DE8131395U1 - "PADDLE WHEEL OF A FLUID MACHINE" - Google Patents

Description

Schaufelrad einer StrömungsmaschineImpeller of a turbomachine

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad einer Strömungsmaschine, mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Sie ist insbesondere anwendbar bei Schaufelrädern hydrodynamischer Kupplungen, Bremsen oder Drehmomentwandler .The invention relates to a paddle wheel of a turbomachine, with those specified in the preamble of claim 1 Features. It is particularly applicable to paddle wheels of hydrodynamic clutches, brakes or torque converters .

Hydrodynamische Kupplungen dieser Art sind bekannt beispiels weise aus den deutschen Patentschriften 883 987 und 1 βΟΟ Obwohl die Schaufelräder solcher hydrodynamischer Kupplungen unter Umständen mit sehr hohen Drehzahlen rotieren und des-Hydrodynamic couplings of this type are known example from German patents 883 987 and 1 βΟΟ Although the paddle wheels of such hydrodynamic couplings may rotate at very high speeds and therefore

halb stark beansprucht sind, haben sich diese Kupplungen seit Jahrzehnten bestens bewährt. Ein wesentlicher Vorteil einer hydrodynamischen Kupplung besteht darin« daß - bei Verwendung zur Kraftübertragung von einer Antriebsmaschine auf eine Arbeitsmaschine - ein sehr sanfter Anlauf erzielt werden kann, auch wenn schwere Massen zu beschleunigen sind. Dabei kann die Antriebsmaschine zunächst mit nur geringer Belastung hochlaufen, wonach die hydrodynamische Kupplung die Arbeitsmaschine mit einem im wesentlichen konstanten Drehmoment beschleunigt.are half heavily used, these couplings have proven themselves for decades. A major advantage a hydrodynamic coupling consists in «that - when used for power transmission from a prime mover on a working machine - a very smooth start can be achieved, even if heavy masses are to be accelerated. The drive machine can initially run up with only a low load, after which the hydrodynamic coupling the work machine accelerates with a substantially constant torque.

Bei einem solchen AnlaufVorgang arbeitet somit die hydrodynamische Kupplung anfangs mit hohem Schlupf. Dies bedeutet, daß während einer gewissen Zeitdauer Verlustenergie anfällt, die sich in einer Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit der hydrodynamischen Kupplung bemerkbar macht.With such a start-up process, the hydrodynamic one works Clutch initially with high slip. This means that energy loss occurs during a certain period of time becomes noticeable in a heating of the working fluid of the hydrodynamic coupling.

Ähnliche Verhältnisse liegen vor bei einer hydrodynamischen Bremse, die jedoch bekanntlich ständig mit 100 % Schlupf arbeitet .Similar conditions exist with a hydrodynamic brake, which, however, is known to work continuously with 100 % slip.

Zum Abführen der Verlustwärme ist es z.B. bekannt, einen äußeren Kühlkreislauf für die Arbeitsflüssigkeit vorzusehen. D.h. ein Teil der Arbeitsflüssigkeit wird ständig der Kupplung oder Bremse entnommen und über eine Kühleinrichtung wieder zurückgeführt.In order to dissipate the lost heat, it is known, for example, to provide an external cooling circuit for the working fluid. I.e. Part of the working fluid is constantly taken from the clutch or brake and again via a cooling device returned.

In vielen Fällen, insbesondere bei hydrodynamischen Kupplungen, ist jedoch der Aufwand für einen äußeren Kühlkreislauf unangemessen hoch. Deshalb werden zahlreiche bekannte hydrodynamische Kupplungen ohne äußeren Kühlkreislauf betrieben. Hierbei muß allerdings der Betrieb mit hohem Kupplungsschlupf in Grenzen gehalten werden, um einen übermäßigen Wärmeanfall zu vermeiden. Zur Sicherheit kann hierbei eine selbsttätige Entleer-In many cases, especially with hydrodynamic couplings, however, the cost of an external cooling circuit is inappropriately high. Therefore, numerous well-known hydrodynamic Couplings operated without an external cooling circuit. Here, however, the operation with high clutch slip must be within limits to avoid excessive heat build-up. To be on the safe side, an automatic emptying

einrichtung vorgesehen werden, die beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur die ArbeitsflUssigkeit nach außen abströmen läßt. Dies bedeutet jedoch eine in vielen Fällen unerwünschte Betriebsunterbrechung.Means are provided which, when a certain temperature is exceeded, the working fluid flow to the outside leaves. However, in many cases this means an undesirable business interruption.

Ein weiteres Problem beim Betrieb hydrodynamischer Kupplungen (oder Bremsen) besteht im folgenden: Es ist üblich, daß ein Schaufelrad solcher Kupplungen oder Bremsen im radial inneren Bereich einen Befestigungsflansch aufweist. Untersuchungen hatten nun ergeben, daß im Übergangsbereich zwischen diesem Flansch und dem Schaufelkranz unter gewissen Bedingungen derart hohe Beanspruchungen des Werkstoffes auftreten, daß die zulässigen Werte überschritten werden. Es wurde versucht, dieses Problem durch eine verbesserte Formgebung oder durch Verwendung von höher belastbaren Werkstoffen zu lösen, jedoch nicht mit dem gewünschten Erfolg.Another problem with the operation of hydrodynamic clutches (or brakes) is as follows: It is common that a paddle wheel of such clutches or brakes has a fastening flange in the radially inner region. Investigations had now shown that in the transition area between this The flange and the blade ring are subject to such high stresses on the material under certain conditions that the permissible values are exceeded. Attempts have been made to solve this problem by means of an improved shape or by To solve the use of more resilient materials, but not with the desired success.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme anzugeben, durch die mit möglichst geringem Aufwand das Auftreten unzulässiger Werkstoffbeanspruchungen im Übergangsbereich zwischen dem Flansch und dem Schaufelkranz vermieden wird.The invention is based on the object of specifying a measure due to the occurrence of impermissible material stresses in the transition area with as little effort as possible between the flange and the blade ring is avoided.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Flansch des Schaufelrades und dem Nachbarbauteil (z. B. Welle oder Nabe), an dem das Schaufelrad befestigt ist, eine Wärme-Isolationsschicht vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that between the flange of the impeller and the neighboring component (z. B. shaft or hub) to which the impeller is attached, a thermal insulation layer is provided.

Die Erfindung beruht auf der folgenden Erkenntnis, erläutert am Beispiel einer hydrodynamischen Kupplung: Die beiden Schaufelkränze einer hydrodynamischen Kupplung weisen eine sehr große von der Arbeitsflüssigkeit beströmte Oberfläche auf. Während eines AnlaufVorganges strömt die sich rasch erwärmende Arbeitsflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit an den Oberflächen des Schaufelrades entlang. Hierbei wird die Masse des Schaufelrades sehr schnell erwärmt. 3än Gegensatz hierzu wirdThe invention is based on the following knowledge, explained using the example of a hydrodynamic coupling: The two blade rings a hydrodynamic coupling have a very large surface through which the working fluid flows. During a start-up process, the rapidly heating one flows Working fluid at high speed along the surfaces of the paddle wheel. Here the mass of the The paddle wheel heats up very quickly. 3än contrasts with this

die Masse der Welle (oder Nabe), an der das Schaufelrad mit Hilfe seines Flansches befestigt ist, sehr viel langsamer erwärmt, weil die von der Arbeitsflüssigkeit beströmte Oberfläche der Welle (oder Nabe) nur einen kleinen Bruchteil (z.B. etwa 1/jJO) der entsprechenden Fläche des Schaufelkranzes beträgt. Dies hat anscheinend zur Folge, daß die Welle (oder die Nabe) dem Flansch des Schaufelrades Wärme entzieht, so daß sich im Flansch eine wesentlich niedrigere Temperatur einstellt als im Schaufelkranz. Dies dürfte im Übergangsbereich zwischen Flansch und Schaufelkranz zu hohen Wärmespannungen führen, die sich zu den rein mechanischen Betriebs-( ) spannungen addieren. Auf diese Weise entstehen die oben erwähnten unzulässig hohen Werkstoffbeanspruchungen.is the mass of the shaft (or hub) that the paddle wheel is attached to With the help of its flange attached, it is much slower heated because the surface of the shaft (or hub) through which the working fluid flows is only a small fraction (e.g. about 1 / jJO) of the corresponding area of the blade ring amounts to. This apparently results in the shaft (or hub) drawing heat from the flange of the paddle wheel, so that the temperature in the flange is much lower than in the blade ring. This should be in the transitional area between the flange and the blade ring lead to high thermal stresses, which lead to the purely mechanical operating ( ) add voltages. In this way, the above-mentioned inadmissibly high material stresses arise.

Die gemäß der Erfindung zwischen dem Flansch des Schaufelrades und der Welle (oder der Nabe) vorgesehene Wärme-Isolierschicht wirkt nun derart, daß bei einer Erwärmung des Schaufelrades dem Flansch viel weniger Wärme entzogen wird, als bisher. D.h. der Flansch nimmt im wesentlichen die gleiche Temperatur an wie der Schaufelkranz. Somit wird das Auftreten einer Wärmespannung im Übergangsbereich zwischen dem Flansch und dem Schaufelkranz zumindest weitgehend vermieden und die Gefahr einer zu hohen Beanspruchung des Werkstoffes beseitigt.The thermal insulation layer provided according to the invention between the flange of the impeller and the shaft (or the hub) now acts in such a way that when the paddle wheel is heated, much less heat is extracted from the flange than before. I.e. the flange assumes essentially the same temperature as the blade ring. Thus, the occurrence of thermal stress in the transition area between the flange and the Blade ring is at least largely avoided and the risk of excessive stress on the material is eliminated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine hydrodynamische Kupplung in einem Teil-Längsschnitt.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. This shows a hydrodynamic Coupling in a partial longitudinal section.

Die wesentlichen Teile der dargestellten hydrodynamischen Kupplung sind eine Antriebswelle 9, ein daran befestigtes Pumpenschaufelrad 10, eine mit diesem rotierende Kupplungsschale 12, ferner eine Abtriebswelle 19, an der ein Turbinenschaufelrad 11 befestigt ist. Das Turbinenschaufelrad 11 umfaßt in der üblichen Weise einen Schaufelkranz (eine der Schaufeln ist mit 13 bezeichnet) und einen Befestigungs-The essential parts of the illustrated hydrodynamic The coupling is a drive shaft 9, a pump impeller 10 attached to it, a coupling shell 12 rotating with this, and also an output shaft 19 on which a turbine impeller 11 is attached. The turbine blade wheel 11 comprises in the usual manner a blade ring (one of the Blades is denoted by 13) and a fastening

flansch 14. Ein entsprechender Flansch 15 ist an der Abtriebswelle 19 vorgesehen. Die beiden Flansche 14 und 15 sind miteinander durch Schrauben 8 verbunden. Gemäß der Erfindung ist zwischen den beiden Flanschen 14 und 15 eine Wärme-Isolierscheibe 16 vorgesehen, deren Wirkung oben beschrieben worden ist.flange 14. A corresponding flange 15 is provided on output shaft 19. The two flanges 14 and 15 are with one another connected by screws 8. According to the invention, a heat insulating washer is between the two flanges 14 and 15 16 is provided, the effect of which has been described above.

Der Innendurchmesser des Schaufelrad-Flansches 14 bildet in der üblichen Weise eine zylindrische Zentrierfläche, mit der das Schaufelrad auf der Welle IQ sitzt« Theoretisch könnte man auch hier einen Wärmeisolierring anordnen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche zusätzliche Maßnahme in der Regel nicht erforderlich ist. Es kann aber zweckmäßig sein, die axiale Länge der Zentrierfläche kleiner zu machen als die Dicke des Flansches 14, um auf diese Weise den Wärmeübergang auf die Welle 19 noch weiter zu verringern. Dem gleichen Zweck könnte es auch dienen, daß man zwischen die Köpfe der Schrauben δ und dem Flansch 14 Unterlagscheiben einfügt, die aus einem wärmeisolierenden Werkstoff hergestellt sind.The inner diameter of the impeller flange 14 forms in the usual way a cylindrical centering surface with which the paddle wheel sits on the shaft IQ “In theory, you could also arrange a heat insulating ring here. However, it has been shown that such an additional measure is usually is not required. But it can be useful to make the axial length of the centering surface smaller than that Thickness of the flange 14 in order to further reduce the heat transfer to the shaft 19 in this way. Same purpose it could also serve that between the heads of the screws δ and the flange 14 washers are inserted which consist of are made of a heat insulating material.

Bei der dargestellten Kupplungsbauweise ist es im allgemeinen ausreichend, nur an dem einen, innenliegenden Schaufelrad 11 eine Wärme-Isolierscheibe 16 vorzusehen. Bei Bedarf kann jedoch die gleiche Maßnahme auch an dem anderen Schaufelrad getroffen werden, so z.B. im Falle einer Bauweise gemäß DE-PS 600 974.In the case of the coupling construction shown, it is generally sufficient to only use the one inner impeller 11 a heat insulating washer 16 to be provided. If necessary, however, the same measure can also be taken on the other paddle wheel e.g. in the case of a construction according to DE-PS 600 974.

Heidenheim, den 23.10.81
Sh/SroHeidenheim, October 23, 1981
Sh / Sro

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G 3892 Voith Turbo GmbH & Co. KG,G 3892 Voith Turbo GmbH & Co. KG, Kennwort: "isolierscheibe" CrailsäeimKeyword: "insulating washer" Crailsäeim Schaufelrad einer StromungsmaschineBucket wheel of a flow machine Kurzfassungshort version

Ein Schaufelrad einer Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Kupplung oder Bremse., besitzt einen Schaufelkranz 13 und einen radial innerhalb desselben angeordneten Flansch 14. Dieser dient zum Befestigen des Schaufelrades 11 an einer Welle, Nabe od.dgl. Ein solches Schaufelrad rotiert unter Umständen mit sehr hoher Drehzahl; außerdem unterliegt es zeitweise einer hohen Wärmebelastung. Um die hieraus resultierenden hohen Werkstoff-Beanspruchungen im Ubergangsbereich zwischen dem Schaufelkranz 13 und dem Flansch 14 zu reduzieren, ist zwischen dem Flansch 14 und einem an der Welle 19 vorgesehenen Flansch 15 eine Wärme-Isolationsschicht 16 vorgesehen.A blade wheel of a turbomachine, in particular one hydrodynamic coupling or brake., Has a blade ring 13 and a flange 14 arranged radially inside the same. This flange is used to attach the blade wheel 11 to a shaft, hub or the like. Such a paddle wheel may rotate at a very high speed; in addition, it is subject to high thermal loads at times. To the the resulting high material stresses in the transition area between the blade ring 13 and the flange 14, a thermal insulation layer 16 is provided between the flange 14 and a flange 15 provided on the shaft 19.

Hierzu eine Zeichnung.Here is a drawing.

Heidenhelm, den 23*10*81 Sh/SröHeidenhelm, the 23 * 10 * 81 Sh / Srö

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Claims (2)

( i(i etnsprücheclaims χ. Schaufelrad einer Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Kupplung oder Bremse oder eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, mit einem Schaufelkranz und mit einem radial innerhalb des Schaufelkranzes angeordneten Flansch, der zum Befestigen des Schaufelrades an einem mit dem Schaufelrad rotierenden Nachbarbauteil, z.B. an einer Welle dient, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Plansch (14) und dem Nachbarbauteil (15» 19) eine Wärme-Isolationsschicht (16) vorgesehen ist.χ. Blade wheel of a turbomachine, in particular a hydrodynamic clutch or brake or a hydrodynamic one Torque converter, with a blade ring and with one arranged radially inside the blade ring Flange, which is used to fasten the paddle wheel to a neighboring component rotating with the paddle wheel, e.g. used on a shaft, characterized in that between the surface (14) and the neighboring component (15 »19) a heat insulation layer (16) is provided. 2. Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärme-Isolationsschicht eine Isolierscheibe (16) vorgesehen ist.2. A paddle wheel according to claim 1, characterized in that an insulating washer (16) is provided as a heat insulation layer is. Heidenheim, den 23.10.81
Sh/Srö"Heidenheim, October 23, 1981
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