Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Schleuderprüfstand, bei dem ein zu testender Rotor an einer flexiblen Welle rotierend angetrieben wird.

Rotationssymmetrische Bauteile werden zur Untersuchung ihrer Dauerfestigkeit üblicherweise einem Prüfverfahren unterzogen, das auf einem Schleuderprüfstand durchgeführt wird, auf dem die Prüfkörper bis zur Berstdrehzahl oder einer anderen vordefinierten Drehzahl geschleudert werden. Zusätzlich kann der Rotor beispielsweise zyklischen Drehzahländerungen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt werden. Ein derartiger Prüfstand ist aus DE 1 125206 A bekannt.

Der Rotor kann hierbei, z. B. über seinen Wellenzapfen, an einer dünnen, elastischen Welle hängend befestigt und beschleunigt werden. Der Rotor rotiert dann um seine Massenträgheitsachse anstatt um seine geometrische Achse, sodass sich der Rotor quasi unwuchtkräftefrei bewegt. Da in der Regel die elastischen Eigenfrequenzen der Welle durchlaufen werden und hierbei große Auslenkungen auftreten können, werden zur Einschränkung der Wellenauslenkung oftmals Dämpfer eingesetzt, sodass die Amplituden der Schleuderwellen begrenzt werden können.

Dämpfungssysteme sind beispielsweise aus DE 102 06 950 A1 bekannt, die eine vertikal angeordnete Hochgeschwindigkeitsrotationstestvorrichtung offenbart, bei welcher die Welle sowohl antriebs-, als auch bauteilseitig gelagert und bauteilseitig mit einem Dämpfungssystem verbunden ist.

DE 10 2011 087 909 B3 beschreibt eine Anordnung für einen Bauteilprüfstand, umfassend eine Welle zur Übertragung eines Drehmoments von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil, wobei die Welle bauteilseitig und antriebseitig in einem Lager drehbar gelagert ist. Das bauteilseitige Lager ist mit einem Dämpfungssystem in Hexapodanordnung verbunden, sodass die durch Unwucht erzeugten Schwingungen gedämpft werden.

Ferner offenbart DE 28 35 962 A einen Separator mit vertikal verlaufender Rotationswelle für eine Zentrifugentrommel. Die Rotationswelle ist dabei beidseitig in feststehenden Lagern drehbar gehalten und auf Seiten der Zentrifugentrommel mittels einer Ringgummifeder unter Verspannung gehalten. Auf diese Weise wird mittels der nachgiebigen Verspannung die Resonanzlage der Zentrifugentrommel durch eine Restunwucht in einen Bereich verschoben, der im Betriebszustand unschädlich ist.

Aus DE 693 08 430 T2 ist eine Zentrifuge mit einer Rotorantriebswelle bekannt, die von einer flexiblen, von einer Hülse umgebenen Welle gebildet wird, wobei die Welle und die Hülse an einem ihrer Enden drehfest miteinander verbunden sind, während das andere Ende der flexiblen Welle über das andere Ende der Hülse hinausragt und einen Kopf trägt, der zur Aufnahme des Rotors der Zentrifuge dient. Es sind Mittel zur inneren Dämpfung und dem Ausgleich eines möglichen Achsversatzes von Montagefehlem vorgesehen. Hierdurch werden Radialbewegung der Welle gegenüber der drehenden Hülse gedämpft. Dadurch entsteht aber keine äußere Dämpfung zum stillstehenden Gehäuse. Weiterhin umfasst die Zentrifuge eine elastische Kupplung, die röhrenförmige Elemente aus Silikon enthält, in die Zapfen ragen, um die Motorwelle des Antriebs mit der Welle drehfest zu verbinden.

Eine Vorrichtung zur Dämpfung von Rotorschwingungen ist aus DE 694 04 161 T2 bekannt.

Vereinzelt müssen zu testende Bauteile, zum Beispiel Rotoren am Ende des Fertigungsprozesses mit hoher Drehzahl (bis circa 30.000 1/min) geschleudert werden, damit sich die einzelnen Rotorkomponenten aufgrund der Fliehkraft zueinander setzen. Nach diesem Setzvorgang erfolgt ein finaler Wuchtprozess, bei dem eine bestehende Unwucht des Rotors ausgeglichen wird. Falls die Rotoren jedoch bereits vor dem Setzvorgang eine zu hohe Unwucht aufweisen, kann es aufgrund der Unwucht zu Beschädigungen des Schleuderprüfstands kommen. Um dies auszuschließen, kann vor dem Setzvorgang ein Unwuchtausgleich stattfinden, was jedoch den Unwuchtausgleich nach dem eigentlichen Setzvorgang nicht überflüssig macht.

Problematisch ist gerade bei zu testenden Bauteilen, die eine hohe Unwucht aufweisen, dass es aufgrund von Spannungen und Kräften in der Welle oder der Bauteilaufnahme zu Schädigungen kommen kann. Ein weiterer Nachteil des Stands der Technik ist, dass Rotoren mit hoher Unwucht vor dem Setzvorgang ausgewuchtet werden müssen und somit mehrere aufwendige Arbeitsschritte zu durchlaufen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, durch die zum einen Beschädigungen der Welle oder sonstigen Komponenten gerade bei hohen Unwuchten verhindert werden kann und zum anderen ein Unwuchtausgleich vor dem Setzvorgang überflüssig wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Anordnung für einen Schleuderprüfstand bereitgestellt wird, mit einer mit einem Antrieb über ein Lagerelement drehfest verbindbaren Welle und einer zur Aufnahme eines zu testenden Rotors vorgesehenen und mit der Welle drehfest verbindbaren Spannaufnahme, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antrieb und Welle und zwischen Welle und Rotor jeweils ein biegeelastisches Federelement vorliegt, das derart ausgestaltet ist, dass durch Schwingung des Rotors auf die Welle und/oder Spannaufnahme ausgeübte Biegekräfte kompensiert werden. Durch die Gestaltung der Federelemente werden auftretende Kräfte und Spannungen, die ggf. zu Schädigung der Welle oder der Spannaufnahme führen könnten, aufgenommen. Hierdurch können auch Rotoren mit hohen Unwuchten ohne vorherigen Ausgleich im Schleuderprüfstand geprüft werden und der zusätzliche Arbeitsschritt beim Schleuderprozess zum Setzen der Rotorkomponenten entfällt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass keine aufwendig fest konstruierten Schleuderprüfstände notwendig sind, da keine hohen Unwuchtkräfte auftreten. Weiterhin verhindert die Lösung, dass Schwingungen durch den unwuchtigen Rotor in Form von Körperschall auf die Umgebung ausgestrahlt werden.

Die Federelemente sind vorteilhafterweise derart gestaltet, dass eine Verformung der Federelemente in Richtung einer einwirkenden Biegekraft möglich ist. Hierdurch können auf die Welle bzw. die Spannaufnahme wirkende Biegekräfte aufgenommen und kompensiert werden, wodurch insbesondere Schädigungen der Welle bzw. der Spannaufnahme vermieden werden können.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spannaufnahme zumindest bereichsweise biegeelastisch ausgebildet ist. Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, dass die Spannaufnahme an sich zumindest bereichsweise als biegeelastisches Federelement ausgestaltet ist. Dies kann beispielsweise derart realisiert werden, indem die Spannaufnahme einen strukturellen Bestandteil aufweist, der kraftübertragend mit der Welle verbunden ist und Schlitze, Aussparungen oder ähnliche biegeelastische Elemente aufweist, die auf die Welle oder die Spannaufnahme wirkende Biegekräfte aufnehmen. Ähnliches kann für das Lagerelement vorgesehen sein, so dass das Lagerelement zumindest bereichsweise biegeelastisch ausgebildet ist und Schlitze oder Aussparungen umfasst.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass mit der Spannaufnahme und dem Lagerelement jeweils ein biegeelastisch ausgebildetes Federelement verbindbar ist. Das heißt, bei dieser bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich nicht um einen strukturellen Bestandteil der Spannaufnahme oder dem Lagerelement, sondern um ein separates und entsprechend konstruiertes Bauteil, das die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist und jeweils reversibel oder irreversibel mit Lagerelement und Spannaufnahme verbindbar ist.

Vorzugsweise weisen Lagerelement und Spannaufnahme sowie die Federelemente Verbindungsmittel auf, die eine strukturelle, insbesondere kraftübertragende Verbindung mit dem als separaten Bauteil gefertigten Federelement ermöglichen.

Die Federelemente können beispielsweise als hülsenartige Elemente gestaltet sein, die kraftübertragend zwischen Spannaufnahme und Welle bzw. zwischen Welle und Lagerelement angebracht vorliegen, wobei die Hülsen biegeelastisch gestaltet sind oder zumindest biegeelastische Bereiche aufweisen. Dies kann beispielsweise durch Aussparungen, Schlitze oder integrierte Federn erreicht werden, die die auf die Welle, Spannaufnahme bzw. Lagerelement wirkenden Biegekräfte aufnehmen.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Lagerelement und/oder die Spannaufnahme jeweils ein mit der Welle kraftübertragend verbundenes und sich radial von der Wellenachse erstreckendes axial biegeelastisch ausgebildetes Federelement umfasst bzw. umfassen. Das Federelement kann beispielsweise als kreisförmig ausgebildete und sich insbesondere radial erstreckende Membran mit einer zentralen hülsenförmigen Wellendurchführung vorgesehen sein. Die Membran ist insbesondere aus einem biegeelastischen Metall gebildet.

Die Erfindung betrifft auch einen Schleuderprüfstand zur Prüfung eines Rotors umfassend eine zuvor beschriebene Anordnung. Die erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen sind analog auf den Schleuderprüfstand anzuwenden. Mit der vorteilhaften Gestaltung des Schleuderprüfstands ist das Schleudern von Rotoren mit hohen Unwuchten möglich. Ein Schleuderprüfstand kann im Sinne der Erfindung auch als Bauteilprüfstand bezeichnet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schleuderprüfstands nach dem Stand der Technik,

Figur 2 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem schematisch dargestellten Schleuderprüfstand,

Figur 3 eine Schnittansicht einer Ausgestaltung der Anordnung mit weiteren Bauteilen,

Figur 4 eine Schnittansicht einer Ausgestaltung eines Lagerelements und Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Spannaufnahme.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vertikalen Schleuderprüfstands 1 nach dem Stand der Technik, mit dem ein Rotor 2 als Testobjekt in Drehung versetzt werden kann, um dessen Haltbarkeit oder dergleichen unter Drehbelastung zu testen. Ein Schleuderprüfstand 1 umfasst neben einer nicht dargestellten Umhausung einen Antrieb 3 zur Zuführung eines Drehmoments. Der Antrieb 3 kann beispielsweise als Elektromotor ausgestaltet sein. Das Drehmoment des Antriebs 3 wird auf eine vertikal verlaufende Welle 4 übertragen, indem die Welle 4 antriebsseitig über ein Lagerelement 5 drehmomentübertragend mit dem Antrieb 3 verbunden ist. Das Lagerelement 5 kann beispielsweise als Lager, Kupplung oder dergleichen ausgebildet sein, in das der Wellenzapfen der Welle 4 eingreift.

Das dem Antrieb 3 gegenüberliegende rotorseitige Ende der Welle 4 ist drehmomentübertragend mit dem Rotor 2 verbunden. Der Rotor 2 ist in eine Spannaufnahme 6 aufgenommen und drehfest eingespannt. Die Spannaufnahme 6 kann in Abhängigkeit der Form und Struktur des Rotors 2 unterschiedlich aufgebaut sein. Vorteilhaft ist hier eine austauschbare Spannaufnahme 6, so dass je nach Testobjekt die Spannaufnahme 6 gewechselt werden kann. Die Spannaufnahme 6 kann über eine Flanschverbindung drehfest mit der Welle 4 verbindbar sein.

An der Welle 4 zwischen Lagerelement 5 und Spannaufnahme 6 ist ein Dämpfungssystem 7 angeordnet, das gehäusefest mit der Welle 4 wirkverbunden ist. Durch Drehung des Rotors 2 wird eine zu dämpfende, schwingende Anregungsbewegung auf die Welle 4 ausgeübt, die zu Schwingungen der Welle 4 in Richtung des Drehradius führt. Diese Schwingungen können durch das Dämpfungssystem 7 gedämpft werden.

