DE102017208978A1 - Magnetlageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetlageranordnung (1) zur Lagerung einer Welle einer Rotationsmaschine, umfassend ein als elektromagnetisches Lager ausgebildetes Lager (3), insbesondere ein Radiallager, wobei das Lager (3) wenigstens einen Rotor (2) und einen Stator (5) umfasst. Der Stator (5) weist elektrische Wicklungen (6) zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf und der Stator (5) besteht aus mehreren ringförmigen Elementen aus ferromagnetischem Material. Wenigstens ein ringförmiges Element (7) besteht dabei aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur und wenigstens ein zweites ringförmiges Element (8) besteht aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Magnetlageranordnung zur Lagerung einer Welle einer Rotationsmaschine, umfassend ein als elektromagnetisches Lager ausgebildetes Lager, insbesondere ein Radiallager, wobei das Lager wenigstens einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei im Stator elektrische Wicklungen zur Erzeugung des Magnetfeldes angeordnet sind und der Stator ein aus mehreren ringförmigen oder ringförmig angeordneten Elementen ausgebildetes ferromagnetisches Paket umfasst.
  • Rotoren von Rotationsmaschinen, wie beispielsweise Gas- oder Dampfturbinen werden bislang überwiegend mittels hydrodynamischer Gleitlager gelagert. Aufgrund der hydrodynamischen Lagerung des Rotors kommt es zu hohen Reibungsverlusten und damit zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades der Rotationsmaschine. Aus diesem Grund werden bei kleineren Rotationsmaschinen zunehmend Magnetlagerungen eingesetzt. Bei den Magnetlagerungen handelt es sich in der Regel um elektromagnetische Lager. Grundsätzlich bieten Magnetlager den Vorteil, dass sie im Wesentlichen eine reibungsfreie Lagerung des Rotors ermöglichen und somit zu einer wesentlichen Wirkungsgradsteigerung beitragen. Darüber hinaus kann auf die Ölversorgung der Lager verzichtet werden, die bei üblichen hydrodynamischen Lagerungen erforderlich ist. Hierdurch entfällt ein hoher konstruktiver Aufwand für die Ölversorgung. Ölfreie Lagerungen bieten darüber hinaus insbesondere für Anwendungsfälle, wo eine Brandlast zu vermeiden ist, große Vorteile oder ermöglichen deren Einsatz überhaupt erst.
  • Einem Einsatz von Magnetlagern bei größeren Rotationsmaschinen steht allerdings die derzeit noch begrenzte Tragfähigkeit der Magnetlager entgegen. Um die Tragfähigkeit der Magnetlager zu erhöhen, ist mit den derzeit vorhandenen Werkstoffen, eine Vergrößerung der Wirkfläche, d.h. des Durchmessers und/oder der axialen Länge der Magnetlager notwendig. Eine solche Vergrößerung der Wirkfläche ist in vielen Fällen konstruktionsbedingt nicht möglich. Zudem würde eine solche Vergrößerung der Wirkfläche die Kosten für das elektromagnetische Lager deutlich erhöhen.
  • Eine nicht vorveröffentlichte Anmeldung der Anmelderin sieht daher vor, das ferromagnetische Paket mit einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur auszubilden. Diese ferromagnetischen Materialien werden auch als metallische Gläser bezeichnet. Im Gegensatz zu den üblicher Weise verwendeten Materialien aus einer Fe-Si-Legierung weisen metallische Gläser keine kristalline Struktur, sondern eine amorphe Struktur auf. Aufgrund ihrer amorphen Struktur besitzen metallische Gläser eine sehr hohe Permeabilität. Diese liegt deutlich über denen der Fe-Si-Bleche. Die Permeabilität von metallischen Gläsern liegt bei etwa µr > 10.000 - 500.000 und damit um den Faktor 5 - 10 über denen der Fe-Si-Werkstoffe. Darüber hinaus ist die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Gläser deutlich eingeschränkt gegenüber ferromagnetischen Metallen mit kristalliner Struktur, so dass Wirbelströme zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen (Blechen) nur bedingt fließen können. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften, insbesondere der geringen Duktilität und des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten eignen sich metallische Gläser jedoch nur bedingt für den Einsatz bei elektromagnetischen Lagern. Aufgrund der geringen Duktilität (große Sprödigkeit) kann es bei sehr hohen Lasten im normalen Betrieb oder bei betrieblichen Sonderlasten zu einem Bruch des Materials und damit zu einer Zerstörung des Lagers und ggf. der Maschine kommen.
  • Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und einen Einsatz von ferromagnetischem Material mit amorpher Struktur für eine Magnetlageranordnung zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Magnetlageranordnung zur Lagerung einer Welle einer Rotationsmaschine, umfassend ein als elektromagnetisches Lager ausgebildetes Lager, insbesondere Radiallager, wobei das Lager wenigstens einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei im Stator elektrische Wicklungen zur Erzeugung des Magnetlagers angeordnet sind und der Stator ein aus mehreren ringförmigen Elementen ausgebildetes ferromagnetisches Paket umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein erstes ringförmiges Element aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur und wenigstens ein zweites ringförmiges Element aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur besteht.
  • Durch die Verwendung von ringförmigen Elementen aus ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur und ringförmigen Elementen mit ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur (metallische Gläser), können die Vorteile beider Materialen genutzt und miteinander kombiniert werden. Somit lässt sich ein aus mehreren ringförmigen Elementen ausgebildetes ferromagnetisches Paket ausbilden, welches eine hohe Permeabilität bei guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere einer hinreichenden Duktilität, aufweist.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die auf das ferromagnetische Paket einwirkenden Beanspruchungen im Wesentlichen von den ringförmigen Elementen mit kristalliner Struktur aufgenommen werden.
  • Unter Beanspruchungen sind hier allgemein Betriebs- und Sonderlasten zu verstehen, welche üblicherweise am elektromagnetischen Lager auftreten. Diese können beispielsweise Magnetkräfte, Montagekräfte, Querkontraktion, thermische Dehnung und Differenzdehnungen, Schrumpfspannungen, Wirbelströme, Einwirkungen magnetischen Flusses, Erwärmungen oder nur in Sonderfällen z.B. Anstreifen, Temperaturüberschreitung, Temperaturdifferenzen oder Anrisse sein. Beanspruchungen sind in dieser Aufstellung also Kräfte (Momente), Spannungen, Dehnungen, elektrische Effekte oder bestimmte Lastfälle. Diese Beanspruchung, die normalerweise zu einem spröden Versagen der metallischen Gläser führen würden, und so ein Einsatz von metallischen Gläsern bei einer Magnetlageranordnung entgegenstehen würden, werden erfindungsgemäß von den ringförmigen Elementen aus dem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur aufgenommen. Hierdurch wird ein sprödes Versagen wirkungsvoll verhindert und der Einsatz von ferromagnetischem Material mit amorpher Struktur bei elektromagnetischen Lagern ermöglicht. Die ringförmigen Elemente aus den unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien sind dabei entsprechend der auftretenden Belastungen auszulegen und entsprechend bei der konstruktiven Ausgestaltung des ferromagnetischen Pakets zu berücksichtigen und konstruktiv anzuordnen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das ferromagnetische Paket so ausgebildet ist, dass von außen auf das ferromagnetische Paket einwirkenden mechanischen Kräften von den ringförmigen Elementen mit dem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur aufgenommen werden. Von außen auf das ferromagnetische Paket einwirkende mechanische Kräfte treten insbesondere bei einem Anstreifen des Rotors am Stator auf. Das Anstreifen kann zu einem Versagen der amorphen Struktur führen, welcher durch die genannte Maßnahme wirkungsvoll verhindert wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen stoffschlüssig, formschlüssig oder reibschlüssig erfolgt. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels Kleben oder durch Eingießen erfolgen. Eine formschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch sickenförmige Absätze in den ringförmigen Elementen oder durch eingelassene Formelemente erfolgen. Die Verbindung kann grundsätzlich auch durch eine Kombination der Verbindungsarten erfolgen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die einzelnen ringförmigen Elemente unmittelbar, ohne eine zusätzliche Isolierschicht, aneinander liegen. Durch die deutlich eingeschränkte elektrische Leitfähigkeit des ferromagnetischen Materials mit amorpher Struktur, kann auf eine zusätzliche Isolierung zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen verzichtet werden. Hierdurch reduziert sich der Fertigungsaufwand erheblich und die Kosten werden deutlich reduziert. Die Wirbelströme zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen sind trotz der fehlenden Isolierung sehr gering.
