Titel

Vorrichtung mit wenigstens einer Lagereinrichtung für eine drehbare Welle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit wenigstens einer Lagereinrichtung für eine drehbare Welle nach der Gattung des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine solche Vorrichtung in Form einer Luftverdichtungseinrichtung ist durch die DE 10 2016 207 686 Al bekannt. Mit der Welle ist dabei wenigstens ein Verdichterrad verbunden und die Welle wird durch eine elektrische Antriebseinrichtung angetrieben. Die bekannte Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem über die Lagereinrichtung die Welle drehbar gelagert ist. Die Lagereinrichtung weist ein Lagergehäuse auf, das in einer definierten Lage im Gehäuse angeordnet ist. Die lagerichtige Anordnung der Lagereinrichtung ist erforderlich, da die Lagereinrichtung spezifisch für die Drehrichtung der Welle ausgebildet ist. Außerdem ist die Lagereinrichtung vorzugsweise in einer definierten Lage zur Schwerkraftrichtung angeordnet, um deren Funktion sicherzustellen. Um sicherzustellen, dass die Lagereinrichtung nur in der erforderlichen definierten Lage im Gehäuse angeordnet werden kann, sind für jeden Anwendungsfall spezifisch ausgebildete Lagereinrichtungen erforderlich. Dies führt zu einer großen Teilevielfalt und dadurch hohen Herstellungskosten.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Lagereinrichtung, insbesondere das Lagergehäuse, nur einer Ausführungsform erforderlich ist und lediglich das wenigstens eine Positionierelement in unterschiedlichen Ausführungsformen erforderlich ist, um die Lagereinrichtung für verschiedene Drehrichtungen der Welle und für verschiedene Lagen bezüglich der Schwerkraftrichtung verwenden zu können. Dadurch sind nur für das einfach ausgebildete Positionierelement verschiedene Ausführungsformen erforderlich und die Herstellungskosten können gering gehalten werden.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist auf einfache Weise die erforderliche Orientierung sowohl des Poistionierelements am Lagergehäuse als auch die Orientierung des Lagergehäuses in der Aufnahme ermöglicht. In den Ansprüchen 3 oder 4 sind einfach herzustellende erste bzw. zweite Positioniereinrichtungen und Positionstellen angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Verdichter mit einer Lagereinrichtung für eine drehbare Welle in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt, Figur 2 in vergrößerter Darstellung die Lagereinrichtung, Figur 3 eine Ansicht eines Lagergehäuses der Lagereinrichtung von einer Seite, Figur 4 die Ansicht des Lagergehäuses von der anderen Seite, Figur 5 eine erste Ausführung eines Positionierelements der Lagereinrichtung und Figur 6 eine zweite Ausführung des Positionierelements.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ein Verdichter 10 dargestellt, der vorzugsweise Teil eines Brennstoffzellensystems ist und durch den der Brennstoffzelle verdichtete Luft zugeführt wird. Der Verdichter 10 weist eine Welle 12 auf, die im Betrieb um eine Drehachse 14 in einer Drehrichtung 15 rotiert. Mit der Welle 12 ist wenigstens ein Verdichterrad 16 verbunden, durch das Luft verdichtet und zur Brennstoffzelle gefördert wird. Die Welle 12 wird durch einen Elektromotor 18 angetrieben. Zur Unterstützung des Elektromotors 18 kann außerdem ein Turbinenrad 19 mit der Welle 12 verbunden sein, das durch den Abgasstrom des Brennstoffzellensystems angetrieben wird.

Die Welle 12 ist in einem Gehäuse 20 drehbar gelagert, wobei wenigstens eine als Radiallager ausgebildete Lagereinrichtung 22 vorgesehen ist. Vorzugsweise sind zwei in Richtung der Drehachse 14 zueinander versetzt angeordnete Lagereinrichtungen 22, 23 als Radiallager vorgesehen, die identisch ausgebildet sind. Zusätzlich ist für die Welle 12 eine Axiallagereinrichtung 24 vorgesehen. Die Lagereinrichtungen 22, 23, 24 sind vorzugsweise als Luftlager ausgebildet, beispielsweise als Folienlager oder Kippsegmentlager. Im Betrieb des Verdichters 10 wird durch die Luftlager direkter Kontakt zwischen der Welle 12 und den Lagereinrichtungen vermieden. Die Lagereinrichtungen 22, 23 , 24 müssen in einer definierten Drehlage bezüglich der Schwerkraftrichtung und bezüglich der Drehrichtung 15 der Welle 12 im Gehäuse 20 angeordnet sein, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.

Nachfolgend wird die Lagereinrichtung 22 näher beschrieben, wobei die Lagereinrichtung 23 vorzugsweise identisch ausgebildet ist. Die Lagereinrichtung 22 weist ein Lagergehäuse 30 auf, das beispielsweise als Lagerhülse ausgebildet ist. Innerhalb der Lagerhülse 30 sind Lagerelemente 32 beispielsweise in Form von Lagerfolien oder Lagersegmenten angeordnet. Die Lagerhülse 30 ist in eine Aufnahme 34 im Gehäuse 20 des Verdichters 10 einführbar, die beispielsweise als Bohrung ausgebildet ist.

