DE2624469A1

DE2624469A1 - Schrumpf- oder klemmverband sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2624469A1
Application number: DE19762624469
Authority: DE
Inventors: Kristian Dahl Dipl Ing Madsen; Franz Dipl Ing Romanowski; Arne Sundstrand
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-06-24
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1976-12-30
Also published as: DE2628349A1; SE391566B; FR2315624B1; DE2624469B2; GB1542116A; DE2624469C3; CH608078A5; FR2315624A1; SE7507218L

Description

Allmänna Svenska Elektri ska Akt ie "bo läget Västeras/Schweden

Schrumpf- oder Klemmverband sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schrumpfoder Klemmverband sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei Schrumpf- und Klemmverbänden besteht der Wunsch, daß der Reibungskoeffizient zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Konstruktionsteile des Verbandes so groß wie möglich ist, damit der Verband eine möglichst große Kraft zu übertragen vermag.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrumpf- oder Klemmverband zu entwickeln, bei dem der eben genannte Reibungskoeffizient sehr groß ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schrumpf- oder Klemmverband vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-9 genannt.

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Ein Verfahren zur Herstellung eines Schrumpf- oder Klemmverbandes nach der Erfindung ist durch die im Anspruch 10 genannten Merkmale gekennzeichnet. Selbstverständlich kann die Schicht aus körnigem Material auch auf den Belägen beider zur Anlage aneinander bestimmter Fläche aufgebracht werden. Beim Zusammenschrumpfen bzw. Zusammenklemmen des Verbandes wird das kornförmige Material in die Beläge hineingedrückt, was eine bedeutend größere Reibung zwischen den Teilen des Verbandes bewirkt. Hierdurch erreichen die Schrumpf- oder Klemmverbände nach der Erfindung Reibungskoeffizienten, die ^; erheblich größer sind als die Reibungskoeffizienten bekannter Schrumpf- oder Klemmverbände.

Das Material in den beiden zu verbindenden Konstruktionsteilen, die beispielsweise eine Welle und ein die Y/elle umgebender Ring sein können, ist meistens Stahl, kann jedoch auch anderes in Schrumpf- und Klemmverbänden normalerweise verwendetes Material sein.

Das Material der Beläge hat vorzugsweise eine Brinellhärte von 1-75, und das körnige Material hat vorzugsweise eine Brinellhärte von mindestens 500. Als Beispiel geeigneter Materialien für die Beläge können insbesondere Materialien mit einer Schmelztemperatur von maximal 1100⁰C genannt werden, wie Aluminium, Kupfer, Zinn, Blei, Magnesium, Zink, Kadmium und Silber, sowie mehrere Legierungen dieser Metalle. Wenn das Material der Beläge einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt hat (max. 1100⁰C), wird ein Zusammenschweißen der Beläge auf den gegeneinander gerichteten Flächen der Konstruktionsteile des Ver-

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bandes erleichtert. Dieses Zusammenschweißen ist möglich, nachdem das körnige Material in die Beläge hineingedrückt worden ist und die Beläge dadurch zumindest an einigen Flächen miteinander in Kontakt kommen. Als Material für die Beläge werden vorzugsweise Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Unter Aluminiumlegierungen werden hier solche verstanden, die wenigstens 75 Gewichts-^ Aluminium enthalten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Aluminium und Aluminiumlegierungen außerordentlich gut an Stahlflächen haften und daher eine große Schubfestigkeit gegenüber der Unterlage haben. Als Beispiel für geeignete körnige Materialien können Oxide genannt werden, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumdioxid und Chromtrioxid, ferner Karbide, wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid und Titankarbid sowie Metalle, wie Molybdän und Wolfram. Ein außerordentlich gut geeignetes körniges Material, ist Aluminiumoxid.

Die Dicke der Beläge aus dem weicheren Material, die auf die im Verband gegeneinander gepreßten Flächen der Konstruktionsteile aufgetragen werden, beträgt vorzugsweise 0,05 - 2 mm. Die Dicke der Schicht aus dem körnigen, härteren Material, das vorzugsweise nur auf den einen der Beläge aufgetragen wird, hat vorzugsweise höchstens den doppelten Durchmesser der in der Schicht enthaltenen größten Körner. Hierdurch wird verhindert, daß eine Bewegung in der Schicht durch aufeinanderrollende Körner entsteht. Dies bedeutet, daß die Dicke der Schicht in normalen Fällen 0,1 mm nicht übersteigt. Die Korngröße des

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körnigen Materials beträgt zweckmäßigerweise 150 - 525 mesh, vorzugsv/eise 325 - 425 mesh. (ASTM E11-61).

Sowohl die Beläge aus dem weicheren Material als auch die Schicht aus dem körnigen Material kann u.a. auf herkömmliche Art durch Lichtbogensprxtzen auf die Unterlage aufgebracht werden. In gewissen Fällen ist es auch möglich, Flammspritzen anzuwenden. Ein Teil v/eicheren Materials im Belag kann auch in die Unterlage eingewalzt oder durch einen Lötvorgang auf die Unterlage aufgeschmolzen werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei als Ringe ausgebildete Eon st rukt ionsteile eines Schrumpf- oder KLemtnverbandes, welche gemäß der Erfindung behandelt sind, jedoch noch nicht zu einem Verband zusammengefügt sind. Nur die eine Hälfte des in Achsrichtungverlauf enden Schnittes durch die Ringe ist dargestellt j

Fig. 2 schematisch einen Schrumpfverband zwischen der Wickelkopfkappe für den Rotor eines Turbogenerators und den Stützring der Wickelkopfkappe, und zwar in einem Längsschnitt durch die Achse des Rotors, wobei nur die Schnittfläche auf einer Seite der Achse dargestellt ist.

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Pig. 1 zeigt Teile von zwei Konstruktionsteilen 10 und 11, die mit den Flächen 12 und 13 zu einem Schrumpfverband verbunden werden sollen. Diese Teile sowie die Flächen 12 und 13 zeigt Fig. 2 im Zusammenhang, wobei das Teil 10 ein Stützrin/; und das Teil 11 eine Wickelkopfkappe ist, die beide aus unmagnetischem Stahl bestehen und Teile des Rotors eines zweipoligen Turbogenerators sind. Die Längsachse des Ringes bzw. der Wickelkopf kappe ist in den Fig. 1 und 2 mit A bezeichnet. Auf die Flächen 12 und 13 sind durch Lichtbogenspritzen von einem Draht die Beläge 14 bzw. 15 (siehe Fig. 1) aus einer Aluminiumlegierung aufgetragen, die 97 Gewichts-$ Al und 3 Gewichts-^ Mg enthält. Nach dem Aufspritzen wurden beide Beläge auf eine Dicke von 0,2 mm abgedreht. Auf den Belag 14 wurde ferner durch Lichtbogenspritzen von Aluminiumoxid mit einer Korngröße von 325 - 425 mesh eine Schicht 16 aufgebracht, die aus Körnern dieser Korngröße besteht und eine Dicke von 0,05 mm hat. Das Teil 11, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Teils 10 wird danach so weit erhitzt, daß es über das Teil 10 paßt. In dieser übergeschobenen Lage kühlt das Teil 11 ab und wird dabei auf das Teil 10 aufgeschrumpft. Beim Schrumpfen werden die Körner in der Schicht 16 in die beiden Beläge 14 und 15 hineingedrückt, wobei diese Beläge zumindest in gewissen Bereichen in Kontakt miteinander gelangen und sich durch Kaltschweißen miteinander verbinden. Mit dieser Schrumpfverbindung gemäß der Erfindung werden Reibungskoeffizienten von 0,7 - 0,9 erreicht.

