Längslagerscheibe für einen Strömungsmaschinenrotor Die Erfindung betrifft eine Längslagerscheibe für einen Strö ^¬ mungsmaschinenrotor mit einer Welle als ein Element für ein Magnetaxiallager zur axialen Lagerung der Welle.

Ein Strömungsmaschinenrotor einer Strömungsmaschine, wie bei- spielsweise einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Turboverdichters, weist eine Welle und auf dieser angeordnet Laufschaufelkränze und/oder Impeller auf, durch die ein Ar- beitsfluid beim Betrieb der Strömungsmaschine strömt, wobei ein Druckunterschied des Arbeitsfluids zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Strömungsmaschine aufgebaut oder abge ^¬ baut wird. Hierbei wird beim Betrieb der Strömungsmaschine eine Axialkraft auf die Welle übertragen, die von einem Axi ^¬ allager aufzunehmen ist. Als Antriebsaggregat für beispielsweise den Turboverdichter ist ein Elektromotor bekannt. Ferner kann herkömmlich der Turboverdichterrotor zusammen mit dem Elektromotorrotor senkrecht stehen, wobei mittels des Axiallagers der Turboverdich ^¬ terrotor in Schwebe gehalten wird. Bekannt ist es für das Axiallager ein Magnetlager zu verwenden. Wird beispielsweise in dem Turboverdichter ein korrosionsforderndes Fluid verdichtet, so ist es erforderlich, dass die Längslagerscheibe aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere einem korrosionsbeständigen Stahl, gefertigt ist. Dadurch, dass in der Regel korrosionsbeständige Stähle wesentlich schlechtere magnetische Eigenschaften haben als unlegierte oder niederle ^¬ gierte Stähle, ist es erforderlich eine sogenannte Hybrid- Längslagerscheibe herzustellen, wobei an den Stellen der Hyb- rid-Längslagerscheibe, an denen magnetische Kräfte des Mag- netlagers wirken, ein Kern aus gut magnetisierbarem Stahl vorgesehen ist, der vor Korrosion bei Kontakt mit dem Ar- beitsfluid geschützt ist. Die Hybrid-Längslagerscheibe weist eine magnetische Stahl ^¬ scheibe auf, die am Außendurchmesser mit korrosionsbeständi ^¬ gem Schweißgut versehen ist. Diese Scheibe wurde an den Kern mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens gefügt. Fer- ner ist es bekannt nach einer weiteren Drehbearbeitung den

Korrosionsschutz des magnetischen Kerns mit Blechen aus Alloy 625 mittels des heißisostatischen Pressverfahrens aufzubrin ^¬ gen. Die Längslagerscheibe ist wärmebehandelt und die Bleche aus Alloy 625 auf eine Dicke von etwa 0,3 mm abgedreht. Prob- lematisch hierbei ist allerdings, dass bereits bei dieser Drehbearbeitung die Bleche aus Alloy 625 stellenweise sich ablösen, wobei sich diese Stellen nach entsprechendem Schleudern des Strömungsmaschinenrotors vergrößern. Aus der DE 699 34 905 T2 ist eine Zentrifugalblutpumpe mit aktivem, magnetischem Lagerungssystem bekannt. Diese umfasst ein Pumpengehäuse und einen Rotor, der zur Drehung innerhalb des Gehäuses angebracht ist. Der Rotor weist ein Laufrad auf und einen Rotormotor, der mehrere Permanentmagnete umfasst, die sich in einem Laufradgehäuse befinden. Der Motor kann neben der Übertragung eines Drehmoments auch eine axiale Mag ^¬ netkraft zur Axiallagerung bereitstellen.

Aus dem Buch „Pulvermetallurgie", 2. bearbeitete und erwei- terte Auflage von Schatt, W., Wieters, K.-P. und Kieback, B., Heidelberg Springer 2007 (VDI-Buch) , ISBN 978-3-540-23652-8, Seiten 481-483 ist es bekannt Magnete durch heißisostatisches Pressen herzustellen. Aus der WO 2007/084 339 A2 ist eine Rotationsblutpumpe be ^¬ kannt. Die Magnete sind dabei in einem Hohlraum unterge ^¬ bracht .