  • Wenn zuvor oder nachfolgend von ringförmigen Elementen gesprochen wird, ist damit auch eine hälftig ringförmiges Element oder ein Kreis oder eine Ringform aus mehreren Kreissegmenten oder ringförmig angeordneten umfasst. Auch ein aus mehrern nicht kreisförmigen Elemente die zu einer Kreisform (Polygon) zusammengesetzt sind ist hierunter zu verstehen. Ausschlaggebend für die Ringform ist, dass zumindest einige der den Lagerspalt zugewandten Pole des Stators in einer ringförmigen Position gegenüber dem Rotor zum liegen kommen. Als ringförmige Position wird bei Radiallagern eine Position zwischen zwei gedachten Zylindern mit einem radialen Abstand von nicht mehr als 10mm betrachtet. Anstelle von Zylindern sind bei nicht ausschließlicher radialer Anordnung zwei Kegel mit einem Abstand von nicht mehr als 10mm maßgeblich. Bei Axiallagern wird die Ringform dadurch erreicht, dass zumindest einige der dem Axiallagerspalt zugewandten Pole zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser wirksam sind. Das ferromagnetische Material mit amorpher Struktur wird vorwiegend in Bereichen verwendet, in denen eine hohe magnetische Flussdichte vorliegt, z.B. in der Nähe des Lagerspaltes. Das ferromagnetische Material mit kristalliner Struktur wird bevorzugt dort verwendet, wo der magnetische Fluss gering ist, oder wo die Abtragung hoher Betriebslasten erforderlich ist. Hier sind insbesondere die Verbindungsstelle mit der umgebenden Struktur zu nennen, weiterhin die Herstellung eines geschlossenen mechanischen Kraftflusses in der Ringform.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
    • - 1: einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetlageranordnung;
    • - 2: einen Axialschnitt durch die in 1 gezeigte Magnetlageranordnung entlang der Schnittlinie A-A.
  • Gleiche bzw. Funktionsgleiche Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind rein schematisch und nicht zwangsläufig maßstäblich.
  • 1 zeigt ein Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetlageranordnung 1. Die Magnetlageranordnung 1 dient zur Lagerung eines Rotors 2 einer nicht näher dargestellten Rotationsmaschine. Unter Rotationsmaschine sind dabei alle rotierenden oder rotierbaren Maschinen zu verstehen, insbesondere alle Strömungsmaschinen, wie Gasturbinen, Dampfturbinen, Verdichter, Verdrängungsmaschinen wie Hubkolben und Drehkolbenmotoren, Drehpumpen, Verdichter, elektrische Maschinen wie Generatoren und Motoren. Der Rotor 2 der Rotationsmaschine dreht sich um eine Drehachse, welche die axiale Richtung der Magnetlageranordnung 1 definiert. Eine Radialrichtung verläuft durch die Drehachse und ist rechtwinklig zur axialen Richtung ausgebildet. Eine Umfangsrichtung der Magnetlageranordnung 1 wird umlaufend um die Drehachse definiert. Die Radialrichtung ist senkrecht zur axialen Richtung und zur Umfangsrichtung.
  • Die Magnetlageranordnung 1 umfasst ein als elektromagnetisches Lager ausgebildetes Radiallager 3. Das Radiallager 3 weist eine drehfest in einem Gehäuse, vorzugsweise einem Lagergehäuse, befestigten Stator 5 sowie ein drehfest auf dem Rotor 2 befestigtes ferromagnetisches Blechpaket 4 auf.
  • Der Stator 5 umfasst ein aus mehreren ringförmigen Elementen 7, 8 ausgebildetes ferromagnetisches Paket. Wenigstens ein erstes ringförmiges Element 7 besteht aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur, beispielsweise einer Fe-Si-Legierung. Wenigstens ein zweites ringförmiges Element 8 besteht aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur (metallische Gläser). Aufgrund ihrer amorphen Struktur weisen metallische Gläser eine sehr hohe Permeabilität auf. Hierdurch wird die Tragfähigkeit des elektromagnetischen Lagers 3 gegenüber herkömmlichen Magnetlagern deutlich erhöht. Durch die höhere Tragfähigkeit kann die Magnetlageranordnung 1 auch zu Lagerung von sehr großen und schweren Rotoren, wie die beispielsweise bei großen Gas- und Dampfturbinen beispielsweise in Kraftwerksbau oder bei großen Generatoren vorhanden sind, aufgenommen werden. Darüber hinaus ist die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Gläser deutlich eingeschränkt, so dass Wirbelströme zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen 7, 8 des ferromagnetischen Pakets nur sehr bedingt fließen können. Hierdurch ist es möglich, die einzelnen ringförmigen Elemente 7, 8 direkt und unmittelbar aneinander zu schichten, ohne eine Isolierung zwischen jedem einzelnen ringförmigen Element 7, 8 vorzusehen. Aus diesem Grund kann die bislang aufwendige Herstellung der Pakete mit jeweils einer dünnen Lackschicht zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen 7, 8 als Isolierung entfallen. Hierdurch werden die Fertigungskosten und der Fertigungsaufwand deutlich gesenkt.
  • Metallische Gläser haben eine geringe Duktilität und neigen daher zum spröden Versagen. Aus diesem Grund sind neben den ringförmigen Elementen 8 aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur ringförmige Elemente 7 aus ferromagnetischem Material mit kristalliner Struktur vorgesehen. Das bzw. die ringförmigen Elemente 7, welcher aus ferromagnetischem Material mit kristalliner Struktur ausgebildet sind, dienen dazu, die einwirkenden Beanspruchungen aus dem ferromagnetischen Paket im Wesentlichen aufzunehmen. Unter den einwirkenden Beanspruchungen sind sogenannte Betriebs- als auch Sonderlasten zu verstehen. Betriebslasten sind beispielsweise Magnetkräfte, Montagekräfte, Querkontraktionen, thermische Dehnung und Differenzspannungen, Schrumpfspannungen, Wirbelströme, Einwirkungen magnetischen Flusses oder Erwärmungen. Sonderlasten können beispielsweise durch Anstreifen Temperaturüberschreitungen, Temperaturdifferenzen oder durch Anrisse entstehen. Als Beanspruchungen sind also Kräfte (Momente), Spannungen, Dehnungen, elektrische Effekte oder bestimmte Lastfälle zu verstehen. Diese Beanspruchungen werden im Wesentlichen von den ringförmigen Elementen 7 mit kristalliner Struktur aufgenommen, so dass die Gefahr eines spröden Versagens der ringförmigen Elemente 8 aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur weitgehend ausgeschlossen werden kann. Da die metallischen Gläser neben ihrer geringen Duktilität aber sehr bruchfest sind, können gewisse Beanspruchungen auch von den ringförmigen Elementen 8 aus ferromagnetischem Material mit amorpher Struktur aufgenommen werden. Das metallische Glas wird vorzugsweise im Bereich hoher magnetischer Flussdichte verwendet beispielsweise in der Nähe des Lagerspaltes 9. Die ferromagnetischen Bauteile mit kristalliner Struktur werden bevorzugt dort verwendet, wo der magnetische Fluss gering ist, oder wo die Abtragung hoher Betriebslasten erforderlich ist. Hier ist insbesondere die Verbindungsstelle mit der umgebenden Struktur 10 zu nennen, weiterhin die Herstellung eines geschlossenen mechanischen Kraftflusses in der Ringform 11. Die ringförmigen Elemente können dabei einstückig, hälftig oder durch Zusammenfügen mehrerer Kreissegmente aufgebaut werden. Ausschlaggebend für die Ringform ist, dass zumindest einige der den Lagerspalt 9 zugewandter Pole 10 in einer ringförmigen Position zum Liegen kommen. Als ringförmige Position wird bei Radiallagern eine Position zwischen zwei gedachten Zylindern mit einem radialen Abstand von nicht mehr als 10mm betrachtet. Anstelle von Zylindern sind bei nicht ausschließlicher Radialanordnung zwei Kegel mit einem Abstand von nicht mehr als 10mm maßgeblich. Bei Axiallagern wird die Ringform dadurch erreicht, dass zumindest einige der den Axiallagerspalt zugewandten Pole zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser wirksam sind. Durch die Kombination von ringförmigen Elementen 7 aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur und wenigstens einem ringförmigen Element 8 aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur kann das ferromagnetische Paket des Rotors speziell an die geforderten Belastungen angepasst werden. Hierdurch lässt sich gegenüber herkömmlichen elektromagnetischen Lagern eine deutlich höhere Permeabilität und damit eine deutlich höhere Tragfähigkeit des elektromagnetischen Lagers 3 erreichen und gleichzeitig die Gefahr eines spröden Versagens des elektromagnetischen Lagers 3 wirkungsvoll verhindern. Durch die Kombination von ferromagnetischem Material mit kristalliner und amorpher Struktur ist somit der Einsatz von ferromagnetischen Materialien mit amorpher Struktur für einen Stator eines elektromagnetischen Lagers möglich.
  • 2 zeigt einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Magnetlageranordnung 1 entlang der Schnittlinie A-A. Aus 2 ist noch einmal die genaue Anordnung der ringförmigen Elemente 7 aus ferromagnetischem Material mit kristalliner Struktur und den ringförmigen Elementen 8 aus ferromagnetischem Material mit einer amorphen Struktur erkennbar. Der Stator 5 umfasst mehrere Pole 10, die mit elektrischen Wicklungen 6 zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgebildet sind. Die Pole 10 des Stators 5 und die dazugehörigen Magnetspulen sind derart angeordnet, dass die Magnetkräfte im Wesentlichen radial zum Rotor 2 wirken und ihn in seiner Position halten. Der Rotor 2 ist in innerhalb des Stators 5 angeordnet und durch einen Lagerspalt 9 von ihm beabstandet. Grundsätzlich ist auch eine Konstruktion möglich, bei dem der Rotor 2 außen und der Stator 5 innerhalb des Rotors 2 angeordnet ist.
  • Üblicherweise umfasst die Magnetlageranordnung 1 einen Positionssensor, der die Position des Rotors 2 innerhalb der Lageranordnung 1 ermittelt und an eine Regelung übermitteln, welche den elektrischen Strom zur exakten Lagepositionierung des Rotors 2 im Radiallager 3 regelt.
  • Das ringförmige Element 8 aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur ist derart ausbildet und angeordnet, dass es insbesondere im Bereich hoher magnetischer Flussdichte zum Einsatz kommt, d.h. in der Nähe des Lagerspaltes 9. Die ringförmigen Elemente 7 aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur sind demgegenüber insbesondere dort angeordnet, wo der magnetische Fluss gering ist, oder wo die Abtragung hoher Betriebslasten erforderlich ist. Hier ist insbesondere die Verbindungsstelle 10 mit der umgebenden Struktur zu nennen sowie die Herstellung eines geschlossenen mechanischen Kraftflusses in der Ringform über die Flansche 11.
  • Im Ausführungsbeispiel sind mehrere kleinere ringförmige Elemente 7 aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur innerhalb des ringförmigen Elementes 8 aus dem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur angeordnet, um die Festigkeit des ringförmigen Elementes 8 zu erhöhen. Die Verbindung zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen 7, 8 kann insbesondere stoffschlüssig, formschlüssig oder reibschlüssig bzw. durch eine Kombination der Verbindungsarten erfolgen. In 2 umschließt beispielsweise ein ringförmiges Element 7 aus ferromagnetischem Material mit kristalliner Struktur ein ringförmiges Element 8 aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur teilweise. Das ringförmige Element 8 aus dem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur kann beispielsweise durch Kleben mit dem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur verbunden sein. Die einzelnen ringförmigen Elemente 7 aus ferromagnetischem Material mit kristalliner Struktur, welche innerhalb des ringförmigen Elementes 8 mit einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur angeordnet sind, können beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung mittels Eingießen hergestellt werden. Darüber hinaus könnten beispielsweise formschlüssige Verbindungen durch sickenförmige Absätze in den ringförmigen Elementen oder durch eingelassene Formelemente erfolgen.
