Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotationssystem mit mindestens einer radialen Gaslagerung.

Rotationssysteme mit radialer Gaslagerung enthalten ein Gehäuse, eine relativ zum Gehäuse rotierbare Welle und mindestens eine Lagerbaugruppe, welche die Welle relativ zum Gehäuse durch eine radiale Gaslagerung lagert. Die Lagerbaugruppe enthält mindes ^¬ tens eine Lagerfläche, innerhalb deren die Welle gelagert ist. Zwischen der Welle und der Lagerfläche ist ein Gasspalt, insbe ^¬ sondere ein Luftspalt, gebildet, der für die Gaslagerung sorgt.

Das Dokument CH 658 499 A5 offenbart eine federnde Stützeinrich ^¬ tung für Wellenlager von schnell laufenden Rotoren, wie beispielsweise Turbomaschinen. Die Stützeinrichtung ist aus polygonartigen Federelementen und Scheiben zur Begrenzung des Wellenausschlages an der Lagerstelle zusammengesetzt. Die Federele ^¬ mente enthalten Federstäbe und Federgelenke und werden mit Vor ^¬ spannung auf einen Kugellageraussenring oder eine Büchse, die das Kugellager aufnimmt, aufgepresst. Hierdurch können vom Rotor auf das Wellenlager quer zur Rotorwellenachse einwirkende Kräfte federnd aufgenommen werden. Allerdings können hohe Temperaturen, hohe Temperaturunterschiede oder weitere insbesondere variable Betriebseinflüsse zu einem erheblichen Verzug der einzelnen Tei ^¬ le der Lagerung führen. Beispielsweise kann sich bei hohen Temperaturen das Gehäuse verformen, wodurch die Lagerflächen ihre Rundheit und Zylindrizität verlieren können oder die Koaxialität beeinträchtigt werden kann.

Das Dokument DE 84 07 526 Ul betrifft eine Triebwerkseinheit für ein Fahrzeug. Diese enthält eine Lagerung mit einem Wälzlager und eine elastisch verformbare elastomere Zwischenhülse, welche ein Gehäuse und einen äusseren Wälzlagerring miteinander verbindet. Auch bei dieser Lagerung können jedoch hohe Temperaturen, hohe Temperaturunterschieden oder weitere insbesondere variable Betriebseinflüsse zu einem erheblichen Verzug der einzelnen Tei ^¬ le der Lagerung führen, wodurch die Lagerflächen ihre Rundheit und Zylindrizität verlieren können oder die Koaxialität beein ^¬ trächtigt werden kann.

Bei Gaslagerungen ist es entscheidend, dass die Dimensionen des genannten Gasspaltes möglichst konstant bleiben. Ein zu breiter Gasspalt würde nämlich lokal den Gasdruck reduzieren, so dass die Lagerung instabil wäre. Ein zu enger Gasspalt kann dazu füh ^¬ ren, dass die Lagerfläche in Kontakt mit der Welle gerät. Insbe ^¬ sondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten kann dies zur Zerstörung des gesamten Rotationssystems führen. Allerdings sind viele Rotationssysteme oftmals hohen Temperaturen und/oder hohen Temperaturunterschieden und/oder weiteren insbesondere variablen Betriebseinflüssen, wie beispielsweise variablen Gasdrücken oder Fliehkräften, ausgesetzt. Dies kann zu einem erheblichen Verzug von einzelnen Teilen des Rotationssystems führen. Beispielsweise kann sich bei hohen Temperaturen das Gehäuse verformen, was sich auf die Lagerfläche der Lagerbaugruppe überträgt. So kann etwa die Lagerfläche der Lagerbaugruppe ihre Rundheit und Zylindrizi ^¬ tät verlieren, oder die Lagerfläche und die Welle können ihre Koaxialität verlieren. Insgesamt kann ein sicherer Betrieb des Rotationssystems dann nicht mehr gewährleistet werden.

Weiterhin sind bei vielen Rotationssystemen der Ausserdurchmesser der Welle und der Innendurchmesser der Lagerfläche und damit auch die Breite des Gasspalts vorgegeben, was den Einsatz vieler aus dem Stand der Technik bekannter Lösung ausschliesst.

Das Dokument US 2015/0104124 AI befasst sich mit Gaslagerungen, die unter anderem für Turbomaschinen eingesetzt werden. Die Turbomaschine enthält ein Gehäuse und eine Welle, welche von vier Lagersegmenten umgeben ist, die über jeweilige Federanordnungen am Gehäuse abgestützt sind. Aufgrund der relativen Beweglichkeit der Lagersegmente zueinan ^¬ der kann es bei extremen Betriebsbedingungen jedoch zu Deformationen des Gasspaltes kommen. Zudem können sich die Gasspalte unter jedem der vier Lagersegmente unterschiedlich einstellen, was im dynamischen Betrieb zu einer Asymmetrie in der Lagerung und einem instabilen Verhalten führen kann. Ausserdem kann es passieren, dass die einzelnen Lagersegmente bei hohen Drehzahlen in ihrer Eigenfrequenz angeregt werden, was ebenfalls einen stabilen Betrieb verhindert. Ein instabiles Verhalten kann leicht zum Ausfall der Lagerung führen, wenn die Breite des Gasspaltes auf null sinkt und die Welle die Lagerfläche während der Rotation berührt. Im Weiteren können sich die Lagersegmente bei stärkeren Anregungen des Gehäuses (beispielsweise bei

Schwingungen von aussen) verlagern, was zu einer ungewollten dynamischen Veränderung der Lagersteifigkeit führen kann.

Die WO 2013/079896 AI betrifft Gaslageranordnungen für Spindeln. Die Anordnung enthält einen Gehäuseabschnitt und einen inneren Radiallagerabschnitt, der federnd relativ zum Gehäuseabschnitt angeordnet ist.

In WO 2014/120302 A2 ist eine Kompensation für ein Gaslager offenbart. Das Gaslager enthält hierzu eine Vielzahl von biegsamen Lagerelementen, die das Gas führen können. Beispielhaft sind ein Lagerring, eine Nabe und ein Lagerelement mit mehreren Lagerplatten gezeigt, die über federnde Arme mit einem inneren Be ^¬ reich des Lagerelements verbunden sind.

Die EP 0 343 620 A2 offenbart hydrodynamische Lager, unter ande ^¬ rem Gaslager. Gezeigt ist ein Ausführungsbeispiel mit einem Ge ^¬ häuse, an dem mehrere Lagerplatten angeformt sind, die eine Wel ^¬ le lagern. Dies führt ebenfalls zu Verkippungen der Lagerplatten relativ zueinander. Die in US 4,099,799 offenbarte Lagereinheit enthält ein Gehäuse, an dem vier Lagersegmente federnd befestigt sind, was die be ^¬ reits oben im Zusammenhang mit US 2015/0104124 AI erläuterten Nachteile erzeugen kann.

Das Dokument US 5,066,144 offenbart ebenfalls hydrodynamische Lager, unter anderem Gaslager. Bei Rotation werden die dort gezeigten Lagerelemente jedoch bewusst deformiert, wodurch die Konstanz des Lagerspalts beeinträchtigt wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Rotationssystem bereitzustellen, welches den genannten Anforderungen selbst bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und/oder hohen Temperaturen und/oder hohen Temperaturunterschieden und/oder weiteren insbesondere variablen Betriebseinflüssen, wie beispielsweise variablen Gasdrücken oder Fliehkräften, möglichst gerecht wird. Der zwischen Lagerbaugruppe und Welle gebildete Gasspalt, insbesondere der Luftspalt, soll also selbst unter diesen Bedingungen möglichst konstant, also möglichst unabhängig von diesen Bedingungen, bleiben. Insbesondere soll die Lagerfläche der Lagerbaugruppe möglichst rund und zylindrisch bleiben, und die Lagerfläche und die Welle sollen möglichst koaxial zuei ^¬ nander bleiben.

Diese und weitere Aufgaben werden durch das erfindungsgemässe Rotationssystem gelöst. Dieses enthält ein Gehäuse, eine relativ zum Gehäuse rotierbare Welle sowie mindestens eine Lagerbaugrup ^¬ pe, welche einen die Welle lagernden ersten Bereich aufweist und die Welle relativ zum Gehäuse durch eine radiale Gaslagerung la ^¬ gert. Zwischen der Lagerbaugruppe, insbesondere deren unten noch beschriebener Lagerfläche, und der Welle ist also ein Gasspalt, insbesondere ein Luftspalt, gebildet. Bei der radialen Gaslage ^¬ rung kann es sich um eine aerodynamische Gaslagerung, eine aero- statische Gaslagerung oder um eine Kippsegment-Gaslagerung (eng- lisch: „tilting päd gas bearing") oder eine Folienlagerung handeln .

Der erste Bereich der Lagerbaugruppe enthält eine die Welle in radialer Richtung lagernde Radiallagerhülse oder ist dadurch ge ^¬ bildet. Die Radiallagerhülse weist an ihrer Innenseite eine La ^¬ gerfläche auf, innerhalb deren die Welle gelagert ist. Die Radi ^¬ allagerhülse wird hier und im Folgenden bevorzugt dann als „rohrförmig" verstanden, wenn ihre Lagerfläche die Welle in Um- fangsrichtung durchgehend umschliesst und die Radiallagerhülse in radialer Richtung eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist. Dabei schliesst die Formulierung „im Wesentlichen konstante Dicke" nicht aus, dass an der Innenseite und/oder der Aussenseite der Radiallagerhülse beispielsweise unten noch näher beschriebene Stege und/oder innerhalb der Radiallagerhülse Kühl ^¬ kanäle vorhanden sein können, die etwa der Gasführung dienen können. Insbesondere kann die Radiallagerhülse kreiszylinderman- telförmig ausgebildet sein. Alternativ kann die Radiallagerhülse aber auch rohrförmig mit einem beispielsweise sechseckigen Querschnitt ausgebildet sein.

Aufgrund der Rohrform der Lagerhülse kann besonders effektiv erreicht werden, dass die Innenseite der Radiallagerhülse selbst bei extremen Betriebsbedingungen vergleichsweise wenig deformiert wird, so dass der Gasspalt äusserst konstant bleibt. Ins ^¬ besondere können keine Verkippungen mehrerer Lagersegmente und auch keine weiteren der oben erläuterten Nachteile auftreten, so wie es bei mehreren der oben genannten Dokumente des Standes der Technik passieren kann.