Die Lagerhülse 30 weist in Richtung der Drehachse 14 der Welle 12 weisende Stirnseiten 36, 38 auf. In den Stirnseiten 36, 38 der Lagerhülse 30 sind jeweils mehrere, beispielsweise jeweils zwei Ausnehmungen 40, 42 ausgebildet, die sich am radial äußeren Rand der Lagerhülse 30 in axialer Richtung der Drehachse 14 erstrecken. Die beiden Ausnehmungen 40, 42 sind in Umfangsrichtung in ungleichen Winkelabständen zueinander angeordnet, liegen sich also nicht einander diametral gegenüber. Die Ausnehmungen 40, 42 der einen Stirnseite 36 sind gegenüber den Ausnehmungen 40, 42 der anderen Stirnseite 38 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet wie dies in den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Mit der Lagerhülse 30 ist an deren Stirnseiten 36, 38 ein scheibenförmiges Positionierelement 44 verbindbar. Das Positionierelement 44 weist über seinen Umfang verteilt mehrere erste Positionereinrichtungen 46, 48 auf. Die ersten Positioniereinrichtungen sind als in Richtung der Drehachse 14 der Welle 12 zur Lagerhülse 30 hin hervorstehende axiale Vorsprünge 46, 48 ausgebildet. Die Anzahl der Vorsprünge 46, 48 entspricht der Anzahl der Ausnehmungen 40, 42 der Lagerhülse 30 und jeder Vorsprung 46, 48 greift in eine Ausnehmung 40, 42 ein. Die Ausnehmungen 40, 42 der Lagerhülse 30 bilden Positionierstellen, mit denen die Vorsprünge 46, 48 des Positionerelements 44 Zusammenwirken. Durch die unterschiedliche Anordnung der Ausnehmungen 40, 42 kann das Positionierelement 44 nur mit einer Stirnseite 36, 38 der Lagerhülse 30 verbunden werden. Durch die Anordnung der Ausnehmungen 40, 42 in ungleichen Winkelabständen kann das Positionierelement 44 außerdem nur in einer Drehstellung mit der Lagerhülse 30 verbunden werden, indem dessen Vorsprünge 46, 48 in die Ausnehmungen 40, 42 eingreifen. Die Vorsprünge 46, 48 können beispielsweise in die Ausnehmungen 40, 42 eingepresst werden, wodurch das Positionierelement 44 an der Lagerhülse 30 gehalten wird.

Das Positionierelement 44 weist außerdem mehrere, beispielsweise zwei zweite Positionereinrichtungen 50, 52 auf. Die zweiten Positioniereinrichtungen sind als radial nach außen ragende Nasen 50, 52 ausgebildet, die in Umfangsrichtung in unterschiedlichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Die Nasen 50, 52 ragen in radialer Richtung über die Lagerhülse 30 hinaus. Die Aufnahme 34 im Gehäuse 20 weist über ihren Umfang verteilt mehrere zweite Positionierstellen auf, mit denen die Nasen 50, 52 des Positionierelements 44 Zusammenwirken und die als radiale Aussparungen 54, 56 ausgebildet sind. Die Anzahl der Aussparungen 54, 56 entspricht der Anzahl der Nasen 50, 52 des Positionierelements 44 und jede Nase 50, 52 greift in eine Aussparung 54, 56 ein. Durch die Anordnung der Aussparungen 54, 56 in ungleichen Winkelabständen kann das Positionierelement 44 zusammen mit der Lagerhülse 30 nur in einer Orientierung in Richtung der Drehachse 14 der Welle 12 und nur in einer Drehstellung in die Aufnahme 34 eingeführt werden, indem dessen Nasen 50, 52 in die Aussparungen 54, 56 eingreifen. Die Lagerhülse 30 kann durch das Positionierelement 44 nur in einer einzigen Drehlage bezüglich der Drehachse 14 der Welle 12 und mit einer einzigen Ausrichtung bezüglich der Drehrichtung 15 der Welle 12 in die Aufnahme 34 im Gehäuse 20 eingefügt werden. Es ist dabei nur eine einzige Ausführung der Lagerhülse 30 mit den darin angeordneten Lagerelementen 32 erforderlich und die Varianz in der Ausrichtung zur erforderlichen Drehrichtung 15 der Welle 12, die durch die Orientierung der Lagerhülse 30 in Richtung der Drehachse 14 der Welle 12 bestimmt ist, und der erforderlichen Drehlage bezüglich der Schwerkraftrichtung erfolgt nur durch das Positionierelement 44, das in entsprechend unterschiedlichen Ausführungen erforderlich ist. In den Figuren 5 und 6 sind zwei verschiedene Ausführungen des Positionierelements 44 dargestellt, bei denen die Anordnung der Vorsprünge 46, 48 und der Nasen 50, 52 unterschiedlich sind und durch die unterschiedliche Anordnungen der Lagerhülse 30 in der Aufnahme 34 vorgegeben sind.