DE2413519A1

DE2413519A1 - Verfahren zur herstellung hohlzylindrischer rotoren

Info

Publication number: DE2413519A1
Application number: DE2413519A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Herbert
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: NL7416837A; GB1453414A; US3966507A; JPS50125963A

Description

DORNIER SYSTEM GMBH
Friedrichshafen

Verfahren zur Herstellung hohizylindrischer Rotoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hohlzylindrischer überkritischer Rotoren für Gasultrazentrifugen.

Zum Betrieb von Gasultrazentrifugen ist es erforderlich, ein Schwerefeld in einem Rotor aufzubauen. Der Trenneffekt solcher Zentrifugen ist umso größer, je höher die Umfangsgeschwindigkeit und damit das Schwerefeld und je langer die Zentrifugenrotoren sind. Da die Trennleistung von Zentrifugen mit der 4. Potenz der Umfangsgeschwindigkeit steigt,· ist es erforderlich, die vorhandenen Werkstoffe bis zur Festigkeitsgrenze hin auszulasten. Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, daß infolge der Steigerung des Trenneffektes durch die Länge der Rotoren die Kreisel um ihre Achse des kleinsten Trägheitsmomentes rotieren υηά somit Unwuchten nachteilig in das dynamische System eingehen.

Es ist bekannt, (Domier Post 4/72, Seiten 29-32) Rotoren für Gasultrazentrifugen aus einer stranggepreßten Buchse im Fließdrückverfahren herzustellen. Hierzu wird eine Buchse abgestochen und durch Drehen, Schleifen und Honen ein Fließdrückrohling hergestellt. Uta Wandstärken zu erzielen, die geringer als 1 mm sind, wird dieser Rohling dann in vier oder mehr FließdrUckarbeitsgängen auf sein endgültiges Maß gebracht. Nach jedem Fließdrückarbeitsgang wird der hohlzylindrische Körper abgestochen. Dieses aufwendige Herstellungsverfahren bietet

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Sicherheit, daß die kleinen erforderlichen Wandstärketoleranzen von weniger als tO^um eingehalten werden. Durch die zahlreichen Fließdrück- und Abstechvorgänge sind zusätzliche Reinigungsschritte erforderlich. Gleichzeitig werden die Toleranzen und Oberflächenfehler um so größer, je mehr FließdrUckvorgänge vorgenommen werden müssen.

Hohlzylindrische Körper (z. B. Rohre großen Durchmessers) können auch aus gerollten Blechen hergestellt werden, die längsnaht-verschweißt werden. Die Schweißnaht wird dann nachgearbeitet, so daß sie für das Auge nicht sichtbar ist und beispielsweise mittels Ultraschall oder Röntgenstrahlen untersucht, daait die erforderliche Schweißnahtgute und Festigkeit gesichert ist. Die verbleibenden Inhomogenitäten im Werkstoff machen jedoch eine Verwendung soifier hohlzylindrischer Körper als überkritische Rotoren ungeeignet. DcrUberhinaus weisen gewalzte Sieche Wandstärke itoleranzen von ca, 1/10 ram auf on«! das insbssondere bei überkritischen Rotoren erforderliche Einbringen ringförmiger Blechnuten kann im BereicSi der Schweißnaht nicht fehlerfrei durchgeführt werden. Hier reißt das rioterial oder es bilden sich Unebenheiten, die nicht mehr beseitigt werden können.

Aus der o. a. Literaturstelle ist as zwar auch bekannt, einen längsnaht-geschweißten Rohling aus weichem Hastelloy Alloy C einem FließdrUckvorgang zu unterziehen. Dies dient lediglich dem Zweck, die Schweißnaht unsichtbar zu machen und ein Rohr herzustellen, das in Bezug auf sein Aussehen eine« gezogenen Rohr gleichkommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kosten- und Arbeitsgänge sparendes Verfahren ζυτ Herstellung hohlzylindrischer Rotoren mit homogenen Wandungen, geringer Wandstärke und geringen Wandstärketoleranzen und extrem hoher Festigkeit zu schaffen, die fUr hohe Drehzahlen geeignet sind.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein ebenes hochfestes Stahlblech gerollt und mittels Elektronenstrahl längsnaht-verschweißt wird, und daß der entstandene Rohling lösungsgegluht und in einem Fließdrückvorgang auf seine Endabmessungen gebracht wird. Längsnaht-geschweißte ftohre aus hochfestem Stahlblech wurden bisher nicht hergestellt, da nur aufwendiges Richten die erforderliche Rundheit sichergestellt hätte und die Festigkeit durch die fehlende Kaltverfestigung gering war. Wurde ein homogenes Rohr mit guten Festigkeitseigenschaften verlangt, so kamen ausnahmslos gezogene Rohre zur Anwendung. Dünne Wandstärken wurden durch mehrmaliges Abtragen von Material erzielt.