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Die Anwendung der Erfindung in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist außerordentlich wertvoll. Bei einem zweipoligen Turbogenerator hat es sich gezeigt, daß sich die Wicklungskappe 11 bei der Betriebsdrehzahl infolge der ungleichmäßigen Verteilung der Spulenköpfe und der dadurch bedingten Variation der Zentrifugalkräfte längs der Innenseite der Wickelkopfkappe zu einem Körper mit ovalem Querschnitt verformt. Um dies zu vermeiden, schrumpft man einen Stützring 10 aus Stahl in das freie Ende der Wickelkopfkappe ein. Trotz Anwendung der mit den üblichen Methoden maximal erreichbaren Schrumpfspannung zwischen Wickelkopfkappe und Stützring kann nicht vermieden werden, daß eine Relativbewegung in tangentialer Richtung zwischen dem Ring 10 und der Wickelkopfkappe 11 entlang der Schrumpfflächen stattfindet. Dies liegt daran, daß mit den herkömmlichen Schrumpfverbänden keine ausreichend großen Reibungskoeffizienten erzielt v/erden können. Mit dem Schrumpf verband gemäß der Erfindung können dagegen tangentiale Bewegungen im Schrumpfverband völlig vermieden werden, indem man auf die gegeneinanderliegenden Flächen 12 und 13 am Stützring 10 bzw. an der Wickelkopfkappe 11 Beläge 14 bzw. 15 der in Fig. 1 gezeigten Art sowie eine Schicht 16 der in Fig. 1 gezeigten Art aufbringt. In Fig. 2 ist die Rotorwelle mit 17, der Rotorkörper mit 18 und der Isolierzylinder mit 19 bezeichnet. Die Wickelköpfe der Rotorwicklung sind mit 20 bezeichnet, während das Schrumpfschloß der Wickelkopfkappe mit 21 und das Schrumpf schloß des Stützringes mit 22 bezeichnet ist.

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Die Erfindung kann auch bei Klemmverbänden angewendet werden, bei denen die Anpreßkraft zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Konstruktionsteile des Verbandes nicht durch Schrumpfen, sondern durch Zusammenklemmen erzeugt wird.

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Claims

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Patentansprüche;

ν 1_y Schrumpf- oder Klemmverband, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anpressung gegeneinander bestimmten !Flächen (12, 13) der den Verband bildenden Konstruktionsteile (10, 11) mit Belägen (14, 15) aus einem weicheren Material als das Material der Konstruktionsteile versehen sind und daß im Grenzbereich zwischen den Belägen eine Schicht (16) aus einem körnigen härteren Material aufgebracht ist, welches härter als das Material der Beläge ist.
2. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Beläge eine Brineühärte von 1-75 und das des körnigen Materials eine Brinellhärte von mindestens 500 hat.
3. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Belags auf jedem Konstruktionsteil 0,05 - 2 mm beträgt.
4. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus körnigem Material höchstens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der in der Schicht enthaltenen größten Körner.
5. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des körnigen Materials 150 - 525 mesh beträgt.

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6. Schrumpf- oder Klemmverband nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
7. Schrumpf- oder KLemmverband nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material ein Oxid, Karbid oder Metall ist.
8. Schrumpf- oder Klemmverband nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material Aluminiumoxid ist.
9. Schrumpfverband nach einem der Ansprüche 1.-8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Konstruktionsteil die Wickelkopfkappe (11) des Rotors eines Turbogenerators ist, die an ihrem einen Ende am Rotorkörper (18) befestigt ist, und das andere Konstruktionsteil ein Stützring (10) ist, der unter dem anderen Ende der Wickelkopfkappe angeordnet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Schrumpf- oder Klemmverbandes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anpressung gegeneinander bestimmten Flächen der den Verband bildenden Konstruktionsteile mit Belägen aus einem weicheren Material als das der Konstruktionsteile versehen werden, daß eine Schicht aus einem körnigen Material, welches härter als das Material der Beläge ist, auf den Belag eines der Konstruktionsteile aufgetragen wird und daß die beiden Konstruktionsteile dann durch Schrumpfen oder Klemmen miteinander verbunden werden.

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