DE2419376C2

DE2419376C2 - Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine,

Info

Publication number: DE2419376C2
Application number: DE2419376A
Authority: DE
Inventors: Franz 7931 Unterwilzingen Neubrand
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE2419376A1; US3960209A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine, dessen keramische Wärmetauscherscheibe von einem metallischen Zahnkranz unter Bildung eines Ringraumes koaxial umgeben ist. in dem Druckfedern angeordnet sind, die sich unter Vorspannung einerseits an am Umfang der Wärmetauscherscheibe anliegenden Mitnehmerplatten, andererseits an der Innenseite des Zahnkranzes abstützen.

Bei einer bekannten derartigen Ausführung (GB-PS 24 731) bestehen die Druckfedern aus Kegelstumpffedern, die neben einem verhältnismäßig großen Raumbedarf den Nachteil für eine Halterung haben, daß, wie es bei Druckfedern normalerweise der Fall ist, die Anpreßkraft mit deren Ausdehnung nachläßt. Dies führt im Betrieb zu einem unerwünschten Schlupf oder gar zu einer Verlagerung der Wärmetauscherscheibe. Stärkere Federn, mit denen man diesen Nachteilen entgegenwirken kann, erfordern zusätzlichen Raum, der jedoch bei Wärmetauschern für Gasturbinen, besonders wenn diese in Fahrzeuge eingebaut sind, äußerst beschränkt ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Druckfederausbildung und Druckfederanordnung anzugeben, durch welche einerseits der Raumbedarf zwischen der Wärmetauscherscheibe und dem Zahnkranz verringert wird und andererseits eine bessere Halterung der Federpakete gewährleistet ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckfedern aus Tellerfedern gebildete Federpakete sind, die beiderseits in konkaven Ausnehmungen in zwei in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte befestigten Stegen geführt sind, die die Seitenflächen des Zahnkranzes umfassen und mit diesem drehfest verbunden sind.

Durch die besondere Charakteristik von Tellerfedern ist es möglich, diese so auszubilden, daß Ausdehnungen oder Zusammenpressungen des Federpaketes bei Größenänderungendes Ringraumes infolge vonTemperaturänderungen keine wesentlichen Änderungen der Federkräfte hervorrufen, so daß die Mitnehmerputten stets

ίο unter gleichem oder gegebenenfalls auch etwas ansteigendem Anpreßdruck an der Wärmetauscherscheibe anliegen. Dabei wird die geringe Höhe von Tellerfedern restlos ausgenützt, da die Drehmomentübertragung vom Zahnkranz auf die Mitnehmerplatten ohne zusätzlichen

. 3 radialen Platzzu beanspruchen von den Seitenflächen des Zahnkranzes und den diese umfassenden, die Federpakete führendenStegen übernommen wird.

Eine baulich besonders einfache Drehmorrsntübertragung.dieein ausreichendes radiaiesSpiel ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an den Innenseiten beider Stege einer Mitnehmerplatte einander gegenüberliegende Leisten angeordnet sind, die in radiale NutenandenSeitenflächendes Zahnkranzes greifen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützen sich auf einer Mitnehmerplatte jeweils zwei Federpakete ab und die Leisten der Stege sind zwischen der. beiden Federpaketen angeordnet

Ferner können im Bereich der beiden Enden jedes Steges jeweils eine Bohrung angeordnet sein. Diese Bohrungen ermöglichen auf einfache Weise das Ansetzen von Werkzeugen oder Vorrichtungen zum Einbau oder Ausbau der Wärmetauscherscheibe in bzw. aus dem Zahnkranz.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine an einer Wärmetauscherscheibe anliegende Mitnehmerplatte mit zwei Federpaketen,

Fig.2 einen Axialschnitt durch diese Wärmetauscherscheibe und deren Zahnkranz nach der Linie IMI der F ig. 1,

Fig.3 einen entsprechenden Axialschnitt nach der Linie IiI-III der Fig. 1 und

Fig.4 eine Seitenansicht dieser Wärmetauscherscheibe und deren Zahnkranz.

Die in der Zeichnung gezeigte Wärmetauscherscheibe 11 einer Kraftfahrzeug-Gasturbine ist aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt. Sie weist eine Vielzahl kleiner Durchgangskanäle 12 auf, die wechselweise von heißen Abgasen oder der zu erwärmenden Verbrennungsluft durchströmt werden. Die Wärmetauscherscheibe 11 wird unter Bildung eines Ringraumes 13 koaxial von einem Zahnkranz 14 aus legiertem Stahl umgeben. Der Zahnkranz 14 ist mit einer Schiene 15 auf Rollen 16 im nicht dargestellten Gehäuse des Wärmetauschers gelagert. Der Zahnkranz 14 dient dem Antrieb der Wärmetauschersche'be 11 und wird seinerseits durch ein nicht dargestelltes Ritzel eines Nebenabtriebes der Gasturbine angetrieben. Der Ringraum 13 zwischen der Wärmetauscherscheibe 11 und dem Zahnkranz 14 wird durch Federpakete 17, die von Tellerfedern 18 gebildet werden, überbrückt. Die Federpakete 17 stützen sich einerseits unter Vorspannung an Mitnehmerplatten 19, die am Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11 anliegen, andererseits an der Innenseite 21 des Zahnkranzes 14 ab.

Über den Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11

sind dem Scheibenradius entsprechend gewölbte Mitnehmerplatten 19 in geringen gegenseitigen Abständen gleichmäßig verteilt Jeder Mitnehmerplatte 19 sind zwei Federpakete 17 zugeordnet, die jeweils aus fünf Tellerfedern 18 bestehen. Dabei sind vier Tellerfedern 18 jeweils paarweise so zusammengesetzt, daß sie sich an ihrem äußeren Rand berühren. Die fünfte Tellerfeder 18 stützt sich mit ihrem äußeren Rand an einer ebenen Fläche 22 der Mitnehmerplatte 19 ab. Die beiden Federpakete 17 werden beiderseits in konkaven Ausnehmungen 23 von Stegen 24 geführt die in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte 19 befestigt sind.

Die beiden Stege 24 jeder Mitnehmerplatte 19 umfassen die Seitenflächen 25 des Zahnkranzes 14. In der mittleren Axialebene zwischen den beiden Federpaketen 17 sind an den Innenseiten 26 der Stege 24 Leisten 27 angeordnet, die in entsprechende radiale Nuten 28 an den Seitenflächen 25 des Zahnkranzes 14 eingreifen. Bei drehendem Zahnkranz 14 legt sich die Nut 28 mit einer Seitenfläche an die gegenüberliegende Flanke der Leiste 27 an. so daß zur Übertragung der Drehmomentes auf die Mitnehmerplatte 19 eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist. Die Mitnehmerplatte 19 überträgt ihrerseits unier dem gleichbleibenden oder eiwas ansteigendem Druck der Federpakete 17 das Drehmoment auf die Wärmetauscherscheibe 11. Eine Haftschicht 29 an der Innenseite der Mitnehmerplatte 19, die beispielsweise aus einem Elastomer besteht, trägt zur guten Anlage und Drehmomentübertragung bei. Axiale Kräfte, die gegebenenfalls durch den Anpreßdruck von Dichtungen auf die Wärmetauscherscheibe 11 einwirken, werden über die Mitnehmerplatten 19 und deren Stege 24 auf den Zahnkranz 14 übertragen.

Im Bereich der beiden Enden 30 jedes Steges 24 ist jeweils eine Bohrung 31 angeordnet, die dem Einbau der Wärmetauscherscheibe 11 in den Zahnkranz 14 oder deren Ausbau dienen. Zum Einbau der Wärmetauscherscheibe 11 werden die Mitnehmerplatten 19 mit den Federpaketen 17 durch eine Vorrichtung, die mit Ansätzen in die Bohrungen 31 greift, am Zahnkranz 14 gehalten und entgegen dem Druck der Federpakete 17 soweit an dessen Innenseite 21 gezogen, bis sich die Wärmetauscherscheibe 11 in den Zahnkranz 14 einsetzen läßt. Danach locken man die Vorrichtung so, daß sich die Mitnehmerplatten 19 unter dem Druck der Federpakete 17 allmählich radial einwärts bewegen, bis sie unter Vorspannung am Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11 anliegen. Darauf kann die Vorrichtung abgenommen werden.

Wird der Wärmetauscher beim Betrieb der Gasturbine erwärmt, so dehnt sich der metallische Zahnkranz 14 infolge seiner größeren Wärmedehnzahl stärker aus als die keramische Wärmetauscherscheibe 11. Die damit verbundenen radialen Längenunterschiede zwischen beiden Bauteilen wtrden durch die Federpakete 17 ausgeglichen. Infolge einer im Einbauzustand degressiven Federkennlinie der Tellerfedern 18 wird deren Anpreßdruck sowohl bei einer Zunahme als auch bei einer Abnahme des radialen Abstandes zwischen der Wärmetauscherscheibe 11 und dem Zahnkranz 14 nicht oder nur unwesentlich verändert, so daß eine schlupflose Drehmomentübertragung von den mit dem Zahnkranz 14 verbundenen Mitnehmerplatten 19 auf die Wärmetauscherscheibe 11 bei allen Betriebszuständen aufrechterhalten wird.

Hierzu 2 3'3tt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine, dessen keramische Wärmetauscherscheibe von einem metallischen Zahnkranz unter Bildung eines Ringraumes koaxial umgeben ist, in dem Druckfedern angeordnet sind, die sich unter Vorspannung einerseits an am Umfang der Wärmetauscherscheibe anliegenden Mitnehmerplatten, andererseits an der Innenseits des Zahnkranzes abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfedern aus Tellerfedern (18) gebildete Federpakete (17) sind, die beiderseits in konkaven Ausnehmungen (23) in zwei in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte (19) befestigten Stegen (24) geführt sind, die die Seitenflächen (25) des Zahnkranzes (14) umfassen und mit diesen drehfest verbunden sind.

2. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten (26) beider Stege (24) einer Mitnehmerplatte (19) einander gegenüberliegende Leisten (27) angeordnet sind, die in radiale Nuten (28) an den Seitenflächen (25) des Zahnkranzes (14) greifen.

3. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einer Mitnehmerplatte (19) jeweils zwei Feder-Pakete (17) abstützen und daß die Leisten (27) der Stege (24) zwischen den beiden Federpaketen (17) angeordnet sind.

4. Reg.'ierativ-Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Enden (30) jedes Steges (24) jeweils eine Bohrung (31) angeordnet ist.