  • Die einzelnen ringförmigen Elemente 7, 8 aus ferromagnetischem Material mit kristalliner und amorpher Struktur können unmittelbar, d.h. ohne eine zusätzliche Isolierschicht aneinander anliegen. Dies ist aufgrund der sehr eingeschränkten elektrischen Leitfähigkeit der metallischen Gläser möglich, wodurch nur geringe Wirbelströme zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen auftreten.
  • Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt nur eine beispielhafte Anordnung der ringförmigen Elemente aus ferromagnetischem Material mit kristalliner und amorpher Struktur, welche zu einem ferromagnetischen Paket zusammengefasst sind. Grundsätzlich ist eine Vielzahl von weiteren Anordnungen möglich, ohne den Erfindungsbereich zu verlassen. Der Grundgedanke der Erfindung ist, die Eigenschaften der ferromagnetischen Materialien mit kristalliner amorpher Struktur in vorteilhafter Weise zu kombinieren. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Magnetteillagerung derart ausgebildet, dass die einwirkenden Beanspruchungen im Wesentlichen von den ringförmigen Elementen mit kristalliner Struktur aufgenommen werden. Die weiter oben ausgeführten Beanspruchungen, welche sowohl Betriebs- als auch Sonderlasten beinhalten, sind dabei nicht abschließend zu verstehen, sondern beschreiben nur einige von möglichen auftretenden einwirkenden Beanspruchungen auf das ferromagnetische Paket.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch eine Kombination von ringförmigen Elementen aus ferromagnetischen Material mit kristalliner und amorpher Struktur sich die Vorteile insbesondere die hohe Permeabilität von ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur erstmals für den Einsatz von Statoren bei Magnetlageranordnungen mit elektromagnetischen Lagern nutzen lässt, ohne dass die Gefahr eines spröden Versagens des ferromagnetischen Materials mit amorpher Struktur besteht. Hierdurch können die elektromagnetischen Lager bei gleicher Traglast deutlich kleiner ausfallen oder es können bei gleicher Baugröße deutlich höhere Traglasten erzielt werden. Dadurch ist der Einsatz von Statoren und grundsätzlich von Magnetlageranordnungen mit elektromagnetischen Lagern erstmals auch für große und schwere Rotoren, wie sie beispielsweise bei Gas- oder Dampfturbinen vorhanden sind, möglich.

Claims (8)

  1. Magnetlageranordnung (1) zur Lagerung einer Welle einer Rotationsmaschine, umfassend ein als elektromagnetisches Lager ausgebildetes Lager (3), insbesondere Radiallager, wobei das Lager (3) wenigstens einen Rotor (2) und einen Stator (5) umfasst, wobei im Stator (5) elektrische Wicklungen (6) zur Erzeugung des Magnetfeldes angeordnet sind und der Stator (5) ein aus mehreren ringförmigen Elementen ausgebildetes ferromagnetisches Paket umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes ringförmiges Element (7) aus einem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur und wenigstens ein zweites ringförmiges Element (8) aus einem ferromagnetischen Material mit amorpher Struktur besteht.
  2. Magnetlageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das ferromagnetische Paket einwirkenden Beanspruchungen im Wesentlichen von den ringförmigen Elementen (7) mit kristalliner Struktur aufgenommen werden.
  3. Magnetlageranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Paket so ausgebildet ist, dass von außen auf das ferromagnetische Paket einwirkende mechanische Kräfte von den ringförmigen Elementen (7) mit dem ferromagnetischen Material mit kristalliner Struktur aufgenommen werden.
  4. Magnetlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den einzelnen ringförmigen Elementen (7, 8) stoffschlüssig, formschlüssig oder reibschlüssig erfolgt.
  5. Magnetlageranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung mittels kleben erfolgt.
  6. Magnetlageranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung mittels eingießen erfolgt.
  7. Magnetlageranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung durch sickenförmige Absätze in den ringförmigen Elementen (7, 8) oder durch eingelassene Formelemente erfolgt.
  8. Magnetlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen ringförmigen Elemente (7, 8) unmittelbar, ohne eine zusätzliche Isolierschicht, aneinander anliegen.
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