DE2308672B1

DE2308672B1 - Laufrad fuer Radialgeblaese und -turbinen

Info

Publication number: DE2308672B1
Application number: DE2308672A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hagemeister; Axel Rossmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1973-02-22
Filing date: 1973-02-22
Publication date: 1974-08-22
Also published as: US3945101A; DE2308672C2; FR2219303B3; IT1006927B; FR2219303A1; GB1450267A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für Radialgebläse und -turbinen in Blechkonstruktion, bei dem die mit abgewinkelten Schaufelfüßen versehenen Blechschaufeln ausschließlich auf einer den Schaufelfüßen angepaßten Blechschale befestigt sind.

Bei einem solchen mit der DT-PS 809 690 bekanntgewordenen Laufrad ist die Befestigung der Blechschaufeln durch Schweißung erfolgt. Insbesondere wird in dieser Patentschrift vorgeschlagen, daß die Befestigung von Blechschaufeln mit abgewinkelten Schaufelfüßen durch Buckelschweißung erfolgen soll.

Zwar stellen Laufräder mit nach üblicher Art aufgeschweißten Blechschaufeln im Vergleich zu einer

ίο älteren Ausführungsart, bei der die Blechschaufeln aufgenietet waren, einen Fortschritt dar, sie haben aber den Nachteil, daß sie bei sehr hohen Drehzahlen nicht verwendbar sind, weil sie auf Grund der üblichen Schweißung nicht die notwendige Festigkeit aufweisen. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Anpassung der Schaufelfüße an die Blechschale des Laufrades vor der Schweißung sehr schwierig ist und normalerweise aus Zeitmangel nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann, so daß die Schweißung nicht mit entsprechend hoher Homogenität erfolgt.

Es ist nun versucht worden, die Schwierigkeiten bei der Verschweißung von Blechschaufeln auf Laufräder dadurch zu umgehen, daß in die Blechschale des Laufrads für jeweils eine Blechschaufel eine Nut vorgesehen ist, durch die die betreffende Blechschaufel mit einer eigens vorgesehenen Schaufelzunge hindurchgesteckt wird und die Schaufelzunge mit dem Nabenteil des Laufrades verschweißt ist. Diese aus der GB-PS 937 654 bekanntgewordene Lösung hat unter anderem den Nachteil, daß die Blechschaufel nicht auf der ganzen Länge ihres Fußes mit dem Laufradkörper verschweißt werden kann, sondern nur auf einer Teillänge, nämlich der Länge der Schaufelzunge. Darüber hinaus ergeben sich fertigungstechnische Schwierigkeiten, die darin begründet sind, daß die Verbindungsstellen zwischen den Schaufelzungen und dem Nabenteil des Laufrads, an denen die Schweißung erfolgen muß, nur schwer zugänglich sind.

Ein weiterer Nachteil geschweißter Laufräder Hegt darin, daß bei üblichen Schweißverfahren ein untragbar hoher Verzug des Laufrades auftritt, der nachträglich nur sehr schwer zu beseitigen ist, so daß durch die auftretenden Exzentrizitäten bei hohen Drehzahlen große Unwuchten im Laufrad entstehen können. Schließlich liegt ein weiterer Nachteil der geschweißten Laufräder darin, daß bei der Schweißung unsaubere Oberflächen entstehen, die nur schwer zu beseitigen sind und erhöhte Strömungsverluste zur Folge haben.

Weiterhin bereitet eine Schweißung üblicher Art dann nahezu unlösbare Schwierigkeiten, wenn die Blechschaufeln auf dem Laufrad sehr nahe beieinander angeordnet sind, oder wenn es sich um kleine Laufräder handelt, weil dann für die Durchführung der Schweißung zu wenig Platz vorhanden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laufrad für Radialgebläse und -turbinen in Blechkonstruktion zu schaffen, das für extrem hohe Drehzahlen geeignet ist, d. h. bei dem die Verbindung der Blechschaufeln mit der Blechschale des Laufrads höchste Festigkeit aufweist. Weiterhin soll das Laufrad eine saubere Oberfläche der Strömungskanäle und hohe Zentrizität aufweisen, wobei diese Eigenschaften mit geringem Herstellungsaufwand erreicht werden sollen.

Zur Lösung_dJ£ser Aufgabe wird bei einem Lauf-

ORtGHNAL INSPECTED

rad der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Befestigung der Blechschaufeln auf der Blechschale mittels einer Sprengschweißung erfolgt.

