DE102016216720A1 - bearing assembly - Google Patents
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Abstract
Eine Lagerungsanordnung (4) umfasst ein in einem Maschinengehäuse (2) mittels eines Rotativlagers (5) gelagertes Maschinenteil (3), wobei zwischen dem Maschinenteil (3) und dem Maschinengehäuse (2) ein Axialspalt (11) gebildet ist. Zur Regelung des Axialspaltes (11) ist eine Regelungsvorrichtung (6) vorgesehen, welche einen zur Verschiebung des Maschinenteils (3) relativ zum Maschinengehäuse (2) ausgebildeten Aktor (14) sowie eine die Breite (d) des Axialspaltes (11) erfassenden Sensor (12) umfasst.A bearing arrangement (4) comprises a machine part (3) mounted in a machine housing (2) by means of a rotary bearing (5), an axial gap (11) being formed between the machine part (3) and the machine housing (2). For controlling the axial gap (11), a control device (6) is provided, which has an actuator (14) designed to displace the machine part (3) relative to the machine housing (2) and a sensor (13) which detects the width (d) of the axial gap (11). 12).
Description
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für einen Schraubenkompressor geeignete Lagerungsanordnung, welche ein in einem Maschinengehäuse rotierbar gelagertes Maschinenteil umfasst, wobei zwischen diesem Maschinenteil und dem Maschinengehäuse ein Axialspalt gebildet ist. The invention relates to a particular suitable for a screw compressor bearing assembly comprising a rotatably mounted in a machine housing machine part, wherein between this machine part and the machine housing, an axial gap is formed.
Aus der
Verschiedene Ausgestaltungen von Schraubenkompressoren oder Schraubenvakuumpumpen sind zum Beispiel in den Dokumenten
Schraubenverdichter sind in der Kältetechnik sowie in den Bereichen industrielle Gase und Druckluft weit verbreitet. Je nach Ausgestaltung eines Schraubenverdichters kann dieser zur Erzeugung ölhaltiger oder ölfreier Druckluft geeignet sein. Im Fall der Erzeugung ölfreier Druckluft spielen Spalte, die zwischen rotierenden und feststehenden Teilen des Kompressors oder zwischen verschiedenen rotierenden Teilen des Kompressors gebildet sind, für die Effizienz des Schraubenkompressors eine maßgebliche Rolle. Die Spalte müssen einerseits groß genug sein, um ungewünschte Kontakte zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen, welche zur Beschädigung des Kompressors führen könnten, zu verhindern, und andererseits ausreichend klein dimensioniert sein, um zu Lasten der Effizienz gehende Strömungen durch die Spalte zu begrenzen. Screw compressors are widely used in refrigeration, industrial gases and compressed air. Depending on the design of a screw compressor this may be suitable for producing oil-containing or oil-free compressed air. In the case of producing oil-free compressed air, gaps formed between rotating and stationary parts of the compressor or between different rotating parts of the compressor play a significant role in the efficiency of the screw compressor. On the one hand, the gaps must be large enough to prevent undesired contacts between relatively moving parts which could damage the compressor, and on the other hand be sufficiently small to limit the efficiency of the flow through the gaps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lagerungsanordnung gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich des Zielkonfliktes, was Spaltbreiten zwischen relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen betrifft, weiterzuentwickeln.The invention is based on the object, a storage arrangement over the cited prior art with respect to the conflict of goals, which relates gap widths between relatively movable machine parts, further develop.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagerungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Lagerungsanordnung gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt die Lagerungsanordnung, und umgekehrt.This object is achieved by a storage arrangement with the features of
In an sich bekanntem Grundaufbau umfasst die Lagerungsanordnung ein in einem Maschinengehäuse rotativ gelagertes Maschinenteil, wobei zwischen dem Maschinenteil und dem Maschinengehäuse ein Axialspalt gebildet ist. Im Fall der Verwendung der Lagerungsanordnung in einem Schraubenkompressor handelt es sich bei dem rotierbaren Maschinenteil um einen Rotor des Kompressors. Unabhängig von dem Maschinentyp, in welchem die Lagerungsanordnung zum Einsatz kommt, umfasst diese eine zur Regelung des Axialspaltes vorgesehene Regelungsvorrichtung, wobei der mit Hilfe der Regelungsvorrichtung realisierte Regelungskreis einen zur axialen Verschiebung des Maschinenteils relativ zum Maschinengehäuse ausgebildeten Aktor sowie einen die Breite des Axialspaltes erfassenden Sensor umfasst.In known basic construction, the storage arrangement comprises a machine part rotatably mounted in a machine part, wherein between the machine part and the machine housing, an axial gap is formed. In the case of using the bearing assembly in a screw compressor, the rotatable machine part is a rotor of the compressor. Regardless of the type of machine in which the bearing assembly is used, this comprises a control device for controlling the axial gap, wherein the control circuit realized with the aid of the control device designed for axial displacement of the machine part relative to the machine housing actuator and a width of the axial gap detecting sensor includes.