Das o.· a. Herstellungsverfahren bietet demgegenüber überraschende Vorteile. Während bisher zahlreiche Fließdrückvorgänge notwendig waren, genügt nunmehr ein einziger Fließdrückvorgang, um die gewünschten Abmessungen des Rotors zu erreichen. Gleichzeitig werden die geforderten Wandstärkentoleranzen eingehalten und Inhomogenitäten der Schweißnaht vollständig beseitigt. Die Festigkeitswerte des Rotors werden durch die beim Fließdrücken auftretende Kaltverfestigung erheblich verbessert. Vorteilhaft ist ferner, wenn über die Längsrichtung des Rotors verteilt angeordnete Bereiche in an sich bekannter Weise am Umfang geschliffen und mit ringförmigen Blechnuten versehen werden. Die Nuten lassen sich auch im Bereich der Schweißnaht fehlerlos herstellen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Beispiel.

Ausgangsmaterial ist ein ebenes gewalztes Blech aus dem Werkstoff RHF 33 (martensitaushärtbarer Stahl) mit Innendurchmesser 145,5 mm, Länge ca.1000 mm und einer Wandstärke von 1-1,5 mm.Das Blech wird gerollt und

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entlang seiner Längsnaht nach dem WIG-Verfahren (Wolfram-Inert-Gas) oder mittels Elektronenstrahl verschweißt. Der Schweißfaktor beträgt 1. Danach wird es etwa 1 Stunde in Vakuum bei 820 C lösungsgeglüht. Der Rohling, mit dem Innendurchmesser 145,5 mm wird auf einen Dorn aufgebracht und in einem einzigen Arbeitsgang im Drei-Rollen-Fließdrückverfahren auf seine Endabmessungen gebracht. Der Rohling befindet sich auf einem rotierenden Drückdorn mit Anschlag, wobei die Druckrollen sich auf den Anschlag zu bewegen. Gegenläufig hierzu fließt dann das Material.

Der Innendurchmesser beträgt nach dem FließdrUcken 145,5 mn; der Außendurchmesser beträgt 146,2 mm; die Länge des hohlzylindrischen Körpers ist nun auf den Faktor der Reduktion angewachsen. Der hohlzylindrische Körper wird nun auf ein Längenmaß von ca. 1000 mm abgestochen. Nach

2 dem FließdrUcken beträgt die Zugfestigkeit ca. 240 - 270 kp/mm und die

Wanddickenabweichung auf den Mantellinien ist kleiner als 10 um.

In Bereichen, in denen Nuten angeordnet werden sollen, wird vom Umfang des Materials ca. 25 nm mittels Schleifen abgetragen. Anschliessend werden die ringförmigen Blechnuten geformt.

Gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren von Überkritischen Rotoren beträgt die Materialersparnis ca. 75 %, die Zahl der Arbeitsschritte geht auf die Hälfte zurück und die Gesamtarbeitszeit wird auf etwa 50 % vermindert.

12.3.1974 PaL/ro

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Claims

Patentansprüche;

Verfahren zur Herstellung eines hohlzylindrischen überkritischen Rotors für Gasultrazentrifugen, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenes hochfestes Stahlblech gerollt und mittels Elektronenstrahl längsnaht-verschweißt wird, und daß der entstandene Rohling lösungsgeglüht und in einem Fließdrückvorgang auf seine Endabmessungon gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor über in Längsrichtung verteilt angeordnete Bereiche in an sich bekannter Weise am Umfang geschliffen und mit Nuten versehen wird.

12.3.1974
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