Der hierdurch erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß eine hohe Festigkeit der Verbindung, ein geringer Verzug, eine saubere Oberfläche bei geringen Herstellkosten für das Laufrad erreicht werden. Dabei wird die hohe Festigkeit vor allem durch eine absolut ganzflächige Verschweißung der Schaufelfußauflagefläche mit der Blechschale erzielt. Die kostensparende Herstellung wird dadurch erreicht, daß sämtliche Blechschaufeln gleichzeitig mit der Blechschale verbunden werden und daß die Verbindung mit der Geschwindigkeit einer Explosion abläuft.

In Ausgestaltung der Erfindung sollen die Blechschaufeln ein T-Profil aufweisen, das durch Zusammenfügen zweier L-förmiger Schaufelteile entstanden ist. Der Vorteil dieser Ausbildung ist darin zu sehen, daß die für eine gute Verbindung erforderliche Berührungsfläche zwischen Blechschaufel und Blechschale geschaffen wird, ohne hohe Kerbspannungen in Kauf nehmen zu müssen, die bei einfach umgeknickten Blechschaufeln in L-Form an der Außenkante des Schaufelfußes auftreten würden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die beiden L-förmigen Schaufelteile jeweils durch Hartlötung oder Punktschweißung miteinander verbunden sein. Dieser Art hergestellte Blechschaufeln haben insbesondere den Vorteil, billiger Herstellung und genügen in ihrer Festigkeit vollkommen den Anforderungen, da in der Verbindungsrichtung der beiden L-förmigen Schaufelteile keine großen Belastungen auftreten.

Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines oben näher beschriebenen gebauten Laufrades das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist.

a) die Blechschaufeln werden in eine Vorrichtung so eingesetzt, daß sie relativ zueinander ihre endgültige Lage wie auf dem Laufrad einnehmen;

b) die Blechschale, auf deren radial innerer Oberfläche eine Sprengstoffschicht aufgebracht ist, wird in geringem Abstand über den Schaufelfüßen gehalten;

c) der Sprengstoff wird mit geeigneten Mitteln an der Stelle des geringsten Innendurchmessers der Blechschale gezündet.

Durch die Explosion, deren Front von der Zündstelle aus nach außen wandert, erfolgt gewissermaßen ein Aufwalzen der Blechschale auf die Schaufelfüße unter sehr hohem Druck. Dabei erfolgt die Verschweißung der Blechschale mit den Schaufelfüßen.

Hauptvorteile dieses Herstellungsverfahrens sind die hohe Festigkeit der Verschweißung, die schnelle Verbindung, und schließlich die Reproduzierbarkeit der Verbindung, d. h. die Ausschaltung jeglicher Handarbeit und somit die Gewährleistung, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entstandenen Laufräder untereinander austauschbar sind, da die Festigkeit der Blechschaufel-Blechschalenverbindung bei jedem Laufrad gleich ist. Schließlich wird eine Nachbehandlung des Laufrades wie etwa spannungsfrei glühen oder Reinigung der Oberfläche eingespart. Es braucht lediglich die der Strömung abgewandte glatte Seite der Blechschale gereinigt zu werden.

Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des aufgezeigten Verfahrens, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) auf einer horizontalen, scheibenförmigen Unterlage ist ein äußerer Stützring hoher Festigkeit angeordnet, dessen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Laufrades ist;

b) in den Stützring ist eine der Schaufelzahl des Laufrades entsprechende Anzahl von Stützsegmenten eingesetzt, wobei zwischen je zwei Stützsegmenten ein entsprechend der Schaufelform vorzugsweise radial verlaufender Spalt von der Breite s einer Schaufeldicke bleibt;

c) die Oberfläche der Stützsegmente hat die Konao tür der Blechschale, wobei im Bereich der

Spalte Vertiefungen vorgesehen sind, die die Konturen der Schaufelfüße aufweisen, und deren Tiefe d etwa gleich der Blechdicke der Schaufelfüße ist.

Die Vorteile dieser Vorrichtung liegen darin, daß sie in einfacher und doch ausreichender Weise die mit der Blechschale zu verschweißenden Blechschaufeln abstützt und daß durch die Oberflächengestaltung der Stützsegmente eine Verschweißung ohne Randspalte, also mit hoher Oberflächengüte erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Schweißverfahrens, in die Blechschaufeln und eine Blechschale zur Sprengschweißung eingesetzt sind im Schnitt,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Schweißvorrichtung gemäß F i g. 1 ausschnittsweise,

F i g. 3 ein Schrägbild einer Blechschaufel.
Auf einer horizontalen scheibenförmigen Unterlage 7 ist ein äußerer Stützring 5 hoher Festigkeit angeordnet, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Laufrades gleich ist. In den Stützring 5 ist eine der Schaufelzahl des Laufrades entsprechende Anzahl von Stützsegmenten 6 eingesetzt, wobei zwischen je zwei Stützsegmenten 6 ein entsprechend der Schaufelform vorzugsweise radial verlaufender Spalt8 von der Breites einer Schaufeldicke bleibt (s. F i g. 2). Die Oberfläche der Stützsegmente 6 hat die Kontur der Blechschale 1, wobei im Bereich der Spalte 8 Vertiefungen 9 vorgesehen sind, die die Konturen der Schaufelfüße 2 aufweisen und deren Tiefe d etwa gleich ist der Dicke der Schaufelfüße 2.

In die Spalte 8 sind die Blechschaufeln 3 so eingesetzt, daß die Schaufelfüße 2 in den Vertiefungen 9 ruhen. Die Blechschaufeln weisen ein T-Profil auf, das durch Zusammenschweißen zweier L-förmiger Schaufelteile entstanden ist (s.Fig.3). Mit 13 sind die von der Punktschweißung der Blechschaufel 3 herrührenden Schweißpunkte bezeichnet.

Zur Verschweißung der Blechschale 1 mit den in die Vorrichtung eingelegten Blechschaufeln 3 wird die Blechschale in geringem Abstand, über den Schaufelfüßen 2 gehalten. Dabei ist auf der radial inneren Oberfläche der Blechschale 1 eine dünne

Sprengstoff schicht 4 aufgebracht. Bei dieser Sprengstoffschicht kann es sich um eine Sprengstoffolie handeln. Zur Verschweißung wird der Sprengstoff mit geeigneten Mitteln an der Stelle 14 des geringsten Innendurchmessers der Blechschale 1 gezündet. Von dort aus breitet sich die Explosionsfront in Richtung der in F i g. 1 eingezeichneten Pfeile aus und es wird dabei die Blechschale 1 auf die Schaufelfüße 2 der Blechschaufeln unter hohem Druck aufgewalzt, wobei die Bauteile miteinander verschweißen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laufrad für Radialgebläse und -turbinen in Blechkonstruktion, bei dem die mit abgewinkelten Schaufelfüßen versehenen Blechschaufeln ausschließlich auf einer den Schaufelfüßen angepaßten Blechschale befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Blechschaufeln (3) auf der Blechschale (1) mittels einer Sprengschweißung erfolgt.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschaufeln (3) ein T-Profil aufweisen, das durch Zusammenfügen zweier L-förmiger Schaufelteile entstanden ist.

3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden L-förmigen Schaufelteile jeweils durch Hartlötung oder Punktschweißung miteinander verbunden sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines gebauten Laufrades nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) die Blechschaufeln (3) werden in eine Vorrichtung (5,6,7) so eingesetzt, daß sie relativ zueinander ihre endgültige Lage wie auf dem Laufrad einnehmen;

b) die Blechschale (1), auf deren radial innerer Oberfläche eine Sprengstoffschicht (4) aufgebracht ist, wird in geringem Abstand über den Schaufelfüßen (2) gehalten;

c) der Sprengstoff wird mit geeigneten Mitteln an der Stelle (14) des geringsten Innendurchmessers der Blechschale (1) gezündet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) auf einer horizontalen, scheibenförmigen Unterlage (7) ist ein äußerer Stützring (5) hoher Festigkeit angeordnet, dessen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Laufrades ist;

b) in den Stützring (5) ist eine der Schaufelzahl des Laufrades entsprechende Anzahl von Stützsegmenten (6) eingesetzt, wobei zwischen je zwei Stützsegmenten (6) ein entsprechend der Schaufelform vorzugsweise radial verlaufender Spalt (8) von der Breite s einer Schaufeldicke bleibt;

c) die Oberfläche der Stützsegmente (6) hat die Kontur der Blechschale (1), wobei im Bereich der Spalte (8) Vertiefungen (9) vorgesehen sind, die die Konturen der Schaufelfüße (2) aufweisen und deren Tiefe d etwa gleich der Blechdicke der Schaufelfüße (2) ist.