DE68922407T2

DE68922407T2 - Laufrad-antriebswellenbefestigungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE68922407T2
Application number: DE68922407T
Authority: DE
Inventors: Alain Godichon
Original assignee: Flaekt AB
Current assignee: Flaekt Woods Joenkoeping Se AB
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2009-02-08
Also published as: NO913056L; FI102203B; US5207561A; NO173112C; WO1990009522A1; AU3289489A; UA29375C2; DK173896B1; DE68922407D1; FI913737A0; NO173112B; AU633816B2; EP0457756B1; JPH04503233A; DK143791D0; RU2038514C1; NO913056D0; FI102203B1; DK143791A; EP0457756A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Laufrads auf einer Antriebswelle.
Das durch einen Antriebsmotor gelieferte Drehmoment ist kaum jemals konstant, sondern variiert mehr oder weniger. Die Schwankung oder das Pulsieren bzw. Schwingen des Drehmoments wird verstärkt, wenn eine Geschwindigkeitskontrolle in dem Antriebssystem für das Laufrad integriert ist. Solche Antriebssysteme können beispielsweise elektrische Motoren mit Frequenzwandlern oder elektronischen Variatoren oder Dieselmotoren beinhalten.
Solche stoßhaften Drehmomente rufen oftmals Resonanzvibrationen in Teilen der Maschine, zum Beispiel den Laufradschaufeln, hervor, was zu schweren Fehlern dieser Teile führt.
Soweit wurde dieses Problem durch Einbau einer angepaßten nachgiebigen oder elastischen, federnden Kupplung zwischen der Antriebswelle des Motors und der Laufradwelle gelöst. Diese Lösung des Standes der Technik ist in Fig. 1 bei einem Gebläse gezeigt, in dem eine nachgiebige Kupplung 20 zwischen der Antriebswelle 21 des Motors 22 und der Gebläsewelle 24, die das Gebläselaufrad 26 trägt, gezeigt ist. Die Gebläsewelle 24 ist in getrennten Lagern 28, 30 gelagert. Diese Lösung zum Schutz des Gebläses vor stoßhaften Drehmomenten des Motors ist jedoch teuer und benötigt einen großen Raum und ist aufgrunddessen für den Gebrauch in bestimmten Anwendungen ungeeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Lösung für die durch stoßhafte Drehmomente verursachten Probleme zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile der Konstruktion des Standes der Technik behoben sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.
Mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Probleme mit den stoßhaften Drehmomenten auch bei Konstruktionen, wo das Laufrad direkt durch die Antriebswelle des Motors gestützt wird, eliminiert. Somit wird der Zwang für eine nachgiebige oder elastische Kupplung zwischen getrennten Antriebs- und Laufradwellen eliminiert, was die Konstruktion vereinfacht und weniger teuer macht und insbesondere eine kompakte Konstruktion mit einer wesentlichen Reduktion des benötigten Raums schafft, was von größter Wichtigkeit für bestimmte Gebläseanwendungen ist.
In der US,A,1 493 066 ist eine vorgeschlagene Lösung hinsichtlich der Abstimmung von Massenkräften von Flugzeugpropellern offenbart. Federn sind zwischen Keilwellennuten angeordnet, während die Keilwellennuten auf den Antriebsmitteln auch Gleitoberflächen zum Verhindern einer radialen Bewegung bilden. Um eine zufriedenstellende radiale Stabilität zu erhalten, muß der Zwischenraum so klein sein, daß dort eine Reibungskraft zwischen den Gleitoberflächen sein würde, die der relativen Drehbewegung entgegenwirkt. Wenn der Zwischenraum ausreichend groß ist, um diesen Nachteil zu überwinden, geht die radiale Stabilität verloren.
Dieses Problem ist gemäß der Erfindung durch die Anordnung eines nachgiebigen oder elastischen, federnden Elements, das zwischen dem Laufrad und der Antriebswelle angeordnet ist, wie auch durch ein zwischen dem Laufrad und der Antriebswelle angeordnetes Lager gelöst. Das Drehmoment wird von der Antriebswelle zu dem Laufrad über das nachgiebige oder elastische, federnde Element übertragen, wobei die Drehmomentpulsationen verhindert oder reduziert werden, während das relative Drehmoment zwischen der Ahtriebswelle und dem Laufrad kontrollierbar ist, was durch das Lager zugelassen oder unterstützt wird. Das Rollen- oder Kugellager schafft eine drehmomentfreie Zwischenverbindung, während es eine exzentrische oder radiale Bewegung zwischen dem Laufrad und der Antriebswelle verhindert.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Vorrichtung innerhalb der Nabe des Laufrades angeordnet.
Ein die Erfindung veranschaulichendes Ausführungsbeispiel wird nun detaillierter mit Bezugnahme zu den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 ein Vorrichtung nach dem Stand der Technik zum Schützen eines Gebläses gegen pulsierende Drehmomente,
Fig. 2 stellt eine kompakte Anordnung eines Antriebsmotors und eines Gebläses dar, wo die Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt werden kann,
Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Gebläselaufradnabe mit einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, und
Fig. 4 veranschaulicht ein weiteres Beispiel zum Schaffen einer nachgiebigen oder elastischen, federnden Kupplung, die in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung nützlich ist.
In Fig. 2 ist eine kompakte Anordnung gezeigt, bei der das Gebläselaufrad 32 direkt durch die Antriebswelle von dem Motor 34 gestützt wird.
Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt direkt die unterschiedlichen Raumbedürfnisse der zwei Anordnungen mit der Gebläsewelle, abgeteilt von der Antriebswelle und befestigt in separaten Lagern, wie in Fig. 1 gezeigt, bzw. der Anordnung gemäß der Fig. 2.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, das in einer Anordnung des in Fig. 2 gezeigten Typs eingebaut ist, um das Gebläse vor stoßhaften Drehmomenten von dem Antriebsmotor durch Dämpfung oder Filterung der Pulsationen zu schützen, so daß Resonanzfrequenzen in zum Beispiel dem Laufrad oder der Welle nicht auftreten.
Somit zeigt Fig. 3 ein Gebläselaufrad 1, das an einer ringförmigen Platte 2 mit einer Schraubverbindung 15, 16, 17 angebracht ist. An diese Platte ist eine Abdeckung 4 bei 6 angebracht und durch diese Abdeckung 4 ist ein Kugellager 3 in Axialrichtung ortsfest auf der Antriebswelle 36 fixiert. Innerhalb der Abdeckung 4 ist ein Distanzring zwischen dem Lager 3 und einer Schulter 38 auf der Antriebswelle 36 positioniert.
Ein nachgiebiges, ringförmiges Element 9 ist ebenso an der Platte 2 befestigt. Dieses Element 9 wird durch Schrauben 11 und einen Klemmring 10 gegen einen Zentrierring 8 geklemmt. Dieser Ring 8 ist in radialer Richtung zwischen dem Klemmring 10 und einer Schulter 40 auf der Platte 2 fixiert. Mit dieser Anordnung wird das Drehmoment vom nachgiebigen Ring 9 zu der Platte 2 durch die Kontaktoberflächen des Zentrierrings 8 gegen den nachgiebigen Ring 9 und der Platte 2 übertragen.
Der nachgiebige Ring 9 ist auch an dem Nabenteil 7 durch einen zweiten Klemmring 12 und Schrauben 13 befestigt. Das Nabenteil 7 ist in seinem Inneren auf der Antriebswelle 36 verkeilt und axial bei 14, 18 verschraubt. Außerdem ist diese Verbindung so gestaltet, daß das Drehmoment von der Antriebswelle 36 zu dem nachgiebigen Ring 9 im wesentlichen durch die Kontaktoberflächen zwischen dem elastischen Ring 9 und dem Nabenteil 7 einerseits und dem Klemmring 12 andererseits übertragen wird.
Wie oben gezeigt, wird ein Keil (nicht gezeigt) für die Drehmomentübertragung zwischen der Welle 36 und der Nabe 7 benutzt. Das Nabenteil 7 ist axial auf der Antriebswelle 36 durch die Schraube 18 und die Unterlegscheibe 14 verschraubt. Somit wird mit der Schraube 18 die gesamte Nabenkonstruktion mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf der Antriebswelle 36 gegen die Schulter 38 gedrückt.
Das Drehmoment von der Antriebswelle 36 wird somit auf das Laufrad 1 über den nachgiebigen Ring 9 übertragen. Stöße oder Schwankungen des Drehmoments von der Antriebswelle 36 werden aufgrund der Funktion des nachgiebigen Rings 9 gedämpft oder gefiltert, welcher Ring diese Stöße oder Schwankungen durch Zulassen einer bestimmten Drehbewegung zwischen dem Laufrad 1 und der Antriebswelle 36 durch das Lager 3 absorbiert, das das Laufrad 1 auf der Antriebswelle 36 in radialer Richtung mit einem kleinen Zwischenraum zentriert.
Der nachgiebige Ring, der ein Beispiel der Realisation der nachgiebigen Kupplung bildet, ist vorteilhafterweise aus Gummi hergestellt und das Lager kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, wie das eines Kugellagers, eines Rollenlagers, eines Gleitlagers oder eines Lagers, das eine Buchse umfaßt, in der die Antriebswelle drehen kann.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die nachgiebige oder elastische Kupplung zwischen der Antriebswelle und dem Laufrad ein Zahnrad 42, das innerhalb eines umgebenden Zylinders 44 angeordnet ist, der nach innen gerichtete Zähne oder Vorkragungen 46 aufweist. In den Räumen zwischen benachbarten Zähnen 46 des Zylinders 44 und denen 48 des Rades 42 sind Polster 50 aus einem nachgiebigen Material, wie Gummi, vorgesehen. Durch Anbringung der Antriebswelle 36 auf dem Zahnrad 42 und dem Laufrad 1 auf dem Zylinder 44 wird eine nachgiebige Kupplung realisiert, die Stöße oder Schwankungen des von der Antriebswelle 36 kommenden Drehmoments dämpfen oder filtern wird.
Es ist ebenso möglich, eine nachgiebige oder elastische Kupplung zwischen der Antriebswelle und dem Laufrad durch Mittel von Federn zu schaffen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei Gebläsen bis zu einer bestimmten Größe anwendbar. Bei sehr großen Gebläsen kann das Laufrad normalerweise nicht mehr durch die Antriebswelle von dem Motor aufgrund seiner großen Größe und des großen Gewichts getragen werden. Für solch große Laufräder muß eine Anordnung des in Fig. 1 gezeigten Typs benutzt werden.
Es wurden Tests mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, die auf einem axialen Gebläse eingesetzt wurde, wobei das Gebläselaufrad direkt auf dem Ende der Motorantriebswelle aufgesetzt wurde. Es wurde ein Antriebssystem von 75 kW mit variabler Geschwindigkeit benutzt. Bei einer starren Einrichtung auf der Motorantriebswelle wurde der erste Eigenschwingungszustand der Schaufeln mit einem hohen Level durch das pulsierende Drehmoment erregt. Mit einer die erfindungsgemäße Vorrichtung umfassenden Anordnung wurde die Amplitude der Vibrationen bei der Resonanzgeschwindigkeit um einen Faktor von ungefähr 40 reduziert.
Ein weiterer durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreichter Vorteil besteht darin, daß ein sanfterer Start des Gebläses erreicht werden kann, was für bestimmte Anwendungen wichtig ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist für Gebläse von axialen sowie zentrifugalen Arten benutzbar und kann auch für weitere Arten von Turbomaschinen benutzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Anbringen eines Laufrads (1) auf einer Antriebswelle (36), umfassend zumindest ein nachgiebiges oder elastisches, federndes Element (9, 50), das zwischen der Welle und dem Laufrad zum Übertragen des Drehmoments von der Welle auf das Laufrad befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (1) auf der Antriebswelle (36) durch ein Radiallager (3), das ein kleines radiales Spiel aufweist, getragen wird, damit eine relative radiale Bewegung zwischen der Antriebswelle und dem Laufrad begrenzt wird und eine relative Drehbewegung zwischen dem Laufrad und der Welle zugelassen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (3) ein Kugellager oder ein Rollenlager oder ein Gleitlager oder eine bewegbare Laufbuchse umfaßt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (3) und das nachgiebige oder elastische, federnde Element innerhalb eines Nabenteils des Laufrads (1) angeordnet sind.