Aus der WO 1996/031 934 AI ist eine Rotationsmaschine bekannt mit einem angetriebenem Rotor und einem elektrischen Motor, der einen Stator und einen antreibenden Rotor aufweist. Der Stator ist dabei auch als elektromagnetisches Lager für den antreibenden Rotor ausgebildet. Der antreibende Rotor des Elektromotors bildet mit dem angetriebenen Rotor der Rotati ^¬ onsmaschine einen Integralrotor. Die elektromagnetisch wirksamen Bauteile der Rotorscheibe des Integralrotors umfassen Magnete wie Ringmagnete, Scheibenmagnete oder Schalenmagnete. Sie können in miteinander verschweißte Teile der Rotorscheibe eingebettet sein oder mittels einer Spritzmasse so ange ^¬ spritzt sein, dass sie von der Spritzmasse völlig ummantelt sind . Aufgabe der Erfindung ist es, eine Längslagerscheibe für ei ^¬ nen Strömungsmaschinenrotor mit einer Welle als ein Element für ein Magnetaxiallager zur axialen Lagerung der Welle zu schaffen, wobei die Längslagerscheibe korrosionsgeschützt und einen hohen Magnetisierungsgrad aufweist sowie eine lange Le- bensdauer hat.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Längslagerscheibe für den Strömungsma ^¬ schinenrotor mit der Welle als das Element für das Magnetaxi ^¬ allager zur axialen Lagerung der Welle weist einen Kern und einen Scheibenkörper auf, der zum Befestigen an der Welle eingerichtet ist und einen Hohlraum aufweist, der hermetisch nach außen abgedichtet ist und in den der Kern eingelegt ist, wobei der Scheibenkörper aus einem korrosionsbeständigen Material und der Kern aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.

Bevorzugtermaßen ist der Kern durch heißisostatisches Pressen gefügt. Die Längslagerscheibe weist bevorzugt eine Hülse auf, an der außenseitig der Scheibenkörper befestigt ist und radi ^¬ al absteht, wobei die Hülse an der Welle diese umgreifend be- festigbar ist.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Längslagerscheibe eine Trennfuge aufweist, an der die Längslagerscheibe teilbar ist, so dass der Hohlraum offenbar und der Kern in den Hohlraum einlegbar ist. Der Scheibenkörper ist bevorzugt von einem eine Aussparung aufweisenden Grundkörper und einem auf den Grundkörper platzierten und die Aussparung abdeckenden Deckel gebildet, so dass von der Aussparung der Hohlraum gebildet ist. Bevorzugtermaßen sind der Grundkörper und die Hülse einstückig ausgebildet. Alternativ hierzu ist der Scheibenkörper bevorzugt von zwei jeweils eine Aussparung aufweisenden Scheibenkörperhälften gebildet, die aneinandergelegt mit ihren Aussparungen den Hohlraum bilden. Bevorzugtermaßen sind die Scheibenkörperhälften baugleich ausgebildet und mit ihren Aussparungen einander zugewandt die Trennfuge bildend anei ^¬ nandergelegt. Ferner ist es bevorzugt, dass die Scheibenkör- perhälften an die Hülse einstückig angeformt sind.

Die Trennfuge liegt bevorzugtermaßen in einer Ebene, die senkrecht zur Achse der Längslagerscheibe ist. Ferner ist es bevorzugt, dass der Kern einstückig ausgebildet ist. Der Hohlraum ist bevorzugt als ein Ringhohlraum und der Kern ist bevorzugt als ein Ringkern ausgebildet, wobei die Achse des Ringhohlraums und die Achse des Ringkerns jeweils mit der Achse der Längslagerscheibe zusammenfallen.

Die Längslagerscheibe weist einen nach außen hermetisch abge- dichteten Grundkörper auf, der bevorzugt einstückig ausgebildet ist. Der Kern ist bevorzugt aus einem magnetischen Stahl hergestellt, ist in den Hohlraum des Grundkörpers eingelegt und bevorzugt mittels des heißisostatischen Pressens gefügt. Der Deckel ist bevorzugt aus demselben Material wie der

Grundkörper. Als Alternative hierzu sind statt des Grundkör ^¬ pers und des Deckels die beiden Scheibenkörperhälften vorgesehen, die den Kern hermetisch umschließen.

Dadurch, dass der Scheibenkörper aus dem korrosionsbeständi- gen Material und der Kern aus dem magnetisierbaren Material hergestellt ist, weist die erfindungsgemäße Längslagerscheibe lediglich zwei unterschiedliche Materialien auf. Da bei Ver- paarung von unterschiedlichen Materialien mit unterschiedli- chen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien Bereiche der Längslagerscheibe mit einer Relativbewegung zueinander entstehen können, sind diesbezüglich alle bekannten Konstruktionen von herkömmlichen Längslagerscheiben mit drei und mehr unterschiedlichen Materialien nachteilig, da in ihnen hohe thermisch bedingte Spannungen auftreten. Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Längslagerscheibe lediglich zwei unter ^¬ schiedliche Materialien auf, so dass in ihr lediglich geringe thermisch bedingte Spannungen auftreten können. Bei der Her- Stellung der Längslagerscheibe wird der Kern in den Hohlraum eingelegt. Der Kern kann in einem insbesondere nach dem Einlegen geschalteten Arbeitsschritt magnetisiert werden. Alternativ dazu kann der Kern bereits vor dem Einlegen magnetisiert sein.

Somit ist insbesondere das heißisostatische Pressen besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Längslagerscheibe an ^¬ wendbar, da beim Abkühlen nach dem heißisostatischen Pressen und nach etwaigen Wärmebehandlungsmaßnahmen lediglich geringe thermisch bedingte Spannungen in der Längslagerscheibe ent ^¬ stehen. Das Fügen des Kerns wird vorteilhaft mit einem einzi ^¬ gen Verfahrensschritt bewerkstelligt, nämlich dem heißisosta ^¬ tischen Pressen, wodurch die Prozesssicherheit bei der Herstellung der Längslagerscheibe erhöht ist und die Fertigungs- kosten gering sind.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Längslagerscheibe anhand der beigefügten schema ^¬ tischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Längslagerscheibe,

Figur 2 die Ausführungsform aus Figur 1 im eingebauten Zu- stand,

Figur 3 eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Längslagerscheibe und Figur 4 die Ausführungsform aus Figur 3 im eingebauten Zustand . Wie aus Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, weist ein Strömungs ^¬ maschinenrotor 1 Magnetaxiallager 2 auf, mit denen der Strömungsmaschinenrotor 1 axial gelagert ist. Der Strömungsma ^¬ schinenrotor 1 weist eine Welle 3 auf, die eine Wellenachse 4 hat, um die der Strömungsmaschinenrotor 1 bei dessen Betrieb rotiert. An der Welle 3 ist eine Längslagerscheibe 5 in Axi ^¬ alrichtung fest und insbesondere verdrehfest befestigt.

Die Längslagerscheibe 5 weist eine Hülse 6 auf, die auf der Welle 3 aufgeschrumpft ist. Die Hülse 6 hat eine zylindrische Außenseite 7 und eine der Außenseite 7 abgewandte, zylindri ^¬ sche Innenseite 8, die mit der Oberfläche der Welle 3 eine kraftschlüssige Verbindung ausbildet. An der Außenseite 7 ist ein Scheibenkörper 9 befestigt, der von der Hülse 6 radial nach außen vorsteht. Die Achsen des Scheibenkörpers 9 und der Hülse 6 fallen mit der Wellenachse 4 zusammen. Der Scheibenkörper 9 ist zylindrisch ausgebildet und hat eine Axial ^¬ erstreckung, die kleiner als die der Hülse 6 ist. Ferner ist der Scheibenkörper 9 in Axialrichtung symmetrisch an der Hülse 6 angebracht, so dass von dem Scheibenkörper 9 jeweils zwei gleich große Bereiche der Hülse 6 axial vorstehen.

An den beiden einander abgewandten Stirnseiten des Scheibenkörpers 9 ist jeweils eines der Magnetaxiallager 2 angeord ^¬ net. Die Magnetaxiallager 2 sind analog zum Scheibenkörper 9 scheibenartig ausgebildet, wobei zwischen den Magnetaxialla ^¬ gern 2 der Scheibenkörper 9 angeordnet ist. Der Scheibenkörper 9 weist einen Ringhohlraum 10 auf, der rotationssymmet ^¬ risch um die Wellenachse 4 sich erstreckt. In Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Längslagerscheibe 5 gezeigt. Die Längslagerscheibe 5 weist einen Grundkörper 11 und einen Deckel 12 auf. Der Grundkörper 11 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und hat in jedem Radial- querschnitt eine U-Form, die von einem scheibenförmigen Boden 17 und zwei zylindrischen Schenkeln 18 gebildet ist. Die Schenkel 18 sind an den Boden 17 angeformt, so dass zwischen den Schenkeln 18 und vom Boden 17 begrenzt eine Aussparung ausgebildet ist, die, wenn der Deckel 12 auf dem Grundkörper 11 aufliegt, den Ringhohlraum 10 ausmacht.

Der Grundkörper 11 ist einstückig ausgebildet und an der Außenseite 7 der Hülse 6 befestigt. Der Deckel 12 ist an der Trennfuge 19 an dem Grundkörper 11 befestigt. Der Grundkörper 11 und der Deckel 12 sind aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt. Die Hülse 6 ist aus demselben Material hergestellt, wie der Grundkörper 11 und der Deckel 12. In Figuren 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform der Längslagerscheibe 5 gezeigt, die sich von der in Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsform darin unterscheidet, dass der Deckel als eine erste Scheibenkörperhälfte 15 und der Grundkör ^¬ per als eine zweite Scheibenkörperhälfte 16 ausgebildet sind und die Hülse 6 die Trennfuge 19 aufweist, so dass die Hülse 6 von einer ersten Hülsenhälfte 13 und einer zweiten Hülsenhälfte 14 gebildet ist. Die erste Hülsenhälfte 13 ist mit der ersten Scheibenkörperhälfte 15 und die zweite Hülsenhälfte 14 ist der zweiten Scheibenkörperhälfte 16 befestigt. Zwischen der ersten Hülsenhälfte 13 und der zweiten Hülsenhälfte 14 sowie der ersten Scheibenkörperhälfte 15 und der zweiten Scheibenkörperhälfte 16 erstreckt sich die Trennfuge 19, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Wellenachse 4 ist. Die erste Scheibenkörperhälfte 15 zusammen mit der ersten Hülsenhälfte 13 und die zweite Scheibenkörperhälfte 16 zusam ^¬ men mit der zweiten Hülsenhälfte 14 sind baugleich ausgebil ^¬ det, wobei jede der Scheibenkörperhälften 15, 16 analog wie der Grundkörper 11 der ersten Ausführungsform der Längslagerscheibe 5 von einem Boden 17 und zwei Schenkeln 18 ausgebil- det ist. Von den Schenkeln 18 und dem Boden 17 einer jeden der Scheibenkörperhälften 15, 16 ist eine Aussparung begrenzt, die die Hälfte des Volumens des Ringhohlraums 10 hat. Dadurch, dass die erste Scheibenkörperhälfte 15 an der zwei- ten Scheibenkörperhälfte 16 anliegt, wird von den Scheiben- körperhälften 15, 16 der Ringhohlraum 10 ausgebildet.

In den Ringhohlraum 10 ist ein Ringkern 20 eingelegt, der durch heißisostatisches Pressen gefügt ist. Der Ringkern 20 ist aus einem magnetisierbaren Material, das mit den Magnet ^¬ axiallagern 2 beim Lagern des Strömungsmaschinenrotors 1 mag ^¬ netisch wechselwirkt. Dadurch, dass die Trennfuge 19 herme ^¬ tisch dicht ist, ist der Ringkern 20 nach außen abgedichtet, so dass ein Kontakt vom Arbeitsmedium des Strömungsmaschinenrotors 1 mit dem Ringkern 20 unterbunden ist. Dadurch braucht das magnetische Material des Ringkerns 20 hinsichtlich dieses Kontakts keine Korrosionsbeständigkeit haben. In Figuren 2 und 4 ist mit einer gestrichelten Linie 21 die

Außenkontur der Längslagerscheibe 5 gezeigt, wobei die Außen ^¬ kontur 21 für jede der beiden Ausführungsformen gemäß Figuren 1 und 2 bzw. 3 und 4 gleich ist. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsformen näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus hergeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.