Durch die Gestaltung des Schleuderprüfstands 1 wird die Rotationsachse des zu testenden Rotors 2 nicht festgelegt. Der Rotor 2 kann aufgrund der im Wesentlichen frei hängenden Lagerung sich so bewegen, dass er sich die Rotationsachse frei wählen kann. Das bedeutet, dass unwuchtige Rotoren 2 anstatt um ihre geometrische Achse, um ihre Massenträgheitsachse rotieren, wodurch im Wesentlichen keine Unwuchtkräfte entstehen. Größere Unwuchten können aufgrund von Spannungen und Kräften in der Welle 4 und der Spannaufnahme 6 zu Beschädigungen führen.

Figuren 2 und 3 zeigen Ausgestaltungen der Erfindung, wobei die Figuren 4 und 5 Detailansichten des Lagerelements und der Spannaufnahme darstellen. Der Schleuderprüfstand 1 ist auch hier ohne Umhausung gezeigt und die Komponenten sind schematisch dargestellt. Das in Figur 1 gezeigte und bekannte rotordynamische Modell wird nach der Erfindung durch zwei biegeelastische Federelemente 8 erweitert, die zum einen antriebseitig zwischen Antrieb 3 und Welle 4 und bauteilseitig, bzw. rotorseitig zwischen Welle 4 und Rotor 2 vorliegen. Das antriebseitige biegeelastische Federelement 8 kann als aus Metall gestaltete Membran 9 in dem Lagerelement 5 vorgesehen sein. Die Membran 9 kann tellerförmig ausgestaltet sein und sich radial von der Wellenachse erstrecken. Die Membran 9 geht in einen hülsenförmigen Bereich 10 über, der sich axial entlang der Wellenachse an der Welle 4 kraftübertragend anlegt. Die Membran 9 kann beispielsweise an dem Lagerelement 5 angeflanscht sein. Das heißt, das Federelement 8 kann an dem Lagerelement 5 über eine Flanschverbindung befestigt sein. Verformungen, die aus einer starken Unwucht des Rotors 2 herrühren und von der Welle 4 in das Lagerelement 5 übertragen werden, werden bewusst zugelassen, so dass eine geringe Belastung auf das Lagerelement 5 erreicht wird.

Eine ähnliche oder identische Gestaltung kann zwischen Rotor 2 und Welle 4, das heißt, rotorseitig gewählt werden. Hier kann das Federelement 8 ebenfalls als Membran gestaltet sein und über eine Flanschverbindung oder dergleichen an der Spannaufnahme 6 befestigt werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Federelemente 8 als Bestandteil des Lagerelements 5 bzw. der Spannaufnahme 6 gestaltet sind.

Beispielsweise kann die Spannaufnahme 6 zur Aufnahme des Rotors 2 selbst zumindest bereichsweise biegeelastisch gestaltet und somit als Federelement 8 vorgesehen sein. Als Beispiel seien hier quer zur Wellenachse verlaufende Aussparungen oder Schlitze 11 genannt, die beispielsweise in dem Mantel der Spannaufnahme 6 integriert vorliegen können und der Spannaufnahme 6 biegeelastische Eigenschaften vermitteln. Alternativ kann die Spannaufnahme 6 mit einem biegeelastischen Federelement 8 reversibel oder irreversibel verbindbar sein.

Die biegeelastischen Federelemente 8 sind vorteilhafterweise strukturell und kraftübertragend mit der Welle 4 verbunden und nehmen auf die Welle 4 wirkende Biegekräfte auf. Eine definierte Steifigkeit der Federelemente 8 ist vorteilhaft. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Federelemente 8 ermöglicht insbesondere das Schleudern von Rotoren 2 mit großen Unwuchten, ohne dass die auftretenden inneren Spannungen und Kräfte in der flexiblen Welle 2 und/oder der Spannaufnahme 6 unzulässige Werte erreichen und in deren Schädigung resultieren. Die Federelemente 8 haben keine dämpfenden Eigenschaften. Vielmehr wird durch die erfindungsgemäßen Federelemente 8 und deren Positionierung erreicht, dass Verformungen des Rotors 2 nachgegangen werden, da dieser sich um seine Schwerpunktachse ausrichtet. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das System weich genug gestaltet ist, um geringe Belastungen in dem Lagerelement 5 und der Spannaufnahme 6 zu erreichen.