Erfindungsgemäss weist die Lagerbaugruppe einen die Welle la ^¬ gernden ersten Bereich und einen vom Gehäuse gehaltenen oder am oder im Gehäuse integrierten dritten Bereich auf, wobei die Lagerbaugruppe einen den ersten Bereich mit dem dritten Bereich verbindenden zweiten Bereich aufweist, der zumindest aufgrund seiner Formgebung und/oder aufgrund einer Formgebung des ersten Bereichs elastischer ausgebildet ist als der erste Bereich. Der innere Bereich kann die oben erwähnte Lagerfläche enthalten, in ^¬ nerhalb deren die Welle gelagert ist.

Die genannte Formgebung des zweiten Bereichs kann beispielsweise durch eine geometrische Materialschwächung des zweiten Bereichs erreicht werden. Eine solche geometrische Materialschwächung kann etwa durch mindestens eine in axialer Richtung gebildete Vertiefung oder mindestens eine die Lagerbaugruppe durchdringen ^¬ de Öffnung gebildet sein. Die Vertiefung kann beispielsweise durch eine lasergesinterte Struktur, eine Bohrung, einen Axial ^¬ einstich, eine Laserstruktur, eine Giessrippe und/oder eine gefräste Niere gebildet sein. Beispielsweise kann die Vertiefung oder Öffnung in einem unten noch im Detail erläuterten Distanzflansch gebildet sein, beispielsweise in einem äusseren Abschnitt eines solchen Distanzflansches. Es können auch mehrere Öffnungen vorhanden sein, die dann bevorzugt in Umfangsrichtung gleichmässig um die Rotationsachse verteilt sind. Die Formgebung kann auch durch ein weiter unten noch im Detail beschriebenes Federelement erreicht werden.

Alternativ kann eine Materialschwächung durch eine Kombination verschiedener Materialien und/oder eine Kombination an sich gleicher Materialien mit verschiedenen Eigenschaften erreicht werden. Verschiedene Metalle können zu einem Bimetall zusammen ^¬ gefügt sein. Eine Materialschwächung kann auch durch eine Mischung von zwei oder mehr Materialien, insbesondere von zwei o- der mehr Metallen, erreicht werden. An sich gleiche Materialien mit verschiedenen Eigenschaften können beispielsweise durch verschiedene Arten der Herstellung und/oder Bearbeitung erhalten werden, etwa durch Weichglühen, Schäumen und/oder Lasersintern.

Alternativ oder zusätzlich kann der erste Bereich der Lagerbaugruppe aufgrund seiner Formgebung weniger elastisch ausgebildet sein als der zweite Bereich. Dies kann beispielsweise durch mindestens eine Verstärkung des ersten Bereichs erreicht werden. Derartige Verstärkungen können direkt am ersten Bereich angeformt sein. Beispielsweise kann am ersten Bereich mindestens ei ^¬ ne Rippe angeformt sein. Bei dem ersten Bereich kann es sich insbesondere um ein Gussteil handeln. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Verstärkung am ersten Bereich befestigt sein, beispielsweise aufgeklebt, angeschweisst , angelötet oder angeschraubt .

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung kann der zwischen Lagerbaugruppe und Welle gebildete Gasspalt selbst bei hohen Rota ^¬ tionsgeschwindigkeiten und/oder hohen Temperaturen und/oder hohen Temperaturunterschieden und/oder weiteren insbesondere variablen Betriebseinflüssen, wie beispielsweise variablen Gasdrücken oder Fliehkräften, sehr konstant bleiben. Das Rotationssystem kann also auch unter diesen Bedingungen betrieben werden, ohne dass das Risiko einer übermässigen Verformung des Gasspal ^¬ tes entsteht. Denn der Teil der Lagerbaugruppe, der die Welle lagert, kann dann insgesamt eher starr ausgebildet sein, so dass beispielsweise die Lagerfläche der Lagerbaugruppe auch bei einem Verzug des Gehäuses vergleichsweise rund und zylindrisch bleibt. Durch seine relativ elastischere Ausbildung erlaubt der zweite Bereich insgesamt ein gewisses Spiel des ersten Bereichs gegen ^¬ über dem sich verziehenden Gehäuse.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Radiallagerhülse einstü ^¬ ckig ausgebildet ist. Hierdurch können noch effektiver Deformationen der Innenseite der Radiallagerhülse verhindert werden und somit der Gasspalt konstant gehalten werden.

Es ist zweckmässig, dass der zweite Bereich der Lagerbaugruppe zumindest aufgrund seiner Formgebung und/oder aufgrund der Formgebung ihres ersten Bereichs in radialer Richtung elastischer ausgebildet ist als der erste Bereich. Hierdurch können die Rundheit und die Zylindrizität von Welle und erstem Bereich der Lagerbaugruppe erhöht werden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn der zweite Bereich der Lagerbaugruppe zumindest aufgrund seiner Formgebung und/oder aufgrund der Formgebung ihres ersten Bereichs in axialer Richtung elastischer ausgebildet ist als der erste Bereich. Hierdurch kann das Risiko reduziert werden, dass der erste Bereich der Lagerbaugruppe, der die Welle lagert, ge ^¬ genüber der Rotationsache verkippt wird.

Um die erfindungsgemässe Eigenschaft, dass der zweite Bereich der Lagerbaugruppe elastischer ist als ihr erster Bereich, weiter zu unterstützen, kann der zweite Bereich der Lagerbaugruppe aus einem an sich elastischeren Material bestehen als ihr erster Bereich .

In einigen Ausführungsformen bildet der erste Bereich einen radial inneren Bereich der Lagerbaugruppe, der zweite Bereich bil ^¬ det einen radial mittleren Bereich der Lagerbaugruppe, und der dritte Bereich bildet einen radial äusseren Bereich der Lagerbaugruppe. Der zweite Bereich befindet sich also in radialer Richtung ausserhalb des ersten Bereichs, und der dritte Bereich befindet sich in radialer Richtung ausserhalb des zweiten Bereichs .

In anderen erfindungsgemässen Ausführungsformen kann sich beispielsweise der zweite Bereich der Lagerbaugruppe in axialer Richtung vom dritten Bereich der Lagerbaugruppe erstrecken. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen kleineren Bauraum aus, insbesondere in axialer Richtung.

Der zweite Bereich der Lagerbaugruppe kann auch zumindest auf ^¬ grund seiner Formgebung und/oder aufgrund der Formgebung ihres dritten Bereichs elastischer ausgebildet sein als ihr dritter Bereich. Auf diese Weise kann die Lagerbaugruppe stabiler am Ge ^¬ häuse angebunden werden. In einer möglichen Variante kann der zweite Bereich der Lagerbaugruppe aufgrund einer Befestigung am Gehäuse elastischer ausgebildet sein als der dritte Bereich. In dieser Variante kann der dritte Bereich an sich elastischer sein als der zweite Bereich, sofern die Befestigung diese Elastizität soweit herab ^¬ setzt, dass der zweite Bereich elastischer ist als der dritte Bereich .

An ihrer Aussenseite kann die Radiallagerhülse mindestens eine Kühlstruktur aufweisen, mit deren Hilfe die Radiallagerhülse ge ^¬ kühlt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Radiallagerhülse an ihrer Aussenseite mindestens eine Vertiefung, wie beispielsweise eine Kerbe oder eine Einfräsung, und/oder mindes ^¬ tens einen Vorsprung aufweisen, wie beispielsweise einen Steg, der zum Beispiel in Umfangsrichtung verlaufen kann. Hierdurch kann eine Gasströmung an der Aussenseite der Radiallagerhülse beeinflusst werden.

Der zweite Bereich der Lagerbaugruppe kann durch einen inneren Abschnitt eines Distanzflansches gebildet sein, mit dem der ers ^¬ te Bereich der Lagerbaugruppe, insbesondere die oben beschriebe ^¬ ne Radiallagerhülse, verbunden ist. Insbesondere kann der innere Abschnitt des Distanzflansches am ersten Bereich der Lagerbau ^¬ gruppe, insbesondere an der Radiallagerhülse, befestigt sein. Alternativ liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass der innere Abschnitt der Distanzscheibe mit dem ersten Bereich der La ^¬ gerbaugruppe, insbesondere mit der Radiallagerhülse, einstückig verbunden ist. Eine derartige einstückige Verbindung kann bei ^¬ spielsweise durch Lasersintern erreicht werden.

In bevorzugten Ausgestaltungen weist der innere Abschnitt des Distanzflansches mindestens ein Federelement auf, durch dessen Formgebung der zweite Bereich der Lagerbaugruppe elastischer ausgebildet ist als der erste Bereich der Lagerbaugruppe. Das Federelement kann mindestens einen sich transversal (also nicht parallel) zur radialen Richtung erstreckenden Federabschnitt des inneren Abschnitts des Distanzflansches enthalten. Der Federab ^¬ schnitt kann bezüglich der Rotationsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein, beispielsweise zylindermantelförmig oder ke- gelmantelförmig . Bevorzugt enthält das Federelement zwei sich transversal zur radialen Richtung erstreckende Federabschnitte, die sich in entgegengesetzten axialen Richtungen erstrecken. Auf diese Weise wird zwar der Bauraum in axialer Richtung vergrös- sert; es lässt sich jedoch ein grösserer Weg in radialer Richtung und folglich eine besonders grosse Elastizität in radialer Richtung erreichen.

Der genannte Federabschnitt kann in axialer Richtung über einen radial äusseren Abschnitt des Distanzflansches, der vom Gehäuse gehalten ist, hervorstehen. Alternativ kann der Federabschnitt in axialer Richtung gegenüber einem radial äusseren Abschnitt des Distanzflansches, der vom Gehäuse gehalten ist, zurückver ^¬ setzt sein. Beide Varianten sorgen auf baulich vergleichsweise einfache Weise für eine Elastizität des zweiten Bereichs, die erfindungsgemäss höher ist als die des ersten Bereichs.

Bevorzugt enthält der innere Abschnitt des Distanzflansches ei ^¬ nen hülsenförmigen Abschnitt, welcher in zumindest einem axialen Endbereich mit einem axialen Endbereich des Federabschnitts verbunden ist. Auch dies unterstützt die Elastizität des zweiten Bereichs der Lagerbaugruppe in vorteilhafter Weise.

Bevorzugt ist der hülsenförmige Abschnitt des Distanzflansches mit einer die Welle in radialer Richtung lagernden Radiallagerhülse einstückig ausgebildet oder damit verbunden, insbesondere mit einer wie oben beschriebenen Radiallagerhülse. Die genannte Verbindung kann beispielsweise erreicht werden durch eine

Schrumpfverbindung, eine Lötverbindung, eine Schweissverbindung, eine Klebeverbindung, eine Kunststoffgussverbindung, eine Rändelverbindung, eine Lasersinterverbindung, durch hydraulisches Aufpressen, durch eine Klemmverbindung, durch eine Kristallisationsverbindung, durch eine Polygonverbindung, durch eine Pressverbindung, durch eine Gewindeverbindung oder eine Kombination davon .

Vorzugsweise ist der dritte Bereich der Lagerbaugruppe durch ei ^¬ nen radial äusseren Abschnitt des Distanzflansches gebildet, der vom Gehäuse gehalten ist. Ein einstückiger Distanzflansch kann also zugleich den zweiten Bereich und den dritten Bereich der Lagerbaugruppe bilden.

Der zweite Bereich, insbesondere der innere Abschnitt des Dis ^¬ tanzflansches, kann derart ausgeformt sein, dass der erste Be ^¬ reich der Lagerbaugruppe, insbesondere eine Innenseite der Radi ^¬ allagerhülse, bei bestimmungsgemässen Betriebsbedingungen eine maximale radiale Verformung von 50 ym, bevorzugt 10 ym, beson ^¬ ders bevorzugt 1 ym aufweist. Bevorzugt wird diese maximale ra ^¬ diale Verformung bei keiner bestimmungsgemässen Betriebsbedingung überschritten. Die bestimmungsgemässen Betriebsbedingungen können beispielsweise einen Temperaturbereich von -50 °C bis 250 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^-1 bis 500' 000 min ^-1 umfassen, bevorzugt einen Temperaturbereich von -160 °C bis 600 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^-1 bis 1' 000' 000 min ^-1 , besonders bevorzugt sogar einen Temperaturbereich von -273,15 °C bis 3' 100 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^-1 bis

2' 500' 000 min ^"1 .

Die Lagerbaugruppe kann mindestens einen Kühlkanal aufweisen. Beispielsweise kann ein Kühlkanal im Distanzflansch vorhanden sein, der sich beispielsweise in radialer Richtung erstrecken oder wendeiförmig ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kühlkanal zwischen dem Federabschnitt und der Ra ^¬ diallagerhülse gebildet sein, insbesondere zwischen dem Federab ^¬ schnitt und dem hülsenförmigen Abschnitt. Dieser Kühlkanal kann sich beispielsweise in Umfangsrichtung erstrecken oder wendel- förmig ausgebildet sein. Mit Hilfe derartiger Kühlkanäle kann die Temperaturverteilung innerhalb des Rotationssystems einge ^¬ stellt werden. Dies kann einen weiteren Beitrag dazu leisten, dass der Gasspalt der Gaslagerung möglichst konstante Dimensio ^¬ nen behält. Besonders bevorzugt mündet ein im Distanzflansch ge ^¬ bildeter in radialer Richtung verlaufender Kühlkanal in einen sich zwischen dem Federabschnitt und der Radiallagerhülse in Um- fangsrichtung verlaufenden Kühlkanal ein. Auch in einer Radiallagerhülse und/oder im Gehäuse kann mindestens ein Kühlkanal vorgesehen sein.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Distanzflansch kann der zweite Bereich der Lagerbaugruppe die Form einer Hülse aufwei ^¬ sen. An einem ersten axialen Ende dieser Hülse kann in radialer Richtung nach innen ein erster Fortsatz angeformt sein, der eine Radiallagerhülse hält. An einem zweiten axialen Ende der Hülse, welches dem ersten axialen Ende gegenüberliegt, kann in radialer Richtung nach aussen ein zweiter Fortsatz angeformt sein, der den dritten Bereich der Lagerbaugruppe bildet und der vom Gehäu ^¬ se gehalten oder am oder im Gehäuse integriert ist. Diese Aus ^¬ führungsform zeichnet sich durch einen kleineren Bauraum aus, und zwar vor allem in axialer Richtung.

Die Bauteile der Lagerbaugruppe können verschiedene Materialen enthalten oder daraus bestehen, wie beispielsweise Keramik, Hartmetall (optional mit Chromstahl beschichtet, insbesondere nitriert) , Graphit, Titan, Chromstahl, Aluminium, Stahlwerkstof ^¬ fen, Nickelbasislegierungen (wie beispielsweise Inconel ^® ) oder Kunststoff, wie beispielsweise Polyimid (wie etwa Torion ^® ) , ins ^¬ besondere faserverstärkter Kunststoff, wie beispielsweise mit Kohlefasern verstärkter PEEK. Dabei ist es denkbar, dass die verschiedenen Bauteile ein und derselben Lagerbaugruppe verschiedene Materialien enthalten oder daraus bestehen. Bevorzugt besteht die Radiallagerhülse aus Keramik und/oder aus Hartme ^¬ tall .

Das erfindungsgemässe Rotationssystem kann eine insbesondere elektrisch angetriebene Strömungsmaschine sein, wie beispiels ^¬ weise ein Verdichter, insbesondere ein Turboverdichter, ein Motor oder ein Generator, eine Turbine, insbesondere ein Turboge ^¬ nerator oder ein Turbolader, ein Kupplungssystem (insbesondere eine Magnetkupplung) oder ein Schwungrad, insbesondere ein kine ^¬ tischer Speicher oder eine insbesondere gasangetriebene Turbine oder eine Kombination davon.

Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von mehreren Ausführungsformen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1: eine seitliche Schnittansicht durch einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemässen Rotationssystems;

Figur 2: eine perspektivische Ansicht des ersten erfindungs ^¬ gemässen Rotationssystems, jedoch ohne Welle;

Figur 3: eine Draufsicht in axialer Richtung auf das erste erfindungsgemässe Rotationssystem ohne Welle;

Figur 4: eine seitliche Schnittansicht des ersten erfindungs ^¬ gemässen Rotationssystems ohne Welle entlang der Schnittlinie A-A in Figur 3;

Figur 5: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines zweiten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 6: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines dritten erfindungsgemässen Rotationssystems ; Figur 7 : eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines vierten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 8: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines fünften erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 9: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines sechsten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 10: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines siebten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 11: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines achten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 12: eine schematische seitliche Schnittansicht einer La ^¬ gerbaugruppe eines neunten erfindungsgemässen Rotationssystems ;

Figur 13: eine seitliche Schnittansicht durch einen Ausschnitt eines zehnten erfindungsgemässen Rotationssystems.

Bei dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten ersten erfindungs- gemässen Rotationssystem 10 handelt es sich um einen Turboverdichter. Dieser Verdichter enthält ein Gehäuse 11, eine relativ zum Gehäuse rotierbare Welle 12 und eine Lagerbaugruppe 51, wel ^¬ che die Welle 12 relativ zum Gehäuse 11 durch eine radial Gasla ^¬ gerung lagert. An einem Ende der Welle 12 ist ein Verdichterrad 78 befestigt. Für die Gaslagerung sorgt ein Gasspalt, insbe ^¬ sondere ein Luftspalt, der zwischen der Welle 12 und einer unten noch im Detail beschriebenen Radiallagerhülse 55 gebildet ist. Die Lagerbaugruppe 51 enthält einen ersten, radial inneren Be ^¬ reich 52, der durch die Radiallagerhülse 55 gebildet ist und die Welle 12 lagert. Weiterhin enthält die Lagerbaugruppe 51 einen vom Gehäuse 11 gehaltenen dritten, radial äusseren Bereich 54. Ausserdem weist die Lagerbaugruppe 51 einen den ersten Be ^¬ reich 52 mit dem dritten Bereich 54 verbindenden zweiten, radial mittleren Bereich 53 auf.

Die Lagerbaugruppe 51 enthält einen Distanzflansch 56 mit einem inneren Abschnitt 57 und einem äusseren Abschnitt 58. Der innere Abschnitt 57 bildet den zweiten Bereich 53 der Lagerbaugrup ^¬ pe 51. Dieser innere Abschnitt 57 weist ein Federelement 59 auf, durch dessen Formgebung der zweite Bereich 53 der Lagerbaugruppe 51 elastischer ausgebildet ist als ihr erster Bereich 52 (also die Radiallagerhülse 55) . Im Detail enthält das Federele ^¬ ment 59 zwei sich in entgegengesetzten axialen Richtungen erstreckende zylindermantelförmige Federabschnitte 60. In axialer Richtung steht jeder der Federabschnitte 60 über den radial äusseren Abschnitt 58 des Distanzflansches 56 hervor. Der innere Abschnitt 57 des Distanzflansches 56 enthält ferner einen hül- senförmigen Abschnitt 63, welcher in zwei gegenüberliegenden axialen Endbereichen 64 mit jeweils einem axialen, kegelmantel- förmigen Endbereich 65 eines der Federabschnitte 60 verbunden ist. Unter anderem aufgrund dieser Struktur (und auch aufgrund der anhand der nachfolgenden Figuren 2 und 3 erläuterten Öffnungen) ist der zweite Bereich 53 der Lagerbaugruppe 51 (also der innere Abschnitt 57 des Distanzflansches 56) elastischer ausge ^¬ bildet als ihr erster Bereich 52 (also die Radiallagerhülse 55) .

An der Innenseite des hülsenförmigen Abschnitts 63 sind zwei in Umfangsrichtung verlaufende Stege 67 angeformt, die in axialer Richtung beabstandet und symmetrisch angeordnet sind. An diesen Stegen 67 ist der hülsenförmige Abschnitt 63 mit der Radialla ^¬ gerhülse 55 verbunden. Dies kann beispielsweise über eine Press- Verbindung erreicht werden. Alternativ ist es natürlich auch denkbar, dass an der Aussenseite der Radiallagerhülse 55 Stege angeformt sind, an denen die Radiallagerhülse 55 am hülsenförmi- gen Abschnitt 63 befestigt ist. Die Stege 67 erlauben eine ge ^¬ zielte umlaufende Einspannung der Radiallagerhülse 55. Die Auf ^¬ lageflächen, an denen die Stege 67 aufliegen, können umlaufende oder auch nur sektorweise unterbrochen sein. Die Auflageflächen erweitern den mittleren elastischen Bereich und begünstigen das Thermomanagement . Stege können innen oder aussen angebracht sein. Technisch sind die Lösungen recht gleichwertig, aber aus produktionstechnischer Hinsicht kann je nach Ausführung die eine oder andere Variante Vorteile bieten.

Die Radiallagerhülse 55 ist kreiszylindermantelförmig und damit rohrförmig ausgebildet. Die Innenseite der Radiallagerhülse 55 weist eine Lagerfläche 66 auf. Zwischen dieser Lagerfläche 66 und der Welle 12 ist der genannte Gasspalt gebildet, der für die Gaslagerung der Welle 12 innerhalb der Lagerfläche 66 sorgt.

Der zweite Bereich 53 der Lagerbaugruppe 51, also der innere Ab ^¬ schnitt 57 des Distanzflansches 56, ist in dieser erfindungsge- mässen Ausführungsform derart ausgeformt, dass die Innenseite der Radiallagerhülse 55 bei bestimmungsgemässen Betriebsbedingungen eine maximale radiale Verformung von 50 ym, bevorzugt 10 ym, besonders bevorzugt 1 ym aufweist. Bevorzugt wird diese maximale radiale Verformung bei keiner bestimmungsgemässen Betriebsbedingung überschritten. Die bestimmungsgemässen Betriebsbedingungen können beispielsweise einen Temperaturbereich von -50 °C bis 250 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^-1 bis 500' 000 min ^-1 umfassen, bevorzugt einen_Temperaturbereich von -160 °C bis 600 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^-1 bis 1' 000' 000 min ^-1 , besonders bevorzugt sogar einen Temperaturbe ^¬ reich von -273,15 °C bis 3' 100 °C und einen Drehzahlbereich von 1 min ^"1 bis 2' 500' 000 min ^"1 . Der Distanzflansch 56 besteht bevorzugt aus Aluminium, Stahl, Chromstahl, und die Radiallagerhülse 55 besteht bevorzugt aus Hartmetall, Keramik, beschichtetem Stahl, beschichtetem Titan oder Aluminium. Diese spezielle Materialkombination trägt (zusätzlich zu den Öffnungen und dem Federelement 59) auch dazu bei, dass der zweite Bereich 53 elastischer ist als der erste Bereich 52. Der zweite Bereich 53 ist aufgrund seiner Formgebung in diesem Ausführungsbeispiel auch elastischer ausgebildet als der dritte, äussere Bereich 54.

Der Distanzflansch 56 weist sechs Kühlkanäle 61 auf, die sich in radialer Richtung erstrecken, von denen in Figur 1 jedoch nur einer erkennbar ist. Weiterhin enthält die Lagerbaugruppe 51 zwischen dem Federabschnitt 60 und dem hülsenförmigen Abschnitt 33 einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kühlkanal 62, in den die sechs radialen Kühlkanäle 61 einmünden. Na ^¬ türlich kann auch eine andere Anzahl an Kühlkanälen 61 vorhanden sein .

Wie der perspektivischen Ansicht in Figur 2 zu entnehmen ist, weist der äussere Abschnitt 58 des Distanzflansches 56 sechs in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte Öffnungen 68 auf, die ihn in axialer Richtung durchdringen. Hierdurch erhält der äussere Abschnitt 58 des Distanzflansches 56 eine geometrische Material ^¬ schwächung. Diese spezielle Formgebung sorgt (zusätzlich zum Federelement 59) dafür, dass der zweite Bereich 53 der Lagerbau ^¬ gruppe 51 elastischer ausgebildet ist ihr erster Bereich 52.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den Turboverdichter 10 in axi ^¬ aler Richtung. Wie auch in Figur 2 ist die Welle hier nicht dargestellt. Zwischen jeweils zwei benachbarten Öffnungen 68 erstreckt sich einer der hier nicht erkennbaren radialen Kühlkanäle 61. Figur 4 ist eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie A-A in Figur 3, hier jedoch mit der Welle 12. Der Turboverdichter 10 enthält zwei in axialem Abstand angeordnete Lagerbaugruppen 51, die spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut sind.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform weist insgesamt den Vorteil einer vergleichsweise grossen Elastizität auf .

In den Figuren 5 bis 12 sind in schematischen seitlichen

Schnittansichten acht weitere Lagerbaugruppen erfindungsgemässer Rotationssysteme dargestellt.

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Figur 5 sind im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel keine Stege an der Innenseite des hülsenförmigen Abschnitts 63 gebildet, sondern an der Aussensei- te der Radiallagerhülse 55. Zudem enthält das Federelement 59 zwischen den Endbereichen 64 des hülsenförmigen Abschnitts 63 und den axialen Endbereichen 65 des Federabschnitts 60 zwei sich in radialer Richtung erstreckende Abschnitte 69. Zudem sind die Federabschnitte 60 hier nicht zylindermantelförmig, sondern ke- gelmantelförmig ausgebildet.

In Figur 6 enthält die Radiallagerhülse 55 einen sich in Um- fangsrichtung erstreckenden Kühlkanal 79, mittels dessen die Radiallagerhülse 55 und ein benachbarter Bereich der Welle 12 ge ^¬ kühlt werden können.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 7 sind am Distanz ^¬ flansch 56 zwei Kühlflansche 75 montiert, welche zusammen mit je einer axialen Stirnfläche des Distanzflansches 56 einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kühlkanal 76 einschliessen . Hierdurch kann der Distanzflansch 56 gekühlt werden.

In der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform enthält das Gehäuse 11 enthält im Bereich der Distanzflansches 56 zwei im Um- fangsrichtung verlaufende Kühlkanäle 77, wodurch das Gehäuse 11 kühlbar ist.

Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen der in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Kühlstrukturen möglich. So ist beispielsweise ein sechstes Ausführungsbeispiel in Figur 9 ge ^¬ zeigt, welches eine Radiallagerhülse 15 mit einem Kühlkanal 79, einen sich in radialer Richtung im Distanzflansch 56 erstreckenden Kühlkanal 61, zwei am Distanzflansch 56 montierte Kühlflansche 75 und zwei im Gehäuse 11 verlaufende Kühlkanäle 77 auf ^¬ weist.

In Figur 10 enthält die Radiallagerhülse 55 nur einen einzigen Steg 67, der in axialer Richtung mittig angeordnet ist. Zwischen den zylindermantelförmigen Federabschnitten 60 und dem hülsen- förmigen Abschnitt 63 erstrecken sich vier kegelmantelförmige Abschnitte 70. Zwei axial äussere dieser kegelmantelförmigen Ab ^¬ schnitte 70 sind mit den Federabschnitten 60 verbunden, und zwei axial innere dieser kegelmantelförmigen Abschnitte 70 sind mit dem hülsenförmigen Abschnitt 63 verbunden. In einem axial mittleren Bereich zwischen den Federabschnitten 60 und dem hülsen- förmigen Abschnitt 63 sind je zwei der kegelmantelförmigen Abschnitte 70 in einem Verbindungsbereich 74 miteinander verbunden. Diese Verbindungsbereiche 74 sind in axialer Richtung ge ^¬ genüber den axialen Endbereichen 64, 65 des hülsenförmigen Abschnitts 63 und des Federabschnitts 60 zurückversetzt. Zwischen den Federabschnitten 60, dem hülsenförmigen Abschnitt 63 und dem kegelmantelförmigen Abschnitt 70 ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Kühlkanal 62 gebildet. Diese Ausführungsform erfordert in axialer Richtung weniger Bauraum und kann verwendet werden, wenn in radialer Richtung mehr Freiraum besteht.

In Figur 11 sind anstelle der kegelmantelförmigen Abschnitte 70 der Figur 10 zwei gebogene Abschnitte 80 vorhanden, die sich zwischen den zylindermantelförmigen Federabschnitten 60 und dem hülsenförmigen Abschnitt 63 erstrecken. Auch hierdurch ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Kühlkanal 62 gebildet. Diese Ausführungsform erfordert ebenfalls in axialer Richtung weniger Bauraum und kann verwendet werden, wenn in radialer Richtung mehr Freiraum besteht.

Figur 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier sind Ste ^¬ ge 67 an der Aussenseite der Radiallagerhülse 55 angeformt, die sich jeweils an den axialen Enden befinden. Hier ist ein Federabschnitt 60 in axialer Richtung gegenüber einem radial äusseren Abschnitt 58 des Distanzflansches 56 zurückversetzt. Diese Aus ^¬ führungsform bietet deutlich mehr Platz für die Kühlkanäle, was zur Reduktion von Druckverlusten vorteilhaft ist.

In Figur 13 ist eine seitliche Schnittansicht durch einen Aus ^¬ schnitt eines zehnten erfindungsgemässen Rotationssystems 10 wi ^¬ dergegeben. Dieses Ausführungsbeispiel enthält im Gegensatz zu den oben beschriebenen keinen Distanzflansch. Stattdessen weist der zweite Bereich 53 der Lagerbaugruppe 51 hier die Form einer Hülse auf. An einem ersten axialen Ende dieser Hülse 53 ist in radialer Richtung nach innen ein erster Fortsatz 73 angeformt, der eine Radiallagerhülse 55 hält. An einem zweiten axialen En ^¬ de 72 der Hülse 53, welches dem ersten axialen Ende 71 gegenüberliegt, ist in radialer Richtung nach aussen ein zweiter Fortsatz 81 angeformt, der einen dritten Bereich 54 der Lagerbaugruppe 51 bildet und der vom Gehäuse 11 gehalten ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen kleineren Bauraum aus, und zwar vor allem in axialer Richtung.