführungen von gleichem Durchmesser, wobei dieser Durchmesser durch konstruktive Forderungen gegeben ist. Die Einzelheiten der Befestigungsmittel wie Gewindeansatz mit Mutter und Dehnschraube sind weggelassen, um den prinzipiellen Unterschied in der Laufradinnenform deutlich hervortreten zu lassen. Die bekannte Befestigung mit flachem Kegel (Fig. 2) bedingt, daß das Laufrad in der ganzen Breite mit der großen Kegelbohrung vom mittleren Durchmesser D, der etwa dem Wellendurchmesser entspricht, versehen ist, was eine wesentliche Beeinträchtigung der Festigkeit bedeutet. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung dagegen (Fig. 3) nimmt die Kegelbohrung nur einen relativ kleinen Teil b der Breite des Laufrades ein, wobei der mittlere Durdh-

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messer dieser Kegelbohrung schon wesentlich kleiner ist als der Wellendurdhmesser; im übrigen ist das Rad nur mit dem kleinen Durchmesser d durchbohrt, der der Stärke der Dehnschraube entspricht.

Der Winkel α des Kegels der erfindungsgemäßen Laufradbefestigung ist in seiner Größe dadurch gegeben, daß dieser eine Zentrierung des Laufrades auf der Welle ermöglichen muß. Dadurch wird seine Größe nach oben begrenzt; denn wenn dieser Winkel zu groß wird, kann das Laufrad sich relativ zur Welle leicht verschieben. Andererseits soll dieser Winkel nicht zu klein sein, also nicht in der Größenordnung der üblichen selbsthemmenden Kegelwinkel liegen. Aus diesem Grund soll der Winkel größer als 70° sein. Diese Begrenzung nach unten ergibt sich aus folgendem: Das Laufrad und damit die Innenbohrung, also auch die Kegelböhrung, dehnt sich durch die Fliehkraftbeanspruchung beim Lauf. Damit versucht sich das Laufrad von der Kegelfläche abzuheben. Dieses Abheben wird verhindert durch die Dehnung und Spannung der Schraube 9 und der etwaigen zusätzlichen Feder 11. Durch diese Spannung wird das Laufrad in axialer Richtung weiter gegen die Welle gedrückt, damit der Kegel auch bei der Dehnung des Laufrades wieder fest ansitzt. Diese erforderliche axiale Verschiebung darf nicht zu groß sein, da sonst die Dehnung der Schraube bzw. auch der zusätzlichen Federn nicht ausreicht. Außerdem muß der Kegelwinkel entsprechend groß sein, um nicht durch die wegen des festen Haltes erforderlichen großen Anpressungsdrücke zu große zusätzliche Tangentialspannungen im kegeligen Teil der Bohrung der Scheibe zu bekommen. Versuche haben ergeben, daß in dem zahlenmäßig angegebenen Winkelbereich eine ausgezeichnete, für höchste Drehzahlen des Laufrades geeignete Befestigung erzielt wird. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt lediglich durch die Reibung auf der Kegelfläche olhne zusätzliche Sicherungen, da bei den äußerst schnell laufenden Turbomaschinen die Drehmomente klein sind.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Turbomaschinen-Laufrad, das fliegend auf der Welle angeordnet und auf kegeligem Wellenstumpf mittels Mutterkegels und zentraler Dehnschraube von solcher Dehnlänge befestigt ist, daß die Schraube das Laufrad bei jeder durch Fliehkraft- oder Wärmedehnung möglichen Aufweitung elastisch auf den Wellenkegel preßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel mindestens 70° beträgt und daß die Wellenbohrung außerhalb der Kegellänge nur die zur Aufnahme der Dehnschraube nötige Weite hat.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Dehnschraube (9) oder zusätzlich zu dieser eine oder mehrere Federn (11), inbesondere Tellerfedern, als elastisches Spannungselement verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 544 898, 814 545;
schweizerische Patentschrift Nr. 269 605;
USA.-Patentschriften Nr. 1347 343, 1347 344;
Taschenbuch »Hütte«, 28. Auflage, 1954, Bd. HA, S. 107 und 108.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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