Titel

Radiallager für Strömungsmaschinen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radiallager, vorzugsweise zur Verwendung in einer Strömungsmaschine, insbesondere ohne Verwendung von Schmierstof fen.

Stand der Technik

Ungeschmierte Radiallager sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispiels weise ein als Radiallager ausgeführtes Folienlager aus der Offenlegungsschrift DE 33 31 503 Al. Das bekannte Radiallager weist eine Lagerfolie zur Lagerung einer Welle auf. Das Radiallager weist weiterhin zumindest eine die Lagerfolie radial umgebende Zwischenfolie mit elastischen Eigenschaften auf.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Radiallager ist demgegenüber einfacher in einem Ge häuse zu montieren.

Dazu ist das Radiallager als Folienlager ausgeführt. Das Radiallager weist eine Lagerfolie zur Lagerung einer Welle auf. Das Radiallager weist weiterhin zumin dest eine die Lagerfolie radial umgebende Zwischenfolie mit elastischen Eigen schaften auf. Das Radiallager weist zwei Lagerschalen auf, welche - vorzugs weise mittels Sprödbruch - passgenau zueinander positionierbar sind. Die zwei Lagerschalen sind die zumindest eine Zwischenfolie radial umgebend angeord net. Die beiden Lagerschalen wurden dazu vorher mitels Sprödbruch aus einem zy lindrischen Lagerring bzw. einer Lagerbüchse hergestellt, oder anderweitig zuei nander passgenau gefertigt. Dies kann durch einteilige Fertigung der beiden La gerschalen und anschließender Trennung durch beispielsweise Sprödbruch oder Laserschneiden erfolgen, oder durch zweiteilige Fertigung der beiden Lagerscha len mit entsprechend passgenauen Trennstellen, beispielsweise mit Feder-Nut- Verbindungen. Dadurch ist das Radiallager radial montierbar, indem beispiels weise die beiden Lagerbüchsen in ein Gehäuse eingesetzt bzw. eingepresst wer den. Dadurch wird die Konstruktion der umliegenden Komponenten freier; bei spielsweise können die Durchmesser der einzelnen Wellenabschnite der Welle deutlich variabler ausgeführt werden.

In vorteilhaften Ausführungen weisen die zwei Lagerschalen jeweils zwei resultie rende Trennstellen auf, welche annähernd in einer Ebene verlaufen, wobei auch eine Achse des Radiallagers in der Ebene liegt. Dadurch verläuft jede der beiden Lagerschalen um etwa 180° des Umfangs des Radiallagers, so dass die Lager schalen besonders einfach montiert werden können. Es ist somit während der Montage der Lagerschalen keine Deformation der Zwischenfolie notwendig. Vor zugsweise resultieren die beiden Trennstellen dabei aus dem Sprödbruch.

In vorteilhaften Weiterbildungen weist das Radiallager genau eine Lagerfolie auf, welche in tangentialer Richtung aufbiegbar ist. Die Lagerfolie ist aufbiegbar, und zwar bis zu mindestens einem Durchmesser der Welle, so dass auch die Lager folie radial montierbar ist. Alternativ kann die Lagerfolie zunächst auch im We sentlichen eben ausgeführt sein; die Lagerfolie wird dann bei der Montage des Radiallagers um die Welle herumgebogen und anschließend mit den Lagerscha len verstärkt, so dass sich schließlich eine zylindrische Form der Lagerfolie ergibt. Das Radiallager hat somit lediglich eine Lagerfläche für die Lagerung der Welle, so dass die Toleranzen in der Lagerfläche reduziert sind.

Ein vorteilhaftes Montageverfahren eines derartigen Radiallagers zeichnet sich durch folgende Verfahrensschrite aus: Zunächst wird die Lagerfolie mitels einer Montagekraft aufgebogen, um die Welle in radialer Richtung einsetzen so kön nen bzw. um das Radiallager um die Welle positionieren zu können. Anschlie ßend wird die zumindest eine Zwischenfolie die Lagerfolie radial umgebend an geordnet; vorzugsweise weist das Radiallager dabei mehrere Zwischenfolien auf. Schließlich werden die beiden - vorzugsweise gebrochenen - Lagerschalen ra dial auf die Zwischenfolien aufgesetzt.

Ein alternatives Montageverfahren weist die Lagerfolie zunächst in im Wesentli chen ebener Form auf. Die im Wesentlichen ebene Lagerfolie wird mittels einer Montagekraft um die Welle gebogen. Anschließend wird die zumindest eine Zwi schenfolie die Lagerfolie radial umgebend angeordnet; vorzugsweise weist das Radiallager dabei mehrere Zwischenfolien auf. Schließlich werden die zwei La gerschalen radial auf die zumindest eine Zwischenfolie aufgesetzt. Die Zwischen folien können auch zunächst innerhalb der beiden Lagerschalen angeordnet wer den und anschließend unter Umbiegung der Lagerfolie mittels der Montagekraft auf die Welle aufgesetzt werden. Vorzugsweise werden die Zwischenfolien und die Lagerfolie zur Fixierung in die beiden Lagerschalen bzw. in eine Lagerschale eingeschweißt.

Diese Montageverfahren erlauben auch eine vergleichsweise einfache Instand haltung. Beispielsweise kann ein Gehäuse analog aus zwei Gehäusehälften be stehen; durch das Abnehmen einer Gehäusehälfte können dann alle Komponen ten innerhalb des Gehäuses gewartet werden. Insbesondere bei Strömungsma schinen, welche als Arbeitsmedium Umgebungsluft verwenden, und unge- schmierten Radiallagern ist dies von Vorteil, da auf eine aufwändige medien dichte Abdichtung des Gehäuses verzichtet werden kann.

Die Zwischenfolien verleihen dem Radiallager die notwendigen Dämpfungseigen schaften, so dass Toleranzen und Unwuchten bzw. Abweichungen vom Rundlauf ausgeglichen bzw. gedämpft werden können. Insbesondere bei fehlendem Schmierstoff ist dies vorteilhaft, da so der Verschleiß des Radiallagers und der Welle minimiert werden kann, weil der Aufbau des gasförmigen Arbeitsmediums im Spalt zwischen der Welle und der Lagerfolie dadurch unterstützt wird, so dass das Radiallager berührungslos läuft. In vorteilhaften Weiterbildungen weist das Radiallager zwei bis vier Zwischenfolien auf, die analog zu den Lagerschalen ra dial ohne Aufbiegung montiert werden können.

In vorteilhaften Verwendungen ist das Radiallager in einer Strömungsmaschine angeordnet, insbesondere ohne Verwendung von geeigneten Schmiermitteln. Dazu weist die Strömungsmaschine ein Gehäuse auf, wobei in dem Gehäuse eine Welle, ein Läuferrad, ein Rotor und ein Stator angeordnet sind. Das Läufer rad und der Rotor sind fest mit der Welle verbunden. Die Welle ist mittels zweier Lager drehbar in dem Gehäuse gelagert. Die beiden Lager sind als Radiallager nach einer der oben beschriebenen Ausführungen gestaltet. Optional kann die Strömungsmaschine zusätzlich ein oder mehrere Axiallager aufweisen.

Die Strömungsmaschine kann dabei insbesondere als Verdichter von Gas, bei spielsweise Luft, eingesetzt werden, da die Radiallager für luftgeschmierte, also ungeschmierte, Anwendungen besonders gut geeignet sind. Der Rotor und der Stator wirken dabei in bekannter Weise als Elektromotor zusammen. Jedoch sind auch Anwendungen denkbar, in welchen der Rotor und der Stator einen Genera tor bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Strömungsmaschine im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Radiallager, wobei nur die wesentlichen Berei che dargestellt sind.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig.l ist schematisch eine elektrisch angetriebene Strömungsmaschine 1 im Längsschnitt gezeigt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Strömungsmaschine 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 9, wobei die einzelnen Gehäuseteile miteinander verschraubt sind. In dem Gehäuse 9 ist eine Welle 2 drehbar angeordnet. Auf der Welle 2 ist ein Läuferrad 3 angeordnet und in Rotati onsrichtung fest mit dieser verbunden. Die Strömungsmaschine 1 ist als Kom pressor ausgeführt, so dass das Läuferrad 3 als Verdichter ausgeführt ist.

Mit der Welle 2 ist weiterhin ein Rotor 4 fest verbunden, der somit bei Rotation der Welle 2 in gleicher Weise rotiert. Den Rotor 4 radial umgebend ist ein Stator 5 starr in dem Gehäuse 9 angeordnet. Bei Bestromung des Stators 5 wirkt dieser mit dem Rotor 4 in bekannter Weise als Elektromotor zusammen.

Die Welle 2 ist mittels zweier Radiallager 10 innerhalb des Gehäuses 9 rotierbar gelagert. Vorteilhafterweise sind die beiden Radiallager 10 dabei zu beiden En den des Rotors 4 angeordnet. Eines der Radiallager 10 ist demzufolge in axialer Richtung betrachtet zwischen dem Läuferrad 3 und dem Rotor 4 angeordnet.

In alternativen Ausführungen kann das Läuferrad 3 auch als Turbine und Rotor 4 und Stator 5 dementsprechend als Generator betrieben werden.

Fig.2 zeigt ein erfindungsgemäßes Radiallager 10, welches die Welle 2 in dem Gehäuse 9 gleitend lagert. Das Radiallager 10 ist als Folienlager ausgeführt und weist zwei Lagerschalen 11 und zwei Zwischenfolien 12 auf, von welchen jeweils nur eine abgebildet ist. Weiterhin weist das Radiallager 10 eine Lagerfolie 13 auf.

Erfindungsgemäß sind die beiden Lagerschalen 11 in bevorzugten Ausführungen gecrackt bzw. gebrochen. Das heißt aus einem zylindrischen Lagerring werden zwei Lagerschalen 11 durch Sprödbruch gebrochen. Dadurch entstehen an jeder Lagerschale 11 zwei Trennstellen 14, die passgenau zur entsprechenden Trenn stelle 14 der anderen Lagerschale 11 passen. Alternativ können die beiden Trennstellen 14 auch anderweitig passgenau gefertigt werden. Die beiden Lager schalen 11 sind in das Gehäuse 9 der Strömungsmaschine 1 einsetzbar, bei spielsweise einpressbar oder mittels einer Schraubanordnung verspannbar.

Bei der Montage des Radiallagers 10 wird die Lagerfolie 13 so weit elastisch auf gebogen, dass die Welle 2 radial in die Lagerhälfte bzw. in eine Lagerschale 11 mit einer Zwischenfolie 12 und der aufgebogenen Lagerfolie 13 eingelegt werden kann. Alternativ kann die Lagerfolie 13 auch zunächst im Wesentlichen eben ausgeführt sein und anschließend um die Welle 2 herum gebogen werden. Dazu ist die Lagerfolie 13 nicht komplett umlaufend ausgeführt, sondern weist in tan gentialer Richtung ebenfalls eine Trennstelle 13b auf. Die Aufbiegung der Lager folie 13 erfolgt mittels einer Montagekraft 13a, welche vorzugsweise in tangentia ler Richtung erfolgt. Das Umbiegen einer zunächst ebenen Lagerfolie 13 würde dementsprechend mit einer Montagekraft erfolgen, welche entgegengerichtet zu dem Pfeil 13a ist. Anschließend wird das Radiallager 10 mit der zweiten Lager hälfte, also mit der zweiten Lagerschale 11 und der zweiten Zwischenfolie 12, komplettiert. Dabei sorgen die - vorzugsweise gecrackten - Trennstellen 14 mit ihrer durch den Sprödbruch entstandenen Struktur für die exakte Positionierung der Lagerhälften bzw. Lagerschalen 11 zueinander. Zwischenfolie 12 und Lager folie 13 können dabei mit einer der Lagerschalen 11 verschweißt werden, oder anderweitig in den beiden Lagerschalen 11 fixiert werden.

Vorzugsweise sind die Lagerschalen 11 radial gegenüberliegend gebrochen bzw. getrennt, so dass beide Lagerschalen 11 jeweils um etwa 180° des Radiallagers 10 verlaufen. Die beiden Trennstellen 14 liegen dadurch annähernd in einer Ebene 15, wobei die Ebene 15 durch die Achse 16 des Radiallagers 10 bzw. der Welle 2 verläuft.

Die Zwischenfolien 12 bilden die elastische Struktur des Radiallagers 10 und können in alternativen Ausführungen auch andere Strukturen aufweisen, insbe sondere mehrteilig ausgeführt sein. Dabei ist wichtig, dass die Zwischenfolien 12 analog zu dem Radiallager 10 radial montiert werden können, das heißt entwe der im aufgebogenem Zustand montiert oder aber aufgesetzt werden können. Damit ist auch eine Vielzahl von Zwischenfolien 12 einsetzbar, welche in Um fangsrichtung aneinandergereiht werden.

Das erfindungsgemäße Radiallager 10 ist insbesondere für nichtgeschmierte La geranordnungen bzw. für gasförmige Arbeitsmedien geeignet, wie sie oft in Strö mungsmaschinen 1 verwendet werden. Das heißt im Betrieb bildet sich zwischen der Welle 2 und der Lagerfolie 13 kein tragfähiger Schmierfilm eines Schmiermit tels aus, sondern in diesen Spalt gelangt lediglich Umgebungsluft oder das gas förmige Arbeitsmedium. Das Arbeitsmedium bildet einen Fluidfilm aus, welcher als Schmiermittel wirkt, so dass das Radiallager 10 fluiddynamisch betrieben wird. Aufgrund der dämpfenden Wirkung der Zwischenfolien 12 ist das Radialla ger 10 weich genug gestaltet, um Vibrationen der Welle 2 dämpfen und Toleran zen ausgleichen zu können, so dass der Verschleiß von Welle 2 und Lagerfolie 13 minimiert ist, selbst bei zeitweisem Laufen im Mischreibungsbereich.

Insbesondere bei der Verwendung in einer Strömungsmaschine 1 weist das Ra diallager 10 folgende Vorteile auf:

Der Aufbau des Radiallagers 10 erlaubt eine radiale Montage des Radialla gers 10 auf die Welle 2. Durch die radiale Montage des Radiallagers 10 ist der Rotor 4 der Strö mungsmaschine 1 frei gestaltbar.

Durch die radiale Montage des Radiallagers 10 sind die Durchmesser der Welle 2 der Strömungsmaschine 1 frei gestaltbar; sie müssen nicht mehr zwangsläufig von innen nach außen kleiner werden.

Durch die radiale Montage des Radiallagers 10 sind auch radial montierbare Gehäuse 9 bzw. Gehäusehälften möglich, welche eine einfache Montage und Instandhaltung der Radiallager 10 und weiterer Komponenten erlauben.