DE1600208B2 - Kupplung zum befestigen einer nabe aus bruchempfindlichem werkstoff auf einer welle mit unterschiedlichem waermeausdehnunnungskoeffizienten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Be- führungsbeispielen wird die Erfindung nun in Verfestigen einer Nabe aus bruchempfindlichem Werk- bindung mit der Zeichnung nochmals eingehend bestoff auf einer Welle mit unterschiedlichem Wärme- schrieben. Es zeigt

ausdehnungskoeffizienten, insbesondere für drehbare F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Regenerator-Wärmeaustauscher von Gasturbinen, bei der eine 5 matrix mit der erfindungsgemäßen Wellen-Nabenrelative elastische Beweglichkeit zwischen Nabe und verbindung,
Welle gegeben ist. Fig. 2 einen Schnitt nach 2-2 in Fig. 1, der den

Es sind derartige Kupplungen bekannt (USA.- Aufbau der Wellen-Nabenverbindung erläutert,

Patentschrift 3 187 804 und 3 155 152), die eine ge- F i g. 3 einen Schnitt nach 3-3 in F i g. 2,

wisse elastische Beweglichkeit zulassen, wobei diese io F i g. 4 eine zum Teil aufgebrochene, perspektivi-

Beweglichkeit aber insbesondere in Umfangsrich- sehe Ansicht eines Federelementes und

tung vorhanden ist, und auch dort nur in relativ be- F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der

grenztem Maße, während leichte Kippbewegungen Wellen-Nabenverbindung bei sechseckiger Welle,

oder auch axiale elastische Verschiebebewegungen Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbei-

der Nabe gegenüber der Welle in einer einzigen Kon- 15 spiele enthalten eine langgestreckte Hülse mit nicht

struktion nicht möglich sind. kreisförmigem Querschnitt, die dafür vorgesehen ist,

Aufgabe der Erfindung ist es, unzulässig hohe Be- die Antriebswelle, die einen entsprechenden Quer-

anspruchungen infolge Erwärmung in der bruch- schnitt aufweist, zu umgeben, und die an der Welle

empfindlichen Nabe zu vermeiden. Auftretende befestigt wird. An dieser länglichen Hülse ist eine

Vibrationsschwingungen in axialer und in Umfangs- 20 Vielzahl von Federfingergruppen befestigt. Jede die-

richtung, Torsionsbeanspruchungen an der Ver- ser Federgruppen hat die Form eines Kamms mit

bindungssteile zwischen Nabe und Welle und Kipp- einem gemeinsamen Bügel, der an der Hülse be-

bewegungen müssen von der Verbindung genauso auf- festigt ist, und mit auswärts abstehenden, federnden

genommen werden können wie leichte axiale Ver- Zinken, die nahezu zu einem Vollkreis gebogen sind.

Schiebung zwischen Welle und Nabe. 25 Diese Federfingergruppen passen in Aussparungen

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung nun da- der Nabe, die bei den dargestellten Beispielen aus durch gelöst, daß an den Außenflächen einer viel- Glaskeramik besteht und die Nabe von axial durcheckigen Hülse mehrere Federfingersätze mit ihren strömten, umlaufenden Regeneratormatrizen ist.
Basisteilen befestigt sind und radial nach außen ab- Der Antrieb erfolgt in Richtung der Federenden, stehen, wobei jeder Federfingersatz eine Vielzahl 30 und die Federn sitzen schließend in den Aussparungleichgeformter kreisförmig gebogener, durch Schlitze gen, so daß sie durch die Kräfte, die zwischen der voneinander getrennter Federfinger mit einem ge- Nabe und den Federn auftreten, gebogen werden, meinsamen Basisteil hat und die freien Enden der Alle Ausdehnungsunterschiede zwischen der Nabe Federfinger nahe dem Basisteil liegen, daß weiter und der Welle werden von den elastischen Federn die Nabe eine Mittelöffriung mit kreisförmigen Aus- 35 aufgenommen, so auch die Kräfte, die entstehen, nehmungen hat, die von der Hülse mit den Feder- wenn die Regeneratormatrix bezüglich der Welle gefingersätzen mit geringem Abstand von den Basis- kippt wird. Eine Axialbewegung der Regeneratorteilen durchsetzt wird, wobei die Federfingersätze matrix bezüglich der Welle wird durch die Reibung in die Ausnehmungen reib- und formschlüssig ein- verhindert, mit der die Federfinger an der Nabe angreifen. 40 liegen, jedoch ist axiale Anpassung trotzdem möglich.

Es sind zwar Kupplungen zwischen Wellen und In der Zeichnung ist eine Regeneratormatrix, wie Naben bekannt (deutsche Patentschrift 909 874, sie in Gasturbinen zum Wärmeaustauschen verwen-USA.-Patentschrift 2 042 069), bei denen Federfinger- det wird, allgemein mit 11 bezeichnet. Gewöhnlich sätze in kreisförmigen Ausnehmungen die Verbin- weist diese Matrix einen äußeren Rand 12 auf und dung herstellen, jedoch sind diese zum Zwecke der 45 eine große Anzahl von Durchlässen 13 (s. Fig. 3), Unterdrückung von Eigenschwingungen und Beseiti- die durch Elemente, wie sie mit 14 und 15 in F i g. 3 gung von kritischen Drehzahlen vorgesehen und bezeichnet sind, gebildet werden. Die Durchlässe 13 durch ihre relativ starre Ausbildung auch nicht in der erstrecken sich in axialer Richtung durch den Wärme-Lage, die spezielle Aufgabe mit den Wirkungen zu austauscher, und der Werkstoff, aus dem diese EIelösen, wie es die Erfindung vermag. Einer anderen 50 mente 14 und 15 hergestellt sind, nimmt die Wärmebekannten elastischen Kupplungskonstruktion (USA.- menge, die ihnen während eines Teils ihres Umlaufs Patentschrift 2 042 069) mit einer Vielzahl von von den Abgasen erteilt wird, auf und gibt sie an Federelementen, welche der Unterdrückung von verdichtete Luft, die durch die Durchlässe 13 wäh-Biegebeanspruchung und Drehmomentstößen dient, rend eines anderen Teils des Umlaufs hindurchtritt, fehlt es ebenfalls an dem die Erfindung kennzeich- 55 ab. Im allgemeinen werden die einander gegenübernenden einfachen Aufbau. liegenden, flachen Oberflächen der Regenerator-

Ebenso ist für sich eine Kupplung mit vielecki- matrix 11 von federbelasteten Dichtungen (nicht ge-

gem Wellenteil und einer gewellten Feder zwischen zeigt) berührt, die die Leitungen der verdichteten

ihm und der Nabe bekanntgeworden (belgische Pa- Luft und der Abgase voneinander trennen. Diese

tentschrift 651 998). 60 einander gegenüberliegenden Oberflächen arbeiten

Vorteilhaft ist es, der Hülse einen quadratischen bei wesentlich verschiedenen Temperaturen, und um Querschnitt zu geben und vier Federfingersätze zu allzu große Spannungen auf Grund der Temperaturverwenden, wobei dann die Welle einen entsprechen- differenz auszuschalten, werden die bekannten Maden Querschnitt erhält. Es ist jedoch auch möglich, trizen aus einem Glas-Keramik-Werkstoff mit sehr von einem sechseckigen Querschnitt der Hülse aus- 65 niedrigem Temperaturausdehnungskoeffizienten herzugehen und drei Federfingersätze vorzusehen, deren gestellt. Die Regeneratormatrix 11 weist außerdem Basisteile an zwei aneinandergrenzenden Außen- eine Nabe 16 auf, die gleichfalls aus Glas-Keramikflächen der Hülse befestigt sind. An Hand von Aus- Werkstoff besteht.

Die Antriebswelle des Regenerators 11 ist mit 17 bezeichnet und weist in der Darstellung im Bereich der Regeneratormatrix einen quadratischen Querschnitt auf.

Der Federfingersatz ist als Verbindungselement im Ganzen mit 18 bezeichnet. Eine längliche Metallhülse 19 von quadratischem Querschnitt paßt über die Welle 17 und ist mit dieser verbunden. Vier Federeinheiten, die jede mit 21 gekennzeichnet ist, sind

derfinger 25 am Ende der Kupplung in einem oder mehreren der vier Sätze sich gegeneinander bewegen können.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Form der Erfindung, die bei einer sechseckigen Welle zur Anwendung kommt. Die Kupplung ist allgemein mit 101 bezeichnet und besteht aus einer länglichen, sechseckigen Hülse 102, die der Hülse 19 in der ersten

derfinger 25 mit der Nabe 16. Dadurch wird die Möglichkeit des Auftretens unzulässiger Spannungen in der Matrixnabe weiter verringert.

Wenn durch Vibration der Gasturbine die Matrix 11 sich gegenüber der Welle bewegen möchte, wird diese Bewegung durch die Reibung der Federfinger an der Nabe gedämpft. Es ist jedoch Bewegung in axialer Richtung möglich, wodurch sich die Matrix so einstellen kann, daß unterschiedliche Abmessun-

auf der Außenseite der Hülse 19 angebracht, genauer io gen oder Ungleichmäßigkeiten der federnden (nicht gesagt, auf den vier Außenflächen. Jedes Feder- gezeichneten) Dichtungen, die an den gegenüberelement 21 ist mit metallenen, federnden Zinken aus- liegenden Seiten der Matrix anliegen, ausgeglichen gestattet und von gleicher Länge wie die Hülse 19. werden können. Taumeln oder Wackeln der Matrix Es besteht aus einem flachen Basisteil 22, das flach gegenüber der Welle ist ebenfalls in begrenztem Umauf der Außenfläche der Hülse 19 aufliegt und daran 15 fang infolge des Federfingersatzes 18 als Verbindung befestigt ist, z. B. durch Löten oder Punktschweißen, möglich, oder, genauer gesagt, dadurch, daß die Fewie bei 23 angedeutet. Eine Kante 24 des Basisteils
22 fällt mit einer Kante der Hülse 19 zusammen, und
der Basisteil 22 ist um etwas schmaler als die zugehörige Fläche der Hülse 19.

Von dem Basisteil 22 springen Federfinger 25
nach außen vor und sind bogenförmig gekrümmt
und durch Schlitze 26 voneinander getrennt. Der
Biegeradius der Finger 25 ist konstant und so gewählt, daß die Finger einen beträchtlichen Abstand 25 Ausführungsform der Erfindung entspricht. Diese vom Basisteil 22 haben. Die Spitzen 27 der Feder- Hülse wird auf einer sechseckigen Welle befestigt, finger 25 enden mit geringem Abstand vor dem Ba- Es sind drei Sätze von Federfingern 103,104,105 sisteil 22. Alle vier Sätze von Federfingem 25 er- vorgesehen, die an jeder zweiten Fläche des Teils 102 strecken sich in der gleichen Richtung, d. h. sie sind befestigt sind. Im einzelnen besteht jeder Satz Federvom Basisteil 22 im Uhrzeigersinn gekrümmt, wie 3° finger aus einem Basisteil 106, der auf zwei benachaus F i g. 3 zu ersehen ist. barten Seitenflächen der Hülse 102 befestigt wird

Die Nabe 16 ist mit vier kreisförmigen Aussparun- und der zu dem Zweck entlang der Linie 107 abgen 28 versehen, die voneinander gleichen Abstand gebogen ist. Von diesem Basisteil 105 erstrecken sich haben und nach innen zu einer Mittelbohrung, durch in gleicher Weise wie bei der vorher erwähnten Ausdie sich die Welle 17 erstreckt, geöffnet sind. Zwi- 35 führungsform Federfinger nach auswärts, sehen den kreisförmigen Aussparungen 28 befinden
sich geradlinig begrenzte Abschnitte 29, wie sie in
F i g. 3 zu sehen sind. Die Krümmung der Aussparungen 28 ist dieselbe wie die Außenkrümmung der
Federfinger 25 oder um ein geringes kleiner, und 40
die Federfinger werden in diese Aussparungen eingesetzt. Der Sitz der Federfinger in den Aussparungen wird so gewählt, daß praktisch kein nennenswerter Spielraum für die Federn bleibt, jedoch soll
Bewegungsmöglichkeit der Nabe 16 in bezug auf die 45
Verbindung 18 erhalten bleiben, die durch die Reibkraft zwischen den Federfingern 25 und den Aussparungen 28 begrenzt wird. Die Dicke der Nabe 16
ist gleich der Länge des Kupplungsteils 18, so daß
alle Federfinger 25 innerhalb der Aussparungen 28 5°
liegen, wie in F i g. 2 gezeigt ist.

Die Welle 17 und daher auch der Federfingersatz 18 wird im Uhrzeigersinn, wie in F i g. 3 gezeigt, angetrieben. Damit wird auch die Regeneratormatrix 11 infolge der Kraft, die die Federfinger 25 auf die Nabe 16 ausüben, in derselben Richtung angetrieben.

Wie früher bereits erwähnt, hat die Glas-Keramik-Matrix keinen nennenswerten Wärmeausdehnungskoeffizienten, und die Ausdehnung und Zusammenziehung der Welle 17 wird wegen des Federfingersatzes 18 nicht auf die Matrix übertragen. Genauer gesagt, biegen sich die Federfinger 25 entsprechend der durch die Wärme bedingten Änderungen der Abmessungen, so daß jederzeit die Verbindung zwischen Welle und Matrix voll wirksam ist, ohne daß die Zerstörung der Matrix befürchtet werden muß.

Der Antrieb der Regeneratormatrix 11 erfolgt über eine große Fläche, d. h. die Berührungsfläche der Fe-

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kupplung zum Befestigen einer Nabe aus bruchempfindlichem Werkstoff auf einer Welle mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere für drehbare Wärmetauscher von Gasturbinen, bei der eine relative elastische Beweglichkeit zwischen Nabe und Welle gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenflächen einer vieleckigen Hülse (19) mehrere Federfingersätze (18; 103,104,105) mit ihren Basisteilen (22; 106) befestigt sind und radial· nach außen abstehen, wobei jeder Federfingersatz (18; 103,104,105) eine Vielzahl gleichgeformter kreisförmig gebogener, durch Schlitze (26) voneinander getrennter Federfinger (25) mit einem gemeinsamen Basisteil (22; 106) hat und die freien Enden der Federfinger nahe dem Basisteil (22; 106) liegen, und daß die Nabe (16) eine Mittelöffnung mit kreisförmigen Ausnehmungen (28) hat, die von der Hülse (19) mit den Federfingersätzen mit geringem Abstand von den Basisteilen durchsetzt wird, wobei die Federfingersätze (18; 103,104,105) in die Ausnehmungen (28) reib- und formschlüssig eingreifen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (19) quadratischen Querschnitt und vier Federfingersätze (18) hat und auf einer Welle (17) mit entsprechendem Querschnitt befestigt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (102) sechseckigen Querschnitt und drei Federfingersätze (103,104, 105) hat, deren Basisteile an zwei aneinandergrenzenden Außenflächen der Hülse befestigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen