Am Institut für Mechatronische Systeme der TU Darmstadt wurde ein Rotorprüfstand für dynamische Untersuchungen mit neuartigen aktiven Lagern konstruiert und aufgebaut. Dabei handelt es sich um einen skalierten Rotor im Maßstab 1:2, der an eine Flugtriebwerks-Niederdruckturbine eines namhaften Flugtriebwerkherstellers angelehnt ist. Die Beschaufelung und die Nabe der Turbine sind durch eine einfache Scheibe und die mit Absätzen versehen Turbinenwelle durch eine Welle mit nahezu konstantem Durchmesser dargestellt. Um dabei die Rotordynamik nicht zu verändern, sind bei der Skalierung die Regeln der Ähnlichkeitstheorie berücksichtigt. Da der Rotor in seinen Abmaßen halb so groß ist wie die Turbine, muss dieser zur Einhaltung dieser Regeln doppelt so schnell drehen. Daraus resultieren im Betrieb große Fliehkräfte an der Scheibe. Die Verbindung zwischen Welle und Nabe muss daher so gewählt werden, dass sie einerseits über den gesamten Betriebsbereich ausreichende Übertragungssicherheit aufweist und andererseits die rotordynamischen Eigenschaften möglichst nicht beeinflusst werden. Um nicht zuletzt auch die Herstellkosten im Rahmen zu halten, ist die Welle-Nabe-Verbindung als Querpresssitz ausgeführt. Bei der Auslegung von Querpressverbänden sind viele Parameter wie Werkstoff, Nenndrehzahl, Fügetemperaturen, zu übertragendes Drehmoment etc. zu berücksichtigen. Daher wurde ein skriptbasiertes Tool mithilfe der Simulations-Software MATLAB erstellt, das ein einfaches Berechnen der nötigen Übermaß-Passung unter Berücksichtigung aller wichtigen Parameter zur Auslegung einer Welle-Nabe-Verbindung nach Niemann ermöglicht. Die Berechnungsergebnisse zeigen die Notwendigkeit eines relativ hohen Übermaßes auf, sodass bei dieser Anwendung die Grenze des technisch Möglichen bzgl. Herstellung und Material ausgereizt werden musste. Dennoch konnte ein Dehn-Schrumpf-Verband hergestellt und der Prüfstand erfolgreich in Betrieb genommen werden.
Dehn-Schrumpf-Verband an einem hochtourig drehenden skalierten Flugtriebwerks-Rotor
2010
6 Seiten, 3 Bilder, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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