DE102017203389A1

DE102017203389A1 - Radiallager für Strömungsmaschinen

Info

Publication number: DE102017203389A1
Application number: DE102017203389.4A
Authority: DE
Inventors: Vadim Kuzovich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-06
Also published as: WO2018158079A1

Abstract

Radiallager (10), insbesondere für eine Strömungsmaschine (1), wobei das Radiallager (10) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Das Radiallager (10) umfasst eine äußere Basishülse (11) zur Anordnung in einem Gehäuse (9). Das Radiallager (10) umfasst weiterhin eine innere Lagerschicht (14) zur Lagerung einer Welle (2). Zwischen der Basishülse (11) und der Lagerschicht (14) sind konzentrisch zumindest zwei Dämpfungsschichten (13) und zumindest eine Stützhülse (12) einander abwechselnd angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radiallager für eine Strömungsmaschine, insbesondere ohne Verwendung von Schmierstoffen.
Stand der Technik
Ungeschmierte Radiallager sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise ein als Radiallager ausgeführtes Folienlager aus der Offenlegungsschrift DE 33 31 503 A1 . Das bekannte Radiallager weist eine Folie als Lagerschicht zur Lagerung einer Welle auf, wobei die Folie mehrfach über den Umfang der Folie gewickelt ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Radiallager weist demgegenüber eine verbesserte Dämpfung, insbesondere bei hochdrehenden Wellen von Strömungsmaschinen auf.
Dazu ist das Radiallager im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfasst eine äußere Basishülse zur Anordnung in einem Gehäuse. Das Radiallager umfasst weiterhin eine innere Lagerschicht zur Lagerung einer Welle. Zwischen der Basishülse und der Lagerschicht sind konzentrisch zumindest zwei Dämpfungsschichten und zumindest eine Stützhülse einander abwechselnd angeordnet.
Die Dämpfungsschichten, welche vorzugsweise aus einem Elastomer bestehen, verleihen dem Radiallager die notwendigen Dämpfungseigenschaften, 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.
In vorteilhaften Ausführungen besteht die zumindest eine Stützhülse aus einem Metall. Dies verleiht dem Radiallager die notwendige Stabilität.
Vorzugsweise ist also der Elastizitätsmodul der zumindest einen Stützhülse deutlich größer als der Elastizitätsmodul der zumindest zwei Dämpfungsschichten. Dadurch sind die Dämpfungsschichten vergleichsweise nachgiebig gestaltet.
Vorteilhafterweise haben die Dämpfungsschichten jeweils eine größere Dicke als die Stützhülsen. Dadurch haben die Dämpfungsschichten eine vergleichsweise große Gesamtdicke, so dass durch ihr federndes Verhalten auch ein vergleichsweise großer Dämpfungsweg vorhanden ist. Demzufolge können vergleichsweise starke Vibrationen der Welle gedämpft werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen besteht die Lagerschicht aus einer Metallfolie. Damit ist die Kontaktfläche des Radiallagers zur Welle aufgrund ihrer geringen Wandstärke sehr flexibel gestaltet. Dennoch hat die Lagerschicht auch eine hohe Festigkeit, so dass etwaige Partikel in den Laufflächen nicht zu einem sofortigen Verschleiß führen.
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 Läuferrad 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.
Die Strömungsmaschine kann dabei insbesondere als Verdichter von Gas, beispielsweise 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 Generator bilden.
Figurenliste
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 schematisch eine Strömungsmaschine im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
2 einen Schnitt durch ein Radiallager, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 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 Rotationsrichtung fest mit dieser verbunden. Die Strömungsmaschine 1 ist als Kompressor 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 Enden 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.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Radiallager 10, welches die Welle 2 in dem Gehäuse 9 gleitend lagert. Das Radiallager 10 umfasst eine äußere Basishülse 11, die mit dem Gehäuse 9 verbunden, beispielsweise in dieses eingepresst ist. Das Radiallager 10 umfasst weiterhin einen oder mehrere Stützhülsen 12, welche dem Radiallager 10 eine gewisse Steifigkeit verleihen und konzentrisch innerhalb der Basishülse 11 angeordnet sind. Das Radiallager umfasst weiterhin mehrere Dämpfungsschichten 13, die vorzugsweise aus einem weicheren Material als die Stützhülsen 12 ausgeführt sind und Vibrationen der Welle 2 dämpfen. Die Dämpfungsschichten 13 sind dabei mit den Stützhülsen 12 einander abwechselnd angeordnet, so dass zwischen zwei Dämpfungsschichten 13 immer eine Stützhülse 12 angeordnet ist. An seinem inneren Durchmesser weist das Radiallager 10 eine Lagerschicht 14 auf, die beispielsweis als Metallfolie ausgeführt sein kann.
Die Dämpfungsschichten 13 sind vergleichsweise dick ausgeführt und können vorzugsweise aus einem Elastomer bestehen. Die Dämpfungsschichten 13 sind in radialer Richtung betrachtet zwischen zwei Stützhülsen 12 angeordnet bzw. zwischen einer Stützhülse 12 und der Basishülse 11 bzw. zwischen einer Stützhülse 12 und der Lagerschicht 14. Vorzugsweise sind die Stützhülsen 12 sehr dünnwandig ausgeführt und können aus Metall bestehen.
Das erfindungsgemäße Radiallager 10 ist insbesondere für nichtgeschmierte Lageranordnungen bzw. für gasförmige Arbeitsmedien geeignet. Das heißt im Betrieb bildet sich zwischen der Welle 2 und der Lagerschicht 14 kein tragfähiger Schmierfilm eines Schmiermittels aus, sondern in diesen Spalt gelangt lediglich Umgebungsluft oder das gasförmige Arbeitsmedium. Aufgrund der Dämpfungsschichten 13 ist das Radiallager 10 weich genug gestaltet, um Vibrationen der Welle 2 dämpfen und Toleranzen ausgleichen zu können, so dass der Verschleiß von Welle 2 und Lagerschicht 14 minimiert ist, trotz des Laufens im Mischreibungsbereich. Die Stützhülsen 12 wiederum verleihen dem Radiallager 10 die notwendige rotordynamische Stabilität, insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen der Welle 2, beispielsweise bei 100.000 Umdrehungen pro Minute.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3331503 A1 [0002]

Claims

Radiallager (10), insbesondere für eine Strömungsmaschine (1), wobei das Radiallager (10) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei das Radiallager (10) eine äußere Basishülse (11) zur Anordnung in einem Gehäuse (9) umfasst, wobei das Radiallager (10) eine innere Lagerschicht (14) zur Lagerung einer Welle (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Basishülse (11) und der Lagerschicht (14) konzentrisch zumindest zwei Dämpfungsschichten (13) und zumindest eine Stützhülse (12) einander abwechselnd angeordnet sind.
Radiallager (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul der zumindest einen Stützhülse (12) deutlich größer ist als der Elastizitätsmodul der zumindest zwei Dämpfungsschichten (13).
Radiallager (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschichten (13) jeweils aus einem Elastomer bestehen.
Radiallager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stützhülse (12) aus einem Metall besteht.
Radiallager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschichten (15) jeweils eine größere Dicke aufweisen als die Stützhülsen (12).
Radiallager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (14) aus einer Metallfolie besteht.
Strömungsmaschine (1) mit einem Gehäuse (9), wobei in dem Gehäuse (9) eine Welle (2), ein Läuferrad (3), ein Rotor (4) und ein Stator (5) angeordnet sind, wobei das Läuferrad (3) und der Rotor (4) fest mit der Welle (2) verbunden sind, wobei die Welle (2) mittels zweier Lager drehbar in dem Gehäuse (9) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lager als Radiallager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt sind.