Bei dem Sensor, welcher die Breite des Axialspaltes detektiert, kann es sich beispielsweise um einen induktiven Sensor oder um einen magnetostriktiven Sensor handeln. Außer Sensoren, welche zur Messung von Absolutwerten geeignet sind, kommen inkrementelle Wegesensoren für die Verwendung in der Lagerungsanordnung in Betracht. Beispielsweise ist ein magnetischer Sensor als inkrementeller Wegsensor verwendbar. Ein solcher magnetischer Sensor ist zusammengesetzt aus einem Magnetmaßstab und einem auf die magnetische Flussänderung ansprechenden Mehrspaltenlesekopf. Ebenso kann beispielsweise ein optischer Sensor als inkrementeller Wegsensor ausgebildet sein. Ein inkrementeller Wegsensor der Lagerungsanordnung ist vorzugsweise mit einem weiteren Sensor kombiniert, mit welchem eine Referenzposition detektierbar ist. The sensor which detects the width of the axial gap can be, for example, an inductive sensor or a magnetostrictive sensor. In addition to sensors suitable for measuring absolute values, incremental displacement sensors are contemplated for use in the bearing assembly. For example, a magnetic sensor can be used as an incremental displacement sensor. Such a magnetic sensor is composed of a magnetic scale and a magnetic flux change responsive multi-column readhead. Likewise, for example, an optical sensor may be formed as an incremental displacement sensor. An incremental displacement sensor of the bearing arrangement is preferably combined with a further sensor with which a reference position can be detected.
Induktive Sensoren sind für die Abstandsmessung von elektrisch leitfähigen Materialien wie Rotoren geeignet. Das Messverfahren beruht auf der Auswertung von induzierten Wirbelströmen. Diese Sensoren sind für Schraubenkompressoren hervorragend geeignet. Eine Auflösung von 0,1 µm ist bei hoher Wiederholgenauigkeit erzielbar.Inductive sensors are suitable for measuring the distance of electrically conductive materials such as rotors. The measurement method is based on the evaluation of induced eddy currents. These sensors are ideal for screw compressors. A resolution of 0.1 μm can be achieved with high repeatability.
Magnetostriktive Sensoren dienen zur Messung der Abstand zwischen zwei Punkten, im Fall eines Schraubenkompressors zwischen Rotor und Gehäuse. Der Sensor besteht aus einer fixen Basis, einem Wellenleiter, einem Permanentmagneten sowie einem Wandler, der die mechanische Schwingung in ein elektrisches Signal umsetzt. Als Ergebnis wird die Position des Rotors gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe der Magnetostriktion ermittelt.Magnetostrictive sensors are used to measure the distance between two points, in the case of a screw compressor between rotor and housing. The sensor consists of a fixed base, a waveguide, a permanent magnet and a transducer, which converts the mechanical vibration into an electrical signal. As a result, the position of the rotor relative to the housing is determined by means of magnetostriction.
Bei dem Aktor, welcher innerhalb der Regelungsvorrichtung zum Einsatz kommt, handelt es sich beispielsweise um einen Gewindetrieb. Dieser Gewindetrieb kann zum Beispiel als Kugelgewindetrieb oder als Rollengewindetrieb ausgeführt sein. Aufgrund der typischerweise geringen Stellwege des Aktors ist in der Regel ein Gewindetrieb ohne Rückführung der Wälzkörper, das heißt Kugeln beziehungsweise Rollen, ausreichend. Prinzipiell kann der Gewindetrieb des Aktors auch als Wälzgewindetrieb mit Wälzkörperrückführung ausgebildet sein. The actuator which is used within the control device is, for example, a screw drive. This screw can be designed for example as a ball screw or as a roller screw. Due to the typically small travel of the actuator usually a screw without returning the rolling elements, that is balls or rollers, sufficient. In principle, the screw drive of the actuator can also be designed as a roller screw drive with rolling element return.
Die Verwendung eines Planetenwälzgewindetrieb als Getriebe innerhalb des Aktors hat den Vorteil eines besonders hohen Übersetzungsverhältnisses. Unabhängig von der Getriebebauart des Aktors ist dieser vorzugsweise als elektromechanischer Aktor ausgebildet. Grundsätzlich sind auch sonstige Bauarten von Aktoren, zum Beispiel hydraulische oder pneumatische Aktoren, für die Verwendung innerhalb der Regelungsvorrichtung der Lagerungsanordnung geeignet. The use of a Planetenwälzgewindetrieb as a transmission within the actuator has the advantage of a particularly high gear ratio. Regardless of the type of transmission of the actuator this is preferably designed as an electromechanical actuator. In principle, other types of actuators, for example, hydraulic or pneumatic actuators, suitable for use within the control device of the storage arrangement.
Die Regelungsvorrichtung der Lagerungsanordnung ist grundsätzlich mit jeglicher Art von rotativer Lagerung kombinierbar. Beispielsweise handelt es sich bei der Lagerung um eine Wälzlagerung des Maschinenteils. Ebenso kann das Maschinenteil mittels einer Gleitlagerung im Maschinengehäuse gelagert sein. The control device of the storage arrangement can basically be combined with any type of rotary storage. For example, the storage is a roller bearing of the machine part. Likewise, the machine part can be mounted by means of a sliding bearing in the machine housing.
Der Sensor, welcher die axiale Positionierung des Maschinenteils relativ zum Maschinengehäuse detektiert, misst gemäß einer möglichen Ausgestaltung unmittelbar die Breite des Axialspaltes zwischen dem Maschinenteil und dem Maschinengehäuse. Alternativ kann der Sensor an beliebiger anderer Stelle die Positionierung des rotierbar gelagerten Maschinenteils relativ zum Maschinengehäuse erfassen.The sensor, which detects the axial positioning of the machine part relative to the machine housing, measures according to a possible embodiment directly the width of the axial gap between the machine part and the machine housing. Alternatively, the sensor can detect at any other location the positioning of the rotatably mounted machine part relative to the machine housing.
Die Regelungsvorrichtung ist in bevorzugter Ausgestaltung in der Lage, zu jedem beliebigen Zeitpunkt des bestimmungsgemäßen Betriebs der Maschine die Breite des Axialspaltes zu regeln. Handelt es sich bei der Maschine um einen Schraubenkompressor, so ist die vom Aktor erzeugte Kraft ausreichend, um das rotierbar gelagerte Maschinenteil, das heißt den Rotor, gegen durch Gasdruck erzeugte Kräfte innerhalb der Maschine in Axialrichtung zu verschieben. The control device is in a preferred embodiment in a position to regulate the width of the axial gap at any time of normal operation of the machine. If the machine is a screw compressor, the force generated by the actuator is sufficient to axially displace the rotatably mounted machine part, that is the rotor, against forces generated by gas pressure inside the machine.
Die Breite des Axialspaltes, welcher mit Hilfe der Regelungsvorrichtung auf einen zumindest annähernd konstanten Wert geregelt wird, ist von der Bauart und Dimensionierung der Maschine, insbesondere des Kompressors, abhängig. Beispielsweise wird die Breite des Axialspaltes auf einen Wert von mindestens 40 µm und maximal 400 µm geregelt.The width of the axial gap, which is regulated with the aid of the control device to an at least approximately constant value, depends on the design and dimensioning of the machine, in particular of the compressor. For example, the width of the axial gap is regulated to a value of at least 40 μm and a maximum of 400 μm.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
Ein in den
Der Rotor
Die Wälzlagerung
Eine mit
Zur Erfassung der Breite d des Axialspaltes
Eine solche weitere solche Komponente der Regelungsvorrichtung
In
Im Verfahrensschritt V1 wird der Istwert IW mit Hilfe des Sensors
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schraubenkompressor screw compressor
- 22
- Maschinengehäuse machine housing
- 33
- Maschinenteil, Rotor Machine part, rotor
- 44
- Lagerungsanordnung bearing assembly
- 55
- Wälzlagerung, Rotativlager Rolling bearings, Rotativlager
- 66
- Regelungsvorrichtung control device
- 77
- Kugellager ball-bearing
- 88th
- Zylinderrolle cylindrical roller
- 99
- Stirnfläche des Rotors Face of the rotor
- 1010
- Stirnfläche des Maschinengehäuses Face of the machine housing
- 1111
- Axialspalt axial gap
- 1212
- Sensor sensor
- 1313
- Kabel electric wire
- 1414
- Aktor actuator
- 1515
- Gewindespindel screw
- ASAS
- äußere Störung external disturbance
- dd
- Breite des Axialspaltes Width of the axial gap
- IWIW
- Istwert actual value
- RR
- Rotationsachse axis of rotation
- SWSW
- Sollwert setpoint
- V1...V3V1 ... V3
- Verfahrensschritte steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 4111110 C3 [0003] DE 4111110 C3 [0003]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |